導讀：除了SDA的光通信標準統一計劃，美國國防高級研究計劃局也在與私營部門合作，努力開發一種標準的多功能低成本激光終端，以連接低地球軌道上的政府和商業星座，這個項目就是天基自適應通信節點(BACN)。

更快的集成方法

當前，天基激光通信缺乏統一標準，SDA的PWSA計劃促進了一部分光學星間通信的統一，但是其他公司諸如SpaceX和亞馬遜等也在嘗試開發各自的解決方案，例如SpaceX已經部署了部分具備激光通信能力的衛星，未來將這種技術部署擴展到整個星座。對此，特別是考慮到他們的供應鏈通常較為封閉，雖然這些公司很積極地支持激光通信技術，但他們不太可能成為PWSA衛星激光通信終端設備的同批用戶。

因此，除了SDA的光通信標準統一計劃，美國國防高級研究計劃局也在與私營部門合作，努力開發一種標準的多功能低成本激光終端，以連接低地球軌道上的政府和商業星座，這個項目就是天基自適應通信節點(Space-Based Adaptive communication Node，簡稱BACN)。

天基自適應通信節點(BACN)旨在創造一種可重新配置的衛星間光通信終端，這種終端體積小、重量輕、功耗低、成本低(SWaP-C)，易于集成到小型衛星上，同時也是一種跨星座指揮和控制方法(C2)。基于在任務優化動態網絡適應(DyNAMO)計劃中開發的技術，BACN將使在不同衛星間光鏈路(OISL)規格上運行的不同衛星群之間能夠進行在軌通信和數據中繼。BACN項目還將開發一個C2系統，根據可用性和任務要求控制訪問和配置星座之間的連接。根據這一計劃開發的技術將移交給美國陸軍和太空發展局(SDA)。

BACN針對的場景

當前，缺乏溝通和感知已經損害了第一反應者快速行動和提供支援的能力。在一個衛星系統上收集的圖像不會立即提供給使用不同衛星系統進行通信的響應者。如果兩隊任務人員使用來自兩個不同衛星星座的通信，那么他們的通信能力將會受到限制。

BACN的思路

雖然高度專業化的系統仍然是FSOC其中一些應用所必需的，但DARPA通過空間BACN計劃，正在尋找降低這一技術核心要素成本的方法，以使各種最終用戶更容易在更大范圍內采用這一技術。

BACN的目標不是強加一個統一標準，而是生產一個可以從許多不同系統接收數據的終端。即，如果每個供應商都在說自己的“語言”(使用自己的波形，自己的編碼協議)最終國防部將擁有的是一些互不相連的孤島。而BACN的目的則是成為多“語言”能力者。

BACN為美國軍方提供了一條捷徑，使其能夠更快地利用未來的商業星座來成倍增強其天基能力。美國空軍已經與私營航天公司SpaceX合作探索Starlink衛星用來支持軍事行動的可能。基于激光的衛星通信系統已經在MQ-9上測試。甚至可以確定，該項技術已經應用于美空軍機密的高空、長航時(HALE)隱形無人機RQ-180。

DARPA BACN概念圖

如果要達到所要求的普及性，BACN終端還必須滿足三個“100”基準——它必須具有100Gbps的數據速率，它必須使用不到100瓦的功率，它的成本必須低于100k(十萬美元)。

DARPA BACN概念圖

技術、挑戰和主要參與者

如圖所示，BACN項目涉及三個技術領域:

TA1:前端由基于1550nm波長的低成本、低損耗光學孔徑組成。要求是它必須支持進入單模光纖的相干光通信。CACI、MBryonics和Mynaric獲得了這方面的開發合同。

TA2:后端包括可重新配置的低成本調制解調器，可以滿足100 Gbps的目標。在RF領域，軟件定義無線電(SDR)通常依賴基于FPGA的解決方案，可實現數Gbps，具有靈活性優勢。另一方面，had ASICs傳統上用于速度為數百Gbps的光調制解調器。這里的目標是嘗試結合兩種系統的優點，即100Gbps的可重構性。相干公司、亞利桑那州立大學和英特爾公司將致力于研制這種調制解調器。

TA3:領域的重點是使來自不同制造商的前端終端和后端調制解調器可以互換。TA3將制定一個通用接口標準，以支持跨星座的星間光學鏈路通信。這項工作需要大型衛星公司，如SpaceX、Telesat、SpaceLink、Viasat和Kuiper Government Solutions。

參與情況

以下是上述公司的技術和一些計劃中的解決方案。

Mynaric是一家專門從事激光通信產品的公司，是TA1光學孔徑開發的一部分。他們擁有像Condor MK3光通信終端(如圖所示)這樣的現有產品，可以放置在LEO衛星上，支持各種軌道的平面內和跨平面的星間連接，以及空天或星地通信。它支持長達10000公里的鏈路距離和高達100 Gbps的靈活數據速率。

Mynaric Condor MK3光通信終端

LEO的速度約為7.8公里/秒。窄激光束需要極高的精度才能將光束對準目標，許多技術開發都集中在這一點上。Mynaric使用一個由電機驅動的透鏡和傾斜反射鏡組成的系統，可以將激光軌跡調整到百萬分之57.2度。

總部位于愛爾蘭的Mbryonics是另一家致力于TA1開發的公司。Mbryonics利用電子信號來改變光的相位，從而精確地調整光束方向。基于單模相干光纖的孔徑的另一個挑戰是對進入單模光纖的光子的檢測和聚焦。這在傳統上是昂貴的，并且需要大量的人力。Mbryonics計劃使用一種復雜的曲面，將光子重定向到聚焦設備，然后將其發送到光纖。這必須跨越太空中可能存在的巨大熱和振動波動。

致力于信息技術的美國公司CACI開發了一種基于FSOC激光的終端，稱為緊湊型衛星間通信和數據鏈路(CICADA)。計劃用于CACI FSOC系統的一些應用，包括獵戶座ArtemisⅡ月球任務，在該任務中，它將用于展示繞月軌道上的宇宙飛船的寬帶數據能力。

英特爾公司正致力于開發低功耗處理器，以滿足BACN項目小于100 W的功耗要求。以所需的數據處理速度實現這一點具有挑戰性，一種方法可以是使用許多小芯片。

小結

據估計，未來十年將有10到數千顆低地球軌道衛星被發射到太空。OISL和使用人工智能的智能路由工具可以將衛星星座轉變為智能網狀網絡，使其具有彈性和高效率。BACN項目設想的低成本、高數據速率和“多語言”終端可以跨越低地球軌道星座運營商使用的各種不同協議進行通信，可以推動下一代天基互聯網的創建。