2005년 12월 9일
우주항공연구개발기구 (JAXA)

우주항공연구개발기구 (JAXA)와 유럽우주기관 (ESA)은 2005년 12월 9일, JAXA의 광위성간통신실험위성 (OICETS)과 ESA의 선단형 데이터 중계실험위성 「아르테미스 (ARTEMIS)」와의 사이에서 레이저 광에 의한 쌍방향 광위성간통신실험에 성공하였다. 쌍방향에서의 광위성간통신은 사상 최초가 된다.

이번 실험 성공에 의해 궤도상 레이저광의 포착추적기술을 중심으로 한 요소기술의 습득 및 미래의 데이터 중계위성에 필수가 되는 데이터 전송속도 · 통신용량의 향상과 통신기기의 소형 · 경량화의 실용
화를 향한 데이터 취득이 가능해진다. 또한 ESA와의 국제 협력에 의한 실험실시는 미래의 국제상호운용에 관한 기술습득이라고 하는 점에서도 커다란 성과가 된다.

광위성간통신은 약 4만km나 떨어져, 각각 별도의 궤도를 초속 수km의 속도로 움직이는 위성끼리가 레이저광을 송수신하는 통신으로 이 같은 위성끼리의 레이저광에 의한 통신을 비유하면 도쿄역에서 후지산 정상의 바늘구멍을 통과하는 정도의 고도한 기술이다. 또한 레이저광을 사용하는 것에 의해 전파처럼 간섭을 일으키지 않기에 안정된 통신을 할 수 있는 것과 위성에 탑재될 기기가 소형경량화할 수 있다는 것, 동시에 전송속도가 향상하기 위해서 대용량의 데이터를 원활하게 주고받을수 있는 등의 장점이 있다.

「키라리」의 광위성간 통신기술은 저고도 지구주회위성과 데이터 중계위성 (정지위성)과의 사이의 통신으로서, 지구관측위성에서의 글로벌한 데이터 취득등, 미래에 다양한 우주활동을 유지하는 중요한 기술로서 기대되고 있고, 앞으로도 요소기술의 실증과 우주 환경하에서의 성능 확인등의 실험을 실시할 예정이다.

[참고]
키라리 (OICETS) 소개 비디오
별첨1. 광위성간 통신실험위성 「키라리」 (OICETS)에 관해서
별첨2. 첨단형 데이터 중계기술위성 「아르테미스」에 관해서
별첨3 「키라리」의 실험성공에 의해 앞으로 기대되는 위성간통신기술의 발전

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별첨1.

광위성간통신실험위성 「키라리」(OICETS)에 관해서

광위성간통신실험위성 (OICETS : Opitcal Inter-orbit Communications Engineering Test Satellite) (OICETS)은 ESA(유럽우주기관)의 첨단형 데이터 중계기술위성 「아르테미스」와의 사이에서 실증실험을 하는 것을 목적으로 2005년 8월 24일에 드네프루 로켓에 의해 바이코누르 우주기지에서 발사되어 「키라리」라고 명명되었다.

키라리는 통신회선의 확립을 위해 상대 위성에서 입력 레이저광을 소정의 정밀도로 포착하는 「포착」통신회선의 유지를 위해 1마이크로 라디안 이내의 정밀도로 입력 레이저광을 수신하는 「추적」 및 레이저광을 그 도달시점에서 상대 위성의 위치를 향해 정확하게 송신하는 「지향」등의 기술개발을 지향하고 있다. 또한 미소진동측정장치를 이용하여 위성에 탑재되어 있는 각종 구동기기의 진동이 광위성간통신실험에 미치는 영향을 평가한다.

「키라리」가 시도하는 광위성간 통신 거리는 약 4만km나 떨어져 있는데, 각각 별도의 궤도를 초속 수km의 속도로 움직이고 있다. 그 같은 인공위성끼리의 레이저광에 의한 통신을 비유하면 도쿄역에서 후지산 정상의 바늘구멍을 통과하는 정도의 고도한 기술이라고 할 수 있다. 본격적인 우주시대를 향한 기반기술을 육성하기 위해서 「키라리」는 빛의 정확한 컨트롤 기술을 실증한다.



LUCE : Laser Utilizing Communication Equipment

「키라리」에 탑재되어 있는 미션기기, 광위성간통신기기 (LUCE)는 위성의 반지구면에 탑재한 광학부와 위성내부에 탑재한 전자회로부로 나뉜다. 광학부는 2축 gimbal, 고이득광 안테나, 내부광학부로 구성되며, 내부광학부에는 고출력 반도체 레이저, 고감도 신호 검출기등의 광학소자가 탑재되어 있다.

광위성간 통신에 이용되는 레이저 광의 빔 확장각은 수 마이크로 라디안 (약 1만분의 1도)정도로, 1km로 수 mm 펼쳐질뿐이다. 이 같은 레이저광을 이용한 통신기기의 개발, 성능평가를 위해서 다양한 개발시험이 실시되었다. LUCE 개발에서는 아르테미스에 탑재된 광위성간 통신기기의 시험에 사용된 장치와 똑같이 설계에 기초한 시스템 광학특성시험장치를 정비하고 LUCE의 far field 패턴, 파면정밀도, 편파등의 특성을 측정하고 양쪽 인터페이스를 확인하였다. 또한 LUCE 개발을 모델을 모로코해 테네리페 섬에 있는 ESA 광지구국에 가지고와, 정지궤도상에 있는 「아르테미스」와의 사이에 38,000km 이상의 거리를 두고 쌍방향 통신에 성공하였다.

광통신포착 시퀀스


1. 「아르테미스」는 통신광보다도 빔폭이 넓은 beacon을 조사하면서 「키라리」가 존재한다고 예측되는 영역을 스캔한다. 「키라리」는 「아르테미스」가 존재한다고 예측되는 방향을 향해 beacon을 기다린다.

2. 「키라리」는 「아르테미스」에서 beacon을 검출 후, 바로 「아르테미스」를 향해 통신광을 조사한다.

3. 「아르테미스」는 「키라리」에서 통신광의 검출후, beacon의 스캔을 정지한다. 그 후 「키라리」를 향해 통신광의 조사를 개시하고beacon 조사를 정지한다. 「키라리」는 「아르테미스」에서 통신광을 수신한다.

4. 광위성간통신의 개시를 위해서 각 위성은 서로에 통신광을 계속적으로 조사하면서 상대 위성으로의 지향정밀도를 향상시킨다.

별첨2.

첨단형 데이터 중계기술위성 「아르테미스」에 관하여

유럽 우주기관 (ESA)의 첨단형 데이터 중계기술위성 「아르테미스」 (ARTEMIS)는 고도한 위성간통신실험, 육역이동체통신실험등을 목적으로 한다.

2001년 7월 12일에 아리안 5로 발사되었지만, 로켓의 상단 실패로 인해 정지궤도의 투입에 실패하였다. 위성의 드리프트보정제어용 전기추진에 의해서 정지궤도로의 천이를 시도 1년반의 오퍼레이션 끝에 2003년 1월 31일 정지위성으로의 천이를 완료하고, 지구관측위성 Envisat과의 통신실험을 같은해 3월 19일에 성공하였다.

「아르테미스」는 2001년 11월 20일에 ESA의 데이터 중계기술위성 「SPOT4」에서 광통신 실험에 의한 데이터 수신을 성공하였다.

아르테미스 궤도상 상상도

※ 발사시 중량 3.1톤
※ 안테나 전개시 형상 25m×8m×4.8m
※ 궤도정지 (동경 21.5도)
※ 설계수명 10년
※ 미션 ? 광위성통신
- 데이터 중계 (S/Ka 밴드)
- 육역이동체 통신 (L 밴드)

별첨3

「키라리」의 실험성공에 의해 앞으로 기대되는 위성간통신기술의 발전

「키라리」가 실시한 광위성간통신실험에 의해 확립된 기술은 위성을 이용한 고속 · 대용량 통신기술의 발전에 크게 기여할 것으로 예상된다. 예를 들어 「키라리」처럼 빛을 이용한 위성간통신을 시행한 경우, 통신속도를 전파 (Ka대)를 사용한 것의 10배 로 설정할 경우에도 사용하는 안테나의 크기는 13분의 1로 끝나게 되고, 더욱이 소비전력
도 절반으로 끝나게 되는 등, 종래의 전파를 이용한 위성간통신 시스템과 비교하여 대폭적인 통신의 대용량화, 소형화 및 경량화가 가능해진다.

또한 심우주탐사를 목적으로 한 탐사기는 보다 소형 · 경량화하는 것이 요구되지만, 「키라리」의 기술은 탐사기의 소형 · 경량화와 함께 심우주로 뛰어든 탐사기로부터 보다 상세한 데이터 취득이 가능해
진다.

그 외, 광위성간 통신은 전파와 비교하여 지향성이 매우 높기 때문에, 제3자로부터 방수(무전을 제3자가 수신함)되기어렵다고 하는 장점도 있다. 앞으로 「키라리」의 광위성간통신기술이 다양한 우주기에 탑재되어 갈 것으로 기대된다.