我国高空系留艇激光通信技术获突破 千兆级传输创国际领先纪录

在空天地一体化信息体系加速演进的背景下,如何在临近空间与地面之间建立“高带宽、低时延、强抗干扰”的数据通道,成为通信技术竞逐的关键方向之一。

日前,中国科学院西安光学精密机械研究所与中国科学院空天信息创新研究院在浙江宁波开展系留艇与地面之间双向激光超高速传输试验,取得重要进展:实现103.125千兆比特每秒的通信速率,并连续稳定运行216分钟且链路未出现中断,显示我国在高动态平台超高速激光通信领域的系统能力实现跃升。

问题:高动态平台条件下“对得准、稳得住”是核心瓶颈。

与光纤等有线方式不同,激光通信依赖窄光束在自由空间中实现能量与信息的高效传递,具备带宽大、保密性强、抗电磁干扰等优势。

但其对光束指向精度要求极高。

系留艇作为由缆绳与地面连接、可长时间悬停的空中平台,受到高空风场、热扰动、缆绳拉力变化等多因素影响,常常产生晃动、摇摆与旋转,使地空双方的光束捕获与保持对准难度显著提升。

一旦指向发生细微偏差,就可能导致链路质量骤降甚至中断,这也是长期以来制约临近空间激光通信工程化应用的难点所在。

原因:环境扰动叠加系统耦合,传统手段难以兼顾速率与稳定性。

临近空间介于航空与航天运行区间,气象条件复杂、扰动频繁。

系留艇平台的姿态变化往往呈现随机性与连续性并存的特征,且与缆绳摆动、平台结构振动相互耦合,造成指向误差和光斑漂移。

同时,高速传输意味着更高的调制速率与更严格的信噪比要求,系统既要“跟得上”平台运动的快变化,又要“扛得住”长时间运行的慢漂移,还要保证捕获、跟踪、瞄准等环节协同一致。

若缺乏精密稳定控制与实时预测机制,链路容易出现间歇性掉线,难以满足工程应用对连续可靠的要求。

影响:突破将加速临近空间通信网络与空天任务能力提升。

此次试验在速率与稳定时长上取得同时突破,意味着高动态平台激光链路从“能连上”进一步迈向“长时间高质量可用”。

这不仅有助于拓展系留艇在应急通信、海上与边远地区临时覆盖、重大活动通信保障等场景的应用空间,也为高空平台与地面站之间的大容量数据回传提供可行路径。

进一步看,临近空间平台具有部署快、覆盖广、滞空久等特点,若叠加稳定的激光回传链路,可在通信保障、遥感数据快速下传、灾害监测与指挥调度等任务中形成更具韧性的网络节点。

对推动空天地一体化信息网络建设、提升信息获取与传输效率具有现实意义。

对策:关键在于“超稳控制+智能预判”的系统化设计。

面向高动态环境下的精密对准难题,科研团队通过技术攻关,为激光链路构建高性能稳定与跟踪能力:一方面,通过多级抑振与高精度指向控制,降低平台姿态扰动对光束指向的影响,相当于为链路装上“强抗抖动”的稳定能力;另一方面,引入面向动态变化的预测与补偿机制,使系统能够对短时扰动趋势进行前馈修正,减少跟踪滞后带来的误差累积。

更重要的是,将捕获、跟踪、瞄准、通信调制与链路管理等环节进行协同优化,使系统在高码率传输下仍具备足够的链路裕度与连续运行能力,从而实现长时间不间断通信。

前景:工程化应用将向更远距离、更复杂环境与组网能力迈进。

随着高空平台在通信、遥感与综合保障中的需求增长,超高速激光通信有望成为临近空间网络的重要支撑手段之一。

下一阶段,技术发展预计将围绕三方面展开:其一,进一步提升复杂气象条件下的鲁棒性,增强在薄云、气溶胶等影响下的链路保持能力;其二,推动终端设备小型化、低功耗与易部署,提高在多平台、多任务之间的适配性;其三,面向网络化应用完善多节点组网与链路调度能力,与现有微波、卫星通信形成互补,构建更具弹性与冗余的空天地融合通信体系。

随着相关标准、测试验证与应用示范逐步完善,临近空间激光通信从试验验证走向任务化应用的路径将更加清晰。

从地面到空中,激光为信息传输架起了一条"高速公路"。

这项技术突破充分体现了我国科研工作者在关键领域的创新能力和执着追求。

在万物互联的时代,高效、稳定的通信基础设施是国家竞争力的重要体现。

随着该项技术的不断完善和推广应用,我国临近空间通信体系将进一步完善,为经济社会发展和国家安全提供更加坚实的技术支撑。