宇宙に通信インフラを構築し拡張する第1の目的は、地上ネットワーク（TN）ではカバレッジ拡張が困難な地域へ通信を提供することにある。今まさに普及し始めた「スマホダイレクト通信（Direct to Cell：D2C）」は、衛星通信専用端末を不要とし、TNとNTN（非地上系ネットワーク）で端末を共有化した点で画期的な取り組みだ。通信エリアを拡張する手段として、NTNと5G/6Gとの連携はさらに加速していくだろう。
宇宙通信インフラに新たな役割
このようにネットワークが地上から宇宙へ延長していくことは自然な流れと言えるが、ここに来てもう1つの必然性が出てきた。「宇宙コンピューティングと通信の統合」である。
観測衛星が撮影した画像データはこれまで地上に伝送してから処理されていたが、今後は衛星上で直接データ処理・解析する方向へとシフトしていく。衛星にCPU/GPUやFPGAを搭載し、軌道上でリアルタイムにデータ処理を実行する「オンボード・エッジコンピューティング」のトレンドだ。
理由は複数ある。
地上に送る前に不要なデータを削減し、解析結果等の必要なデータだけを送信することで通信帯域／コストを抑えること。災害検知のように迅速に状況を把握して地上へアラートを届けるといったリアルタイム性が求められるユースケースに対応することなどだ。情報通信研究機構（NICT）宇宙通信システム研究室 主任研究員の阿部侑真氏は、「従来の宇宙通信が地上と地上間の中継機能に留まっていたのに対し、今後は宇宙で生成されたデータを宇宙で処理・保存する新たな利用形態が重要になる。地上の電力を消費する代わりに、太陽光発電の電力で運用できるメリットもある」と話す。
NICT ネットワーク研究所 ワイヤレスネットワーク研究センター 宇宙通信システム研究室 主任研究員 阿部侑真氏
軌道上でも分散コンピューティング
宇宙で生成されるデータ量が増大し、その用途が広がれば、当然、コンピューティング能力と伝送性能の向上が求められる。
そこで技術的課題としてまず挙がるのが「熱管理の困難さ」だ。衛星用コンピューターはこれまで消費電力が2桁Ｗ以下に制限されてきたが、その最大の原因は「放熱のハードルが高い」ことにあるとNEC フェローの三好弘晃氏は説明する。
NEC フェロー 三好弘晃氏
“宇宙空間は寒いから冷却しやすい”というのは誤解に近い。宇宙空間は真空なので、計算処理で発生した熱を運ぶ空気や水のような媒体が存在しない。「熱を電磁波として宇宙空間に放出するしかない」のだ。
GPUをはじめ100W以上を消費する電子部品は珍しくなく、この課題を解決しないことには、軌道上でのデータ処理／通信処理性能の向上は果たせない。NECはコンピューター機器等を液体に浸す液浸冷却装置の開発により、この課題解決に挑んでいる。
さらに、宇宙空間では強烈な放射線が半導体の誤作動や劣化を引き起こしたり、電力供給が限定的であるといった制約・課題もある。そんな環境下で処理能力を拡張するためのアプローチとして有望視されるのが、分散コンピューティングだ。1つの衛星に搭載できる処理能力は小さくとも、「複数のノード（衛星）が相互にネットワークでつながり、コンピューティング資源を共有することで、1つの巨大な『移動するデータセンター』として機能させることができる」（三好氏）。
地上では、広帯域の光ファイバーネットワークで複数データセンターをつなぎ、連携させて活用する構想が進んでいるが、衛星間をファイバーではつなげない。電波による無線通信に比べて、より大容量伝送が可能な自由空間光通信（Free-Space Optics:FSO）を活用した衛星間ネットワーク構築の期待が高まっている。
