人工衛星

人工衛星（じんこうえいせい、Artificial Satellite)は、地球などの惑星の周りを回る人工天体のこと。主に通信、観測などをさせるのが目的である。地球周回軌道以外を飛行する人工天体である人工惑星と区別される。有人宇宙船や宇宙ステーション、スペースシャトルも含まれ、アメリカ航空宇宙局等の人工衛星軌道データに掲載もされるが、これらについて触れる際には人工衛星とは呼ばないのが普通である。

人工衛星は通常地球を周回する軌道にあるものが大部分であるが、惑星探査目的で火星や土星などの他の惑星を回る軌道上に宇宙探査機が到達しており、各惑星の人工衛星となっている。これらは惑星の観測を行ったり、火星探査機などのように他惑星の表面に着陸した宇宙探査機からの各種観測データを地球まで中継送信している。

人工物体に地球を周回させるには、ロケットを用いて打ち上げ、予定した軌道上で適切な軌道速度を実現する必要がある（→人工衛星の軌道および人工衛星の軌道要素を参照のこと）。

目次 1 歴史 2 利用 3 衛星を構成するサブシステム 3.1 搭載系(ペイロード、ミッション系) 3.2 = 観測機器 = 3.3 = トランスポンダ = 3.4 = アンテナ系 = 3.5 衛星バス系 3.6 = 姿勢制御系 = 3.7 = 電源系 = 3.8 = 熱制御系 = 3.9 = テレメトリ・コマンド・レンジング系 = 3.10 = 構造 = 3.11 = 推進系 = 3.12 地上管制系 4 設計工程 4.1 設計モデル 4.2 設計上考慮する点 5 組織 6 民間による衛星開発プロジェクト 7 宇宙関係機関 7.1 衛星製造業者 7.2 打上業者 7.3 保険会社 7.4 教育機関 7.5 衛星運用業者 7.6 国家機関 8 主な打ち上げ実績 9 衛星の廃棄 10 関連項目

歴史

人工衛星の原理的な構想は19世紀後半、ロシアのツィオルコフスキーがロケットを使用して宇宙船を打ち上げるという構想を発表したことに始まる。1950年代に入ると、米ソは競って人工衛星打上げを目ざしたが、1957年10月4日、ソ連が世界初の人工衛星スプートニク1号を軌道に乗せることに成功した。1960年代に入ると直ちに人工衛星の実用的利用も模索され始めた。アメリカは1960年に、初の気象衛星「タイロス1号」、航行衛星「トランシット1B」、偵察衛星「ミダス2号」を相次いで打ち上げた。その後の宇宙開発の中心は、有人宇宙飛行に移るが、人工衛星の実用も次第に本格化し、1962年には、初の商業用通信衛星である「テルスター1号」が打ち上げられ、テレビ中継にも成功して、宇宙開発が市民生活と密着していくようになる。1964年に、初の静止衛星「シンコム3号」が打ち上げられ、日本でも1970年、日本初の人工衛星「おおすみ」が東京大学宇宙航空研究所の手で打ち上げられた。1970年代に入ると米ソは大型有人宇宙船であるサリュート、スカイラブを打ち上げ、諸外国を大きくリードしていったが、人工衛星利用に関しては実用面、とりわけ経済的な意味からの再評価が行われ、しだいに実社会の要請に呼応するようになった。21世紀現在、気象衛星や通信衛星など、人工衛星は最早社会には欠かせない存在となった。また軍事衛星も国家戦略的観点からすると重要度が高く、欠かせないものとなっている。

利用

人工衛星は高高度を飛行するために、非常に広い地域を可視域とすることができる。このことが今日、人工衛星が広く利用されている最大の理由で、開発初期から通信・気象・偵察衛星が生まれたのもこのためである。近年ではこれらのほかに測地衛星、資源探査衛星など多種多様の実用衛星が登場している。通常、通信・気象衛星は静止軌道上に置かれるが、他の衛星は比較的低高度の軌道に置かれる。地表面観測、探査技術は最近急速に進歩しており、リモートセンシング技術を用いた埋蔵資源、土地利用、環境汚染、魚場調査などの広範な応用が現実のものとなっている。スペースシャトルが実用化された現在では、大型の宇宙実験室が実現しつつあり、これを用いた宇宙工場の調査も活発で、無重量状態、真空状態などの宇宙空間の産業的地盤としての有効性も模索されている。

宇宙開発も約半世紀を経て、人工衛星の数は急増しており、衛星どうしの衝突の可能性も問題となりつつある。また大型人工衛星や原子力衛星の落下（コスモス954号）もすでに社会問題となっており、国際的な対策が不可欠である。また宇宙空間の軍事利用化も進行しつつあり、科学技術の面以外にも、政治・外交など広い面での国際協調も必要となってきている。

衛星を構成するサブシステム

衛星は次のサブシステムを統合して製造される。

搭載系(ペイロード、ミッション系)

観測機器

ミッションを実現するための観測機器。

トランスポンダ

通信・放送衛星の場合搭載される機器。地上から発射された電波を受信し、周波数変換し、大電力増幅して再び地上に送出するための送受信機。

アンテナ系

電波の出入り口で、放送・通信ミッションやレーダー観測衛星で重要な役割を果たす。

ミッションを実現するためのサブ・サブシステムであるが、比較的大型であることと、設計製造に特殊な技術を要することから独立に扱われることが多い。

衛星バス系

姿勢制御系

地球センサ、太陽センサ、恒星センサと、慣性誘導装置、制御用計算機より構成される。これらを組合せ制御系を構築し、衛星を必要な姿勢に変更したり、姿勢を保つことを司る。

電源系

• 太陽電池、蓄電池、変圧装置、制御・分配装置により構成され、蓄電池への充電制御や、搭載機器への電力供給制御、回路の保護（ショート耐性）等をする為のサブシステムである。
• 衛星の種類によっては、衛星分離を検出し、衛星を起動させる。
• 惑星探査機では太陽電池が使えない事があるが、その場合は代替の電源を用意する。

熱制御系

衛星は宇宙空間にて高温から低温の過酷な環境に晒される。また、真空である宇宙空間では輻射による廃熱しかない。そのため、搭載した機器が良好に動作するためには、動作温度に収まるよう上手に設計する必要がある。実際のハードウェアとしては、次のような手段を駆使して実現する。

サーマル・ブランケット

断熱材のこと。熱の出入りを抑える。

ヒート・パイプ

熱源からの過剰な放熱をラジエータまで伝達する。

ラジエータ

熱放射器のこと。

ヒーター

過剰に冷却されないよう機器を暖める。

静止衛星では、夏至、冬至、春秋分の条件下で、太陽光の当たり具合や、地球からの輻射を考慮しながら、有限要素化した衛星の構造モデルを用いて設計解析する。

テレメトリ・コマンド・レンジング系

テレメトリ

地上の管制局に衛星の状態を送信する機能。

コマンド

地上からの命令を受信し、衛星に搭載された機器の制御をするための機能。通信速度は遅くてよい。

レンジング

地上局と衛星の測距を行うための機能。衛星は日々、軌道がずれていくため、そのずれを把握するために行う。

構造

衛星は、打上げ時、分離時に大きな衝撃を受ける。その際に、衛星自体や、搭載した機器が破損しないよう設計されている必要がある。

推進系

• 計画軌道に衛星を投入しても、放置しておくと、地球の重力異常や、太陽風による擾乱のために、徐々に軌道が変わっていく。そのため、スラスターを稼働させ、軌道制御を行う。
• 偵察衛星の場合、偵察のために必要な軌道変更を行うためにも使われる。
• 静止衛星の場合、静止トランスファー軌道から静止軌道に軌道変更するためのアポジ・モーターを搭載するが、それも推進系を構成する。
• 静止衛星が寿命を全うし、残骸が貴重な静止軌道を占有することがないよう、最後に軌道高度を上昇させるためにも使用する。周回衛星が、地球に落下するとき、安全な突入軌道にするためにも使用できる。

地上管制系

設計工程

設計モデル

• 設計確認用
  • ブレッドボード・モデル
  • エンジニアリング・モデル
  • 熱・構造モデル
  • プロトタイプ・モデル(PM)
• 実際に打ち上げるもの
  • プロト・フライトモデル(PFM)
  • フライト・モデル(FM)

設計上考慮する点

• 環境条件
• 衛星の寿命

組織

衛星プロジェクトを完遂するためには、以下の要員が必要である。

• ライン
  • プロジェクト責任者
    • 主任技術者
      • 搭載機器担当技術者
      • バス担当技術者
      • 試験監督
      • ミッション解析担当技術者
    • プロジェクト管理担当
• スタッフ
  • 契約担当
  • 品質管理担当
  • 法務担当

民間による衛星開発プロジェクト

2008年（平成20年）度に打ち上げるH-IIAロケットには、一般公募から選考された小型衛星が積み込まれる。多くは大学などの研究プロジェクトとなったが、二件の民間プロジェクトが選ばれ、これまで政府や公的機関の物とされてきた人工衛星プロジェクトに、今後民間企業が参入するきっかけと注目されている。

• SOHLA-1（愛称「まいど1号」） - オフィシャルサイト

東大阪工業地帯の中小企業が共同で設立した東大阪宇宙開発協同組合による衛星。NEDOに委託されて開発する「汎用小型衛星PETSAT」の実証衛星と位置付けられる。

• かがやき（SORUNSAT-1） - オフィシャルサイト

宇宙開発関連のシステム開発も手がける大手システムインテグレーターであるソラン株式会社と宇宙関連技術のコンサルタント会社であるウェルリサーチ、更に東海大学衛星プロジェクトによる合同プロジェクト。「障害を持った子供達の夢をつなげる活動」をメインコンセプトとしている。

宇宙関係機関

衛星製造業者

• 日本
  • 三菱電機
  • NEC東芝スペースシステム
• 米国
  • Boeing
  • Lockheed Martin
  • SS/L
  • TRW
• 欧州
  • Alcatel/Astorium
• 英国

打上業者

• 日本（打ち上げ作業そのものは宇宙航空研究開発機構(JAXA)に委託する）
  • ロケットシステム(RSC)（1990年～2006年2月）打ち上げ実績は試験機を含め3機のみ。
  • 三菱重工業（2007年4月～）
• 米国
• 米国を中心とした国際企業体
• 欧州
  • アリアンスペース

保険会社

教育機関

衛星運用業者

国家機関

各国の宇宙開発機関を参照。

主な打ち上げ実績

人工衛星の自国による打ち上げ実績を持つ国は多くない。旧ソ連、米国、フランス、日本などの順に打上げた。世界の累計衛星打上げ個数は、2006年末時点で5736個で、米・CIS(旧ソ連時代含む)だけで約88%を占める。日本は119個で世界第3位に付ける）http://www.sjac.or.jp/sjac_gaiyo/info/sekai_h19.pdf>。

打ち上げ場を保有する国は12カ国(ロシア・米国・日本・フランス・イタリア・豪州・ノルウェー・スウェーデン・イスラエル・インド・中国)。以下に主な打ち上げについて示す。

順位	打ち上げ年月日	打ち上げ国	衛星名称	打ち上げロケット	備考
1	1957年10月4日	ソビエト連邦	スプートニク1号	R-7	84kg
2	1958年1月31日	アメリカ合衆国	エクスプローラー1号	ジュピターC]]	13.7kg
3	1965年11月26日	フランス	Aesterix 1号	ディアマン
4	1970年2月11日	日本	おおすみ	L-4S 5号機	23.8kg
5	1970年4月24日	中国]]	東方紅	長征1型
6	1971年10月28日	イギリス	プロスペロ	ブラックアロー	オーストラリアで打上
7	1979年12月24日	ESA]]	CAT	アリアン1型(L01)	現・欧州連合の意味で掲載
8	1980年7月18日	インド	ロヒニ1号	SLV
9	1988年9月19日	イスラエル	オフェク1号	シャビット	西向きに打上げ

• 国・地域・国際機関・多国籍企業別累計衛星打上げ個数（2006年12月末。括弧内は05年12月末）

順位	打上げ国	個数
1	旧ソ連(CIS)	3228(3212)
2	米国	1815(1781)
3	日本	119(111)
4	中国	99(92)
〇	インテルサット	70(69)
〇	ESRO/ESA	64(63)
5	フランス	54(52)他に独と共同保有2
6	ドイツ	38(37)他に仏との共同保有2
7	インド	38
8	英国	35
9	カナダ	27(26)
10	イタリア	20(19)

注記：共同保有は含めず。ただし2006年の米国の34機の内6機は台湾と、1機はフランスとの共同開発。

衛星の廃棄

人工衛星のうち、静止軌道を飛行する衛星（静止衛星）は、搭載機器の寿命とともに、衛星の軌道維持や姿勢を制御するスラスター用の燃料を使い果たせば、寿命となる。気象衛星を含めてほとんどの人工衛星は、時々の姿勢・軌道制御を行うためにスラスターとスラスター噴射のための燃料を搭載している。この燃料が切れると衛星は静止軌道を保てなくなるため、寿命末期には静止軌道からさらに高度の軌道に上昇させ、停波・廃棄する。これは俗に墓場軌道（graveyard orbit）と呼ばれる軌道である。中には何らかの理由により軌道離脱ができず、スペースデブリと化す衛星もある。

関連項目

• ロケット
• ロケット・ミサイル技術の年表
• 宇宙開発
• ミウラ折り
• 姿勢制御

外部リンク

• Satellite Ground Tracks Real time satellite's tracks (Full catalog of satellite orbit).
• CelesTrak WWW(人工衛星の軌道要素の配布)
• Gunter's Space Page
• Satellite Provider