準天頂衛星システム

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日本上空を通る準天頂軌道(非対称8の字軌道)

準天頂衛星システム(じゅんてんちょうえいせいシステム、英語: Quasi-Zenith Satellite System、QZSS)は、主に日本地域向けに利用可能とする地域航法衛星システムをいう。宇宙航空研究開発機構(JAXA)と内閣府特別の機関宇宙開発戦略推進事務局準天頂衛星を用いてシステム構築を目指している。2010年9月11日に技術実証のための準天頂衛星初号機みちびき (QZS-1)が打ち上げた。2016年4月の宇宙基本計画で、2017年に衛星3機が追加で打ち上げられ、2018年に4機体制でシステムを運用開始し、さらに2020年に初号機の後継1機と2023年に衛星3機を追加して7機体制で運用することが閣議決定された[1][2]

概要[編集]

衛星測位システムの意義[編集]

衛星測位システムは、社会インフラストラクチャーとして重要と言われ、アメリカ合衆国グローバル・ポジショニング・システムを始めとして、ロシア連邦GLONASS欧州連合ガリレオ中華人民共和国北斗インドIRNSS等、経済大国では自前の衛星測位システムの構築が進行もしくは計画されている。他国に頼らずに自前で全地球航法衛星システムを構築することは、精密誘導兵器大陸間弾道ミサイルの運用等、安全保障上の観点から重要である。

しかし、多数の人工衛星の打ち上げ、かつ、10年ほどの寿命による衛星更新が常に必要で、維持にも常時多額の費用がかかるため、自国による構築は安全保障のための強い政治的な意思と財政的裏付けが前提となる。したがって、他国の衛星測位システムに依存する[注 1]、もしくは地域航法衛星システムの構築までにとどめて必要とする衛星数を抑制する選択肢もある。

日本の準天頂衛星システムでも、費用に見合う効果およびキラーアプリケーションを見いだす、検討の努力が続けられている。

準天頂衛星システムの意義[編集]

衛星測位において利用者の受信機の位置を測定するためには4機以上の衛星から信号を受信することが必要であり、高精度な測位には8機以上からの受信が望ましいとされている。しかし、日本では高層ビルが立ち並ぶ都市部や山間地が多いため低仰角の衛星から信号を受信することが難しく、現状のGPS衛星のみでは衛星の見通しが遮られ、利用者位置から見た可視衛星数が3機以下となり測位が不可能となる場合がある。仮に、現在30機程度を運用中のGPSに対してGPS衛星もしくはGPS互換衛星を10機程度追加すれば、可視衛星が常時1機追加されて4機になって改善される状況が増え測位が可能となる場合が増えるが、現在数以上の衛星を既存のGPSに追加することは米国自身にとって費用対効果が悪く、実現の見込みは薄い。

そこで日本の準天頂衛星システムでは常時可視衛星4基を実現して測位不可能な状況を改善し、より高精度の測位を可能とするために、準天頂衛星を3機以上用意して日本の真上を通る軌道から信号を送信することで、地上から高仰角で観測できる準天頂衛星を常に1機は見通せることができるようにする。右上の図のような上下非対称の8の字(numeral-"8"-shaped)軌道をとる場合、東京では常に70度以上の高い仰角で1機以上の準天頂衛星を見通すことができる。

そして準天頂衛星からの信号とGPS衛星からの信号と組み合わせることで、測位できる場所や時間帯を複数のGNSSの統合運用と同等程度に広げることができる。また、日本の利用者はGPS信号を捕捉するまで30秒~1分ほどかかっていたのが15秒程度に短縮できる見込みである[4]

準天頂システムでは、準天頂衛星システムの測位信号を受信・処理できるように改修・開発した受信機が必要である[5]。また準天頂衛星は衛星が高高度軌道にあるので、地上の受信側でGPSやGalileoと同じ電波強度の信号を受信できるようにするために衛星からより強い電波を送信する必要がある。このため衛星が大型化されており、これにより衛星を打ち上げるロケットも高性能なものが必要とされる。さらに各準天頂衛星は軌道面がまったく異なるため、GPS衛星(ナブスター衛星)のように複数機を1機のロケットで同時に打ち上げることも難しい。これらの結果、準天頂衛星システムの構築には多額の費用がかかる。

準天頂衛星システムの代替案[編集]

一方で、ロシアのGLONASS、欧州のGalileo、中国の北斗と、他国の航法衛星数が増加しつつあり、各国の航法衛星システムの統合運用ができれば可視衛星数を2倍・3倍にできるようになり測位が不可能となる状況は大きく減少し、加えて高仰角という準天頂衛星のメリットも減殺される。

また、GPSの補正に関しては、現在でも地上局からの補正を併用するDGPSや、静止衛星からGPSの補完・補強を行うWAASやMSAS、EGNOSというプロジェクトも実用化されており、特にMSASは日本が打ち上げたひまわり6・7号により行われるGPS補強システムである。

また、衛星から直接電波が届かず測位できない地下街や屋内での測位を可能とするために、GPSの信号を中継する機器をビルの屋上などに設置することでビルの谷間でも測位を可能とするスードライト(疑似衛星)という方法が現在研究されている。準天頂衛星システム自身においても、地上補完システムとしてIndoor MEssaging SystemIMES)が考案され、衛星の電波が届かない屋内や地下街はIMES送信機によって補完するようにIS-QZSSの仕様書で提案されている。

衛星[編集]

準天頂衛星システムは、第1段階では1機の衛星で技術実証と利用実証を行い、検証を経た後に準天頂軌道上の衛星3機体制の第2段階であるシステム実証に移行する予定である。また、静止軌道の1機と合わせ4機体制で実用化する。さらに天頂軌道、静止軌道に衛星を追加し7機体制で運用する予定。

準天頂衛星 初号機
「みちびき (QZS-1)」
所属 宇宙航空研究開発機構(JAXA)
主製造業者 三菱電機
公式ページ JAXA
JAXA宇宙利用ミッション本部
国際標識番号 2010-045A
カタログ番号 37158
状態 運用中
目的 衛星測位システムの技術実証
設計寿命 10年(目標12年)
打上げ機 H-IIAロケット 18号機
打上げ日時 2010年9月11日
20時17分 (JST)
軌道投入日 2010年9月27日
物理的特長
衛星バス DS2000
本体寸法 高さ6.2m×幅3.1m×奥行2.9m
質量 4,100kg (ドライ約1,800kg)
発生電力 5.3kW以上
姿勢制御方式 三軸姿勢制御
軌道要素
軌道 準天頂軌道
静止経度 東経135度(中心経度)
近点高度 (hp) 32,618 km[6]
遠点高度 (ha) 38,950 km[6]
軌道半長径 (a) 42,156 km
離心率 (e) 0.099以下
軌道傾斜角 (i) 41.0度[6]
軌道周期 (P) 23時間56分[6]
通信設備
TTSアンテナ  
レーザリフレクタ  
Lバンドアンテナ  
L1-SAIFアンテナ  
CバンドTT&
Cアンテナ
 

初号機 みちびき[編集]

2010年9月11日に準天頂衛星初号機みちびき(QZS-1)H-IIAロケット18号機で打ち上げられた[7]。当初は2009年度中の打ち上げを目指していたが、外国からの調達品である原子時計の入手前倒しが不可能となり、2010年8月2日に延期された。その後、みちびきのリアクションホイール(姿勢制御装置)に不具合が見つかったため、さらに延期されていた。衛星開発費は約400億円。

2010年1月20日、JAXAが実施した愛称募集キャンペーンの結果、愛称は「みちびき」となった[8]

みちびきの結果によって、追加の衛星打ち上げについての判断が行われる。そのため、みちびきの設計寿命は10年(推進薬やバッテリは12年)と長くなっている。その後は、アメリカ空軍により運用されているGPSや、欧州で開発途上のGalileoと合わせて使用される。

衛星の最終的な質量が決まっていない頃は、衛星が重くなった場合に備えてH-IIA 204を使用する、H-IIA 202でQTO(準天頂遷移軌道)から準天頂軌道に移行する、H-IIA 204でほかの静止衛星と相乗りさせGTO(静止遷移軌道)から準天頂軌道に移行する、などの方法も検討されていた[9]。その後、実績のあるGTOから準天頂軌道に移行することとし[10]、遷移軌道投入を最適な時刻に変えることで、H-IIA 204で打ち上げる予定をH-IIA 202で打ち上げることになり、10億円の費用削減に成功している[11]

2017年2月28日にJAXAによる運用を終了し内閣府に移管され、準天頂衛星システムサービス株式会社(QSS)が運用を開始した[要出典][12][13]

みちびき2号機[編集]

2017年6月1日、2号機がH-IIAロケット34号機で打ち上げられた[14]

みちびき3号機[編集]

2017年8月から9月の間に種子島宇宙センターからH-IIAロケット35号機でみちびき3号機が打ち上げられる予定。[15]

運用[編集]

軌道[編集]

衛星の軌道については、軌道傾斜角45度、離心率0.099、軌道周期23時間56分の軌道に3機を配置することが官民で合意されている。3号機は東経127度の静止軌道から運用する[16]

範囲[編集]

サービス領域は日本を含むアジアオセアニア全域であり、その地域ではGPSやGalileoに加えて準天頂衛星からの電波も受信可能であるため、衛星測位の信頼性が向上することが期待されている。

周波数[編集]

準天頂衛星からは、L5, L5S[注 2](周波数1176.45MHz)、L2C(周波数1227.60MHz)、L6(周波数1278.75MHz)、L1C, L1C/A, L1-SAIF(周波数1575.42MHz)の合計7種類の衛星測位信号の送信が計画されている[17][18]

高精度補正情報伝送[編集]

GPS単独測位の受信機が測定する座標に生じる誤差は、系統誤差とランダム誤差の和とみなすことができる。系統誤差についてはおよそ1mから7mほどの範囲にあるが、この系統誤差要因の値を利用者へ伝送し補正情報として用いることができれば、測位座標の系統誤差を低減できることになる。ただし、日本全国向けに既に民間サービスによる1cm級の精度の補正情報の提供が展開されている。

準天頂衛星システム開発においては日本全国向けに1m級の精度の補正情報生成が開発中である。補正情報を利用者へ伝送するには多くの利用者にとって最適な方法を用いて伝送することが望ましいが、準天頂衛星システムではその衛星信号(L1-SAIF信号)に載せて利用者受信機へ伝送する点が利点と考えられている。

開発の経緯[編集]

1997年3月、旧・宇宙開発委員会[注 3]で取りまとめられた我が国における衛星測位技術開発への取り組み方針について[19]の文書にて、衛星測位技術の現状分析と将来の需要、および日本が今後取り組むべき研究課題がまとめられた。 その際、検討されていた5つのシナリオのうち、「GPSを基本とし、衛星の基礎技術を開発し、最低限の衛星数で技術試験を実施」するシナリオが採択された[20]。他のシナリオは、そもそも測位技術の開発を行わないものから独自測位技術による移動体サービスの実証を行うものまで様々なものがあった。

2001年7月、経団連側から準天頂衛星システム構想の提案がなされ、2002年6月の総合科学技術会議では、QZSSの開発・整備を「産官の連携のもとに推進する」との方針が定められた。2002年11月1日には、三菱電機日立製作所伊藤忠商事NEC東芝スペースシステム三菱商事トヨタ自動車等の59社の出資によりQZSSを利用して通信と放送に測位を複合させたサービスを提供する新衛星ビジネス株式会社 (ASBC) が設立された[21]

2002年10月9日、現・宇宙開発委員会の今後の衛星測位に係る技術開発のあり方について[22]の文書では、測位システムの開発意義が再確認され、測位情報のニーズとGPS近代化に対応するため、日本の測位技術を向上させる方針が明確化された。

2002年10月16日、東京にて第2回日米衛星測位システム(GPS)全体会合[23]が行われ、日本が計画している準天頂衛星システム (QZSS) に関してアメリカ側への説明が行われた。QZSSは日本付近におけるGPSの補完および補強機能を備えるものとされ、技術的な事項を検討するためのワーキンググループの設置が決定された。

2002年12月25日、国の総合科学技術会議にてQZSSの研究開発の推進は妥当と評価された[24]。この時の資料では、QZSSの予算総額は782億円とされ、民間による事業化の判断は2004年度に、打ち上げは2008年度を目途に行われるものとされた。また、QZSSによる経済効果は12年間で約6.1兆円という報告もあるが、詳細評価は困難であるとされた。

その後の総合科学技術会議等の政府系会議においても、QZSSの推進方針が確認されつづけた。

しかしながら、2006年2月に行われた民間の事業化判断において、民間独自での通信・放送事業の実施は困難であるとの判断が示された[25]。この時点ですでに測位情報の一定のニーズは満たされており、Sバンドを用いるほどの測位補強情報のニーズが官民ともに見込めないため、事業化は困難であるとされた。

2006年3月には方針が大きく変更され[26]、準天頂衛星の最初の一機は官、すなわちJAXAが主体的に打ち上げ、その技術検証・利用検証を踏まえたうえで残りの2機を加えた利用実証を官民共同で行うこととなった。そのための官民共同の運用会社は2006年度中に設立することとされた。衛星からはSバンドの通信機能が削除され、Lバンドのみを利用することとなった。準天頂衛星の初号機は2009年度に打ち上げることとされた。

2006年8月~11月、宇宙開発委員会にて変更後の開発目的・方針等が改めて審査され、了承された[27][28]

2007年4月3日、JAXAはGPS衛星や準天頂衛星の信号が届かない屋内でも測位できる屋内GPS技術としてIMES方式を考案し、NTTドコモ、日立製作所、測位衛星技術、新衛星ビジネス(ASBC)らと共同で地下駐車場における実証実験に成功したと発表した[29]

2007年8月2日、民間会社の新衛星ビジネス(ASBC)は解散。財団法人衛星測位利用推進センターが後を引き継ぐ形となった。 2010年9月11日に技術実証のための準天頂衛星初号機みちびき (QZS-1)が打ち上げられた。

2013年3月29日、政府は準天頂衛星2機、静止軌道衛星1機などの開発、製造を三菱電機に発注した。2017年から打ち上げ2019年から「みちびき」と併せ4機体制で運用し、24時間利用可能とする[30]

脚注[編集]

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注釈[編集]

  1. ^ 平成22年に開催された日本政府主催の有識者会議では「国家として独自の測位システムを構築する意思がない場合は不要。他国の測位システムの補完システム(本システム)もユーザからの強い要望がない限り不要」とされた[3]
  2. ^ 2号機以降
  3. ^ 旧・宇宙開発委員会とは、日本の宇宙関連の政策を内閣総理大臣に諮問するために旧総理府(現在は内閣府に統合)に設置されていた、旧科学技術庁長官を長とする委員会である。2001年1月まで存続していた。

出典[編集]

  1. ^ 宇宙基本計画(平成28年4月1日閣議決定) (PDF)”. 内閣府宇宙基本計画. 宇宙開発戦略本部. p. 17 (2016年4月1日). 2016年12月20日閲覧。
  2. ^ 宇宙基本計画工程表(平成27年度改訂版) (PDF)”. 内閣府宇宙基本計画. 宇宙開発戦略本部. p. 3 (2015年12月8日). 2016年12月20日閲覧。
  3. ^ 今後の宇宙政策の在り方に関する有識者会議提言書”. 首相官邸 (2010年4月20日). 2017年6月1日閲覧。
  4. ^ GPSをもっと正確に - 準天頂衛星「みちびき」、打ち上げへ”. ITmedia (2010年8月20日). 2017年6月1日閲覧。
  5. ^ “市販GPS受信機の準天頂衛星システム対応支援制度の開始について” (プレスリリース), 宇宙航空研究開発機構, (2010年10月12日), http://www.jaxa.jp/press/2010/10/20101012_michibiki_j.html 2017年6月1日閲覧。 
  6. ^ a b c d “準天頂衛星初号機「みちびき」の準天頂軌道投入について” (プレスリリース), 宇宙航空研究開発機構, (2010年9月27日), http://www.jaxa.jp/press/2010/09/20100927_michibiki_j.html 2017年6月1日閲覧。 
  7. ^ “H-IIAロケット18号機による準天頂衛星初号機「みちびき」の打上げ結果について” (プレスリリース), 宇宙航空研究開発機構, (2010年9月11日), http://www.jaxa.jp/press/2010/08/20100804_michibiki_j.html 2017年6月1日閲覧。 
  8. ^ “準天頂衛星初号機の愛称募集結果について” (プレスリリース), 宇宙航空研究開発機構, (2010年1月20日), http://www.jaxa.jp/press/2010/01/20100120_qzs-1_j.html 2017年6月1日閲覧。 
  9. ^ 準天頂高精度測位実験について(第2分冊:評価その2対象分)(2006年7月11日)2011年4月29日閲覧
  10. ^ 準天頂高精度測位実験について(第2分冊:評価その2対象分)(2006年10月17日)2011年4月29日閲覧
  11. ^ みちびく人々 準天頂衛星システムプロジェクトチーム”. QZ-vision. 宇宙航空研究開発機構 (2010年12月15日). 2011年4月27日閲覧。
  12. ^ 準天頂衛星初号機の内閣府移管と「試験サービス」開始に向けた調整期間の確保について”. みちびき(準天頂衛星システム:QZSS)公式サイト - 内閣府 (2017年2月22日). 2017年2月23日閲覧。
  13. ^ 「試験サービス」の開始について”. 内閣府 (2017年3月29日). 2017年6月1日閲覧。
  14. ^ “H-IIAロケット34号機による「みちびき2号機」(準天頂衛星)の打上げ結果について” (プレスリリース), 宇宙航空研究開発機構, (2017年6月1日), http://www.jaxa.jp/press/2017/06/20170601_h2af34_j.html 2017年6月1日閲覧。 
  15. ^ 「みちびき3号機」(準天頂衛星システム 静止軌道衛星)の打ち上げ予定日について”. 準天頂衛星システムサービス株式会社. 2017年6月21日閲覧。
  16. ^ “H-IIAロケット35号機による「みちびき3号機」(準天頂衛星システム 静止軌道衛星)の打上げについて” (プレスリリース), 宇宙航空研究開発機構, (2017年6月15日), http://www.jaxa.jp/press/2017/06/20170615_h2af35_j.html 2017年6月18日閲覧。 
  17. ^ IS-QZSS Ver. 1.8 準天頂衛星システム ユーザインターフェース仕様書 (PDF)”. JAXA. p. 40 (2016年10月3日). 2017年6月1日閲覧。
  18. ^ Quasi-Zenith Satellite System Performance Standard (PS-QZSS-001) Draft Edition (PDF)” (英語). 内閣府 宇宙開発戦略推進事務局. p. 7 (2017年1月10日). 2017年6月1日閲覧。
  19. ^ 我が国における衛星測位技術開発への取り組み方針について 1997年3月 旧・宇宙開発委員会
  20. ^ 近年の衛星測位システムの開発経緯 2003年11月27日 総合科学技術会議 宇宙開発利用専門調査会 測位分野検討会(第2回)資料
  21. ^ 準天頂衛星システムの事業化検討を行う新会社を設立 2002年10月30日 三菱電機他6社の共同発表資料
  22. ^ 今後の衛星測位に係る技術開発のあり方について 2002年10月9日 宇宙開発委員会
  23. ^ 第2回日米衛星測位システム(GPS)全体会合 2002年10月16日 外務省
  24. ^ 「準天頂衛星システム」について 2002年12月25日 総合科学技術会議
  25. ^ 今後の準天頂衛星システム計画の推進の基本的考え方 2006年3月31日 第3回測位・地理情報システム等推進会議 配布資料5
  26. ^ 第3回測位・地理情報システム等推進会議 議事次第 2006年3月31日 内閣官房
  27. ^ 宇宙開発委員会 第4回推進部会議事録(案) 2006年8月10日 宇宙開発委員会
  28. ^ 宇宙開発に関する重要な研究開発の評価準天頂高精度測位実験の事前評価結果最終とりまとめ 2006年10月27日 宇宙開発委員会
  29. ^ “シームレス測位試作機を用いた実証実験の実施結果について” (プレスリリース), 宇宙航空研究開発機構, (2007年4月3日), http://www.jaxa.jp/press/2007/04/20070403_seamless_j.html 2017年6月1日閲覧。 
  30. ^ 準天頂衛星システムの衛星開発等事業」の受託者の決定について”. 内閣府 (2013年3月29日). 2017年6月1日閲覧。

外部リンク[編集]