ミニチュア衛星は、電波の代わりにレーザーを使用して高レートのデータを送信できます

• 新しいレーザーポインティングシステムは、より少ないオンボードリソースを使用して、はるかに高いレートでCubeSatsのダウンリンクデータを支援する可能性があります。
• システムは、地上の受信機にレーザーを向ける小型の操縦可能なミラーで構成されています。

過去20年間で、2,000を超えるCubeSat（10 * 10 * 10センチメートルのキュビット単位の倍数で構成される小型衛星）が宇宙に打ち上げられ、打ち上げられる予定です。単一のCubeSatは通常1.33キログラムよりも軽く、電子機器と構造に市販の機器を使用しています。

CubeSatは、展開のコストを削減し、残りのロケットとペイロードへのリスクを最小限に抑え、多くの場合、複数のロケットでの打ち上げに適しています。従来の大型宇宙船よりも開発と打ち上げが手頃なため、衛星技術に革命をもたらしました。

しかし、過去数年にわたって、これらの小型衛星は、大量のデータを地球に効率的に転送するのに苦労してきました。それらのサイズと電力の制約が、この問題の背後にある2つの主な理由です。

ハイパースペクトルイメージャやマルチバンド放射計など、よりデータ集約的で複雑なコンポーネントが小型衛星に組み込まれると、ダウンリンクの需要は、従来の無線周波数通信を使用できなくなるまで急速に増加する可能性があります。

現在、衛星は電波を利用して地上局にデータを送信しています。宇宙のほとんどすべての主要な衛星には、大量のデータを大規模な地上アンテナに迅速に送信するための高周波無線帯域が割り当てられています。高速データ伝送をサポートするために必要なより大きな機器に対応できます。

一方、CubeSatsはサイズが比較的小さく、高周波無線帯域へのアクセスが制限されています。また、これらの衛星は、高速データダウンリンクに適した電力を消費する送信機に対応できません。

解決策：レーザーポインティングシステム

現在、MITの研究者は、これらの小型衛星用に、より少ない搭載リソースを使用してはるかに高速でデータをダウンリンクできるレーザーポインティングシステム（ルービックキューブとほぼ同じサイズ）を考案しました。

これにより、地上局を通過するCubeSatは、各フライバイでテラバイトのデータを送信できるようになります。このレーザーポインティングシステムを軌道上の複数のCubeSatに採用すると、グローバルでリアルタイムのカバレッジを実現できます。

参照：光学工学| doi：10.1117 / 1.OE.58.4.041605 | MIT

レーザーははるかに多くのデータを運ぶことができますが、レーザーに基づく通信システムは例外的な課題を提示します。レーザービームは非常に狭いため、地上の受信機に正確に向ける必要がありますが、これは音ほど簡単ではありません。

新しいレーザーポインティングプラットフォームは、ダウンリンクに必要な時間とエネルギーを最小限に抑えながら、より高い伝送速度を実現します。これは、レーザービームに面し、レーザーがミラーから宇宙空間に、そして地上のアンテナに向かって跳ね返ることができるように配置された、小型で操縦可能な微小電気機械システム（MEMS）ミラーで構成されています。

追加のビーム

これらのミラーにはいくつかの利点があります。たとえば、衛星全体がわずかにずれていてもミラーの位置を修正できますが、レーザービームを向けている場所に関するフィードバックは提供されません。

新しいレーザーポインティングプラットフォーム|クレジット：MIT

このような状況に対処するために、研究者はシステムに追加のレーザー波長を組み込みました。ミラーの位置を自動的に調整して、レーザーを地上の受信機に向けます。

レーザーポインティングシステムは、異なる波長（色）のキャリブレーションビームをデータビームに追加します。これで、ミラーで反射する2つのビームがあります。2つ目のビームは、ダイクロイックビームスプリッターと呼ばれる光学要素を通過します。これにより、キャリブレーションビーム（特定の波長、つまり追加の色）がデータビームから離れるように偏向されます。

レーザーが地上アンテナに向かって移動している間、偏向されたビームは車載カメラに向けられます。カメラは、地上アンテナからのビームも受信します。

読む：新しい最速の光ファイバーは1ペタビット/秒を送信します

次に、システムはこれらの両方のビームを一致させ、両方がカメラのセンサーの同じ場所に着地した場合、オンボードのMEMSミラーは完全に位置合わせされます。それ以外の場合は、カスタムアルゴリズムを使用して、ミラーを正しい位置に傾けます。