隨著全球航天競賽進入以大規(guī)模星座為導向的新階段，構建由成千上萬顆衛(wèi)星組成的低軌網(wǎng)絡已成為發(fā)展空天信息基礎設施的關鍵路徑。無論是提供全球寬帶接入，還是實現(xiàn)高分辨率對地觀測，這些星座的效能，都取決于一個基礎性問題的解決：如何實現(xiàn)海量衛(wèi)星間的實時、高速與可靠協(xié)同。

在這一背景下，星間激光通信（Optical Inter-Satellite Link, OISL）正成為實現(xiàn)這一協(xié)同能力的技術突破口。這項技術通過在衛(wèi)星間直接建立極窄波束的激光鏈路，為星座構建了具備超高帶寬、超低延遲與高度保密性的“太空超高速光纖”。它將衛(wèi)星集群從依賴地面中轉的架構，重塑為可在軌自主交換與協(xié)同的星際網(wǎng)絡，從根本上定義了未來巨型星座的性能上限。

圖1. 星間激光通信示意圖（圖源：NASA）

圖2. 協(xié)作式星間激光鏈路通信系統(tǒng)示意圖

PART 01

技術基石的支撐：

激光如何化身“太空超高速光纖”

星間激光通信（OISL），又稱自由空間光通信（Free-Space Optical Communication, FSOC）在太空中的關鍵應用，是利用激光束在真空中傳輸數(shù)據(jù)，進而實現(xiàn)衛(wèi)星之間高速、無線通信的前沿技術。這項技術與星地激光通信共同構成了空間光通信體系的兩大支柱，其工作波段位于人眼不可見的近紅外光區(qū)域，通常為1550納米波段，與地面光纖通信系統(tǒng)完全兼容。

圖3. 北斗三號衛(wèi)星建鏈示意圖

相比于依賴有限頻譜、易受干擾的傳統(tǒng)無線電波（Radio Frequency, RF），激光通信更適用于大規(guī)模衛(wèi)星部署，它以其近乎無限的帶寬、極高的傳輸速率、卓越的安全性與抗干擾能力，以及更小的終端體積、重量和功耗，正在開啟空間通信的新紀元。以我國“行云二號” 01星、02星為例，其激光通信載荷質量僅6.5千克，在軌功耗僅為80瓦，充分體現(xiàn)了該技術在系統(tǒng)集成與能效方面的顯著優(yōu)勢。

圖4. 行云二號01、02星激光通信模擬圖

實現(xiàn)星間激光通信，絕非將地面光纖系統(tǒng)簡單搬上太空，而是在極端環(huán)境下，將光、機、電、熱、控等多學科技術推向極限的系統(tǒng)工程。其核心在于解決三個根本問題：如何產(chǎn)生并調制極純凈的激光信號？如何在超遠距離、高速相對運動下實現(xiàn)“針尖對麥芒”的精準對準與穩(wěn)定跟蹤？以及如何從極其微弱的光信號中無損地還原出海量數(shù)據(jù)？

01

原理核心：

從“廣播”到“精準針灸”的信號革命

傳統(tǒng)衛(wèi)星通信面臨雙重困局：在物理層，其依賴的微波信號如“廣播”般擴散，效率低下；在系統(tǒng)層，更受困于“衛(wèi)星-地面站-衛(wèi)星”的中轉模式，受地面站布設、頻譜資源和傳輸距離的嚴格限制，導致帶寬有限、延遲高、全球覆蓋不均，已無法支撐由數(shù)萬顆低軌衛(wèi)星構成星座所需的實時、海量數(shù)據(jù)交互。

圖5. 微波中繼通信示意圖

而星間激光通信則實現(xiàn)了從“廣播”到“精準針灸”的物理原理躍遷——利用激光的高方向性、高單色性、高亮度與高相干性等特性，將信息調制在近乎理想的光載波上，通過精密光學系統(tǒng)匯聚成一道在數(shù)千公里外散斑直徑僅數(shù)百米的極細光束，如同實施"太空針灸"般實現(xiàn)定向精準傳輸。

這一傳輸能力的實現(xiàn)，建立在核心光電器件的突破之上。在發(fā)射端，高功率、高光束質量的半導體激光器（其芯片常采用磷化銦或砷化鎵材料）產(chǎn)生純凈的相干光，再通過調制器將信息編碼加載到光波的強度、相位或頻率上。而卡塞格倫式或折射式望遠鏡系統(tǒng)作為光學天線，既負責將激光準直發(fā)射成極窄波束，也承擔著接收并匯聚遠方微弱信號的雙重使命，其口徑、面型精度和熱穩(wěn)定性直接決定了通信的極限距離與靈敏度。

當光束跨越數(shù)萬公里抵達接收端時，信號功率已衰弱至皮瓦級。此時，系統(tǒng)需要超高靈敏度的接收與解調能力——對于直接檢測系統(tǒng)，核心是低噪聲雪崩光電二極管（Avalanche Photodiode, APD）；對于更先進的相干通信系統(tǒng)，則需引入本振激光器進行光混頻解調，以從噪聲中提取有效信息。這一從發(fā)射、傳輸?shù)浇邮盏耐暾夹g鏈，共同支撐起了激光通信的物理實現(xiàn)。

圖6. 雪崩光電二極管

由此，激光通信得以克服傳統(tǒng)微波通信的固有瓶頸：它不僅擁有GHz級的可用頻帶寬度且無需國際頻譜申請，擺脫了資源束縛；其光頻率比微波高3～4個數(shù)量級，使通信速率輕松突破10Gbit/s；極窄的束散角在顯著降低功耗的同時，更使信號極難被截獲，天然構筑起高保密性防線。

尤為關鍵的是，星間通信所處的近乎理想的高真空環(huán)境，無大氣衰減與天氣擾動，為激光通信提供了完美舞臺。這使得激光通信能夠充分發(fā)揮其高吞吐率、高帶寬、強抗干擾與高安全性的綜合優(yōu)勢，成為構建星間鏈路的最優(yōu)解決方案，從物理原理到技術實現(xiàn)層面完成了從"廣播"到"精準針灸"的變革。

圖7. 星間激光鏈路示意圖

02

系統(tǒng)心臟：太空中的“光學制導”

這是星間激光通信系統(tǒng)中最復雜、最精妙的核心部分，直接決定了高速激光鏈路能否建立并穩(wěn)定維持。其過程完美詮釋了何為“針尖對麥芒”——在數(shù)萬公里外、相對速度高達每秒7-8公里的兩顆衛(wèi)星之間，將一道微米級光束持續(xù)、精準地射入另一道高速移動的接收孔徑。整個過程被稱為“瞄準、捕獲、跟蹤”（Pointing、Acquisition、Tracking, PAT），是一個從“大致指向”到“精確鎖定”的閉環(huán)系統(tǒng)工程。

圖8. 星間激光通信步驟

鏈路規(guī)劃與粗瞄指向(Pointing)

通信建立前，系統(tǒng)需完成精確的“空間預瞄”。發(fā)起方衛(wèi)星通過星載計算機獲取目標衛(wèi)星的精確軌道參數(shù)（星歷），計算出其未來數(shù)秒內(nèi)的空間位置。隨后，衛(wèi)星通過粗瞄機構（Coarse Pointing Assembly, CPA）將光學望遠鏡轉動，指向目標的預測方位。由于存在軌道預報誤差和平臺指向偏差，此時的指向誤差范圍較大（通常在數(shù)百微弧度），屬于開環(huán)指向。這一步驟的關鍵在于“超前瞄準”，即必須對準目標衛(wèi)星在激光傳播時間后的未來位置。

掃描搜索與捕獲建立(Acquisition)

這是建立鏈路的初始關鍵步驟，如同在太空中“尋找彼此的眼神”。發(fā)起方衛(wèi)星發(fā)射一束發(fā)散角較寬的信標光（Beacon），或令窄波束通信光執(zhí)行特定的掃描模式（如螺旋掃描），以覆蓋目標可能出現(xiàn)的整個不確定區(qū)域。接收方衛(wèi)星的廣角探測器一旦捕捉到這束微弱的光信號，便立即鎖定其方向，并回射自身的信標光作為應答。當雙方均成功探測到對方信號，并將光斑穩(wěn)定在各自探測器的視場中心時，即完成“捕獲”，這個過程通?？稍跀?shù)十秒內(nèi)完成。

第三步03

精瞄閉環(huán)與穩(wěn)定跟蹤（Tracking）

捕獲成功后，系統(tǒng)立即從“搜索模式”切換至高速“跟蹤模式”，進入毫秒級響應的精密閉環(huán)控制。此時，雙方開始發(fā)射用于通信的窄波束高功率信號光。系統(tǒng)的核心精密傳感器——四象限探測器（Quadrant Photodetector, QPD）或位敏探測器（Position Sensitive Detector, PSD）—— 開始以納米級分辨率實時感知光斑的微小偏移。這些偏差信號被高速反饋至快速轉向鏡（Fast Steering Mirror, FSM）。FSM由壓電陶瓷或音圈電機驅動，能以數(shù)百至數(shù)千赫茲的帶寬進行微弧度級的極速偏轉，動態(tài)補償衛(wèi)星平臺振動、熱變形及相對運動帶來的擾動，將發(fā)射光束牢牢“鎖”在對方的接收孔徑中心。至此，一條穩(wěn)定、高速的激光通信鏈路才正式建立，可承載從調制解調、編碼解碼到高速數(shù)據(jù)流的完整通信任務。

總之，PAT系統(tǒng)是融合了精密光學、高速控制、智能算法的“光學制導”中樞。它能將理論上“針尖對麥芒”的極限挑戰(zhàn)，轉化為工程上穩(wěn)定可靠的通信鏈路，是星間激光通信從概念走向組網(wǎng)應用的技術心臟。

03

核心挑戰(zhàn)：工程化背后的“魔鬼細節(jié)”

星間激光通信從原理走向工程，面臨著一系列在極限環(huán)境下必須解決的“魔鬼細節(jié)”。這些挑戰(zhàn)相互耦合，共同構成了技術實用化的關鍵門檻。

挑戰(zhàn)一：PAT系統(tǒng)的極限精度——“針尖對麥芒”的動態(tài)之舞

盡管PAT系統(tǒng)在原理上清晰可行，但將其在真實的太空環(huán)境中實現(xiàn)，則意味著要滿足一系列近乎苛刻的極限性能要求。首要挑戰(zhàn)是精度與穩(wěn)定性的“極致標尺”。由于激光束散角極小（通常小于1微弧度），任何微小偏差都可能導致鏈路中斷。這要求系統(tǒng)不僅需在數(shù)十秒內(nèi)完成初始捕獲，其精跟蹤環(huán)路的穩(wěn)定精度更須達到亞微弧度乃至納弧度級——相當于在數(shù)萬公里外維持“針尖對麥芒”的穩(wěn)定，且兩者還在以每秒數(shù)公里的速度相對運動。

圖9. 星間激光鏈路中激光束示意圖

其次，是動態(tài)補償?shù)摹俺唠y度”。衛(wèi)星平臺存在的姿態(tài)控制誤差、太陽能帆板驅動引發(fā)的頻率達數(shù)百赫茲的微振動，以及結構在近300℃溫差下的熱變形，都會導致光束產(chǎn)生難以預測的隨機抖動。為抵消這些擾動，系統(tǒng)必須形成一個帶寬高達數(shù)百至上千赫茲的閉環(huán)控制系統(tǒng)。這對快速轉向鏡（FSM）等執(zhí)行機構的響應速度、四象限探測器（QPD）等傳感器的靈敏度以及控制算法的實時性都提出了較高的要求，目前技術僅能有效補償約1kHz以內(nèi)的振動，更高頻擾動仍是嚴峻挑戰(zhàn)。

挑戰(zhàn)二：極端空間環(huán)境的嚴酷考驗

盡管太空的真空環(huán)境為激光傳輸提供了理想媒介，但極端的輻射與劇烈溫度變化，卻對通信系統(tǒng)的長期可靠運行構成了持續(xù)威脅。一方面，地球輻射帶及深空中的高能帶電粒子會持續(xù)轟擊衛(wèi)星，可能導致激光器、探測器及核心電子元器件的性能逐步退化，甚至引發(fā)單粒子效應等瞬時故障或永久性損傷。為此，必須對所有關鍵器件實施嚴格的抗輻射加固（Rad-Hard）設計與篩選，并綜合運用特殊屏蔽材料與防護電路，以抵御這種看不見的侵蝕。

另一方面，衛(wèi)星在軌運行過程中經(jīng)歷著劇烈的溫度循環(huán)——向陽面溫度可超過120℃，而背陰面則可低于-170℃。近300℃的極端溫差會導致不同材料產(chǎn)生不一致的熱脹冷縮，進而引發(fā)光學元件形變、光路偏移，直接破壞系統(tǒng)的對準精度。為應對這一挑戰(zhàn)，工程上必須采用低熱膨脹系數(shù)的穩(wěn)定性材料，結合精密的主動熱控設計與無熱化光學架構，從而確保整個光機系統(tǒng)在嚴酷的溫度波動下仍能保持超高的尺寸穩(wěn)定性與指向精度，使“針尖對麥芒”的精準控制不因環(huán)境溫差而失效。

挑戰(zhàn)三：微弱信號處理與超高速傳輸?shù)钠款i

隨著星間激光通信的速率向100Gbps乃至Tbps量級邁進，系統(tǒng)在信號處理層面面臨著從物理接收到實時處理的全局性挑戰(zhàn)。首先，在經(jīng)歷數(shù)萬公里的空間傳輸后，抵達接收端的信號光功率已衰弱至皮瓦級，與此同時，強烈的太陽光、地球輻射等背景噪聲卻持續(xù)干擾。為從這種信噪比極低的環(huán)境中提取有效信號，系統(tǒng)必須依賴超窄帶光學濾光片、精密空間遮光闌等物理層抑制手段，并結合相干探測技術與先進數(shù)字信號處理算法，共同實現(xiàn)接近量子極限的接收靈敏度，完成“大海撈針”式的信號提取。

然而，靈敏接收僅是第一步。為了在有限帶寬內(nèi)承載百Gbps級的超高速數(shù)據(jù)流，系統(tǒng)需采用高階調制格式（如16QAM、64QAM）和高效的前向糾錯編碼以提升頻譜效率與傳輸可靠性。這些技術的引入，使得數(shù)字信號處理（Digital Signal Processing, DSP）的復雜度呈指數(shù)級上升。在軌實現(xiàn)每秒數(shù)百千兆比特數(shù)據(jù)的實時調制解調、載波相位恢復、信道均衡與解碼，需要星上處理器具備強大的實時運算能力，同時還需在嚴苛的功耗約束與空間輻射環(huán)境下保持超高可靠性，這對星載處理芯片的設計提出了較高的集成度與魯棒性要求。

總之，星間激光通信的工程化，是一場在動態(tài)、極端、高性能約束下的多目標協(xié)同優(yōu)化。正是對每一項“魔鬼細節(jié)”的攻克，才使這項技術成為支撐低軌巨型星座組網(wǎng)不可或缺的“太空超高速光纖”。

PART 02

工程體系的支撐：

從實驗室走向星座組網(wǎng)的中國之路

星間激光通信從實驗室概念演變?yōu)橹螄倚亲鶓?zhàn)略的核心工程能力，是一場橫跨技術攻關、產(chǎn)業(yè)協(xié)同與戰(zhàn)略布局的系統(tǒng)工程。中國的探索之路，清晰勾勒出從早期技術跟跑、到關鍵領域并跑、最終為構建自主星座體系而全面發(fā)力的“追光”軌跡。國際上，SpaceX的“星鏈”自V1.5代衛(wèi)星起即將星間激光通信終端作為標準配置，預示著該技術正成為全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的標配，其構建的太空骨干網(wǎng)在跨國數(shù)據(jù)傳輸方面展現(xiàn)出相較于傳統(tǒng)海底光纜的潛在優(yōu)勢。

01

全球賽道：從技術驗證到規(guī)模部署的競逐

國際星間激光通信的發(fā)展始于上世紀后期的技術探索。歐洲的SILEX（Semiconductor-laser Inter-satellite Link Experiment）項目作為“開山鼻祖”，于2001年首次在地球靜止軌道衛(wèi)星（Advanced Relay and Technology Mission Satellite, ARTEMIS）與低軌衛(wèi)星（SPOT-4）間成功建立了激光鏈路；隨后，日歐合作的OICETS（Optical Inter-orbit Communication Engineering Test Satellite）與ARTEMIS衛(wèi)星在2005年實現(xiàn)了跨洲際的星間激光通信。這些早期實驗驗證了技術的可行性，并為后續(xù)發(fā)展奠定了基礎。

進入21世紀，競爭格局發(fā)生深刻變化，呈現(xiàn)出兩條鮮明路徑：

其一，是“以產(chǎn)業(yè)化規(guī)模定義賽道”。以美國SpaceX的“星鏈”星座最為典型，它將星間激光通信終端從昂貴的高價值實驗載荷，轉變?yōu)閿?shù)萬顆衛(wèi)星的“標準配置”。通過大規(guī)模制造、快速迭代與在軌組網(wǎng)驗證，這種“制造即實驗、組網(wǎng)即驗證”的模式，不僅極大降低了單機成本，更以工程實踐規(guī)?？焖俅_立了技術成熟度與網(wǎng)絡效能標準，搶占了產(chǎn)業(yè)化應用的先機。

圖10. v0.9版本的星鏈衛(wèi)星激光鏈路終端

其二，是“以尖端演示爭奪技術制高點”。美國國家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration, NASA）的深空光通信（Deep Space Optical Communications, DSOC）項目在2025年實現(xiàn)了與數(shù)億公里外探測器的激光雙向通信，展示了其在極端距離下的巨大潛力。這場競賽的本質，是對未來太空通信極限能力與標準制定的爭奪。

圖11. NASA在空間站測試雙向高速激光太空通信系統(tǒng)

02

中國路徑：自主創(chuàng)新的體系化構建

面對國際競爭與自身建設“中國星網(wǎng)”等巨型星座的戰(zhàn)略需求，中國選擇了一條以自主創(chuàng)新為核心、體系化構建能力的發(fā)展道路，并在近年來取得了一系列標志性突破。

2017年，實踐十三號衛(wèi)星搭載我國自主研發(fā)的激光通信系統(tǒng)，在3.6萬公里地球同步軌道上，成功實現(xiàn)了下行10Gbps、上行5Gbps的星地激光通信，標志著我國在高速空間激光通信這一核心技術上實現(xiàn)了自主可控的重大突破，為后續(xù)的星間通信奠定了技術基礎。2020年，“行云二號”雙星搭載的激光通信載荷技術得到成功驗證，我國衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)星座實現(xiàn)了星間激光通信零的突破；2024年1月，長光衛(wèi)星利用“吉林一號”衛(wèi)星成功完成我國首次星間100Gbps超高速遙感影像傳輸試驗，為海量數(shù)據(jù)實時下傳提供了保障；2025年3月，極光星通公司自主研發(fā)的“光傳01/02試驗星”更完成了國內(nèi)首次星間400Gbps超高速激光通信在軌試驗，標志著我國在該領域的高速率競賽中逐步躋身世界前列。

圖12. 2017年4月，實踐十三號衛(wèi)星成功發(fā)射

圖13. 2020年快舟一號以“一箭雙星”方式成功將行云二號01、02星發(fā)射升空

圖14. 2025年3月，極光星通成功開展國內(nèi)首次在軌星間400Gbps超高速激光通信數(shù)據(jù)傳輸試驗

這些成就的背后，是一個覆蓋上下游、日趨成熟的自主產(chǎn)業(yè)生態(tài)的有力支撐。在上游核心器件領域，長光華芯、源杰科技等已能提供支撐100Gbps及以上速率的核心激光芯片；復旦微電的國產(chǎn)抗輻射FPGA、振華科技的抗輻射元件確保了系統(tǒng)在太空極端環(huán)境下的可靠性。在中游至關重要的星間激光通信終端與模塊環(huán)節(jié)，光迅科技作為全球唯二、國內(nèi)唯一能量產(chǎn)100Gbps以上通信模塊的企業(yè)，其產(chǎn)品已供貨國內(nèi)外主要星座項目；同時，以烽火通信為代表的廠商，提供了終端與星載路由的一體化解決方案。下游的航天電子等則為整個系統(tǒng)提供核心電子支持。這條完整產(chǎn)業(yè)鏈的形成，是技術從單次實驗成功走向規(guī)?；亲M網(wǎng)的堅實基礎。

03

戰(zhàn)略驅動：面向國家藍圖的工程化使命

中國大力發(fā)展星間激光通信，其最終目標遠不止于技術突破本身，而是深刻服務于國家宏觀戰(zhàn)略與安全需求。

從產(chǎn)業(yè)發(fā)展視角看

它直接關系到巨型星座藍圖能否高效落地。國際電信聯(lián)盟（ITU）的頻軌資源履約時限，正倒逼著衛(wèi)星制造與發(fā)射產(chǎn)能的提升。星間激光通信終端作為每顆組網(wǎng)衛(wèi)星的核心載荷，其性能、可靠性與成本直接決定了整個星座的數(shù)據(jù)傳輸容量與運營效能，是構建高效、自主全球覆蓋網(wǎng)絡的關鍵。

從更高的戰(zhàn)略與安全視角看

星間激光通信因其波束極窄、難以截獲與干擾的天然物理特性，成為構建高生存性、抗毀韌性天基信息網(wǎng)絡的首選。它能實現(xiàn)偵察、通信、導航等各類衛(wèi)星之間的高速、保密數(shù)據(jù)中繼，支撐形成一體化的太空感知與指揮控制能力，其戰(zhàn)略價值不言而喻。

圖15. 2025年1月美國軍用衛(wèi)星實現(xiàn)跨供應商激光通信鏈路

中國的星間激光通信之路，正經(jīng)歷從關鍵技術“單點突圍”，到與星座應用緊密銜接的“線性推進”，最終邁向全產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)支撐下的“體系化構建”階段。這條從實驗室走向星座組網(wǎng)的中國之路，不僅是一系列從100Gbps到400Gbps速率指標的跨越，更是一場以自主可控產(chǎn)業(yè)鏈為底座、以服務國家空間基礎設施戰(zhàn)略為根本的系統(tǒng)工程。

PART 03

未來維度的支撐：

從“連接現(xiàn)在”到“定義未來”

當星間激光通信將成千上萬顆衛(wèi)星編織成一張動態(tài)的太空光網(wǎng)，其價值已遠超“連接”這一基礎功能。它正從一項通信技術，躍升為定義下一代空間基礎設施形態(tài)、乃至重塑人類太空活動范式的核心變量，繪制著從近地空間走向深空探測的文明新圖景。

01

智能躍升：從“數(shù)據(jù)管道”到“在軌決策”

當下，星間激光通信的核心任務是解決星座內(nèi)部的海量數(shù)據(jù)互通問題，是名副其實的“太空高速光纖”。然而，其真正的革命性在于與太空算力（Space-based Computing）的結合，這正引發(fā)衛(wèi)星網(wǎng)絡功能的范式變革。

圖16. 太空算力網(wǎng)

傳統(tǒng)的“感測→回傳→地面處理”模式，受限于數(shù)小時甚至數(shù)天的延遲，已無法滿足全球實時感知與響應的需求。星間激光通信提供的極低延遲、超高帶寬鏈路，使得在軌道上構建分布式太空算力網(wǎng)絡成為可能。通過星間激光鏈路，數(shù)據(jù)可被實時分發(fā)至搭載高性能處理單元的“算力衛(wèi)星”，進行即時分析與融合，實現(xiàn)從“數(shù)據(jù)搬運工”到“在軌智能體”的進化。

圖17. 2025年5月，我國使用長征二號丁運載火箭成功發(fā)射全球首個太空計算衛(wèi)星星座

這一結合的本質，是將邊緣計算（Edge Computing, EC）范式推向太空，標志著太空通信從單純的信息傳輸向“傳輸+處理”一體化演進。其價值是顛覆性的：一方面，它實現(xiàn)了從“小時級循環(huán)”到“秒級響應”的響應范式革命，對災害預警、應急通信、軍事感知等場景至關重要；另一方面，通過在軌預處理濾除無效數(shù)據(jù)，僅下傳高價值信息，能極大緩解寶貴的星地鏈路壓力，實現(xiàn)系統(tǒng)效能的倍增。可以說，星間激光通信構建的“高速內(nèi)網(wǎng)”，是分布式太空算力實現(xiàn)協(xié)同與智能的前提。沒有這一物理基礎，分散的算力節(jié)點將難以高效交互與整合，無法形成體系化的決策能力。

02

能源革新：從“太空發(fā)電”到“星間傳能”

星間激光通信與太空光伏（Space-based Solar Power）的結合，則指向了一個更為宏大的未來：構建太空能源互聯(lián)網(wǎng)。當前，太空光伏主要為衛(wèi)星平臺（包括激光通信終端自身）提供清潔、持續(xù)的電力。而面向未來，基于空間的大型太陽能電站，其產(chǎn)生的巨量電能需要高效傳回地球，最具潛力的方案之一正是“激光無線能量傳輸”。

圖18. 多旋轉關節(jié)空間太陽能電站（概念圖）

在這一終極應用中，當前用于通信的激光技術將實現(xiàn)功能空前的拓展。高功率激光能量傳輸與高速激光通信在核心技術（如高功率激光器、精密光學、超精度跟瞄）上同根同源。一套先進系統(tǒng)未來可設計為“通信/傳能雙模工作”：平時以低功率進行高速數(shù)據(jù)中繼；當太空電站需要向地面輸電時，則切換至高功率模式，將電能以激光束形式定向傳輸。同時，激光束本身也將成為控制電站運行、監(jiān)測狀態(tài)的高效信息通道。這意味著，未來的激光系統(tǒng)將同時肩負起 “輸電”與“通信” 的雙重使命，實現(xiàn)能量與信息在太空中的真正融合。

這一遠景并非空中樓閣，其現(xiàn)實基礎正越來越牢固。無論是正在加速部署的“中國星網(wǎng)”等萬顆級別星座，還是我國面向深空探測的長期任務，都對高效能源供給提出了剛性需求。而制造激光通信核心芯片（如激光器、探測器）的砷化鎵等化合物半導體材料，其技術成熟與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，也正是同時支撐高效太空光伏發(fā)電與高速激光通信/傳能的共同物理基礎。

03

文明階梯：從“地球物聯(lián)”到“星際互聯(lián)”

星間激光通信的終極意義，在于它將成為人類從地球文明邁向太陽系文明的信息與能源階梯。

在近中期，它將支撐構建地月空間高速互聯(lián)網(wǎng)，為月球科研站、軌道服務站提供可靠的數(shù)據(jù)中繼與能源信息一體化傳輸服務，使地月空間成為人類活動的活躍疆域。面向更遠的深空，正如NASA的深空光通信項目所驗證的，激光通信是克服億萬公里距離、實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)回傳的核心使能技術。它將使深空探測器具備強大的數(shù)據(jù)下發(fā)能力，并可能通過激光鏈路實現(xiàn)跨行星的能源接力與指令控制。

圖19. NASA 激光通信路線圖（圖源：NASA ）

因此，星間激光通信作為一條貫穿未來的 “技術經(jīng)緯線” ，一端編織起太空算力網(wǎng)絡，賦予人類在軌實時認知與決策的“智能”；另一端鏈接著太空能源網(wǎng)絡，為大規(guī)模開發(fā)空間資源提供持續(xù)的“能量”與控制。它從“連接現(xiàn)在”的衛(wèi)星起步，將“定義未來”天基異構網(wǎng)絡的終極形態(tài)——一個從近地軌道延伸至月球、火星乃至更遠深空的智能融合信息系統(tǒng)，最終支撐人類成為跨星球物種，真正開啟太陽系文明的時代。

結語：

編織中國星海，光為經(jīng)緯

星間激光通信不僅是實現(xiàn)全球無縫覆蓋、構建6G空天地海一體化網(wǎng)絡天基骨干的物理基石，更是推動我國航天產(chǎn)業(yè)從規(guī)模擴張向能力躍升的新質生產(chǎn)力代表。從核心芯片的自主突圍，到終端載荷的批量交付，星間激光通信的成熟與規(guī)?；瘧茫苯雨P系到巨型星座組網(wǎng)的效能能否真正發(fā)揮，關系到我國能否在即將到來的太空時代，牢牢掌握信息流通與空間安全的主導權。

編織中國星海，以光為經(jīng)緯。這既是對技術路徑的堅定選擇，亦是對一個更高效、更智能、更自主的太空時代的莊嚴承諾。

研究團隊介紹

研究團隊為寧波東方理工大學6G空天地海一體化網(wǎng)絡實驗室。團隊負責人為尚博東，現(xiàn)為寧波東方理工大學助理教授、博士生導師。研究團隊深耕于6G空天地海一體化網(wǎng)絡研究領域，研究方向包括星地融合網(wǎng)絡、低軌衛(wèi)星通信與組網(wǎng)、非地面網(wǎng)絡等。

寧波東方理工大學目前與上海交通大學、中國科學技術大學、香港理工大學進行博士生聯(lián)合培養(yǎng)（滿足學位和畢業(yè)要求，將發(fā)放聯(lián)培院校學位證和畢業(yè)證）。研究團隊目前招博士后、博士生、實習生。

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本文轉載自“6G空天地海一體化網(wǎng)絡”，原標題《星間激光通信：巨型星座組網(wǎng)的關鍵技術》。

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