衛星携帯電話基地局があなたの携帯電話に4Gを伝送

アメリカでは、携帯電話の電波が届くことを当たり前だと思ってしまいがちです。例外はごくわずかですが、国内のほぼどこからでも携帯電話を使ってテキストメッセージの送受信や通話、インターネット接続が可能です。しかし、世界には約20億人が携帯電話の電波が届かない地域に住んでおり、その多くは大都市から遠く離れた地域です。そのため、地上の携帯電話基地局網を構築してそれらを接続するには、法外な費用がかかります。宇宙に携帯電話ネットワークを構築すれば、衛星から地上のユーザーに4Gサービスを降り注ぐことで、世界中の携帯電話の電波不足を補うことができます。

衛星電話は数十年前から存在していましたが、高価で、レンガのような形状のため日常的な使用には不便でした。現在、いくつかの企業が、通常の携帯電話に接続し、地球上のどこにでも高帯域幅のモバイルデータを提供できる衛星を開発することで、この問題を解決しようと取り組んでいます。

地球外モバイルネットワークの構築は容易ではありません。なぜなら、携帯電話は時速17,000マイル（約27,000キロメートル）、地上300マイル（約480キロメートル）上空を飛ぶ衛星との通信を想定して設計されていないからです。その代わりに、携帯電話のソフトウェアとハ​​ードウェアは、数十マイル（約20キロメートル）以内にある固定の基地局との接続に最適化されています。宇宙から携帯電話に接続するには、微弱な信号を捉えるのに十分な感度と、携帯電話受信機が受信できる信号を返すのに十分な強度を備えたアンテナが必要です。

「難しいのは携帯電話からのアップリンクです」と、バージニア州に拠点を置く衛星通信会社Lynkの共同創業者兼CEO、チャールズ・ミラー氏は語る。「携帯電話を交換して電力を増やすことはできません。自費で運用できる必要があります。」

今後2年以内に、Lynk社は軌道上の携帯電話基地局として機能する、靴箱サイズの衛星群を構築する計画です。各衛星は、地上の携帯電話基地局用ソフトウェアを改良したものを使用し、衛星が頭上を高速で通過する際に生じるドップラー周波数シフトや、宇宙への信号送信と受信の遅延などを補正します。これらの衛星は他の通信衛星に比べて比較的低い周波数で動作するため、地球上の携帯電話が使用する周波数帯域の一部を利用できます。ミラー氏によると、同社は地上の携帯電話と通信できるほど感度と出力に優れたアンテナを開発したとのことですが、技術の詳細については明らかにしませんでした。

2019年初頭、Lynk社は国際宇宙ステーション（ISS）にドッキングしたシグナス貨物カプセルに搭載し、自社の衛星技術を軌道上に打ち上げました。これは単独の衛星ではありませんでしたが、ペイロードにはLynk社のコア技術が搭載されており、2Gネットワ​​ークを介して地球上のモバイル機器と通信できることを実証しました。その後、同社はさらに2基のテスト衛星をISSに打ち上げており、今月末には4基目の打ち上げを予定しています。すべてが順調に進めば、次のステップは実際の衛星を軌道上に打ち上げることです。

ミラー氏によると、同社は早ければ2022年にも衛星携帯電話ネットワークを稼働させる予定だが、当初は全世界で24時間体制の通信網を提供することはできない。ネットワークに数十基の衛星しか搭載されていない段階では、衛星はユーザーの上空を約90分ごとに通過し、1日に数時間しか接続できない可能性がある。システムに衛星が追加されるにつれて通信網は改善し、最終的には軌道上の基地局への接続が地上基地局への接続と変わらないレベルになるだろう。

しかしミラー氏は、たとえ限られた接続であっても、何もないよりはましだと語る。「遠隔地に住んでいて、週末に街に出たときにしか電波が届かないとしても、衛星が通過するたびにメッセージを送受信できるようになるなら、たとえ1時間ごとにしか利用できないとしても、これは貴重なサービスです」とミラー氏は語る。

昨年、テキサス州に拠点を置く衛星通信会社AST & ScienceがLynkに加わり、同社初の衛星BlueWalker 1を低軌道に打ち上げ、ソフトウェアのテストを行った。ASTは、いわゆる「分割衛星」をヒントにした、実証されていない新しいタイプの衛星群を構築している。分割衛星とは、1つの大型衛星の機能を複数の小型衛星に分割するシステムだ。例えば、1つの衛星に科学的なペイロードを搭載し、もう1つの衛星は地上局との通信を担当する。2つの衛星は無線リンクを介して通信する。分割衛星システムは軌道上に飛んだことはないが、DARPAは分割衛星の開発に6年の歳月と2億ドル以上を費やしたが、予算の制約により2013年にこの構想を断念した。

ASTのシステムは、ピザボックスほどの大きさの小型衛星が数十機編隊飛行し、携帯電話の信号を受信することで構成されます。ASTの創業者兼CEOであるアベル・アヴェラン氏によると、このシステムは実際には分割されていません。なぜなら、小型衛星はそれぞれが同一の機能を持つためであり、1機の大型衛星の機能を分割するわけではないからです。しかし、この編隊飛行は大型の制御衛星によって管理され、オーケストラを指揮する指揮者のように、ネットワークトラフィックと衛星の動きを統率します。ASTシステムの後期型衛星はWi-Fiなどの無線プロトコルを介して相互通信しますが、アヴェラン氏によると、最初に打ち上げられる衛星は物理的に接続されているとのことです。

ASTのアプローチの利点は、衛星を数百フィートにわたって分散配置できることです。各衛星自体が受信機として機能し、他の衛星と連携して動作するため、巨大なアンテナを形成する効果があります。「本質的には、携帯電話に直接接続できる、非常に大きな電力を備えた非常に巨大な衛星を建造しているのです」とアヴェラン氏は言います。「私たちのシステムは、宇宙における地上ネットワークのレプリカなのです。」

ASTの宇宙セルネットワーク構想に匹敵するものはこれまで宇宙で実現したことがありませんが、この大胆な計画は既に著名な支持を集めています。火曜日、同社はネットワーク立ち上げのため1億2,800万ドルの資金調達を発表。出資者には、中国以外では世界最大の携帯電話事業者であるVodafoneも含まれており、同社はこの技術を世界のインターネット化の鍵と位置付けています。「私たちが目指す世界の今後数十億人の人々をこのプラットフォームで繋げられる技術は他にありません」と、Vodafoneのグループ研究開発責任者で、ASTとの協業を率いるルーク・イベットソン氏は述べています。

LynkとAST & Scienceは宇宙での携帯電話ネットワーク構築競争をリードしていますが、宇宙電話技術の開発を進めていると報じられているAppleもこれに加わる可能性があります。昨年、ブルームバーグはAppleが「iPhoneメーカーが無線ネットワークを迂回してインターネットサービスを直接デバイスに送信するために使用できる衛星技術を開発している秘密チームを抱えている」と報じました。Appleが独自の衛星群を開発する計画があるかどうかは不明です。AppleはWIREDのコメント要請には回答しませんでした。

宇宙ベースの携帯電話ネットワークへの関心が高まっているにもかかわらず、そのアイデア自体は新しいものではありません。2000年代半ばには、TerreStarという会社も、衛星電話と通常の携帯電話のハイブリッドデバイスと接続できる4G衛星ネットワークの構築を目指していました。Centrusと呼ばれるこのデバイスは、Blackberryに少し似ており、地上と衛星の携帯電話ネットワークを切り替えられるように設計されていました。しかし残念ながら、実際にこのデバイスを使う機会は誰にもありませんでした。TerreStarは、最初の衛星を打ち上げてからわずか数か月後の2010年に破産を申請しました。

アヴェラン氏は、今回は状況が違うと述べている。再利用可能なロケットのおかげで宇宙へのアクセスコストが急速に低下していること、そしてソフトウェア無線などの主要技術が小型化していることが、宇宙ベースの携帯電話ネットワークがようやく実現可能になった主な理由だと彼は述べた。

ASTとLynkの幹部は共に、緊急通信、天気予報、銀行業務など、モバイル機器が提供する様々なサービスにアクセスできない人々に携帯電話の通信網を提供することを自らの使命としている。こうした人々の多くはインド、インドネシア、そして赤道直下のアフリカに集中しているが、ミラー氏は宇宙ベースの携帯電話サービスは、携帯電話基地局の電波が届かない場所に住む人々にとって価値あるものになるだろうと述べている。ミラー氏の計算によると、そのような人々は地球の約75%に及ぶという。

「ワシントンD.C.から1時間ほど離れたラウドン郡西部では、主要幹線道路沿いでさえインターネットに接続できない地域が数多くあります」とミラー氏は言う。「携帯電話基地局の経済的な問題で、どこにでも基地局を建設する余裕はありませんから」

大きな疑問は、たとえ技術的なハードルが克服されたとしても、宇宙ベースの衛星サービスにお金を払う人がいるかどうかだ。LynkとASTはどちらも、宇宙ベースの携帯電話サービスをテストするために、自社のネットワークとの統合を支援してくれる通信会社と提携している。衛星ネットワークが準備でき次第、LynkとASTは通信会社にサービスを販売し、通信会社は衛星サービスを既存のプランに組み込み、おそらく携帯電話接続のない場所にもこれらのサービスを拡大するだろう。しかし、サービスがまだ不安定で、1日に数時間しか利用できないときに、お金を払いたいと思う十分な数の顧客を見つけることができるだろうか。かなりのユーザーベースがなければ、宇宙ベースの携帯電話ネットワークが、世界規模で24時間サービスを提供するのに十分な数の衛星を打ち上げるために必要な巨額の資金を調達するのは難しいかもしれない。

「計画は野心的ですが、説得力があります」とイベットソン氏は言う。「実際にサービスを開始するまでには数年かかりますが、兆候はすべて非常に良好です。」

LynkとASTはどちらも、証明すべきことが山積している。商業宇宙探査の歴史には、優れた技術を開発しながらも十分な顧客を獲得できず資金が枯渇した企業が数多く存在する。両社とも軌道上でコア技術の試験に成功しているものの、両社の将来、あるいはそもそも将来性があるのか​​どうかは、最終的に市場が決めることとなるだろう。

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