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NASA的ILLUMA-T有效載荷通過激光信號與LCRD通信。資料來源：美國宇航局/戴夫瑞安
美國宇航局使用國際空間站（一個(gè)足球場大小的繞地球運(yùn)行的航天器）來了解更多關(guān)于在太空中生活和工作的信息。20多年來，空間站為生物學(xué)、技術(shù)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的調(diào)查和研究提供了一個(gè)獨(dú)特的平臺。它是宇航員進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的家園，包括提高NASA的空間通信能力。
2023年，美國宇航局將向空間站發(fā)送一項(xiàng)名為集成LCRD低地球軌道用戶調(diào)制解調(diào)器和放大器終端（ILLUMA-T）的技術(shù)演示。ILLUMA-T和2021年12月發(fā)射的激光通信中繼演示（LCRD）將共同完成NASA的第一個(gè)雙向端到端激光中繼系統(tǒng)。
通過ILLUMA-T，美國宇航局的空間通信和導(dǎo)航（SCaN）項(xiàng)目辦公室將展示空間站激光通信的力量。激光通信系統(tǒng)使用不可見的紅外光以更高的數(shù)據(jù)速率發(fā)送和接收信息。有了更高的數(shù)據(jù)速率，任務(wù)可以在一次傳輸中將更多的圖像和視頻發(fā)送回地球。一旦安裝在空間站上，ILLUMA-T將展示更高的數(shù)據(jù)速率對低地球軌道任務(wù)的好處。
“激光通信為任務(wù)提供了更大的靈活性和從太空獲取數(shù)據(jù)的快速方式，”NASASCaN計(jì)劃前副副局長Badri Younes說。“我們正在將這項(xiàng)技術(shù)整合到地球附近，月球和深空的演示中。
除了更高的數(shù)據(jù)速率外，激光系統(tǒng)更輕，功耗更低，這是設(shè)計(jì)航天器時(shí)的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢。ILLUMA-T的大小與標(biāo)準(zhǔn)冰箱差不多，將被固定在空間站的外部模塊上，以便與LCRD進(jìn)行演示。
目前，LCRD正在展示距離地球22，000英里的地球同步軌道激光中繼的好處，通過在兩個(gè)地面站之間傳輸數(shù)據(jù)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以進(jìn)一步完善NASA的激光能力。
“一旦ILLUMA-T進(jìn)入空間站，終端將以每秒1.2千兆位的速度向LCRD發(fā)送高分辨率數(shù)據(jù)，包括圖片和視頻，”ILLUMA-T副項(xiàng)目經(jīng)理Matt Magsamen說。“然后，數(shù)據(jù)將從LCRD發(fā)送到夏威夷和加利福尼亞的地面站。該演示將展示激光通信如何使低地球軌道任務(wù)受益。
美國宇航局的激光通信路線圖：在各種空間條件下的多個(gè)任務(wù)中展示激光通信能力。資料來源：美國宇航局/戴夫瑞安
ILLUMA-T作為SpaceX為NASA執(zhí)行的第29次商業(yè)補(bǔ)給服務(wù)任務(wù)的有效載荷發(fā)射。在發(fā)射后的前兩周，ILLUMA-T將從龍飛船的后備箱中取出，安裝在空間站的日本實(shí)驗(yàn)?zāi)K暴露設(shè)施（JEM-EF）上，也稱為“Kibo” - 在日語中意為“希望”。
有效載荷安裝后，ILLUMA-T團(tuán)隊(duì)將進(jìn)行初步測試和在軌檢查。一旦完成，該團(tuán)隊(duì)將通過有效載荷的第一束光 - 這是一個(gè)關(guān)鍵的里程碑，該任務(wù)通過其光學(xué)望遠(yuǎn)鏡將其第一束激光傳輸?shù)絃CRD。
一旦達(dá)到第一縷曙光，數(shù)據(jù)傳輸和激光通信實(shí)驗(yàn)將開始并在整個(gè)計(jì)劃任務(wù)期間繼續(xù)進(jìn)行。
在不同場景中測試激光器
未來，可操作的激光通信將補(bǔ)充射頻系統(tǒng)，今天大多數(shù)天基任務(wù)都使用無線電頻率系統(tǒng)將數(shù)據(jù)送回家。ILLUMA-T不是第一個(gè)在太空中測試激光通信的任務(wù)，但使NASA更接近該技術(shù)的操作注入。
除了LCRD，ILLUMA-T的前身還包括2022年TeraByte紅外傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)目前正在低地球軌道的小型立方體衛(wèi)星上測試激光通信;月球激光通信演示，在2014年月球大氣和塵埃環(huán)境探測器任務(wù)期間將數(shù)據(jù)往返于月球軌道和地球;以及2017年激光通信科學(xué)的光學(xué)有效載荷，該模型展示了與無線電信號相比，激光通信如何加快地球和太空之間的信息流動(dòng)。
測試激光通信在各種場景中產(chǎn)生更高數(shù)據(jù)速率的能力將有助于航空航天界進(jìn)一步完善未來月球、火星和深空任務(wù)的能力。
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