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行云双星发射,中国首次尝试搭建LEO星间激光链路,LaserFleet负责研制主载荷

添加时间:2020-05-12 来源:航星太空通信 作者:航星太空通信
  北京时间2020年5月12日9时16分40秒,在酒泉卫星发射中心,LaserFleet为“行云二号”01星(武汉号)和“行云二号”02星研制的物联网星间激光通信载荷用冠名为“快舟·传祺GS4号”的快舟一号甲运载火箭以“一箭双星”方式发射成功。这是我国首次尝试低轨卫星星间激光链路技术的验证。
 
 “行云二号”卫星
 
  “行云工程”计划分α、β、γ三个阶段,将在2023年前后建成由80颗低轨通信卫星组成的天基物联网星座,以解决目前地面物联网业务因蜂窝通信网络覆盖率严重不足(陆地覆盖率约为20%,海洋覆盖率不到5%)而导致“通信盲区”难题,实现真正的全球万物互联。
 
 
 “行云工程”天基物联网星座
 
  本次发射的“行云二号”01星、02卫星,是“行云工程”α阶段的两颗技术验证星,在国内低轨星座中首次采用了星间激光链路技术,即在轨卫星之间可通过激光通信技术实现远距离通信,可以不依赖地面站的转传,从而提高通信服务的实时性。
 
 

 行云工程“武汉站”地面站
 
  星间链路是指卫星之间建立的通信链路,也称为星际链路或交叉链路。通过星间链路实现卫星之间的信息传输和交换,多颗卫星可以互联在一起,成为一个以卫星作为交换节点的空间通信网络,降低卫星通信系统对地面网络的依赖。凭借星间链路的优势,通信系统可以减少地面信关站的设置数量、扩大覆盖区域、实现全球测控等,而且信号在星间链路传输时可有效避免大气和降雨导致的衰减,形成相对独立的通信星座系统或数据中继系统。
 
 

 “行云二号”01星和02星的星间激光通信链路
 
  星间链路按照工作频率分为微波链路(Ka频段)、毫米波链路(部分Ka频段和Q/V频段等)、太赫兹链路(太赫兹频段)和激光链路等。星间微波/毫米波链路具有技术相对成熟,可靠性较高,但是有限的带宽限制了通信速率,同时收到频谱制约。星间激光链路的优势在于频带较宽,可以增加链路通信容量;设备功耗、质量、体积较小;波束发散角较小,具有良好的抗干扰和抗截获性能,系统安全性高。因此,激光链路成为卫星在太空中星间传输的最理想技术。
 
  

欧空局(ESA)“半导体激光星间链路试验”(SILEX)项目
 
  近年来,在具备宽带、大容量、低延迟和全球覆盖等特色的低轨通信星座的推动下,星间链路技术已经成为全球卫星通信系统发展的关键技术。当前,Starlink、LeoSat、Telesat、Iridium NEXT、O3b、OneWeb和Globalstar等中低轨道星座项目的发展势头正盛,根据预测到2020年高通量卫星的通信容量将达到近5Tbps,随着宽带大容量通信星座的建成,通信能力将增加到40Tbps以上。在这些星座中,美国的Starlink星座将采用激光星间链路实现空间组网,达到网络优化管理以及服务连续性的目标。2018年2月22日,SpaceX公司采用猎鹰-9重型火箭成功发射了Starlink星座的2颗试验通信卫星(TintinA/B),将为Starlink星座建设提供前期在轨技术验证。2018上半年,Iridium NEXT星座分2组发射了15颗卫星(即41-50编组和51-55编组),每颗卫星具有4条微波星间链路。LeoSat星座也将采用激光星间链路建立一个空间激光骨干网;加拿大的Telesat星座亦计划设置激光星间链路。按照目前公布的资料来看,O3b、OneWeb和Globalstar星座未设置星间链路。去年8月9日,第18、19颗北斗导航卫星首次实现星间链路,标志着我国成功验证了全球导航卫星星座自主运行核心技术,为建立全球卫星导航系统迈进一大步。激光星间链路终端由上海光机所研制,可实现星间毫米级高精度距离时间测量和1Gbps星间高速通信。随着首次星间链路的建立,北斗卫星系统通过星间链路顺利接收并传回帧星间遥测。
 
 
 SpaceX的Starlink星座两颗试验卫星
 
  LaserFleet是一家新兴商业航天创业公司,激光技术能力源自中国科学院上海光机所。公司首款星间激光通信机(T5)是搭载在微小卫星上的紧凑型激光通信终端,用于实现星间双向数据通信。产品重量在5kg量级,跟瞄范围±30°,在3,000km距离可实现100Mbps通信速率,在国内具有唯一性和领先性,属于国际一流的星间激光通信终端。未来全球各星座还有超过5万台的设备需求量。单台设备售价平均不低于100万美元,市场总容量超过500亿美金。
 
  

LaserFleet研制的低轨星间激光通信终端
 
  针对商业窄带物联网星座同轨道面的星间建链需求,LaserFleet在T5产品的基础上进一步优化光/机/电总体技术方案,采用800nm激光光源,轻量化的精密跟瞄机构,高度集成化的电子学设计,在4500km距离上实现10Mbps以上的通信速率,重量在2kg量级,T2产品预计2020年内上市。
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