阿耳忒弥斯II登月任务表明太空至地球的激光通信具备可扩展性

本月早些时候，美国国家航空航天局（NASA）的“阿耳忒弥斯II”载人绕月任务顺利将四名宇航员送入月球轨道，并首次在任务中大规模采用新一代激光通信系统，将高清影像实时回传地球。在这一过程中，承担接收任务的地面站不仅包括NASA在美国本土部署的主力站点，还包括一套由初创公司Observable Space与Quantum Opus联合打造、部署在澳大利亚国立大学的低成本实验终端。

据介绍，这套实验终端成功接收来自绕月飞行的“猎户座”飞船的激光数据信号，下行速率达到每秒260兆比特，用于传输任务过程中拍摄的图像和视频等数据。两家公司表示，这一结果证明，在地球与深空航天器之间建立高吞吐量数据链路，并不一定需要造价高昂的专用设施，相对低成本的系统同样可以胜任。

该终端由Observable Space提供的望远镜及软件负责捕获并锁定来自“猎户座”的激光信号，再通过Quantum Opus研发的光子传感器对数据进行解码。两家公司称，相较于传统上动辄需要数千万美元投入的“定制级”深空通信接收设施，这套系统整体造价不足500万美元，成本优势十分显著。在此次演示中，NASA位于加利福尼亚和新墨西哥的主接收站，与澳大利亚的低成本实验终端共同参与，均成功接收并解码来自绕月飞行过程中的4K视频流。

NASA在过去数年持续推进深空激光通信技术验证，其中包括在一项小行星任务中，实现与距离地球2.18亿英里的航天器之间的数据链路演示。与仍为主流选择的射频通信相比，激光通信在带宽和数据吞吐能力上具有显著优势，被视为满足未来深空探测任务及大规模卫星网络数据需求的关键技术。不过，激光链路易受云层和天气影响，且必须保持与目标之间的视线通畅，因此在地面站布局上，需要跨区域、跨经度分布式部署，以提高可用性和可靠性。此次选择在美国本土之外的澳大利亚设站，正是出于覆盖地球另一侧时段的考虑。

Quantum Opus联合创始人、前美国宇航员乔什·卡萨达指出，在阿耳忒弥斯II宇航员拍摄到的首次“地出”（Earthrise）照片中，最先出现在画面中的大陆正是澳大利亚，这也令此次在澳大利亚设站的演示别具象征意味。

在任务结束后，Observable Space首席执行官丹·罗尔克表示，此次任务证明，从太空到地球的激光数传下行已具备向商业化和规模化部署迈进的条件。目前，激光链路已广泛应用于卫星之间的空间对空间通信，但过去直接用于太空向地球的数据回传并不多见，一个重要原因正是成本过高。罗尔克认为，随着类似低成本终端方案的出现，可以开始构想在全球范围内部署一张面向各类卫星系统开放的激光地面接收网络。

他透露，Observable Space计划在未来一年及更长时间内推动这一网络的扩展布局，但目前尚未对外公布完整战略。在商业模式方面，公司正在评估多种路径，包括自主建设并运营地面站网络、与现有“地面站即服务”（ground station-as-a-service）提供商合作，或与拥有超大规模卫星星座的运营商协同，由后者自建并持有关键基础设施等。在他看来，无论采取哪种路径，关键在于把此前只在少数任务中“定制使用”的高端深空激光通信能力，转化为可以按需、按量使用的常态化基础设施。

在“阿耳忒弥斯”重返月球计划推动下，深空任务对图像、视频等高容量数据的需求持续攀升，而商业卫星运营商在地球观测、宽带互联网和科学载荷等领域的需求同样快速增长。行业观察人士认为，此次阿耳忒弥斯II绕月飞行期间的激光通信演示，既是对NASA多年技术路线的一次集中检验，也为民间企业参与构建全球激光通信基础设施提供了现实范本。随着低成本光学终端和光子探测技术的成熟，未来数年围绕“太空—地球”高通量光通信网络的商业竞争与合作，有望在全球范围内加速展开。