導讀
在太空中，沒有人會聽到你的尖叫——因為聲音不會在真空中傳播，而且你需要某種類型的無線電波中繼攜載這些信息，況且太空距離非常遙遠。
無線電波適用於任何類型的通訊，例如：拍攝冥王星、火星。所有這些數據流都是通過無線電波傳輸至地球。
在地球上，無論你在哪裡，通訊都是即時的，這要歸功於我們構建互聯網的一系列通信設備。無線電波很容易穿過地球大氣層傳播，而手機和人造衛星技術能夠在任何地方保持信息通暢。當信號傳輸較大距離時，無線電波會擴散，因此通訊傳輸需要大功率設備和大型天線。
美國宇航局NASA正計劃實現人類永久往返月球。
在地球上，我們已經習慣了高速、無處不在的互聯網接入。一旦到達月球表面，是否有網絡連接，或者僅僅只有非常緩慢的網絡。
今天，絕大多數衛星和航天器的數據速率為千比特/秒。
對於長期居住在月球上的居民來說，這個帶寬明顯不讓人滿意。
為了滿足高清視頻和數據密集型研究的需要，美國航天局NASA和其他空間機構正在探索傳統無線電頻率傳輸的極限速度。
導讀
在太空中，沒有人會聽到你的尖叫——因為聲音不會在真空中傳播，而且你需要某種類型的無線電波中繼攜載這些信息，況且太空距離非常遙遠。
無線電波適用於任何類型的通訊，例如：拍攝冥王星、火星。所有這些數據流都是通過無線電波傳輸至地球。
在地球上，無論你在哪裡，通訊都是即時的，這要歸功於我們構建互聯網的一系列通信設備。無線電波很容易穿過地球大氣層傳播，而手機和人造衛星技術能夠在任何地方保持信息通暢。當信號傳輸較大距離時，無線電波會擴散，因此通訊傳輸需要大功率設備和大型天線。
美國宇航局NASA正計劃實現人類永久往返月球。
在地球上，我們已經習慣了高速、無處不在的互聯網接入。一旦到達月球表面，是否有網絡連接，或者僅僅只有非常緩慢的網絡。
今天，絕大多數衛星和航天器的數據速率為千比特/秒。
對於長期居住在月球上的居民來說，這個帶寬明顯不讓人滿意。
為了滿足高清視頻和數據密集型研究的需要，美國航天局NASA和其他空間機構正在探索傳統無線電頻率傳輸的極限速度。
圖1 各種通信波段的頻率
例如，在NASA的Artemis2任務中，月球周圍攜帶宇航員的獵戶座Orion航天器，將通過S波段無線電以每秒50兆位Mbit發射關鍵信息。
導讀
在太空中，沒有人會聽到你的尖叫——因為聲音不會在真空中傳播，而且你需要某種類型的無線電波中繼攜載這些信息，況且太空距離非常遙遠。
無線電波適用於任何類型的通訊，例如：拍攝冥王星、火星。所有這些數據流都是通過無線電波傳輸至地球。
在地球上，無論你在哪裡，通訊都是即時的，這要歸功於我們構建互聯網的一系列通信設備。無線電波很容易穿過地球大氣層傳播，而手機和人造衛星技術能夠在任何地方保持信息通暢。當信號傳輸較大距離時，無線電波會擴散，因此通訊傳輸需要大功率設備和大型天線。
美國宇航局NASA正計劃實現人類永久往返月球。
在地球上，我們已經習慣了高速、無處不在的互聯網接入。一旦到達月球表面，是否有網絡連接，或者僅僅只有非常緩慢的網絡。
今天，絕大多數衛星和航天器的數據速率為千比特/秒。
對於長期居住在月球上的居民來說，這個帶寬明顯不讓人滿意。
為了滿足高清視頻和數據密集型研究的需要，美國航天局NASA和其他空間機構正在探索傳統無線電頻率傳輸的極限速度。
圖1 各種通信波段的頻率
例如，在NASA的Artemis2任務中，月球周圍攜帶宇航員的獵戶座Orion航天器，將通過S波段無線電以每秒50兆位Mbit發射關鍵信息。
圖2 獵戶座多用途乘務飛行器(Orion MPCV)
其中，可以用來傳輸高清視頻的帶寬僅為1MB/s。
但如果想用Netflix播放高清電影，至少需要5MB/s的速度。
所以要提高數據速率，就意味著要超越無線電，開發光通信系統，利用激光在太空中傳輸數據。
激光通信
除了S波段無線電，獵戶座還將攜帶激光通信系統，將超高清晰度4K視頻送回地球。
導讀
在太空中，沒有人會聽到你的尖叫——因為聲音不會在真空中傳播，而且你需要某種類型的無線電波中繼攜載這些信息，況且太空距離非常遙遠。
無線電波適用於任何類型的通訊，例如：拍攝冥王星、火星。所有這些數據流都是通過無線電波傳輸至地球。
在地球上，無論你在哪裡，通訊都是即時的，這要歸功於我們構建互聯網的一系列通信設備。無線電波很容易穿過地球大氣層傳播，而手機和人造衛星技術能夠在任何地方保持信息通暢。當信號傳輸較大距離時，無線電波會擴散，因此通訊傳輸需要大功率設備和大型天線。
美國宇航局NASA正計劃實現人類永久往返月球。
在地球上，我們已經習慣了高速、無處不在的互聯網接入。一旦到達月球表面，是否有網絡連接，或者僅僅只有非常緩慢的網絡。
今天，絕大多數衛星和航天器的數據速率為千比特/秒。
對於長期居住在月球上的居民來說，這個帶寬明顯不讓人滿意。
為了滿足高清視頻和數據密集型研究的需要，美國航天局NASA和其他空間機構正在探索傳統無線電頻率傳輸的極限速度。
圖1 各種通信波段的頻率
例如，在NASA的Artemis2任務中，月球周圍攜帶宇航員的獵戶座Orion航天器，將通過S波段無線電以每秒50兆位Mbit發射關鍵信息。
圖2 獵戶座多用途乘務飛行器(Orion MPCV)
其中，可以用來傳輸高清視頻的帶寬僅為1MB/s。
但如果想用Netflix播放高清電影，至少需要5MB/s的速度。
所以要提高數據速率，就意味著要超越無線電，開發光通信系統，利用激光在太空中傳輸數據。
激光通信
除了S波段無線電，獵戶座還將攜帶激光通信系統，將超高清晰度4K視頻送回地球。
圖3 激光通信系統
但激光通信是一個棘手的命題。
宇宙飛船的輕微震動可能會使激光束瘋狂地偏離航向，也會被地球的大氣層衰減。
但是如果激光通信可以工作，強大的光通信將使深空通信能夠在幾分鐘內完成，而不是幾天內完成。宇航員將免受太空工作的孤獨之苦。
導讀
在太空中，沒有人會聽到你的尖叫——因為聲音不會在真空中傳播，而且你需要某種類型的無線電波中繼攜載這些信息，況且太空距離非常遙遠。
無線電波適用於任何類型的通訊，例如：拍攝冥王星、火星。所有這些數據流都是通過無線電波傳輸至地球。
在地球上，無論你在哪裡，通訊都是即時的，這要歸功於我們構建互聯網的一系列通信設備。無線電波很容易穿過地球大氣層傳播，而手機和人造衛星技術能夠在任何地方保持信息通暢。當信號傳輸較大距離時，無線電波會擴散，因此通訊傳輸需要大功率設備和大型天線。
美國宇航局NASA正計劃實現人類永久往返月球。
在地球上，我們已經習慣了高速、無處不在的互聯網接入。一旦到達月球表面，是否有網絡連接，或者僅僅只有非常緩慢的網絡。
今天，絕大多數衛星和航天器的數據速率為千比特/秒。
對於長期居住在月球上的居民來說，這個帶寬明顯不讓人滿意。
為了滿足高清視頻和數據密集型研究的需要，美國航天局NASA和其他空間機構正在探索傳統無線電頻率傳輸的極限速度。
圖1 各種通信波段的頻率
例如，在NASA的Artemis2任務中，月球周圍攜帶宇航員的獵戶座Orion航天器，將通過S波段無線電以每秒50兆位Mbit發射關鍵信息。
圖2 獵戶座多用途乘務飛行器(Orion MPCV)
其中，可以用來傳輸高清視頻的帶寬僅為1MB/s。
但如果想用Netflix播放高清電影，至少需要5MB/s的速度。
所以要提高數據速率，就意味著要超越無線電，開發光通信系統，利用激光在太空中傳輸數據。
激光通信
除了S波段無線電，獵戶座還將攜帶激光通信系統，將超高清晰度4K視頻送回地球。
圖3 激光通信系統
但激光通信是一個棘手的命題。
宇宙飛船的輕微震動可能會使激光束瘋狂地偏離航向，也會被地球的大氣層衰減。
但是如果激光通信可以工作，強大的光通信將使深空通信能夠在幾分鐘內完成，而不是幾天內完成。宇航員將免受太空工作的孤獨之苦。
圖4 深空通信
今天，航天機構更願意使用S波段(2至4千兆赫茲)和ka波段(26.5至40千兆赫)的無線電在航天器和飛行任務控制之間進行通信。
機載無線電臺將航向信息、環境狀況和數十個航天系統的數據發回任務控制系統。
ka波段尤其受到重視。美國宇航局(NASA)的無線電和光學技術開發負責人唐·康威爾(Don Cornwell)，稱它為"無線電頻率的凱迪拉克"(Cadillac)，因為它可以每秒傳輸到千兆KM位，並在太空中傳播良好。
導讀
在太空中，沒有人會聽到你的尖叫——因為聲音不會在真空中傳播，而且你需要某種類型的無線電波中繼攜載這些信息，況且太空距離非常遙遠。
無線電波適用於任何類型的通訊，例如：拍攝冥王星、火星。所有這些數據流都是通過無線電波傳輸至地球。
在地球上，無論你在哪裡，通訊都是即時的，這要歸功於我們構建互聯網的一系列通信設備。無線電波很容易穿過地球大氣層傳播，而手機和人造衛星技術能夠在任何地方保持信息通暢。當信號傳輸較大距離時，無線電波會擴散，因此通訊傳輸需要大功率設備和大型天線。
美國宇航局NASA正計劃實現人類永久往返月球。
在地球上，我們已經習慣了高速、無處不在的互聯網接入。一旦到達月球表面，是否有網絡連接，或者僅僅只有非常緩慢的網絡。
今天，絕大多數衛星和航天器的數據速率為千比特/秒。
對於長期居住在月球上的居民來說，這個帶寬明顯不讓人滿意。
為了滿足高清視頻和數據密集型研究的需要，美國航天局NASA和其他空間機構正在探索傳統無線電頻率傳輸的極限速度。
圖1 各種通信波段的頻率
例如，在NASA的Artemis2任務中，月球周圍攜帶宇航員的獵戶座Orion航天器，將通過S波段無線電以每秒50兆位Mbit發射關鍵信息。
圖2 獵戶座多用途乘務飛行器(Orion MPCV)
其中，可以用來傳輸高清視頻的帶寬僅為1MB/s。
但如果想用Netflix播放高清電影，至少需要5MB/s的速度。
所以要提高數據速率，就意味著要超越無線電，開發光通信系統，利用激光在太空中傳輸數據。
激光通信
除了S波段無線電，獵戶座還將攜帶激光通信系統，將超高清晰度4K視頻送回地球。
圖3 激光通信系統
但激光通信是一個棘手的命題。
宇宙飛船的輕微震動可能會使激光束瘋狂地偏離航向，也會被地球的大氣層衰減。
但是如果激光通信可以工作，強大的光通信將使深空通信能夠在幾分鐘內完成，而不是幾天內完成。宇航員將免受太空工作的孤獨之苦。
圖4 深空通信
今天，航天機構更願意使用S波段(2至4千兆赫茲)和ka波段(26.5至40千兆赫)的無線電在航天器和飛行任務控制之間進行通信。
機載無線電臺將航向信息、環境狀況和數十個航天系統的數據發回任務控制系統。
ka波段尤其受到重視。美國宇航局(NASA)的無線電和光學技術開發負責人唐·康威爾(Don Cornwell)，稱它為"無線電頻率的凱迪拉克"(Cadillac)，因為它可以每秒傳輸到千兆KM位，並在太空中傳播良好。
圖5 光纖
任何航天器傳輸數據的能力都受到電磁譜中一些不可避免的物理性質的限制:
1、無線電頻譜是有限的，空間通信的寶貴頻帶也同樣受到商業應用的重視。
藍牙和wifi使用S波段，5G蜂窩網絡使用ka波段。
2、無線電信號在空間真空中傳播。當來自月球的ka波段信號到達地球時，它將擴展到直徑約2000公里的區域：大約相當於印度的大小。
到那時，信號要弱得多，所以你需要在地球上安裝一個敏感的接收器，或者在月球上安裝一個強大的發射器。
導讀
在太空中，沒有人會聽到你的尖叫——因為聲音不會在真空中傳播，而且你需要某種類型的無線電波中繼攜載這些信息，況且太空距離非常遙遠。
無線電波適用於任何類型的通訊，例如：拍攝冥王星、火星。所有這些數據流都是通過無線電波傳輸至地球。
在地球上，無論你在哪裡，通訊都是即時的，這要歸功於我們構建互聯網的一系列通信設備。無線電波很容易穿過地球大氣層傳播，而手機和人造衛星技術能夠在任何地方保持信息通暢。當信號傳輸較大距離時，無線電波會擴散，因此通訊傳輸需要大功率設備和大型天線。
美國宇航局NASA正計劃實現人類永久往返月球。
在地球上，我們已經習慣了高速、無處不在的互聯網接入。一旦到達月球表面，是否有網絡連接，或者僅僅只有非常緩慢的網絡。
今天，絕大多數衛星和航天器的數據速率為千比特/秒。
對於長期居住在月球上的居民來說，這個帶寬明顯不讓人滿意。
為了滿足高清視頻和數據密集型研究的需要，美國航天局NASA和其他空間機構正在探索傳統無線電頻率傳輸的極限速度。
圖1 各種通信波段的頻率
例如，在NASA的Artemis2任務中，月球周圍攜帶宇航員的獵戶座Orion航天器，將通過S波段無線電以每秒50兆位Mbit發射關鍵信息。
圖2 獵戶座多用途乘務飛行器(Orion MPCV)
其中，可以用來傳輸高清視頻的帶寬僅為1MB/s。
但如果想用Netflix播放高清電影，至少需要5MB/s的速度。
所以要提高數據速率，就意味著要超越無線電，開發光通信系統，利用激光在太空中傳輸數據。
激光通信
除了S波段無線電，獵戶座還將攜帶激光通信系統，將超高清晰度4K視頻送回地球。
圖3 激光通信系統
但激光通信是一個棘手的命題。
宇宙飛船的輕微震動可能會使激光束瘋狂地偏離航向，也會被地球的大氣層衰減。
但是如果激光通信可以工作，強大的光通信將使深空通信能夠在幾分鐘內完成，而不是幾天內完成。宇航員將免受太空工作的孤獨之苦。
圖4 深空通信
今天，航天機構更願意使用S波段(2至4千兆赫茲)和ka波段(26.5至40千兆赫)的無線電在航天器和飛行任務控制之間進行通信。
機載無線電臺將航向信息、環境狀況和數十個航天系統的數據發回任務控制系統。
ka波段尤其受到重視。美國宇航局(NASA)的無線電和光學技術開發負責人唐·康威爾(Don Cornwell)，稱它為"無線電頻率的凱迪拉克"(Cadillac)，因為它可以每秒傳輸到千兆KM位，並在太空中傳播良好。
圖5 光纖
任何航天器傳輸數據的能力都受到電磁譜中一些不可避免的物理性質的限制:
1、無線電頻譜是有限的，空間通信的寶貴頻帶也同樣受到商業應用的重視。
藍牙和wifi使用S波段，5G蜂窩網絡使用ka波段。
2、無線電信號在空間真空中傳播。當來自月球的ka波段信號到達地球時，它將擴展到直徑約2000公里的區域：大約相當於印度的大小。
到那時，信號要弱得多，所以你需要在地球上安裝一個敏感的接收器，或者在月球上安裝一個強大的發射器。
圖6 光束變寬
3、激光通信系統也存在色散問題，相交的光束可能會混淆數據。但是，從月球發出的激光束將覆蓋一個只有6公里寬的區域，當它到達地球時。這意味著任何兩根光束相交的可能性要小得多。
此外，他們也不必面對已經很擁擠的頻譜。你可以使用激光傳輸幾乎無限數量的數據，康威爾說:"光學的光譜是不受限制的。激光束太窄了，它們幾乎不可能互相干擾。"
更高的頻率也意味著更短的波長，這會帶來更多的好處。
Ka波段信號的波長從7.5毫米到1釐米不等，但美國宇航局計劃使用1550納米波長的激光，與地面光纖網絡使用的波長相同。
導讀
在太空中，沒有人會聽到你的尖叫——因為聲音不會在真空中傳播，而且你需要某種類型的無線電波中繼攜載這些信息，況且太空距離非常遙遠。
無線電波適用於任何類型的通訊，例如：拍攝冥王星、火星。所有這些數據流都是通過無線電波傳輸至地球。
在地球上，無論你在哪裡，通訊都是即時的，這要歸功於我們構建互聯網的一系列通信設備。無線電波很容易穿過地球大氣層傳播，而手機和人造衛星技術能夠在任何地方保持信息通暢。當信號傳輸較大距離時，無線電波會擴散，因此通訊傳輸需要大功率設備和大型天線。
美國宇航局NASA正計劃實現人類永久往返月球。
在地球上，我們已經習慣了高速、無處不在的互聯網接入。一旦到達月球表面，是否有網絡連接，或者僅僅只有非常緩慢的網絡。
今天，絕大多數衛星和航天器的數據速率為千比特/秒。
對於長期居住在月球上的居民來說，這個帶寬明顯不讓人滿意。
為了滿足高清視頻和數據密集型研究的需要，美國航天局NASA和其他空間機構正在探索傳統無線電頻率傳輸的極限速度。
圖1 各種通信波段的頻率
例如，在NASA的Artemis2任務中，月球周圍攜帶宇航員的獵戶座Orion航天器，將通過S波段無線電以每秒50兆位Mbit發射關鍵信息。
圖2 獵戶座多用途乘務飛行器(Orion MPCV)
其中，可以用來傳輸高清視頻的帶寬僅為1MB/s。
但如果想用Netflix播放高清電影，至少需要5MB/s的速度。
所以要提高數據速率，就意味著要超越無線電，開發光通信系統，利用激光在太空中傳輸數據。
激光通信
除了S波段無線電，獵戶座還將攜帶激光通信系統，將超高清晰度4K視頻送回地球。
圖3 激光通信系統
但激光通信是一個棘手的命題。
宇宙飛船的輕微震動可能會使激光束瘋狂地偏離航向，也會被地球的大氣層衰減。
但是如果激光通信可以工作，強大的光通信將使深空通信能夠在幾分鐘內完成，而不是幾天內完成。宇航員將免受太空工作的孤獨之苦。
圖4 深空通信
今天，航天機構更願意使用S波段(2至4千兆赫茲)和ka波段(26.5至40千兆赫)的無線電在航天器和飛行任務控制之間進行通信。
機載無線電臺將航向信息、環境狀況和數十個航天系統的數據發回任務控制系統。
ka波段尤其受到重視。美國宇航局(NASA)的無線電和光學技術開發負責人唐·康威爾(Don Cornwell)，稱它為"無線電頻率的凱迪拉克"(Cadillac)，因為它可以每秒傳輸到千兆KM位，並在太空中傳播良好。
圖5 光纖
任何航天器傳輸數據的能力都受到電磁譜中一些不可避免的物理性質的限制:
1、無線電頻譜是有限的，空間通信的寶貴頻帶也同樣受到商業應用的重視。
藍牙和wifi使用S波段，5G蜂窩網絡使用ka波段。
2、無線電信號在空間真空中傳播。當來自月球的ka波段信號到達地球時，它將擴展到直徑約2000公里的區域：大約相當於印度的大小。
到那時，信號要弱得多，所以你需要在地球上安裝一個敏感的接收器，或者在月球上安裝一個強大的發射器。
圖6 光束變寬
3、激光通信系統也存在色散問題，相交的光束可能會混淆數據。但是，從月球發出的激光束將覆蓋一個只有6公里寬的區域，當它到達地球時。這意味著任何兩根光束相交的可能性要小得多。
此外，他們也不必面對已經很擁擠的頻譜。你可以使用激光傳輸幾乎無限數量的數據，康威爾說:"光學的光譜是不受限制的。激光束太窄了，它們幾乎不可能互相干擾。"
更高的頻率也意味著更短的波長，這會帶來更多的好處。
Ka波段信號的波長從7.5毫米到1釐米不等，但美國宇航局計劃使用1550納米波長的激光，與地面光纖網絡使用的波長相同。
圖7 測試儀器
事實上，空間激光通信的大部分發展都建立在現有的光纖工程基礎上，更短的波長(和更高的頻率)意味著更多的數據可以同時傳輸。
激光通信的優點多年來一直是已知的，但直到最近工程師才能夠製造出優於無線電性能的系統。例如，2013年，美國宇航局的月球激光通信演示證明，光學信號能夠可靠地將信息從月球軌道傳回地球。這個實驗使用了月球大氣層和灰塵環境探測器上的發射機，以622Mb/s的速度將數據發射回地球，速度是Orion的波段無線電的10倍多。
導讀
在太空中，沒有人會聽到你的尖叫——因為聲音不會在真空中傳播，而且你需要某種類型的無線電波中繼攜載這些信息，況且太空距離非常遙遠。
無線電波適用於任何類型的通訊，例如：拍攝冥王星、火星。所有這些數據流都是通過無線電波傳輸至地球。
在地球上，無論你在哪裡，通訊都是即時的，這要歸功於我們構建互聯網的一系列通信設備。無線電波很容易穿過地球大氣層傳播，而手機和人造衛星技術能夠在任何地方保持信息通暢。當信號傳輸較大距離時，無線電波會擴散，因此通訊傳輸需要大功率設備和大型天線。
美國宇航局NASA正計劃實現人類永久往返月球。
在地球上，我們已經習慣了高速、無處不在的互聯網接入。一旦到達月球表面，是否有網絡連接，或者僅僅只有非常緩慢的網絡。
今天，絕大多數衛星和航天器的數據速率為千比特/秒。
對於長期居住在月球上的居民來說，這個帶寬明顯不讓人滿意。
為了滿足高清視頻和數據密集型研究的需要，美國航天局NASA和其他空間機構正在探索傳統無線電頻率傳輸的極限速度。
圖1 各種通信波段的頻率
例如，在NASA的Artemis2任務中，月球周圍攜帶宇航員的獵戶座Orion航天器，將通過S波段無線電以每秒50兆位Mbit發射關鍵信息。
圖2 獵戶座多用途乘務飛行器(Orion MPCV)
其中，可以用來傳輸高清視頻的帶寬僅為1MB/s。
但如果想用Netflix播放高清電影，至少需要5MB/s的速度。
所以要提高數據速率，就意味著要超越無線電，開發光通信系統，利用激光在太空中傳輸數據。
激光通信
除了S波段無線電，獵戶座還將攜帶激光通信系統，將超高清晰度4K視頻送回地球。
圖3 激光通信系統
但激光通信是一個棘手的命題。
宇宙飛船的輕微震動可能會使激光束瘋狂地偏離航向，也會被地球的大氣層衰減。
但是如果激光通信可以工作，強大的光通信將使深空通信能夠在幾分鐘內完成，而不是幾天內完成。宇航員將免受太空工作的孤獨之苦。
圖4 深空通信
今天，航天機構更願意使用S波段(2至4千兆赫茲)和ka波段(26.5至40千兆赫)的無線電在航天器和飛行任務控制之間進行通信。
機載無線電臺將航向信息、環境狀況和數十個航天系統的數據發回任務控制系統。
ka波段尤其受到重視。美國宇航局(NASA)的無線電和光學技術開發負責人唐·康威爾(Don Cornwell)，稱它為"無線電頻率的凱迪拉克"(Cadillac)，因為它可以每秒傳輸到千兆KM位，並在太空中傳播良好。
圖5 光纖
任何航天器傳輸數據的能力都受到電磁譜中一些不可避免的物理性質的限制:
1、無線電頻譜是有限的，空間通信的寶貴頻帶也同樣受到商業應用的重視。
藍牙和wifi使用S波段，5G蜂窩網絡使用ka波段。
2、無線電信號在空間真空中傳播。當來自月球的ka波段信號到達地球時，它將擴展到直徑約2000公里的區域：大約相當於印度的大小。
到那時，信號要弱得多，所以你需要在地球上安裝一個敏感的接收器，或者在月球上安裝一個強大的發射器。
圖6 光束變寬
3、激光通信系統也存在色散問題，相交的光束可能會混淆數據。但是，從月球發出的激光束將覆蓋一個只有6公里寬的區域，當它到達地球時。這意味著任何兩根光束相交的可能性要小得多。
此外，他們也不必面對已經很擁擠的頻譜。你可以使用激光傳輸幾乎無限數量的數據，康威爾說:"光學的光譜是不受限制的。激光束太窄了，它們幾乎不可能互相干擾。"
更高的頻率也意味著更短的波長，這會帶來更多的好處。
Ka波段信號的波長從7.5毫米到1釐米不等，但美國宇航局計劃使用1550納米波長的激光，與地面光纖網絡使用的波長相同。
圖7 測試儀器
事實上，空間激光通信的大部分發展都建立在現有的光纖工程基礎上，更短的波長(和更高的頻率)意味著更多的數據可以同時傳輸。
激光通信的優點多年來一直是已知的，但直到最近工程師才能夠製造出優於無線電性能的系統。例如，2013年，美國宇航局的月球激光通信演示證明，光學信號能夠可靠地將信息從月球軌道傳回地球。這個實驗使用了月球大氣層和灰塵環境探測器上的發射機，以622Mb/s的速度將數據發射回地球，速度是Orion的波段無線電的10倍多。
圖8 林肯實驗室的研究人員在防抖動平臺上測試他們的光學系統，以確保航天器的震動和抖動不會破壞它們
O2O激光通信系統
MIT 林肯實驗室在NASA飛行任務中開發了許多激光通信系統。
作為對其頻帶無線電的補充，在Artemis2任務期間，將攜帶稱為O2O的激光系統。其主要任務是將4k個超高視頻從月球傳輸回來。
在月球軌道上，O2O將以80 Mb/s的速度接收數據，並以20 Mb/s的速度傳輸。儘管相比2013年的622mb/s，O2O的設計速度不是很快。
但O2O將為未來的任務打開數據通信的大門，允許與家人進行視頻聊天，與醫生進行私人協商，甚至只是在停機期間觀看現場體育賽事。人們在月球上花費的時間越多，所有這些聯繫就越重要，他們的心理健康就越重要。最終，視頻將成為深空任務的關鍵任務。
在太空中測試O2O之前，它首先必須在旅途中存活下來。安裝在航天器上的激光系統使用望遠鏡發送和接收信號。這些望遠鏡依賴於鏡面和其他移動部件的精密排列。
O2O的望遠鏡將使用離軸卡塞格倫設計，一種帶有兩面鏡子的望遠鏡，安裝在旋轉萬向架上聚焦捕獲的光。
導讀
在太空中，沒有人會聽到你的尖叫——因為聲音不會在真空中傳播，而且你需要某種類型的無線電波中繼攜載這些信息，況且太空距離非常遙遠。
無線電波適用於任何類型的通訊，例如：拍攝冥王星、火星。所有這些數據流都是通過無線電波傳輸至地球。
在地球上，無論你在哪裡，通訊都是即時的，這要歸功於我們構建互聯網的一系列通信設備。無線電波很容易穿過地球大氣層傳播，而手機和人造衛星技術能夠在任何地方保持信息通暢。當信號傳輸較大距離時，無線電波會擴散，因此通訊傳輸需要大功率設備和大型天線。
美國宇航局NASA正計劃實現人類永久往返月球。
在地球上，我們已經習慣了高速、無處不在的互聯網接入。一旦到達月球表面，是否有網絡連接，或者僅僅只有非常緩慢的網絡。
今天，絕大多數衛星和航天器的數據速率為千比特/秒。
對於長期居住在月球上的居民來說，這個帶寬明顯不讓人滿意。
為了滿足高清視頻和數據密集型研究的需要，美國航天局NASA和其他空間機構正在探索傳統無線電頻率傳輸的極限速度。
圖1 各種通信波段的頻率
例如，在NASA的Artemis2任務中，月球周圍攜帶宇航員的獵戶座Orion航天器，將通過S波段無線電以每秒50兆位Mbit發射關鍵信息。
圖2 獵戶座多用途乘務飛行器(Orion MPCV)
其中，可以用來傳輸高清視頻的帶寬僅為1MB/s。
但如果想用Netflix播放高清電影，至少需要5MB/s的速度。
所以要提高數據速率，就意味著要超越無線電，開發光通信系統，利用激光在太空中傳輸數據。
激光通信
除了S波段無線電，獵戶座還將攜帶激光通信系統，將超高清晰度4K視頻送回地球。
圖3 激光通信系統
但激光通信是一個棘手的命題。
宇宙飛船的輕微震動可能會使激光束瘋狂地偏離航向，也會被地球的大氣層衰減。
但是如果激光通信可以工作，強大的光通信將使深空通信能夠在幾分鐘內完成，而不是幾天內完成。宇航員將免受太空工作的孤獨之苦。
圖4 深空通信
今天，航天機構更願意使用S波段(2至4千兆赫茲)和ka波段(26.5至40千兆赫)的無線電在航天器和飛行任務控制之間進行通信。
機載無線電臺將航向信息、環境狀況和數十個航天系統的數據發回任務控制系統。
ka波段尤其受到重視。美國宇航局(NASA)的無線電和光學技術開發負責人唐·康威爾(Don Cornwell)，稱它為"無線電頻率的凱迪拉克"(Cadillac)，因為它可以每秒傳輸到千兆KM位，並在太空中傳播良好。
圖5 光纖
任何航天器傳輸數據的能力都受到電磁譜中一些不可避免的物理性質的限制:
1、無線電頻譜是有限的，空間通信的寶貴頻帶也同樣受到商業應用的重視。
藍牙和wifi使用S波段，5G蜂窩網絡使用ka波段。
2、無線電信號在空間真空中傳播。當來自月球的ka波段信號到達地球時，它將擴展到直徑約2000公里的區域：大約相當於印度的大小。
到那時，信號要弱得多，所以你需要在地球上安裝一個敏感的接收器，或者在月球上安裝一個強大的發射器。
圖6 光束變寬
3、激光通信系統也存在色散問題，相交的光束可能會混淆數據。但是，從月球發出的激光束將覆蓋一個只有6公里寬的區域，當它到達地球時。這意味著任何兩根光束相交的可能性要小得多。
此外，他們也不必面對已經很擁擠的頻譜。你可以使用激光傳輸幾乎無限數量的數據，康威爾說:"光學的光譜是不受限制的。激光束太窄了，它們幾乎不可能互相干擾。"
更高的頻率也意味著更短的波長，這會帶來更多的好處。
Ka波段信號的波長從7.5毫米到1釐米不等，但美國宇航局計劃使用1550納米波長的激光，與地面光纖網絡使用的波長相同。
圖7 測試儀器
事實上，空間激光通信的大部分發展都建立在現有的光纖工程基礎上，更短的波長(和更高的頻率)意味著更多的數據可以同時傳輸。
激光通信的優點多年來一直是已知的，但直到最近工程師才能夠製造出優於無線電性能的系統。例如，2013年，美國宇航局的月球激光通信演示證明，光學信號能夠可靠地將信息從月球軌道傳回地球。這個實驗使用了月球大氣層和灰塵環境探測器上的發射機，以622Mb/s的速度將數據發射回地球，速度是Orion的波段無線電的10倍多。
圖8 林肯實驗室的研究人員在防抖動平臺上測試他們的光學系統，以確保航天器的震動和抖動不會破壞它們
O2O激光通信系統
MIT 林肯實驗室在NASA飛行任務中開發了許多激光通信系統。
作為對其頻帶無線電的補充，在Artemis2任務期間，將攜帶稱為O2O的激光系統。其主要任務是將4k個超高視頻從月球傳輸回來。
在月球軌道上，O2O將以80 Mb/s的速度接收數據，並以20 Mb/s的速度傳輸。儘管相比2013年的622mb/s，O2O的設計速度不是很快。
但O2O將為未來的任務打開數據通信的大門，允許與家人進行視頻聊天，與醫生進行私人協商，甚至只是在停機期間觀看現場體育賽事。人們在月球上花費的時間越多，所有這些聯繫就越重要，他們的心理健康就越重要。最終，視頻將成為深空任務的關鍵任務。
在太空中測試O2O之前，它首先必須在旅途中存活下來。安裝在航天器上的激光系統使用望遠鏡發送和接收信號。這些望遠鏡依賴於鏡面和其他移動部件的精密排列。
O2O的望遠鏡將使用離軸卡塞格倫設計，一種帶有兩面鏡子的望遠鏡，安裝在旋轉萬向架上聚焦捕獲的光。
圖9 mascot是MIT 林肯實驗室研究人員開發的一種模塊化、廉價的光通信系統
一旦O2O進入太空，它就必須精確瞄準。
獵戶座的機載設備也將產生持續的微小振動，任何一種振動都足以拋出光信號。因此，美國宇航局和林肯實驗室的工程師將把光學系統放在一個反抖動平臺上。這個平臺測量航天器的抖動，產生相反的振動模式來消除它們"就像消除噪音的耳機,"康威爾說。
導讀
在太空中，沒有人會聽到你的尖叫——因為聲音不會在真空中傳播，而且你需要某種類型的無線電波中繼攜載這些信息，況且太空距離非常遙遠。
無線電波適用於任何類型的通訊，例如：拍攝冥王星、火星。所有這些數據流都是通過無線電波傳輸至地球。
在地球上，無論你在哪裡，通訊都是即時的，這要歸功於我們構建互聯網的一系列通信設備。無線電波很容易穿過地球大氣層傳播，而手機和人造衛星技術能夠在任何地方保持信息通暢。當信號傳輸較大距離時，無線電波會擴散，因此通訊傳輸需要大功率設備和大型天線。
美國宇航局NASA正計劃實現人類永久往返月球。
在地球上，我們已經習慣了高速、無處不在的互聯網接入。一旦到達月球表面，是否有網絡連接，或者僅僅只有非常緩慢的網絡。
今天，絕大多數衛星和航天器的數據速率為千比特/秒。
對於長期居住在月球上的居民來說，這個帶寬明顯不讓人滿意。
為了滿足高清視頻和數據密集型研究的需要，美國航天局NASA和其他空間機構正在探索傳統無線電頻率傳輸的極限速度。
圖1 各種通信波段的頻率
例如，在NASA的Artemis2任務中，月球周圍攜帶宇航員的獵戶座Orion航天器，將通過S波段無線電以每秒50兆位Mbit發射關鍵信息。
圖2 獵戶座多用途乘務飛行器(Orion MPCV)
其中，可以用來傳輸高清視頻的帶寬僅為1MB/s。
但如果想用Netflix播放高清電影，至少需要5MB/s的速度。
所以要提高數據速率，就意味著要超越無線電，開發光通信系統，利用激光在太空中傳輸數據。
激光通信
除了S波段無線電，獵戶座還將攜帶激光通信系統，將超高清晰度4K視頻送回地球。
圖3 激光通信系統
但激光通信是一個棘手的命題。
宇宙飛船的輕微震動可能會使激光束瘋狂地偏離航向，也會被地球的大氣層衰減。
但是如果激光通信可以工作，強大的光通信將使深空通信能夠在幾分鐘內完成，而不是幾天內完成。宇航員將免受太空工作的孤獨之苦。
圖4 深空通信
今天，航天機構更願意使用S波段(2至4千兆赫茲)和ka波段(26.5至40千兆赫)的無線電在航天器和飛行任務控制之間進行通信。
機載無線電臺將航向信息、環境狀況和數十個航天系統的數據發回任務控制系統。
ka波段尤其受到重視。美國宇航局(NASA)的無線電和光學技術開發負責人唐·康威爾(Don Cornwell)，稱它為"無線電頻率的凱迪拉克"(Cadillac)，因為它可以每秒傳輸到千兆KM位，並在太空中傳播良好。
圖5 光纖
任何航天器傳輸數據的能力都受到電磁譜中一些不可避免的物理性質的限制:
1、無線電頻譜是有限的，空間通信的寶貴頻帶也同樣受到商業應用的重視。
藍牙和wifi使用S波段，5G蜂窩網絡使用ka波段。
2、無線電信號在空間真空中傳播。當來自月球的ka波段信號到達地球時，它將擴展到直徑約2000公里的區域：大約相當於印度的大小。
到那時，信號要弱得多，所以你需要在地球上安裝一個敏感的接收器，或者在月球上安裝一個強大的發射器。
圖6 光束變寬
3、激光通信系統也存在色散問題，相交的光束可能會混淆數據。但是，從月球發出的激光束將覆蓋一個只有6公里寬的區域，當它到達地球時。這意味著任何兩根光束相交的可能性要小得多。
此外，他們也不必面對已經很擁擠的頻譜。你可以使用激光傳輸幾乎無限數量的數據，康威爾說:"光學的光譜是不受限制的。激光束太窄了，它們幾乎不可能互相干擾。"
更高的頻率也意味著更短的波長，這會帶來更多的好處。
Ka波段信號的波長從7.5毫米到1釐米不等，但美國宇航局計劃使用1550納米波長的激光，與地面光纖網絡使用的波長相同。
圖7 測試儀器
事實上，空間激光通信的大部分發展都建立在現有的光纖工程基礎上，更短的波長(和更高的頻率)意味著更多的數據可以同時傳輸。
激光通信的優點多年來一直是已知的，但直到最近工程師才能夠製造出優於無線電性能的系統。例如，2013年，美國宇航局的月球激光通信演示證明，光學信號能夠可靠地將信息從月球軌道傳回地球。這個實驗使用了月球大氣層和灰塵環境探測器上的發射機，以622Mb/s的速度將數據發射回地球，速度是Orion的波段無線電的10倍多。
圖8 林肯實驗室的研究人員在防抖動平臺上測試他們的光學系統，以確保航天器的震動和抖動不會破壞它們
O2O激光通信系統
MIT 林肯實驗室在NASA飛行任務中開發了許多激光通信系統。
作為對其頻帶無線電的補充，在Artemis2任務期間，將攜帶稱為O2O的激光系統。其主要任務是將4k個超高視頻從月球傳輸回來。
在月球軌道上，O2O將以80 Mb/s的速度接收數據，並以20 Mb/s的速度傳輸。儘管相比2013年的622mb/s，O2O的設計速度不是很快。
但O2O將為未來的任務打開數據通信的大門，允許與家人進行視頻聊天，與醫生進行私人協商，甚至只是在停機期間觀看現場體育賽事。人們在月球上花費的時間越多，所有這些聯繫就越重要，他們的心理健康就越重要。最終，視頻將成為深空任務的關鍵任務。
在太空中測試O2O之前，它首先必須在旅途中存活下來。安裝在航天器上的激光系統使用望遠鏡發送和接收信號。這些望遠鏡依賴於鏡面和其他移動部件的精密排列。
O2O的望遠鏡將使用離軸卡塞格倫設計，一種帶有兩面鏡子的望遠鏡，安裝在旋轉萬向架上聚焦捕獲的光。
圖9 mascot是MIT 林肯實驗室研究人員開發的一種模塊化、廉價的光通信系統
一旦O2O進入太空，它就必須精確瞄準。
獵戶座的機載設備也將產生持續的微小振動，任何一種振動都足以拋出光信號。因此，美國宇航局和林肯實驗室的工程師將把光學系統放在一個反抖動平臺上。這個平臺測量航天器的抖動，產生相反的振動模式來消除它們"就像消除噪音的耳機,"康威爾說。
圖10 NASA將在加州的台山和新墨西哥州使用望遠鏡陣列。向獵戶座的光通信系統發送和接收信息
O2O的最後一個障礙將是處理地球上的雲層。
紅外波長，如O2O的1550 nm，很容易被雲吸收。
一束激光束可能會在離月球近40萬公里的地方旅行，而不會受到任何影響，但只會在地球表面上方被阻擋。
防止一個信號丟失的最佳措施是將信號發送到多個接收器。例如，O2O將使用加州台山和新墨西哥州白沙的地面站。
總結
在未來的幾年裡，其他任務將測試激光通信在深空中是否運行良好。
在月球上工作和生活所需的通訊只能由激光提供。
幸運的是，這些激光器的未來看起來是光明的。
文 | Michael Kozio,Lunar Pioneers Will Use Lasers to Phone Home,11 Jul 2019 | 19:00 GMT，班長編譯。
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