Китайски учени установиха двупосочна лазерна връзка между Земята и спътника DRO-A на разстояние от над 400 000 километра. Каналът осигури предаване на данни към Земята със скорост до 100 Mbit/s и команди към апарата със скорост 1,25 Mbit/s. За Китай експериментът се превърна в първото успешно изпитание на високоскоростна лазерна връзка в мащаба Земя-Луна.

Екипът на Китайската академия на науките тества системата в орбита повече от година, а разработването на ключовите технологии отне около пет години. Изследователите трябваше да решат три основни проблема, свързани с далекосъобщенията. Лазерът трябва да бъде насочен с огромна точност към движещия се апарат. След стотици хиляди километри сигналът отслабва почти до отделни фотони, а останалите фотони трябва да бъдат превърнати в стабилен високоскоростен поток от данни.

Инженерите решиха задачата с насочването с помощта на система, която едновременно отчита положението на спътника, грешките при настройката и деформацията на телескопите, атмосферното пречупване и времето за разпространение на светлината. Корекцията позволява на наземната станция и апарата да задържат тесен лъч върху целта дори когато приемащата страна все още не е успяла да засече директно идващия сигнал.

Наземната част на комплекса бе построена с участието на Астрономическата обсерватория в Юньнан. За работата с DRO-A изследователите използваха 1,2-метров телескоп и система от два 53-сантиметрови телескопа. Оборудването трябваше да бъде адаптирано не само за улавяне на слаба светлина, но и за високоточно проследяване на апарата на разстояние, сравнимо с разстоянието до Луната. По-рано същият 1,2-метров телескоп позволи на Китай да извърши лазерно измерване на разстоянието до DRO-A от около 350 хиляди километра.

При предаването към Земята сигналът отслабва до нивото на отделни фотони. Допълнителни смущения създават лунната светлина, разсеяното излъчване на атмосферата и собствените шумове на приемника. Шанхайският институт за микросистеми и информационни технологии разработи за комплекса масив от свръхпроводящи детектори на нанопроводници. Приемниците се отличават с висока чувствителност, ниско ниво на тъмен шум и бърза реакция, а алгоритмите за обработка отделят полезните фотони от фоновото излъчване.

За да увеличат скоростта, инженерите приложиха обработка на сигнала с пикосекундна времева разделителна способност, многостепенна импулсно-позиционна модулация и засилено коригиране на грешките. Китайската академия на науките твърди, че комбинацията от методи е позволила да се запази високата скорост при изключително ниско съотношение сигнал-шум и да се постигне ниско ниво на грешки.

Разликата спрямо обикновената радиовръзка разработчиците илюстрират с примера на изображение на повърхността на Луната с 8K резолюция. Предаването на такъв файл по микровълнов канал със скорост 5 Mbit/s би отнело 4-5 минути. Лазерният канал DRO-A се справя с това за около 12 секунди. Изследователите разчитат да увеличат пропускателната способност на системата в следващите експерименти.

Самият резултат обаче не е световен рекорд и не представлява първата в историята двупосочна лазерна връзка на лунно разстояние. Още през 2013 година, по време на експеримента LLCD на апарата LADEE, НАСА предаваше данни от района на Луната към Земята със скорост до 622 Mbit/s, а в обратна посока достигна 20 Mbit/s. Китайският експеримент показва преди всичко, че страната е изградила свой собствен функциониращ комплекс за далекосъобщения и е извела тази технология извън околоземните орбити.

Лазерната връзка е особено привлекателна за бъдещи лунни мисии поради високата си пропускателна способност и малките размери на предавателите. Тънкият оптичен лъч също е по-труден за случайно приемане или създаване на смущения в сравнение с широко разпространяващия се радиосигнал. Предимствата обаче имат и обратна страна. Лазерът се нуждае от практически пряка видимост, а облаците и атмосферната турбулентност могат напълно да прекъснат канала, поради което пълноценните мрежи за далечна връзка ще изискват няколко наземни станции в различни райони на Земята.