阿爾忒彌斯2號(hào)的“激光電話”

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綜合編譯：齊岳

校對(duì)：牧夫天文校對(duì)組

后期：王啟儒

責(zé)任編輯：王啟儒

圖中展示了獵戶座飛船艙外的“獵戶座阿爾忒彌斯2號(hào)光學(xué)通信系統(tǒng)（Orion Artemis II Optical Communications System, O2O）”。

來源：NASA

縱觀人類航天歷史，通信手段的首選一直是無線電波。相關(guān)的技術(shù)對(duì)我們的航天事業(yè)幫助巨大，然而用無線電波通信正逐漸變得過時(shí)。就在今年四月阿爾忒彌斯2號(hào)任務(wù)載著四名宇航員出差月球時(shí)，NASA的工程師們悄悄測(cè)試了一種激光通訊終端，這項(xiàng)技術(shù)也許會(huì)改寫深空探索的通訊規(guī)則。

這臺(tái)光學(xué)通信系統(tǒng)（O2O）由麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室研制，固定在阿爾忒彌斯2號(hào)獵戶座飛船的艙外，它是有史以來第一臺(tái)用于支持載人月球任務(wù)的激光通信終端。它拋棄了傳統(tǒng)的無線電波，轉(zhuǎn)而使用紅外光在飛船與地球間傳遞信息。紅外光與無線電波同屬于電磁波，但紅外光的波長(zhǎng)更短，單束光也就能容納更多信息。

傳統(tǒng)無線電系統(tǒng)在月球任務(wù)所需的距離下，傳輸速度只有每秒個(gè)位數(shù)的兆比特（Mb，這個(gè)單位用于衡量網(wǎng)絡(luò)傳輸速度，例如寬帶網(wǎng)速，而不是衡量存儲(chǔ)容量的兆字節(jié)MB）。在常規(guī)情況下，O2O能達(dá)到每秒260兆比特的下行速率，而位于NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室和白沙綜合基地的地面站也創(chuàng)下了自己的紀(jì)錄：不到一小時(shí)，兩個(gè)地面站就完成了接收、處理、轉(zhuǎn)發(fā)給任務(wù)控制中心的流程。雖然不及你家里的光纖，卻比光纖之前的家用寬帶強(qiáng)多了。

在尼爾·阿姆斯特朗運(yùn)行與測(cè)試大樓的高頂車間中（位于佛羅里達(dá)州NASA肯尼迪航天中心），技術(shù)人員正在組裝O2O。照片攝于2023年6月2日。

來源：NASA

在大約十天的旅程中，通信系統(tǒng)在飛船和地面間共傳輸了484GB的數(shù)據(jù)。這些數(shù)字不只是停留于讓技術(shù)人員印象深刻的紙面數(shù)據(jù)，還轉(zhuǎn)化成了震撼整個(gè)世界的精彩圖片。地落、地升、從月球背面看到的日食，這些驚艷的圖像從被拍下來到出現(xiàn)在頭版和社交媒體上，只用了幾個(gè)小時(shí)。它們的數(shù)據(jù)都是由激光帶回地球的。

位于澳大利亞堪培拉的量子光學(xué)地面站，與獵戶座飛船保持了至少15個(gè)半小時(shí)的雙流直播視頻連接，讓數(shù)百萬觀眾得以近乎實(shí)時(shí)地見證此次任務(wù)的進(jìn)展。也許最重要的是，工程師們證明，完全可以利用市售現(xiàn)成部件來建造地面光學(xué)通信站，這極大地降低了大規(guī)模推廣該技術(shù)的門檻。

阿爾忒彌斯2號(hào)機(jī)組拍攝的日食景象。攝像機(jī)位于獵戶座飛船的太陽能電池翼上。

來源：PSJ

對(duì)于未來（幾）十年中將要飛往火星的宇航員，這相當(dāng)重要。目前的無線電波通訊難以維持長(zhǎng)期的深空載人任務(wù)所需的實(shí)時(shí)高分辨率通信。激光通訊的作用并不局限于提供更好的圖像；對(duì)于遠(yuǎn)在半個(gè)太陽系之外的宇航員來說，那些隨著激光傳回任務(wù)控制部門的信息是保證他們能夠活下去的關(guān)鍵。

——The End——

『天文濕刻』 牧夫出品

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