يستخدم الاتصال بالليزر الفضائي الليزر كحامل للمعلومات. بالمقارنة مع اتصالات الموجات الدقيقة التقليدية، فهي توفر مزايا كبيرة، بما في ذلك عرض النطاق الترددي العالي والسرعة العالية ودقة الاتجاه العالية والأمان القوي والمعدات خفيفة الوزن. ومع ذلك، على مسافات في الفضاء السحيق تصل إلى مئات الآلاف من الكيلومترات، واجهت الاتصالات بالليزر منذ فترة طويلة ثلاثة تحديات تقنية رئيسية، غالبًا ما يشار إليها باسم "الجبال الثلاثة": صعوبة بالغة في محاذاة الحزمة الدقيقة، والتوهين الشديد للإشارة، وصعوبة زيادة معدلات الإرسال.
بقيادة مركز هندسة وتكنولوجيا التطبيقات الفضائية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، وبالتعاون مع مختبر تشجيانغ، ومراصد يوننان، ومعهد شنغهاي للأنظمة الدقيقة وتكنولوجيا المعلومات، أمضى فريق البحث خمس سنوات في التغلب على هذه العقبات الثلاث الرئيسية.
أولاً، حل "تحدي الانحياز". يتم مقارنة الاتصال بالأرض-في كثير من الأحيان بـ "غرس إبرة على مسافة 400000 كيلومتر." وحتى الانحراف الزاوي المجهري عند طرف الإرسال يمكن أن يؤدي إلى خطأ موضعي يصل إلى عدة كيلومترات عند الوصول إلى الهدف. ولمعالجة هذه المشكلة، ابتكر الفريق حلاً ثنائي الاتجاه للاستحواذ والتتبع مصممًا للمسافات الطويلة جدًا- والإشارات الضعيفة للغاية. من خلال الحساب والمعايرة الشاملة لمدارات القمر الصناعي، وأخطاء تركيب التلسكوب وتشوهه، والانكسار الجوي، ووقت الليزر-لرحلة-الليزر، تأكدوا من أن القمر الصناعي والتلسكوب الأرضي يحافظان على محاذاة عالية الدقة-أثناء الحركة.
ثانياً، التغلب على مشكلة "الإشارة الضعيفة". بعد السفر لمسافة 400000 كيلومتر، يتم تقليل إشارة الليزر التي تصل إلى الأرض إلى عدد قليل من الفوتونات فقط وتكون عرضة بشدة للتداخل من الضوضاء الخلفية مثل ضوء القمر وضوء النجوم وأضواء المدينة. ولمواجهة هذا التحدي الشديد، اعتمد الفريق على تقنية الكشف عن الفوتون الفردي- فائقة السرعة وعالية التوصيل وسلسلة من خوارزميات معالجة إشارات الاتصالات المعقدة وعالية الحساسية. وقد أتاح لهم ذلك استخراج الإشارة الصالحة بنجاح من كميات هائلة من الضوضاء-التي تعادل سماع صوت سقوط الدبوس بدقة في مدينة مزدحمة وصاخبة من على بعد آلاف الأميال.
وأخيرا، كسر حاجز "الاتصال البطيء". ولتحقيق معدلات بيانات عالية في ظل ظروف نسبة الإشارة-إلى-الضوضاء المنخفضة للغاية، قام الفريق بتطوير تقنية معالجة اتصالات ذات عرض نطاق ترددي عالي-وتقنية معالجة اتصالات عالية الكفاءة قادرة على التعرف على الوقت على مستوى البيكو ثانية-. لقد اعتمدوا - تعديل موضع النبض عالي الترتيب وأنظمة معالجة إشارات موثوقة للغاية، مكملة بإستراتيجيات ترميز تصحيح الأخطاء القوية - لمكافحة الضوضاء. حقق هذا الاختبار في البداية سرعة وصلة صاعدة تبلغ 1.25 ميجابت في الثانية (ميجابت في الثانية) وسرعة وصلة هابطة تبلغ 100 ميجابت في الثانية. على سبيل المثال، استغرق تنزيل صورة لسطح القمر بدقة 8K عالية-حوالي 4 إلى 5 دقائق باستخدام رابط ميكروويف تقليدي بسرعة 5 ميجابت في الثانية. بفضل اتصال الليزر فئة 100 ميجابت في الثانية{19}}الجديد، تم تقليل وقت الإرسال بشكل كبير إلى 12 ثانية فقط، مما أدى إلى زيادة الكفاءة بما يقرب من 20 مرة.
حاليًا، تم إنشاء "طريق المعلومات السريع" هذا بين الأرض والقمر بالكامل. مع تسارع استكشاف القمر العالمي ومهمات الهبوط المأهولة على سطح القمر، فإن الفضاء القمري على وشك تجربة "انفجار البيانات". لن يوفر رابط الليزر عالي السرعة-الذي تم إنشاؤه حديثًا-طريقة جديدة مستقرة وعالية السرعة-فقط لنقل المعلومات للمهام المستقبلية، مما يدعم-عودة الفيديو القمري عالي الدقة-في الوقت الحقيقي وكميات هائلة من البيانات العلمية، ولكنه سيدعم أيضًا الصين بقوة في تحقيق المزيد من الإنجازات الأصلية في علوم وتطبيقات الفضاء.
