衛星コンステレーションとは?
一言でいうと、衛星コンステレーションとは「複数の人工衛星を連携したシステム」のことを指します。コンステレーションを直訳すると「星座」「一群」などの意味がありますが、衛星コンステレーションはこの言葉のとおり、点在しているいくつもの人工衛星が、一群となって運用されている状態を表しています。
衛星コンステレーションのイメージ図
人工衛星はおもに、地球の気象や環境を観測する「地球観測衛星」、通信や放送に用いられる「通信・放送衛星」、対象物が地球上のどこにあるのかを測る「測位衛星」の3種類1)があります。衛星コンステレーションのシステムは、いずれの種類の人工衛星にも応用されています。
また、打上げる軌道の高さや連携する人工衛星の数にも定義はなく、一般的に複数の人工衛星が連携しながら運用されているものは、すべて衛星コンステレーションと呼ばれています。
ただし、近年とくに注目されているのは、「多数(数十〜数千基規模)」の「小型人工衛星」を「低軌道(高度200km〜2,000km)1)」に打上げる衛星コンステレーションです2)。
従来の人工衛星は、多くの場合、大型かつ数基で運用され、打上げる軌道も静止軌道(高度3万6,000km)(※)でした。しかし、そのような運用では通信速度やデータの精度などに課題があり、それらを解決できる手段として、上記のような衛星コンステレーションの活用が進んでいるのです。
※:人工衛星の周期が地球の自転周期と同じになり、地上から見ると人工衛星が常に静止しているように見える軌道のこと。
以下で紹介する衛星コンステレーションについては、上記の「多数(数十〜数千基)」、「小型人工衛星」、「低軌道(高度200km〜2,000km)」のものを中心としています。
衛星コンステレーションのしくみ
なぜ多数の人工衛星が必要なの?
前述のとおり、従来の人工衛星は静止軌道と呼ばれる非常に高い軌道にあるため、一基あたりがカバーできる観測や通信の範囲が広範囲でした。また、この静止軌道では、人工衛星の周期が地球の自転周期と同じになるため、地上から見ると人工衛星が常に同じ位置にあるように見えます。そのため、少ない数の人工衛星で地球全体をカバーすることが可能でした。
対して、衛星コンステレーションでは、小型の人工衛星を比較的地球に近い低軌道に打上げるため、一基あたりがカバーできる範囲が限られます。また、低軌道では人工衛星が地球を回るスピードも速いため、一定の位置に留まり続けることができません。
そのため、衛星コンステレーションでは、人工衛星の数を増やすことで、地球全体をカバーしています。
多数の人工衛星が動き続けているため、一基が通り過ぎたらつぎの一基に切り替わるようになっており、常に通信が途切れないようなしくみになっています3)。
衛星コンステレーションってなにができるの?
衛星コンステレーションは、さまざまな分野に活用されています。前述で紹介した人工衛星の種類ごとに、詳しく見ていきましょう。
地球観測衛星の場合
地球観測衛星は、地球上の気象や環境、地表の様子などを観測する人工衛星で、リモートセンシング(※)などに活用されています。代表的なものとしては気象衛星が含まれ、雲の動きを観測し、天気予報に役立てています。
※:対象物に触れることなく、離れたところから物体の形状や性質などを観測する技術。
地球観測衛星の分野で衛星コンステレーションを利用すると、より広範囲かつタイムラグの少ない地球観測が可能になります。たとえば、災害時に被災状況を迅速に把握することで、早急な対応につながります。
通信・放送衛星の場合
通信・放送衛星は、地球上の情報を伝達する役割を担っています。代表的なものとして、衛星放送や衛星インターネットなどに活用されています。
この分野で衛星コンステレーションを利用することにより、従来の衛星インターネットよりも、高速かつ広範囲のサービスが提供されています。代表例であるスターリンクについては後ほど紹介します。
測位衛星の場合
測位衛星は、対象物の地球上の位置を計測する人工衛星です。代表的なものとして、GPS(Global Positioning System)や、日本の「みちびき」があり、カーナビや地図アプリなどに活用されています。じつは、このGPSとみちびきも、衛星コンステレーションのひとつです。
衛星コンステレーションが注目される理由
前述で紹介したように、衛星コンステレーションは高精度な地球観測、地球規模の高速インターネット、正確な位置情報など、従来の人工衛星の技術・サービスをより進化させています。
また、衛星コンステレーションの普及にともない、小型人工衛星の開発や、打上げ技術の進歩、人工知能の活用など、さまざまな分野の技術革新も同時に進められ、今後より衛星コンステレーションの性能が向上していくと考えられます。
一方で、まだ参入企業が多くはない分野のため、新たなビジネスモデルが生まれる可能性にも期待されています。
こうした理由により、技術面・ビジネス面など多方面から衛星コンステレーションが注目されているのです。
衛星コンステレーションの具体例
すでに活用されている衛星コンステレーションには、どのようなものがあるのか、実際のサービスを例に、具体的に紹介します。
地球をくまなく観測して防災・減災にも取り組む「ICEYE」
地球観測衛星の衛星コンステレーションでは、フィンランドの「ICEYE」がリードしています。2018年以降38基の人工衛星を打上げており、2024年には最大13基を追加予定です4)。多数の小型SAR衛星(※)から構成される衛星コンステレーションによって、地球上のあらゆる場所を天候に関係なく観測が可能です。収集した画像データは、災害時の状況把握や、インフラの点検、農業・漁業などの資源管理などのさまざまな分野で利用されています。
災害リスクの評価や保険商品の開発など、防災・減災の分野では、東京海上日動と協業しています。
【関連記事】宇宙を目指すと防災につながる!?衛星・上空データが私たちの生活を守る未来
※:SARとは、Synthetic Aperture Radar(合成開口レーダ)の略称。地球観測衛星の一種であり、レーダを用いることで、天候や昼夜に関係なく地上の様子を観測することができる。
参考資料
衛星ブロードバンドインターネット通信「スターリンク(Starlink)」
通信衛星の衛星コンステレーションとしては、スターリンクが代表的です。アメリカのスペースX社が運営している衛星ブロードバンドインターネット通信サービス5)で、6,000基以上の人工衛星が打上げられています6)。2024年現在で発表されている衛星コンステレーションとしてはもっとも規模が大きく、将来的には約4万基までその数を増やす予定です5)。
スターリンクは、専用のアンテナがあれば通信インフラのない山間部や海上でもインターネットを利用可能な点が特徴で、日本からでも契約が可能です。
スターリンクについて詳しくは、以下の記事をご覧ください。
【今すぐわかる】スターリンクとは?料金や通信速度、しくみなどを徹底解説
もっとも身近な衛星コンステレーション「GPS」
測位衛星の衛星コンステレーションでは、私たちの生活にも身近なGPSが知られています。GPSは、もともとアメリカ国防総省が開発したシステムでしたが7)、その有用性からロシアやEU、中国なども同様のシステムを導入しはじめ、現在ではこれらの位置情報を計測する人工衛星のシステムを「GNSS(Global Navigation Satelite System)」と総称しています8)。現在、世界中で100基以上9)のGNSSの人工衛星が打上げられており、日本の「みちびき」もこれに含まれます。
衛星コンステレーションのメリット・デメリット
衛星コンステレーションは多くのメリットがある一方で、いくつかの課題も抱えています。メリットとデメリットについて紹介します。
衛星コンステレーションのメリット
①【通信衛星の場合】通信速度の改善、通信が広範囲
衛星コンステレーションは、中・高軌道よりも地表に近い低軌道上に構成されるため、通信速度がはやく、遅延も少なくなっています。また電波も強いため、大容量の通信も可能。地球をくまなくカバーするため、通信インフラのない地域でも、インターネットにアクセスできます。
②【地球観測衛星の場合】高解像度での観測、迅速な状況把握
地表に近いため、地球上の詳細な情報を得やすいほか、たとえば何か災害があった際に、素早くその地点の状況を把握することができます。また、観測できる範囲が地球全体におよぶため、人が立ち入れない場所の状況が見られる点もメリットです。
衛星コンステレーションのデメリット
①コスト面の不安がある
一基あたりのコストは大型の人工衛星よりも低いですが、衛星コンステレーションでは多くの人工衛星が必要なため、その分初期投資が高額になるとされています。また、人工衛星の数が多いことで、それらの制御などにかかる運用コストも高くなる点も課題です。そのほか、小型人工衛星は運用年数が短いという特徴もあるため、継続的に後継機の打上げなどが必要になり、ランニングコストも高くなってしまいます。
②スペースデブリ(宇宙ゴミ)の原因になる可能性がある
多くの人工衛星が宇宙空間に打上げられるため、衝突事故などの危険性が高まります3)。その結果、残骸となってしまったものがスペースデブリになる可能性も考えなければなりません。スペースデブリになってしまうと、ほかの人工衛星やロケットなどへの衝突リスクも高まるため、対策が必要です。
衛星コンステレーションの歴史と背景
近年とくに注目されている衛星コンステレーションですが、その歴史は意外にも古く、1970〜80年代頃から構想がはじまっています。
実際にサービスを展開する企業が現れたのは、90年代になってからでしたが、当時は中型〜大型の人工衛星を中軌道や静止軌道に打上げるのが主流でした。そのため、大きな人工衛星を高い高度に打上げるためのコストや技術が課題となり、撤退してしまう企業がほとんどでした10)。
ただし、現在でも馴染みのある前述のGPSは、1978年から打上げがはじまり、1993年からはサービスがスタートしています。現在運用されている衛星コンステレーションでは、もっとも歴史のあるものなのです。
その後、2000年頃からは小型人工衛星の開発が飛躍的に進歩し、低軌道への打上げコストの削減や開発期間の短縮などが実現しました。その結果、衛星コンステレーションを構築するためのハードルが大きく下がり、現在再び注目度が高まっているのです。
日本の衛星コンステレーションの取り組み
日本でも、衛星コンステレーションの開発や運用が進められていますが、スターリンクを有するアメリカなどの海外と比べるとやや遅れをとっているのが現状です。しかしながら、近年は政府や民間企業による取り組みが活発化しており、徐々にその輪が拡大しています。
地球観測衛星による衛星画像データの提供「AxelGlobe(アクセルグローブ)」
国内の代表的な例として、アクセルスペースが提供している「アクセルグローブ」というサービスがあります。小型人工衛星を複数打上げ、高頻度で地球観測を行い、広大なエリアの衛星画像を提供しています。これらのデータは、スマート農業・災害対応・報道・インフラ管理などのさまざまな分野で活用されています11)。
【関連記事】宇宙開発を加速させる「小型人工衛星」の可能性【対談:東京海上日動×アクセルスペース】
参考資料
日本の測位衛星コンステレーション「みちびき」
現在内閣府が運用している「みちびき」は、前述したGNSSのひとつで、日本版GPSとも呼ばれる測位衛星です。現在、4基の人工衛星が運用されており、日本の測位精度向上に貢献しています。今後2025年までにさらに3基追加し、システムを強化することが計画されています。
「みちびき」のような日本独自の人工衛星もある一方で、日本の測位システムは、アメリカのGPSと連携することで高精度の測位が成り立っています13)。そのため、今後は自国の人工衛星を増やすことで、自律したシステムの構築を目指しています。
衛星コンステレーションの課題と今後の展望
世界中で開発や研究が進められている衛星コンステレーションですが、その発展には課題も残されています。
前述で紹介したようなコスト面や、宇宙ゴミ問題のほか、日本においては民間企業の参入が遅れていることも衛星コンステレーションの発展における課題のひとつです。解決するためには、政府による支援や民間企業の参入促進が求められています。
とはいえ、これらの課題をクリアし、衛星コンステレーションがより活用されれば、防災・減災、気候変動対策などをはじめとして、さまざまな分野において革新的なソリューションの提供が実現されるでしょう。
衛星コンステレーションは、まだ発展途上の技術ですが、その将来性は非常に大きく、私たちの生活を大きく変える可能性を秘めています。今後より身近な技術として発展し、未来の暮らしの“あたりまえ”になることも、そう遠くないかもしれません。
※この記事の内容は2024年12月6日時点の情報を基に制作しています