NASA의 레이저 링크, 기록을 자랑하다

NASA, MIT 및 기타 기관의 연구원 그룹은 작년에 세운 기록을 두 배로 늘려 지금까지 가장 빠른 우주-지상 레이저 통신 링크를 달성했습니다. 초당 200기가비트의 데이터 속도로 위성은 지상국을 통해 단 한 번의 5분 통과로 2테라바이트 이상의 데이터(약 1,000편의 고화질 영화)를 전송할 수 있습니다.

NASA의 우주 통신 및 항법 프로그램의 항공우주 엔지니어인 Jason Mitchell은 "간단히 말하면 더 많은 데이터가 더 많은 발견을 의미하기 때문에 그 의미는 광범위합니다."라고 말합니다.

새로운 통신 링크는 지구 표면 위 약 530km 궤도를 도는 TBIRD(TeraByte InfraRed Delivery) 시스템을 통해 가능해졌습니다. 지난 5월 우주로 발사된 TBIRD는 지난 6월까지 캘리포니아에서 지상 기반 수신기를 사용하여 최대 100Gb/s의 다운링크 속도를 달성했습니다. 이는 대부분의 도시에서 가장 빠른 인터넷 속도보다 100배 빠르고, 전통적으로 위성 통신에 사용되는 무선 링크보다 1,000배 이상 빠릅니다.

지구상에서 가장 빠른 데이터 네트워크는 일반적으로 광섬유를 통한 레이저 통신에 의존합니다. 그러나 위성용 고속 레이저 기반 인터넷은 아직 존재하지 않습니다. 대신, 우주 기관과 상업용 위성 운영자는 가장 일반적으로 라디오를 사용하여 우주의 물체와 통신합니다. 레이저 통신에 사용할 수 있는 적외선은 전파보다 주파수가 훨씬 높기 때문에 훨씬 더 높은 데이터 속도가 가능합니다.

MIT Lincoln Laboratory의 항공우주 엔지니어이자 직원인 Kat Riesing은 "현재 궤도에 있는 위성은 다운링크할 수 있는 데이터의 양에 따라 제한되어 있으며 이러한 추세는 더 많은 능력을 갖춘 위성이 발사될수록 증가할 것입니다"라고 말합니다. TBIRD 팀. "국제 우주 정거장의 HISUI와 같은 초분광 이미저조차도 다운링크 속도 제한으로 인해 화물선의 스토리지 드라이브를 통해 데이터를 지구로 다시 전송해야 합니다. TBIRD는 지구의 기후와 자원에 대한 중요한 데이터를 수집하는 임무를 수행하는 데 큰 도움이 됩니다. 블랙홀 이미징과 같은 천체물리학 응용 분야도 마찬가지입니다."

MIT 링컨 연구소는 2014년에 우주선의 데이터에 접근할 수 있는 저비용, 고속 방법으로 TBIRD를 고안했습니다. 비용을 절감한 주요 방법은 원래 지상용으로 개발된 상용 기성 부품을 사용하는 것이었습니다. 여기에는 광섬유 통신용으로 개발된 고속 광 모뎀과 데이터를 보관하기 위한 고속 대용량 스토리지가 포함된다고 Riesing은 말합니다.

NASA의 PTD-3(Pathfinder Technology Demonstrator 3) 위성에 탑재된 TBIRD는 2022년 5월 25일 플로리다의 케이프 커내버럴 우주군 기지에서 SpaceX의 Transporter-5 차량 공유 임무를 통해 궤도로 운반되었습니다. PTD-3 위성의 무게는 약 12kg입니다. CubeSat은 두 개의 쌓인 시리얼 상자 크기이며 TBIRD 페이로드는 평균 티슈 상자보다 크지 않습니다. Mitchell은 "소형, 저전력, 고속 데이터 전송률의 광 트랜시버를 향한 업계의 노력 덕분에 소형 위성에도 적합한 소형 폼 팩터를 달성할 수 있었습니다"라고 말했습니다.

"현재 궤도에 있는 위성은 다운링크할 수 있는 데이터의 양에 의해 제한되며 이러한 추세는 더 많은 기능을 갖춘 위성이 발사될수록 증가할 것입니다." —Kat Riesing, MIT Lincoln Laboratory 항공우주 엔지니어

TBIRD의 개발은 여러 가지 어려움에 직면했습니다. 우선, 지상 구성 요소는 우주로 발사하고 작동하는 혹독한 환경을 견디도록 설계되지 않았습니다. 예를 들어, 장치가 우주에서 직면할 수 있는 극한의 온도를 시뮬레이션하는 열 테스트 중에 광 신호 증폭기의 섬유가 녹았습니다.

문제는 원래 의도한 대로 사용할 때 대기가 대류를 통해 앰프를 냉각하는 데 도움이 될 수 있다는 것입니다. 진공 시뮬레이션 공간에서 테스트했을 때 증폭기에서 생성된 열이 갇혔습니다. 이 문제를 해결하기 위해 연구원들은 증폭기 공급업체와 협력하여 대신 전도를 통해 열을 방출하도록 수정했습니다.

또한, 우주에서 지구로 전달되는 레이저 빔은 대기 효과와 기상 조건으로 인해 왜곡될 수 있습니다. 이로 인해 빔에 대한 전력 손실이 발생하고 결과적으로 데이터 손실이 발생할 수 있습니다.