从验证到量产！空间激光通信终端的架构演进与产业化变革
本期作者为极光星通创始人——吴少俊，为大家分享：《从验证到量产！空间激光通信终端的架构演进与产业化变革》。在2025年8月的一次直播中，SpaceX首次公开展示了“星链”卫星工厂，系统性呈现了支撑庞大卫星星座快速部署的自动化生产线及核心技术。其中，“星链”卫星搭载的第五代激光通信终端成为外界关注的焦点。该终端采用一体化集成光路设计，将光学望远镜、指向转台、快速反射镜及收发电子学等关键组件高度集成于一个紧凑、独立的标准化模块中。每颗卫星普遍搭载3至4个此类终端，基于星座整体规划，理论上可形成超过1.6万条并发链路，单链路设计速率可达100至200Gbps。
在国内，以极光星通为代表的空间激光通信公司同样积极采用一体化集成设计，并通过严苛的在轨测试实现了技术突破。极光星通服务于蓝塔智能项目的第三代激光通信终端，将所有精密光学部件固装在统一的高稳定性基座上，显著提升了系统在发射振动与在轨热变形环境下的稳定性，同时大幅简化了生产和测试流程。这一设计已在轨环境中验证，包括实现400Gbps星间通信速率、在1150公里链路距离下完成超过116小时的连续无中断通信等，技术指标达到国际先进水平，为批量化生产和成本控制奠定了基础。中外领军企业在核心技术路线上的殊途同归，共同揭示了激光通信终端一体化集成设计已是解决未来巨型星座部署难题的必然选择。这一行业共识的形成并非一蹴而就，背后是空间激光通信终端历经十余年，遵循着一条从满足基本功能、到追求工程可靠、再到拥抱规模化量产的清晰演进路径。
空间激光通信终端的技术演进，是一场由市场需求、工程约束与技术突破共同推动的深刻架构变革。这一发展历程充分体现了从可行性验证到业务化服务，再到产业化部署的战略跃迁，大体可以划分为四个标志性阶段：从注重光路折转与光学效率的潜望镜式架构，发展为适应动态平台的分层指向镜式架构，再过渡到面向长期服务的库德式集成终端，最终迈向支持星座化部署的一体化、可量产终端时代。第一代：潜望镜式架构——奠定基础的可行性验证2010年前，空间激光通信的核心任务是验证在轨环境下建立稳定光链路的基本可行性。早期终端普遍采用“潜望镜式”架构，通过多级折转反射镜将外部入射的激光束引导至航天器内部固定、稳定的大型光学平台或望远镜焦平面。此设计将精密且重量较大的光学接收与处理设备与外部指向机构分离，以提高系统稳定性并保障光学耦合效率。
欧洲航天局（ESA）的SILEX项目是该阶段的重要成果，实现了世界上首次卫星间激光链路的数据传输。日本ETS-VI等技术验证卫星也采用类似方案。尽管成功验证了激光通信在轨链路建立的可行性，但这类终端体积庞大、重量大，难以满足后续小型化、低成本需求。第二代：指向镜式架构——应对动态场景的灵活建链2010–2016年，随着可行性验证完成，研究重点转向解决动态平台下的快速捕获与稳定跟踪问题。“指向镜式”架构因此诞生，采用粗精两级指向体系：粗指向通常由二维云台完成，用于大范围搜索和粗略对准；精指向则由快速偏转镜实现，用于高频、小幅精确调整，以补偿航天器振动和相对运动。
美国国家航空航天局（NASA）2014年在国际空间站部署的OPALS以及2013年的LLCD项目，是该阶段的代表性成果。这一代终端在动态跟踪能力和链路可靠性上取得突破，但机械与控制复杂度较高，集成难度和成本依然较大，限制了系统的小型化和普及化。第三代：库德式集成终端——迈向长期服务的业务化应用2016–2021年，激光通信终端设计重点从演示性验证转向长期稳定的商业化服务。该阶段的典型方案借鉴库德光路设计，将光束导入热控与结构刚度受控的内部空间，并将望远镜、指向系统、跟踪单元及电子设备高度集成在独立机械外壳中，以提升热稳定性与系统可靠性。在这一时期，终端普遍采用经纬仪式两轴云台实现大范围粗指向，再结合快速摆镜完成高精度窄束跟踪；经纬仪架构以结构清晰、控制逻辑成熟和较高刚度为特点，是中大口径库德式光学系统常用的机械实现方案，从而提高了在轨长期服务的可靠性与可维护性。
这其中包括美国国家航空航天局（NASA）“激光通信中继演示”（LCRD）项目的STPSat-6卫星，作为首个在地球同步轨道执行多年双向光中继的技术示范系统，验证了库德式集成终端的长期运行能力。欧洲“欧洲数据中继系统”（EDRS），自2016年起通过地球同步轨道中继将近地轨道卫星的数据以1.8Gpbs的速率几乎实时地转发至地面，展现了成熟工业化中继能力。库德式集成终端在可靠性与长期服务方面具备显著优势，但其复杂的子系统与高制造成本仍使其更适合高价值中继卫星或科学探测任务，而非直接用于超低成本大规模星座。第四代：一体化集成光路架构——支撑星座时代的量产革命2020年后，SpaceX“星链”等巨型低轨卫星星座对激光通信终端提出了极端的成本控制和产能需求，推动了“一体化集成光路”架构的快速发展。这类终端将光学望远镜、云台系统、快速反射镜和收发电子学等关键子系统高度集成于紧凑的标准化模块内，器件数量压缩至约11个，较传统架构大幅简化。
SpaceX公开的第五代星链激光通信终端以及极光星通推出的第三代激光通信终端，是该路线的典型代表。这一设计将终端从“精密科研仪器”演进为可流水线生产的“标准工业产品”，显著降低了单机成本和集成复杂度，为大规模卫星星座的全球化通信网络铺平了道路。
“一体化集成光路”成为行业主流是由技术内因、市场需求和国家战略共同驱动的结果。从SpaceX的大规模量产实践到全球多家企业的选择已充分表明，这一架构正在成为行业共识。星座规模化的必然选择。以“星链”计划超过8000颗卫星的部署规模为例，传统制式结构的终端因装配、集成与测试周期漫长、成本高昂，难以满足巨型星座的高产能需求。一体化设计通过简化流程、提升自动化水平，使流水线批量生产成为现实，从根本上解决了大规模部署的工程瓶颈。
性能与稳定性的内在需求。高动态星间链路对终端的稳定性和指向精度要求极高，一体化设计通过缩短光路、减少对准面，提高了结构刚度和热稳定性，增强了抗微振动能力和在轨适应性，从而保障长期稳定通信。接口标准化与产业生态的构建。一体化终端易于形成标准化的光、电、热及数据接口，能够像“即插即用”设备一样快速适配不同卫星平台，为开放产业生态的构建奠定基础。国家政策与产业竞争的强力驱动。发展天地一体化信息网络已成为主要航天国家的战略共识，在全球竞争格局下，率先掌握低成本、高性能、可量产的一体化终端技术，意味着占据未来太空基础设施建设的战略制高点。
空间激光通信终端的发展，体现了从满足基本功能的可行性验证，到实现稳定可靠的工程化应用，再到满足市场需求的星座化量产的发展规律。在商业巨型星座需求、国际产业竞争及各国战略政策的三重驱动下，一体化集成光路凭借其在成本、性能、产能和标准化方面的优势，已成为不可逆转的主流趋势。这不仅破解了制造与装配的瓶颈，更推动空间激光通信终端从“实验室装备”迈向“标准化工业产品”，为未来全球卫星互联网、深空探测及天地一体化信息网络建设奠定坚实基础。
吴少俊，极光星通董事长兼总经理，中国科学院博士、北京大学MBA、北京邮电大学特聘教授，曾任中国科学院空间应用中心研究员、型号主任设计师，先后主持“载人空间站应用信息系统”等多项国家重大专项工程、中国科学院关键技术人才，是我国空间激光通信技术的重要推动者与实践者；于2020年创立北京极光星通科技有限公司。
