日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）預定於2021年度内開始運行利用光線在人造人造衛星之間通訊的系統。光通訊的資料傳輸速度將達到傳統電波通訊的7倍以上，接近目前的高速通訊標準「5G」。如果能在太空中普及大容量的光通訊，還有望用於網際網路連接以及與繞月軌道基地通訊等新用途。
利用光線在太空中通訊的示意圖（攝影：JAXA）
在日常生活中透過智慧型手機和個人電腦利用網路時，一般是將攜帶資訊的數位信號轉換爲光，透過光纖電纜將資訊發送給接受者。光是地面通訊基礎設施的主角。
而太空中的通訊以及太空與地面之間的通訊大多使用電波。電波不容易受天氣影響，容易延長傳輸距離，因此能相對比較簡單地收發資料。
JAXA預定運行的通訊系統「LUCAS」將把從地面看靜止不動的地球同步氣象衛星與兩顆繞地球周圍旋轉來拍攝各種情況的地球觀測人造衛星連接起來。地球同步氣象衛星上主要安裝光接收裝置，地球觀測人造衛星上安裝光發送裝置，以此來交換資訊。
人造人造衛星上安裝的光收發裝置。即使發出蠻力的雷射也能熱放射（攝影：JAXA）
利用光通訊系統的話，人造衛星之間的通訊速度將達到每秒1.8Gbit（G爲10億），有望逼近智慧型手機等已開始利用的5G目前的通訊速度（每秒2～4Gbit）。屆時地球觀測人造衛星拍攝的森林和農田等的影像可以透過地球同步氣象衛星中轉傳回地球。
地球同步氣象衛星已於2020年11月透過日本國產火箭「H2A」43號機發射到太空中。JAXA與資訊通訊研究機構（NICT）共同應答，可以在類比地球觀測人造衛星的地面裝置與地球同步氣象衛星之間正常收發燈火信號。預定2021年度内發射地球觀測人造衛星「大地3號」，用幾個月的時間應答動作後將開始運行LUCAS。
之所以用地球同步氣象衛星進行中轉，是因爲地球觀測人造衛星在繞地球旋轉一週的90分鐘裏只有約10分鐘的時間能向地面傳輸資料。採用中轉方式的話，可以傳輸資料的時間段將達到約4倍，能即時發送資料的時間延長。
大地3號的特點是精度高，即使離地面600公里以上，也能以80釐米的隔膜拍攝地面情況。不過，高解析度影像的資料量比較大。如果採用傳輸速度達到電波7倍以上的光，則能在相同的時間内傳輸7倍以上的資料。即使以高解析度拍攝自然環境和發生災害時的災區影像，也能順利進行通訊，可用於救援活動以及農業和漁業。
訊號收發裝置的性能提高使太空中的光通訊成爲可能。地球海底光纜採用的透過在途中設置中繼器來等比增大燈火信號的方式很難在太空中實施。
因爲需要發送輸出功率達到地面10倍以上的光，但無法利用水等冷卻光產生的熱量。NEC公司開發出了即使發出蠻力的雷射也能熱放射的裝置，由此使太空中的光通訊成爲可能。
光通訊還有其他優點。採用電波時，如果無序通訊會產生干擾，導致無法通訊。另外，電波通訊還需要取得許可，並與其他國家和組織之間就頻率進行調整。
而光之間不容易產生干擾。雖然存在光強度等安全標準，但據NICT宇宙通訊研究室室長豐嶋守生介紹：「無需取得許可，也不用在國際間調整頻率」。
海外方面，歐洲航太局（ESA）已經實施人造衛星間光通訊。美國宇航局（NASA）也計劃2021年度内起動人造衛星間的光通訊。
在美國主導的載人月球探測計劃「阿爾忒彌斯計劃」中，NASA提出了在繞月軌道建設太空站「Gateway」的構想。預計太空站與各種人造衛星之間也將利用光通訊。
日本的LUCAS系統的優點是，採用波長與光纖相同的光，因此能降低部件成本。通訊速度也達到NASA系統的約1.5倍。
美國太空初創企業Space X提出了一項計劃，即把單顆可以在1000公里以上的大範圍内發射電波的人造衛星作爲連接網路的「基地台」使用，在全球構建網路利用環境。人造衛星之間的通訊計劃採用燈火信號。
此外還有在人造衛星與地面之間的通訊中利用光的構想。課題是光比電波更容易受到雨和雲的影響，但也許可以充分利用大容量的光。NICT預定2024年實施向地面傳輸人造衛星資料時根據情況區分使用電波和光的實驗。
日文：大越優樹、《日本經濟新聞》，2021年3月29日
中文：JST客觀日本
