走进中国航天科技集团有限公司五院西安分院新建的激光终端研制生产线，仿佛进入了一个光学机械和光学镜片构成的森林。在一个巨大、光滑的黑色大理石为基础的防震动操作台上，不同规格的光学透镜、反射镜、分光镜参差林立，演绎出各种复杂变化的光线路径。
操作台两侧各摆放一台激光终端，它们要在自转或公转的同时，准确捕获到来自对方的、穿过“透镜丛林”的激光信号。如果这套设备在天上工作，还要复杂更多。在茫茫宇宙空间中，轨道上运行的卫星就像一个个不断运动的质点，要让它们发射出的激光在相距数万千米、数十万千米的航天器和地面站之间相互跟踪，其难度可以想象。
航天科技集团五院西安分院的激光终端团队就是这样一个驭光而行的群体，架起了一条又一条的太空信息高速公路。
激光通信 空间通信技术的变革
五院西安分院激光终端团队带头人幺周石，现在是西安分院空间数据传输与处理技术研究所的副所长。他声音洪亮，中气十足，因为曾经有过教学经历，在采访中说到不易理解的地方，他还会像老师一样拿起马克笔在黑板上边讲边画，直到给你讲明白。
幺周石从激光通信的原理开始讲起。生活中常见的无线通信或者说空间通信技术，是无线电射频通信，如智能手机使用的4G等。光是电磁波的一种，因此也可以利用光来进行空间通信。空间激光通信就是以激光为载波，以大气或者自由空间为开放信道，在空间节点（例如卫星之间）传递数据信息的通信技术。
与常见的无线电通信相比，空间激光通信最大的特点是传输速率非常高。幺周石介绍说，目前五院西安分院已经研发成功了高速率的卫星激光通信技术，可以在1秒钟内传输大容量的数据。
同时，与传统微波通信相比，激光通信还具有通信容量大、抗电磁干扰性能强、保密性高等优点，且其通信终端体积小、功耗低、实用性高，非常适合用来建立高速、保密、大容量、抗干扰的卫星激光通信链路。
幺周石比喻说，卫星激光通信链路的基本原理，相当于在卫星上安装一支激光笔，将高速信息调制在激光上，再发射出去，将一大束光打到远在数万千米外的另一颗卫星上，对方卫星上的光接收机通过光学天线接收到光束，转换为电信号，从而解调出原始信息。
卫星通信业界的学者普遍认为，空间激光通信技术的发展和突破对增强空间信息传输的实时性、安全性以及未来深空探测意义重大，有望带来未来空间通信技术发展的变革。
自从上个世纪60年代激光器诞生起，科学家们就对激光通信产生了浓厚的研究兴趣。上世纪80年代以来，随着地面光纤通信技术的进步，卫星之间的空间激光通信也激起了各国宇航研究的热潮。一直到2001年，欧洲才第一次实现了高轨卫星到低轨卫星之间的激光通信链路。
彼时，还在读研究生的幺周石，在图书馆学术刊物上看到了这次星间激光通信链路的报道，便立志为我国的星间激光链路而奋斗。这才有了后来深耕卫星激光通信近20年的不解之缘。
从零起步 世界首次验证多类星间激光链路
进入21世纪，卫星激光通信在国内刚刚起步，全国只有少数单位进行该领域的研究，其中工程研制单位只有五院西安分院一家。2008年，幺周石胸怀“建设我国卫星激光通信链路”的豪情，来到西安分院，开始从事卫星激光通信的工程研究工作。
前3年，他带领激光终端组5个人的队伍，主攻星间激光链路演示验证的基础工程研究，从零开始，不断完善人才队伍、资金项目和技术能力。在只有80平方米大、由电子实验室改造而成的实验室里，他们建立起一套完整的生产仪器设备，使之初具生产条件。
经过5年积累，激光终端实验室聚集了20多位人才，形成了涵盖光学、通信、光电控制3个基本专业的设计师队伍，获得了国家各类科研项目的支持。与此同时，西安分院领导高瞻远瞩，大力支持，数年间持续投入，不断补充仪器设备、改善研制条件，建设完成了一套激光通信光学实验室，其空间尺寸、洁净度、隔振度均满足卫星激光通信终端的开发需求。
团队进一步成熟，国内激光通信领域也传来好消息，这让幺周石及其团队更加自信。2011年，我国海洋二号卫星发射成功，次年正式交付，其搭载的星地激光通信终端成功进行了我国首次星地激光通信链路数据传输试验，标志着我国在空间高速信息传输这一航天高技术尖端领域走在了世界前列。
2017年，西安分院研制出第一台可以搭载在高轨卫星上的激光终端。相比于海洋二号卫星，高轨卫星需要打通几万公里的光路，功率更大，对通信机的光源天线要求更加苛刻。
近两年，西安分院更是为多颗卫星提供十余台激光终端设备，使中国成为世界上首次验证多种不同类型星间激光链路的国家。
说起卫星激光终端的技术突破，幺周石如数家珍：西安分院的激光终端拥有世界一流的光通信天线设计技术，为整个星间激光通信链路的高速率、高性能提供了基础保障；西安分院拥有国内先进的星载终端光调制解调技术；西安分院拥有世界顶尖的精密光电跟踪技术，角度误差比国际标准还要精密1个数量级。
在可以预见的将来，卫星激光链路的通信速率将由现在的Gbit/s向着Tbit/s发展，由现在的低轨、高轨卫星向着月球、火星和深空延伸，由现在的点对点通信方式向着点对多点和多点灵活组网的方式不断演进。与此同时，随着卫星激光终端产品向着长寿命、高可靠性和低成本的方向发展，空间激光通信技术将在通信网络领域迎来更广泛的应用。
从近期发展看，卫星激光链路可以支持各类飞机、偏远地区实现高速上网，进一步服务“一带一路”建设。从中长期发展来看，以卫星激光通信链路为太空高速信息公路、以光纤通信网络和海底光缆为地面高速信息公路，配合5G通信网络的建设，人类将实现天、空、地无处不在的高速泛在的网络连接。
“字典里没有失败，必须要做成”
如今，五院西安分院激光通信团队已达80多人，除了由设计师构成的3个专业队伍外，还包括装调、测试、工艺人员，构成了覆盖激光终端设计研制、生产、测试的完整建制。
回望10多年的研制历程，幺周石坦言，成功源自若干年的不断积累，“每个阶段都在不停解决问题，日拱一卒，每个人各司其职，用现代科技解决大量的工程性问题”。
2012年，作为一个激光通信国际合作项目的中方技术负责人，幺周石和同事多次出国进行交流学习，了解国外前沿研制情况。幺周石坦言，那是一段最为难忘的日子，他们几乎每天工作18个小时，与异国研制人员同吃同住。归国后3年时间内，他们连续实施了20多个试验版本，不断迭代，终于走通了原理样机之路，打通了激光星间链路捕获、跟踪、通信最难的关卡，挖掘、掌握了当时国际上最先进的激光终端设计与制造方法。
“产品型号研制非常忌讳所谓的‘戏剧性’，因为戏剧性往往意味着意外、未知、偶发。”幺周石说。但这又不可避免。
在第一次飞行搭载中，激光终端产品交付前3天，发现了跟踪瞄准的颠覆性问题——
在80平方米的小实验室里，对角线上两台互相跟踪瞄准的终端机在两年试验期间始终固定放置，一直按照这样的相对位置进行试验。但是，一次试验后偶然调换了位置，竟让二者互相瞄准不上了。
乍一看，这在理论上是个不应该出现的问题。所有人都面临巨大的压力，3天时间，还能不能赶上末班车，按时交付？
时间开始以小时计算。大约3个小时内，大家确定了问题所在。但80平方米的实验室不足以提供验证这一思路的充分条件。西安分院的领导紧急行动，调用了南山试验场给队伍用，在试验中复现了这一问题。
20个小时，该团队集中解决问题，消除算法中的漏洞，验证了有效、可靠的算法，并不断测试，修改代码，反复验证算法在实际太空轨道上实施的可靠性。攻关人员带着睡袋住在实验室，针对多种不同工况进行了近千次试验。因为他们采取了“人休机器不休”的方式，本来一个星期的工作被压缩到数个小时内完成。最终，他们扫除了最关键时刻的拦路虎，上演了航天版的“长安十二时辰”。
假如当时做不完怎么办？幺周石的声音突然变得高亢有力：“在当时的情况下，我们没有想过如果，必须要做成！我们的字典里没有失败，这就是我们团队的战斗精神。”
正是在“必须要做成”的信念支撑下，西安分院研制的激光通信终端完成了基础研究、地面试验验证及在轨验证，充分验证了高速激光解调、高精度捕获跟踪技术。在轨验证时期的圆满结束，为下一个时期型号广泛应用奠定了坚实的基础。这也使西安分院成为全世界在轨运行激光终端最多的单位，激光终端领域已达到世界领先水平，即将进入正式载荷全面应用的时期。
如今，西安分院卫星激光终端团队的试验场地达2000平方米，拥有数条完整的大型终端机生产线，可实现每年数十台/套激光终端的交付能力。西安分院将着力发展空间通信卫星组网，预计今年年底验证组网。下一步，激光终端团队将瞄准小型、低成本发展方向，力争达到每年百余台/套的交付能力，产品在轨服役寿命可达15年，由研制转向批量化生产，进一步建立起高速一体化的太空信息网络，在太空架起一条条信息高速公路。
摄/苏宏伟 郭立平 贾荷仪
监制/许斌
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