NASA的激光通信中继演示(LCRD)通过激光链路与国际空间站通信。LCRD已经成功地完成了第一年的实验，让人们得以一窥未来太空数据传输的前景。该系统使用红外光，与传统无线电波系统相比，单次传输可以容纳10到100倍的数据。图片来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心
经过一年的成功实验，美国宇航局的激光通信中继演示nasa (LCRD)项目展示了空间数据传输的未来。利用红外光，LCRD可以传输比传统技术多10到100倍的数据Nal无线电波系统。LCRD的成功及其即将进行的扩展，ILLUMA-T，表明激光通信可以通过提供更有效和强大的数据中继能力，极大地增强未来的空间任务。
6月28日，美国国家航空航天局的首个双向激光中继系统完成了第一年的实验，这是一项改变游戏规则的技术的里程碑，可能是未来从太空发送和接收数据的技术。
激光通信中继演示(LCRD)使用红外光，或不可见激光，来传输和接收信号，而不是传统上在航天器上使用的无线电波系统。红外光的短波长允许太空任务将更多的数据——10到100倍——打包到一次传输中。更多的数据意味着更多的发现。
美国宇航局的激光通信中继演示在激光链路上进行通信的艺术可视化。来源:美国国家航空航天局
现在，在实验阶段的中途，LCRD已经显示出激光通信相对于传统无线电波系统的显著优势。
LCRD位于距地球22000英里的地球同步轨道上，目前是NASA、其他政府机构、学术界和商业公司测试激光通信能力的实验平台。在实验阶段之后，该任务有机会成为一个操作中继。这意味着未来使用激光通信的任务将不需要对地球有清晰的视线，而只需将数据发送到LCRD, LCRD将把数据发回地球。
激光通信的好处:高效、轻便、安全、灵活。图片来源:NASA / Dave Ryan
LCRD和一般的激光通信，是由于需要更有效地与空间进行数据传输而产生的。LCRD的发射是为了通过NASA空间通信与导航(SCaN)项目和NASA空间技术任务理事会之间的合作来测试和改进这项技术。
“到目前为止，我们已经发表了关于实验早期发现的第一篇论文，但我们计划发表更多的经验教训，以便航空航天业可以与美国宇航局一起从这项技术演示中学习，”马里兰州格林贝尔特美国宇航局戈达德太空飞行中心LCRD的首席研究员戴夫·伊斯雷尔说。“早期的结果非常出色，看到大量的数据在很短的时间内下来，真是非同寻常。”
美国国家航空航天局的激光通信中继演示(LCRD)光学地面站2 (OGS-2)，位于夏威夷haleakalhi。图片来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心
其中一些实验包括研究大气对激光信号的影响。虽然激光通信通常可以提供更高的数据速率，但湿度、云层、强风和其他大气干扰会在激光信号进入地球大气层时造成干扰。
“让我们感到惊讶的一件事是天气如何影响实验操作。我们通常把地面站建在天气条件晴朗的偏远高海拔地区——LCRD在夏威夷和加利福尼亚，”戈达德LCRD实验经理里克·巴特勒说。“今年南加州历史性的降雨和降雪为我们提供了一个真正了解天气对信号可用性影响的机会。这也加强了我们的理解，更多的地面站意味着更多的信号可用性选择。”
NASA的激光通信路线图。图片来源:NASA / Dave Ryan
此外，天气实验使工程师能够增强NASA的自适应光学系统，该系统集成到地面站中，并使用传感器测量和纠正来自航天器的信号失真。
另一个实验是与航空航天公司合作进行的，他们制造了一个与LCRD兼容的终端，用LCRD发送和接收数据。这个实验证实了LCRD与外部用户合作的能力。
工程师们还利用LCRD作为测试网络功能的机会，如激光链路上的延迟/中断容忍网络(DTN)。DTN通过在网络上的点存储和转发数据来确保关键信息到达目的地，从而赋予任务无与伦比的连接性。
美国宇航局正在注入激光通信技术，为任务提供增强的通信能力。激光通信使任务能够在单个链路中发回更多的数据。更多的数据意味着更多的发现。图片来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心
激光通信系统也能实现更精确的导航能力。一项正在进行的导航实验表明，工程师可以通过激光链路接收到比标准无线电波更精确的位置数据。这意味着激光通信系统还可以作为改进定时和位置数据的平台——这是GPS的关键部分。
“像LCRD这样的技术演示使NASA及其合作伙伴能够实现新的能力，并在操作场景中进行测试，”位于华盛顿的NASA空间技术任务理事会技术演示主任Trudy Kortes说。“这使工程师能够真正感受到一项技术的潜力，并看到未来的应用可能是什么样子。这就是为什么在相关环境中测试操作如此重要的原因。”
像LCRD这样的系统证明了激光通信的能力，未来采用该技术的科学和人类探索任务可能能够向地球传输更多数据。随着科学任务仪器的进步和收集更多的数据，机载通信系统也必须发展，以将这些数据传输给研究人员。像LCRD这样的有效载荷展示了激光通信系统如何有利于太空任务并帮助他们实现科学目标。
LCRD是演示激光通信技术的一系列任务之一。该机构正在继续其注入工作，包括国际空间站上的未来终端，将环绕月球飞行的阿尔忒弥斯II猎户座宇宙飞船，以及普赛克宇宙飞船上的深空光通信实验，随着普赛克前往深空小行星目的地，它将测试比以往任何时候都更远离地球的激光通信。
经过一年的成功实验，LCRD团队现在正在为2023年底发射NASA的集成LCRD低地球轨道用户调制解调器和放大器终端(ILLUMA-T)做准备。一旦进入空间站，ILLUMA-T将把实验数据发送给LCRD, LCRD将把数据传回地面。这将允许NASA测试低地球轨道到地球同步轨道的激光通信，并展示LCRD中继能力的好处。
LCRD是美国宇航局的有效载荷，装载在国防部的空间测试计划卫星-6 (STPSat-6)上。STPSat-6是太空测试计划3 (STP-3)任务的一部分，由联合发射联盟的阿特拉斯V 551火箭在佛罗里达州卡纳维拉尔角太空基地发射。NASA正在为国防部操作STPSat-6。
LCRD由戈达德领导，并与美国宇航局南加州喷气推进实验室和麻省理工学院林肯实验室合作。LCRD是由NASA的技术演示项目资助的隶属于空间技术任务理事会的管理任务计划，以及NASA总部的空间通信和导航(SCaN)计划。
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