1.3 空間激光通信技術發展趨勢

經過30余年的發展，空間激光通信技術總體上已經先后完成了機理分析仿真、關鍵技術攻關突破和外場性能測試與驗證階段，現在正處于技術定型階段，正在向工程應用方向發展。

通過分析國內外空間激光通信技術的發展現狀和未來計劃，結合目前空間信息獲取、傳輸、處理利用中存在的問題以及需求變化，針對空間激光通信技術優勢，總結出以下幾點發展趨勢：高速率、網絡化、多功能、一體化和多譜段[10]。

1.3.1 高速率

為滿足更多數據實時傳輸的需求，高速率已成為各國空間激光通信技術研究共同追求的一個主要目標。激光通信速率從最初的幾千比特每秒（kbit/s）、2 Mbit/s、50 Mbit/s、300 Mbit/s、622 Mbit/s、1.5 Gbit/s、2.5 Gbit/s，逐步發展到5 Gbit/s、10 Gbit/s、100 Gbit/s、1 Tbit/s，目前的世界最高紀錄是13.16 Tbit/s（10.45 km水平鏈路），未來將達到20 Tbit/s甚至更高。

1.3.2 網絡化

目前，世界上的空間激光通信系統工作模式都是一對一，無法直接實現通信中繼和組網應用，而激光通信組網是未來發展的必然趨勢。需要構建的主要網絡包括天基激光通信網絡（GEO、MEO、LEO），空基激光通信網絡（LEO、高空氣球、飛機、飛艇），天地激光接入網絡（車、機、星等），地海激光應急網絡（車、船、站、點）等。構建基于激光通信等空間信息網絡主要難點是多鏈路同時捕獲對準難、單點多鏈路同時動態接入和全光轉發難、空間環境影響惡劣等。主要的解決途徑包括突破一對多同時激光通信技術、研究動態路由解決接入難題、尋求激光微波通信聯合體制等。

1.3.3 多功能

空間激光通信目前已經用于星間、星空、空空、空地等多種鏈路中，并逐漸向深空和水下通信方向擴展。2010年，美國DARPA發布了戰術中繼信息網絡（TRITON）項目，研發藍光潛艇通信系統，完成了P-3海上巡邏機與潛航的潛艇間的激光通信。2013年，美國提出計劃于2023年實施深空光通信（DSOC）系統項目，旨在研究深空任務中的激光通信在數據速率、系統空間占用和功耗等指標能力方面的改進，用于以250 Mbit/s 以上的速率從火星回傳數據，通信距離達6.3億km。

1.3.4 一體化

為增加系統的功能同時減小載荷的體積、質量和功耗，激光通信載荷正在向一體化的方向發展。激光探測成像兼通信系統的輕小型化，合理安排系統結構，將原本需要5個光學口徑的結構設計成2個光學口徑，減少了光學口徑的數量，有利于輕小型化。其中，激光通信信標光發射/接收和激光測距光發射/接收共用一個光學天線，通過分光片實現信標光和測距光的分離；激光通信信標光發射/接收、激光通信精信標光發射/接收、成像探測組成共用一個卡塞格林望遠鏡光學系統，通過分光和折轉實現縮短長度、縮小體積的輕小型化。

1.3.5 多譜段

未來空間激光通信將向紫外、可見光、紅外、太赫茲等多譜段相結合的方向發展，目的是發揮不同譜段通信系統的優勢。例如，2010年，加州大學搭建了紫外通信實驗平臺，波長為266 nm，通信距離達100 m，通信速率為3 kbit/s；2017年，中國工程物理研究院科研團隊成功實現了距離為21 km、單路實時速率為5 Gbit/s、頻率為0.14 THz的遠距離高速無線傳輸試驗。