約4億6000万kmは、2つの惑星が最も離れているときの地球と火星の間の距離と同じだ。
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7月29日にこのマイルストーンに到達した直後、この技術実証は2023年10月13日に宇宙船Psycheで打ち上げられて以来の運用の第一段階を終了した。
カリフォルニアにあるNASAジェット推進研究所（JPL）のプロジェクト運営責任者であるMeera Srinivasan氏は、次のようにコメントする。
このマイルストーンは意義深いものです。レーザー通信には非常に高い精度が必要であり、Psyche の打ち上げ前には、最遠距離でどの程度の性能低下が見られるかわかりませんでした。現在、追跡と方向指定に使用している技術が検証され、光通信が太陽系探査の堅牢かつ革新的な方法になり得ることが確認されました。
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JPLが管理する深宇宙光通信実験は、飛行レーザートランシーバーと2つの地上局で構成される。
カリフォルニア州サンディエゴ郡にあるカリフォルニア工科大学のパロマー天文台にある、カリフォルニア工科大学の歴史的な5メートル口径のヘール望遠鏡は、レーザートランシーバーが深宇宙からデータを送信するダウンリンク局として機能する。
カリフォルニア州ライトウッド近郊のJPLテーブルマウンテン施設にある光通信望遠鏡研究所は、アップリンク局として機能し、7kWのレーザー出力を送信してトランシーバーにデータを送信できる。
レーザーは、無線周波数の最大100倍の速度でデータを伝送することで、複雑な科学情報や高解像度の画像やビデオの伝送を可能にする。これらは、宇宙飛行士が火星やその先へ旅するという人類の次の大きな飛躍を支えるために必要だ。
一方、宇宙船Psycheは健全かつ安定しており、イオン推進力を利用して火星と木星の間の主小惑星帯にある金属を豊富に含む小惑星に向かって加速している。
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目標を超える
この技術デモのデータは、近赤外線でエンコードされたビットとしてPsycheとの間で送受信される。近赤外線は電波よりも高い周波数を持っている。周波数が高いため、1回の送信により多くのデータを詰め込むことができ、データ転送速度を大幅に向上させることができる。
Psycheが地球に最も接近した火星と同程度の約5,300万km離れた地点にいたとしても、この技術実証ではシステムの最大速度である毎秒267メガビットでデータを送信できた。このビットレートはブロードバンドインターネットのダウンロード速度と同程度である。宇宙船が遠ざかるにつれ、予想通りデータの送受信速度は低下する。
6月24日、Psycheが地球から約 3億9000万km離れた地点（地球と太陽の距離の2.5倍以上）にいたとき、このプロジェクトは持続的なダウンリンク・データレート6.25メガビット/秒を達成し、最大レートは8.3メガビット/秒だ。
このレートは実験の最大値より大幅に低いものの、同等の電力を使用する無線周波数通信システムがその距離で達成できるレートよりはるかに高いものだという。
デモンストレーション
深宇宙光通信の目標は、無線周波数システムなどの他の宇宙通信技術よりも高速で確実にデータを送信できる技術を実証することだ。この目標を達成するために、プロジェクトでは、 宇宙船Psycheからのエンジニアリングデータとともに、アートや高解像度ビデオなどの独自のデータセットをテストする機会があった。
たとえば、ダウンリンクの1つには、アリゾナ州立大学の「Psyche Inspired」アートワークのデジタルバージョン、チームのペットの画像、および前世紀のテレビ・テスト・パターンをパロディ化し、地球と宇宙のシーンを描写した45秒の超高解像度ビデオが含まれていた。
この技術実証では、 2023年12月11日に、宇宙船Psycheから1900万マイル離れた地球に向けて、猫のテイターズをフィーチャーした宇宙からの初の超高解像度ビデオが送信された。（アートワーク、画像、ビデオは打ち上げ前にPsycheにアップロードされ、メモリに保存された。）
JPLの技術実証プロジェクト技術者であるアビ・ビスワス氏は、次のようにコメントする。
このシステムの主な目標は、データレートの低下が距離の2乗に反比例することを証明することだった。私たちはその目標を達成し、膨大な量のテストデータをレーザー経由で宇宙船Psycheとの間で送受信した。
実証の第一段階では、約11テラビットのデータがダウンリンクされた。飛行トランシーバーの電源はオフになっており、11月4日に再投入される予定だ。この活動により、飛行ハードウェアが少なくとも1年間は動作できることが証明される。
JPLのプロジェクト飛行運用リーダーであるケン・アンドリュース氏は、次のようにコメントする。
飛行用レーザートランシーバーの電源を入れ、その機能を簡単にチェックします。それが完了すれば、今年後半に開始される合体後のフェーズで、トランシーバーを設計上の完全な機能で運用できるようになることを期待できます。
深宇宙光通信について
このデモンストレーションは、アラバマ州ハンツビルにあるNASAのマーシャル宇宙飛行センターで管理されている宇宙技術ミッション局の技術デモンストレーション・ミッションプログラムと、宇宙運用ミッション局内のSCaN (宇宙通信および航法) プログラムによって資金提供されている一連の光通信実験の最新のものだ。
飛行レーザートランシーバーの開発は、MITリンカーン研究所、L3 Harris、CACI、First Mode、Controlled Dynamics Inc.によってサポートされている。Fibertek、Coherent、Caltech Optical Observatories、およびDotfastは地上システムをサポートしている。テクノロジーの一部は、NASAの中小企業イノベーション研究プログラムを通じて開発されたという。
