星載空間激光通信中壓電偏轉(zhuǎn)鏡的應(yīng)用

仰望星空，宇宙廣袤無垠，除了亙古至今依舊閃亮的星辰外，還有成千近萬顆的人造衛(wèi)星在茫茫宇宙中不知疲倦的運(yùn)動著。

地球&人造衛(wèi)星

注：圖片來源于網(wǎng)絡(luò)

進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，隨著對空間遙感定位和通信等多方面需求大大增加，各國政府和科技企業(yè)紛紛將目光投向宇宙。得益于航空航天技術(shù)的進(jìn)步，精密定位設(shè)備的成本也有了較大降幅，單顆衛(wèi)星的研制和發(fā)射成本得到大幅度下降?；诖耍鲊徒M織分別提出了自己的空間計劃，全球互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星的浪潮風(fēng)起云涌。

提及太空，最先被想到的可能是衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)(GPS)，但鑒于衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的巨大價值，世界上多個航天強(qiáng)國都開始研究并著手建立自主可控的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。目前，中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GLONASS)、歐盟伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GSNS)和美國的全球定位系統(tǒng)(GPS)被聯(lián)合國衛(wèi)星導(dǎo)航委員會認(rèn)定為全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航供應(yīng)商。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)示意圖

注：圖片來源于網(wǎng)絡(luò)

俄烏戰(zhàn)爭讓馬斯克的“星鏈”大放異彩，星鏈其實(shí)是美國太空探索技術(shù)公司在2014年提出的一個低軌互聯(lián)網(wǎng)星座計劃，旨在建設(shè)一個全球覆蓋、大容量、低時延的天基通信系統(tǒng)，為全世界各地區(qū)提供高效、安全和不可干擾的互聯(lián)網(wǎng)通信服務(wù)。由于它是一個去中心化的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，所以無論是在地面、空中還是海上，它都能克服和突破傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)原有的障礙以及阻力，保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性和連通性。

星鏈?zhǔn)疽鈭D

注：圖片來源于網(wǎng)絡(luò)

為了更好地發(fā)展國產(chǎn)的近地軌道技術(shù)，中國已向國際電信聯(lián)盟（ITU）提交了布局1.3萬顆低軌衛(wèi)星的申請，中國版“星鏈”計劃正式開啟。由國家為主導(dǎo)與企業(yè)互相配合、優(yōu)勢互補(bǔ)、融合發(fā)展，積極推進(jìn)星網(wǎng)融合。截至目前，我國在低軌衛(wèi)星建設(shè)方面成功發(fā)射了“鴻雁星座”、“虹云工程”、“星網(wǎng)工程”等，這標(biāo)志著我國低軌衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)邁出實(shí)質(zhì)性的一步，切實(shí)為低軌道通信衛(wèi)星的發(fā)展打開新局面，推動了我國航空航天蓬勃發(fā)展。

芯明天小體積、高精度、高可靠性壓電偏轉(zhuǎn)鏡

應(yīng)用于星載空間激光通信

衛(wèi)星發(fā)射后，需要與地面空間站進(jìn)行空間通信，會使用到激光通信技術(shù)。激光通信技術(shù)是先將語言、文字、數(shù)據(jù)、圖像等信息調(diào)制到激光束上，然后把帶有信息信號的激光發(fā)送出去，用接收裝置把帶有信息的信號檢測出來，激光通信按其應(yīng)用范圍可以劃分為光纖通信和無線激光通信兩類。激光通信具有單色性好、方向性強(qiáng)、光功率集中、難以竊聽、成本低、安裝快等特點(diǎn)。

注：圖片來源于網(wǎng)絡(luò)

衛(wèi)星發(fā)射有更小和更輕的要求，內(nèi)部配套的器件也需實(shí)現(xiàn)體積上的更小和重量上的更輕。且在大氣環(huán)境中，激光通信技術(shù)的光路會受到環(huán)境的因素影響產(chǎn)生光路不穩(wěn)定、抖動等現(xiàn)象，導(dǎo)致瞄準(zhǔn)或聚焦困難，在這種情況下壓電偏轉(zhuǎn)鏡在星載激光通信終端有了更大的用武之地。

由芯明天研發(fā)制造的壓電偏轉(zhuǎn)鏡以壓電陶瓷作為驅(qū)動源，可產(chǎn)生θx、θy偏擺，或同時配有Z向升降運(yùn)動，適用于驅(qū)動反射/透射鏡片的偏轉(zhuǎn)從而改變反射/透射光路的方向。以其超高分辨率、毫秒級快速響應(yīng)、閉環(huán)定位精度高等特點(diǎn)在激光通信技術(shù)中能夠非常完美的解決光路不穩(wěn)的問題。

此外，芯明天通過技術(shù)創(chuàng)新，首創(chuàng)適用于航天應(yīng)用的雙備份壓電偏轉(zhuǎn)鏡，通過雙極控制的高可靠壓電偏轉(zhuǎn)鏡，兩級驅(qū)動可獨(dú)立控制，互不干擾。目前，芯明天壓電偏轉(zhuǎn)鏡已搭載多個衛(wèi)星升空，例如風(fēng)云3號E星、夸父一號衛(wèi)星、吉林一號衛(wèi)星等，其高精度和快速補(bǔ)償?shù)男阅鼙憩F(xiàn)的非常優(yōu)秀。

芯明天壓電偏轉(zhuǎn)鏡環(huán)境試驗(yàn)報告

技術(shù)參數(shù)

芯明天具有多種適用于衛(wèi)星激光通信應(yīng)用的宇航級壓電偏轉(zhuǎn)鏡。

（1）S30系列壓電偏轉(zhuǎn)鏡

（2）P33系列壓電偏轉(zhuǎn)鏡

（3）S37系列壓電偏轉(zhuǎn)鏡

芯明天壓電偏轉(zhuǎn)鏡產(chǎn)品類型繁多，如科研型、工業(yè)型、宇航型、小體積型、大負(fù)載型等。由于應(yīng)用場景的差別，對精度、角度、速度等各項(xiàng)參數(shù)的要求不同，芯明天可為用戶提供定制化服務(wù)，以適應(yīng)不同使用場景和應(yīng)用條件。

配套控制器

E80.B5S板卡式控制器是一款五通道輸出的壓電控制器，專為同時驅(qū)動兩臺壓電偏轉(zhuǎn)鏡而研發(fā)設(shè)計。它采用DC28V供電，輸出電壓為-20V~120V（可選 -20V~100V/150V），尺寸僅有222×180×40mm^3，它以板卡式小體積的特點(diǎn)解決了應(yīng)用空間受限的問題，并且E80.B5S使用特殊的元器件，并進(jìn)行多項(xiàng)處理，使其適用于宇航級應(yīng)用。

審核編輯 黃宇