宇宙レーザー通信では、レーザーを情報媒体として使用します。従来のマイクロ波通信と比較して、高帯域幅、高速、高い指向性精度、強力なセキュリティ、軽量な機器などの大きな利点があります。しかし、数十万キロメートルの深宇宙では、レーザー通信は長い間、しばしば「3 つの山」と呼ばれる 3 つの主要な技術的課題に直面してきました。それは、正確なビーム調整の極度の困難、深刻な信号減衰、および伝送速度の向上の困難です。
中国科学院の宇宙応用工学技術センターが主導し、浙江研究所、雲南天文台、上海マイクロシステム情報技術研究所と協力して、研究チームは5年を費やしてこれら3つの大きなハードルを克服した。
まず、「位置合わせの課題」を解決します。地球-月の通信は、「400,000 キロメートルの距離で針に糸を通す」ことによく例えられます。送信端での微視的な角度偏差であっても、ターゲットに到達する際に数キロメートルの位置誤差が生じる可能性があります。これに対処するために、チームは超長距離と非常に弱い信号向けに設計された双方向の取得および追跡ソリューションを開発しました。-衛星の軌道、望遠鏡の設置と変形の誤差、大気の屈折、レーザーの飛行時間を包括的に計算および校正することで、衛星と地上の望遠鏡が移動中に高精度の位置合わせを維持できるようにしました。--
2 つ目は、「信号が弱い」問題を克服することです。 400,000 キロメートル移動した後、地上に到達するレーザー信号はわずか数光子に減少し、月光、星明かり、街の明かりなどの背景ノイズによる干渉の影響を非常に受けやすくなります。この極端な課題に取り組むために、チームは独自に開発した高速超伝導単一光子検出技術と、一連の複雑な高感度通信信号処理アルゴリズムを利用しました。{{4}これにより、数千マイル離れた賑やかな騒がしい都市でピンが落ちた音を正確に聞くのに相当する大量のノイズから有効な信号を抽出することに成功しました。{8}}
ついに「コミュニケーションが遅い」という壁を打ち破りました。極めて低い信号対雑音比条件下で高いデータレートを達成するために、チームはピコ秒-レベルの時刻認識が可能な高帯域幅で高効率な通信処理テクノロジーを開発しました。-彼らは高次パルス位置変調と信頼性の高い信号処理方式を採用し、ノイズと戦うための強力な誤り訂正符号化戦略によって補完されています。-このテストでは、最初に 1.25 Mbps (メガビット/秒) のアップリンク速度と 100 Mbps のダウンリンク速度を達成しました。たとえば、従来の 5 Mbps のマイクロ波リンクを使用した場合、8K 高解像度の月面画像をダウンロードするには約 4 ～ 5 分かかりました。-新しい 100 Mbps- クラスのレーザー通信により、送信時間はわずか 12 秒に大幅に短縮され、効率はほぼ 20 倍向上しました。
現在、地球と月の間のこの「情報スーパーハイウェイ」は完全に確立されています。世界的な月探査と有人月面着陸ミッションが加速するにつれ、月面宇宙空間では「データ爆発」が起きようとしています。この新しく確立された双方向高速レーザー リンクは、将来のミッションのための安定した高速の新しい情報伝達方法を提供するだけでなく、高解像度の月面ビデオや大量の科学データのリアルタイム帰還をサポートするだけでなく、中国が宇宙科学と宇宙応用分野でより独創的なブレークスルーを達成することを強力にサポートします。{{6}
