Космическата лазерна комуникация използва лазерите като носител на информация. В сравнение с традиционната микровълнова комуникация, тя предлага значителни предимства, включително висока честотна лента, бърза скорост, висока точност на насочване, силна сигурност и леко оборудване. Въпреки това, в дълбокия космос на разстояния от стотици хиляди километри, лазерната комуникация отдавна е изправена пред три основни технически предизвикателства, често наричани "трите планини": изключителна трудност при прецизното подравняване на лъча, силно затихване на сигнала и трудност при увеличаване на скоростта на предаване.
Ръководен от Инженерния и технологичен център за космическо приложение на Китайската академия на науките и в сътрудничество с Zhejiang Lab, Yunnan Observatories и Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, изследователският екип прекара пет години в преодоляване на тези три основни препятствия.
Първо, решаване на „предизвикателството за подравняване“. Комуникацията със Земя-Луна често се сравнява с „вдяване на конец в игла на разстояние от 400 000 километра“. Дори микроскопично ъглово отклонение в предаващия край може да доведе до позиционна грешка от няколко километра при достигане на целта. За да се справи с това, екипът въведе ново-двупосочно решение за придобиване и проследяване, предназначено за ултра-големи разстояния и изключително слаби сигнали. Чрез изчерпателно изчисляване и калибриране на сателитни орбити, грешки при инсталиране и деформация на телескопа, атмосферна рефракция и време-на-полет на лазера, те гарантираха, че сателитът и наземният телескоп поддържат високо{11}}прецизно подравняване, докато са в движение.
Второ, преодоляване на проблема със "слабия сигнал". След като измине 400 000 километра, лазерният сигнал, достигащ земята, се намалява само до няколко фотона и е силно податлив на смущения от фонов шум като лунна светлина, звездна светлина и градски светлини. За да се справи с това екстремно предизвикателство, екипът разчита на независимо разработена високо-скоростна свръхпроводяща технология за откриване на един-фотон и серия от сложни алгоритми за обработка на комуникационни сигнали с висока-чувствителност. Това им позволи успешно да извлекат валидния сигнал от огромно количество шум-еквивалентно на точно чуване на падане на карфица в оживен, шумен град от хиляди километри.
И накрая, прекъсване на бариерата за „бавна комуникация“. За постигане на високи скорости на данни при изключително ниско съотношение-към-шум, екипът разработи високо-широчина на честотната лента, високоефективна технология за обработка на комуникация, способна на разпознаване на време на пикосекундно-ниво. Те възприеха импулсна позиционна модулация от висок{6}}порядък и високонадеждни схеми за обработка на сигнали, допълнени от силни кодиращи стратегии-коригиране на грешки за борба с шума. Този тест първоначално постигна скорост на връзката нагоре от 1,25 Mbps (мегабита в секунда) и скорост на връзката надолу от 100 Mbps. Например изтеглянето на 8K изображение на лунната повърхност с висока-дефиниция отне около 4 до 5 минути при използване на традиционна микровълнова връзка от 5 Mbps. С новата лазерна комуникация от клас 100 Mbps-времето за предаване беше драстично намалено до само 12 секунди, увеличение на ефективността от почти 20 пъти.
В момента тази "информационна супермагистрала" между Земята и Луната е напълно изградена. Тъй като глобалното изследване на Луната и мисиите за кацане на Луната с екипажи се ускоряват, цислунарното пространство е на път да преживее „експлозия на данни“. Тази новосъздадена дву-високо{3}}скоростна лазерна връзка не само ще осигури стабилен и високо{4}}скоростен нов метод за предаване на информация за бъдещи мисии, поддържайки връщане в реално-време на лунно видео с висока-дефиниция и огромни количества научни данни, но също така силно ще подкрепи Китай в постигането на по-оригинални пробиви в космическата наука и приложения.
