研究紹介

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光衛星通信技術の研究支える研究

地球観測衛星からの取得データ伝送速度の向上、データ量の増大を目的として、光データ中継システム(JDRS*)の開発が始まっています。

本研究は、多様なユーザが光データ中継サービスを利用可能とし、観測衛星等の低軌道衛星の意義価値向上を実現するため、光通信機器の小型・軽量化を目指すものです。

ユーザ伝送レートをJDRSの1.8Gbpsの2~4倍に高速化する高効率・高出力光増幅器、さらに将来的には、宇宙探査においてデータ伝送量の向上(月探査データの伝送時には700Mbps以上)の実現を目指しています。

*JDRS(Japanese Data Relay System):光データ中継システム



研究の意義価値

宇宙インフラとしての高速データ伝送技術を獲得することで、観測衛星等の低軌道衛星の意義価値を向上させるとともに、光衛星通信にかかる産業競争力を強化します。また、はやぶさ(小惑星)やかぐや(月)のような探査衛星においては、より多くの画像・動画を得ることで、これまで知らなかった宇宙の姿を知ることにつながります。



研究の目標

本研究では、次の目標を設定し、研究を進めています。

高感度受信部(デジタルコヒーレント方式)評価実験系高感度受信部
(デジタルコヒーレント方式)
評価実験系
  • 将来型の光データ中継システム(JDRS)において、衛星の負担軽減の実現
  • ユーザ伝送レートを2~4倍に高速化するための、高効率・高出力光増幅器や高感度受信技術の実現。
  • 国際標準化活動において我が国の技術を国際技術標準とすることで、産業競争力の強化。


宇宙光通信が創る高速宇宙通信ネットワーク


研究の概要

宇宙/衛星での光通信とは?

現在、衛星と地上のアンテナとの通信は、電波で行っています。

光衛星通信は、衛星との通信を、光(無線)で行うもので、先ずは静止衛星と地球観測衛星の間の通信、更に静止衛星と航空機との通信等の実現を目指しています。

(当面は、静止衛星と地上の間は、電波で通信します。雲が有ると、光では通信が出来ないからです。光での衛星-地上の通信の研究も、国内外で進められています。)

何のために?

電波は周波数によりその使い方が定められ、また干渉を避けるために、使用にあたって様々な制約が付きます。

更に、データ量の増大に対して、使用可能な帯域が限られる(20GHz帯で1.5 GHz)ため、通信速度の高速化が難しくなります。

一方、光は、電波と比べて桁違いに広い帯域(波長1.5μ帯で、10THz)を有し、また非常に絞ったビームを使用するため、干渉や傍受の恐れがありません。将来の宇宙での高速大容量通信の実現には、光の活用が不可欠です。

どうして研究が必要なの?

一方、非常に絞ったビームを使用することから、通信相手に正確に光を届けるために、高精度の指向技術(捕捉追尾技術)が必要です。高精度な駆動機構・光学系の技術が必要です。次に、45,000kmの距離での高速通信のために、高感度な受信技術と高出力は送信技術が必要です。

何れも、光衛星通信実現のために、新たに実現する必要がありました。



研究成果(より詳細な研究内容)

「きらり」(OICETS、 2005年打上げ)で確立された高精度捕捉追尾技術・高精度光学系技術の実績を踏まえ、光衛星通信の高速化、小型化を実現するため、以下の研究を行っています。

システム研究

変復調速度2.5Gbps(内、ユーザデータ領域は1.8Gbps)を可能とする、かつ宇宙用として実現可能な光データ中継システムの構築方法の明確にし、更なる高速化・小型化のための研究を継続しています。(*参考:発表論文等)。

静止衛星-低軌道衛星間の45,000km(地球の円周より長い!)を伝搬し、かつ2.5Gbpsの通信速度を、小型の光通信ターミナルで達成するために、以下の試作研究を行っています。

高感度受信部の研究[継続中]

地上の光ファイバ通信システムに用いられている復調技術、レーザ技術を活用し、衛星の運動に伴い発生するドップラーシフトの補正が可能な、高感度受信部の試作を行っています。

FY26までに、復調部を構成する、ドップラーシフト補正が可能な局発光源の試作(図1)や、受光部の試作を行い、復調部全体の試作を行っています。

図1 ドップラシフト補正が可能な局発光源 評価結果
図1 ドップラシフト補正が可能な局発光源 評価結果


高出力光増幅器の研究[継続中]

宇宙機器に必須な放射線耐性を、地上品よりも大幅に高める研究を、大学と共同で行っています。

精捕捉追尾機構の試作[完了]
試作した磁気駆動2軸精捕捉追尾系
試作した磁気駆動2軸精捕捉追尾系

捕捉追尾に係る装置の小型化のため、磁気駆動2軸精捕捉追尾機構を試作し、衛星搭載を想定した振動衝撃試験に耐えることを確認しました。



発表論文等

  • 電子情報通信学会 技術研究報告2014-37 「光データ中継システムの検討」
    荒木智宏、市川愉、谷島正信