【推薦語】隨著激光通信技術的迅速發(fā)展，在太空通信的應用越來越廣泛，不同供應商、不同星間鏈路之間的互操作性要求愈發(fā)迫切，相關的標準規(guī)范和解決方案正在有序推進中。

【2023.11.28，RIA URBAN】激光通信終端提供更高的數據速率，這意味著與基于射頻的系統相比，它們能夠在單次傳輸中發(fā)送和接收更多信息。未來的技術將以可擴展性和建立可互操作、多域、多軌道激光通信的網狀網絡為目標。

自 1995 年日本宇宙航空研究開發(fā)機構進行技術演示以來，激光通信已經取得了長足的進步，該機構設法實現了每秒 1Mb的下載速度。航天公司和機構正在開發(fā)這項技術，以實現更安全的數據傳輸和與地面站、飛機、船舶甚至軌道衛(wèi)星之間的通信，下載速度高達每秒200?Gb。

與射頻 （RF） 相比，光通信終端 （OCT） 具有顯著優(yōu)勢。太空咨詢公司Alliance Velocity的董事總經理Stan Shull指出，OCT不需要RF許可，這意味著進入市場的時間可以更短。Shull 表示，OCT 尺寸更小，重量更輕，并且不需要大型太陽能電池板，因為它們比射頻數據傳輸需要更少的功率，因此它們更容易、更便宜地發(fā)射。

“就像我們從撥號互聯網轉向光纖一樣，OCT是不可避免的。這不是它是否發(fā)生的問題，而只是何時以及多快的問題，“舒爾說。

然而，這些優(yōu)勢被硬件的缺點和網絡操作的復雜性所抵消。盡管目前對OCT的需求很大，但它們不太可能完全取代射頻技術：“射頻永遠不會消亡，因為它具有穿過云層的優(yōu)勢，”Tesat Spacecom的銷售主管Sven Rettig說，Tesat Spacecom是空中客車公司的獨立子公司，正在開發(fā)激光終端。

“射頻不會消失。激光不是偷一塊餡餅;我們正在把餡餅做大。射頻有其自身的優(yōu)勢，而光學則不具備，反之亦然，“另一家開發(fā) OCT 的公司 Skyloom Global 的首席運營官 Campbell Marshall 重申道。

1 市場現狀

在商業(yè)方面，更多的公司，甚至是那些以前不接受OCT想法的公司，現在正在考慮將激光通信用于下一代衛(wèi)星。Odysseus Space首席執(zhí)行官兼聯合創(chuàng)始人Jordan Vannitsen表示，從射頻的轉變部分是由于大多數運營商部署了具有更高有效載荷能力的星座，這意味著更多的數據。“我們可以看到，最大的市場將是星際鏈路，僅由幾個星座或巨型星座驅動，”Vannitsen說。

Shull預測，在不久的將來，很大一部分低地球軌道（LEO）衛(wèi)星將需要激光光通信，與射頻共存。“我認為光學可能是高帶寬通信的關鍵推動因素，”他說。

Shull解釋說，太空發(fā)展局（SDA）一直在推動OCT的標準化，并且一直是開發(fā)該技術的多家商業(yè)公司的主要客戶，因為它建立了用于導彈預警和跟蹤的擴散作戰(zhàn)空間架構（PWSA）星座。

歐洲航天局（European Space Agency）和美國國家航空航天局（NASA）也在執(zhí)行激光終端任務，OneWeb等商業(yè)星座正在考慮在未來版本的星座上采用OCT。OCT有望在高帶寬應用中發(fā)揮關鍵作用，例如下一代地球觀測（EO）和偵察任務。

Shull 還預計，未來幾年可能會有數以萬計的 OCT 與在軌衛(wèi)星集成：“現在，你擁有的衛(wèi)星比 OCT 多得多。但在某些時候，如果許多衛(wèi)星有三到四顆，你可以想象這樣一種情況，即軌道上的OCT比衛(wèi)星多。

激光終端開發(fā)商 Mynaric 參與了 SDA 及其為 OCT 創(chuàng)建互操作性標準的工作。首席執(zhí)行官穆斯塔法·韋齊羅格魯（Mustafa Veziroglu）表示，該領域的一個未來趨勢將是開發(fā)使OCT在不同衛(wèi)星供應商之間可互操作的方法，并使用不同的衛(wèi)星間鏈路標準，而不是航天器僅與特定公司的專有終端進行通信。美國國防高級研究計劃局（DARPA）的Space-BACN（天基自適應通信節(jié)點）計劃旨在通過能夠與不同的光學衛(wèi)星間鏈路標準配合使用的可重構光學數據鏈來實現這一目標。

Skyloom首席運營官Marshall解釋說，盡管目前SDA正在制定標準，但商業(yè)公司可能也會有替代標準來支持不同的用例。SDA設定的當前數據速率標準為每秒2.5Gb，但OCT的功能要多得多，未來的市場需求可能會遠遠超過這個標準，因為一些應用需要更高的帶寬。

“我們看到了一種商業(yè)愿景，既可以做商業(yè)想要的事情，又可以靈活地與SDA部分進行鏈接和合作，因此我們構建了允許我們同時做這兩方面的技術。我們的一個終端具有雙模式，可以做客戶希望它做的事情，或者它可以鏈接到SDA標準并與SDA星座通信。”

與此同時，Marshall預見到OCT的擴散：“在未來幾年，我們將看到誰真正能夠大規(guī)模擴展和生產OCT。

諾森比亞大學副教授 Eamon Scullion 博士認為，更快的數據速率、更小的終端和更長的通信渠道是關鍵趨勢。“但他們中很少有人在做的是讓他們變得更聰明。這就是我們正在努力做的事情。我們正在努力生產更靈活、適應性更強的東西。”

Scullion重申，隨著技術達到極限，OCT系統必須變得更加智能，以便能夠支持數千顆衛(wèi)星相互中繼信號的巨型星座。

“通過光通信，您可以獲得更高的數據速率，使用巨型星座，您可以獲得具有更高數據速率的龐大網絡，并且您的網絡將獲得更高的安全性和更大的彈性。所以我認為，正如我們所知，互聯網最終將轉移到太空，”Scullion說。

2?軍事和商業(yè)的需求

Shull 認為 SpaceX 和 SDA 是光通信發(fā)展的兩大領導者。

SDA目前正在向其OCT集成衛(wèi)星星座投入數十億美元，以建立一個空間激光通信的網狀網絡。“你必須相信，他們認為空間光通信是關鍵，并且會成功。他們正在專門創(chuàng)建標準，以便他們幾乎可以即插即用 OCT，” Shull 說。“另一股關鍵力量顯然是SpaceX。今天在軌的所有衛(wèi)星中有一半以上是SpaceX衛(wèi)星。他們正在用OCT填充這些，并用激光器大規(guī)模測試可操作的星間鏈路。

Veziroglu認為，SDA標準化有助于使該技術更加經濟實惠。Veziroglu說，商業(yè)公司負擔不起獲得射頻的許可，將其放在星座上，他認為與激光通信可以提供的數據速率相比，射頻的成本效益不高。

由于OCT技術具有低檢測概率、低攔截概率和無頻譜擁塞等特點，是國防部門的理想選擇，因此美國政府正在研究光通信。為了解決這個問題，Tesat今年早些時候成立了Tesat政府部門，以使得OCT服務于美國安全受限市場。

Tesat Government 總經理 Justin Luczyk 稱贊 SDA 為許多不同的潛在提供商提供了標準，但他已經看到了更多的需求：10 Gb/s甚至 100 Gb/s，而不是標準的2.5 Gb/s。“對我來說，這很有趣，因為在這樣的數據速率下，射頻無法接近。激光的速度要快得多，它非常符合我們在光學方面所做的工作，“Luczyk說。

“我非常有信心，隨著時間的推移，光通信肯定會成為LEO（低地球軌道）網絡的骨干，然后推動其他軌道的能力。我在未來看到的是這些不同軌道之間的連通性，因為每個軌道都提供不同的價值，“Luczyk補充道。

Vannitsen表示，盡管SDA做出了努力，但光通信還沒有明確的標準化。不同的公司和組織正在推動不同的事情。“軍事和新太空公司實際上并沒有相同的需求。軍方將推動遵循某種特定的標準——如果你實施這些標準，那將是相當昂貴的。因此，它可能不一定是適合所有人的解決方案，“Vannitsen說。

3?市場動態(tài)、資金

用于太空的激光通信技術發(fā)展起來并不容易。Tesat Spacecom的Rettig解釋說，僅僅構建太空硬件是不夠的，光學終端的困難部分是構建軟件。“指向、采集和跟蹤算法，用于查找另一個終端并保持連接，”Rettig 解釋道。他補充說，尋找勞動力在該行業(yè)也具有挑戰(zhàn)性，因為汽車企業(yè)也在尋找電氣工程師。

此外，Skyloom 的 Marshall 提到融資環(huán)境是殘酷的。“這是非常艱難的18個月。我們已經看到公司失敗了，這是可以理解的，因為了解市場動態(tài)、客戶之間的差距、漫長的采購鏈、獨特的供應鏈。這很難，這很難。另一方面，市場，需求方非常貪婪。”

Scullion 說，最大的挑戰(zhàn)之一是市場上沒有完美的激光器，而這正是像 Laser Components UK 這樣的激光二極管公司正在努力改變的。在過去的一年里，越來越多的研究在提高探測器的能力方面進行了研究，以使激光探測器對非常微弱的光功率水平更加敏感。這很重要，因為“激光在太空中所能達到的距離取決于探測器的較低功率閾值，”Scullion博士解釋說。目標是實現理想的激光二極管，即可在 1 GHz 下工作的 1 瓦激光器。

“你真的可以看到，這些公司正在響應發(fā)展方向，即這項技術正在向太空發(fā)展，這些設備需要能夠在一定水平上執(zhí)行，并且需要符合太空要求，這樣他們才能照顧這個不斷增長的小型衛(wèi)星市場，每5到10年就會發(fā)射數以萬計的衛(wèi)星。“Scullion補充道。

審核編輯：黃飛

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