美國宇航局埃姆斯研究中心負(fù)責(zé)主管的“月球大氣與塵埃環(huán)境探測器”(LADEE)上搭載了一臺空間激光通信實(shí)驗載荷，名為“月球激光通訊演示”(LLCD)。

這臺設(shè)備日前開始運(yùn)行，向我們展示了在地球之外進(jìn)行激光雙向通訊是可行的，也讓未來進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的星際激光傳輸成為可能。這項技術(shù)未來將可以讓深空探測器得以直接向地球發(fā)送立體高清視頻影像。

Don Cornwell表示：“LLCD設(shè)備的目標(biāo)是驗證并建立我們對這項技術(shù)的信心，這樣在未來的項目中才會考慮將其投入應(yīng)用。”他說：“這項由麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗室開發(fā)的獨(dú)特技術(shù)擁有令人難以置信的應(yīng)用前景，我們非常高興能將其裝載到衛(wèi)星上。”

從美國宇航局最初開展航天活動以來，不管是載人登月，航天飛機(jī)項目還是所有的自動探測飛船，所有這些項目的通訊手段都是無線電，即所謂“RF”。但這項手段的局限性正逐漸顯現(xiàn)，因為在任務(wù)期間需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量正不斷攀升。而空間激光通信技術(shù)的發(fā)展將賦予美國宇航局新的能力，從而能夠讓飛船發(fā)回分辨率更高的圖像，甚至從深空直接傳回立體的高清視頻錄像。

LLCD是美國宇航局首次開展的利用激光替代無線電波進(jìn)行雙向空間通訊的試驗系統(tǒng)?？滴譅柋硎荆?ldquo;相比目前最先進(jìn)的無線電通訊設(shè)備，LLCD將可以使用比前者小25%的功率，傳輸比前者多出6倍的數(shù)據(jù)量。并且相比無線電波，激光通訊受到的干擾更小，也不容易發(fā)生擁堵現(xiàn)象。”

此次LLCD實(shí)驗是在美國宇航局的LADEE飛船上開展的，這是一項設(shè)計壽命100天，由美國宇航局埃姆斯研究中心負(fù)責(zé)飛船的設(shè)計，建造，組裝，測試以及最后的運(yùn)行控制。LADEE將驗證，當(dāng)年數(shù)次阿波羅計劃期間有宇航員反映在月球地平線上看到的神秘閃光現(xiàn)象，是否的確是由于懸浮的月球塵埃引發(fā)的，除此之外還將對月球稀薄的大氣開展考察。

在近日開展的實(shí)際驗證中，LLCD設(shè)備在38.5萬公里的距離上，達(dá)到了622兆每秒的下載速度，上載速度也達(dá)到每秒20兆，從而創(chuàng)造了行星際數(shù)據(jù)通訊的速度新紀(jì)錄。

美國宇航局的工程師們表示，這一下載速度比目前最先進(jìn)的無線電通訊手段的最大傳輸速率還要快6倍以上，而其上傳的速度則更是比目前的設(shè)備要快5000倍以上。

LADEE飛船花費(fèi)30天時間飛行之后已經(jīng)順利進(jìn)入月球軌道，在那之后進(jìn)行了短暫的設(shè)備調(diào)試，LLCD隨后啟動，并將持續(xù)運(yùn)行約30天左右。

LLCD的主要任務(wù)是以每秒數(shù)億比特的速度從月球向地球發(fā)送數(shù)據(jù)。這相當(dāng)于同時傳輸100部高清電視頻道信號。LLCD的上傳信號也達(dá)到了每秒數(shù)千萬比特，這些測試將為未來建立星際寬帶傳輸?shù)於夹g(shù)基礎(chǔ)。

美國宇航局在位于美國新墨西哥州白沙測試場建立了地面接收站，用于接收來自LLCD的信號。一個麻省理工學(xué)院的小組設(shè)計，制造并測試了這些用于信號接收的終端設(shè)備。該小組的成員也將在白沙試驗場直接負(fù)責(zé)信號的接收工作。

除此之外還有兩外兩處地點(diǎn)，分別是位于美國加州的美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗室(JPL)，該機(jī)構(gòu)只負(fù)責(zé)接收信號。另外一處地點(diǎn)是由歐洲空間局(ESA)負(fù)責(zé)提供，位于西班牙在非洲的海外領(lǐng)地加那利群島。這里將具備與LLCD設(shè)備之間的雙向通訊能力?？滴譅柋硎荆?ldquo;多個地點(diǎn)將幫助我們最大程度減少由于云層等干擾因素而導(dǎo)致的意外情況。”

LLCD是一項短期試驗項目，其將作為美國宇航局未來長期驗證項目“長距離通訊中繼驗證”(LCRD)的預(yù)先項目。它同時也是美國宇航局的“技術(shù)展示任務(wù)”項目的一部分，該項目旨在開發(fā)那些能夠在太空極端環(huán)境下應(yīng)用的尖端科技。按照目前的計劃，LCRD將于2017年前后發(fā)射升空。

美國宇航局的工程師們相信這項技術(shù)未來將極大擴(kuò)展地球之外星際空間的通信便利性。在過去，美國宇航局便曾經(jīng)嘗試過利用一些單獨(dú)的脈沖信號向運(yùn)行在木星，火星和水星的飛船發(fā)送信號。

而在近期，美國宇航局的工程師們還嘗試著將一幅達(dá)芬奇的名作《蒙娜麗莎》發(fā)送給了正在月球軌道運(yùn)行的“月球勘測軌道器”(LRO)?？滴譅柋硎荆?ldquo;但這還是在每秒數(shù)百比特的速度條件下進(jìn)行的，而LLCD將是首個光通訊系統(tǒng)，它將以比這快數(shù)百萬倍的速度進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。”

在此之前歐洲空間局已經(jīng)在地球軌道上驗證了不同衛(wèi)星之間進(jìn)行激光通訊的可行性。就在不久之前歐洲人發(fā)射了一顆名為“α衛(wèi)星”(Alphasat)的試驗衛(wèi)星，并驗證了從近地軌道上與另一顆運(yùn)行在地球靜止軌道上的衛(wèi)星之間開展激光通訊的可信性。而相比歐洲的此次實(shí)驗，美國人的LLCD設(shè)備的通訊帶寬將是前者的10倍。

美國宇航局正尋求將激光通訊技術(shù)作為該機(jī)構(gòu)下一代空間通訊系統(tǒng)的基礎(chǔ)?？滴譅柋硎荆?ldquo;我們甚至可以設(shè)想未來在開展飛往小行星的自動機(jī)器人任務(wù)時使用激光通訊手段。那樣我們就將能傳輸立體高清視頻信號，從而達(dá)到近似于現(xiàn)場直播一般的效果。”