中国首次实现地月双向高速激光通信！一束激光跨越40万公里

8 月 26 日，中国科学院空间应用工程与技术中心披露，依托运行在远距离逆行轨道（DRO）的 DRO-A 卫星，中国科研团队已在超过 40 万公里的地月距离上建立双向激光链路，并首次在轨验证地月双向高速激光通信能力。

此次试验初步实现了上行 1.25Mbps、下行 100Mbps 的地月激光通信速率（注：上行指地面向卫星发送数据，下行则指卫星向地面回传数据）。

这个速率代表着未来月球探测器可以更快回传高清影像和科学数据，载人登月任务也能获得更高带宽的天地通信；如果进一步发展成由地面站、月球轨道中继和月面终端组成的网络，它还可能成为月球科研站和深空探测的通信基础设施。

（来源：中国科学院空间应用工程与技术中心）

这项任务属于中国科学院 A 类战略性先导科技专项“地月空间 DRO 探索研究”。中国科学院空间应用工程与技术中心牵头实施，之江实验室、中国科学院云南天文台、中国科学院上海微系统与信息技术研究所等参与。其中，空间应用中心承担星载激光通信处理机和地面站单光子通信系统研制，之江实验室负责星载光机系统，云南天文台研制建设地面站光学及跟踪系统，上海微系统所则提供超导单光子阵列探测器。

严格来说，这里的“地月通信”并不是指地面与月面终端之间直接通信，而是指发生在地月尺度上的通信链路。此次试验的另一端，是运行在地月空间远距离逆行轨道（DRO）上的 DRO-A 卫星。

DRO 是地月空间中一类特殊的周期轨道，具有低能进入、长期稳定运行等特点。DRO-A/B 于 2024 年发射后，曾因上面级异常未能直接进入预定轨道，科研团队随后通过多次轨道机动，将双星送入 DRO。此后，DRO-A/B 又与近地轨道上的 DRO-L 建立星间测量通信链路，组成了基于 DRO 的地月空间三星星座。

（来源：中国科学院空间应用工程与技术中心）

如果只看此次实现的 100Mbps 下行速率，这个数字并不算特别高。早在 2023 年，中国科学院空天信息创新研究院就曾利用“吉林一号”卫星完成 10Gbps 星地激光高速通信实验。

但此次，中国团队突破了一个巨大困难：距离。当通信链路从几百、几千公里的近地空间延伸到 40 万公里量级后，很多原本可控的问题都会被成倍放大。激光在长距离传播过程中不断扩散，到达接收端时，有效信号已经极其微弱；与此同时，激光束本身又非常窄，发射角度哪怕只出现很小偏差，到了数十万公里之外，也可能偏离目标数公里。

因此，这次试验真正要解决的，是在地月尺度上同时做到三件事：对得准、收得到，还要传得快。

首先是“对得准”。与覆盖范围更宽的微波相比，激光通信依靠极窄的光束提高能量利用效率，所以它对指向精度更加敏感。科研团队为此设计了一套适用于超远距离和极微弱信号条件的双向捕获跟踪方案。

卫星轨道误差、望远镜安装和形变、大气折射，甚至激光从空间端飞到地面所需要的时间，都会影响最终的瞄准结果。科研人员需要把这些因素全部纳入计算和校准，让卫星和地面望远镜在持续运动中仍能保持高精度对准。

解决瞄准之后，第二个问题是“收得到”。激光传播超过 40 万公里后，抵达地面的有效信号已经弱到单光子量级。与此同时，月光、星光、城市灯光以及大气散射都会形成背景噪声。对于接收系统来说，困难的是如何从大量无关光子中识别出真正携带通信信息的那一部分。

为此，科研团队采用了高速超导单光子探测技术，并结合高灵敏度通信信号处理算法，在极低信噪比环境下提取有效信号。单光子探测也是当前深空激光通信的重要技术路线。NASA 此前开展深空光通信试验时，同样使用过超导光子探测器，接收经过超长距离传输后已经极其微弱的激光信号。

最后，针对“传得快”的速度问题。公开信息显示，团队突破了皮秒级时间识别的大带宽通信处理技术，并采用高阶脉冲位置调制和强纠错编码，在极低信噪比条件下兼顾传输速率与误码率。

最终，这套系统初步实现了 1.25Mbps 上行和 100Mbps 下行。这个速率已经足以明显提升月球科学数据的回传效率。科研团队举例称，一幅 8K 月面高清图像，如果使用 5Mbps 级传统微波链路下传，大约需要 4 至 5 分钟；如果换成百 Mbps 级激光通信，时间可以缩短到约 12 秒。

国际上，NASA 在 2013 年就通过 LADEE 月球探测器完成了月球距离的双向激光通信验证，目前也在 LunaNet 规划中继续推进月球通信与导航网络建设。此次中国团队的突破，则意味着中国首次在轨验证了地月双向高速激光通信能力，并打通了超远距离捕获跟踪、单光子探测、极弱信号处理和高速数据传输等一系列关键技术环节。

这些技术未来可进一步服务于载人登月、月球科研站和深空探测。随着月球任务产生的数据越来越多，地月之间也需要更大容量、更高效率的通信链路。此次超过 40 万公里的试验，中国已经把高速激光通信从近地轨道进一步延伸到了地月空间，也为未来建立更稳定、更高带宽的地月通信网络迈出了关键一步。

1.https://www.cas.cn/cm/202608/t20260827_5119120.shtml

2.https://www.csu.cas.cn/gb/zyxw/202504/t20250418_7604406.html

3.https://www.cas.cn/syky/202504/t20250425_5066202.shtml

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注：封面/首图由 AI 辅助生成