1．はじめに
光衛星通信は，新しいフェーズに入りつつある。近年，数百から数万機の複数の小型衛星でグローバルに通信サービスを行う衛星コンステレーションの計画が世界各国から台頭してきており，衛星通信分野において革新的な変化が起きている。宇宙空間における低軌道衛星－衛星間通信が大手企業により実用化段階になってきており，光通信の大容量通信の特徴を活かしたグローバルなワイヤレス通信ネットワークが構築されつつある。最後のハードルは，宇宙セグメントと地上セグメント間を大容量通信でつなぐことであるが，大気ゆらぎや気象の課題があり研究段階である。本稿では，光衛星通信に関する研究開発の最新動向について述べ，地上－衛星間の大容量通信技術の今後について解説する。
2．世界における光衛星通信の研究開発
光衛星通信技術は，宇宙分野において非常に幅広い用途への利用が可能であり，干渉に強く法的規制を受けないため国際周波数調整も不要で，電波（RF）では達成できない高速・大容量化，小型・軽量化可能な通信手段として注目されている。近年，数百から数万機の複数の衛星群でグローバルに通信サービスを行うStarlinkやAmazon LEO等の衛星コンステレーションの計画が光衛星通信技術を活用し，世界各国から台頭してきている1, 2）。図1に，光衛星通信技術を用いた主な利用アプリケーションのユースケースを示す。ここでは，主要な光衛星通信の利用分野について動向を紹介する。
2.1 小型衛星による短期宇宙実証ミッション
情報通信研究機構（NICT）では6 kg級の小型光トランスポンダ（SOTA）を開発し，低軌道（LEO）において50 kg級超小型衛星としては世界初となる光通信実験や衛星量子通信の基礎実験を2017年に成功裏に実施した3）。その後，2019年9月に国際宇宙ステーション（ISS）との光通信の実証実験がソニーコンピュータサイエンス研究所によりNICTの光地上局を用いて実施された4）。NICTでは，汎用的な小型光端末を開発しており，様々な非地上系ネットワーク（NTN）プラットフォームに適用可能な設計を進め，2025年12月には，これらの端末を用いた7.4 kmの水平伝搬路において2 Tbpsの光通信実験を成功裏に実施している5）。2026年度には，この端末を6 U CubeSat に搭載したCubeSOTAミッションを打ち上げ，高高度プラットフォーム（HAPS）と衛星間での光通信を実証する計画である。
米国Aerospace Corporationでは，2018年5月に1.5 U（1Uは10cm角のサイズ）のCubeSatプロジェクト（OCSD）で，LEO－地上間で200Mbps の光通信実験をCubeSatクラスの衛星で世界で初めて実証した6）。米国MIT LLの開発した6 U CubeSatのTBIRDミッションでは，2023年4月に低軌道衛星と地上間で200 Gbpsを実証し，衛星分野で初めて100 Gbpsを超える衛星通信を実現した7）。
中国では，2025年にJilin-1衛星を用いて，衛星間で100 Gbps，地上－衛星間で10 Gbpsの宇宙実証が行われた8）。その後，中国科学院航空宇宙情報イノベーション研究院では，地上－衛星間での観測衛星のデータ伝送に120 Gbpsのピーク伝送速度が実証されている9）。さらに，中国の宇宙ベンチャー企業Laser Starcomは，低軌道のGuangchuan衛星2機を用いて640 kmの距離で400 Gbpsの衛星間光通信の軌道上実証に成功している10）。
ドイツ航空宇宙センター（DLR）では，小型衛星搭載用の光赤外高速通信回線システム（OSIRIS）計画で軌道上実証を推進しており，2021年1月に3UのPIXL-1を打ち上げ，100Mbpsの光通信実験に成功している11）。
図2にこれらの情報を反映した光衛星通信の伝送速度の動向を示す。
2.2 光データ中継衛星
米国においては，アメリカ航空宇宙局（NASA）の計画で，2.88 Gbpsの光データ中継衛星システムの実証プロジェクト（LCRD）を静止軌道（GEO）に打ち上げ，2023年にISS搭載の光通信機器ILLUMA-T間で，データ中継に成功している12）。
欧州宇宙機関（ESA）では，LEOの観測衛星群から静止衛星経由で光データ中継を行う欧州データ中継システム（EDRS）計画を推進している。静止衛星EDRSシリーズと，LEOのSentinel シリーズの観測衛星群との間で，Airbus の運用により定常サービスとして観測データが光通信で中継されている13）。
日本においては，宇宙航空研究開発機構（JAXA）において，GEOへ2020 年11 月に打ち上げられた光衛星間通信システム（LUCAS）が運用されており，2024 年7 月に打ち上げられた観測衛星ALOS-4との間でGEO経由で伝送速度1.8 Gbpsの光通信を用いたデータ中継が定常的に実施されている14）。
2.3 深宇宙光通信の研究開発
NASA主導のARTEMIS計画は，月面有人探査に関するすべてのプログラムを包含した総体のことであり，主な計画として，月周回有人拠点（Gateway）計画，SpaceLaunch System（SLS）計画，Orion宇宙船計画，有人着陸機（HLS）計画，商業月面ペイロードサービス（CLPS）計画等から構成され，月面基地の構築や持続可能な月探査を目指している15）。その中で，月周回衛星と地球や月を結ぶ通信ネットワークが検討されている。
日本では，JAXAやNICTにおいて月探査のための測位・通信の総合アーキテクチャが検討されており，国際協調を前提として，2030年代半ばを目途に月の不均一な重力場（重力異常）の影響を最小限に抑え，長期間にわたり軌道要素を維持できる月周回楕円軌道である楕円月凍結軌道（ELFO：Elliptical Lunar Frozen Orbit）の2 軌道面に計8 機のコンステレーションを構築して，月の極域において数メートル級の測位サービス，及び1 Gbps以上の高速光通信サービスの提供を目指している16, 17）。
2.4 ブロードバンド衛星通信の研究開発
マルチビームによる通信容量を実現するハイスループット衛星（HTS）が世界各地で開発されており，Tbps級の通信容量を持つ1,000 ビームクラスの超マルチビーム衛星が開発されている。日本において，技術試験衛星9号機（ETS-9）に搭載するKa帯で100 MbpsのRFのユーザリンクを有し，衛星と地上ネットワークを結ぶフィーダリンクをRFと光通信回線で行うハイブリッドHTS通信システムの研究開発が，総務省とNICTにより推進されている。この光フィーダリンクシステムのプロジェクト（HICALI）は，10 Gbps級の光通信をGEO－地上間で実証する計画で，2026年度以降に打上げ予定であり，打ち上げ後は軌道上テストベッドとして活用が見込まれている18）。
ESAでは衛星通信のための革新的な光学技術を開発から新市場獲得まで支援するScyLightという計画を実施しており，この中で，Hydronと呼ばれるプログラムでは，初期にLEOのリングを構成し，第2 段階でGEOノードを拡張し，最後にユーザ層を加えることで2.5 ～ 100 Gbpsの光通信網を構築する計画で，2028年からの実証を目指してKeplerやThalesと連携して進められている19）。
2.5 衛星量子鍵配送（QKD）に関する研究開発
2016年に，小型光トランスポンダー（SOTA）を搭載した50 kgクラスのマイクロ衛星で，地上からLEO間の光通信と量子暗号基礎実験が世界で初めて実施された4）。その後，2016年に，中国のMicius衛星により衛星QKDと1200km量子テレポーテーション実証が量子もつれを用いたBBMプロトコルを用いて実証された20）。2022年には，中国のJinan-1号衛星に搭載されたDecoy BB84プロトコルを搭載したQKDミッションにおいて，1パスで1 Mbitの鍵が得られている21）。日本においては，ISSにおける秘密鍵共有技術の実証実験が，2023年にSeCRETSによって実施された22）。SpeQtralは2025年11月にSpeQtre 12U CubeSatを打ち上げ，量子もつれ光源を用いたCubeSatのQKDミッションを実施中であり，量子光学地上局（OGS）も既に開発されている23, 24）。
欧州Eagle-1ミッションは2019年に27か国が加盟したEuroQCIの下で開発された初のQKDシステムであり，2026年に打ち上げられる予定である25）。OPS-SAT VOLTはBB84を用いたQKDペイロードで，2026年に打ち上げられる予定である26）。DLRでは2026年5月3日に，光通信と量子鍵配送（QKD）ミッションを搭載したCUBE-II衛星の打ち上げに成功している27）。ドイツのCubEniKは，16U CubeSatを使用したQKD衛星ミッションで28），オーストリアではqtlabs 等によりBBMプロトコルを用いたQKDミッションが計画されている29）。スペインのQTEP＋は，35 の研究グループからなる量子技術プラットフォームであり，2028 年にはGEO CV-QKD（連続量量子鍵配送）が計画されている30）。スペインのQ-ANSERは，BB84と偏波状態を持つ2 機のCubeSat 間で実施されるQKDミッションである31）。英国のALIGNは，CV-QKDを用いた12U CubeSat ミッションで，2026 年に打ち上げられる予定である32）。TeQuantS は，ESA ARTES 4.0により2026 年末までに衛星とOGSを開発する33）。QEYSSatは，カナダ宇宙局（CSA）によるBB84およびBBM92を用いた衛星QKDミッションで，2026 年に打上げ予定である34）。オーストラリアでは，2 機の6U CubeSat間の衛星QKDを計画している35）。中国のGEO－中高度軌道（MEO）のQKDでは，64 ビット/ 秒で1 日12時間の量子鍵生成により年間1 Gbit の鍵生成が計画されている36）。
3．光衛星を用いる衛星コンステレーション計画
ブロードバンドインターネットを提供する大規模なLEO衛星コンステレーションは急速に拡大しており，Starlinkは2024 年1月に200 Gbps の光衛星間通信に成功したと発表し1），衛星通信分野でも数百Gbps の通信速度に達してきており，2026 年5 月には12,019 機の衛星を軌道上に打ち上げている。Amazon LEOは2023 年12 月に100 Gbpsの光衛星間通信実験を成功裏に実施し2），2026年5 月には304 機の衛星打ち上げに成功している37）。Blue Origin は，LEOの通信ネットワークTera Wave を2027 年第4四半期に運用を開始すると表明し，5408機の相互接続されたLEO衛星で企業向けのサービスを提供し，最大毎秒6 Tbps のデータ通信速度の実現を目指している38）。日本のLEOコンステレーションプロジェクトは，複数の軌道に光通信機器を搭載した衛星を展開し，光衛星通信ネットワークシステムとして軌道上実証を行うプロジェクトが，スペースコンパス主導で2023 年3月から開始されている39）。NICTは，複数の光学地上局とネットワーク制御の研究開発を行い，光学地上局テストベッド（HICALI-GATE）を整備してポテンシャルユーザへの利用を目指している40）。
欧州では，LEOとMEOのマルチオービットで約290機の衛星コンステレーションを用いるIRIS2 計画を進めている。政府や防衛向けの高セキュリティ通信，商用用途や通信困難地域への広域ネットワーク提供等を目指しており，官民で作る欧州で最大規模の通信インフラとなる予定である41）。また，ドイツのKleo connectは，288 機の衛星コンステレーションにより，IoT/M2Mの利活用を中心に置いた通信サービスを狙っており，2019 年から2機の衛星を打ち上げている42）。
中国においては，上海スペースセイル・テクノロジーズがQianfanを推進しており，15,000 機のLEO衛星を用いて100 Gbpsの衛星間光通信を実現する計画で126 機の衛星がこれまでに打ち上げられている。中国衛星ネットワークグループが進めるGuowang では，LEOに最大13,000機の衛星で100 Gbps の光通信を計画し，168機の衛星がこれまでに打ち上げられている43）。
4．衛星通信の技術動向と今後の展望
図3 に衛星コンステレーション計画において，光衛星通信が適用されるサービスタイプを考慮し，サービス年，プロジェクト名と衛星数を表記し，利用用途を分類整理した結果を示す。光衛星通信は，衛星コンステレーション計画の中で，大きく5 つの利用分野に整理される。衛星－衛星間光通信で数千から1 万機レベルを用いる低軌道ブロードバンド衛星通信サービス，地上－衛星間光通信が主となる小型衛星の短期間宇宙実証ミッション，光通信の小型化・軽量化を活かした静止衛星による衛星－衛星間光データ中継サービス，超高速大容量を活かした全光衛星通信サービス，さらに無条件安全性を保証する衛星QKDを用いた宇宙のサイバーセキュリティ等が主な用途であり，今後これらの方向に光衛星通信が活用・展開されていくと考えられる。
図4 に地上－衛星間リンクを活用した衛星コンステレーションメッシュ光通信網のコンセプトを示す。近い将来，光地上局側でも安価で小型な通信機器の開発が進行し，例えば地上の複数ある携帯基地局の鉄塔などに取り付けて衛星と光通信でアクセスするようになると考えられる。主な課題としては，地上－衛星間の大気ゆらぎ補償技術，光地上局の小型化・低コスト化，光地上局の全天候化・自動化・高速化，運用の規格化・標準化が挙げられる。これらを克服し，地上－衛星間光通信技術で，宇宙セグメントと地上セグメント間をN：Nの光リンク群で大容量でロバストにつなぐことで，サイトダイバーシティ技術が実装され真にグローバルな大容量光通信ネットワークの構築が期待される。
5．まとめ
光衛星通信に関する最新の研究開発動向について紹介した。Starlink をはじめAmazon LEOやGuangchuanなど，世界各国で光衛星通信技術の軌道上実証が積み重ねられており，HAPS，LEO，MEO，GEO等のマルチオービットで様々なプラットフォームでの光通信の利用が拡大すると考えられる。日本においては，国の研究開発機関による研究開発のみならず，民間での開発が本格的に推進されており，今後，さらに光衛星通信のサービス化が加速していくと期待される。一方でOnewebの破綻後の再起動やいくつかの衛星計画でキャンセルされたものもいくつか存在し，どの計画が生き残り実用化を果たすのか目が離せない状況である。今後の動きについて注視していきたい。
参考文献
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43） China in Space, “China’s Mega-Constellations Mega-Article,” 24 April, 2026.
https://www.china-in-space.com/p/chinas-mega-constellations-megaarticle
豊嶋守生
情報通信研究機構 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 主管研究員
略歴
1994年に郵政省通信総合研究所（現，NICT）へ入所。技術試験衛星VI 型（ETS-VI）を用いた世界初の地上－衛星間の光通信実験に従事。1999年に宇宙開発事業団（現，宇宙航空研究開発機構（JAXA））に出向し，光衛星間通信実験衛星（OICETS）の開発に従事。2003年に戻り，OICETSとの光通信実験や，世界初の50 kg級小型衛星の光通信及び量子通信基礎実験を実施。技術試験衛星9号機（ETS-9）の通信ミッションの研究開発等に従事し，2026年4月から現職。XGモバイル推進フォーラム（XGMF）NTN推進プロジェクトのリーダやスペースICT推進フォーラムの主査等を務める。博士（工学）。
