레이저로 구름에 구멍 뚫기: 고속 위성 데이터 통신의 혁신

• 연구자들은 구름에 구멍을 뚫어 정보를 고속으로 전송하고자 합니다.
• 이를 위해 초단파 고강도 레이저 필라멘트를 사용할 것입니다.
• 이 기술은 대기에 부정적인 영향을 미치지 않습니다.

오늘날 장거리 정보는 무선파(위성 경유) 또는 지하 광케이블로 전송됩니다. 그러나 정보 흐름은 매년 크게 증가하고 있으며, 곧 무선파만으로 일일 수요를 충족하는 것이 불가능해질 것입니다.

무선파는 레이저에 비해 파장이 길어(비교적) 전송할 수 있는 데이터 양을 제한합니다. 또한 사용 가능한 주파수 대역이 제한적이고 점점 더 비싸지고 있습니다.

이 때문에 연구자들은 이제 레이저 기술에 초점을 맞추고 있습니다. 무선 주파수보다 훨씬 복잡하지만 보안 측면에서 수많은 이점이 있습니다. 현재 대기 장벽은 자유 공간 광통신(FSO)의 주요 문제 중 하나입니다.

이제 스위스 제네바 대학의 연구자들이 위성에서 레이저로 전송되는 정보를 위한 길을 열기 위해 구름에 구멍을 뚫는 기술을 개발했습니다.

구름 관통하기

초단파 레이저는 무선파보다 1만 배 더 많은 데이터를 전송할 수 있으며, 채널 수에 제한이 없습니다. 그러나 이러한 초단파 빔은 안개와 구름을 관통할 수 없습니다. 따라서 악천후 시에는 레이저로 데이터를 전송할 수 없습니다.

이 문제를 해결하기 위해 연구자들은 다양한 지역에서 레이저 신호를 수신할 수 있는 더 많은 지상국을 개발하고 있습니다. 목적은 날씨에 따라 위성이 목표로 하는 지상국을 선택하는 것입니다.

이러한 유형의 솔루션은 이미 존재하지만, 데이터 전송은 여전히 날씨 상황에 의존합니다. 또한 위성 구성도 변경되는데, 이는 통신 상류에서 처리해야 할 심각한 문제입니다.

현재로서는 구름을 관통하는 구멍을 만들어 정보를 전달하는 레이저 빔을 통과시키는 것이 유일한 효과적인 해결책입니다. 이 연구에서 저자들은 비슷한 일을 수행했습니다: 공기를 1,750켈빈 이상으로 가열하고 충격파를 생성하여 빔이 쓸고 지나간 공기에서 물방울을 방사상으로 밀어내는 초단파 고강도 레이저를 구축했습니다. 이로 인해 구름 전체 두께에 걸쳐 수 센티미터 너비의 구멍이 생성됩니다.

참조: arXiv:1810.09800 | 제네바 대학

이들은 2018년 노벨 물리학상(광학 집게)을 수상한 것과 동일한 레이저 기술을 사용했습니다. 빔을 구름에 계속 유지하기만 하면 킬로헤르츠 범위에 주파수가 있으므로 고비트레이트 통신 데이터를 전송할 수 있습니다.

출처: UNIGE/Xavier Ravinet

연구자들에 따르면 이는 구름과 안개를 통해 광학 링크를 여는 최초의 능동적 방법입니다. 고출력 레이저는 두 번째 변조 빔에 대해 미 산란을 감소시킨 국소적인 구름 없는 경로를 생성합니다. 또한 그들의 기술이 대기에 부정적인 영향을 미치지 않는다고 주장했습니다.

구현까지 얼마나 걸릴까?

연구자들은 현재 두께 50센티미터에 불과하지만 대기 구름보다 1만 배 더 밀도가 높은 인공 구름에서 레이저를 테스트하고 있습니다. 구름이 이동 중에도 레이저는 훌륭하게 작동합니다.

참고: DARPA, 레이저 광원으로 비행 중 소형 항공기에 동력 공급

다음 테스트 단계에서는 최대 1,000미터 두께의 더 두꺼운 안개와 구름을 다양한 밀도와 고도에서 사용할 예정입니다. 이는 상업용 레이저 위성 통신을 향한 중요한 단계이며, 연구자들은 이 기술이 2025년까지 전 세계적으로 구현될 것으로 믿습니다.