ارتباطات لیزری فضایی از لیزر به عنوان حامل اطلاعات استفاده می کند. در مقایسه با ارتباطات مایکروویو سنتی، مزایای قابل توجهی از جمله پهنای باند بالا، سرعت سریع، دقت جهت گیری بالا، امنیت قوی و تجهیزات سبک را ارائه می دهد. با این حال، در فواصل اعماق فضایی صدها هزار کیلومتری، ارتباطات لیزری برای مدت طولانی با سه چالش فنی عمده روبرو بوده است که اغلب به عنوان "سه کوه" از آن یاد می شود: دشواری شدید در تراز دقیق پرتو، تضعیف شدید سیگنال، و مشکل در افزایش نرخ انتقال.
این تیم تحقیقاتی به رهبری مرکز مهندسی و فناوری کاربرد فضایی آکادمی علوم چین و با همکاری آزمایشگاه ژجیانگ، رصدخانههای یوننان و موسسه میکروسیستم و فناوری اطلاعات شانگهای، پنج سال را صرف غلبه بر این سه مانع بزرگ کردند.
اول، حل «چالش هم ترازی». ارتباط زمین{1}}اغلب با "نخ زدن یک سوزن در فاصله 400000 کیلومتری" مقایسه می شود. حتی یک انحراف زاویه ای میکروسکوپی در انتهای فرستنده می تواند منجر به خطای موقعیت چند کیلومتری پس از رسیدن به هدف شود. برای رفع این مشکل، تیم راه حلی برای ردیابی و ردیابی دوطرفه ابداع کرد که برای مسافتهای بسیار-و سیگنالهای بسیار ضعیف طراحی شده است. آنها با محاسبه و کالیبره کردن کامل مدارهای ماهواره، خطاهای نصب و تغییر شکل تلسکوپ، شکست اتمسفر، و زمان{9}پرواز{10}}از لیزر، اطمینان حاصل کردند که ماهواره و تلسکوپ زمینی در حین حرکت، تراز دقیق- بالایی دارند.
دوم، غلبه بر مشکل "سیگنال ضعیف". پس از طی مسافت 400000 کیلومتر، سیگنال لیزری که به زمین می رسد تنها به چند فوتون کاهش می یابد و به شدت مستعد تداخل نویزهای پس زمینه مانند نور ماه، نور ستاره و نورهای شهر است. برای مقابله با این چالش شدید، تیم به طور مستقل بر-فناوری تشخیص تکی-فوتونی ابررسانا با سرعت بالا و یک سری از الگوریتمهای پردازش سیگنال ارتباطی پیچیده و{6}}با حساسیت بالا تکیه کرد. این به آنها اجازه داد تا سیگنال معتبر را از مقادیر انبوه نویز-معادل شنیدن دقیق یک ریزش پین در یک شهر شلوغ و پر سر و صدا از هزاران مایل دورتر استخراج کنند.
در نهایت، شکستن سد "ارتباط آهسته". برای دستیابی به نرخهای داده بالا در شرایط نسبت سیگنال به- بسیار کم، تیم فناوری پردازش ارتباطی با پهنای باند بالا-و بسیار کارآمد با قابلیت تشخیص زمان در سطح پیکوثانیه- توسعه داد. آنها مدولاسیون موقعیت پالس با مرتبه بالا و طرحهای پردازش سیگنال بسیار قابل اعتماد را اتخاذ کردند که با استراتژیهای کدگذاری تصحیح خطای قوی برای مبارزه با نویز تکمیل شد. این تست در ابتدا به سرعت آپلینک 1.25 مگابیت بر ثانیه و سرعت پایین لینک 100 مگابیت بر ثانیه دست یافت. برای مثال، بارگیری یک تصویر سطح ماه با کیفیت 8K{13}} با استفاده از پیوند مایکروویو سنتی 5 مگابیت بر ثانیه حدود 4 تا 5 دقیقه طول کشید. با ارتباطات لیزری کلاس{19}100 مگابیت بر ثانیه جدید، زمان انتقال بهشدت به 12 ثانیه کاهش یافت، که بازدهی نزدیک به 20 برابر افزایش یافت.
در حال حاضر، این "ابر بزرگراه اطلاعاتی" بین زمین و ماه به طور کامل ایجاد شده است. همانطور که اکتشافات جهانی ماه و مأموریت های فرود خدمه ماه شتاب می گیرند، فضای سیسلونار در آستانه تجربه یک "انفجار داده ها" است. این پیوند لیزری با سرعت بالا و دو طرفه جدید نه تنها یک روش جدید انتقال اطلاعات پایدار و با سرعت بالا برای ماموریتهای آتی ارائه میکند، از-بازگشت زمانی واقعی ویدیوهای ماه با کیفیت بالا و مقادیر انبوهی از دادههای علمی پشتیبانی میکند، بلکه به شدت از چین در دستیابی به فضای علمی و برنامههای کاربردیتر پشتیبانی میکند.
