阿耳忒彌斯2號開啟載人探月新篇章，中美逐鹿太空通信下一個制高點

美東時間4月1日18時35分，阿耳忒彌斯2號從佛羅里達州肯尼迪航天中心成功發射。這是NASA阿耳忒彌斯計劃的第二次任務和首次載人飛行。太空發射系統Block 1火箭搭載獵戶座飛船，載有3名美國宇航員和1名加拿大宇航員，執行月球飛掠測試。

 

自1972年阿波羅17號以來，人類時隔54年首次重返月球附近。此次任務為期10天（4月1日至11日），主要驗證獵戶座飛船的生命支持與手動駕駛等系統。四名宇航員將飛越月球背面，開展地質觀測、深空健康研究及技術演示，為2028年載人登月鋪路。

 

阿耳忒彌斯2號發射現場

 

激光通信系統上天：O2O的任務與意義
繞月飛行期間，獵戶座飛船搭載了一套由麻省理工學院林肯實驗室與NASA戈達德太空飛行中心合作開發的光學（激光）通信系統。該系統名為“獵戶座阿耳忒彌斯2號光學通信系統”（O2O）。

 

根據NASA官網，像O2O這樣的激光通信系統能夠為任務提供更高的數據速率，這意味著與目前NASA大多數任務所使用的傳統無線電波系統相比，它們可以在單次傳輸中發送和接收更多信息。更多的數據意味著更多的發現。

 

O2O的傳輸速率可達260兆比特/秒，能夠從月球傳回4K高清視頻甚至更高畫質的內容。除傳輸操作流程、圖片和飛行計劃外，O2O還將成為獵戶座飛船與地球任務控制中心之間的通信鏈路。

 

2023年6月，技術人員正在為阿耳忒彌斯2號任務組裝光學通信系統

 

“天基通信一直是巨大挑戰，”林肯實驗室光學與量子通信組的高級成員、首席系統工程師Farzana Khatri表示，“射頻通信很好地完成了其使命。然而，目前射頻頻譜高度擁擠，且射頻在太空中更長距離上的擴展性不佳。激光通信可以很好地解決這個問題。”

 

阿耳忒彌斯2號具有歷史意義，不僅因為它重啟了人類對地球以外的探索，更因為它是首次展示激光通信技術的載人繞月飛行任務。激光通信能夠減小終端的尺寸、重量和功耗。更小的系統能為科學儀器騰出更多空間，重量的減輕意味著發射成本更低，而更低的功耗則能讓電池續航更持久。這些優勢對于空間和電力都十分寶貴的未來探測及科學任務而言，至關重要。

 

 

從“數月”到“幾小時”：O2O帶來的通信變革
“獵戶座飛船在任務第一天就會收集海量數據，通常這些數據會一直留在飛船上，直到它濺落返回，然后可能需要數月時間才能卸載下來，”Khatri說，“通過以最高速率運行的光學鏈路，應該能在幾小時內將所有數據傳回地球進行即時分析。

 

更重要的是，宇航員將能夠在旅途中通過光學鏈路進行實時通信，與地球保持聯系，從而激勵公眾和下一代深空探索者，就像57年前首次登陸月球的阿波羅11號宇航員那樣。”

 

MAScOT終端

 

O2O的核心是實驗室研發的“模塊化、敏捷、可擴展光學終端”（MAScOT）。它的體積大約相當于一只家貓，特點是配備了一臺4英寸望遠鏡，安裝在一個帶有固定后端光學器件的雙軸樞軸支架（萬向架）上。

 

萬向架精確指向望遠鏡并跟蹤激光束，通信信號通過激光束向所需數據接收者或發送者的方向發射和接收。在萬向架下方的一個獨立組件中是后端光學器件，包含聚光透鏡、跟蹤傳感器、快速轉向鏡以及其他用于精確調整激光束指向的部件。

 

 

從空間站到月球：MAScOT的技術驗證與突破
MAScOT首次太空亮相是作為實驗室“集成激光通信中繼演示低軌用戶調制解調器和放大器終端”（ILLUMA-T）的一部分，該終端于2023年11月發射至國際空間站。在隨后的六個月里，實驗室團隊進行了多項實驗，以測試和驗證該系統的基本功能、性能以及對人類乘組和用戶應用的實用性。

 

最初，團隊檢查了ILLUMA-T到LCRD之間的光學鏈路是否在預期的雙向數據速率下運行：下行622兆比特/秒，上行51兆比特/秒。事實上，他們實現了更高的數據速率：下行1.2吉比特/秒，上行155兆比特/秒。MAScOT的激光通信終端架構已獲得2025年R&D 100獎，現正用于阿耳忒彌斯2號任務，并將支持未來的太空任務。

 

“我們在ILLUMA-T上的成功為往返月球傳輸高清視頻奠定了基礎，”該項目的聯合首席研究員、光學與量子通信組助理負責人Jade Wang說，“你可以想象阿耳忒彌斯宇航員使用視頻會議與醫生聯系、協調任務活動，并直播他們的月球之旅。”

 

NASA激光通信路線圖

 

地面保障與未來展望：為深空探索鋪路
來自林肯實驗室的一個專門運營團隊正在從得克薩斯州休斯頓、新墨西哥州白沙市，甚至遠至澳大利亞的一個實驗性地面站（該站能更好地從南半球觀測飛船）跟蹤為期10天的阿耳忒彌斯2號任務。

 

在發射前的準備階段，運營團隊每月都前往休斯頓和白沙市的地面站，對阿耳忒彌斯任務從發射前、發射、前往月球、返回直到任務結束時濺落的各個階段進行維護和模擬演練。

 

阿耳忒彌斯2號任務飛行軌跡圖

 

“進行這些每月模擬非常重要，這樣我們才能保持熟練和投入，尤其是在出現發射延遲的情況下。”Khatri說。她補充說，團隊成員在這些行程中有多次機會與四名宇航員會面和交談。

 

在整個阿耳忒彌斯2號任務期間汲取的經驗教訓，將為人類重返月球表面及更遠的地方（最終到達火星）鋪平道路。通過阿耳忒彌斯計劃，NASA將前往更遙遠的太空，探索更多的月球區域，同時在深空建立持久的存在，并為后代留下一份遺產。

 

 

中美新太空競賽
激光通信之所以被普遍視為未來太空通信的主流，核心在于能解決傳統射頻系統在帶寬、延遲和功耗上的瓶頸。隨著衛星數據量激增和星座規模化部署，激光憑借極高的頻率，能提供遠超射頻的傳輸速率（可達100Gbps甚至Tbps級），同時設備體積更小、功耗更低、抗干擾和保密性更強

 

激光通信，正成為中美太空競爭的核心賽道，競爭焦點集中在傳輸速率與距離、終端成本與量產能力，以及能否率先構建覆蓋全球的天地一體化激光通信網絡。

 

目前看來，美國的優勢在于以SpaceX“星鏈”為代表的體系化、大規模在軌部署，形成了實際運行的網絡生態；而中國的優勢則體現在單點技術指標的快速突破上，如星間400Gbps超高速傳輸和長達數小時的星地穩定通信，從“跟跑”邁向“并跑”乃至部分“領跑”。

 

美國主要依靠商業公司推動，目標是全球寬帶服務和軍事優勢，特點是快速迭代與軍民融合；中國則以國家主導、商業參與為模式，服務于天地一體化信息網絡、國家安全和深空探測的自主可控需求。

 

激光通信的競爭是一場長期、多維度的技術霸權博弈，其結果將深刻影響未來人類太空活動的規則制定與基礎設施格局。