近日，为了提高美国国家航空航天局（NASA）的空间通信能力，NASA计划2023年将向空间站发送一项名为“集成LCRD低地球轨道用户调制解调器和放大器终端（ILLUMA－T）”的技术演示。ILLUMA－T和2021年12月启动的激光通信中继演示（LCRD）将共同完成NASA的第一个双向端到端激光中继系统。
（图片来源：NASA）
激光通信系统的优势
激光通信系统使用不可见的红外光，以更高的数据传输速率发送和接收信息。原先的无线电频率系统将完整的火星地图传回地球大约需要九个星期，而使用激光则大约需要9天。因此，有了更高的数据传输速率，任务可以在一次传输中向地球发送更多的图像和视频。一旦安装在空间站上，ILLUMA－T将展示更高的数据传输速率对低地球轨道飞行任务的好处。激光通信为任务提供了更大的灵活性，以及从太空获取数据的快捷方式。目前，NASA正在近地、月球和深空演示中整合这项技术。
除了数据传输速率更快的优势，激光系统也因其更轻的重量及更少的能耗在航天器的设计中具有关键优势。ILLUMA－T大约有标准冰箱大小，将固定在空间站的外部模块上，以通过LCRD进行演示。目前，LCRD正在展示地球同步轨道（距离地球22000英里）激光中继的优势，通过在两个地面站之间传输数据并进行实验来进一步完善NASA的激光能力。一旦ILLUMA－T进入空间站，终端将以每秒1200兆比特的速率向LCRD发送高分辨率数据，包括图片和视频。然后，数据将从LCRD发送到夏威夷和加利福尼亚州的地面站。此次这次演示将展示激光通信如何使近地轨道任务受益。
ILLUMA－T正在作为SpaceX为NASA执行的第29次商业补给服务任务的有效载荷进行发射。在发射后的前两周内，ILLUMA－T将从龙飞船的后备箱中取出，安装在空间站的日本实验模块暴露设施（JEM－EF）上。有效载荷安装完毕后，ILLUMA－T团队将进行初步测试和在轨检查。一旦完成，该团队将向有效载荷的第一束光发起冲击——这是一个重要的里程碑，该任务将通过其光学望远镜将第一束激光传输到LCRD。一旦出现第一束光，数据传输和激光通信实验将开始且在整个计划任务期间持续进行。
在不同场景下测试激光器
在未来，可操作的激光通信将会成为射频系统的补充，目前许多太空任务仍依赖射频系统来传送数据回地球。虽然ILLUMA－T不是首个在太空中测试激光通信的任务，但它让NASA实际应用这项技术的步伐更近一步。
除了LCRD之外，ILLUMA－T的前身还包括：2022 TeraByte InfraRed Delivery系统，该系统目前正在近地轨道上的小型CubeSat上测试激光通信；月球激光通信演示，在2014年月球大气和尘埃环境探索者任务期间，将数据往返于月球轨道和地球之间传输；以及2017年Lasercomm Science的光学有效载荷，它展示了与无线电信号相比，激光通信如何能够加速地球和太空之间的信息流动。
测试激光通信在各种场景下产生更高数据传输速率的能力将有助于航空航天界进一步完善未来月球、火星和深空任务的能力。