NASAが冥王星の画像を30億マイル離れた地球に送信する方法

NASA のニューホライズンズ宇宙船は冥王星の素晴らしい画像を送っているが、30 億マイル (48 億キロメートル) 離れたところからそれらを受信するのは簡単なことではない。

無線信号の強度、信号の往復時間、データフローの速度など、課題は山積していますが、NASAの深宇宙ネットワークにとっては日常業務です。太陽系内外の長距離電話会社のようなものだと考えてみてください。

DSNは、カリフォルニア州バーストー近郊、スペインのマドリード近郊、オーストラリアのキャンベラ近郊の3か所に広がる巨大な衛星アンテナのネットワークで構成されています。これらの地点は経度で約120度離れており、広範囲の空をカバーしています。そのため、1つのアンテナで宇宙船が見失う前に、別のアンテナで受信することができます。

ディープ・スペース・ネットワークのコンタクト技術マネージャー、ジェフ・オスマン氏はインタビューで、高感度アンテナは単独またはグループで動作し、毎月約30機の宇宙探査機と通信していると語った。

ニューホライズンズの場合、冥王星に最も接近した際の最初の画像は、マドリードとバーストーの施設にある直径70メートルのアンテナで受信される予定だ、と彼は述べた。

データは毎秒約 1,200 ビットの速度で送信されており、これは 1990 年代初期のダイヤルアップインターネットモデムとほぼ同じ速度です。信号がニューホライズンズから地球までの距離を移動するには 4.5 時間かかります。

この低速性と、ミッションの科学的ニーズ（探査機が常に地球を向いているわけではない）が相まって、フライバイの最接近地点からの画像が撮影から1日以上経過するまで地球に届かない理由を説明しています。また、太陽系の端からの動画撮影がすぐには実現できない理由も説明できます。

月曜日の夕方、冥王星フライバイの最も重要な局面において、一連の無線実験が行われた際、ディープ・スペース・ネットワークはニュー・ホライズンズに6台のアンテナを向けていた。そのうちのいくつかは、地球からさらに遅い500bpsの速度で送信されるコマンド信号の送信に問題が発生した場合に備えて、バックアップとして機能していた。

ディープ・スペース・ネットワークはNASAの宇宙船に限定されません。その機密性から、欧州宇宙機関（ESA）や日本の宇宙機関（JAXA）が打ち上げるような国際ミッションの支援も担っています。

DSNは常に12～15機の宇宙探査機と通信しています。このセットアップのリアルタイムビューは、DSN Nowというウェブサイトでご覧いただけます。このページでは、どのアンテナがどの宇宙探査機と通信しているか、さらには使用されているデータレートと周波数まで詳細に確認できます。

ほとんどの宇宙船は、深宇宙通信のために世界的に確保されている8.4～8.5GHzのXバンドの一部を使用しています。地球に戻ってくる信号は非常に微弱であるため、NASAなどの機関は地上からの干渉を避けるために専用の周波数帯を必要としています。また、宇宙機関が次世代宇宙船向けにさらに高い周波数、約32GHzを検討している理由の一つは、ノイズ対策です。

DSN Now ページを監視していると、DSN がボイジャー 1 号と通信しているのがわかるかもしれません。この宇宙船は 1977 年に打ち上げられ、現在は地球から 250 億マイル (約 400 億キロメートル) 離れています。これは、人工物がこれまでに飛行した最も遠い距離です。

それは約36時間のラジオ往復です。

「ある日、私たちはボイジャーに信号を送り、次の日には答えを探しにやって来ます」とオスマン氏は語った。