물리 지구와 달 사이의 광대역 레이저 통신

2014.05.31 21:03

지구와 달 사이의 광대역 레이저 통신 http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2014050451&service_code=03
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-05-29

나사(NASA)와 함께 연구하고 있는 MIT(Massachusetts Institute of Technology) 링컨연구소(Lincoln Laboratory) 연구진은 2013년 가을에 지구에서 달까지의 레이저 기반 광대역 데이터통신 기술을 최초로 시연한 바 있다. 그런데 연구팀이 이번에는 지난 가을에 세웠던 전송속도 기록보다 4,800배나 빠른 달과 지구 사이 상향링크의 궤도 성능에 대한 상세한 내용과 종합적인 개요를 최초로 발표할 예정이다. 연구팀이 달성한 기록은 이전에도 보고되었지만, 자세한 내용은 제공되지 않았었다.

연구진은 작년에 LLCD(Lunar Laser Communication Demonstration)를 통해 달과 지구 사이 384,633km 거리에 걸쳐 어떠한 RF(radio frequency) 시스템보다도 더 빠른 622 Mbps 다운로드 속도로 데이터를 전송하면서 새 역사를 만들었다. 그들은 또한 지구에서 달까지 19.44Mbps 속도로 데이터를 전송하였고, 이 속도는 이제껏 사용된 가장 우수한 RF 상향링크보다도 4,800배나 더 빠른 속도이다. 이처럼 먼 거리에 걸친 신호의 열화 문제를 극복하기 위해서, LLCD는 햇빛이 없는 상황과 있는 상황에서 광학적으로 도전적인 매우 다양한 대기 조건들에 대해 여러 기법들을 이용하여 무오류 성능을 달성하였다.

뉴멕시코주 화이트샌드(White Sands)에 있는 지상 단말은 독립적인 4개의 망원경들을 이용하여 상향링크 신호를 달로 전송한다. 각각의 망원경은 직경이 약 6인치이고 적외선 레이저 송신기가 신호를 공급한다. 네 망원경들이 전송한 신호 출력의 총합은 40W이다. 각각의 망원경들은 대기로부터 서로 다른 굴절효과를 겪는 서로 다른 공기 기둥들을 통해 빛을 전송한다. 이러한 방식은 최소한 하나의 레이저 빔이 달 궤도를 도는 위성에 장착된 수신기와 상호작용을 할 수 있는 기회를 높여준다.

수신기는 약간 더 작은 망원경을 이용하여 빛을 수집한다. 그런 뒤에 그 빛은 광섬유 속으로 집속되고, 3만 배 증폭된 뒤에 광검출기에서 측정된다. 송신기가 전송한 원래의 40W 신호 중에서 1나노와트 미만이 수신되지만, 이것은 무오류 통신을 달성하는데 필요한 신호보다는 10배 정도 더 큰 양이다. “우리는 대기교란으로 발생된 신호전력의 변동이나 페이딩(fading)은 물론, 중근 크기 구름에 의한 감쇄에 대해 내성이 있기 때문에, 신호 마진이 매우 작더라도 무오류 전송이 가능하다는 것을 증명했다”고 MIT 링컨연구소의 마크 스티븐스(Mark Stevens)는 말했다.

LLCD 디자인은 지구 근처와 지구 라그레인지 포인트(Lagrange points)의 우주탐사와 직접적으로 관련되어 있지만, 화성이나 외부 행성들과 같은 심우주 탐사로도 확장될 수 있을 것이라고 연구팀은 예상한다. “LLCD 상향링크 실험의 개요와 궤도성능(Overview and On-orbit Performance of the Lunar Laser Communication Demonstration Uplink)”이라는 제목의 발표는 산호세 컨벤션센터 212 A/C에서 6월 9일 오후 4시에 이루어질 예정이다.

* 그림 : 달궤도 위성의 광학모듈을 묘사한 CAD 그림.

[출처] http://www.laserfocusworld.com/articles/2014/05/mit-nasa-lunar-laser-communication-team-to-present-details-on-earth-to-moon-uplink-performance.html

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