中国首次星地激光通信试验:铺就漫漫天光路

中新网北京3月2日电 题:中国首次星地激光通信试验:铺就漫漫天光路

作者 郝哲 邱学雷

卫星在现代信息社会中发挥着非常重要的作用。茫茫太空之中,一颗颗卫星如同闪亮的眼睛,它们在围绕地球不停的穿梭,不断监测、获取着与我们生活息息相关的海量信息。

但是如何使卫星所获取的海量信息,快速、准确的传输给地面,一直是考验世界航天的难题。

2012年3月2日,国防科工局在京举行在轨交付仪式,将“海洋二号”卫星正式交付给用户方国家海洋局。“海洋二号”第一次搭载进行了中国首次星地激光通信试验并取得圆满成功,来自哈工大的马晶、谭立英科研团队为这道世界航天的前沿课题给出了中国解答。

难度极大的征服

星地激光通信属于卫星激光通信的一个组成部分,简言之,就是将卫星和地面用激光链接起来,形成空间的信息高速公路,进行数据的传输。

星地激光通信应用后,能够同时进行3000个高清晰电视信道广播,约15000个普通电视信道广播,明显拓展信息传播渠道。在减灾方面,这一技术也有十分广泛的应用。卫星上高清相机拍摄的灾害资料,利用这一技术能避免数据压缩导致的失真,将相关数据快速、准确的传输回地面,及时的对灾情做出判断和预报。

为抢先建立空间高速信息公路,在空间信息领域掌握主动。美国、欧空局、日本都在下大力气,全力进行卫星激光通信的研究。

铺就漫漫天光路,话说的虽然容易,但是做起来又是何其艰难!该系统各部分所需要达到的精度几乎是穷人类研究极限。

实现星地激光通信,需要卫星和地面上的两光束要极其准确的对准,否则,失之毫厘,差之千里。早于中国进行卫星激光通信研究的日本,曾这样形容:它相当于在东京用激光瞄准80公里外富士山上一个移动的针眼。

此外,这项技术试验对各项仪器设备的精度要求非常苛刻。以卫星激光通信样机为例,它由多光轴构成,对平行度要求极高,而机械调整定位经常在亚微米量级。亚微米是毫米的万分之一精度,靠单纯的机械加工根本无法完成,只有依靠科技人员不断调试才能达到要求的精度。

实现星地激光链路通信一个难度极大的挑战,但是对一世界前沿课题的征服却来自一个意外的决定。

普通教师挑战世界难题

1991年的春天,正在哈工大攻读硕士研究生的谭立英需要准备硕士论文选题。她除了要给学生上课、接送5岁的女儿,每天还要往来于图书馆查阅资料,思量硕士论文的选题。

一段时间过去了,仍然找不到合适方向的她,带着迷茫和渴望登上了去往北京的列车。在北京图书馆中,有关卫星激光通信的资料让她眼前一亮,“要是能在浩瀚空间建立一个无线光网,实时进行高速信息传输,这将是一件了不起的事情!”谭立英思索道。

然而这个选题却遇到了前所未有的困境。

“美国已研究近三十年仍没实现,你要开展这方面的研究,等于新开一个方向。方向虽好,但难度太大了,难以毕业。”几位老师在谭立英硕士开题会上委婉善意的劝说到。

“这个研究方向我们国家还是空白,它将是今后中国卫星信息传输急需解决的核心技术,该技术若能攻破,将给卫星通信领域带来革命”谭立英掷地有声的说道。

“你要坚持做这个方向,硕士论文所需的研究费用你自己解决吧。而且,你另找导师吧。”导师表态到。

没有经费支持,自己能否毕业还是未知数。谭立英遇到了极大的阻碍。在中国的星地激光链路通信试验即将夭折的时候,丈夫马晶给予了她支持。

1988年到1990年,马晶以访问学者的身份在欧洲核子中心从事高能物理实验研究工作。面对优越的工作和生活条件,他还是毅然决然地回到国内。

“没有经费就挤家里的钱做吧,咱们一起干”。丈夫的理解和远见卓识让他们从此不仅在生活上更在科研上拴在一根绳上。

就这样,这对相知相助、心心相印的夫妻翻开了中国卫星激光通信研究的序页,不知深浅地迈向了漫漫天光之路。

功夫不负有心人

研究开始了!没有经费,就用家里的积蓄和微薄的工资。没有设备就用从学校教学实验室报废仪器淘宝,修一修再用。初步的光发射测试验证得到了有效的数据,谭立英终于完成了毕业论文。

马晶和谭立英并没有停止研究的脚步,但是随着研究不断深入,他们的境况愈发窘迫。卫星激光通信研究没有高精度的测试条件是无法进行的。

1995年秋天,谭立英带着硕士论文和50袋方便面住进了北京阜新路8号航天部招待所,这一年,日本进行了卫星激光通信的搭载实验。

住下后,她迫不及待的闯入原航天部办公楼,误打误撞中她闯进了一楼靠东北角的一间办公室。

办公室里,一位年轻的机关领导正在办公,这位“不速之客”让他有些吃惊:“你找谁?”谭立英一时不知如何回答,“我不知道该找谁,我是哈尔滨工业大学的老师,我是研究卫星激光通信的,从1991年就开始了,我就是想到航天部来找找,看哪个部门能支持我们一下。”谭立英索性一股脑地全盘托出。

这位领导(田玉龙)认真而耐心的听取了谭立英的研究情况介绍,并给予了充分的肯定和鼓励,其后向有关部门、专家呼吁,并鼓励谭立英要坚持研究下去。

他们在卫星激光通信领域的概念研究引起了学校的关注,1996年,5000元的校基金解决了他们的燃眉之急,研究终于可以继续下去了。之后,国防科工局基础科研预研基金、航天基金等经费支持陆陆续续补充进来,单元技术研究取得了突破。

2001年-2005年的五年间,在原国防科工委的大力支持下,哈工大卫星激光通信研究团队:完成了星地激光链路的星上光通信原理样机;研发了卫星激光通信地面动态演示验证测试系统;研制了国际上首套集成化高精度测试设备;在“十五”原理样机研制的过程中,国防科工局组织航天科技集团公司五院、哈尔滨工业大学、中科院等有关单位对卫星总体进行了充分的协调,确定了开展星地激光链路试验,要求哈工大研制的原理样机要以“海洋二号”卫星平台为背景。

茫茫太空一线穿

漫漫长路二十载,茫茫太空一线穿!披星戴月,觅便星海,马晶谭立英团队为的就是星地激光链路试验的成功。

2011年10月25日清晨六点,当大多数人还没从睡梦中向来时候,马晶、谭立英和他们的团队紧张而忙碌的工作着。

破晓的曙光渐渐透出云端,中国首次星地激光链路双向捕获跟踪试验正式开始。试验现场的大屏幕上,“海洋二号”卫星以时速20000多公里的速度向中国上空疾驰而来,预计将于10分钟之后进入试验区域。

工作人员一边观察跟踪画面,一边不断查看相关数据。“01,试验前状态确认。02,轨道参数确认。03,岗位确认……”按照现场总指挥的指令,各岗位人员有条不紊的操作、执行。

“滴”、“滴”、“滴”,卫星信号 声音打破了现场的宁静,空气中一根无形的弦顿时“绷”了起来。“海洋二号”过顶只有几分钟,必须在这短暂的时间内,卫星光信号与地面光信号准确对准,实现快速双向捕获、链接并跟踪。

进入链路试验区,仅11秒,地面终端成功捕获到星上终端发出的光信号,“抓到星上光信号了!跟上了!跟上了!一直在牢牢的跟着!”谭立英在轻轻的低沉而有力的说着。试验现场顿时被掌声和欢呼声包围。

这是中国卫星通信技术发展史上的一个重要里程碑。该项试验的成功,标志着中国在空间高速信息传输这一航天高技术尖端领域走在了世界发展前列。中国成为第2个成功进行卫星激光高速通信试验的国家。国际上第1次成功进行了卫星与地面直接探测高速星地激光通信试验。

2012年2月21日,国防科工局系统工程一司在北京组织召开了星地激光通信试验评审会,评审专家认为,星地激光通信试验星上终端工作状态稳定,各项功能和性能满足研制总要求,星地激光通信试验实现了快速捕获、稳定跟踪和高速通信,圆满完成预定的在轨测试任务,达到国际领先水平。

“莫谓星地通如许,更星间链路待接续。”这是马晶教授在自己填的词里面所说到的。虽然中国的首次星地激光链路链接试验取得成功,但是天路的铺就仅仅是织天网的序曲。

“单个计算机很神奇,但是只有联起网来才能发挥更大的效应。星地激光链路链接的技术的就是为了验证卫星激光通信技术,为卫星的组网做准备,使得星地、星星之间链接起来,做到数据更加时时、准确的传输,为国计民生保驾护航!”谭立英教授在接受采访时说道。(完)

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