レーザーでNASAデータを地上に出す

NASAは、天の川の人類の位置を調査するために、衛星、ローバー、オービターを打ち上げます。これらのミッションが目的地に到着すると、科学機器が画像、ビデオ、および宇宙に関する貴重な洞察をキャプチャします。宇宙および地上の通信インフラストラクチャにより、これらのミッションによって収集されたデータを地球に到達させることができます。しかし、地上局がそれを受信しなければ、これらのミッションによってキャプチャされた異常なデータは宇宙に閉じ込められ、地球上の科学者や研究者に到達することができません。

宇宙探査の黎明期以来、NASAのミッションは、この情報の転送を主に無線周波数通信に依存してきました。 NASAの宇宙ベースのレーザー通信リレーデモンストレーション（LCRD）は、レーザー通信を紹介します。これは、宇宙から地上にデータを通信する革新的な方法です。

光地上局（OGS）-1および-2として知られるLCRDの地上局は、カリフォルニア州テーブルマウンテンとハワイ州ハレアカラにあります。これらの遠隔地の高地は、晴天のために選ばれました。レーザー通信はデータ転送速度を向上させることができますが、雲や乱気流などの大気の乱れは、レーザー信号が地球の大気に入るときにレーザー信号を混乱させる可能性があります。

NASAのゴダードスペースフライトセンターのロンミラーは、次のように述べています。 「それは約10,000フィート上にあるので、山頂の下で発生する多くの大気と天気の上にいます。頂上で晴れた日を過ごし、山の中点付近で曇りがちになることはよくあることです。」

NASAの通信エンジニアは、気象パターンが通常互いに補完し合うため、これらのサイトを選択しました。カリフォルニアのOGS-1が曇っているとき、ハワイのOGS-2は晴れている傾向があり、その逆も同様です。雲量を監視し、使用するステーションを決定するために、商業パートナーのノースロップグラマンは、ハレアカラの気象条件を監視する大気監視ステーションを提供しました。この監視ステーションは、ほぼ自律的に1日24時間、週7日稼働しています。 OGS-1には、TableMountainでも同様の気象監視機能があります。

これらの場所は通常晴天ですが、NASAのエンジニアは、OGS-1およびOGS-2が受信するデータに対する大気の乱気流の影響を減らすために作業する必要があります。これを行うために、両方のステーションは補償光学の力を活用します。

「補償光学システムは、センサーを使用して、宇宙船から降りてくる電磁信号の歪みを測定します」と、南カリフォルニアにあるNASAのジェット推進研究所のOGS-1開発および運用マネージャーであるトムロバーツは述べています。 「その歪みを測定できれば、その歪みを変形可能なミラーに通して、その形状を変化させ、大気が引き起こす収差を取り除くことができます。これにより、素晴らしく手付かずの信号を得ることができます。」

OGS-2はLCRDミッションのために特別に開発されましたが、OGS-1は、以前のレーザー通信のデモンストレーションに使用されたJPLの光通信望遠鏡研究所を拠点としています。 OGS-1をLCRDサポートに対応させるには、エンジニアは地上局をアップグレードする必要がありました。そのようなアップグレードの1つは、ミラーを交換して反射率を高め、レーザーを強化することでした。

ミッションサポートの前に、LCRDはテストと実験を行うために約2年を費やします。この間、OGS-1とOGS-2はシミュレートされたユーザーとして機能し、あるステーションからLCRDにデータを送信し、次に次のステーションにデータを送信します。これらのテストにより、航空宇宙コミュニティはLCRDから学び、レーザー通信システムの将来の実装のために技術をさらに洗練することができます。実験段階の後、LCRDは宇宙空間でのミッションをサポートします。国際宇宙ステーションのターミナルのようなミッションは、LCRDにデータを送信し、LCRDはデータをOGS-1またはOGS-2に送信します。

LCRDは、国防総省の宇宙試験プログラムSatellite-6（STP-Sat-6）でホストされているペイロードです。 LCRDはレーザー通信のペイロードですが、宇宙船は引き続き地上への無線周波数接続を備えています。ニューメキシコ州ラスクルーセス近くのホワイトサンズコンプレックスにある地上リンクターミナル（PGLT）へのペイロードは、追跡、遠隔測定、およびコマンドデータを電波を介して宇宙船に通信します。 NASAは、ホワイトサンズにあるLCRDのミッションオペレーションセンターから、LCRDの地上要素（OGS-1、OGS-2、PGLT）を管理しています。

「ミッションオペレーションセンターはLCRDシステムの中心的な頭脳です」と、NASAゴダードのLCRDの地上セグメントマネージャーであるミリアムウェナーステンは述べています。 「ペイロードと3つの地上局すべての構成を同時に調整し、さまざまな光サービスとリンクをスケジュールします。」

地上のインフラストラクチャがなければ、並外れた科学と探査のデータは地球上の研究者には届きません。 LCRDの地上セグメントは、ミッションの成功に不可欠であり、エンジニアにレーザー通信をテストおよび改良する機会を提供します。次に、LCRDは、ミッションが宇宙の衛星や探査機から収集した洞察に前例のないアクセスを提供する、レーザー通信の新時代の到来を告げるでしょう。