中国首次在轨验证地月激光通信，未来近实时数据传输不是梦！

地月距离近 40 万公里，如果有一天要在月面上做直播，使用什么发信号？答案是——激光。据称，它可将深空通信能力往上提升不止一个数量级。

在刚刚过去的 8 月，中国科学院空间应用工程与技术中心披露，我国成功在超过 40 万公里的地月距离上建立双向激光链路，首次在轨验证了地月空间高速激光通信能力。

以往深空通信通常都是靠微波，受限于波束发散、能量衰减快、带宽低，可用数据率受到明显限制。就比如，在嫦娥任务中，月面传回一幅高清图像，需要几分钟甚至更长，视频就更不用说了。

激光可就大不一样，高度准直、能量集中、发散角小得多，能够形成更窄的波束，特别适合点对点传输，并且高频谱非常广，数据率可以达到微波通信的几十倍甚至上百倍，保密性也强。而且，激光星载设备的体积重量还小，装在卫星上占不了多少地方。

不过，想把激光通信搬到地月之间，可要费不少劲——

整套系统分空间和陆地两端，空间端装在 DRO-A 卫星上，也就是运行在地月远距离逆行轨道上的那颗试验星上，载荷里有小型化的激光发射模块和高灵敏接收模块，还有高精度跟瞄转台，卫星载着这些设备在月球轨道附近飞，一边高速运动，一边对着地球方向的地面站。

注：空间端一共有三颗卫星，其中，DRO-A 与 DRO-B 于 2024 年发射，经过多次轨道机动进入 DRO 轨道，与近地轨道上的 DRO-L 共同组成国际上首个基于 DRO 的地月空间三星星座。

地面端的主站设在云南天文台，核心分别三样东西：地面光学及跟踪系统依托云南天文台的 1.2 米望远镜和 53 厘米双筒望远镜建设，按公开示意图，两套望远镜分别承担下行信号接收和上行激光发射，并协同完成跟踪。还有一个是超导单光子探测器，是接收端的核心。第三个就是高速信号处理单元。

这三样东西的背后，是三大难关的突破。

第一关是极难瞄准。地月之间动辄 40 万公里，发射端哪怕出现微弧级的角度偏差，光束抵达目标附近就会偏出数公里，更何况两边都在动，卫星在飞行，地球也在自转，大气还会让光线折射，连激光本身的飞行时间差都得算进去，这些困难是不是光想想都觉得头皮发麻。

不过科研团队可不会认输，硬生生搞出一套可行的双向捕获方案，把轨道误差、望远镜安装形变、大气扰动、光传播延时等所有干扰因素全都纳入计算，做动态实时精密校准，让天上地下两端一边运动，一边牢牢地对准，差不了分毫。

这还只是解决了一个难关，第二大难关是：激光跑完 40 万公里到达地面，能量已经衰减到了原来的百亿分之一，低至单光子量级，能进到望远镜里的光子屈指可数。月光、星光、地面城市灯光还会带来大量的背景噪声，相当于要在喧闹的大街上听清楚一根针落地的声音，实打实的大海捞针。

这时候，高速超导单光子探测技术的威力就发挥出来了，再配合专门的弱信号提取算法，真就从海量的噪声里，把有效信号能捞的都给捞了出来。

到这还有最后一道难关：信号弱，链路抖，传输速率就很难上得去，上去了也容易丢包。经过科研人员攻关研制的高速信号处理单元，突破了皮秒级时间识别的大带宽处理技术，用高阶脉冲位置调制，搭配强纠错编码，不仅解决了速率问题，哪怕大气扰动让链路轻微抖动，也能保持稳定的传输。以前用微波传回一张 8K 超高清月球全景图要四五分钟，现在 12 秒就能传完，效率大幅攀升。

之前地月激光通信喊了很多年，难就难在了这三道坎上，这回咱们的科研人员全都给闯过去了。从探测器，调制算法到跟瞄系统，全链路都是中国自己的技术，完全自主可控，不用看别人脸色，也不怕被谁卡脖子，妥妥的深空探测底气。

其实放眼全球，目前为止也就中美两国完整完成了地月激光通信的在轨验证，掌握了这项技术。——顺带一说，这和月球激光测距可不是一回事，别搞混了，月球激光测距，中美俄等国都能做到，它的任务是测距，而不是建立高速通信链路。

有了激光通信这项技术，等月轨空间站和月球科研站建成后，咱们就能组网使用了。可以把科研站、月球车、轨道舱、激光通信星座与地面站搭成一张激光通信网。登月的航天员在月面就能实现高清、近实时通话，大量的科学实验数据能高速率地传回来，在地球上也可以更好地操纵月球车。

往更远的说，这也是给行星际探测打的底子。我国以前火星探测通信带宽只有几 kbps，传一张高清照片要一两个小时，视频更费劲。如果把这套方案用到火星、木星、小行星探测上，那深空数据传输的带宽桎梏，将有望突破不止一个量级。

到时候能带来多少惊喜，就尽情想象吧！