星空浩瀚無比，探索永無止境。更高速的互聯(lián)、更精準的感知、更可靠的保障，支撐我國航天事業(yè)向更深更遠處邁進。

　　“十五五”規(guī)劃綱要提出，適度超前建設(shè)新型基礎(chǔ)設(shè)施，推進信息通信網(wǎng)絡、全國一體化算力網(wǎng)、重大科技基礎(chǔ)設(shè)施等建設(shè)和集約高效利用，推進傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施更新和數(shù)智化改造。以衛(wèi)星星座、太空通信、在軌算力等為重要載體，太空新基建不僅是科技競爭的新賽道，也有望成為數(shù)字經(jīng)濟的新底座。

　　地月通信如何更高效、衛(wèi)星怎樣織就“天網(wǎng)”？本版推出“走近太空新基建”系列報道，介紹我國航天發(fā)展的前沿技術(shù)，探尋逐夢星空的產(chǎn)業(yè)新機遇。

　　——編 者

　　跨越約40萬公里的深空，一束激光穿梭于地球與月球軌道之間，如同一條看不見摸不著的隱形光纖，搭建起地月雙向高速通信鏈路。近日，我國科研團隊成功完成地月雙向高速激光通信試驗，成為全球第二個掌握深空激光通信技術(shù)的國家。這一重大突破，標志著我國空間激光通信正式從近地軌道邁入地月空間。

　　一束光，在地月間架起隱形寬帶

　　什么是地月激光通信？簡單來講，就是以激光作為載體，完成地球與繞月衛(wèi)星之間的數(shù)據(jù)交互。

　　“這束光起的作用和家里裝的網(wǎng)線一樣，都是信息傳輸?shù)妮d體，就像在地球和月球之間拉了一根隱形的光纖寬帶，能讓數(shù)據(jù)在約40萬公里距離高速傳輸，所以又被大家形象地比喻為‘太空網(wǎng)線’?！敝袊茖W院空間應用工程與技術(shù)中心研究員、激光通信試驗科研團隊負責人楊雷說。

　　長期以來，我國深空探測主要依靠微波通信開展數(shù)據(jù)回傳，但微波通信帶寬有限，如同一條車道有限的普通公路，一旦探測器產(chǎn)生大量圖像、觀測數(shù)據(jù)，通道就極易擁堵?！疤綔y器飛得出去，珍貴數(shù)據(jù)回不來”，成為困擾深空探測的一大現(xiàn)實瓶頸。

　　相較傳統(tǒng)微波，激光通信速率能夠提升10到100倍，且光束集中不易被截獲，保密性更強；同時星上終端設(shè)備體積小、重量輕，更加適配航天載荷嚴苛的搭載條件。

　　對此，楊雷進一步解釋說：“微波通信好比一條普通公路，車道有限，車流量容易飽和；激光通信則像一條多車道高速公路，可以容納更多的信息并駕齊驅(qū)，互不干擾?！?/p>

　　一組直觀數(shù)據(jù)可以感受速率飛躍：一張不壓縮的8K月面全景照片，擁有3300萬像素，原始數(shù)據(jù)約1.2吉比特。傳統(tǒng)地月微波通信速率僅有幾兆比特每秒(Mbps)，完整傳輸這張圖片，要花費4到5分鐘。本次試驗實現(xiàn)下行100Mbps通信速率，傳輸一張同等高清圖片，僅僅需要12秒。

　　在地月間架起隱形寬帶，需翻越三座技術(shù)“大山”——瞄準難、信號弱、傳輸慢。

　　“深空傳輸距離動輒數(shù)十萬公里，對光束瞄準精度要求苛刻；激光信號遠距離傳輸至地面后衰減極強，信號微弱至難以捕捉；高速傳輸技術(shù)受限，傳輸速度也一直提不上去。”楊雷說。

　　超遠距離精準瞄準，是本次試驗攻克的首要難題。地月間通信好比“萬里穿針”：相當于在約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(fā)射端哪怕出現(xiàn)極其微小的角度偏差，抵達目標附近時也會產(chǎn)生數(shù)公里的位置誤差。

　　為此，科研團隊創(chuàng)新性地提出了適用于超遠距離、極微弱信號條件的雙向捕獲跟蹤方案。

　　“我們通過對衛(wèi)星軌道、望遠鏡安裝及形變誤差、大氣折射、激光飛行時間等多種因素的計算和系統(tǒng)校準，讓天上的衛(wèi)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。”中國科學院空間應用工程與技術(shù)中心副研究員展月英說。

　　攻克瞄準難題后，極弱信號識別的挑戰(zhàn)接踵而至。激光跨越約40萬公里到達地面時，信號已衰減至僅剩余數(shù)個光子，地面望遠鏡能接收到的信號極少。與此同時，月光、星光、城市燈光等信號也會混入其間，對激光信號形成干擾，讓有效信號的甄別難上加難，就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。

　　針對這一難題，科研團隊用上了能探測單個光子的“超靈敏探測器”，并開發(fā)了一套復雜的信號識別算法，從海量噪聲中精準篩選，提取有效信號，成功突破瓶頸。

　　在實現(xiàn)信號穩(wěn)定接收的基礎(chǔ)上，團隊持續(xù)攻堅，大幅提升數(shù)據(jù)處理效率。此次試驗初步實現(xiàn)了上行1.25Mbps、下行100Mbps的通信速率。

　　比試驗更難的，是低谷時期的堅守

　　硬件交付，僅僅是闖關(guān)的開始。整個在軌測試歷時兩年多，用楊雷的話說，幾乎經(jīng)歷了“九九八十一難”。

　　2021年12月，團隊接到研制任務，留給星上載荷的研制周期僅有兩年。當時，國內(nèi)沒有成熟經(jīng)驗可以借鑒。為趕上衛(wèi)星發(fā)射窗口，團隊實行兩班倒，連軸推進集成與測試。2023年12月，載荷如期交付，所有人松了一口氣，期待它奔赴太空開展試驗。

　　然而，誰也未曾料到，衛(wèi)星發(fā)射階段突發(fā)意外，太陽能帆板受損，衛(wèi)星只能“帶傷上崗”。

　　楊雷至今清晰記得那一刻，消息傳來時，他剛下飛機坐上出租車，“當時，眼淚忍不住就流下來了?！?/p>

　　兩年多日夜攻堅，仿佛寒窗苦讀的考生，還沒有走進考場，就被告知考試取消，巨大絕望籠罩整個團隊。

　　幾天之后，專項組傳來消息，衛(wèi)星救援取得成效，仍舊有開展試驗的可能性。但受損帶來的代價極為沉重：原本的試驗時間銳減。

　　“有效試驗窗口只集中在農(nóng)歷月初和月中少數(shù)幾天。有時，好不容易等到符合條件的日子，地面又可能遭遇陰雨天氣，試驗被迫取消?！闭乖掠⒄f。

　　每一次來之不易的試驗機會，團隊都嚴陣以待。一半人員提前半個月奔赴云南地面站做準備，另一半留守北京飛控中心。試驗結(jié)束，立刻復盤全部數(shù)據(jù)，迭代優(yōu)化軟件模型、地面設(shè)備，靜靜等候下一次窗口期。

　　試驗本身艱難，比試驗更難的，是低谷時期的堅守。時間一點點流逝，到2025年底，在軌試驗依舊沒有取得突破性進展。漫長的等待和反復失敗，讓不少團隊成員心生沮喪，感覺成功遙遙無期。

　　楊雷不斷給團隊打氣：“我們此前完成過兩項高風險航天任務，起步階段大家都覺得幾乎不可能實現(xiàn)，最后都圓滿完成了?，F(xiàn)在每一次試驗我們都拿到了有效數(shù)據(jù)，系統(tǒng)持續(xù)迭代改善，只要堅持，付出終會有回報的。”

　　“路雖遠，行則將至；事雖難，做則必成?！蹦嵌巫钇D難的日子里，楊雷把這句話轉(zhuǎn)發(fā)到團隊工作群，成為所有人的精神支撐。大家沒有選擇放棄，堅持循環(huán)開展分析、驗證、優(yōu)化，熬過無數(shù)通宵加班，終于迎來鏈路成功打通的高光時刻。事后有同事坦言，如果不是這份堅持，團隊很難撐到成功那一刻。

　　本次試驗是國際上首次在地月特殊戰(zhàn)略軌道上完成雙向激光通信。客觀來看，對比一些國家成熟的深空激光通信，我國在通信速率、最遠通信距離方面仍存在差距。

　　“當前，我們首要目標是驗證整套系統(tǒng)自主可控與體系完整性，不是一味追求極致指標?！睏罾渍f，這次突破完成“從0到1”跨越，把我國空間激光通信，從近地軌道正式帶入地月空間，躋身全球第一梯隊。

　　鋪就未來深空探測的信息底座

　　打通地月第一條激光通信鏈路，只是我國深空信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的起點。面向載人登月、月球科研站建設(shè)的現(xiàn)實需求，楊雷表示，團隊還有一連串明確的攻堅目標。

　　速率的繼續(xù)提升是首要任務。當前，星上硬件已經(jīng)具備達到國際領(lǐng)先速率指標的能力，團隊計劃在年內(nèi)開展速率升級試驗。“但是地面試驗受天氣制約很大，云層、大氣條件都會影響試驗開展，具體執(zhí)行要視地面站氣象條件而定。”楊雷坦言，跑得更快之外，還要跑得更穩(wěn)。

　　此外，目前試驗大多局限于夜間，太陽光會造成強烈干擾。團隊正集中力量攻關(guān)新技術(shù)，希望打破夜間限制，探索白天、復雜氣象條件下開展通信的可能性，提升系統(tǒng)抗強光、抗大氣湍流的能力，降低斷線概率，朝著長時間連續(xù)穩(wěn)定通信努力，讓太空通信像地面寬帶一樣少卡頓、少掉線。

　　更重要的是，地月距離只是起點。展月英表示，此次驗證的高精度跟蹤、弱信號探測和高速單光子信號處理等技術(shù)，可進一步延伸至火星、小行星乃至更遠的深空任務，將有力支撐我國深空探測取得更多的原創(chuàng)性科學成果。

　　而更長遠的宏大藍圖，是從“一條路”進化為“一張網(wǎng)”。

　　“我們的任務走到哪里，信息通路就要鋪到哪里。”楊雷說，這次試驗相當于完成建網(wǎng)第一步——先打通單條鏈路，然后以激光通信作為核心，多條鏈路交織，構(gòu)建完整地月信息網(wǎng)絡。目前，相關(guān)部門已經(jīng)在論證常態(tài)化地月骨干通信網(wǎng)絡。

　　回望這次重大技術(shù)突破，楊雷、展月英都有著同樣的感悟：核心技術(shù)，從來不是等出來的，是干出來、闖出來的。“面對國內(nèi)技術(shù)空白，不能因為前路艱難就畏縮止步。自主創(chuàng)新路上，信念與實干缺一不可，既要敢于向世界級難題發(fā)起挑戰(zhàn)，又要腳踏實地，一步一步啃下現(xiàn)實難題?！睏罾渍f。

　　人民日報記者 吳月輝