宇宙軍が小型高高度衛星の技術をテストしている理由

2月14日、静止通信衛星会社アストラニスは、米国宇宙軍から1000万ドルを超える契約を獲得したと発表した。この契約は、まず地上のテスト環境で衛星ハードウェアの安全な通信技術を実証することを目的としており、宇宙でのテストも含まれる。

宇宙は、各国が他国を見下ろすセンサーを設置するのに依然として便利な場所だ。こうした衛星の多くは、地上約1,200マイルの低軌道にある。この軌道なら衛星が到達しやすく、地球を高速で周回できる。地上22,200マイルの静止軌道は到達が難しい。さらに、どの高度の衛星も信号が妨害されたり、軌道上の他の物体によって妨害されたりするリスクがある。そのため、米軍は攻撃や災害の際にも何らかの機能が維持されるように、小型衛星の編成である衛星群の構築を進めている。

「当社は、静止軌道から始めて、より高い軌道用の小型衛星を製造しています。静止軌道はかなり高い軌道です」と、アストラニスの共同創業者兼 CEO のジョン・ゲドマーク氏は語る。「静止軌道は、世界の一部または国の上空に 1 つの衛星を駐機させ、その衛星だけで継続的なサービスを提供できる特別な軌道です。」

アラスカとペルー上空

静止衛星は通信やテレビ放送に利用されてきたが、商業および軍事顧客の両方に対する Astranis の主な目的は、小型の静止衛星を使用してブロードバンド レベルのインターネット接続を継続的に提供することにある。商業利用の 2 つのデモンストレーションとして、ゲドマーク氏は、アラスカ上空に衛星を載せる予定の打ち上げ (4 月初旬に予定) と、今年後半にペルー上空に衛星を載せる予定の打ち上げを挙げている。

「この衛星はペルー上空に打ち上げられ、エクアドルにも通信範囲を提供します。基本的に、この衛星が国内の最も辺鄙な地域にある多数の携帯電話基地局の設置とアップグレードを行うことを許可します」とゲドマーク氏は述べた。「ペルーには、地形が非常に険しく、ジャングルがかなり過酷な地域が数多くあります。アンデス山脈があり、こうした辺鄙な地域の一部では、接続が非常に困難な状況が数多くあります。」

これら 2 つの場所では、衛星によって地上の既存の通信インフラが強化され、遠隔地の塔が陸地ではなく宇宙を介して接続できるようになります。ペルーはアラスカと同様に、地形が変化する広大な地域であるため、電線やケーブル、光ファイバー インターネット接続などのインフラを設置するのが難しい場合があります。自立型の携帯電話塔を設置し、現地で電源を供給し、通信を陸地の電線ではなく衛星経由でルーティングすることで、これまでアクセスできなかった場所に 3G および 4G レベルのインターネットを提供できるようになります。

軍事用

宇宙を通じて地方のインフラをより広範なデータネットワークに接続できるという同じ特徴が、アストラニスの衛星が軍にとって非常に魅力的な理由の一部となっている。

「軍は現在、軍事衛星通信や回復力に関する他の能力に関して深刻な問題を抱えていることに気付きました。軍はほんの一握りの巨大な測地衛星に頼っており、その一部は数十億ドルもします。そして、これらの衛星は、ハイテン将軍の言葉を引用すると、大きくて魅力的な標的なのです」とゲドマーク氏は語った。

2017年、米戦略軍のトップだったジョン・ハイテン空軍大将は、こうしたタイプの衛星について「今後は大型で、大きく、太くて、魅力的な衛星の開発を支援しない」と発表した。ハイテン大将は2021年に退役したが、国防総省は、現在のオールインワンの巨大衛星よりも耐久性のある選択肢として、空を埋め尽くす小型衛星の推進を続けている。こうした衛星群の多くは、低軌道を狙っている。

「具体的な価格には触れないが、大型衛星1基分の費用で、当社の衛星を12基以上打ち上げることができる」とゲドマーク氏は言う。2018年以来、アストラニスは衛星を静止軌道に乗せるという前提でベンチャー資金を集めている。

「地球の過酷な放射線環境に合わせてすべての電子機器を設計するのは困難です。バン・アレン帯の真っ只中にいるのですから」とゲドマーク氏は言う。バン・アレン帯には衛星にダメージを与える荷電粒子が含まれているため、生き残るために作られたものは、この地域特有の重イオンの衝突と放射線量に耐えなければなりません。「これらの高軌道に到達するのはより困難であるため、機内推進戦略を巧みに利用してこの問題を解決する必要があります。私たちは、電気推進システムと機内イオンスラスタを搭載することでこの問題を解決しています。」

打ち上げられた衛星は静止軌道に向けられ、その後は自らの力で宇宙空間に到達し、宇宙空間を移動する。ゲドマーク氏によると、衛星は静止軌道に8年から10年間留まるように設計されており、その間に最大30回まで軌道を変更できるという。

衛星をある軌道から別の軌道へ移動させる速度は、衛星運用者がどれだけの燃料を費やしてもよいと考えているかによって決まるが、再配置は数日で可能だが、ゲドマーク氏は、数週間で新しい場所へ移動するのが、より一般的な使用例になると予想している。

軌道に乗った衛星は、安全に通信する必要があります。Protected Tactical Waveform は、米国軍が開発した通信プロトコルと技術で、Astranis はこれを自社の衛星のソフトウェア定義無線で実行できることを実証することを目指しています。(ソフトウェア定義無線は、コードを使用して情報の送受信のパラメータを変更できるコンピューターです。一方、従来の無線では、無線信号から情報をエンコードおよびデコードするために、変調器や増幅器などのアナログ ハードウェアが必要です。)

保護戦術波形とは、「妨害や干渉を自動的に回避できるように無線にプログラムされた一連の技術」です、とゲドマーク氏は言います。「まずはこれを当社の研究室でデモとして実施し、その後将来の衛星で軌道上のデモとして実施する予定です。」

このプロトコルは、打ち上げ後に形が固定されるハードウェアではなく、ソフトウェア無線で実行されるため、必要が生じた場合、Astranis は既存の商用衛星を軌道上に留まりながら保護戦術波形を運ぶように改造し、事態が発生したときに通信を増強し、軍事的ニーズを満たすことができる可能性があります。

今のところ、通信技術への民間投資は、インターネット接続を世界中に拡大するのに役立つツールを生み出すと同時に、地上のインフラを構築するよりも早く、現地の米軍部隊に通信を提供するのに役立つツールを生み出す可能性があると期待されている。天空を越えた信頼性の高い通信を確保する任務を負っている宇宙軍にとって、必要に応じて操作できるより耐久性の高い衛星は、地球上の戦争に勝つために空全体に資産を再配置することを可能にするだろう。