空間激光通信的鏈路共有6類:星間激光通信、星地激光通信、星空激光通信、空空激光通信、空地激光通信、地地激光通信。
空間激光通信鏈路示意圖
星間激光通信鏈路的信道是自由空間信道,沒有大氣、氣象等因素的干擾,是激光通信最合適的應用場合,因此各國都選擇星間激光通信鏈路作為激光通信在空間應用的切入點。
相比星間激光通信鏈路,星地激光通信的激光信號需要經歷自由空間、大氣湍流隨機信道,云、雨、霧霾等氣象條件的影響,實現高可靠和高可用度應用難度大。
但空間的數據最終都要向地面傳遞,因此星地激光通信技術是目前空間激光通信的瓶頸,也是目前研究的重點和難點。
經過多年的研究,科學家們發現,實現空間激光通信的技術難題主要集中在幾大塊——
跟蹤難!大氣干擾!距離遠!
捕獲、瞄準、跟蹤技術是空間激光通信的關鍵技術之一。從前文的敘述中可以看出,技術難度不是一般的高啊。不確定區域大,光束束散角小,平臺振動以及通信平臺之間的相對運動影響都是攻克這一技術的難點。
大氣干擾對激光通信影響很大。激光束通過大氣傳輸時存在損耗、湍流、激光波前畸變等情況,不僅影響通信速率和通信效果,嚴重時甚至無法通信。
空間激光通信的傳輸長度動輒以幾千千米、幾萬千米計算,激光在這么長距離的傳輸中會產生很大的能量損失,接收的光信號往往十分微弱,此外,背景光(太陽、月亮、星體等)也將產生很強的干擾,大大增加了光信號的接收難度。
激光的特性決定了空間激光通信適合點與點之間的安全通信,組網時需要大面積覆蓋也比較困難。
通過中繼衛星進行火星與地球的激光通信
空間激光通信的“家族”
空間激光通信的研究已開展多年,但直到近幾年,技術的突破與帶寬的提升才真正推動空間激光通信進入了應用階段。
歐洲數據中繼系統(EDRS)計劃