问题:随着对地观测、应急监测、海洋与生态监管等任务不断拓展,卫星获取的高分辨率遥感影像、视频与多谱段数据量持续攀升。
数据“采得到”不难,“传得回、传得快”却成为制约应用效率的突出瓶颈。
传统微波星地通信技术成熟、体系完备,但频谱资源紧张、带宽有限,在海量数据实时回传需求面前日益吃紧,容易出现“链路拥堵”和回传时效不足等问题,影响遥感产品及时服务防灾减灾、国土调查和行业管理。
原因:一方面,卫星载荷能力提升带来数据指数级增长,尤其是更高分辨率、更高重访频次带来的下行压力显著增加;另一方面,电磁频谱资源刚性约束使传统通信扩容空间受限。
与此同时,激光通信虽然具备大带宽优势,但要在星地间稳定实现超高速传输,必须跨越大气扰动、指向与捕获精度、链路快速建立和传输误码控制等多重工程难题,难度远高于低速链路的实验验证。
影响:本次实验在新疆塔县激光地面站成功实现120Gbps星地激光通信业务化应用,刷新我国纪录,意味着我国正加快构建面向海量数据回传的“高速通道”。
据介绍,实验使用自主研制的500毫米口径星地激光通信系统,配合AIRSAT-02实验卫星开展验证,在卫星硬件不变的前提下,通过在轨软件重构将既有60Gbps能力提升至120Gbps,体现了以软件定义方式释放载荷潜能、降低升级成本的技术路径。
实验期间实现秒级快速捕获建链,建链成功率超过93%,最大连续通信时长达108秒,累计下行数据量12.656Tb,并完成高质量遥感影像处理,表明该链路在高吞吐、稳定维持和可靠传输方面具备较强工程可用性。
对遥感应用而言,更高的下行速率将直接提升数据回传时效,缩短从“获取”到“产品”再到“服务”的链路周期,为灾害应急快速研判、重点区域动态监测和精细化治理提供更有力支撑。
对策:从技术实现看,超高速星地激光通信的突破并非单点提升,而是系统能力协同升级。
相关团队围绕“收得稳、收得对、收得快”开展关键攻关:通过优化算法抵消大气扰动对激光信号的影响,提升接收稳定性;采用先进信号处理方法在数字层面纠正传输失真,增强链路可靠性;并动态调整传输策略以适应信道变化,提高链路利用效率,保障120Gbps持续高速传输。
与此同时,地面站能力建设与业务化运行同样关键。
塔县激光地面站作为我国首个业务化运行的星地激光通信地面站,自2024年9月投用以来承担多项任务,为技术从实验室走向工程应用提供了运行场景和数据积累。
进一步看,推动星地激光通信规模化应用,还需要在地面站网络布局、与既有微波体系协同、标准规范、运行维护与安全保障等方面形成体系化方案,实现“能用、好用、常用”。
前景:业内认为,星地激光通信带宽充裕,是突破星地传输瓶颈的重要方向。
此次120Gbps业务化实验成功,显示我国已初步具备面向未来空间海量数据高速下行的承载能力。
随着遥感卫星组网与多类型载荷并行发展,未来对“高吞吐、低时延、强稳定”的回传能力需求将更加迫切。
可以预期,在持续完善星上终端、在轨可重构技术、地面站网络与运行体系的基础上,星地激光通信有望与传统微波通信形成互补,构建更高效、更灵活的天地一体信息传输体系,支撑遥感数据从“看得清”向“传得快、用得好”升级。
从60Gbps到120Gbps的跨越,不仅是一个数字的翻倍,更是我国空间信息技术自主创新能力的重要体现。
这一突破充分说明,通过系统的技术创新和工程实践,我们完全可以在关键领域实现自主可控。
展望未来,随着星地激光通信技术的不断完善和应用范围的扩大,我国在空间信息获取、传输和应用方面的能力将得到显著提升,为国家经济社会发展和科技进步提供更加有力的支撑。