SpaceX上市后，低轨卫星激光通信为什么更值得关注？

自由空间光通信产业全球部署

现状

1. 数万台终端已在轨运行

SpaceX上市刚过一周，商业航天已经重新成为全球资本市场最热的科技故事之一。135美元的IPO发行价、750亿美元融资规模、约1.77万亿美元发行估值，再加上上市首日冲上这轮热度背后，Starlink(星链)的分量越来越重。从Starlink V3、星间激光链路，到轨道AI数据中心的长期设想，SpaceX正在把低轨卫星网络推向更高速、更密集的数据基础设施。2万亿美元以上的市值表现，都让市场重新审视低轨卫星互联网的长期价值。除了SpaceX星链，Amazon Leo、Kepler、Telesat Lightspeed，以及中国星网、千帆星座等项目都在加速推进低轨卫星网络建设。问题随之而来：当卫星开始通过激光在太空中互联，这些光学链路到底发展到哪一步了？背后的激光终端又需要怎样的测试和计量能力？

2021至2022年间，SpaceX开始在Starlink卫星上规模部署星间激光链路，将近地轨道卫星彼此连接，减少对地面站的依赖。这是自由空间光通信第一次真正进入大规模工程应用。

自由空间光通信，通常被称为FSO，即Free Space Optical Communication。它的基本原理可以简单理解为：用激光代替光纤，在空气或真空中传输数据。数据被调制到激光束上，通过发射端望远镜完成扩束和准直，再经过自由空间传播，由接收端望远镜收集并聚焦到探测器上。与传统射频通信相比，光通信具有更高的频率资源和更强的定向性，因此在低轨卫星星座、高速星间链路、地空通信和远距离高速数据传输中具有重要价值。

SpaceX的激光星间链路终端完全自主研制，属于垂直整合制造。根据公开信息，每颗Starlink卫星搭载3个光学星间链路(ISL)，速率最高达200Gbps。截至2026年6月，Starlink同时在轨卫星数量超过10,000颗⁽¹⁾，以每星3个终端估算⁽²⁾，在轨光学终端规模达数万台量级。这一规模在全球卫星激光通信史上没有先例。

SpaceX也已经开始将星间激光链路能力向外部开放。2024年，SpaceX总裁Gwynne ShoTWell在卫星行业会议上正式宣布，将以商业化方式向其他卫星公司销售这一技术，称其为”Plug and Plaser”⁽³⁾，已完成在轨测试，并与潜在客户展开洽谈。

图1: Starlink 激光星间链路概念示意图。

本图由 AI 基于公开资料生成，用于示意Starlink卫星通过光学星间链路实现空间中继互联的基本逻辑。

2. 全球部署现状

除Starlink之外，多个星座项目正在跟进部署或推进建设。

Amazon Leo

Amazon已完成两颗原型卫星之间100 Gbps级别的光链路在轨测试，并计划在超过3,000颗低轨卫星的星座中配置高速光学星间链路⁽⁴⁾。该项目于2025年11月正式更名为Amazon Leo，同步推出面向不同用户场景的系列终端产品。

Kepler Communications

Kepler通过搭载SDA兼容Tesat SCOT80光学终端的Pathfinder卫星完成星间光链路在轨验证，并计划构建面向在轨资产的实时数据中继网络。Tesat官方新闻稿明确确认了双方的SCOT80合作关系。⁽⁵⁾

Telesat Lightspeed

面向企业与政府通信市场，计划198颗卫星每颗搭载4条光学星间链路(由Tesat供应)⁽⁶⁾，构建低时延全球网状连接。Telesat目标在完成首批156颗卫星部署后于2028年开始商业服务，发射合同已与SpaceX签订。⁽⁷⁾

终端产业链

Tesat SCOT系列、Mynaric CONDOR Mk3、CACI CrossBeam空间光学终端等产品，正在从小批量工程样机走向更高产能制造。Tesat于2024年8月开设Backnang量产设施，月产能约100台。

图2. 代表性空间光通信终端产品概念整理图。

本图由 AI 基于公开资料生成，用于示意 Tesat SCOT 系列、Mynaric CONDOR Mk3、CACI CrossBeam 等代表性空间/自由空间光通信终端产品，不代表各公司官方发布的真实产品外观、尺寸比例或工业设计细节。

3. 国内进展：技术突破已有，规模量产尚早

国内空间激光通信的工程起步可追溯至2000年前后，2002年哈工大完成国内首套激光星间链路模拟实验系统。真正的在轨里程碑出现在2020年：

• 2020年5月，”行云二号”01星、02星发射入轨；同年8月，双星之间完成双向星间激光通信验证，实现我国卫星物联网星座星间激光通信零的突破⁽⁸⁾。

• 2025年3月，据公开报道，国内首次在轨星间400 Gbps超高速激光通信数据传输实验，是目前国内公开验证的最高星间传输速率。

• 2024年12月，长光卫星通过自研车载激光通信地面站与”吉林一号”平台02A02星完成国内首次星地激光100 Gbps超高速高分辨率遥感影像传输试验⁽⁹⁾。

中美产能尚有差异。SpaceX以垂直整合方式自制星间激光终端，按其发射节奏，年度装载光学终端数量达万台级，但SpaceX未公开具体产能数字。

图3: 2024年我国成功发射“千帆星座”首批组网卫星

截至2025年10月，国网GW与千帆星座合计发射组网卫星不足139颗，据行业估算，国内空间激光通信终端2025年出货量约600台，产值不足10亿元人民币。制约量产的直接因素之一，是国内低成本大运力火箭缺失，导致两大星座建设节奏受限，终端需求规模和量产动力均受影响。上述市场规模数字来自行业媒体估算，非官方统计，供参考⁽¹⁰⁾。

4. FSO的工程本质

一个典型FSO终端通常包括：激光器、IQ调制器、准直光学组件、发射望远镜、带通滤光片、短波红外探测器，以及指向、捕获与跟踪（PAT）系统⁽¹¹⁾。

图4. FSO终端组成，本图由 AI 基于公开资料及相关文献内容整理生成。

激光通信与射频通信在物理约束上有根本差异：激光的方向性极强，发散角极小，这是其频率资源丰富、传输速率高的基础，同时也意味着发射端任何微小的波前误差、准直偏差或发散角增大，都会在远场被放大，最终转化为接收端可收集功率的实质损失。对于跨越数千公里的星间链路，这种放大效应的代价是具体且可量化的。

图5. FSO通信与PAT机制原理示意图。本图由AI基于公开资料及相关文献内容整理生成，用于示意自由空间光通信的基本链路结构及Pointing, Acquisition and Tracking机制。

当FSO终端进入规模化制造和系统集成阶段，工程团队面对的问题会更加具体:

➡ 发射端的光束是否真正准直？

➡ 扩束望远镜是否引入了像散或离焦？

➡ 带通滤光片是否在设计波长下带来额外透射波前误差？

➡ 完整发射链路输出的光束发散角是否满足远距离传输要求？

➡ 在温度变化、真空环境或机械应力下，波前状态是否会发生漂移？

这些问题无法只通过理论设计回答，必须通过实际测量来确认。

通信系统最终传输的是数据，但数据依附在光束上。光束的相位、强度、发散角、束腰位置和远场能量分布，都会影响这条链路的实际表现。

为什么波前误差会影响通信链路?

Phasics的光学计量方案

理想情况下，发射端输出的光束应当具有良好的准直状态和低发散特性。波前越接近理想状态，光束在远距离传播后越容易保持集中的能量分布。相反，如果光束在发射前已经携带明显像差，例如离焦、像散、倾斜或更高阶波前畸变，远场光斑会发生扩展或变形，接收端可收集到的有效能量也会下降。

在FSO系统中，波前误差可能来自多个位置。带通滤光片其基片质量、镀膜应力或装调状态可能引入透射波前误差。准直镜头和激光模块之间的装调偏差，会改变光束的残余发散和离焦状态。扩束望远镜或缩束系统的镜片、反射镜和机械结构，也可能在系统装配后引入像散、倾斜或口径内波前畸变。

因此，FSO终端的光学验证不能只停留在单个元件参数上。真正有价值的测量，需要覆盖从元件到子模块，再到完整发射端输出光束的整个链路。

第一层：元件级测试

在元件级，测量对象包括带通滤光片、窗口片、透射元件、反射镜和望远镜光学组件。核心指标是透射波前误差（TWE），以及通过双程测量得到的RMS、PV和Zernike像差分解。带通滤光片在功能上负责隔离信号波长、抑制背景光，但其基片质量、镀膜应力或装调状态均可能引入透射波前误差，影响整条链路的光束质量。

Phasics的Kaleo Kit模块化解决方案可用于构建双程波前测量配置，适合对滤光片、反射镜和望远镜光学组件进行表征。这类测试可以帮助工程团队在系统装配之前筛选和验证关键光学元件，减少后续模块调试中的不确定性。

第二层：子模块级计量

在子模块级，测量对象是组合在一起的功能模块。例如激光二极管与准直光学构成的激光模块，或者用于发射端的扩束望远镜和接收端的缩束系统。

这一阶段的核心问题是装调后的光学状态。单个镜片可能合格，但装配后的模块仍然可能存在残余离焦、像散、倾斜或准直误差。这些误差会直接影响出射光束的传播状态，并进一步影响最终系统的发散角和远场能量分布。

通过波前测量，工程师可以将这些误差量化。Zernike像差分析能够帮助定位主要误差来源，例如离焦、像散或倾斜，从而为模块装调和设计优化提供更直接的依据。

对于FSO终端制造商和光学模块供应商来说，这一层级的计量尤其重要。它连接了光学元件质量与系统最终性能，是从设计验证走向可重复装配的关键环节。

第三层：完整发射光束验证

在完整发射端测试中，测量对象是整个发射链路最终输出的光束。此时，波前误差仍然重要，但更加直接的系统级指标通常包括光束发散角、M² 光束质量因子、束腰尺寸与位置、强度分布和指向稳定性。

发散角直接决定远场能量分布，是FSO链路功率预算的核心参数之一。M²描述实际光束与理想高斯光束的偏差；束腰位置影响传播路径中的空间演化；强度分布反映能量集中程度是否异常。

对于更大口径或完整发射端口径级别的光束测试，KALAS模块化解决方案可以扩展测量能力，使波前与光束参数分析覆盖更接近实际系统输出的光束尺寸。对于空间和环境适应性验证，SID4-V真空兼容方案用于观察热变化或真空条件下的波前漂移，帮助评估光学终端在真实工作环境中的稳定性。

Phasics的波前测量可以在单次采集中同时获得相位和强度信息，覆盖上述三个层级的核心指标。相比多位置扫描方案，单次采集方式更适合快速测试和集成到生产环境。

面向1550 nm等电信波段应用，Phasics SID4-SWIR和SID4-SWIR HR可覆盖相关近红外通信波段，SID4-eSWIR 可进一步扩展到1.2 至2.2 µm。

结合Kaleo Kit、KALAS以及SID4-V真空兼容方案，Phasics可以为自由空间光通信中的滤光片测试、望远镜模块验证、发射端光束质量分析和环境稳定性评估提供完整的计量能力。

Phasics SID4-V 真空兼容波前传感器

Starlink和各低轨星座的商业扩张，让更多团队进入FSO终端的研发和制造。但行业热度最终会回到工程现实：每一束发射出去的激光，都需要经过整形、准直和验证；每一个滤光片、望远镜模块和发射端光束，都需要在实际工作波长和环境条件下被测量。

只有当光束质量可被量化、装调状态可被判断、系统漂移可被监测，FSO终端才能从实验室方案走向稳定部署和可重复量产。

自由空间光通信的未来，不只取决于卫星数量和发射能力，也取决于每一个光学终端能否稳定产生、传输和接收高质量光束。波前计量在这个层面发挥的作用，是让光束质量从设计假设变成可测量、可验证、可控制的工程指标。

欢迎关注Phasics（Exosens 集团）官方公众号，了解更多关于波前传感、自由空间光通信、激光光束质量分析及高精度光学计量的应用内容。 如您有自由空间光通信终端、光学星间链路、1550 nm波段光束质量分析、透射波前误差（TWE）测量或相关光学计量需求，欢迎与我们联系。

Reference:

[1] Starlink 官方技术资料：Starlink 星间激光链路与卫星通信技术。https://starlink.com/technology

[2] Reuters：SpaceX 将对外销售卫星激光链路技术，2024 年 3 月 19 日。https://www.reuters.com/technology/space/spacex-says-plans-sell-satellite-laser-links-commercially-2024-03-19/

[3] Amazon 官方资料：Project Kuiper 完成空间激光通信测试，2023 年 12 月.https://www.aboutamazon.com/news/innovation-at-amazon/amazon-project-kuiper-oisl-space-laser-december-2023-update

[4] Tesat 官方资料：Kepler 在轨验证 Tesat 光学通信终端。
https://www.tesat.de/news/blog/942-kepler-validates-tesat-optical-communication-terminals-in-orbit-for-kepler-network

[5] Tesat 官方资料：Tesat 为 Telesat Lightspeed 提供光学星间链路终端。https://www.tesat.de/news/press/941-tesat-selected-by-mda-space-to-deliver-oisl

[6] Via Satellite：Telesat Lightspeed 商业服务推迟至 2028 年，20260317.

https://www.satellitetoday.com/finance/2026/03/17/telesats-lightspeed-service-launch-slips-to-2028/

[7] Tesat 官方资料：Tesat 开启卫星激光通信终端量产.

https://www.tesat.de/news/press/1003-kretschmann-opens-series-production-in-backnang

[8] 中国国家航天局：《我国卫星物联网星座实现星间激光通信零突破》，2020 年 8 月 17 日。https://www.cnsa.gov.cn/n6758823/n6758838/c6809992/content.html

[9] 科技日报：《我国首次！星地 100 千兆比特每秒激光通信试验完成》，2024 年 12 月 28 日。https://www.stdaily.com/web/gdxw/2024-12/28/content_280059.html

[10] 2025商业航天 10 大新赛道空间激光通信终端。

[11] 《移动自由空间光通信中的捕获、跟踪与指向机制综述》，IEEE Communications Surveys 

https://web.njit.edu/~rojasces/publications/2018kayrocomst.pdf