1.2.1 欧洲

1977年，欧洲航天局布局了第一个空间高速数据激光链路技术方向的研究合同，评估用于空间的调制器。这标志着欧洲航天局开始了长期和持续地对空间激光通信的投入。1985年，欧洲航天局提出了雄心勃勃的半导体激光星间链路试验计划，即SILEX计划，用于在轨演示星间激光通信的可行性，如图1-1所示。

正是SILEX计划的执行，使得欧洲航天局在激光星间链路方向处于世界领先地位。2001年7月12日，Artemis卫星随Ariane-5在法国发射升空，但在发射过程中发生了故障。2001年11月21日，采用二进制振幅键控（OOK）通信调制方式，实现了国际上首次高轨卫星和低轨卫星间的激光通信，通信波长800 nm，通信速率50 Mbit/s，通信数据为信道测试数据，通信误码率小于1×10−9。安装在Artemis卫星上的激光终端作为主动端扫描其不确定区域，实现对SPOT-4卫星的信标光覆盖。SPOT-4卫星收到信标光信号后将自身的通信光快速精确地指向 Artemis 卫星，实现两个卫星的建链。2001年11月30日，由SPOT-4卫星采集的图像首次通过激光链路传输给Artemis卫星，再由Artemis卫星通过微波馈电链路传输给地面。

SILEX激光通信终端的粗跟踪机构为L臂的形式，精跟踪采用两镜电磁驱动快反镜（FSM），超前快反采用两镜压电驱动快反镜，实现高带宽和高精度的跟踪，如图1-2和图1-3所示。激光终端口径25 cm，总质量150 kg，活动部件质量70 kg，功耗130 W。

为了尽早实现国际上首次星间激光通信在轨验证，2001年11月15日，欧洲航天局利用西班牙光学地面站（如图1-4所示）第一次实现了对Artemis卫星发射信标光，27 s后光学地面站完成了对卫星信号光的跟踪。

1993年，日本航天局和欧洲航天局签署了开展星间激光通信试验验证的协议。日本的激光通信终端安装在OICETS卫星上，终端命名为LUCE。1994年完成了初步终端设计。2003年9月，日本航天局将LUCE终端运到西班牙光学地面站开展了与Artemis卫星之间的建链试验，验证了两者系统参数和捕跟（捕获和跟踪）流程的正确性和匹配性。2005年8月23日，搭载LUCE终端的OICETS卫星发射升空，进入预定的太阳同步轨道，轨道高度为610 km。2005年12月9日，开展了与Artemis卫星的第一次星间激光通信试验。与SPOT-4卫星不同，LUCE终端可以同时接收和发射通信数据，因此这是世界上首次星间双向激光通信链路的在轨演示验证。该激光终端的口径为26 cm，发射光束束腰直径为13 cm，激光功率为100 mW，质量为170 kg。

为了验证卫星与飞机之间的激光通信链路，Artemis卫星开展了与法国飞机之间的激光通信试验。这次飞行试验命名为LOLA计划，飞机飞行高度为6 000～10 000 m，链路距离接近40 000 km，激光发射功率为300 mW。该试验的难点在于受到飞机动平台和大气湍流信道的影响。飞机平台的姿态扰动是卫星平台的10倍以上，飞机周围由于受到气流的影响需要考虑气动光学和大气湍流信道的双重影响。2006年12月18日，LOLA计划实现了飞机在飞行速度为500 km/h时与Artemis卫星的双向实时激光通信试验。安装在飞机上的激光通信终端如图1-5所示。

SILEX计划成功地完成星间、星地、星机之间的多次激光通信试验，积累了许多宝贵的经验，在轨验证了激光星间链路的可行性。SILEX计划成功后，人们逐渐将关注点从可行性转向可用性方面。可用性方面最重要的是提升通信速率，缩小体积和降低功耗。相干激光通信技术可以极大地提升接收机的灵敏度，实现功耗的降低和体积的缩小。

2007年4月23日，安装有相干激光通信终端的美国NFIRE卫星发射升空。2007年6月15日，德国的TerraSAR-X卫星成功发射，该卫星上安装了德国Tesat公司的激光通信终端。激光通信终端采用了BPSK调制/相干通信体制，收发望远镜口径12.5 cm，质量35 kg，功耗125 W，尺寸约为500 mm×500 mm×600 mm，通信速率达到了5.625 Gbit/s，通信波长为1 064 nm，最大跟踪角速度4°/s，视场10 mrad，如图1-6所示。2008年2月21日，两颗卫星间实现了第一次低轨卫星间的星间相干激光通信试验。

随着相干激光通信终端在轨试验的成功，欧洲航天局启动了高轨卫星激光通信验证项目，激光终端安装在Alphasat卫星上，是4个技术验证载荷之一。数据速率可达2.8 Gbit/s，用户速率1.8 Gbit/s，链路距离大于45 000 km，误码率小于1×10−8，发射光功率2.2 W，望远镜口径135 mm，质量54 kg，功耗160 W，尺寸为0.6 mm×0.6 mm×0.7 mm。相比第一代激光通信终端，第二代激光通信终端的主要改进点有：选用立轴光学天线，光放大器的功率增加到5 W，接收机在1.8 Gbit/s的用户速率下进行了优化设计。电子学针对高轨应用环境开展了15年连续服务的寿命设计，热控系统进行了改进，机械结构进行了相应的放大，如图1-7所示。

2013年，Alphasat 激光通信终端准确指向西班牙光学地面站，证明了激光终端具备36 000 km精确指向能力。经过两轮在轨试验验证后，欧洲航天局正式启动了欧洲数据中继系统（European Data Relay System,EDRS）计划。该计划将低轨卫星的大容量数据通过激光星间链路传递给中继卫星，然后再通过微波链路下传给地面用户，共包括EDRS-A和EDRS-C两颗高轨卫星，在2024年前后将会增加一颗EDRS-D中继卫星，用于进一步增加覆盖区域。

2016年，EDRS-A卫星发射成功，定轨在东经9°，并于同年4月完成与地面站的通信测试；5月26日成功实现了与Sentinel-1A卫星的激光连接。第一次将Sentinel-1A卫星的图像通过激光传递给EDRS-A卫星。

2019年，EDRS-C卫星发射成功，定轨在东经31°。作为空中客车公司空间数据高速公路（Space Data Highway,SDH）星座网络的第二个节点，EDRS-C卫星在2019年7月15日顺利完成了各项调试测试，并与哥白尼计划的哨兵地球观测卫星建立了激光通信链路。

EDRS-D卫星作为欧洲数据中继系统计划的一个全球节点，将提供亚洲和太平洋地区上空用户的服务。卫星上安装3个下一代激光通信终端，每个终端可以兼容1 550 nm和1 064 nm两个通信波段，同时安装一个1 550 nm的试验终端。

欧洲航天局还开展了Tbit/s空间激光通信技术的研究（图1-8），并在2016年进行了地面10 km距离的通信试验，实现了1.72 Tbit/s的通信速率。