12月11日，美国航天局深空光学通信实验取得里程碑式的进展。灵神星探测器从距离地球3100万公里处（约地月距离的80倍）传回了一段超高清流媒体视频，测试了从深空传输超高带宽的视频和其他数据的可能性，从而给未来进行超越地球轨道的载人空间任务增加了一块重要的砝码。
国际电联联盟（ITU）将以任何涉及使用一个或多个空间站或使用一个或多个反射卫星或其他位于空间的目标所进行的通信定义为“空间无线电通信”（space radiocommunication）。空间无线电通信又可以根据距离远近分为近空通信和深空通信。近空通信通常指地球上的实体与地球轨道上的航天器之间的通信；深空通信指地球上的实体与离开地球轨道，进入太阳系空间飞行的航天器之间的通信。广义上讲，月球轨道及以外的太阳系空间都是深空，因此深空通信的距离近则几十万公里、远则上百亿公里。深空通信不仅包含传输指令信息、遥测遥控信息、跟踪导航信息、轨道控制信息，也肩负着传输科学数据（含图、文、声、像等数据）的任务。
从火星发射到地球的射频波束和光波束扩散效果对比（来源：网络）
然而，深空通讯所面临的困难和挑战相当大。首先，由于深空通信距离极为遥远，信号传输有着显著的时延；其次，通信距离越远，信号衰减越明显，到达地面的信号已经极其微弱，信噪比很低；第三，受到深空探测器平台质量、尺寸、功率等限制，发射功率和天线增益也十分有限。以上这些困难就导致了一个无奈的结果：为了增大信噪比，我们不得不主动降低带宽，这就使得深空通信的传输速率非常非常小。例如，NASA的核动力火星车“好奇”号，如果它直接向地球传回数据，传输速率最多只有3.9KB/s，如果传一张10MB的图片需要44分钟，一张70MB的高清图片需要5个小时。如果让在火星轨道运行的火星勘测轨道飞行器（MRO）来中继通信的话，传输速率可提升至244KB/s，效率大大提高。然而即便是这样，从深空中的探测器传一段几百兆的视频还是要花费很长时间。
使用MRO中继通信（来源：NASA）
电磁波频率越高，能提供的带宽也越大。可见光的频率比无线电波要高得多。灵神星探测器上搭载了一款名为“飞行激光收发器”（flight laser transceiver）的设备，来进行深空光通信技术（DSOC）的试验。该设备可以发射肉眼不可见的红外线激光，通过这束光来传输数据。探测器在距离地球3100万公里外，以267Mbit/s的速率传回一段15秒钟的测试视频，耗时101秒到达地球。这个速率已经达到了当前NASA所使用的最高效无线电深空通信系统的10至100倍，与地面上普通宽带的速度差不多了。加州理工学院帕洛玛天文台的海尔望远镜接收信号并下载视频，再发送到位于南加州的美国航天局喷气推进实验室，在那里实时播放视频。
帕洛马天文台（来源：NASA/ JPL-Caltech/Palomar Observatory）
为了让这个测试变得更有趣，工程师在探测器发射前上传了一段超高画质（UHD）视频。视频中的主角是一只名为Tatters的橙色虎斑猫，它是JPL员工的宠物，正在追逐沙发上的激光，象征着此次深空光通信所使用的红外激光。视频画面叠着一些技术测试图形，展示了灵神星的轨道、帕洛马天文台的圆顶、激光器设备及其传输比特率等信息，甚至还包含了Tatters的颜色、品种信息，以及它的心率。
视频画面信息释义（来源：NASA）
NASA对该实验结果充满信心，未来将追求更高数据传输速率的通信，从而发送复杂的科学信息、高清的图像和视频，支持人类航天事业下一个巨大飞跃——将人类送上火星。
参考资料：
1. NASA’s Tech Demo Streams First Video From Deep Space via Laser(https://www.nasa.gov/directorates/stmd/tech-demo-missions-program/deep-space-optical-communications-dsoc/nasas-tech-demo-streams-first-video-from-deep-space-via-laser/)
2. 朱立东, 吴廷勇, 卓永宁. 卫星通信导论（第3版）, 北京：电子工业出版社, 2009.11
3. DSOC Fact Sheet(https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2023/07/dsoc-fact-sheet-06152023.pdf)