北京時間2020年5月12日9時16分40秒，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，LaserFleet為“行云二號”01星（武漢號）和“行云二號”02星研制的物聯(lián)網(wǎng)星間激光通信載荷用冠名為“快舟·傳祺GS4號”的快舟一號甲運(yùn)載火箭以“一箭雙星”方式發(fā)射成功。這是我國首次嘗試低軌衛(wèi)星星間激光鏈路技術(shù)的驗(yàn)證。

　
　“行云二號”衛(wèi)星

 

　　“行云工程”計劃分α、β、γ三個階段，將在2023年前后建成由80顆低軌通信衛(wèi)星組成的天基物聯(lián)網(wǎng)星座，以解決目前地面物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)因蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋率嚴(yán)重不足（陸地覆蓋率約為20%，海洋覆蓋率不到5%）而導(dǎo)致“通信盲區(qū)”難題，實(shí)現(xiàn)真正的全球萬物互聯(lián)。

 

　
　“行云工程”天基物聯(lián)網(wǎng)星座

 

　　本次發(fā)射的“行云二號”01星、02衛(wèi)星，是“行云工程”α階段的兩顆技術(shù)驗(yàn)證星，在國內(nèi)低軌星座中首次采用了星間激光鏈路技術(shù)，即在軌衛(wèi)星之間可通過激光通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，可以不依賴地面站的轉(zhuǎn)傳，從而提高通信服務(wù)的實(shí)時性。

 

　

　行云工程“武漢站”地面站

 

　　星間鏈路是指衛(wèi)星之間建立的通信鏈路，也稱為星際鏈路或交叉鏈路。通過星間鏈路實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星之間的信息傳輸和交換，多顆衛(wèi)星可以互聯(lián)在一起，成為一個以衛(wèi)星作為交換節(jié)點(diǎn)的空間通信網(wǎng)絡(luò)，降低衛(wèi)星通信系統(tǒng)對地面網(wǎng)絡(luò)的依賴。憑借星間鏈路的優(yōu)勢，通信系統(tǒng)可以減少地面信關(guān)站的設(shè)置數(shù)量、擴(kuò)大覆蓋區(qū)域、實(shí)現(xiàn)全球測控等，而且信號在星間鏈路傳輸時可有效避免大氣和降雨導(dǎo)致的衰減，形成相對獨(dú)立的通信星座系統(tǒng)或數(shù)據(jù)中繼系統(tǒng)。

 

　

　“行云二號”01星和02星的星間激光通信鏈路

 

　　星間鏈路按照工作頻率分為微波鏈路（Ka頻段）、毫米波鏈路（部分Ka頻段和Q/V頻段等）、太赫茲鏈路（太赫茲頻段）和激光鏈路等。星間微波/毫米波鏈路具有技術(shù)相對成熟，可靠性較高，但是有限的帶寬限制了通信速率，同時收到頻譜制約。星間激光鏈路的優(yōu)勢在于頻帶較寬，可以增加鏈路通信容量；設(shè)備功耗、質(zhì)量、體積較??；波束發(fā)散角較小，具有良好的抗干擾和抗截獲性能，系統(tǒng)安全性高。因此，激光鏈路成為衛(wèi)星在太空中星間傳輸?shù)淖罾硐爰夹g(shù)。

 

　　

歐空局（ESA）“半導(dǎo)體激光星間鏈路試驗(yàn)”（SILEX）項(xiàng)目

 

　　近年來，在具備寬帶、大容量、低延遲和全球覆蓋等特色的低軌通信星座的推動下，星間鏈路技術(shù)已經(jīng)成為全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)前，Starlink、LeoSat、Telesat、Iridium NEXT、O3b、OneWeb和Globalstar等中低軌道星座項(xiàng)目的發(fā)展勢頭正盛，根據(jù)預(yù)測到2020年高通量衛(wèi)星的通信容量將達(dá)到近5Tbps，隨著寬帶大容量通信星座的建成，通信能力將增加到40Tbps以上。在這些星座中，美國的Starlink星座將采用激光星間鏈路實(shí)現(xiàn)空間組網(wǎng)，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化管理以及服務(wù)連續(xù)性的目標(biāo)。2018年2月22日，SpaceX公司采用獵鷹-9重型火箭成功發(fā)射了Starlink星座的2顆試驗(yàn)通信衛(wèi)星（TintinA/B），將為Starlink星座建設(shè)提供前期在軌技術(shù)驗(yàn)證。2018上半年，Iridium NEXT星座分2組發(fā)射了15顆衛(wèi)星（即41-50編組和51-55編組），每顆衛(wèi)星具有4條微波星間鏈路。LeoSat星座也將采用激光星間鏈路建立一個空間激光骨干網(wǎng)；加拿大的Telesat星座亦計劃設(shè)置激光星間鏈路。按照目前公布的資料來看，O3b、OneWeb和Globalstar星座未設(shè)置星間鏈路。去年8月9日，第18、19顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星首次實(shí)現(xiàn)星間鏈路，標(biāo)志著我國成功驗(yàn)證了全球?qū)Ш叫l(wèi)星星座自主運(yùn)行核心技術(shù)，為建立全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)邁進(jìn)一大步。激光星間鏈路終端由上海光機(jī)所研制，可實(shí)現(xiàn)星間毫米級高精度距離時間測量和1Gbps星間高速通信。隨著首次星間鏈路的建立，北斗衛(wèi)星系統(tǒng)通過星間鏈路順利接收并傳回幀星間遙測。

 

　
　SpaceX的Starlink星座兩顆試驗(yàn)衛(wèi)星

 

　　LaserFleet是一家新興商業(yè)航天創(chuàng)業(yè)公司，激光技術(shù)能力源自中國科學(xué)院上海光機(jī)所。公司首款星間激光通信機(jī)（T5）是搭載在微小衛(wèi)星上的緊湊型激光通信終端，用于實(shí)現(xiàn)星間雙向數(shù)據(jù)通信。產(chǎn)品重量在5kg量級，跟瞄范圍±30°，在3,000km距離可實(shí)現(xiàn)100Mbps通信速率，在國內(nèi)具有唯一性和領(lǐng)先性，屬于國際一流的星間激光通信終端。未來全球各星座還有超過5萬臺的設(shè)備需求量。單臺設(shè)備售價平均不低于100萬美元，市場總?cè)萘砍^500億美金。

 

　　

LaserFleet研制的低軌星間激光通信終端

 

　　針對商業(yè)窄帶物聯(lián)網(wǎng)星座同軌道面的星間建鏈需求，LaserFleet在T5產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化光/機(jī)/電總體技術(shù)方案，采用800nm激光光源，輕量化的精密跟瞄機(jī)構(gòu)，高度集成化的電子學(xué)設(shè)計，在4500km距離上實(shí)現(xiàn)10Mbps以上的通信速率，重量在2kg量級，T2產(chǎn)品預(yù)計2020年內(nèi)上市。