月と地球を結ぶ260Mbps──「アルテミスII」を支える通信技術たち

4月1日に打ち上げたアルテミスIIの有人宇宙船「オリオン」。ライブ配信などで地上とリアルタイムで通信する様子などが確認できるが、通信を支えるのが2つのネットワークと、有人月探査ミッション初のレーザー光通信システム「O2O」だ。O2Oは最大260Mbpsの伝送能力があり、有人ミッションとして初めて月軌道上で運用している。

[山川晶之，ITmedia]

　NASAが4月1日（現地時間）に打ち上げた月探査ミッション「アルテミスII」の有人宇宙船「オリオン」。ミッションに必要な通信からライブ映像まで、地球との通信を2段階の無線ネットワークと、有人月探査ミッションとして史上初のレーザー光通信システムが支えている。

7日午前に月に最接近した有人宇宙船「オリオン」（画像：NASA公式YouTube）

　打ち上げから月遷移軌道への噴射前までの通信を担うのは「Near Space Network」（近宇宙ネットワーク）だ。NASAゴダード宇宙飛行センターが管理し、地球上のグラウンドステーションと中継衛星を組み合わせてオリオンと通信する。月遷移軌道投入噴射後は、ジェット推進研究所（JPL）が管理する「Deep Space Network」（深宇宙ネットワーク）に移行する。カリフォルニア州、スペイン、オーストラリアの3拠点に設けた大型パラボラアンテナ群が、数十万km先のオリオンとの接続をほぼ途切れなく維持するという。

アルテミスIIにおける、近宇宙ネットワークと深宇宙ネットワークの役割（画像：NASA）

　これら無線ネットワークが使う電波通信は長距離ではデータ転送量に限界があるとされている。その制約に対応するためアルテミスIIには、MIT Lincoln LaboratoryとNASAゴダード宇宙飛行センターが共同開発したレーザー光通信システム「Orion Artemis II Optical Communications System」（O2O）を搭載した。有人の月探査ミッションでレーザー光通信を実証するのは初としている。

レーザー光通信システム「O2O」のイメージ（画像：NASA）

　O2Oには「MAScOT」（Modular, Agile, Scalable Optical Terminal）と呼ばれる中核の端末がある。サイズは「猫ほど」としており、4インチ口径の光通信用望遠鏡（光アンテナ）を2軸ジンバルで支える構造を採用している。ジンバルが望遠鏡を地上局に向けて精密に指向制御することで、赤外線レーザービームを地球上の受信局に正確に届ける。

　科学データ、手順書、画像、フライトプラン、乗員の音声通信などを最大260Mbpsで地上に伝送でき、月面からの4K高精細映像の送信にも対応するという。NASAはレーザー光通信システムの実証実験で、従来の無線と比べて100倍以上のデータ転送を確認したとする。

NASAに納品されたO2Oモジュール（画像：NASA）

　日本時間7日の早朝には、月の裏側を通過した際に約40分間の通信途絶（ブラックアウト）に遭遇している。これは電波が月に遮られるためで、アポロ計画から続く制約だ。オリオンが月の裏を通過すると、深宇宙ネットワークが信号を再取得し通信は無事復旧した。

　これに対応するため、NASAは将来のアルテミスミッションに向け、月を周回する中継衛星「Lunar Communications Relay and Navigation Systems」（LCRNS）プロジェクトを進めている。民間事業者と連携する枠組みで、2024年にIntuitive Machinesを最初の商用サービス事業者として選定している。これにより、月の裏側でのブラックアウト解消を目指す。

月の裏側でも通信できるリレー衛星構想「LCRNS」（画像：NASA）