1.3 空间激光通信技术发展趋势

经过30余年的发展，空间激光通信技术总体上已经先后完成了机理分析仿真、关键技术攻关突破和外场性能测试与验证阶段，现在正处于技术定型阶段，正在向工程应用方向发展。

通过分析国内外空间激光通信技术的发展现状和未来计划，结合目前空间信息获取、传输、处理利用中存在的问题以及需求变化，针对空间激光通信技术优势，总结出以下几点发展趋势：高速率、网络化、多功能、一体化和多谱段[10]。

1.3.1 高速率

为满足更多数据实时传输的需求，高速率已成为各国空间激光通信技术研究共同追求的一个主要目标。激光通信速率从最初的几千比特每秒（kbit/s）、2 Mbit/s、50 Mbit/s、300 Mbit/s、622 Mbit/s、1.5 Gbit/s、2.5 Gbit/s，逐步发展到5 Gbit/s、10 Gbit/s、100 Gbit/s、1 Tbit/s，目前的世界最高纪录是13.16 Tbit/s（10.45 km水平链路），未来将达到20 Tbit/s甚至更高。

1.3.2 网络化

目前，世界上的空间激光通信系统工作模式都是一对一，无法直接实现通信中继和组网应用，而激光通信组网是未来发展的必然趋势。需要构建的主要网络包括天基激光通信网络（GEO、MEO、LEO），空基激光通信网络（LEO、高空气球、飞机、飞艇），天地激光接入网络（车、机、星等），地海激光应急网络（车、船、站、点）等。构建基于激光通信等空间信息网络主要难点是多链路同时捕获对准难、单点多链路同时动态接入和全光转发难、空间环境影响恶劣等。主要的解决途径包括突破一对多同时激光通信技术、研究动态路由解决接入难题、寻求激光微波通信联合体制等。

1.3.3 多功能

空间激光通信目前已经用于星间、星空、空空、空地等多种链路中，并逐渐向深空和水下通信方向扩展。2010年，美国DARPA发布了战术中继信息网络（TRITON）项目，研发蓝光潜艇通信系统，完成了P-3海上巡逻机与潜航的潜艇间的激光通信。2013年，美国提出计划于2023年实施深空光通信（DSOC）系统项目，旨在研究深空任务中的激光通信在数据速率、系统空间占用和功耗等指标能力方面的改进，用于以250 Mbit/s 以上的速率从火星回传数据，通信距离达6.3亿km。

1.3.4 一体化

为增加系统的功能同时减小载荷的体积、质量和功耗，激光通信载荷正在向一体化的方向发展。激光探测成像兼通信系统的轻小型化，合理安排系统结构，将原本需要5个光学口径的结构设计成2个光学口径，减少了光学口径的数量，有利于轻小型化。其中，激光通信信标光发射/接收和激光测距光发射/接收共用一个光学天线，通过分光片实现信标光和测距光的分离；激光通信信标光发射/接收、激光通信精信标光发射/接收、成像探测组成共用一个卡塞格林望远镜光学系统，通过分光和折转实现缩短长度、缩小体积的轻小型化。

1.3.5 多谱段

未来空间激光通信将向紫外、可见光、红外、太赫兹等多谱段相结合的方向发展，目的是发挥不同谱段通信系统的优势。例如，2010年，加州大学搭建了紫外通信实验平台，波长为266 nm，通信距离达100 m，通信速率为3 kbit/s；2017年，中国工程物理研究院科研团队成功实现了距离为21 km、单路实时速率为5 Gbit/s、频率为0.14 THz的远距离高速无线传输试验。