地月尺度雙向激光通信示意圖。圖源：中國科學院空間應用工程與技術中心

據中國科學院空間應用工程與技術中心26日消息，中國地月激光通訊試驗任務取得重要突破，成功在超過40萬公里的地月距離上建立起雙向激光鏈路，首次實現地月雙向高速激光通訊。象徵著中國空間激光通訊正式從近地軌道邁入地月空間。

空間激光通訊是一種利用激光（台灣稱「雷射」）傳輸信息的通訊方式，與傳統微波通訊相比，具有帶寬大、速度快、方向準、保密性好等優勢。但距離越遠，技術挑戰越大。

空間應用中心研究員、激光通訊試驗科研團隊負責人楊雷介紹表示，「數十萬公里的深空距離，光束瞄準精度極難對準、訊號傳到地面衰減到極致、傳輸速率難以提升——這是深空激光通訊領域長期面臨的三座大山。科研團隊經過為期五年的技術攻關，成功解決了這三大難題。」

首先難在「瞄準」。地月間通訊好比在40萬公里外，將一束極細的光線精準穿過一個高速運動的「針孔」。發射端哪怕出現極其微小的角度偏差，抵達目標附近時也會產生數公里的位置誤差。為此，科研團隊想出了一套新辦法：綜合考慮衛星軌道、望遠鏡安裝誤差、大氣折射、激光飛行時間等各種因素，讓天上的衛星和地面的望遠鏡在運動中始終對準，確保激光能精準照到預定位置。

解決了瞄準問題，但當激光跑完40萬公里到達地面時，已經微弱到只剩幾個光子。地面望遠鏡能收到的訊號少得可憐，而月光、星光、城市燈光還會混進來搗亂。為此，團隊用上了能探測單個光子的「超靈敏探測器」，並開發了一套複雜的訊號識別算法，硬是從海量噪聲中把有效訊號「撈」了出來。這就好像在千里之外喧囂嘈雜的鬧市中，準確聽清一根針落地的聲音。

訊號能收到了，傳輸速度也得跟上。團隊通過技術攻關，大幅提升了數據處理效率。此次試驗初步實現上行1.25Mbps（兆比特每秒）、下行100Mbps的通訊速率。楊雷舉例說：「以一幅8K月面高清圖像為例，用傳統5Mbps微波鏈路下傳約需4到5分鐘；換成百Mbps激光通訊後，只要約12秒。」

「目前地月之間的『信息高速路』已經打通，未來我們將會獲取到更多、更有原創價值的科學數據。」楊雷表示，相關技術還將為我國載人登月、月球科研站建設和深空探測提供高速信息傳輸的新手段。

據悉，這項任務由中國科學院空間應用工程與技術中心牽頭，聯合之江實驗室、中國科學院雲南天文台、中國科學院上海微系統與信息技術研究所等單位，依托一顆運行在遠距離逆行軌道上的衛星（DRO-A）實施。

◎來源｜科技日報，記者陸成寬
◎編輯｜魏三多

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