近日，為了提高美國國家航空航天局（NASA）的空間通信能力，NASA計劃2023年將向空間站發送一項名為“集成LCRD低地球軌道用戶調制解調器和放大器終端（ILLUMA－T）”的技術演示。ILLUMA－T和2021年12月啟動的激光通信中繼演示（LCRD）將共同完成NASA的第一個雙向端到端激光中繼系統。

激光通信系統的優勢

激光通信系統使用不可見的紅外光，以更高的數據傳輸速率發送和接收信息。原先的無線電頻率系統將完整的火星地圖傳回地球大約需要九個星期，而使用激光則大約需要9天。因此，有了更高的數據傳輸速率，任務可以在一次傳輸中向地球發送更多的圖像和視頻。一旦安裝在空間站上，ILLUMA－T將展示更高的數據傳輸速率對低地球軌道飛行任務的好處。激光通信為任務提供了更大的靈活性，以及從太空獲取數據的快捷方式。目前，NASA正在近地、月球和深空演示中整合這項技術。

除了數據傳輸速率更快的優勢，激光系統也因其更輕的重量及更少的能耗在航天器的設計中具有關鍵優勢。ILLUMA－T大約有標準冰箱大小，將固定在空間站的外部模塊上，以通過LCRD進行演示。目前，LCRD正在展示地球同步軌道（距離地球22000英里）激光中繼的優勢，通過在兩個地面站之間傳輸數據并進行實驗來進一步完善NASA的激光能力。一旦ILLUMA－T進入空間站，終端將以每秒1200兆比特的速率向LCRD發送高分辨率數據，包括圖片和視頻。然后，數據將從LCRD發送到夏威夷和加利福尼亞州的地面站。此次這次演示將展示激光通信如何使近地軌道任務受益。

ILLUMA－T正在作為SpaceX為NASA執行的第29次商業補給服務任務的有效載荷進行發射。在發射后的前兩周內，ILLUMA－T將從龍飛船的后備箱中取出，安裝在空間站的日本實驗模塊暴露設施（JEM－EF）上。有效載荷安裝完畢后，ILLUMA－T團隊將進行初步測試和在軌檢查。一旦完成，該團隊將向有效載荷的第一束光發起沖擊——這是一個重要的里程碑，該任務將通過其光學望遠鏡將第一束激光傳輸到LCRD。一旦出現第一束光，數據傳輸和激光通信實驗將開始且在整個計劃任務期間持續進行。

在不同場景下測試激光器

在未來，可操作的激光通信將會成為射頻系統的補充，目前許多太空任務仍依賴射頻系統來傳送數據回地球。雖然ILLUMA－T不是首個在太空中測試激光通信的任務，但它讓NASA實際應用這項技術的步伐更近一步。

除了LCRD之外，ILLUMA－T的前身還包括：2022 TeraByte InfraRed Delivery系統，該系統目前正在近地軌道上的小型CubeSat上測試激光通信；月球激光通信演示，在2014年月球大氣和塵埃環境探索者任務期間，將數據往返于月球軌道和地球之間傳輸；以及2017年Lasercomm Science的光學有效載荷，它展示了與無線電信號相比，激光通信如何能夠加速地球和太空之間的信息流動。

測試激光通信在各種場景下產生更高數據傳輸速率的能力將有助于航空航天界進一步完善未來月球、火星和深空任務的能力。

審核編輯：湯梓紅