美國國家航空暨太空總署（NASA）的ILLUMA-T酬載即將發射到國際太空站，旨在展示雷射通訊在加速資料傳輸方面的潛力。這次與LCRD 的合作將徹底改變太空資料傳輸的方式，提供快速的傳輸速率。

NASA 的ILLUMA-T 有效載荷透過雷射訊號與LCRD 通訊。圖片來源：NASA/Dave Ryan

美國國家航空暨太空總署（NASA）正在多個任務中演示雷射通訊–展示紅外光在科學和探索任務中傳輸TB 級重要數據的優勢。

今年11 月，國際太空站（ISS）將進行一次”華麗”的技術演示。ILLUMA-T（綜合雷射通訊中繼演示低地球軌道用戶數據機和放大器終端）有效載荷將發射到國際太空站，演示低地球軌道任務如何受益於雷射通訊。

雷射通訊利用不可見的紅外光以更高的數據傳輸速率發送和接收訊息，使太空船有能力在一次傳輸中向地球發回更多數據，加快研究人員的發現。

美國國家航空暨太空總署的ILLUMA-T 載荷已送達SpaceX 公司的”龍之島”，該團隊已將有效載荷整合到”龍”飛船中，為11 月的發射做準備。圖片來源：SpaceX

ILLUMA-T由NASA的空間通訊與導航（SCaN）計畫管理，透過與NASA的LCRD（雷射通訊中繼演示）合作，完成了NASA首個雙向、端到端的雷射通訊中繼。LCRD 於2021 年12 月發射，目前正在透過一系列實驗在地球上的兩個地面站之間傳輸數據，展示從地球同步軌道進行雷射通訊的好處。

LCRD 的實驗包括研究大氣對雷射訊號的影響、確認LCRD 與多用戶協同工作的能力、測試雷射鏈路上的延遲/中斷容限網路（DTN）等網路功能，以及研究改進後的導航能力。

ILLUMA-T 安裝在太空站外部後，此載荷將完成NASA 首次空間雙向雷射中繼能力演示。

美國太空總署雷射通訊中繼示範透過雷射鏈路與國際太空站通訊的插圖。資料來源：美國國家航空暨太空總署戈達德太空飛行中心

工作原理

ILLUMA-T 的光學模組由望遠鏡和雙軸萬向節組成，可對地球同步軌道上的LCRD 進行指向和追蹤。光學模組的大小與微波爐差不多，有效載荷本身與一個標準冰箱相當。

戈達德潔淨室中的美國太空總署ILLUMA-T 有效載荷。此有效載荷將安裝在國際太空站上，與美國宇航局的雷射通訊中繼演示一起演示更高的數據傳輸速率。來源：丹尼斯-亨利

ILLUMA-T將以每秒1.2Gbps的速度從太空站向LCRD中繼數據，然後LCRD將數據向下發送到加州或夏威夷的光學地面站。資料到達這些地面站後，將發送到位於新墨西哥州拉斯克魯塞斯美國太空總署白沙綜合設施的LCRD 任務運作中心。之後，數據將被發送到位於馬裡蘭州格林貝爾特的戈達德太空飛行中心的ILLUMA-T 地面操作團隊。在那裡，工程師將確定透過這種端到端中繼流程發送的資料是否準確且高品質。

合作努力和影響

ILLUMA-T 專案副經理 Matt-馬格薩門（Matt Magsamen）表示：”NASA 戈達德中心的主要職責是確保雷射通訊以及與LCRD 和太空站的有效載荷操作取得成功。隨著LCRD 積極進行測試和完善雷射系統的實驗，我們期待將空間通訊能力推向下一個台階，並見證這兩個有效載荷之間的合作取得成功。”

一旦ILLUMA-T透過其光學望遠鏡向LCRD發射第一束雷射，端到端的雷射通訊實驗就開始了。在與LCRD的實驗階段結束後，ILLUMA-T就可以成為太空站的運作部分，並大幅增加NASA與軌道實驗室之間的資料傳輸量。

向中繼衛星傳輸資料對太空站來說並不是什麼新鮮事。自1998 年建成以來，軌道實驗室一直依賴被稱為NASA 追蹤和資料中繼衛星的射頻中繼衛星群，這些衛星是NASA 近空間網路的一部分。由於中繼衛星可以同時看到太空船和地面天線，因此可以為任務提供與地球的持續連結。

NASA 雷射通訊路線圖。圖片來源：NASA / Dave Ryan

雷射通訊可以改變地球上的研究人員在太空站上進行科技調查的遊戲規則。太空人在軌道實驗室進行生物和物理科學、技術、地球觀測等領域的研究，為人類造福。ILLUMA-T 可以為這些實驗提供更高的資料傳輸速率，並一次向地球發送更多資料。事實上，在1.2 Gbps 的速率下，ILLUMA-T 可以在一分鐘內傳輸相當於一部普通電影的資料量。

ILLUMA-T / LCRD 端對端雷射通訊中繼系統是美國國家航空暨太空總署的一小步，卻是太空通訊能力的一大步。透過先前和未來的演示，NASA展示了雷射通訊系統對近地和深空探索的益處。