揭秘太空光通信市场现状与发展趋势

【推荐语】随着激光通信技术的迅速发展，在太空通信的应用越来越广泛，不同供应商、不同星间链路之间的互操作性要求愈发迫切，相关的标准规范和解决方案正在有序推进中。

【2023.11.28，RIA URBAN】激光通信终端提供更高的数据速率，这意味着与基于射频的系统相比，它们能够在单次传输中发送和接收更多信息。未来的技术将以可扩展性和建立可互操作、多域、多轨道激光通信的网状网络为目标。

自 1995 年日本宇宙航空研究开发机构进行技术演示以来，激光通信已经取得了长足的进步，该机构设法实现了每秒 1Mb的下载速度。航天公司和机构正在开发这项技术，以实现更安全的数据传输和与地面站、飞机、船舶甚至轨道卫星之间的通信，下载速度高达每秒200 Gb。

与射频 （RF） 相比，光通信终端 （OCT） 具有显着优势。太空咨询公司Alliance Velocity的董事总经理Stan Shull指出，OCT不需要RF许可，这意味着进入市场的时间可以更短。Shull 表示，OCT 尺寸更小，重量更轻，并且不需要大型太阳能电池板，因为它们比射频数据传输需要更少的功率，因此它们更容易、更便宜地发射。

“就像我们从拨号互联网转向光纤一样，OCT是不可避免的。这不是它是否发生的问题，而只是何时以及多快的问题，“舒尔说。

然而，这些优势被硬件的缺点和网络操作的复杂性所抵消。尽管目前对OCT的需求很大，但它们不太可能完全取代射频技术：“射频永远不会消亡，因为它具有穿过云层的优势，”Tesat Spacecom的销售主管Sven Rettig说，Tesat Spacecom是空中客车公司的独立子公司，正在开发激光终端。

“射频不会消失。激光不是偷一块馅饼;我们正在把馅饼做大。射频有其自身的优势，而光学则不具备，反之亦然，“另一家开发 OCT 的公司 Skyloom Global 的首席运营官 Campbell Marshall 重申道。

1 市场现状

在商业方面，更多的公司，甚至是那些以前不接受OCT想法的公司，现在正在考虑将激光通信用于下一代卫星。Odysseus Space首席执行官兼联合创始人Jordan Vannitsen表示，从射频的转变部分是由于大多数运营商部署了具有更高有效载荷能力的星座，这意味着更多的数据。“我们可以看到，最大的市场将是星际链路，仅由几个星座或巨型星座驱动，”Vannitsen说。

Shull预测，在不久的将来，很大一部分低地球轨道（LEO）卫星将需要激光光通信，与射频共存。“我认为光学可能是高带宽通信的关键推动因素，”他说。

Shull解释说，太空发展局（SDA）一直在推动OCT的标准化，并且一直是开发该技术的多家商业公司的主要客户，因为它建立了用于导弹预警和跟踪的扩散作战空间架构（PWSA）星座。

欧洲航天局（European Space Agency）和美国国家航空航天局（NASA）也在执行激光终端任务，OneWeb等商业星座正在考虑在未来版本的星座上采用OCT。OCT有望在高带宽应用中发挥关键作用，例如下一代地球观测（EO）和侦察任务。

Shull 还预计，未来几年可能会有数以万计的 OCT 与在轨卫星集成：“现在，你拥有的卫星比 OCT 多得多。但在某些时候，如果许多卫星有三到四颗，你可以想象这样一种情况，即轨道上的OCT比卫星多。

激光终端开发商 Mynaric 参与了 SDA 及其为 OCT 创建互操作性标准的工作。首席执行官穆斯塔法·韦齐罗格鲁（Mustafa Veziroglu）表示，该领域的一个未来趋势将是开发使OCT在不同卫星供应商之间可互操作的方法，并使用不同的卫星间链路标准，而不是航天器仅与特定公司的专有终端进行通信。美国国防高级研究计划局（DARPA）的Space-BACN（天基自适应通信节点）计划旨在通过能够与不同的光学卫星间链路标准配合使用的可重构光学数据链来实现这一目标。

Skyloom首席运营官Marshall解释说，尽管目前SDA正在制定标准，但商业公司可能也会有替代标准来支持不同的用例。SDA设定的当前数据速率标准为每秒2.5Gb，但OCT的功能要多得多，未来的市场需求可能会远远超过这个标准，因为一些应用需要更高的带宽。

“我们看到了一种商业愿景，既可以做商业想要的事情，又可以灵活地与SDA部分进行链接和合作，因此我们构建了允许我们同时做这两方面的技术。我们的一个终端具有双模式，可以做客户希望它做的事情，或者它可以链接到SDA标准并与SDA星座通信。”

与此同时，Marshall预见到OCT的扩散：“在未来几年，我们将看到谁真正能够大规模扩展和生产OCT。

诺森比亚大学副教授 Eamon Scullion 博士认为，更快的数据速率、更小的终端和更长的通信渠道是关键趋势。“但他们中很少有人在做的是让他们变得更聪明。这就是我们正在努力做的事情。我们正在努力生产更灵活、适应性更强的东西。”

Scullion重申，随着技术达到极限，OCT系统必须变得更加智能，以便能够支持数千颗卫星相互中继信号的巨型星座。

“通过光通信，您可以获得更高的数据速率，使用巨型星座，您可以获得具有更高数据速率的庞大网络，并且您的网络将获得更高的安全性和更大的弹性。所以我认为，正如我们所知，互联网最终将转移到太空，”Scullion说。

2 军事和商业的需求

Shull 认为 SpaceX 和 SDA 是光通信发展的两大领导者。

SDA目前正在向其OCT集成卫星星座投入数十亿美元，以建立一个空间激光通信的网状网络。“你必须相信，他们认为空间光通信是关键，并且会成功。他们正在专门创建标准，以便他们几乎可以即插即用 OCT，” Shull 说。“另一股关键力量显然是SpaceX。今天在轨的所有卫星中有一半以上是SpaceX卫星。他们正在用OCT填充这些，并用激光器大规模测试可操作的星间链路。

Veziroglu认为，SDA标准化有助于使该技术更加经济实惠。Veziroglu说，商业公司负担不起获得射频的许可，将其放在星座上，他认为与激光通信可以提供的数据速率相比，射频的成本效益不高。

由于OCT技术具有低检测概率、低拦截概率和无频谱拥塞等特点，是国防部门的理想选择，因此美国政府正在研究光通信。为了解决这个问题，Tesat今年早些时候成立了Tesat政府部门，以使得OCT服务于美国安全受限市场。

Tesat Government 总经理 Justin Luczyk 称赞 SDA 为许多不同的潜在提供商提供了标准，但他已经看到了更多的需求：10 Gb/s甚至 100 Gb/s，而不是标准的2.5 Gb/s。“对我来说，这很有趣，因为在这样的数据速率下，射频无法接近。激光的速度要快得多，它非常符合我们在光学方面所做的工作，“Luczyk说。

“我非常有信心，随着时间的推移，光通信肯定会成为LEO（低地球轨道）网络的骨干，然后推动其他轨道的能力。我在未来看到的是这些不同轨道之间的连通性，因为每个轨道都提供不同的价值，“Luczyk补充道。

Vannitsen表示，尽管SDA做出了努力，但光通信还没有明确的标准化。不同的公司和组织正在推动不同的事情。“军事和新太空公司实际上并没有相同的需求。军方将推动遵循某种特定的标准——如果你实施这些标准，那将是相当昂贵的。因此，它可能不一定是适合所有人的解决方案，“Vannitsen说。

3 市场动态、资金

用于太空的激光通信技术发展起来并不容易。Tesat Spacecom的Rettig解释说，仅仅构建太空硬件是不够的，光学终端的困难部分是构建软件。“指向、采集和跟踪算法，用于查找另一个终端并保持连接，”Rettig 解释道。他补充说，寻找劳动力在该行业也具有挑战性，因为汽车企业也在寻找电气工程师。

此外，Skyloom 的 Marshall 提到融资环境是残酷的。“这是非常艰难的18个月。我们已经看到公司失败了，这是可以理解的，因为了解市场动态、客户之间的差距、漫长的采购链、独特的供应链。这很难，这很难。另一方面，市场，需求方非常贪婪。”

Scullion 说，最大的挑战之一是市场上没有完美的激光器，而这正是像 Laser Components UK 这样的激光二极管公司正在努力改变的。在过去的一年里，越来越多的研究在提高探测器的能力方面进行了研究，以使激光探测器对非常微弱的光功率水平更加敏感。这很重要，因为“激光在太空中所能达到的距离取决于探测器的较低功率阈值，”Scullion博士解释说。目标是实现理想的激光二极管，即可在 1 GHz 下工作的 1 瓦激光器。

“你真的可以看到，这些公司正在响应发展方向，即这项技术正在向太空发展，这些设备需要能够在一定水平上执行，并且需要符合太空要求，这样他们才能照顾这个不断增长的小型卫星市场，每5到10年就会发射数以万计的卫星。“Scullion补充道。

审核编辑：黄飞