阿耳忒弥斯2号开启载人探月新篇章，中美逐鹿太空通信下一个制高点

美东时间4月1日18时35分，阿耳忒弥斯2号从佛罗里达州肯尼迪航天中心成功发射。这是NASA阿耳忒弥斯计划的第二次任务和首次载人飞行。太空发射系统Block 1火箭搭载猎户座飞船，载有3名美国宇航员和1名加拿大宇航员，执行月球飞掠测试。

 

自1972年阿波罗17号以来，人类时隔54年首次重返月球附近。此次任务为期10天（4月1日至11日），主要验证猎户座飞船的生命支持与手动驾驶等系统。四名宇航员将飞越月球背面，开展地质观测、深空健康研究及技术演示，为2028年载人登月铺路。

 

阿耳忒弥斯2号发射现场

 

激光通信系统上天：O2O的任务与意义
绕月飞行期间，猎户座飞船搭载了一套由麻省理工学院林肯实验室与NASA戈达德太空飞行中心合作开发的光学（激光）通信系统。该系统名为“猎户座阿耳忒弥斯2号光学通信系统”（O2O）。

 

根据NASA官网，像O2O这样的激光通信系统能够为任务提供更高的数据速率，这意味着与目前NASA大多数任务所使用的传统无线电波系统相比，它们可以在单次传输中发送和接收更多信息。更多的数据意味着更多的发现。

 

O2O的传输速率可达260兆比特/秒，能够从月球传回4K高清视频甚至更高画质的内容。除传输操作流程、图片和飞行计划外，O2O还将成为猎户座飞船与地球任务控制中心之间的通信链路。

 

2023年6月，技术人员正在为阿耳忒弥斯2号任务组装光学通信系统

 

“天基通信一直是巨大挑战，”林肯实验室光学与量子通信组的高级成员、首席系统工程师Farzana Khatri表示，“射频通信很好地完成了其使命。然而，目前射频频谱高度拥挤，且射频在太空中更长距离上的扩展性不佳。激光通信可以很好地解决这个问题。”

 

阿耳忒弥斯2号具有历史意义，不仅因为它重启了人类对地球以外的探索，更因为它是首次展示激光通信技术的载人绕月飞行任务。激光通信能够减小终端的尺寸、重量和功耗。更小的系统能为科学仪器腾出更多空间，重量的减轻意味着发射成本更低，而更低的功耗则能让电池续航更持久。这些优势对于空间和电力都十分宝贵的未来探测及科学任务而言，至关重要。

 

 

从“数月”到“几小时”：O2O带来的通信变革
“猎户座飞船在任务第一天就会收集海量数据，通常这些数据会一直留在飞船上，直到它溅落返回，然后可能需要数月时间才能卸载下来，”Khatri说，“通过以最高速率运行的光学链路，应该能在几小时内将所有数据传回地球进行即时分析。

 

更重要的是，宇航员将能够在旅途中通过光学链路进行实时通信，与地球保持联系，从而激励公众和下一代深空探索者，就像57年前首次登陆月球的阿波罗11号宇航员那样。”

 

MAScOT终端

 

O2O的核心是实验室研发的“模块化、敏捷、可扩展光学终端”（MAScOT）。它的体积大约相当于一只家猫，特点是配备了一台4英寸望远镜，安装在一个带有固定后端光学器件的双轴枢轴支架（万向架）上。

 

万向架精确指向望远镜并跟踪激光束，通信信号通过激光束向所需数据接收者或发送者的方向发射和接收。在万向架下方的一个独立组件中是后端光学器件，包含聚光透镜、跟踪传感器、快速转向镜以及其他用于精确调整激光束指向的部件。

 

 

从空间站到月球：MAScOT的技术验证与突破
MAScOT首次太空亮相是作为实验室“集成激光通信中继演示低轨用户调制解调器和放大器终端”（ILLUMA-T）的一部分，该终端于2023年11月发射至国际空间站。在随后的六个月里，实验室团队进行了多项实验，以测试和验证该系统的基本功能、性能以及对人类乘组和用户应用的实用性。

 

最初，团队检查了ILLUMA-T到LCRD之间的光学链路是否在预期的双向数据速率下运行：下行622兆比特/秒，上行51兆比特/秒。事实上，他们实现了更高的数据速率：下行1.2吉比特/秒，上行155兆比特/秒。MAScOT的激光通信终端架构已获得2025年R&D 100奖，现正用于阿耳忒弥斯2号任务，并将支持未来的太空任务。

 

“我们在ILLUMA-T上的成功为往返月球传输高清视频奠定了基础，”该项目的联合首席研究员、光学与量子通信组助理负责人Jade Wang说，“你可以想象阿耳忒弥斯宇航员使用视频会议与医生联系、协调任务活动，并直播他们的月球之旅。”

 

NASA激光通信路线图

 

地面保障与未来展望：为深空探索铺路
来自林肯实验室的一个专门运营团队正在从得克萨斯州休斯顿、新墨西哥州白沙市，甚至远至澳大利亚的一个实验性地面站（该站能更好地从南半球观测飞船）跟踪为期10天的阿耳忒弥斯2号任务。

 

在发射前的准备阶段，运营团队每月都前往休斯顿和白沙市的地面站，对阿耳忒弥斯任务从发射前、发射、前往月球、返回直到任务结束时溅落的各个阶段进行维护和模拟演练。

 

阿耳忒弥斯2号任务飞行轨迹图

 

“进行这些每月模拟非常重要，这样我们才能保持熟练和投入，尤其是在出现发射延迟的情况下。”Khatri说。她补充说，团队成员在这些行程中有多次机会与四名宇航员会面和交谈。

 

在整个阿耳忒弥斯2号任务期间汲取的经验教训，将为人类重返月球表面及更远的地方（最终到达火星）铺平道路。通过阿耳忒弥斯计划，NASA将前往更遥远的太空，探索更多的月球区域，同时在深空建立持久的存在，并为后代留下一份遗产。

 

 

中美新太空竞赛
激光通信之所以被普遍视为未来太空通信的主流，核心在于能解决传统射频系统在带宽、延迟和功耗上的瓶颈。随着卫星数据量激增和星座规模化部署，激光凭借极高的频率，能提供远超射频的传输速率（可达100Gbps甚至Tbps级），同时设备体积更小、功耗更低、抗干扰和保密性更强

 

激光通信，正成为中美太空竞争的核心赛道，竞争焦点集中在传输速率与距离、终端成本与量产能力，以及能否率先构建覆盖全球的天地一体化激光通信网络。

 

目前看来，美国的优势在于以SpaceX“星链”为代表的体系化、大规模在轨部署，形成了实际运行的网络生态；而中国的优势则体现在单点技术指标的快速突破上，如星间400Gbps超高速传输和长达数小时的星地稳定通信，从“跟跑”迈向“并跑”乃至部分“领跑”。

 

美国主要依靠商业公司推动，目标是全球宽带服务和军事优势，特点是快速迭代与军民融合；中国则以国家主导、商业参与为模式，服务于天地一体化信息网络、国家安全和深空探测的自主可控需求。

 

激光通信的竞争是一场长期、多维度的技术霸权博弈，其结果将深刻影响未来人类太空活动的规则制定与基础设施格局。