在2025年8月的一次直播中，SpaceX首次公開展示了“星鏈”衛(wèi)星工廠，系統(tǒng)性呈現(xiàn)了支撐龐大衛(wèi)星星座快速部署的自動(dòng)化生產(chǎn)線及核心技術(shù)。其中，“星鏈”衛(wèi)星搭載的第五代激光通信終端成為外界關(guān)注的焦點(diǎn)。該終端采用一體化集成光路設(shè)計(jì)，將光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、指向轉(zhuǎn)臺、快速反射鏡及收發(fā)電子學(xué)等關(guān)鍵組件高度集成于一個(gè)緊湊、獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)化模塊中。每顆衛(wèi)星普遍搭載3至4個(gè)此類終端，基于星座整體規(guī)劃，理論上可形成超過1.6萬條并發(fā)鏈路，單鏈路設(shè)計(jì)速率可達(dá)100至200Gbps。
SpaceX第五代激光通信終端(一體化集成光路)：“星鏈”衛(wèi)星普遍裝備3至4個(gè)激光通信終端，理論上可構(gòu)建超過16000條并發(fā)鏈路，單鏈路速率穩(wěn)定在100至200Gbps。
在國內(nèi)，以極光星通為代表的空間激光通信公司同樣積極采用一體化集成設(shè)計(jì)，并通過嚴(yán)苛的在軌測試實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破。極光星通服務(wù)于藍(lán)塔智能項(xiàng)目的第三代激光通信終端，將所有精密光學(xué)部件固裝在統(tǒng)一的高穩(wěn)定性基座上，顯著提升了系統(tǒng)在發(fā)射振動(dòng)與在軌熱變形環(huán)境下的穩(wěn)定性，同時(shí)大幅簡化了生產(chǎn)和測試流程。這一設(shè)計(jì)已在軌環(huán)境中驗(yàn)證，包括實(shí)現(xiàn)400Gbps星間通信速率、在1150公里鏈路距離下完成超過116小時(shí)的連續(xù)無中斷通信等，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平，為批量化生產(chǎn)和成本控制奠定了基礎(chǔ)。
中外領(lǐng)軍企業(yè)在核心技術(shù)路線上的殊途同歸，共同揭示了激光通信終端一體化集成設(shè)計(jì)已是解決未來巨型星座部署難題的必然選擇。這一行業(yè)共識的形成并非一蹴而就，背后是空間激光通信終端歷經(jīng)十余年，遵循著一條從滿足基本功能、到追求工程可靠、再到擁抱規(guī)模化量產(chǎn)的清晰演進(jìn)路徑。
一、空間激光通信終端的四代演進(jìn)
空間激光通信終端的技術(shù)演進(jìn)，是一場由市場需求、工程約束與技術(shù)突破共同推動(dòng)的深刻架構(gòu)變革。這一發(fā)展歷程充分體現(xiàn)了從可行性驗(yàn)證到業(yè)務(wù)化服務(wù)，再到產(chǎn)業(yè)化部署的戰(zhàn)略躍遷，大體可以劃分為四個(gè)標(biāo)志性階段：從注重光路折轉(zhuǎn)與光學(xué)效率的潛望鏡式架構(gòu)，發(fā)展為適應(yīng)動(dòng)態(tài)平臺的分層指向鏡式架構(gòu)，再過渡到面向長期服務(wù)的庫德式集成終端，最終邁向支持星座化部署的一體化、可量產(chǎn)終端時(shí)代。
第一代：潛望鏡式架構(gòu)——奠定基礎(chǔ)的可行性驗(yàn)證
2010年前，空間激光通信的核心任務(wù)是驗(yàn)證在軌環(huán)境下建立穩(wěn)定光鏈路的基本可行性。早期終端普遍采用“潛望鏡式”架構(gòu)，通過多級折轉(zhuǎn)反射鏡將外部入射的激光束引導(dǎo)至航天器內(nèi)部固定、穩(wěn)定的大型光學(xué)平臺或望遠(yuǎn)鏡焦平面。此設(shè)計(jì)將精密且重量較大的光學(xué)接收與處理設(shè)備與外部指向機(jī)構(gòu)分離，以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性并保障光學(xué)耦合效率。
潛望式激光通信終端：1985年，ESA提出了半導(dǎo)體激光星間鏈路實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目SILEX，用于在軌驗(yàn)證星間激光通信的可行性。該項(xiàng)目研制了兩臺激光通信終端，名為OPALE和OPSTEL，通信波段為800nm,采用IM/DD體制。
歐洲航天局（ESA）的SILEX項(xiàng)目是該階段的重要成果，實(shí)現(xiàn)了世界上首次衛(wèi)星間激光鏈路的數(shù)據(jù)傳輸。日本ETS-VI等技術(shù)驗(yàn)證衛(wèi)星也采用類似方案。盡管成功驗(yàn)證了激光通信在軌鏈路建立的可行性，但這類終端體積龐大、重量大，難以滿足后續(xù)小型化、低成本需求。
第二代：指向鏡式架構(gòu)——應(yīng)對動(dòng)態(tài)場景的靈活建鏈
2010–2016年，隨著可行性驗(yàn)證完成，研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向解決動(dòng)態(tài)平臺下的快速捕獲與穩(wěn)定跟蹤問題。“指向鏡式”架構(gòu)因此誕生，采用粗精兩級指向體系：粗指向通常由二維云臺完成，用于大范圍搜索和粗略對準(zhǔn)；精指向則由快速偏轉(zhuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)，用于高頻、小幅精確調(diào)整，以補(bǔ)償航天器振動(dòng)和相對運(yùn)動(dòng)。
指向鏡式(也稱“擺鏡式”)激光通信終端：LLCD項(xiàng)目在2008年啟動(dòng)，2013年10月至11月中旬進(jìn)行了激光通信試驗(yàn)，試驗(yàn)驗(yàn)證了上行速率為20Mbit/s和下行速率622Mbit/s的月地雙向激光通信技術(shù)。
美國國家航空航天局（NASA）2014年在國際空間站部署的OPALS以及2013年的LLCD項(xiàng)目，是該階段的代表性成果。這一代終端在動(dòng)態(tài)跟蹤能力和鏈路可靠性上取得突破，但機(jī)械與控制復(fù)雜度較高，集成難度和成本依然較大，限制了系統(tǒng)的小型化和普及化。
第三代：庫德式集成終端——邁向長期服務(wù)的業(yè)務(wù)化應(yīng)用
2016–2021年，激光通信終端設(shè)計(jì)重點(diǎn)從演示性驗(yàn)證轉(zhuǎn)向長期穩(wěn)定的商業(yè)化服務(wù)。該階段的典型方案借鑒庫德光路設(shè)計(jì)，將光束導(dǎo)入熱控與結(jié)構(gòu)剛度受控的內(nèi)部空間，并將望遠(yuǎn)鏡、指向系統(tǒng)、跟蹤單元及電子設(shè)備高度集成在獨(dú)立機(jī)械外殼中，以提升熱穩(wěn)定性與系統(tǒng)可靠性。在這一時(shí)期，終端普遍采用經(jīng)緯儀式兩軸云臺實(shí)現(xiàn)大范圍粗指向，再結(jié)合快速擺鏡完成高精度窄束跟蹤；經(jīng)緯儀架構(gòu)以結(jié)構(gòu)清晰、控制邏輯成熟和較高剛度為特點(diǎn)，是中大口徑庫德式光學(xué)系統(tǒng)常用的機(jī)械實(shí)現(xiàn)方案，從而提高了在軌長期服務(wù)的可靠性與可維護(hù)性。
庫德式激光通信終端，兼具十字跟蹤架式或潛望式結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，運(yùn)動(dòng)包絡(luò)小且光學(xué)穩(wěn)定性良好，并且負(fù)載的體積與質(zhì)量得到顯著減小，提高了負(fù)載的動(dòng)態(tài)跟蹤性能，但是也增加了跟蹤控制難度。
這其中包括美國國家航空航天局（NASA）“激光通信中繼演示”（LCRD）項(xiàng)目的STPSat-6衛(wèi)星，作為首個(gè)在地球同步軌道執(zhí)行多年雙向光中繼的技術(shù)示范系統(tǒng)，驗(yàn)證了庫德式集成終端的長期運(yùn)行能力。歐洲“歐洲數(shù)據(jù)中繼系統(tǒng)”（EDRS），自2016年起通過地球同步軌道中繼將近地軌道衛(wèi)星的數(shù)據(jù)以1.8Gpbs的速率幾乎實(shí)時(shí)地轉(zhuǎn)發(fā)至地面，展現(xiàn)了成熟工業(yè)化中繼能力。
庫德式集成終端在可靠性與長期服務(wù)方面具備顯著優(yōu)勢，但其復(fù)雜的子系統(tǒng)與高制造成本仍使其更適合高價(jià)值中繼衛(wèi)星或科學(xué)探測任務(wù)，而非直接用于超低成本大規(guī)模星座。
第四代：一體化集成光路架構(gòu)——支撐星座時(shí)代的量產(chǎn)革命
2020年后，SpaceX“星鏈”等巨型低軌衛(wèi)星星座對激光通信終端提出了極端的成本控制和產(chǎn)能需求，推動(dòng)了“一體化集成光路”架構(gòu)的快速發(fā)展。這類終端將光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、云臺系統(tǒng)、快速反射鏡和收發(fā)電子學(xué)等關(guān)鍵子系統(tǒng)高度集成于緊湊的標(biāo)準(zhǔn)化模塊內(nèi)，器件數(shù)量壓縮至約11個(gè)，較傳統(tǒng)架構(gòu)大幅簡化。
四代激光通信終端對比圖：總體來講，一體化集成光路激光通信終端在成本、體積和重量方面都達(dá)到了最小，適應(yīng)大規(guī)模組網(wǎng)衛(wèi)星應(yīng)用，但相應(yīng)的集成工藝要求較高、設(shè)計(jì)難度也較大。
SpaceX公開的第五代星鏈激光通信終端以及極光星通推出的第三代激光通信終端，是該路線的典型代表。這一設(shè)計(jì)將終端從“精密科研儀器”演進(jìn)為可流水線生產(chǎn)的“標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)產(chǎn)品”，顯著降低了單機(jī)成本和集成復(fù)雜度，為大規(guī)模衛(wèi)星星座的全球化通信網(wǎng)絡(luò)鋪平了道路。
二、“一體化集成光路”成為行業(yè)主流
“一體化集成光路”成為行業(yè)主流是由技術(shù)內(nèi)因、市場需求和國家戰(zhàn)略共同驅(qū)動(dòng)的結(jié)果。從SpaceX的大規(guī)模量產(chǎn)實(shí)踐到全球多家企業(yè)的選擇已充分表明，這一架構(gòu)正在成為行業(yè)共識。
星座規(guī)模化的必然選擇。以“星鏈”計(jì)劃超過8000顆衛(wèi)星的部署規(guī)模為例，傳統(tǒng)制式結(jié)構(gòu)的終端因裝配、集成與測試周期漫長、成本高昂，難以滿足巨型星座的高產(chǎn)能需求。一體化設(shè)計(jì)通過簡化流程、提升自動(dòng)化水平，使流水線批量生產(chǎn)成為現(xiàn)實(shí)，從根本上解決了大規(guī)模部署的工程瓶頸。
SpaceX第五代激光通信終端(一體化集成光路)：據(jù)SpaceX工程師披露，其激光通信系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)星間超5400公里的穩(wěn)定鏈路，可覆蓋低軌星座內(nèi)不同軌道平面間的長距離傳輸需求。
性能與穩(wěn)定性的內(nèi)在需求。高動(dòng)態(tài)星間鏈路對終端的穩(wěn)定性和指向精度要求極高，一體化設(shè)計(jì)通過縮短光路、減少對準(zhǔn)面，提高了結(jié)構(gòu)剛度和熱穩(wěn)定性，增強(qiáng)了抗微振動(dòng)能力和在軌適應(yīng)性，從而保障長期穩(wěn)定通信。
接口標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)業(yè)生態(tài)的構(gòu)建。一體化終端易于形成標(biāo)準(zhǔn)化的光、電、熱及數(shù)據(jù)接口，能夠像“即插即用”設(shè)備一樣快速適配不同衛(wèi)星平臺，為開放產(chǎn)業(yè)生態(tài)的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。
國家政策與產(chǎn)業(yè)競爭的強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)。發(fā)展天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)已成為主要航天國家的戰(zhàn)略共識，在全球競爭格局下，率先掌握低成本、高性能、可量產(chǎn)的一體化終端技術(shù)，意味著占據(jù)未來太空基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。
極光星通第三代激光通信終端(一體化集成光路)：“光傳01/02試驗(yàn)星”搭載極光星通激光通信終端實(shí)現(xiàn)400Gbps在軌實(shí)時(shí)傳輸(跟蹤誤差<5微弧度)，并于1150公里間距下維持116小時(shí)連續(xù)通信，以10Gbps速率完成近5天的星間數(shù)據(jù)傳輸。
空間激光通信終端的發(fā)展，體現(xiàn)了從滿足基本功能的可行性驗(yàn)證，到實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的工程化應(yīng)用，再到滿足市場需求的星座化量產(chǎn)的發(fā)展規(guī)律。在商業(yè)巨型星座需求、國際產(chǎn)業(yè)競爭及各國戰(zhàn)略政策的三重驅(qū)動(dòng)下，一體化集成光路憑借其在成本、性能、產(chǎn)能和標(biāo)準(zhǔn)化方面的優(yōu)勢，已成為不可逆轉(zhuǎn)的主流趨勢。這不僅破解了制造與裝配的瓶頸，更推動(dòng)空間激光通信終端從“實(shí)驗(yàn)室裝備”邁向“標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)產(chǎn)品”，為未來全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、深空探測及天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。（來源：公號“你好太空” 作者：吳少俊）
作者簡介：吳少俊，極光星通董事長兼總經(jīng)理，中國科學(xué)院博士、北京大學(xué)MBA、北京郵電大學(xué)特聘教授，曾任中國科學(xué)院空間應(yīng)用中心研究員、型號主任設(shè)計(jì)師，先后主持“載人空間站應(yīng)用信息系統(tǒng)”等多項(xiàng)國家重大專項(xiàng)工程、中國科學(xué)院關(guān)鍵技術(shù)人才，是我國空間激光通信技術(shù)的重要推動(dòng)者與實(shí)踐者；于2020年創(chuàng)立北京極光星通科技有限公司。
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