来源 | Space Journal
作者 | Space Journal
最新进展
2019年12月13日，空客网站发布新闻称，空客已经通过Optima项目将微波光子有效载荷技术推进至技术准备级别6级，这是原型样机之前的最后一个级别。
当前卫星载荷向着拥有宽带多波束捷变、数百通道复杂格式信号处理等先进功能的方向发展,使得通信卫星的关键部分——卫星转发器的工作频率和信号带宽不断提升,给传统的电子技术带来了巨大的挑战。微波光子有效载荷将利用光在整个航天器上传输信号，取代目前的无线电频率(RF)技术，从而能够研制出更有效率和更强大的卫星。
微波光子技术融合了无线通信和光通信的优点，光子有效载荷有可能彻底改变未来几代通信卫星的设计和能力，从而满足客户日益增长的需求，因此微波光子技术被认为是未来宽带通信卫星系统提供5G全球覆盖的理想技术。
空客预计2020年卫星将进入太比特每秒和千兆比特每秒的时代， Optima项目下研制的微波光子有效载荷具有紧凑、轻量化的特性，考虑到了未来通信卫星有效载荷和卫星间链路的演变，使有效载荷的设计能够大大降低质量、体积和功耗，同时也能降低整体生产和集成成本。 空客本阶段工作的完成使微波光子有效载荷在通信卫星上的使用更近了一步。
项目背景
空客的Optima项目在“欧盟地平线2020”计划下获得了经费支持，简单一句话介绍“欧盟地平线2020”，类似于我国发改委的战略性新兴产业支持经费，分年度对各个领域的新技术研发提供资金支持。
2016年，空客牵头和其他几家公司一起申请下了Optima项目，经费支持一共280万欧元（当期汇率相当于2000万人民币）。
让我们回到2016年空客申请下这笔经费支持之前。欧空局立了一个课题《微波光子有效载荷发展路线图》，由泰雷兹负责编写。这份发展路线图中，欧空局最为关心的是如何将研发投入转为经济回报。
微波光子有效载荷技术研发投资回报率测算
报告中对经济回报进行了两方面的分析。第一种只考虑应用光子技术对总体有效载荷硬件成本的影响，第二种(在前一种基础上)考虑应用光子技术对卫星在轨容量交付成本的影响。结果表明，随着有效载荷容量和灵活性的增加，成本也得到了节约。报告结论为：
- 全部有效载荷硬件成本节省15%；
- 卫星在轨容量交付总成本节省5%以上(仅考虑70 Gbps级)；
- 随着卫星容量上升，节约效用更加明显（下图）；
- 新兴的柔性HTS/VHT的市场将受益于这一技术。
报告预估了开发此项技术需要投入的资金为1400万欧元左右，时间大概是30个月。同时也对该项目10年期内持续投资进行了预估，大约3200万欧元。
Optima项目
从空客执行Optima项目的时间节点来看，基本按照课题第一阶段预设的任务来完成。
空客Optima项目计划表
与空客一起参与此项目的企业和研究机构有：
在此之前，西班牙的DAS光子学公司的V/Q宽带光子转换器组件(PCA)在美国劳拉系统空间公司研制的Ku卫星-欧卫通W7C上进行了地面测试。
在Optima项目中，除了上面的产品外，DAS还将提供一个光接收模块，以减少50%损耗。
DAS与Cordon联合开发了集成的激光二极管等设备、改进光子频率发生器(FGU)，减少SWaP。
DAS的光子频率发生器(FGU)概念图
法国的Sodern公司和英国的Polaties公司提供了Directllight开关产品，该产品是一个384x384的大开关矩阵。目标是研制一个空间开关的可扩展架构，在大小、重量、功率和可靠性之间做出最佳选择，同时也要保证在GEO环境中的功能和性能。
Directllight开关概念图
在Optima项目下，参与各方获得的资金支持如下表，空客只获得了69万欧元的经费支持，根据当期汇率约合535万人民币。
本文转载自“Space Journal”，原标题《微波光子有效载荷|宽带卫星提供全球5G覆盖的理想技术，空客2020年在轨验证》，作者 |Space Journal
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编辑：林紫、娜娜
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