NASA|NASA的激光通信中继演示: 你需要知道的6件事太空|航天器|有效载荷

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江苏激光联盟导读：
来自美国宇航局Goddard 太空飞行中心的Katherine Schauer 。
美国宇航局的激光通信中继演示通信在激光链路。图片来源: NASA's Goddard Space Flight Center

美国NASA激光通信中继演示(LCRD)将使用激光通信系统将数据从太空传输到地球。以下是关于NASA革命性的LCRD任务你需要知道的六件事。
1.激光通信将改变美国宇航局（NASA）从太空获取信息的方式
自太空探索之初，美国宇航局就使用无线电频率系统与宇航员和宇宙飞船联系。然而，随着空间任务产生和收集更多的数据，对加强通信能力的需求也在增加。 LCRD利用激光通信的能量，激光通信使用红外光而不是无线电波，对地球和地球之间的信息进行编码和传输。
无线电波和激光红外光都是电磁辐射的形式，其波长在光谱上的不同点。任务将他们的科学数据编码到电磁信号中，然后发送回地球。
用于激光通信的红外光不同于无线电波，因为它的频率要高得多，这使得工程师可以在每次传输中打包更多的数据。更多的数据会同时产生更多关于太空的信息和发现。
利用红外激光， LCRD将从地球同步轨道以1.2千兆每秒(Gbps)的速度向地球发送数据。在这样的速度和距离下，你可以在一分钟内下载一部电影。
来源: Pixabay/CC0 Public Domain

2.激光通信将使航天器通过单一下行链路发送更多数据
如果你生活在80年代末90年代初，你会记得地面网络的拨号速度——缓慢而痛苦。在航天器上增加激光通信类似于人类使用光纤网络等技术的高速互联网:革命性的。
同样的概念——除去光缆——也被应用于空间激光通信，这使得航天器能够通过激光链路发送高分辨率的图像和视频。
随着激光通信的到位，航天器可以在一次下载中发送回更多的数据。美国国家航空航天局和航空航天工业正在利用这些新发展，并创建更多的任务，使用激光补充无线电频率卫星。
如今，我们的家庭网络连接使得高清视频、节目和内容几乎可以瞬间到达屏幕。这在一定程度上是由于光纤连接通过塑料或玻璃电缆发送密集数据的激光，创造了更快的用户体验。
3.有效载荷有两个光学模块或望远镜，用于接收和发射激光信号
无线电波和光波来源：NASA

LCRD是一种中继卫星，具有许多高度敏感的组件，提供更多的通信。作为中继， LCRD消除了用户任务与地球上天线的直接视线的需要。 LCRD有两个光学终端——一个终端接收来自用户航天器的数据，而另一个终端将数据传输到地球上的地面站。
LCRD的调制解调器将数字数据转换成激光信号，然后通过中继的光模块通过人眼看不见的编码光束进行传输。 LCRD既可以发送数据，也可以接收数据，为往返太空的任务数据创建了一条连续的路径。这些能力使LCRD成为NASA的第一个双向端到端光学中继。
这些只是组成LCRD有效载荷的一些组件，所有这些都是一个大床垫的大小。
4. LCRD依赖于加利福尼亚和夏威夷的两个地面站
一旦LCRD接收到信息并对其进行编码，有效载荷就会将数据发送到地球上的地面站，每个地面站都配备了接收光线的望远镜和调制解调器，将编码后的光线转换回数字数据。
LCRD的地面站被称为光学地面站(OGS) -1和-2 ，分别位于南加州的桌山和夏威夷毛伊岛的Haleakalā火山上。
LCRD从空间站向地球传输数据来源：NASA/Dave Ryan
虽然激光通信可以提供更高的数据传输速率，但大气干扰——如云和湍流——会干扰激光信号在地球大气中的传播。
OGS-1和OSG-2的位置是根据其晴朗的天气条件和偏远的高海拔位置选择的。这些地区的大部分天气都发生在山顶以下，因此相对晴朗的天空非常适合激光通信。
5. LCRD允许政府、学术界和商业伙伴从地球同步轨道测试激光能力
LCRD将证明来自地球同步轨道的激光通信系统的可行性，该轨道距离地球表面约2.2万英里。
在支助其他特派团之前， LCRD将用两年时间进行测试和实验。在此期间， OGS-1和OGS-2将作为“任务” ，将数据从一个站点发送到LCRD ，然后向下发送到另一个站点。