衛星の急速な増加に伴い、地球低軌道はますます混雑し、衝突のリスクが高まるとともに、無線周波数帯域の過負荷によりデータ伝送インフラへの負荷が増大している。このような状況において、レーザー通信技術は次世代宇宙探査における新たな接続性の方向性として注目されている。
過負荷軌跡
近年、地球を周回する衛星の数は非常に急速に増加している。2019年のスターリンク・システムの打ち上げにより、スペースXは現在10,200基以上の衛星を運用している。欧州宇宙機関（ESA）は、今後10年の終わりまでに、地球周辺で同時に運用される衛星は約10万基に達する可能性があると予測している。現在の衛星のほとんどは、電波を使って地上にデータを送信している。これは、携帯電話、Wi-Fi、Bluetooth、テレビなどにも使われている技術である。
しかし、電波は電磁スペクトル（自然界に存在する波や放射線の範囲）のごく一部しか占めていません。通信に利用できる無線周波数スペクトルの範囲は限られているため、国際電気通信連合（ITU）によって管理・割り当てられる必要があります。
英国サリー大学の衛星通信学教授であるバリー・エバンス氏は、ますます多くの衛星システムが同じ周波数帯で運用されるようになると、スペクトル過負荷が発生し始めると述べた。
例えば、StarlinkとEutelsat OneWebはどちらもKuバンド（約11～14ギガヘルツ）を使用して地上にデータを送信しているため、干渉や信号の重複のリスクが高まっている。現在、各社は周波数帯域の共有を調整したり、信号送信時間を調整したりする必要があるが、専門家はこれは一時的な解決策に過ぎないと考えている。
異なる高度で運用される衛星も信号干渉を引き起こす可能性があります。例えば、地上局が高度約1,200kmでOneWebからの信号を受信している場合、高度約500kmで飛行するStarlink衛星が受信エリアを通過すると、一時的な干渉が発生する可能性があります。この現象はインラインイベントと呼ばれます。宇宙からのデータが急速に増加している状況では、電波は高解像度ビデオ伝送、センサーデータ、グローバル衛星インターネットに対する長期的な需要を十分に満たすことができないと考えられています。
技術的な課題
こうした圧力に直面し、宇宙産業はデータ伝送にレーザーを利用する方向へと舵を切っている。宇宙空間を広く伝播する電波とは異なり、レーザーは非常に狭いビームで伝搬するため、他のシステムからの干渉をほとんど受けず、データ伝送速度の向上とセキュリティの強化につながる。
リトアニアのAstrolight社の共同創業者兼CTOであるダリウス・ペトロリオニス氏は、次世代衛星の多くがレーザーリンクを統合していると述べた。Starlinkネットワークでは、衛星間のデータ伝送は既に一部の宇宙空間接続でレーザーを介して行われている。しかし、レーザーは気象条件に非常に敏感であるため、衛星から地上へのレーザー通信は依然として大きな技術的課題となっている。雲、霧、水蒸気、あるいは空気中の温度変動はすべて信号を歪ませる可能性がある。
この制約を克服するため、各社は光干渉（AO）補償システムを開発している。このシステムにより、レーザー光はリアルタイムで大気変動に自己調整される。これらのシステムは通常、信号の歪みを測定する波面センサー、レーザー光を補正する歪みミラー、および高速制御コンピューターで構成されている。
NASAによると、システムによっては2種類の歪みミラーを並列に動作させ、一方のミラーが大きくゆっくりとした変形を処理し、もう一方のミラーが小さくて速い振動を処理するものもあるという。制御装置は毎秒約100～1000回の調整を行う必要がある。
5Gbpsのレーザーデータ伝送テストにおいて、137個の制御要素からなるAOシステムは、データエラー率を10⁻⁶未満（100万ビットのデータあたり1個未満のエラーに相当）に低減し、重大な不一致をほぼ完全に排除した。
レーザー伝送システムは、信号の歪みに加えて、大気乱流による光強度の変動にも対応する必要があります。一部のレーザー伝送ネットワークでは、人工レーザー星を用いて基準点を作成し、大気乱流のレベルを正確に測定しています。また、企業は光学ハードウェアに加え、AIや機械学習アルゴリズムを活用してコスト削減と信号処理の高速化を図っています。
NASAは最近、アルテミスII計画の一環としてオリオン宇宙船に搭載されたレーザー通信システムの試験に成功し、月近傍から地球へ100GBを超えるデータを送信した。一方、リトアニアの宇宙技術企業であるアストロライト社は、ESAの支援を受けてグリーンランドに初の光学地上局を建設中で、3基の実験用レーザー送信機を軌道上に打ち上げた。
光通信（レーザー通信とも呼ばれる）は、従来の電波の代わりに赤外線を用いて、衛星間または衛星から地上へデータを送信します。この技術により、データ伝送速度の向上、消費電力の低減、そして信号干渉のほぼ皆無が可能になります。
出典：https://www.sggp.org.vn/cuoc-dua-truyen-du-lieu-bang-tia-laser-post854231.html
コメント (0)