TX086 より早く、より大量に、より正確にを目指すコミュニケーションテクノロジー

　以前防衛関連技術情報でもお伝えしましたが、今回は、テキサス便りとして、今NASAが取り組んでいる双方向レーザー通信技術開発の最新情報記事をお伝えします。

NASA レーザー通信の将来

The future of NASA’s laser communicationsby Kendall Murphy for GSFC News、Greenbelt MD (SPX) Aug 12, 2022

　NASAは、地球との間の情報伝達にレーザーを使用しています。目に見えないビームを使用して上空を横断し、テラバイト単位のデータ（写真やビデオ）を送信し、宇宙に関する知識を高めています。これはレーザー通信、または光通信と呼ばれるもので、目に安全な赤外線ビームは人間の目には見えません。

　ワシントンのNASA本部で宇宙通信とナビゲーション（SCaN）の副管理者兼プログラムマネージャを務めるBadri Younes氏は、「我々は、レーザー通信が今後数年間に提供するであろう期待に胸を躍らせています」、「これらのミッションとデモンストレーションはNASAの新しい光の10年の始まりを告げるものであり、NASAは他の政府機関や民間セクターと協力して、宇宙探査のための将来の通信能力を劇的に拡大し、活気に満ちた強固な経済機会を可能にします」と述べています。レーザー通信システムは、従来の電波通信に比べてデータ転送速度が向上し、一度の通信でより多くの情報を送受信することができます。さらに、より軽量で柔軟性があり、安全性も高いシステムです。レーザー通信は、現在NASAのほとんどのミッションが使用している無線周波数通信を補完することができます。

レーザー通信リレー実証機　Laser Communications Relay Demonstration (LCRD)

　2021年12月7日、レーザー通信の能力を検証するため、レーザー通信リレー実証機（LCRD）が地球から約22,000マイルの軌道に打ち上げられました。LCRDは、同機関初の双方向レーザーリレーシステムの技術実証です。LCRDが軌道に乗った今、NASAのレーザー通信の進歩は続いています

LCRDエクスペリメンタープログラム（LCRD Experimenters Program）

　2022年5月、NASAはLCRDが実験を行う準備が整っていることを認定しました。これらの実験は、ミッションの全体的な目標であるレーザーシステムのテストと改良を行っています。NASA、他の政府機関、大学、産業界から提供された実験は、レーザー通信信号に対する大気の長期的影響を測定し、将来のミッションへの技術の適用性を評価し、軌道上のレーザーリレー能力をテストしています。

　メリーランド州グリーンベルトにあるNASAのゴダード宇宙飛行センターのLCRD実験者プログラムのプロジェクトリーダーであるRick Butlerは、「我々は、いくつかの実験結果をほぼすぐに受け取り始めますが、他のものは長期的で、LCRDの2年間の実験期間中に傾向が現れるのに時間がかかるでしょう」また、「LCRDは、高帯域幅アプリケーションの運用オプションとして、レーザー通信に関する航空宇宙産業の疑問に答えるものですと」語りました。さらに、”このプログラムは、まだ新しい実験を探しており、興味のある人は誰でも連絡を取るべきです。”、そして、”我々は、レーザ通信コミュニティを利用しており、これらの実験は、国際機関、産業、学会のために光学がどのように機能するかを示すことになる。”とバトラーはのべています。NASAは、光技術を洗練し、知識を増やし、将来のアプリケーションを特定するために、新しい実験のための提案を受け入れ続けています。

　LCRDは、NASAのソーシャルメディアアカウントで共有される新年の抱負という形で、打ち上げ直後に一般から提出されたデータを中継する予定です。これらの決意は、カリフォルニアの地上局から送信され、LCRDの能力のもう一つのデモンストレーションとして、ハワイにある別の地上局へLCRDを通してリレーされます。

TeraByte InfraRed Delivery (TBIRD)

　最近、LCRDに続いて、TeraByte InfraRed Delivery（TBIRD）ペイロードが2022年5月25日、パスファインダー技術実証機3（PTD-3）ミッションの一部として、SpaceXのトランスポーター5乗機ミッションでケープカナベラル宇宙軍基地から打ち上げられました。TBIRDは、NASAがこれまでに達成した最高の光速である、毎秒200ギガビットのデータダウンリンクを展示します。

　TBIRDは、重要なデータや大規模な詳細画像を取得する地球近傍科学ミッションにレーザー通信がもたらす利点を実証することで、NASAの光通信注入を続けています。TBIRDは、1パスで何テラバイトものデータを送り返し、より高い帯域幅の利点を実証し、小型衛星でのレーザー通信の能力についてNASAにさらなる洞察を与えています。TBIRDはティッシュボックスほどの大きさです。

　「TBIRDプロジェクトマネージャーのBeth Keerは、「これまで私たちは、宇宙から地球へのデータの転送量という制約の中で、機器や宇宙船を設計してきました。「光通信を使えば、持ち帰ることのできるデータの量に関して、その制約を打破することができます。これはまさに画期的な能力です。

Integrated LCRD Low-Earth Orbit User Modem and Amplifier Terminal (ILLUMA-T)

　LCRD Low-Earth Orbit User Modem and Amplifier Terminal（ILLUMA-T）は、2023年初頭にSpaceX社の第27回国際宇宙ステーション商業補給ミッションのドラゴントランクで打ち上げられ、軌道上の実験室にレーザー通信をもたらし、そこで生活し働く宇宙飛行士に、より優れたデータ能力を与えるものです。ILLUMA-Tは、ステーション内の実験から情報を収集し、1.2ギガビット/秒でLCRDにデータを送信します。この速度では、長編映画を1分以内にダウンロードすることができます。LCRDは、この情報をハワイやカリフォルニアの地上局に中継します。

　「ILLUMA-TとLCRDは、低地球軌道から静止軌道への地上通信リンクを実証する最初のレーザーシステムになるために協力します” NASAゴダードのILLUMA-Tのプロジェクトマネージャ、Chetan Sayalは言いました。

Orion Artemis II Optical Communications System (O2O)

　オリオン・アルテミスII光通信システム（O2O）は、アルテミスIIミッションの間、NASAのオリオン宇宙船に搭載されて月面にレーザー通信をもたらせます。O2Oは、宇宙飛行士が50年以上ぶりに地球から月面に戻ってきたときに、高解像度の画像や映像を送信することができるようになる予定です。Artemis IIは、レーザー通信技術を実証する最初の有人月面飛行となり、1秒間に最大260メガビットのダウンリンク速度でデータを地球に送信します。

　「O2OプロジェクトマネージャーのSteve Horowitzは、「Artemisミッションに新しいレーザー通信技術を導入することで、我々は宇宙飛行士にこれまで以上にデータへのアクセス能力を与えることができます。データレートが高ければ高いほど、より多くの情報を地球に送ることができ、月探査機もより多くの科学を行うことができるのです。NASAのレーザー通信の試みは、深宇宙にも及んでいます。現在，NASAは，極端な距離と厳しいポインティングの制約に対してレーザ通信をテストすることができる将来のターミナルに取り組んでいます。レーザ通信を地球近傍ミッション、月、深宇宙で行うにせよ、光システムの導入は将来のNASAミッションに不可欠です。レーザ通信の高いデータレートは、探査や科学ミッションがより多くのデータを地球に送り返し、宇宙をより多く発見することを可能にします。NASAは、画像、ビデオ、実験からの情報を使って、地球近傍の探査だけでなく、火星やその先への将来のミッションに備えることができるようになります。

Tracking and Data Relay Satellite (TDRS)

The Tracking and Data Relay Satellite (TDRS) constellation consists of a number of geosynchronous (GEO) satellites (first generation, second generation and third generation satellites) distributed over the Atlantic Ocean, Pacific Ocean and Indian Ocean. They provide near continuous bent pipe information relay services to over 25 missions like the Hubble Space Telescope, the International Space Station and many of our Earth-observing missions like Global Precipitation Measurement, Terra and Aqua.

TDRS comprises the space segment of the government-owned portion of the Near Space Network. TDRS can provide near-constant communication relay links between its ground facilities (located in White Sands, New Mexico and Guam) and orbiting satellites below geosynchronous orbit.

Tracking and Data Relay Satellite (TDRS) Characteristics