光技術は広い分野への応用が可能であるが、宇宙分野への適用は、様々な応用が期待されている。その中でも、宇宙通信への光通信の適用は、高速大容量のデータ伝送が可能であり、宇宙システムにおいて革新的な飛躍をもたらす手段であると期待されている。近年、光ファイバー通信をはじめとする光学技術やレーザー技術の発達に伴い、レーザー光線を用いて離れた宇宙機器間で通信を実現できる時代に突入した。最近の宇宙実証では、キューブサット級の超小型衛星で世界初の光通信の軌道上実証がなされ、今後さらに利用が拡大する可能性がある。国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT）では、海洋や宇宙空間まで利用可能な通信ネットワーク環境を展開し、移動体との通信や災害・減災に貢献するため、電波や光を用いた衛星通信技術の研究開発を実施している。本講演では、世界における大容量化・高秘匿化を可能とする光衛星通信や衛星量子暗号技術の宇宙応用に関する最新の研究開発動向について概説するとともに、NICTにおける研究開発について紹介する。

情報通信研究機構(NICT)では，2020年代の本格的に普及するであろうと予想される高スループット衛星(HTS, High Throughput Satellite)の鍵となる技術の実証を目指すべく，2021年度に打ち上げ予定の技術試験衛星9号機(ETS-9, Engineering Test Satellite No.9)における通信ミッションの研究開発を総務省と協力しつつ行っている。
本ミッションは、逼迫しつつある電波による周波数領域を効率的な利用を実現する技術として，チャネライザおよびデジタルビームフォーミング技術の実証を目指すと共に、将来の大容量データ伝送のニーズに応えるために、次世代の超高速通信システムとして光通信による10Gbpsのフィーダリンク通信システム技術を検証、実証するための実験を予定している。
本講演では、本ミッションを通じて実証しようとしている光通信技術の内容、技術課題および現在の研究開発進捗について紹介する。

本講演では、月刊OPTRONICS2月号「光技術×宇宙通信」にて講演者が執筆した特集記事「日本における衛星量子暗号関連技術の研究開発」から、『光空間通信における物理レイヤ暗号』と呼ばれる技術について解説する。その特性上、悪意ある第三者、すなわち盗聴者にとって、無線通信の盗聴は容易であるとされている。しかし、光を使った無線通信である光空間通信は、狭いビームによって送受信者間の見通しを確保して行われるため、盗聴者はその位置に制限を課されてしまう。光空間通信における物理レイヤ暗号では、この光空間通信の特性を活用することで、高速な秘匿メッセージ伝送や遠距離間での暗号鍵の共有を実現する。加えて、この技術はどのような計算機を用いる盗聴者に対しても安全であることが理論的に示されている。講演者はこれまで、東京都調布市の電気通信大学と小金井市の情報通信研究機構との間で張られた7.8kmの光リンクテストベッドにより、大気のゆらぎや気象条件の変化によって引き起こされる盗聴リスクの定量化や、物理レイヤ暗号のプロトコルの一つである秘密鍵共有の実証実験を行ってきた。
本講演では、物理レイヤ暗号の理論的側面を簡単なモデルによって説明した後に、講演者らによるこれまでの研究について解説する。そして、量子鍵配送という非常に関連の深い技術との比較を通して、当該技術の、衛星光通信を含む光空間通信システムネットワークへの応用について述べる。