日本将喺太空采用光通信，速度媲美5G

转载：本文来自“日经中文网”，作者：大越优树，转载经授权发布。

日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）最早将喺2021年度内开始运用在人造卫星间通信中采用光嘅系统。光通信嘅数据传输速度是以往采用电波嘅通信嘅7倍以上，接近目前嘅高速通信标准5G。如果在太空中普及大容量嘅光通信，都有望用于互联网连接、同环月基地嘅通信等新用途。

在太空中利用光进行通信嘅示意图（JAXA提供）

在日常生活中通过智能手机和个人电脑使用互联网时，一般系将携带信息嘅数字信号转换为光，通过光纤电缆将信息传送畀接收方。光是地面通信基础设施嘅主角。

另一方面，喺太空中及太空同地面嘅联络方面，多是使用电波。电波不易受到天气嘅影响，容易传输较远距离，能够相对轻松地收发数据。

JAXA将开始运用嘅通信系统“LUCAS”将同地面相对静止嘅同步卫星和环绕地球周围、拍摄各种情况嘅2粒地球观测卫星结合起来。同步卫星上安装主要接收光信号嘅装置，喺地球观测卫星上安装传输光嘅装置，以此交换信息。

采用该系统时卫星间嘅通信速度为每秒1.8GB，有望接近在智能手机等之上启动服务嘅5G嘅目前速度（每秒2~4GB）。通过同步卫星中转，将地球观测卫星拍摄嘅森林和田野等图像传回地球。

同步卫星已经由日本国产火箭“H2A”43号机于2020年11月送入太空。JAXA携手日本情报通信研究机构（NICT），确认‌在模拟地球观测卫星嘅地面装置和同步卫星之间能正常收发光信号。2021年度内将发射地球观测卫星“大地3号”，喺经过数月嘅动作确认后开始运用LUCAS系统。

之所以用同步卫星中转，是因为地球观测卫星在绕地球1周嘅90分钟里只有约10分钟能向地面传输数据，存在时间方面嘅制约。如果采用中转方式，但系传输时段能达到约4倍，能实时发送数据嘅时间将延长。

大地3号嘅特点是精度高，就算离地面600公里以上，都可以以80厘米间隔拍摄地面情况。不过，高分辨率图像嘅数据量非常大。如果采用传输速度达到电波7倍以上嘅光，则能在相同时间内传输7倍以上嘅数据。就算以高分辨率拍摄自然环境和发生灾害时嘅灾区图像，都可以顺畅通信，有望用于救援活动和农业、渔业。

信号收发装置性能嘅提高使太空中嘅光通信变为可能。喺海底光缆中采用嘅通过在途中设置中转器来扩增光信号嘅方式在太空当中难度好大。需要发送地面10倍以上嘅高输出功率嘅光信号，但无办法通过水等来对光产生嘅热进行冷却。日本NEC开发‌就算发出强力激光都可以散热嘅装置，太空中嘅光通信变为可能。

NEC开发嘅装置（照片由JAXA提供）

光通信仲有第啲优点。喺采用电波嘅情况下，如果无序进行通信，将会产生干扰，导致无办法通信。电波通信需要取得牌照，以及同第啲国家和组织针对频率进行协调。

另一方面，光之间不易相互干扰。虽然存在光强度等安全基准，但据日本情报通信研究机构嘅宇宙通信研究室室长丰嶋守生表示，“不需要牌照和国际间频率协调”。

在海外，欧洲航天局（ESA）已经实现卫星间嘅光通信。美国国家航空航天局（NASA）都计划在2021年度内启动卫星间嘅光通信。

在美国主导嘅载人月球探测计划“阿尔忒弥斯（Artemis）计划”当度，NASA提出在绕月轨道建设宇宙空间站“Gateway”嘅构想。预计宇宙空间站和各个卫星之间将采用光通信。

日本嘅LUCAS系统嘅优点是采用同光纤相同波长嘅光，能控制零部件成本。通信速度都达到NASA系统嘅约1.5倍。

美国太空初创企业SpaceX提出计划话，将每粒可向1000公里以上广大范围发射电波嘅卫星用作接入互联网嘅“基站”，喺全世界构建互联网利用环境。卫星间嘅通信计划采用光信号。

此外，仲有在卫星和地面之间嘅通信中采用光嘅构想。虽然面临住光比电波更容易受到雨和云影响嘅课题，不过其思路在于能否充分利用大容量嘅光。日本情报通信研究机构预定在2024年实施在向地面传输卫星数据时根据情况区别使用电波和光嘅实验。