美國太空總署（NASA）一直以來都在發射衛星、漫遊車和軌道飛行器，調查人類在銀河系中的位置。 當這些任務到達它們的目的地時，它們的科學儀器會捕捉到圖像、視頻和關於宇宙的寶貴見解。 空間和地面上的通信基礎設施使這些任務收集的數據能夠到達地球。 如果沒有地面站接收，這些任務所捕獲的數據將停留在太空中，無法到達地球上的科學家和研究人員手中。

自從太空探索開始以來，美國宇航局的任務主要依靠無線電頻率通信來進行這種資訊傳輸。 但是今年秋天，NASA的鐳射通信中繼演示（LCRD）將啟動並展示鐳射通信–一種從太空到地面進行數據通信的革命性方式。

LCRD的地面站，被稱為光學地面站（OGS）-1和-2，位於加利福尼亞的桌子山和夏威夷的哈雷阿卡拉。 選擇這些偏遠的高海拔地區是因為它們的天氣狀況晴朗。 雖然鐳射通信可以提供更高的數據傳輸率，但大氣層的干擾–如雲層和湍流–會在鐳射信號進入地球大氣層時被破壞。

位於馬里蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達德太空飛行中心的羅恩·米勒說：”當地的氣象學工作方式，在山頂的灰塵最小，大氣湍流也較少，這對鐳射通信很有利。 “他是夏威夷OGS-2的前開發負責人。” 它大約在10000英尺高的地方，所以在山頂經常有通透的晴天，而在山的中點附近則是多雲，這是非常常見的。 “美國宇航局的通信工程師選擇這些地點是因為它們的天氣模式通常是相互補充的。 當加州的OGS-1有雲時，夏威夷的OGS-2往往是晴天–反之亦然。 為了監測雲層覆蓋情況並確定使用哪個網站，商業夥伴諾斯羅普·格魯曼公司提供了一個大氣監測站，觀察哈雷阿卡拉的天氣狀況。 這個監測站幾乎是自主運行的，每天24小時，每周7天。 OGS-1在桌山有類似的天氣監測能力。

儘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接收的數據的影響。 為了做到這一點，這兩個站都利用了自適應光學技術的力量。

位於南加州的美國宇航局噴氣推進實驗室的OGS-1開發和運營經理湯姆-羅伯茨說：”一個自適應光學系統使用一個感測器來測量從航太器下來的電磁信號的失真。 如果我們能夠測量到這種失真，那麼我們就可以通過一個可變形的鏡子，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漂亮的、原始的信號。 “

雖然OGS-2是專門為LCRD任務開發的，但OGS-1是在JPL的光學通信望遠鏡實驗室進行的，在LCRD之前，該實驗室被用於以前的鐳射通信演示。 為了讓OGS-1準備好支援LCRD，工程師們必須升級地面站，修改系統以使其達到更高的標準。 其中一個升級涉及到更換反射鏡，使其具有更好的反射率和更高的鐳射閾值，以便望遠鏡能夠接收和發送鐳射信號給LCRD。

在任務支援之前，LCRD將用大約兩年的時間進行測試和實驗。 在這期間，OGS-1和OGS-2將作為模擬使用者，從一個網站向LCRD發送數據，然後再向下傳遞。 這些測試將允許航空航太界從LCRD中學習，並進一步完善該技術，以便將來實施鐳射通信系統。 在實驗階段之後，LCRD將支持空間任務。 任務，如國際空間站上的終端，將向LCRD發送數據，然後將其傳送到OGS-1或OGS-2。

LCRD是國防部空間測試計劃衛星-6（STPSat-6）上的一個託管有效載荷。 雖然LCRD是一個鐳射通信裝置，但航太器仍有一個與地面的無線電頻率連接。 位於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連結終端（PGLT）將通過無線電波向航太器傳遞跟蹤、遙測和指令數據。

美國宇航局在白沙的LCRD任務操作中心管理LCRD的地面元件

“任務操作中心是LCRD系統的中心大腦，”戈達德的LCRD地面部分經理Miriam Wennersten說。 “它同時協調有效載荷和所有三個地面站的配置，安排各種光學服務和連結。”

如果沒有地面基礎設施，科學和探索數據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成功的關鍵，為工程師提供了測試和完善鐳射通信的機會。 反過來，LCRD將開創一個鐳射通信的新時代，任務將前所未有地獲得從太空中的衛星和探測器收集到的見解。