最远激光通信记录！向距离地球约4.6亿公里灵神星探测器发送信号

2024年10月3日，NASA的深空激光通信技术演示项目取得了重要进展，成功完成了其首个阶段的任务。此次演示的核心是NASA的Psyche探测器，它在距离地球约2.9亿英里（460万公里）的遥远位置，接收到了来自地球的激光信号。这一距离恰好是地球与火星在最远时的距离，标志着激光通信技术在深空 exploration 中的应用取得了突破性进展。

在这位艺术家的概念中，NASA 的 Psyche 宇宙飞船被描绘成从 JPL 桌山设施的深空光通信上行链路地面站接收激光信号。DSOC 实验包括一个上行链路和下行链路站，以及一个与 Psyche 一起飞行的飞行激光收发器。 图片来源：NASA/JPL-Caltech

在2023年10月13日随Psyche探测器发射后，该技术演示项目经历了多个关键里程碑，并于2024年7月29日成功实现了从地球向Psyche发送激光信号。NASA喷气推进实验室的项目运营负责人Meera Srinivasan表示：“这一里程碑具有重要意义。激光通信要求极高的精度，在发射之前，我们无法预测在如此遥远的距离上性能会有多大下降。现在，我们所使用的跟踪和指向技术得到了验证，确认光学通信可以成为探索太阳系的一种强大而变革性的方法。”

深空光学通信实验由NASA喷气推进实验室管理，包含一个飞行激光收发器和两个地面站。位于加州圣迭戈县的加州理工学院帕洛马天文台的200英寸（5米）口径哈雷望远镜作为下行站，接收来自深空的激光数据。位于加州怀特伍德的JPL塔山设施的光学通信天文台则作为上行站，能够以7千瓦的激光功率向探测器发送数据。

激光通信的优势在于其数据传输速率可达到无线电频率的100倍，这使得复杂的科学信息以及高清图像和视频的传输成为可能。这些技术将为人类下一次伟大飞跃提供支持，特别是在宇航员前往火星及更远的地方时。

目前，Psyche探测器状态良好，稳定地利用离子推进系统加速前往位于火星和木星之间的金属丰富小行星。实验数据通过近红外光中的比特形式在Psyche探测器与地面站之间传输。这种高频率的交易使得每次传输中可以包含更多的数据，从而实现更高的数据传输速率。

此可视化显示了 Psyche 在 7 月 29 日的位置，当时 NASA 深空光通信的上行链路站向航天器发送了约 2.9 亿英里的激光信号。在 NASA 的 Eyes on the Solar System 中查看 Psyche 宇宙飞船的交互式版本。 图片来源：NASA/JPL-Caltech

在距离地球3300万英里（5300万公里）时，即Psyche与地球的最接近时，技术演示项目能够以267兆比特每秒的最大速率进行数据传输，这一速率与宽带互联网的下载速度相当。即便在距离更远时，数据传输速率也仍然能够维持在可接受的范围。例如，在Psyche距离地球约2.4亿英里（3.9亿公里）时，项目实现了持续的下行数据传输速率为6.25兆比特每秒。

深空光学通信的目标是展示一种可靠的技术，以比无线电频率系统更高的速度传输数据。在这个过程中，项目团队测试了独特的数据集，包括艺术作品和高清晰度视频。例如，项目的一次下行数据传输中包括了亚利桑那州立大学“Psyche Inspired”艺术作品的数字版本，团队宠物的照片，以及一段45秒的超高清晰度视频，内容是对20世纪电视测试图案的调侃以及地球和太空场景的展示。

此外，2023年12月11日，NASA的深空光学通信技术演示还成功地从距离地球1900万英里的Psyche探测器传输了首个超高清晰度视频，该视频展示了一只名为Taters的猫。所有艺术作品、图像和视频在发射前已被上传并存储在Psyche的内存中。

在项目的首个阶段中，激光收发器总共下行传输了近11太比特的数据，证明了数据传输速率与距离的平方反比关系。在未来的计划中，飞行激光收发器将在11月4日重新启动，进行功能检查，以验证飞行硬件可以至少运行一年。

深空光学通信技术演示是NASA在光学通信领域的一系列实验中的最新成果，旨在推动深空通信技术的发展。这项实验的成功不仅为未来的深空探索奠定了基础，也为人类探索宇宙的下一个阶段提供了强有力的技术支持。