中国科学院空间应用工程与技术中心近日宣布，依托运行于远距离逆行轨道（DRO）的DRO-A卫星，我国科研团队成功在超过40万公里的地月距离上构建双向激光通信链路，首次实现地月双向高速激光通信的在轨验证。这一突破标志着我国在深空通信领域迈出关键一步，为未来月球探测和深空任务提供了重要技术支撑。
试验中，科研团队初步实现了上行1.25Mbps、下行100Mbps的通信速率。其中，上行指地面向卫星发送数据，下行指卫星向地面回传数据。这一速率虽不及近地轨道卫星的通信水平，但在地月尺度上已属领先。以传输8K月面高清图像为例，传统微波链路需4至5分钟，而激光通信仅需约12秒，效率显著提升。
地月激光通信面临的最大挑战是距离。当通信链路从近地空间的几百公里延伸至40万公里量级时，激光信号在传播过程中会因扩散而急剧衰减，到达接收端时已微弱至单光子量级。同时，激光束极窄，发射角度的微小偏差在数十万公里外可能偏离目标数公里。因此，科研团队需同时解决“对得准”“收得到”“传得快”三大难题。
为实现高精度指向，团队设计了一套适用于超远距离和极微弱信号条件的双向捕获跟踪方案。该方案需综合考虑卫星轨道误差、望远镜安装形变、大气折射以及激光传播时间等因素，通过精密计算和校准，确保卫星与地面望远镜在持续运动中保持对准。这一技术突破为激光通信的稳定性提供了保障。
在信号接收方面，科研团队采用高速超导单光子探测技术，结合高灵敏度通信信号处理算法，从月光、星光、城市灯光及大气散射形成的背景噪声中提取有效信号。单光子探测是当前深空激光通信的核心技术之一，美国宇航局（NASA）此前开展深空光通信试验时也曾采用类似技术。
针对传输速率问题，团队突破了皮秒级时间识别的大带宽通信处理技术，并采用高阶脉冲位置调制和强纠错编码，在极低信噪比条件下兼顾传输速率与误码率。这些技术综合应用，最终实现了1.25Mbps上行和100Mbps下行的通信速率。
此次试验属于中国科学院A类战略性先导科技专项“地月空间DRO探索研究”，由空间应用工程与技术中心牵头，之江实验室、中国科学院云南天文台、中国科学院上海微系统与信息技术研究所等单位参与。其中，空间应用中心负责星载激光通信处理机和地面站单光子通信系统研制，之江实验室承担星载光机系统研发，云南天文台研制地面站光学及跟踪系统，上海微系统所提供超导单光子阵列探测器。
DRO是地月空间中一类特殊的周期轨道，具有低能进入、长期稳定运行等特点。DRO-A/B卫星于2024年发射后，因上面级异常未能直接进入预定轨道，科研团队通过多次轨道机动将其送入DRO。此后，DRO-A/B与近地轨道上的DRO-L建立星间测量通信链路，组成基于DRO的地月空间三星星座，为试验提供了稳定的轨道平台。
国际上，NASA在2013年通过LADEE月球探测器完成了月球距离的双向激光通信验证，并正在推进LunaNet月球通信与导航网络建设。此次我国团队的突破，意味着我国首次在轨验证了地月双向高速激光通信能力，并打通了超远距离捕获跟踪、单光子探测、极弱信号处理和高速数据传输等关键技术环节。这些技术将为载人登月、月球科研站和深空探测提供重要支持，推动我国深空通信网络向更高容量、更高效率方向发展。
