地球観測衛星
2014 年現在、A トレイン衛星群を構成する 6 つの地球観測衛星。

地球観測衛星または地球リモートセンシング衛星は、軌道上から地球を観測するために使用または設計された衛星であり、環境監視、気象観測、地図作成などの非軍事用途を目的としたスパイ衛星や類似の衛星も含まれます。最も一般的なタイプは地球画像衛星で、航空写真に類似した衛星画像を撮影します。一部の地球画像衛星は、 GNSS電波掩蔽のように、画像を撮影せずにリモートセンシングを行う場合もあります。

衛星リモートセンシングの最初の発生は、1957年10月4日にソ連が最初の人工衛星スプートニク1号を打ち上げたことに遡ります。 [ 1 ]スプートニク1号は無線信号を送信し、科学者はそれを使用して電離層を研究しました。[ 2 ] 米国陸軍弾道ミサイル局は、1958年1月31日にNASAジェット推進研究所向けに最初のアメリカの衛星エクスプローラー1号を打ち上げました。その放射線検出器から送信された情報により、地球のヴァンアレン放射線帯が発見されました。[ 3 ] NASAのテレビ赤外線観測衛星（TIROS）プログラムの一部として1960年4月1日に打ち上げられたTIROS-1宇宙船は、宇宙から撮影された気象パターンの最初のテレビ映像を送信しました。[ 1 ]

2008年には150機以上の地球観測衛星が軌道上にあり、受動型と能動型の両方のセンサーでデータを記録し、毎日10テラビット以上のデータを取得していました。[ 1 ] 2021年までにその総数は950機を超え、最も多くの衛星を運用しているのは米国に拠点を置くPlanet Labs社です。[ 4 ]

地球観測衛星の多くは、比較的低い高度で運用されるべき機器を搭載している。そのほとんどは高度500～600キロメートル（310～370マイル）以上の軌道を周回する。低軌道では空気抵抗がかなり大きいため、頻繁な軌道再ブースト操作が必要となる。欧州宇宙機関（ ESA）の地球観測衛星ERS-1、ERS-2、Envisat、およびEUMETSATのMetOp宇宙船は、いずれも高度約800キロメートル（500マイル）で運用されている。ESAのProba-1、Proba-2、SMOS宇宙船は、高度約700キロメートル（430マイル）から地球を観測している。UAEの地球観測衛星DubaiSat-1およびDubaiSat-2も低軌道（LEO）に配置され、地球のさまざまな部分の衛星画像を提供している。 [ 5 ] [ 6 ]

低軌道で地球全体をカバーするために、極軌道が使用されます。低軌道の軌道周期は約100分で、地球は次々に軌道を周回する間に極軸を中心に約25°自転します。地上の軌道は周回ごとに西へ25°移動するため、周回ごとに地球の異なる部分をスキャンできます。ほとんどの衛星は太陽同期軌道にあります。

高度36,000 km（22,000マイル）の静止軌道では、衛星は地球上の一定の地点に留まることができます。この高度での軌道周期は24時間です。これにより、衛星1基あたり地球の3分の1以上を途切れることなくカバーできるため、120°間隔で配置された3基の衛星で地球全体をカバーできます。この軌道は主に気象衛星に用いられます。

歴史

アメリカの偵察衛星コロナ98号が捉えたレドニツキエ湖（ポーランド）、1965年

ヘルマン・ポトチュニクは、 1928年に著作『宇宙旅行の問題』の中で、軌道上の宇宙船を用いて地上の詳細な平和観測および軍事観測を行うという構想を探求した。彼は宇宙の特殊な環境が科学実験にどのように役立つかを論じた。この本では、静止衛星（コンスタンチン・ツィオルコフスキーが初めて提唱）について解説し、それらと地上間の無線による通信についても論じたが、衛星を大量放送や通信中継に利用するという構想には至らなかった。[ 7 ]

冷戦の勃発は、敵の軍事インフラに関する情報収集や核態勢の評価に十分な地球観測能力を備えた衛星打ち上げシステムとカメラ技術の急速な発展を促した。 [ 8 ] 1960年のU-2号事件で航空スパイの危険性が浮き彫りになったことを受け、米国はコロナのような監視衛星計画を加速させた。1960年以降、監視活動は航空機による上空飛行に代わり、衛星が主流となった。[ 9 ]

アプリケーション

天気

アメリカの気象衛星GOES-8 。

気象衛星は、主に地球の気象と気候を監視するために使用される衛星の一種です。[ 10 ]しかし、これらの気象衛星は雲や雲系だけを観測するわけではありません。都市の光、火災、汚染の影響、オーロラ、砂嵐、砂塵嵐、積雪、氷の分布、海流の境界、エネルギーの流れなど、気象衛星によって収集される環境情報には様々なものがあります。

気象衛星画像はセントヘレンズ山の火山灰雲やエトナ山などの他の火山の活動を監視するのに役立ちました。[ 11 ]コロラド州やユタ州などの米国西部の火災の煙も監視されています。

環境モニタリング

地球の全面を正距円筒図法で示した合成衛星画像

その他の環境衛星は、地球の植生、大気中の微量ガス含有量、海面状態、海色、氷原の変化を検知することで、環境モニタリングを支援することができます。植生の変化を経時的にモニタリングすることで、現在の植生状態を長期平均と比較し、干ばつを監視することができます。 [ 12 ]例えば、2002年にスペイン北西沖で発生した原油流出事故は、欧州のENVISATによって注意深く監視されました。ENVISATは気象衛星ではありませんが、海面の変化を観測できる機器（ASAR）を搭載しています。人為的な排出は、対流圏のNO 2とSO 2のデータを評価することで監視できます。

これらのタイプの衛星は、ほぼ常に太陽同期軌道と「凍結軌道」を周回します。太陽同期軌道は、地上の各地点を同じ時刻に通過するため、各観測において太陽の位置が同じであるため、各通過時の観測結果を比較しやすくなります。「凍結軌道」は、地球の扁平率、太陽と月の重力、太陽放射圧、空気抵抗の影響を受けない、円軌道に最も近い軌道です。

マッピング

地形はRadarsat-1 [ 13 ]やTerraSAR-Xなどの衛星を利用して宇宙から地図化することができます。

国際規制

地球の周りで活動しているRapidEye地球探査衛星システム。

国際電気通信連合（ITU）によれば、地球探査衛星業務（または地球探査衛星無線通信業務）は、ITU無線通信規則（RR）第1.51条[ 14 ]に従って次のように定義されています。

地球局と 1 つ以上の宇宙局との間の無線通信サービス。これには、次のような宇宙局間のリンクが含まれる場合があります。

  • 地球の特性や自然現象に関する情報（環境の状態に関するデータを含む）は、衛星に搭載された受動型または能動型のセンサーから得られます。
  • 同様の情報が航空機または地上プラットフォームから収集されます。
  • 当該情報は、関係するシステム内の地球局に配信される場合がある。
  • プラットフォームの尋問が含まれる場合があります。

このサービスには、その運用に必要なフィーダーリンクも含まれる場合があります。

分類

この無線通信サービスは、 ITU無線通信規則（第1条）に従って次のように分類されます： 固定サービス（第1.20条）

周波数割り当て

無線周波数の割り当ては、ITU無線通信規則（2012年版）第5条に基づいて行われる。 [ 15 ]

周波数利用の調和性を向上させるため、本書で規定されているサービス割り当ての大部分は、関係各国の周波数割り当て・利用表に組み込まれており、これは関係各国の行政機関の責任範囲に含まれる。割り当ては、一次割り当て、二次割り当て、専用割り当て、共用割り当てのいずれかとなる。

  • 一次割り当て：大文字で書くことで示されます（以下の例を参照）
  • 二次割り当て：小文字で示される
  • 排他的利用または共同利用：行政の責任の範囲内

ただし、民間で使用されている帯域での軍事使用は、ITU 無線規則に準拠します。

周波数割り当ての例
サービスへの割り当て
地域1地域2地域3
401-402 MHz 気象観測支援
宇宙運用（宇宙から地球）地球探査衛星（地球から宇宙）気象衛星（地球から宇宙）固定式移動式（航空移動を除く）
13.4～13.75GHz   地球探査衛星（アクティブ）
無線標定宇宙研究標準周波数および時刻信号衛星（地球から宇宙へ）

参照

参考文献

  1. ^ a b c Tatem, Andrew J.; Goetz, Scott J.; Hay, Simon I. (2008). 「地球観測衛星の50年」 . American Scientist . 96 (5): 390– 398. doi : 10.1511/2008.74.390 . PMC  2690060. PMID  19498953 .
  2. ^ Kuznetsov, VD; Sinelnikov, VM; Alpert, SN (2015年6月). 「ヤコフ・アルパート：スプートニク1号と初の衛星電離層実験」. Advances in Space Research . 55 (12): 2833– 2839. Bibcode : 2015AdSpR..55.2833K . doi : 10.1016/j.asr.2015.02.033 .
  3. ^ "James A. Van Allen" . nmspacemuseum.org . ニューメキシコ宇宙歴史博物館. 2018年5月14日閲覧。
  4. ^ 「2021年には地球を周回する地球観測衛星は何機あるか？」 2021年8月18日。
  5. ^ 「DubaiSat-2、UAEの地球観測衛星」。モハメッド・ビン・ラシッド宇宙センター。2019年1月17日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年7月4日閲覧。
  6. ^ 「DubaiSat-1、UAEの地球観測衛星」。モハメッド・ビン・ラシッド宇宙センター。2016年3月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年7月4日閲覧。
  7. ^ 「衛星入門」www.sasmac.cn 2016年9月2日. 2016年9月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2017年4月19日閲覧。
  8. ^ 「宇宙の冷戦：極秘偵察衛星が明らかに」nationalmuseum.af.mil .
  9. ^ Muszyński-Sulima, Wawrzyniec (2023-06-30). 「宇宙における冷戦：偵察衛星と米ソの安全保障競争」 .ヨーロッパ・アメリカ研究ジャーナル. 18 (2). doi : 10.4000/ejas.20427 . ISSN 1991-9336 . 
  10. ^ NESDIS、衛星。Wayback Machineで2008年7月4日にアーカイブ。2008年7月4日取得。この記事には、パブリックドメインであるこのソースからのテキストが組み込まれています。パブリックドメイン
  11. ^ NOAA、 NOAA衛星、科学者らがセントヘレンズ山の噴火の可能性を監視。archive.today で2012年9月10日にアーカイブ。 2008年7月4日閲覧。この記事にはパブリックドメインのこのソースからのテキストが組み込まれています。パブリックドメイン
  12. ^ NASA、「干ばつ」。Wayback Machineで2008年8月19日にアーカイブ。 2008年7月4日取得。この記事には、パブリックドメインであるこのソースからのテキストが組み込まれています。パブリックドメイン
  13. ^ Grunsky, EC「地形図作成におけるマルチビームRadarsat-1衛星画像の利用」 2008年7月4日閲覧
  14. ^ ITU無線通信規則、第IV部 無線局及びシステム – 第1.51条、定義：地球探査衛星業務／地球探査衛星無線通信業務
  15. ^ ITU無線通信規則、第2章 周波数、第5条 周波数割当、第4節 周波数割当表
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