国際競争が活発な人工衛星の通信技術の研究開発に、日本の大学も挑戦中

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国際競争が活発な人工衛星の通信技術の研究開発に、日本の大学も挑戦中

2021.03.01

提供:湘南工科大学

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国際競争が活発な人工衛星の通信技術の研究開発に、日本の大学も挑戦中

私たちは今、スマホや家電、オンライン学習や交通システムなど、インターネットと切り離せない生活を送っています。その膨大なデータの送受信を支えているテクノロジーの一つが、無線通信技術です。その技術は国際競争の激しい宇宙開発においても必要であり、人工衛星で活用される無線通信技術については、日本の多くの研究機関や大学、企業が深く関わっています。そこで、人工衛星同士をつなぐ新しい無線通信技術の研究に取り組む大学の研究室を紹介しましょう。

この記事をまとめると

  • 人工衛星のさらなる活用に、より高速で大容量のデータ伝送を可能にする衛星間通信技術が求められている
  • 無線通信の新たな活用方法として、ミリ波の集積回路や無線装置の研究開発に取り組んでいる
  • 無線通信技術は宇宙開発のほか、5G(第5世代移動通信システム)などのあらゆるテクノロジーに応用され、研究室ではそのエンジニアの育成に努めている

高速で大容量のデータ伝送を可能にする衛星間通信技術が、人工衛星の活用を支える

地球上を巡る数多くの人工衛星からもたらされるデータは、世界中の人々の生活を支えています。衛星の種類とその役割もさまざまで、例えば気象衛星は、日々の気象の変化や気候の変動を観測し、天気予報や環境保全の研究活動などに生かされています。また、測位衛星の一つであるGPS衛星は、カーナビやスマホなどのコンピュータ端末の位置を特定する情報をもたらしています。

現在、より多くのデータをより早く伝送するための技術の一つとして、人工衛星同士をつなぐ「衛星間通信技術」の研究開発も進んでいます。この技術は、JAXA(宇宙航空研究開発機構)が静止軌道上に打ち上げた「きらり」「こだま」といった人工衛星や国際宇宙ステーションとの衛星間通信(データ中継衛星)でも活用されています。

衛星間通信の発達により、アフリカ諸国などインターネット環境の整備を急務とする国々や、険しい山間部など自然環境の厳しい地域にも通信網を広げることができます。この新しい通信技術は、世界的にも重要な研究課題になっています。

ミリ波帯を使って無線通信の高速化に取り組む

今後さらに需要が高まる衛星間通信や宇宙・地球観測の研究について、湘南工科大学電気電子工学科の加保貴奈教授の研究室では、JAXAや九州大学などの研究機関と共同で取り組んでいます。

最新の衛星間通信ではレーザー光の使用が検討されていますが、レーザー光はビーム位置を併せるのが難しく、つながりやすい無線通信と併用したいというニーズが高まっています。そこで、無線通信を中心とした回路設計を専門としている加保研究室は、データ速度を高速化するためのミリ波帯の無線技術の研究に力を入れています。

この研究の課題の一つが、通信距離です。通信距離を伸ばすには衛星通信の無線出⼒として⼤きな電⼒を作るか、アレーアンテナなどで鋭いビームを作る必要がありますが、ミリ波帯域はどちらも難しいのです。

加保研究室では、無線増幅器とアレーアンテナを一体化して高出力を得るための設計方法や、ビームの向きを電気的に制御するための半導体集積回路の設計にも取り組んでいます。

無線通信技術の研究に携わった学生が多分野で活躍するエンジニアへと成長

加保研究室では、JAXAの科学観測用気球「大気球」を使用した研究プロジェクトにも参加しています。上空40kmまで浮かべられる「大気球」に搭載される観測機器の事前の測定評価や、気球と地上との通信の高速化の検討をしています。そのほか、JAXAが計画している月面基地などの宇宙関連の通信技術のプロジェクトにも携わっています。携帯電話やスマートフォンに使われる、5G/ポスト5G移動通信システムの基地局用半導体回路の研究プロジェクトにも参画しています。

宇宙開発の多方面に応用される無線通信技術。その研究開発の魅力について加保教授は「無線は普通の電気回路とはふるまいが違うことも多く、かなり頭を使いますが、それも醍醐味の一つです。また回路設計には絵を描くような面白さがあります。性能を保ちつつ、できるだけ小型化し、さらに確実に動作するよう工夫することが求められています」と語っています。

加えて教授は「研究室からは、無線通信技術と半導体やプリント基板などの回路設計に強いエンジニアを多く送り出したいと考えています。最先端のCADを使って楽しみながら設計できるよう指導していますので、宇宙や回路設計に興味を持つ学生が増えてほしいと思います」と、学生たちに大きな期待を寄せています。

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