随着现代通信技术的迅猛发展,传统的无线电频率通信已逐渐面临带宽限制、安全隐患等诸多挑战。尤其是军事和高端民用领域,对通信速度、抗干扰能力以及保密性的需求日益提升,迫使行业转向更为先进的通信解决方案。激光通信技术由此成为备受关注的焦点,其凭借高数据速率、低延迟及抗干扰性强的特点,展现出显著的优势。最近,通用原子能电磁系统公司(General Atomics Electromagnetic Systems)与Kepler通讯公司成功示范了一项突破性成果:在空中飞机通过激光通信终端与轨道上的卫星实现稳定高速数据交换,为未来空间与空中网络的互联互通奠定了坚实基础。 这项突破性的测试是在加拿大De Havilland DHC-6-300双引擎飞机上安装的光学通信终端完成的。该终端被固定在仅有12英寸的旋转炮塔上,能够灵活地调整朝向,确保对卫星发出的激光信号进行精准捕获及锁定。
在飞行过程中,飞机光学终端成功捕获了低地轨道Kepler卫星搭载的特萨特(Tesat-Spacecom)光学终端发出的激光信号,并实现了双向数据包的顺利传输。这不仅验证了两家公司设备间的跨供应商互操作性,也表明了面向空间军用星座网络的光通信标准的有效性和实用性。 美国太空开发署(Space Development Agency,简称SDA)负责推动该技术的标准化工作。SDA正致力于构建名为"普惠战士空间架构"(Proliferated Warfighter Space Architecture,简称PWSA)的全球低地轨道卫星网络,目的是为美军及其盟友提供覆盖全球的高速通信、导弹预警及导弹跟踪能力。光学通信终端作为整个网络的核心组件,承担着通过光束高速、安全地传输海量数据的关键任务。相比传统射频通信,激光通信不仅大幅提升了数据传输速率,还具备天然的抗干扰优势,极难被敌方截获或干扰,大大提升了通信链路的安全防护等级。
然而,激光终端之间实现跨厂商互联互通长期以来一直是行业痛点。各家供应商通常采用各自专有的实现方式和协议,导致设备兼容性和连接稳定性存在巨大挑战。为解决这一难题,SDA提出并推动光学通信终端标准(OCT),该标准明确了设备的硬件接口、通信协议及数据格式要求,打破了各种专利限制,促进设备间无缝对接。 通用原子能电磁系统公司此次成功演示,标志着SDA主导下的标准化工作取得实质性成果。正如SDA副主管高帕塔普·桑杜(Gurpartap "GP" Sandhoo)所言,这一突破提高了未来太空架构的韧性和可靠性,实现了不同厂商设备间的跨领域通信,是光通信领域的重要里程碑。此外,通用原子能公司副总裁格雷格·伯吉斯(Gregg Burgess)强调,这次试验不仅验证了标准的通用性,也展示了光学通信终端在极端空中环境下的性能稳定性和抗干扰能力。
值得注意的是,此前通用原子能曾尝试类似连接,但由于卫星部署及设备配合问题而未能成功。这一次,得益于Kepler首次部署的搭载特萨特Scot 80系列终端的SDA兼容卫星,实现了端到端的激光链路。Kepler美国子公司总裁罗伯特·康拉德(Robert Conrad)指出,空间光学能力与航空终端的结合,展现了未来空间和空中系统无缝互联的广阔潜力。 除此之外,通用原子能还在为其GA-75卫星开发两款新型光学终端,计划2026年发射。此次将实现从空中平台向太空平台的全面互通,进一步扩展光学通信技术的应用边界与规模,也为构建跨域融合的通信网络提供有力支撑。 技术优势方面,激光通信的最大亮点之一是其卓越的数据传输速率。
射频通信在频谱资源日益紧张的环境下,数据通量受到限制。而激光通信能够在极小的波束直径内集中能量,实现远超过传统无线电频段的数据通量,带来视频传输、数据回传等高带宽业务的实时支持。在保密和安全性方面,激光的高度定向特性使信号几乎不可能被非目标接收机制截获,从根本上提升了通信安全水平。这对于军事指挥、情报传输以及无人机群协同作战等场景尤为关键。 此外,光通信具有较小的体积和功耗优势,适合安装在空间受限的飞行平台上。此次将终端安装在旋转炮塔上的创新设计展示了光终端的灵活部署能力。
炮塔设计可实现快速调整光学方向,有效克服飞行器运动带来的指向误差,保证链路稳定连接。这种技术突破为未来各种飞行器搭载激光通信设备奠定了基础,无论是军用无人机、侦察机还是商用航班,都有望享受到高速卫星通信的便捷。 未来,随着SDA的PWSA网络逐步完成部署与扩容,多层次、多终端、多厂商的激光通信生态将构建完成。光学链路将实现从地面基站、海上平台到航空器、再到低轨卫星之间的全方位数据互联,实现真正意义上的无缝覆盖和高效资源共享。军方能够实现实时情报共享、灵活指挥控制和即时战场感知,推动作战效率再上新台阶。民用领域也将借助光通信推进航空互联网、空中导航及远程医疗等关键应用落地,推动数字化空天融合发展。
但是,激光通信技术自身还面临一些挑战。首先是光束需保持极高的瞄准精度,由于飞行器和卫星的高速移动,以及大气折射等环境因素,光路稳定性受限。研发更高性能的跟踪与控制系统是关键突破点。其次是阴天、多云等天气条件可能阻碍光通信的稳定,未来有望结合射频与光通信技术,实现智能切换保障全天候全环境通信。另外,光学终端成本相对较高,产业化及规模化推广仍需时间和资金支持。 综上所述,激光通信终端在航空器与卫星之间实现的高速链路,是航空航天通信领域一项划时代的技术进步。
它彻底改变了传统无线通信的格局,为建设高度集成、高度安全且高速的空间-空中网络提供了坚实基础。未来,随着技术的成熟和网络建设的推进,激光通信必将成为各类军事和民用空天平台的标配,推动全球信息网更高效、更安全地发展,助力人类踏入一个全新的智慧空天时代。 。
