星地激光通信地面站 本報記者 姚昆攝/光明圖片

秋日，新疆塔什庫爾干塔吉克自治縣，帕米爾高原慕士塔格峰區域一處山頂，一個直徑6米的白色“圓球”在藍天白云下格外醒目。這便是中國科學院空天信息創新研究院（以下簡稱“空天院”）自主研制成功的500毫米口徑激光通信地面系統。它的本領可不簡單，能高速接收衛星傳回的探測數據，為經濟社會發展提供有力支撐。

9月15日，隨著系統完成部署，我國首個業務化運行的星地激光通信地面站正式建成，并進入常態化運行階段。該站的建成打通了星地激光通信全鏈條業務流程，將進一步推進星地激光通信的工程化應用。

激光可容納成百上千“車道”

目前，我國衛星數據接收僅靠微波地面站。隨著我國航天事業快速發展以及衛星技術不斷進步，衛星探測產生的數據呈幾何級增長，但海量數據無法及時下傳的問題也日益突出，嚴重制約了太空資源的高效利用。依靠設施規模擴充和局部技術指標提升，已無法滿足未來星地高速通信的需求。因此，迫切需要新技術手段來解決星地通信速率瓶頸問題。

激光，是星地海量數據傳輸的新選擇。星地激光通信以激光為載體，可實現衛星與地面之間的高速信息傳輸，是未來星地高速通信的重要手段。

區別于傳統微波通信，星地激光通信可用頻譜資源極其豐富，帶寬可達數太赫茲（THz），相較于微波通信提高了十倍到近千倍。對此，空天院高級工程師李亞林解釋：“如果將頻段比作道路，那么微波X頻段是單車道，微波Ka頻段是四車道，而激光可容納成百甚至上千車道。”

“此外，激光通信系統重量輕、體積小、功耗低、保密性強，能夠滿足星地海量數據傳輸需求。”李亞林補充道。

4800米高海拔無人區站點

星地激光通信優勢明顯，但也易受多云、雨雪等天氣和大氣湍流影響。因此，合理的站址選擇能在很大程度上降低復雜非穩態大氣信道導致的光束質量惡化，提高星地激光通信的性能和可用度。

從我國大陸地理地形分布角度考慮，位于第一階梯的帕米爾高原地區具有平均海拔高、氣候干燥等特點，是極優良的站址地點。星地激光通信地面站所在的慕士塔格峰區域大氣條件好、視寧度優，可媲美世界一流光學站址，且氣候干燥少雨，全年均可開展星地激光通信任務，為星地激光通信的業務化運行提供了優良條件。

高海拔無人區站點的建設和運維非常不易。自2019年起，歷經幾年時間，空天院在自然條件惡劣的帕米爾高原建成了星地激光通信地面站。該站包括位于海拔約4800米的科研區和位于海拔3300米的保障區，激光通信地面系統部署在科研區，運維人員工作在保障區，未來將通過遠程操作方式實現長期可靠的業務化運行。

“前期，項目團隊在帕米爾高原上累計行程達30萬公里，進行選址、測量、論證、建設等工作。”回憶起星地激光通信地面站的建設之路，空天院高級工程師、中國遙感衛星地面站喀什站站長王建平說，“這里的無人區無路無水無電，還會有極端惡劣天氣。面對困難，項目團隊團結協作，完成了這項艱巨任務。”

據了解，項目團隊先后突破了大氣信道預測及任務規劃調度、激光信號的快速捕獲建鏈和自適應光學校正、復雜大氣條件下的無誤碼傳輸等一系列關鍵技術，實現了夜間星地激光通信的常態化運行。近期，項目團隊又攻克了白天強大氣湍流、強背景光下的可靠星地激光通信難題，首次成功完成了白天星地激光通信試驗，將星地激光通信的可用時段提高了近一倍，進一步支撐了星地激光通信地面站的業務化運行。

星地激光通信地面站網正規劃論證

當前，美國、日本等發達國家正加速發展星地激光通信技術，布局建設星地高速激光通信網絡。未來，我國星地激光通信地面站又將如何發展？

“我國星地激光通信發展非常迅速，各項關鍵技術均已突破，正在開展工程化試驗試用，以支撐后續的規模化組網應用。”空天院研究員、中國遙感衛星地面站主任黃鵬告訴記者。

星地激光通信地面站的常態化運行，將為我國下一代星地海量數據傳輸體系規劃和新一代衛星地面站網建設奠定堅實基礎。據介紹，空天院正在規劃、論證建設國家星地激光通信地面站網，通過在我國西南、西北和東部地區建設多個星地激光通信地面站進行組網，可以進一步克服天氣對星地激光通信的不利影響，大幅提高星地激光通信的可用度。

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