GPS衛星の軌道アニメーション

人工衛星(じんこうえいせい)とは、惑星、主に地球軌道上に存在し、具体的な目的を持つ人工天体。地球では、ある物体をロケットに載せて第一宇宙速度(理論上、海抜0 mでは約 7.9 km/s = 28,400 km/h[注 1])に加速させることで、地球の重力と重力から脱出しようとする遠心力とが釣り合い、その物体は地球周回軌道を回り続ける人工衛星となる[1]。ただし軌道上を周回し続けていても、目的を持たない使用済みロケットの残骸や人工衛星の破片などはスペースデブリとして区別される。また、惑星以外の軌道(月周回軌道太陽周回軌道)を周回する人工天体は宇宙探査機と呼ばれ、一般に区別される。

有人宇宙船宇宙ステーションスペースシャトルも人工衛星に含まれ、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れないのが一般的である。

人類初の人工衛星は、1957年ソビエト連邦が打ち上げたスプートニク1号である。21世紀初頭までに、数千もの人工衛星が地球周回軌道に打ち上げられた。

人工衛星の用途は多岐にわたり、一般的なものは、軍事衛星偵察衛星通信衛星放送衛星地球観測衛星航行衛星気象衛星科学衛星アマチュア衛星などである。

人工衛星は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土星などの他の惑星の軌道上にも観測機がいくつか到達しており、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。

歴史

構想

人工衛星がフィクション内で初めて描かれたのはエドワード・エヴァレット・ヘイル英語版の短編小説、『レンガの月英語版』である。この話はThe Atlantic Monthly にて1869年からシリーズ化された[2][3]。この概念が次に登場したのは1879年、ジュール・ヴェルヌの『インド王妃の遺産英語版』である。

1903年コンスタンチン・ツィオルコフスキーは「反作用利用装置による宇宙探検」(ロシア語: Исследование мировых пространств реактивными приборами)を出版。これは宇宙船を打ち上げるためのロケット工学に関する最初の学術論文だった。ツィオルコフスキーは地球の回る最小の軌道に求められる軌道速度を8km/sと計算し、液体燃料を使用した多段式ロケットならば達成可能であることを示した。また、彼は液体水素液体酸素の使用を提案した。

1928年、スロベニアヘルマン・ポトチェニク英語版The Problem of Space Travel — The Rocket Motorドイツ語: Das Problem der Befahrung des Weltraums — der Raketen-Motor)を出版し、宇宙旅行と人間の永続的滞在性について述べた。彼は宇宙ステーションを発想し、ステーションの静止軌道計算を行った。彼はまた、人工衛星が平和的・軍事的に地上の観測に使用できることを詳細に記述し、宇宙空間の特殊な状態が科学実験に有意であることや、静止衛星を通信などに利用できることについても述べた。

1945年、アーサー・C・クラークは雑誌ワイヤレス・ワールド英語版上で、通信衛星を用いたマスコミュニケーションの可能性を詳細に記述した[4]。また、クラークは人工衛星打ち上げの計画、可能な衛星軌道などについても調査し、3機の静止軌道衛星で地球全体をカバーすることを提案した。

人工衛星の誕生

スプートニク1号:世界初の人工衛星

第二次世界大戦中に開発されたドイツV2ロケットの技術とその技術者たちによって、アメリカとソ連のロケット技術は急速な進歩を成し遂げ、人工衛星が現実のものとなりつつあった。

アメリカ合衆国は、1945年より海軍航空局英語版の下、人工衛星の打ち上げを検討してきた。1946年5月に米空軍のランド研究所が提出した報告書、「実験周回宇宙船の予備設計」(Preliminary Design of a Experimental World-Circling Spaceship )には「適当な装置を搭載した人工衛星は20世紀の最も強力な科学ツールの一つになりうる」と述べられており[5]、人工衛星が軍事的重要性を持つとは思っておらず、むしろ科学的、政治的、プロパガンダ的なものと当時見なしていた。アメリカ国防長官チャールズ・E・ウィルソン1954年「私は国内の人工衛星計画を知らない」(I know of no American satellite program)と述べた[6]

1955年7月29日ホワイトハウス1958年の春までに人工衛星を打ち上げると発表した。これはヴァンガード計画として知られるようになる。同年7月31日、ソ連は1957年の秋までに人工衛星を打ち上げると発表した。

セルゲイ・コロリョフと助手のケリム・ケリモフ英語版が率いるソ連のスプートニク計画が始まり、1957年10月4日初の人工衛星「スプートニク1号」が打ち上げられた[7]。スプートニク1号はその軌道変化を分析することによって大気上層の密度の確認に役立ち、電離層の無線信号外乱のデータを提供した。衛星の機体は加圧された窒素で満たされており、地球に送信された温度データから隕石が機体表面を貫通し、内圧が低下したことがわかった。これは初の流星物質の探知であった。

この突然の成功がアメリカ合衆国スプートニク・ショックを引き起こし、その後のアメリカとソ連の熾烈な宇宙開発競争に繋がっていった。

スプートニク1号から3年半が経過した1961年6月、米空軍は米国宇宙監視ネットワーク英語版のリソースを利用し、115の人工衛星の目録を作成した[8]

宇宙監視網

米国宇宙監視ネットワーク (SNN) は1957年より宇宙天体を追跡しており、2008年現在8,000以上の人工天体を追跡している。軌道上に存在する人工物は数トンの人工衛星から5キログラムのロケットの部品まで様々である。これらの7パーセントは運用中の人工衛星であり、それ以外は全てスペースデブリである[9]

SNNは直径10センチ以上の物体を追跡している。アメリカ戦略軍は主に活動中の衛星に関心を持つが、ミサイルの接近と誤認しないように再突入するであろうスペースデブリも追跡している。

非軍事衛星業務

非軍事的な人工衛星の業務は基本的に3種類存在する[10]

固定衛星サービス

固定サービス衛星英語版は国や大陸をはさんで、特定の地点間の何千億もの音声、動画、データ通信タスクを処理している。

モバイル衛星システム

モバイル衛星システムは辺境にある自動車や船舶、飛行機、人々にナビゲーションシステムとして利用されることだけでなく、世界の違う場所にいる、もしくは他のモバイル・固定通信装置と通信することに使用される。

科学観測衛星(営利・非営利)

科学観測衛星は気象情報や地上情報、といった地球科学的、海洋学的、大気学的調査に利用される。

人工衛星の分類

ミルスター:通信衛星

目的による分類