통신 시스템은 우주에서 가장 빠른 레이저 링크를 달성합니다.

Dec 04, 2023

이전 이미지 다음 이미지

2022년 5월, 소형 CubeSat 위성에 탑재된 TBIRD(TeraByte InfraRed Delivery) 페이로드가 지구 표면 300마일 상공의 궤도로 발사되었습니다. 그 이후로 TBIRD는 캘리포니아의 지상 기반 수신기에 대한 광통신 링크를 통해 대부분의 도시에서 가장 빠른 인터넷 속도보다 100배 빠른 초당 최대 100기가비트의 기록적인 속도로 테라바이트급 데이터를 전달했습니다. 이 데이터 전송률은 전통적으로 위성 통신에 사용되는 무선 주파수 링크의 데이터 전송률보다 1,000배 이상 높으며, 우주에서 지상까지 레이저 링크를 통해 달성한 최고 수준입니다. 그리고 이러한 기록적인 속도는 모두 대략 티슈 상자 크기의 통신 페이로드에 의해 가능해졌습니다.

MIT 링컨 연구소는 2014년 TBIRD 임무를 저렴한 비용으로 과학 임무에 전례 없는 능력을 제공하는 수단으로 개념화했습니다. 오늘날 우주의 과학 장비는 일반적인 우주-지상 통신 링크를 통해 지구로 반환될 수 있는 것보다 더 많은 데이터를 일상적으로 생성합니다. 작고 저렴한 공간 및 지상 터미널을 통해 TBIRD는 전 세계 과학자들이 레이저 통신을 최대한 활용하여 꿈꿔왔던 모든 데이터를 다운링크할 수 있도록 지원합니다.

Lincoln Laboratory에서 설계 및 제작된 TBIRD 통신 페이로드는 NASA의 Pathfinder Technology Demonstrator 프로그램의 일부로 Terran Orbital에서 제조한 CubeSat에 통합되었습니다. NASA 에임스 연구 센터(NASA Ames Research Center)는 과학 기술 시연자들을 더 빠르고 저렴하게 궤도에 진입시키기 위한 CubeSat 버스(페이로드에 동력을 공급하고 조종하는 "차량")를 개발하기 위해 이 프로그램을 설립했습니다. 무게가 약 25파운드이고 쌓인 시리얼 상자 2개 크기의 CubeSat는 2022년 5월 플로리다의 케이프 커내버럴 우주군 기지에서 Space X의 Transporter-5 탑승 공유 임무를 통해 저지구 궤도(LEO)로 발사되었습니다. 광학 지상국은 다음과 같습니다. 대부분의 날씨가 산 정상 아래에서 발생하는 캘리포니아 테이블 마운틴에 위치하고 있어 레이저 통신을 위해 하늘의 이 부분이 상대적으로 맑습니다. 이 지상국은 TBIRD 전용 지상 통신 하드웨어를 제공하는 Lincoln Laboratory와 함께 NASA 제트 추진 연구소 광통신 망원경 연구소의 1미터 망원경과 적응형 광학 장치(대기 난류로 인한 왜곡을 보정하기 위해)를 활용합니다.

TBIRD 페이로드 및 지상 통신을 위한 실험실 프로그램 관리자이자 광학 및 양자 통신 기술 그룹의 보조 리더인 Jade Wang은 "우리는 이전보다 더 작은 패키지에서 이전보다 더 높은 데이터 속도를 입증했습니다."라고 말했습니다. "레이저를 사용하여 우주에서 데이터를 전송하는 것은 미래 지향적으로 들릴 수 있지만, 우리가 매일 사용하는 광섬유 인터넷 뒤에는 동일한 기술 개념이 있습니다. 차이점은 레이저 전송이 밀폐된 섬유가 아닌 개방된 대기에서 일어난다는 것입니다."

전파에서 레이저 빛까지

화상 회의, 게임, HD 영화 스트리밍 등 무엇을 하든 유리(때로는 플라스틱)로 만들어진 광섬유를 통해 실행되는 고속 데이터 링크를 사용하고 있습니다. 사람 머리카락 한 가닥의 직경 정도인 이 섬유는 케이블로 묶여 레이저나 기타 광원에서 나오는 빠른 속도의 빛 펄스를 통해 데이터를 전송합니다. 광섬유 통신은 매일 전 세계에 대량의 데이터를 빠르고 안정적으로 배포해야 하는 인터넷 시대에 가장 중요합니다.

그러나 위성의 경우 레이저 통신을 기반으로 한 초고속 인터넷은 아직 존재하지 않습니다. 1950년대 우주 비행이 시작된 이래로 임무는 무선 주파수를 사용하여 우주와 데이터를 주고받았습니다. 전파에 비해 레이저 통신에 사용되는 적외선은 훨씬 더 높은 주파수(또는 더 짧은 파장)를 가지므로 각 전송에 더 많은 데이터를 담을 수 있습니다. 레이저 통신을 통해 과학자들은 오늘날의 무선 주파수 시스템보다 100~1,000배 더 많은 데이터를 전송할 수 있습니다. 이는 전화 접속에서 고속 인터넷으로의 지상 전환과 유사합니다.