▲NASA用激光束从太空传回37秒高清视频 耗时仅3.5秒

当然，近期最受关注的事件当属2014年6月NASA展示的激光通信技术在实际应用中取得的突破性进展——从国际空间站成功向地面发送了一个37秒的，名为“你好，世界！”的高清视频，用时仅3.5秒，传输速度比传统的无线电通信快10到1000倍。

我国的太空通信：起步晚 发展快

作为一种可能从根本上改变太空通信的技术，激光通信早在上个世纪就吸引了不少航天航空大国的高度关注。其中最早行动的是美国，早在上世纪60年代中期就开始实施空间光通信方面的研究计划，著名的喷气推进实验室、林肯实验室、贝尔实验室等都加入其中；随后进入80年代，日本和欧洲空间局也开始了空间光通信的相关研究。相比之下，我国的空间光通信研究起步较晚，但发展速度却非常喜人，目前与国外的先进水平差距并不大。

在2012年3月，我国的“海洋二号”卫星第一次搭载进行了中国首次星地激光通信实验，并取得了圆满成功——将卫星和地面用激光链接起来，真正形成了宇宙空间与地面之间的信息高速公路。而据了解，此次试验的难点在于高速运动中的卫星与光通信地面站，在近2000公里距离的情况下要实现精度远高于“针尖对麦芒”的动态光束双向锁定跟踪，而我们最终顺利地突破了这一难点，为实验成功打下了坚实的基础。

▲我国成为继美国之后第二个完成太空授课的国家（图片来自网络）

我国还是继美国之后第二个完成太空授课的国家。2013年06月20日上午10时，神舟十号航天员在天宫一号开展基础物理实验，即太空授课，此次课程持续了45分钟，内容为展示并讲解太空中的失重现象等。

▲我国成为继美国之后第二个完成太空授课的国家（图片来自网络）

值得一提的是，以往的载人航天任务受带宽限制，航天员在太空中只能听到声音却无法看到地面的高清画面，而此次太空授课是通过天链卫星进行数据“中转”传送，实现了双向实时授课画面，以及天地之间的视频提问和回答。

突破：我国星地量子通信研发成功可兼容激光通信

虽然目前激光通信仍处于试验阶段，但我国已经将目光瞄向了太空通信更遥远的未来，即量子通信。量子通信因其超高速、超远距离的传输特性，以及绝对保密的优势，同样引起了航空航天大国的高度关注，其中中国在这一技术领域的研究可谓相当积极。

特别是在技术研究方面，目前我国中科院的研究人员已经将自动交换光网络（ASON）引入量子通信网络之中，并研发出了一种兼容激光通信的“星地量子通信系统”，该系统的最大创新就是可以使用一套光学收发系统和跟踪瞄准系统，实现在星地之间同时进行量子通信和激光通信。与此同时，我国还利用平流层平台进行了自由空间量子通信的研究，实现了光信号长距离超光速的传输，并均已申请专利。

激光通信：仍需突破“瓶颈”

激光通信技术虽好，但目前仍处于试验/试用阶段，还有不少瓶颈需要突破：

第一，大气对激光通信信号有吸收和散射的作用，同时大气湍流还会严重地影响信号的接收；此外，虽然激光通信不会像无线电通信一样受到电磁干扰，但存在于大气中的与激光波长相近的粒子（例如气体分子、水雾、霾等）则会引起光的吸收和散射，从而影响光波的传输质量，而在遇到强大的气湍流时，这种影响更加明显。相信细心的朋友已经发现，在此前我们介绍各航空航天大国的试验中，卫星（航天器）间的数据传输速度要明显高于星地间的数据传输速度，这主要就是因为大气的影响。

还好，目前很多国家为克服激光通信在星地传输时易受到大气影响的缺点而不懈努力着，并已经取得阶段性成果，即将载有通信信息的激光束沿着直径小于0.1毫米的优质光学纤维波导传输，可减少大气的影响。

第二，激光发射机与接收机之间的瞄准仍是难题。在前文中我们已经谈到，要利用激光通信完成远距离卫星间或星地间的发射与接收，就必须进行远距离卫星间（或飞行器间）、卫星与地面站之间的捕获与跟踪，既依赖于激光通信系统，又取决于光学跟瞄系统。虽然目前包括我国在内的几个国家已经实现了星地之间的动态光束双向锁定跟踪，但同时移动的卫星间的锁定与跟踪则仍需取得突破。

第三，激光发射和接收天线的效率会对传输质量产生影响，出于获取最小光斑的目的，发射天线的设计要接近衍射极限，这就给接收天线精确对准带来了挑战，理论上接收天线直径越大接收效果越好，效率越高，但这又会带来卫星（飞行器）体积和重量的增加，如何取得两者的平衡很重要。而取得突破的关键则是要借助创新技术提高接收天线的灵敏度。

第四，超远距离传输也存在隐忧（信号衰弱和时延），如果激光通信不想被量子通信取代，这方面必须实现突破。

激光通信为我们勾勒美好未来

虽然现阶段星地、卫星间仍以无线电通信为主流，但通过我们的介绍不难看出，激光通信已经为我们勾勒出了美好的太空通信未来——按照NASA的设想，借助激光通信技术建立太空通信系统，以实现“太空—地球”的远距、大数据通信。届时，我们不仅可以实时与月球视频通信，甚至可以与木星或是更遥远的星球进行实时视频通信。

而激光通信技术将不仅仅应用于太空，作为星地间数据传输的关键技术，其将实现与地面光纤网络的互补，从而建立起立体交叉光网，在外太空卫星和大气层内外形成高带宽通信网，从而彻底颠覆目前全球通信系统（海底光缆+卫星与地面间的无线电通讯），打造可满足物联网时代需求的大带宽网络（激光通信的速度可达2-10Gbps）。

今天，联接已经成为现代社会之中最基本的生活要素，就像空气和水一样无处不在，一个全联接的地

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