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美國國家航空航天局(NASA)一直以來都在發(fā)射衛(wèi)星、漫游車和軌道飛行器，調(diào)查人類在銀河系中的位置。當(dāng)這些任務(wù)到達(dá)它們的目的地時(shí)，它們的科學(xué)儀器會捕捉到圖像、視頻和關(guān)于宇宙的寶貴見解?？臻g和地面上的通信基礎(chǔ)設(shè)施使這些任務(wù)收集的數(shù)據(jù)能夠到達(dá)地球。如果沒有地面站接收，這些任務(wù)所捕獲的數(shù)據(jù)將停留在太空中，無法到達(dá)地球上的科學(xué)家和研究人員手中。
自從太空探索開始以來，美國宇航局的任務(wù)主要依靠無線電頻率通信來進(jìn)行這種信息傳輸。但是今年秋天，NASA的激光通信中繼演示(LCRD)將啟動并展示激光通信--一種從太空到地面進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的革命性方式。
LCRD的地面站，被稱為光學(xué)地面站(OGS)-1和-2，位于加利福尼亞的桌子山和夏威夷的哈雷阿卡拉。選擇這些偏遠(yuǎn)的高海拔地區(qū)是因?yàn)樗鼈兊奶鞖鉅顩r晴朗。雖然激光通信可以提供更高的數(shù)據(jù)傳輸率，但大氣層的干擾--如云層和湍流--會在激光信號進(jìn)入地球大氣層時(shí)被破壞。
位于馬里蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心的羅恩·米勒說："當(dāng)?shù)氐臍庀髮W(xué)工作方式，在山頂?shù)幕覊m最小，大氣湍流也較少，這對激光通信很有利。"他是夏威夷OGS-2的前開發(fā)負(fù)責(zé)人。"它大約在10000英尺高的地方，所以在山頂經(jīng)常有通透的晴天，而在山的中點(diǎn)附近則是多云，這是非常常見的。"美國宇航局的通信工程師選擇這些地點(diǎn)是因?yàn)樗鼈兊奶鞖饽Ｊ酵ǔＪ窍嗷パa(bǔ)充的。當(dāng)加州的OGS-1有云時(shí)，夏威夷的OGS-2往往是晴天--反之亦然。為了監(jiān)測云層覆蓋情況并確定使用哪個(gè)站點(diǎn)，商業(yè)伙伴諾斯羅普·格魯曼公司提供了一個(gè)大氣監(jiān)測站，觀察哈雷阿卡拉的天氣狀況。這個(gè)監(jiān)測站幾乎是自主運(yùn)行的，每天24小時(shí)，每周7天。OGS-1在桌山有類似的天氣監(jiān)測能力。
盡管這些地方通常天氣晴朗，美國宇航局的工程師仍然必須努力減少大氣湍流對OGS-1和OGS-2接收的數(shù)據(jù)的影響。為了做到這一點(diǎn)，這兩個(gè)站都利用了自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的力量。
位于南加州的美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的OGS-1開發(fā)和運(yùn)營經(jīng)理湯姆-羅伯茨說："一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)使用一個(gè)傳感器來測量從航天器下來的電磁信號的失真。如果我們能夠測量到這種失真，那么我們就可以通過一個(gè)可變形的鏡子，改變其形狀來消除大氣層引起的那些畸變。這使我們能夠得到一個(gè)漂亮的、原始的信號。"
雖然OGS-2是專門為LCRD任務(wù)開發(fā)的，但OGS-1是在JPL的光學(xué)通信望遠(yuǎn)鏡實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的，在LCRD之前，該實(shí)驗(yàn)室被用于以前的激光通信演示。為了讓OGS-1準(zhǔn)備好支持LCRD，工程師們必須升級地面站，修改系統(tǒng)以使其達(dá)到更高的標(biāo)準(zhǔn)。其中一個(gè)升級涉及到更換反射鏡，使其具有更好的反射率和更高的激光閾值，以便望遠(yuǎn)鏡能夠接收和發(fā)送激光信號給LCRD。
在任務(wù)支持之前，LCRD將用大約兩年的時(shí)間進(jìn)行測試和實(shí)驗(yàn)。在這期間，OGS-1和OGS-2將作為模擬用戶，從一個(gè)站點(diǎn)向LCRD發(fā)送數(shù)據(jù)，然后再向下傳遞。這些測試將允許航空航天界從LCRD中學(xué)習(xí)，并進(jìn)一步完善該技術(shù)，以便將來實(shí)施激光通信系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)階段之后，LCRD將支持空間任務(wù)。任務(wù)，如國際空間站上的終端，將向LCRD發(fā)送數(shù)據(jù)，然后將其傳送到OGS-1或OGS-2。
LCRD是國防部空間測試計(jì)劃衛(wèi)星-6(STPSat-6)上的一個(gè)托管有效載荷。雖然LCRD是一個(gè)激光通信裝置，但航天器仍有一個(gè)與地面的無線電頻率連接。位于新墨西哥州拉斯克魯塞斯附近的白沙綜合體的有效載荷到地面鏈接終端(PGLT)將通過無線電波向航天器傳遞跟蹤、遙測和指令數(shù)據(jù)。
"任務(wù)操作中心是LCRD系統(tǒng)的中心大腦，"戈達(dá)德的LCRD地面部分經(jīng)理Miriam Wennersten說。"它同時(shí)協(xié)調(diào)有效載荷和所有三個(gè)地面站的配置，安排各種光學(xué)服務(wù)和鏈接。"
如果沒有地面基礎(chǔ)設(shè)施，科學(xué)和探索數(shù)據(jù)將無法送到地球上的研究人員手中。LCRD的地面部分將是任務(wù)成功的關(guān)鍵，為工程師提供了測試和完善激光通信的機(jī)會。反過來，LCRD將開創(chuàng)一個(gè)激光通信的新時(shí)代，任務(wù)將獲得從太空中的衛(wèi)星和探測器收集到的見解。
(原標(biāo)題：NASA建設(shè)LCRD通信中繼示范項(xiàng)目：用激光將空間數(shù)據(jù)傳送到地面)
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