DARPA研发具有潜在商业应用的星间激光通信技术
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作者：冯云皓 中国国防科技信息中心
DARPA资助LGS创新公司研发星间激光通信技术，旨在为作战人员提供增强的卫星通信能力。除战场应用之外，该技术还可用于商业市场。
星间激光通信终端
根据双方签订的合同，LGS创新公司正在研发轻量级激光通信终端，最终将在一对重量不到100磅（约45千克）的DARPA卫星上进行飞行试验。该合同价值500万美元，周期为两年，旨在提高美军作战效能。LGS创新公司通过DARPA“小卫星传感器”项目获得资助，其合同要求生产两个激光终端，每个重2磅（约0.9千克），在每颗卫星上消耗不到3瓦的电力。最终，DARPA计划研发并认证具备空间运行资质的光电和红外传感器以及星间通信有效载荷。小卫星星座可通过星间激光链接向部队提供高带宽、抗干扰、低拦截率的卫星通信。
潜在商业应用
此外，星间激光链接还可为商业通信市场带来相同应用。该技术在军事和商业两个领域都具有很高的潜在效益。LGS创新公司首席执行官凯文·凯利表示，商业系统与军事系统没有不同。无论是对于卫星通信、卫星电视分配（TV distribution）、数据回传、云服务或为物联网采集数据，通信主干网（包括空间通信）都需要更大容量和更高带宽。
相关技术
LGS创新公司最新的激光通信工作源自“转型卫星通信系统”（TSAT）项目，该项目在20世纪90年代中期启动，并在几年后取消。9·11事件后，美国政府对该技术的关注逐渐衰退，但LGS创新公司继续为其投资。凯利表示，多年来，公司已经研发了一系列技术，帮助创建仅重几磅的小型光学放大器和相干接收器系统，用于远距离进行高数据速率、安全的光学通信。其技术研发工作包括调整光纤的构成。光纤是LGS创新公司光学通信技术的基础，该公司开展了大量试错和实验，以将稀土元素添加到光纤，创建一种特殊复合物。这种复合物具有放大特性，在特定波长的作用下，可以提高功率效率，同时不会加热光纤，光纤内部也不会产生大量能量消散。
尽管正在研发的技术涉及存储转发能力，但凯利表示，在大部分时间内，该系统将保持激活以维持持续通信。在小型轨道平台上，完全指向（full-body pointing）是不可行的。因此，LGS创新公司的技术使用装有万向接头的光学器件和电子转向装置，使其望远镜接收器保持聚焦于卫星发送的激光信号。
数据速率
凯利表示，DARPA尚未透露其目标数据速率，但LGS创新公司通常采用标准光学通信数据速率，范围从2.5吉比特/秒到太比特/秒。很多潜在能力将取决于在大气层中的数据传输速率。凯利称，无论使用单激光器还是多激光器，使用单波长还是多波长，如何达到这些速率取决于运行环境、运行安全和天气。
DARPA计划
DAPRA的硬件研发将采用台式系统的标准位相序列，并将在热真空测试之后为最终的飞行试验进行小型化和强化。DARPA计划将通过“小卫星传感器”项目发展的技术转移到美空军，但天基激光通信技术属于军民两用技术。
技术意义
凯利表示，LGS创新公司在光电领域获得了数百项全球专利，公司了解该技术的商业潜力。激光通信技术不仅是竞争性技术，而且是颠覆性技术，可使点对点通信的数据和带宽效率提高几个数量级，并且不会受到微波或毫米波星间通信系统所面临的（射频）频谱限制。