NASA的激光通信系統將以260Mbps速率從月球傳回4K視頻

美國國家航空航天局（NASA）在正在進行的阿耳忒彌斯二號載人繞月任務中，首次大規模啟用新一代激光通信系統，為地球觀眾帶來更高質量的月球實時畫面，也標志著深空通信方式從傳統無線電向高速光學鏈路的重大轉型。 這一系統名為“獵戶座阿耳忒彌斯二號光學通信系統”（Orion Artemis II Optical Communications， 簡稱 O2O），安裝在“獵戶座”飛船上，根據NASA介紹，其下行速率最高可達每秒260兆比特，支持從月球直接傳回超高清4K視頻。

O2O的引入意味著阿波羅時代以無線電為主的深空通信技術正在被更高效的光學方案所取代。 負責該項目的經理史蒂夫·霍洛維茨表示，在260 Mbps的數據速率下，O2O可以從月球傳回4K高清錄像，同時還將承擔下行和上行各類任務指令與數據，包括操作流程、圖片、飛行計劃等，在獵戶座與地面任務控制中心之間構建起一條高帶寬的光學數據通道。

為保證激光鏈路的穩定性，NASA在美國西南部和西海岸部署了地面激光站，分別位于新墨西哥州拉斯克魯塞斯以及加利福尼亞州的桌山地區，這些地點因晴天多、云量少等有利氣象條件而入選，以盡可能減少大氣和天氣對光學通信的干擾。 NASA工程師指出，相比傳統無線電系統，激光通信不僅可以在單位時間內傳輸更大量的數據，而且相關設備更為緊湊、輕量，有助于減少飛船上的體積與重量占用。

得益于系統“瘦身”，獵戶座艙內可釋放出更多空間用于船員活動和科研設備搭載，被視為對阿波羅時期技術的一次全面升級。 當年阿波羅任務依賴S波段無線電將阿姆斯特朗和奧爾德林踏上月球表面的黑白影像傳回地球，而阿耳忒彌斯二號所用的成像設備與通信方案則要先進得多。 本次任務中，宇航員將使用尼康數字相機拍攝月球景觀，其中包括人類可能從未親眼見過的月球背面區域，這些畫面將通過O2O系統回傳，為地球觀眾呈現前所未有的實時視覺體驗。

盡管光學通信成為此次任務的一大亮點，NASA仍將傳統無線電網絡視為關鍵支撐與備份。 獵戶座將繼續通過NASA深空網絡（Deep Space Network）保持射頻聯絡，這一遍布加利福尼亞、西班牙和澳大利亞的大型天線陣列長期承擔“旅行者”號、火星探測車等深空任務的通信工作，將在激光鏈路受大氣或光學條件影響時提供冗余保障。

NASA也預先規劃了阿耳忒彌斯二號任務中的一段通信中斷窗口：當飛船飛至月球背面時，約41分鐘內將與地球完全失去聯系。 由于月球實體遮擋，無論是激光信號還是深空網絡的無線電信號都無法穿透，只有在獵戶座重新繞出月球背面后，通信才會恢復。

對于260 Mbps這一數據速率，NASA強調，這在深空場景中已屬顯著躍升，但并非該機構激光通信能力的上限。 此前的激光通信演示任務曾實現高達622 Mbps的數據傳輸速率，一些近地軌道項目則進一步將速度提升到每秒200吉比特。 然而，在近24萬英里（約38.4萬公里）的地月距離上，能夠穩定提供260 Mbps的下行帶寬，已經足以支撐高質量的月球高清視頻和大容量科學數據回傳，為人類在地球上見證“重返月球”提供了前所未有的技術條件。