美国国家航空航天局(NASA)在正在进行的阿耳忒弥斯二号载人绕月任务中,首次大规模启用新一代激光通信系统,为地球观众带来更清晰、更流畅的月球实时画面。这也标志着深空通信正从传统的无线电,转向更高速的光学链路。

这套系统名叫“猎户座阿耳忒弥斯二号光学通信系统”(Orion Artemis II Optical Communications,简称 O2O),装在“猎户座”飞船上。据NASA介绍,它的下行速率最高能达到每秒260兆比特,足以直接从月球传回超高清4K视频。

O2O的投入使用,意味着自阿波罗时代以来以无线电为主的深空通信方式,正在被更高效的光学方案逐步取代。项目负责人史蒂夫·霍洛维茨表示,在260 Mbps的速率下,O2O不仅能传回4K高清录像,还能同时处理各类上下行数据,比如操作指令、图像、飞行计划等,在飞船和地面控制中心之间搭起一条高带宽的“光速通道”。

为了确保激光信号稳定接收,NASA在美国西南部和西海岸建了专门的地面激光站,分别位于新墨西哥州的拉斯克鲁塞斯和加州的桌山地区。这些地方晴天多、云少,能最大程度减少大气和天气对光通信的干扰。

工程师们指出,相比传统无线电,激光通信不仅单位时间传的数据更多,设备也更小巧轻便,能省下飞船上的宝贵空间和重量。得益于此,“猎户座”舱内腾出了更多地方,可以用来安排宇航员活动或加装科研设备——这被视为对阿波罗时代技术的一次全面升级。

当年阿波罗任务靠S波段无线电,把阿姆斯特朗和奥尔德林踏上月面的黑白画面传回地球;而这次阿耳忒弥斯二号用的成像和通信系统要先进得多。任务中,宇航员会用尼康数码相机拍摄月球景观,包括人类可能从未亲眼见过的月球背面,这些画面将通过O2O实时传回,给地球观众带来前所未有的视觉体验。

不过,尽管激光通信是这次任务的一大亮点,NASA还是保留了传统的无线电网络作为关键备份。“猎户座”仍会通过NASA的深空网络(Deep Space Network)保持射频联系——这个遍布加州、西班牙和澳大利亚的大型天线阵列,长期负责“旅行者号”、火星车等深空任务的通信。一旦激光链路受天气或大气影响中断,无线电就能顶上,确保联络不断。

NASA也提前规划了一段通信中断期:当飞船飞到月球背面时,大约有41分钟会完全失联。因为月球本身挡住了信号,不管是激光还是无线电都穿不过去,得等飞船绕出来,通信才能恢复。

至于260 Mbps这个速度,NASA强调,虽然在深空通信里已经是巨大飞跃,但还不是激光通信的极限。此前的演示任务曾达到622 Mbps,一些近地轨道项目甚至做到每秒200吉比特。但在将近38.4万公里的地月距离上,能稳定提供260 Mbps的下行带宽,已经足够支撑高清视频直播和大量科学数据回传,让地球上的人们第一次真正“高清见证”重返月球。