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はじめに：なぜ深宇宙通信が重要なのか？
火星やそれ以上の距離に有人探査を行う未来を目指すNASAにとって、膨大なデータを地球に高速・確実に送る通信技術は不可欠です。現在使われている電波通信は距離が遠くなるほど遅延やデータ伝送速度の制限が大きくなります。そこで注目されているのが、レーザー光を使った「光通信」です。今回紹介するNASAの「Deep Space Optical Communications（深宇宙光通信）」技術は、火星までの数億kmにわたって通信が成立することを実証し、将来の宇宙探査に新たな可能性を示しました。
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1. 背景：宇宙通信の現状と課題
現在の宇宙探査通信は主に電波（ラジオ波）を使っています。電波は波長が長く、地球の大気や宇宙空間の影響を受けにくく安定していますが、
- 帯域幅が狭い
- 信号が弱まる距離制限がある
- 大量データの伝送が遅い
といった制約があります。これに対し、レーザー光は波長が短いため、
- 非常に狭いビームで信号を送れる＝干渉ノイズが少ない
- 高速で大量のデータ伝送が可能
という強みがあります。しかし、地球と探査機の距離が数億kmも離れていると細いレーザービームの照準をどれだけ正確に合わせられるかや、減衰した弱い光をどのように検出するかが大きな技術的課題でした。
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2. 技術の仕組み：NASAの深宇宙光通信の仕組み
NASAの技術デモでは、次の3つの要素が鍵となっています。
① レーザートランシーバー
小惑星探査機「Psyche」に搭載されたレーザートランシーバーは、地上から送信されるレーザー信号を受信し、正確な位置合わせを行いながら地球へレーザー信号を返送します。
② 地上施設のレーザー送受信システム
カリフォルニア州のジェット推進研究所（JPL）のTable Mountain施設にある3kWの強力レーザー送信機が、Psycheへ「ビーム位置の基準となるレーザービーコン」を照射。これがPsycheのトランシーバに自身の向きを測定させる目印となります。
③ 大口径望遠鏡による受信
光は非常に細く弱いため、大型望遠鏡（200インチ口径のパロマー天文台など）を使い、多数の光子（光の粒子）を集めて高速・高効率の検出器で信号に変換する仕組みです。
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3. 最新の進展：記録を超えた通信実験
2023年にPsyche探査機と共に打ち上げられたこの技術デモは、わずか1ヶ月後に地球へ信号を返送することに成功し、約2年間で65回も通信を行いました。
- 2023年12月には、約1,900万マイル（約3億km）の距離から267Mbps（メガビット毎秒）の超高精細動画のストリーミングに成功。これは一般家庭の高速インターネットと同等の速度です。
- 2024年12月には、地球から3億700万マイル（約3億1000万km）の距離から通信し、過去の光通信距離記録を更新しました。
- 実験では、合計13.6テラビットものデータが地上に送信されています。
さらに、レーザー光の「ハイブリッド通信」も試験され、光通信と従来の電波通信用のアンテナを同時制御する技術も検証されました。
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4. 応用例と将来の展望
この光通信技術の発展により、
- 火星表面やその他の惑星から高解像度の映像や科学データをリアルタイムに近い形で送信可能に。
- 将来の有人探査ミッションで、宇宙飛行士と地球の間での高速ビデオ通話や詳細なデータ解析が期待されます。
- 従来のラジオ通信と並行して使うことで、信頼性の高い通信ネットワークの構築も可能です。
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まとめ：宇宙探査を変える光通信技術の未来
NASAの深宇宙光通信技術は、火星クラスの距離でも高速大容量通信が実現可能であることを実証しました。理系の学生の皆さんには、光の性質や通信工学、システムの正確な制御技術といった幅広い分野の学びがこの技術にはつながっている点も興味深いでしょう。
今後は、より小型化・高効率化を進め、安定的なデータ伝送やリアルタイム通信の実現が期待されます。こうした技術は、将来の宇宙開発や地球の情報通信インフラにも応用される可能性が高く、皆さんもぜひ最新の研究動向や関連する光通信技術に注目してください。
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参考リンク
- NASA Jet Propulsion Laboratory: Deep Space Optical Communications (DSOC)
- NASA’s Deep Space Communications Demo Exceeds Project Expectations (Sep 18, 2025の記事)
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用語解説
- トランシーバー：送信と受信の両方ができる通信機器。
- ビット毎秒 (bps)：データの伝送速度を示す単位。Mbpsはメガビット毎秒（1秒間に百万ビットを送る速さ）。
- 光子：光の最小単位の粒子。通信ではこれに情報をのせて送る。
- ハイブリッド通信：複数の通信方式を組み合わせて使う方法。
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宇宙探査はまさに複数の理系分野が融合した挑戦の場です。ぜひ皆さんも技術の最前線に目を向け、将来の技術開発に関わることを目標にしてみてください。
