国际空间站自1998年建立，到2000年迎来首批宇航员入驻。如今已经运行了将近20年。 1近年来中国也在太空探索方面不断地向前发展。今年四月，中国成功发射了名为“天和”号的天宫空间站核心舱。这意味着中国永久空间站的建设迈出了第一步。今年六月，伴随着神州十二号载人飞船的登空，中国人首次进入了自己的空间站展开工作2 。那么，你想知道数据是如何在探索太空时进行传输的吗？
太空交流科技发展历程3 ——“宇宙Wi-Fi”发展史
在今天，拥有Wi-Fi，几乎就等于拥有了全世界。但在几千万公里外的太空世界中，即使是“基建狂魔”也很难将Wi-Fi带上太空。最开始的时候，地面与太空之间只能依靠无线电波的形式进行资料传输，信号的传输速度甚至比十年前的拨号上网还慢。但在2001年11月，SPOT-4卫星拍摄的卫星图像通过ARTEMIS卫星实时地传送到位于库鲁航天中心的SPOT-4卫星图像处理中心， 4两颗轨道卫星激光通信试验宣告成功，拉开了宇宙通信“G时代”的大门，星间光通信领域研究引起了各界人士的极大关注。
半导体星间激光链路试验简图
以NASA为首的各大航天航空组织了许多激光通信试验，例如激光通信中继演示验证（Laser Communications Relay Demonstration ，LCRD） 5和深空光学通信（Deep Space Optical Communications ，DSOC） 6等技术研发项目，积极推动空间激光通信技术的实际应用。
2013年8月，NASA展开了激光实验7 。该实验采用了高可靠性的红外激光，由LADEE（Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer，月球大气与粉尘环境探测器）飞船向新墨西哥、加利福尼亚和西班牙三地的地面望远镜发射数据。这一试验印证了空间激光通信技术在太空数据传输速度可以比传统的无线电波快6倍。
迄今为止，NASA一直在大力推进激光技术成为太空通信的通用形式，全球各国家和地区在空间激光通信关键技术领域均已取得突破。
空间激光通信技术试验成果
虽然中国在空间激光通信技术领域的研究起步较晚，但近年来成果显著。从2007 年，中国首次完成了空间激光通信试验，到2013年完成144km远距离激光通信试验，仅花了6年时间。8
星间激光通信科技编年史——15年蝉的诞生之路9
激光通信技术的核心在“激光”二字，即用激光作为信息载体进行空间(包括大气空间、低轨道、中轨道、同步轨道、星际间、太空间)通信。星间激光通信技术是如何诞生的呢？那就要从1986年ESA（European Space Agency，欧洲空间局）提出SILEX10 （Semi-Conductor Inter Satellite Link Experiment，半导体星间激光链路试验）计划说起，这项科技从概念到落地，历经了15年，其发展历程大致可分为四个阶段：
可行性研究阶段1986-19871986-1987
| 可行性研究阶段 | 1986-1987 | 与常规的科学实验一样，在一项技术正式进入试验阶段前，需要花大量时间去研究推导该试验是否可行。 |
|---|---|---|
| 可行性研究阶段 | 1988-1989 | 科学家们确定了光学终端的关键元件，并将它们集成在测试平台上，测试它们的关键性能，只有粗瞄准装置和望远镜是作为硬件驾到测试平台上的。 |
| 1989-1991 | 该方案才进入工程阶段，建立了完整的系统测试平台，并验证了关键硬件的正确操作。 | |
| 发展阶段 | 1991-1997 | 科学家们不断摸索，终于集成了硬件发展与飞行模型终端，SILEX正式进入集成阶段。 |
| 轨道测试阶段 | 2001 | 看着SPOT-4卫星图像处理中心交出来的答卷，SILEX拉开了半导体星间激光通信的帷幕。 |
就像是一鸣惊人的夏蝉，在15年的蛰伏下，一朝展露出锋芒。在又经历了20多年后，今天，我们已经可以通过星间激光通信科技观看宇航员们的日常直播了！
半导体激光星间链路11 试验12 ——太空上的首次直播照片流
SILEX最终是由法国的SPOT-4卫星与欧洲空间局ARTEMIS卫星（Advanced Data Rely and Technology Mission Satellite，先进中继和技术试验任务卫星）来实现的，SPOT-4卫星将拍摄到的图像实时通过ARTEMIS卫星传输到法国的地面中心，速率已经超过50Mbits/s，ESA也已经证实，激光星间链路的数据流误码率低于10-9，堪比当代直播照片流，令人拍案叫绝。
SILEX通信系统由两个光学通信终端构成：位于SPOT-4卫星上的PASTEL（PASsager TELecom）通信终端和位于ARTEMIS卫星上的OPALE（Optical Payload for Inter Satellite Link Experiment）通信终端。为了使数据能够有效从一个卫星传递到另一个卫星，星载光学终端必须实现两个基本功能：通信功能和瞄准、捕获与跟踪（PAT-Pointing，Acquisition and Tracking）功能。13
SILEX光学终端完整功能结构图
星间激光通信科技——小小身体里藏着大大的能量
半导体激光星间链路实验大获成功的同时，科学家们发现星间激光通信技术集合了无线电通信和光纤通信拥有大量优点——抗干扰能力强、安全性高、通信速率高、传输速度快、波段选择方便及信息容量大。除了以上优点，星间激光通信技术还有许多有意思的特点。例如激光的发散角很小，能量高度集中，所以装置的整体功耗也相对更低；由于发射器能量利用率很高，又使得发射器及其供电系统的重量减轻；激光的波长短，在同样的发散角和接收视场角要求下，发射和接收望远镜的口径都可以减小。
总结来说空间激光通信技术系统体积小，重量轻，功耗低，施工简单，灵活机动。不论是深空还是近空，激光通信技术14 均有重大的战略需求与应用价值。
星间激光通讯的未来趋势——构建更快更强的宇宙网络
近年来，随着小型卫星的增加、低地球轨道 (LEO) 的使用、可重复使用的火箭运载、火箭的发射以及 5G 和物联网 (IoT) 的融合，我们对信号传输的要求越来越高，卫星技术有可能成为物联网 (IoT) 连接的强大参与者，许多供应商正在考虑覆盖 “生态系统”–可能包括低地轨道宽带卫星回程等元素的异质网络。
半导体行业该如何发展，才能跟得上宇宙速度呢？
方式一：专注研发微型半导体的垂直堆叠
随着人类在不断地往天上发射卫星，不少卫星已经开始商用，通过众多权威机构包括FMI（未来市场洞察）和Research and Markets等的报告表明，微型卫星的数量正迎来爆炸式的增长。这些微型卫星鲜少能够承载大型的信号传输装备，微型半导体的需求量正在大幅上涨。
方式二：前瞻性研发5G半导体
虽然目前的卫星通讯系统依然无法实现低于1毫秒的延迟，但5G星空通讯的构想已被提出，未来对于5G半导体的需求或将扩大至宇宙通讯系统。还未赶上5G半导体列车的企业，或许可以趁现在上车，研发宇宙通讯中的5G半导体。
随着地面光缆通信路线变得日益拥挤，以及不少地区光缆铺设困难重重，想要在全球范围内实现信号覆盖仍然有着一定的技术和经济困难。而星间光通信技术的发展不只是为了传输宇宙空间的信息，更为全球的信号覆盖提供了技术上的支持。在未来，空间激光通信将呈现出通讯速率高，通信模式多，覆盖空间广的发展趋势。星间激光通信必将在未来的全球通信网络中担负起重要的作用，构建起天空、地面一体化的通讯系统。
SK海力士于2020年7月宣布开始量产超高速DRAM‘HBM2E’。HBM2E拥有超高速、高容量、低能耗等特性，是适合深度学习加速器（deep learning accelerator）、高性能计算机等需要高度计算能力的新一代人工智能（AI）系统的存储器解决方案。与此同时，HBM2E将适用于在未来主导气候变化、生物医学、宇宙探索等下一代基础、应用科学领域研究的Exascale 超级计算机（能够在一秒内执行一百亿亿次计算的计算机）。SK海力士相信，在以大数据驱动的人工智能技术所推动的第四次工业革命浪潮中，公司将通过坚持不懈的技术革新与产品优化为人类的航天探索事业贡献出一份自己的力量。
1http://www.xinhuanet.com/tech/2020-10/14/c_1126602867.htm
2https://baijiahao.baidu.com/s?id=1702811216713858536&wfr=spider&for=pc
3https://www.engineering.org.cn/ch/10.15302/J-SSCAE-2020.03.014
4http://www.cnsa.gov.cn/n6758823/n6759010/c6778032/content.html
5https://www.eda365.com/article-163341-1.html
6http://jdse.bit.edu.cn/fileSKTCXB/journal/article/sktcxb/2019/6/PDF/20190601.pdf
7https://tech.ifeng.com/discovery/special/space-communication/
8https://www.sohu.com/a/407171891_100034932?_trans_=000014_bdss_dklzxbpcgP3p:CP=
9https://zhuanlan.zhihu.com/p/57366672
10https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?dbcode=CJFD&dbname=CJFD2004&filename=JGDJ200405005&v=ogf1iezwsb%25mmd2BC%25mmd2Fhuuojjtu35rJwgy5CUq5zehYUdviNY7xCseQkZEESB4t5Vs%25mmd2BAQZ
11https://news.qq.com/zt2011/tianlianwx/index.htm
12http://www.chinanews.com/gn/2021/07-08/9514973.shtml
13http://www.juestc.uestc.edu.cn/fileDZKJDX_ZKB/journal/article/dzkjdxxbzrkxb/1998/5/PDF/1998-5-453.pdf
14http://www.xinhuanet.com/science/2021-05/16/c_139950363.htm
