随着科学技术的进步，今天我们已经可以借助多种方式探索宇宙的奥秘，包括望远镜、宇宙飞船（航天器）、卫星、空间站等等。特别是随着航天器的出现，更成为了我们探索宇宙的利器——人类遨游宇宙已经不再是梦想（此时可回忆一下《星际迷航》等宇宙题材类电影中的景象）。那么现在问题来了，这些航天器（包括卫星、空间站等）是如何与地球保持通信的呢？语音、数据、甚至是视频图像又是如何进行传输的呢？如果你想知道答案的话，下面有关太空通信的精彩内容你绝对不能错过！

首先让我们来回顾一个激动人心的历史瞬间——1957年由苏联制造的第一颗人造卫星发射成功，该卫星就内置了一台无线电发报机，其从太空不断地向地面接收站发送“滴滴”的信号。因此无线电通信就成了最早的太空通信方式，并且已经沿用至今，例如我们的通信卫星。

而随着人类探索宇宙步伐的加快，卫星已经不只停留在近地轨道，而是已经开始不断向外拓展（例如绕月轨道）；与此同时，航天器已经完成月球、火星等探索，并在向更远的深空不断前行。此时，太空通信已不仅仅是简单的卫星与地面的通信（称为星地通信），还包括卫星（航天器）之间的通信，以及借助中继卫星实现的星地通信等。

▲星地通信、航天器间通信以及中继通信（图片来自Google）

其实早期的深空探测器并不是借助中继卫星与地面通信的，而是采用最为直接的星地通信方式，例如美航天局1977年所发射探测器——旅行者一号。

▲旅行者一号（图片来自Google）

如上图所示，旅行者一号配备了一个巨大的“锅”式天线，其直径达3.7米，然后与地球上直径高达37米的接收天线（也是“锅”）进行通信，然而这种通信方式只能待两个天线对准时才能通信，通信效率可想而知，因此为了提升通信效率，中继卫星应运而生。

▲中继卫星——美国奥德赛卫星（图片来自Google）

最早投入应用的中继卫星就是美国部署在木星轨道上的奥德赛卫星，其作用是将火星探测车的数据传回地球。而如今，在地球轨道之上，也有着众多的中继卫星，比如美国的TDRS，中国的天链，日本的DRTS等等，它们已经成为了星地通信之间的高效沟通“桥梁”。

而无论是星地通信（包括中继），还是卫星（航天器）间通信，均是借助无线电通信技术来实现的，但无线电通信技术有着自身的缺陷，首先是根据轨道（距离）的不同，存在多种通信波段（包括L、S、C、K、Ku、Ka等），而相同波段间的干扰，就会影响通信质量；其次，目前深空探测主要手段就是提升天线增益、提高通信频率、降低噪声，而想要提升天线增益，要么加大天线面积，要么增加天线数量，但都会加大航天器本身的负担；当然，最为重要的是，视频沟通必将成为太空通信的新趋势，而无线电通信的带宽（数据传输速度）难以满足这一要求，因此激光通信成为了新的焦点。

激光通信：被视为“太空宽带”

什么是激光通信？其实激光本质上也是一种电磁波，其基本通信原理与无线电通信原理相似，即利用激光束作为载体，将数据信号调制到光载波上进行传输，因此也可以称之为空间光通信。

▲激光通信（图片来自Google）

刚刚我们已经谈到了无线电通信在太空通信应用中的不足之处，而激光通信则可以很好地解决这些问题。首先，其开辟了全新的通信频道使调制带宽可以显著增加，即提升通信带宽和数据传输速度，因此其被视为“太空宽带”；其次，其能将光功率集中在非常窄的光束之中，这使得相关器件的尺寸、重量和功耗都将明显降低，而低功耗也更适用与中继卫星（传统中继卫星难以满足远距离、高功率无线电通信传输需求）；第三，各通信链路间的电磁干扰小，通信质量更高；第四，激光本身具备出色的保密性，可有效防止窃听。

其实激光通信已在我们的生活中得到广泛的应用，比如家中的光纤宽带网络等，但要说到将激光通信真正应用于太空通信之中，还是最近几年的事情。例如，2008年3月间，美国NFIRE卫星与德国TerraSAR-X卫星使用激光终端成功进行了太空宽带数据传输，两颗卫星在距离5000公里宇宙空间建立了光学链接，并以5.5Gbps的数据传输速度完美地实现了双向操作，这一数据传输速度相当于每小时传输20万张A4文件或400张DVD。

随后，美国国家航空航天局（NASA）又利用激光通信将“蒙娜丽莎”送上月球，而为了将名画《蒙娜丽莎的微笑》传输到绕月飞行的“月球勘测轨道飞行器”上，NASA先将这幅名画进行数字编码，并分解为152×200个像素，然后将每个像素都变为激光脉冲，从地面基站传输给38万公里外的“月球勘测轨道飞行器”上，这次传输的速度约为300比特每秒。

而在2012年10月，俄罗斯的国际空间站也首次利用激光通信将电子数据传送到地面接收站——其传输的数据量为2.8GB，传输速度达到了1000Mbps。

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