麻省理工學院研究人員開發新型激光指向系統 可使微型衛星向地球傳輸大量數據

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背 景

為了提高鏈路的速率，衛星通常利用無線電傳輸下行數據，這些數據需要發送到大型地面天線。較大的衛星可以容納更大的天線盤或天線陣列，從而支持高速下行鏈路。但CubeSats的體積過小，訪問頻段有限，無法支持高速率的鏈接。

麻省理工學院航空與航天副教授克里·卡霍伊表示，高速率數據下行鏈路所需要的電能遠超小微型可承載的電能。綜合上述原因，研究人員將激光作為立方體衛星的另一種通信方式，但同時激光通信面臨一個重大的挑戰：由於激光束比無線電波的光束窄得多，因此需要更精確地將激光束指向地面上的接收器。

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平台簡介

新型激光指向系統使CubeSats以更高的速率、更少的載荷資源傳輸下行鏈路數據。當前，衛星只能在經過地面站時一次性地發送幾張圖片，但是利用該系統，衛星可以一次發送數千張高解析度的圖像。

該系統體積比魔方略大，包含一個小型商業現貨的可操控微機電（MEMS）反射鏡。反射鏡比電腦鍵盤的按鍵還要小，以某種角度直接面向激光束，這樣激光就可以從鏡子中反射出來，進入太空和地面接收器。該系統將減少下行鏈路所需的電能和時間，並能夠使用低功率、窄激光束，獲得更高的數據傳輸速率。

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技術延伸

因微機電反射鏡無法反饋其指向信息，在衛星發射過程中將會導致系統中的反射鏡產生偏差。研究團隊在此基礎上開發了一種校準技術，利用彩色激光和光束波長開發出能確定激光偏離地面站的距離、自動校正反光鏡角度並能精確地將激光指向地面接收器。

為了測試這項技術的準確性，研究人員製作了一個實驗室台，其中包括激光指向平台和一個類似信標的激光信號。該裝置的設計是為了模擬一種場景，即衛星在地面站上方400千米的高空飛行並傳輸數據。研究人員將所需的最小指向精度設置為0.65毫弧度。在他們的實驗中，他們改變了信標激光的入射角度，並觀察了鏡子如何傾斜以匹配信標。最終經檢測，此項校準技術可以達到0.05毫弧度的精度，這一精度遠遠超過激光傳輸任務要求。此次試驗結果表明，這項技術經調整後可以精確地對準更窄的激光束，從而使CubeSat能夠以較高的速率傳輸大量數據（如植被、火災、海洋浮游植物等的圖像和視頻）。

來源：麻省理工學院網站/圖片來自互聯網

軍事科學院軍事科學信息研究中心 張珂

編輯：劉偉雪

如需轉載請註明出處：「國防科技要聞」（ID：CDSTIC）

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