NASA的激光通信系統(tǒng)將以260Mbps速率從月球傳回4K視頻

美國國家航空航天局（NASA）在正在進(jìn)行的阿耳忒彌斯二號(hào)載人繞月任務(wù)中，首次大規(guī)模啟用新一代激光通信系統(tǒng)，為地球觀眾帶來更高質(zhì)量的月球?qū)崟r(shí)畫面，也標(biāo)志著深空通信方式從傳統(tǒng)無線電向高速光學(xué)鏈路的重大轉(zhuǎn)型。 這一系統(tǒng)名為“獵戶座阿耳忒彌斯二號(hào)光學(xué)通信系統(tǒng)”（Orion Artemis II Optical Communications， 簡(jiǎn)稱 O2O），安裝在“獵戶座”飛船上，根據(jù)NASA介紹，其下行速率最高可達(dá)每秒260兆比特，支持從月球直接傳回超高清4K視頻。

O2O的引入意味著阿波羅時(shí)代以無線電為主的深空通信技術(shù)正在被更高效的光學(xué)方案所取代。 負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的經(jīng)理史蒂夫·霍洛維茨表示，在260 Mbps的數(shù)據(jù)速率下，O2O可以從月球傳回4K高清錄像，同時(shí)還將承擔(dān)下行和上行各類任務(wù)指令與數(shù)據(jù)，包括操作流程、圖片、飛行計(jì)劃等，在獵戶座與地面任務(wù)控制中心之間構(gòu)建起一條高帶寬的光學(xué)數(shù)據(jù)通道。

為保證激光鏈路的穩(wěn)定性，NASA在美國西南部和西海岸部署了地面激光站，分別位于新墨西哥州拉斯克魯塞斯以及加利福尼亞州的桌山地區(qū)，這些地點(diǎn)因晴天多、云量少等有利氣象條件而入選，以盡可能減少大氣和天氣對(duì)光學(xué)通信的干擾。 NASA工程師指出，相比傳統(tǒng)無線電系統(tǒng)，激光通信不僅可以在單位時(shí)間內(nèi)傳輸更大量的數(shù)據(jù)，而且相關(guān)設(shè)備更為緊湊、輕量，有助于減少飛船上的體積與重量占用。

得益于系統(tǒng)“瘦身”，獵戶座艙內(nèi)可釋放出更多空間用于船員活動(dòng)和科研設(shè)備搭載，被視為對(duì)阿波羅時(shí)期技術(shù)的一次全面升級(jí)。 當(dāng)年阿波羅任務(wù)依賴S波段無線電將阿姆斯特朗和奧爾德林踏上月球表面的黑白影像傳回地球，而阿耳忒彌斯二號(hào)所用的成像設(shè)備與通信方案則要先進(jìn)得多。 本次任務(wù)中，宇航員將使用尼康數(shù)字相機(jī)拍攝月球景觀，其中包括人類可能從未親眼見過的月球背面區(qū)域，這些畫面將通過O2O系統(tǒng)回傳，為地球觀眾呈現(xiàn)前所未有的實(shí)時(shí)視覺體驗(yàn)。

盡管光學(xué)通信成為此次任務(wù)的一大亮點(diǎn)，NASA仍將傳統(tǒng)無線電網(wǎng)絡(luò)視為關(guān)鍵支撐與備份。 獵戶座將繼續(xù)通過NASA深空網(wǎng)絡(luò)（Deep Space Network）保持射頻聯(lián)絡(luò)，這一遍布加利福尼亞、西班牙和澳大利亞的大型天線陣列長(zhǎng)期承擔(dān)“旅行者”號(hào)、火星探測(cè)車等深空任務(wù)的通信工作，將在激光鏈路受大氣或光學(xué)條件影響時(shí)提供冗余保障。

NASA也預(yù)先規(guī)劃了阿耳忒彌斯二號(hào)任務(wù)中的一段通信中斷窗口：當(dāng)飛船飛至月球背面時(shí)，約41分鐘內(nèi)將與地球完全失去聯(lián)系。 由于月球?qū)嶓w遮擋，無論是激光信號(hào)還是深空網(wǎng)絡(luò)的無線電信號(hào)都無法穿透，只有在獵戶座重新繞出月球背面后，通信才會(huì)恢復(fù)。

對(duì)于260 Mbps這一數(shù)據(jù)速率，NASA強(qiáng)調(diào)，這在深空?qǐng)鼍爸幸褜亠@著躍升，但并非該機(jī)構(gòu)激光通信能力的上限。 此前的激光通信演示任務(wù)曾實(shí)現(xiàn)高達(dá)622 Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，一些近地軌道項(xiàng)目則進(jìn)一步將速度提升到每秒200吉比特。 然而，在近24萬英里（約38.4萬公里）的地月距離上，能夠穩(wěn)定提供260 Mbps的下行帶寬，已經(jīng)足以支撐高質(zhì)量的月球高清視頻和大容量科學(xué)數(shù)據(jù)回傳，為人類在地球上見證“重返月球”提供了前所未有的技術(shù)條件。