星击计划的通信下行链路

突破星击（Breakthrough Starshot）是一项在下一代内将帆式航天器推进至半人马座 Alpha 的倡议。当帆式航天器以 0.2 c 穿越半人马座 Alpha 时，它通过成像行星与收集其他科学数据来寻找生命迹象。穿越后，直径 4.1 米的帆式航天器将其数据下行链路至地面接收机。本工作估算了 1.02 {\mu}m、100 瓦激光被 30 米望远镜在 1.25 {\mu}m 接收的原始数据率。在计入光学增益（+296 dBi）、常规损耗（-476 dB）、相对论效应（-3.5 dB）与链路余量（-3.0 dB）后，望远镜每秒从帆式航天器接收 288 个信号光子（-133 dBm）。对于这一光子匮乏的泊松信道，其等效噪声带宽为 0.1 nm、探测器量子效率为 90%、采用 1024 进制 PPM 调制、原始误码率为 10^-3，原始数据率为 260 bit/s（硬判决）至 1.5 kbit/s（理想）原始数据率，即每年 8-50 Gbit。该速率受噪声减缓，尤其是当帆式航天器接近恒星时，半人马座 Alpha A 的星光经大气与接收光学散射入探测器的噪声。由于这是飞越任务（帆式航天器不在半人马座系统中停留），半人马座 Alpha 相对于地球的自行为在穿越后使其远离帆式航天器，噪声在数天至数周内消退。下行链路可在穿越后最快一天恢复，起始为 7-22 bit/s，并在 4 个月后达到近全速。通过在接收望远镜上使用日冕仪，可更早达到全速下行链路。