레이저와 무선 전파를 함께 사용하는 하이브리드 우주 안테나

(The Goldstone experimental radio/laser hybrid antenna. Credit: NASA/JPL-Caltech)

(The laser collecting arrray. Credit: NASA/JPL-Caltech)

(Artist's concept of a purpose-built radio/laser antenna. Credit: NASA/JPL-Caltech)

나사는 우주 먼 곳에서 활약하는 여러 대의 우주선과 탐사선, 로버와의 통신을 위해 거대한 안테나 네트워크인 딥 스페이스 네트워크 (DSN)을 구축했습니다. 문제는 전파를 이용해 먼 거리에서 통신을 주고 받다 보니 속도가 매우 느리다는 것입니다.

최적의 조건에서 DSN은 10Mbit/s의 데이터 전송 속도를 지니고 있으나 뉴허라이즌스호처럼 명왕성 거리에서 데이터를 전송하는 경우 속도가 1Kbit/s로 감소합니다.

따라서 나사는 기존의 전파보다 더 빠른 데이터 전송을 위해 레이저를 이용한 통신 시스템인 Deep Space Optical Communications (DSOC)를 개발하고 이를 프시케 탐사선에서 테스트했습니다.

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DSOC는 지구에서 1600만km 떨어진 지점에서 성공적으로 데이터를 전송했습니다. 하지만 이를 위해 칼텍의 팔로마 천문대에 있는 헤일 망원경 (Hale Telescope)과 나사의 광학 통신 망원경 연구소 (Optical Communications Telescope Laboratory)가 도움이 필요했습니다.

나사는 기존의 DSN을 보조할 수 있는 전용 레이저/무선 하이브리드 통신 시스템을 Deep Space Station 13에 만들었습니다. 34m 지름의 안테나는 무선 전파 신호를 받고 7개의 세그먼트로 된 지름 1m의 광학 망원경은 초전도 냉각 나노와이어 단광자 검출기 (cryogenically-cooled semiconducting nanowire single photon detector)를 이용해 희미한 레이저 신호를 먼 거리에서 포착할 수 있습니다.

나사는 새로운 하이브리드 안테나가 3200만km 거리에서 15.63Mbit/s의 속도로 데이터를 다운링크할 수 있을 것으로 보고 있습니다. 그리고 화성 지구간 최대 거리인 3억 7400만km 거리에서도 신호를 받을 수 있기를 기대하고 있습니다.

궁극적으로 나사는 8m 지름의 광학 리시버를 구현하고 (사진 참조) 먼 거리에서도 우주 광통신 시대를 열려고 하고 있습니다. 고속 우주 광통신 시대가 언제 열릴 수 있을지 궁금합니다.

참고

https://newatlas.com/space/nasa-hybrid-antenna-laser-radio-space-communications/

https://www.nasa.gov/technology/space-comms/deep-space-network/nasas-new-experimental-antenna-tracks-deep-space-laser/

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