流星バースト通信

流星バースト通信（MBC ）は、流星散乱通信とも呼ばれ、^[1]大気圏突入時の流星のイオン化された軌跡を利用して、最大2,250キロメートル（1,400マイル）離れた無線局間で短い通信経路を確立する無線伝播モードです。電波は前方散乱または後方散乱することがあります。

地球が軌道に沿って移動すると、流星体と呼ばれる何百万もの粒子が毎日地球の大気圏に侵入し、そのごく一部がポイントツーポイント通信に役立つ特性を持っています。^[2] これらの流星体が燃え始めると、大気圏のE層にイオン化粒子の輝く軌跡（流星と呼ばれる）が形成され、最大数秒間持続することがあります。イオン化の軌跡は非常に密度が高いため、電波を反射するために使用されます。特定のイオン軌跡によって反射される周波数は、流星によって生成されたイオン化の強度によって決まり、多くの場合、粒子の初期サイズの関数であり、通常は30MHzから50MHzの間です。^[3]

通信を確立できる距離は、イオン化が生じた高度、流星体が落下する地球表面上の位置、大気圏への進入角度、通信を確立しようとするステーションの相対的な位置によって決まります。これらのイオン化の痕跡はほんの一瞬から数秒間しか存在しないため、通信の機会はほんのわずかしか生まれません。^{[引用が必要]}

流星と電波伝搬の相互作用に関する最初の直接観測は、1929年に日本の長岡半太郎によって報告された。1931年、グリーンリーフ・ピカードは、大規模な流星群の時期に長距離伝搬のバーストが発生することに気づいた。同時に、ベル研究所の研究員A.M.スケレットは夜間の電波伝搬を改善する方法を研究しており、多くの研究者が見ている異常現象は流星によるものだと示唆した。翌年、シェーファーとグドールは、その年の獅子座流星群の間に大気が乱れたことに気づき、スケレットは、そのメカニズムは流星の軌跡にある電子の反射または散乱によるものだと仮説を立てた。1944年、ロンドンに落下するV-2ミサイルを検知するために「上向きに向けられた」レーダーシステムを研究していたジェームズ・スタンレー・ヘイは、流星の軌跡が実際に無線信号を反射していることを確認した。

1946 年、米国連邦通信委員会(FCC) は、VHF 無線信号の強化と個々の流星の間に直接的な相関関係があることを発見しました。1950 年代初頭に米国国立標準局とスタンフォード研究所によって実施された研究では、実際にこれを媒体として使用することには限定的な成功しか収められませんでした。^{[引用が必要]}

この技術を利用する最初の本格的な取り組みは、1950年代初頭にカナダ 国防研究委員会によって実施されました。 ^[要出典]彼らのプロジェクト「JANET」（双方向を監視するヤヌスにちなんで名付けられた）は、サスカチュワン州プリンスアルバートのレーダー研究ステーションから、磁気テープに記録されたデータのバーストをトロントまで、2,000 kmを超える距離に送信しました。90 MHzの「搬送」信号が監視され、突然の信号強度の増加が流星の合図となり、データのバーストがトリガーされました。このシステムは1952年から運用され、レーダープロジェクトが1960年頃に停止されるまで、有用な通信を提供しました。^[要出典]

最初の主要な配備の 1 つは「COMET」( COmmunication by MEteor Trails ) で、NATOの欧州連合軍最高司令部本部との長距離通信に使用されました。COMET は 1965 年に運用を開始し、オランダ、フランス、イタリア、西ドイツ、イギリス、ノルウェーにステーションが設置されました。^[要出典] COMET は、季節に応じて 115 ～ 310 ビット/秒の平均スループットを維持しました。^[要出典]

1960 年代後半から衛星通信システムの使用が増え始めると、流星バースト通信への関心は薄れていった。1970 年代後半には、衛星は当初考えられていたほど普遍的に有用ではないことが明らかになった。特に高緯度や信号セキュリティが問題となる場所では顕著だった。こうした理由から、米国空軍は1970 年代にアラスカ航空軍の MBC システムを導入したが、このシステムが現在も運用されているかどうかは公表されていない。^[要出典]

さらに最近の研究としては、 SAICがDARPA の資金援助を受けて設置したテストベッドである高度流星バースト通信システム(AMBCS) があります。AMBCS は、地球が「前進」する方向にある、一日の任意の時間に適切な空の領域に向けられた位相制御可能なアンテナを使用することで、データ レートを大幅に向上させ、平均 4 キロビット/秒 (kbit/s) を実現しました。衛星の公称スループットは約 14 倍ですが、^{[引用が必要]}運用コストは大幅に高くなります。

リアルタイム ステアリングを使用することで、理論的にはスループットをさらに向上させることができます。基本的な概念は、後方散乱信号を使用してイオン トレイルの正確な位置を特定し、アンテナをその地点に向けるか、場合によっては複数のトレイルに同時に向けることです。これによりゲインが向上し、データ レートが大幅に向上します。現在まで、^{[いつ? ]}このアプローチは、知られている限り、実験的に試されたことはありません。^[要出典]

米国農務省（USDA）は、40年以上にわたって SNOTELシステムで流星散乱を広範に使用していましたが、2023年にこの使用を中止しました。 ^[要出典]米国西部の900を超える積雪水分量測定ステーションには、流星散乱通信を利用して測定値をデータセンターに送信する無線送信機が装備されていました。^{[4] [5]}

流星散乱通信のほとんどは、送信と受信の期間が正確にスケジュールされている無線局間で行われます。2 つの局間の適切な場所に流星の軌跡が存在するかどうかは予測できないため、流星散乱通信を試みる局は、他の局から受信確認を受信するまで、同じ情報を繰り返し送信する必要があります。局間の情報の流れの進行を規制するために、確立されたプロトコルが採用されています。1 つの流星が通信プロトコルの複数のステップをサポートするイオンの軌跡を作成する場合もありますが、情報を完全に交換するには、複数の流星と長い時間が必要になることがよくあります。

流星散乱通信には、あらゆる形式の通信モードを使用できます。 単側波帯音声伝送は、北米のアマチュア無線家の間で人気があり、流星群の間に他の局と事前にスケジュールを立てずに連絡を取ろうとしています。モールス信号の使用はヨーロッパでより一般的で、アマチュア無線家は改造したテープレコーダー、後にはコンピュータプログラムを使用して、毎分800語もの速度でメッセージを送信しました。これらの情報のバーストを受信した局は、信号を記録し、低速で再生して送信内容をコピーします。2000年以降、コンピュータプログラムによって実装されたいくつかのデジタルモードが、音声およびモールス信号通信に取って代わりました。アマチュア無線操作で最も人気のあるモードは、WSJT-Xソフトウェアに実装されているMSK144です。

• 流星バースト通信: 長距離通信の新たな手段
• MeteorComm 流星バーストテクノロジー
• 流星バースト通信チュートリアル
• Livemeteors.com で流星の音をライブで聴く
• 流星散乱データベース
• 流星散乱 自家製
• ロックヤー天文台およびプラネタリウムにおける流星の電波検出。毎分更新されます。