前言
太空产业正在经历惊人增长，2021年产值达到3885亿美元，预计到2026年将达到5408亿美元（Research and Markets数据）。推动这一扩张的关键驱动因素包括发射成本下降、对卫星互联网连接性需求增加、太空旅游崛起、轨道制造业发展和气候监测应用需求增加。
催生新太空产业创新的关键技术是光子技术。从通信导航到探测成像，光电子芯片技术使得面向恶劣太空环境的微小化、精确、可靠和高效解决方案成为可能。随着人类进一步踏入太空，光电子技术作为一盏不可或缺的明灯指引前进道路。
图1. Exail公司基于光纤陀螺仪的铌酸锂（LiNbO3）调制器的可靠性源自该公司在光纤陀螺仪领域的核心专长，其中一些陀螺仪已经在30多颗卫星上运行了600多万小时，从未出现故障。图片由Exail提供。
卫星和互联
卫星星座正引领这场冲锋，提供全球高速互联网接入。SpaceX已部署4000多颗Starlink卫星，截至2023年5月用户达150万。激光星间链路比射频链路提供更高速度和带宽。基于1064nm 激光器的自由空间光通信终端在卫星和地面站之间交换数据。
亚马逊计划在2029年前发射3000多颗卫星，目标覆盖全球95%。中国计划建立由1.3万颗卫星组成的政府运营星座。随着卫星数量占轨道物体总数的67%以上，有效空间流量管理对于防止碰撞很重要。
图2. 陆基光电子芯片技术已经有几十年时间精炼自身，以实现更加紧凑、可靠和节能的太空解决方案。例如，瑞士电子与微技术中心（CSEM）基于其在陆地应用方面的专业知识开发了适用于太空的解决方案，比如其为英国萨里太空中心（Surrey Space Centre）主导的“Remove-DEBRIS”任务提供的基于视觉的导航传感器。图片由CSEM提供。
激光器组件和对接传感器
激光器使得航天器对接更加精确，用于轨道物流，如维修、加油和复位位。瑞士CSEM开发激光雷达和传感器进行导航，利用从“Remove-DEBRIS”飞行器维修任务中获得的专业知识。紧凑的激光发射器和处理器必须抵御辐射，同时提供姿态估计。
来自法国Exail的光学调制器调制通信激光束。Exail的铌酸锂调制器最初是为光纤陀螺仪开发，提供了经过太空验证的可靠性。来自瑞典RISE研究所的电吸收调制器使得地面终端的尺寸/功率要求较低的非对称链路成为可能。
光学收发器和组件
集成光学的光学收发器缩小了通信系统的体积。 MBRYONICS 的56Gbps TeraBIX收发器集成了抗辐射电子器件和共封装光学器件 （CPO）。陆基使用的相干检测技术被改进用于太空，提供更高的灵敏度。光电子芯片技术是实现这些系统的关键。
加拿大Iridian光谱技术公司的多光谱滤光片使得使用一个探测器同时观测不同波段的地球成为可能，这对于从太空监测农业、天气和环境现象至关重要。色散滤光片可以分离和重组激光通信光束。所有组件必须提供小体积、轻量和低功耗性能，同时具有极高的可靠性。
图3.瑞典RISE研究所开发的电吸收调制器实现了适合自由空间光通信终端的低重量和低功耗。图片由RISE研究所提供。
地球观测和图像传感
卫星对地观测支持气候科学和农业等行业。ASE Optics为小卫星开发短波红外光学组件，通过光谱成像提供定制灌溉建议。First Light Imaging提供可定制的可见光和红外线太空摄像机，用于跟踪激光通信光束和温室气体监测。 IMEC应用其CMOS和光电子芯片专业开发需要在轨光谱探测的项目。
图4.法国First Light Imaging公司专门从事可见光和红外线科学摄像机，应用于波前检测和天文学。该公司提供标准和可定制的短波红外线摄像机解决方案，包括高速激光束检测用于自由空间光通信和信标光束跟踪，以及对地观测和温室气体检测。图片由First Light Imaging提供。
总结
从提供前所未有互联性的巨型卫星星座，到延长资产使用寿命的服务飞行器，光电子芯片技术构成推动这些创新的关键基石。尽管轨道拥挤和空间政策演变等挑战依然存在，但行业和政府持续合作可以克服障碍，推动新太空产业高速发展。支撑所有这一切，通用且坚实的光电子芯片技术解决方案随时可以开辟新的视野。
参考文献
[1] Photonics Paves a Path to the Emerging New Space Sector：https://www.photonics.com/AMP/AMP_Article.aspx?PID=5&AID=69600
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