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今週、オーストラリアの人工衛星と中国の軍事衛星と思われるものが衝突寸前だったという報道があった。

一方、今月初め、アメリカ政府は史上初の宇宙ゴミ罰金を科した。米連邦通信委員会は、衛星テレビサービスを提供する上場企業、ディッシュ・ネットワークに15万米ドルの罰金を科した。

この罰金は最近のデブリに関するものではなく、21年以上も宇宙空間に存在する通信衛星に対するものであったため、宇宙業界の多くの人々にとっては驚きであった。この衛星はEchoStar-7で、以前合意されたデブリ軽減計画に記載された軌道要件を満たしていなかった。

EchoStar-7の罰金は米国初かもしれないが、おそらく最後にはならないだろう。われわれは前例のない宇宙利用の時代を迎えており、10年後までに宇宙で活動する衛星の数は700%増加すると予想される。

宇宙空間が混雑するにつれ、何万もの衛星や宇宙ゴミを監視することの重要性は増すばかりだ。そこで研究者たちは、宇宙領域認識という新たな分野を立ち上げた。

3種類の軌道とジャンク

人類は1957年以来、人工衛星を宇宙に打ち上げてきた。現在、8,700機以上の衛星が地球のさまざまな軌道を回っている。

人工衛星は主に3つの軌道にある傾向があり、これらを理解することがスペースデブリの複雑な性質を理解する鍵となる。

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高度によって分類された地球周回軌道の種類(縮尺は不明)。 Pexels/The Conversation, CC BY-SA

人工衛星にとって最も一般的な軌道は地球低軌道であり、少なくとも5,900機が活動している。地球低軌道にある物体は、地表から1,000km上空にあることが多く、常に移動している。国際宇宙ステーションは地球低軌道物体の一例で、毎日16回地球の周りを回っている。

さらに上方には中軌道があり、衛星は地球上空10,000kmから20,000kmの間にある。ここは特に忙しい場所ではないが、これまでに打ち上げられた人工衛星の中で最も重要なものがある。

最後に、地球同期軌道にある非常に高度が高い衛星がある。この軌道では、衛星は地球上空35,000km以上にあり、地球の自転速度に合わせた軌道を回っている。この軌道の特殊なものに静止地球軌道がある。この軌道は地球の赤道と同じ平面上にあり、地上からは衛星が静止しているように見える。

お分かりのように、地球の周囲は人工衛星の活動で賑わっている。地球を周回する軌道上にある使われなくなった人工的なゴミと定義される宇宙ゴミを考慮すると、さらに混沌としてくる。

宇宙ゴミは、使われなくなった人工衛星全体から、軌道上に残されたミリメートル幅の宇宙船やロケットの破片まで、多岐にわたる。最新の推定によると、スペースデブリは1億3千万個以上存在し、そのうち地上から日常的に追跡できる大きさ(10cm以上)のものは3万5千個に過ぎない。

どうやってすべてを追跡するのか?

そこで宇宙領域認識の出番となる。これは、活動中の衛星やスペースデブリを含む、地球軌道上の物体を検出、追跡、監視する分野である。

私たちは、レーダーや望遠鏡のような光学システムを使って、地上の追跡を行っている。レーダーは地球低軌道の物体を簡単に追跡できるが、それ以上の軌道では光学センサーが必要になる。地球中周回軌道や静止軌道にある物体は、地球に向けて反射された太陽光を利用して追跡することができる。

信頼性の高い継続的な宇宙領域認識のためには、世界中でこれに貢献する複数のセンサーが必要である。

下の写真は、高高度の人工衛星が地球の望遠鏡からどのように見えるかを示している。

EOS Optus D1D2 collocation from EOS – Electro Optic Systems on Vimeo.

宇宙認識におけるオーストラリアの役割

オーストラリアは地球上に位置しているため、宇宙領域での認識に貢献するまたとない機会がある。米国はすでに、宇宙監視ネットワークの一環として、オーストラリアの西海岸にいくつかの施設を設置している。西海岸では、大都市からの光害を最小限に抑え、暗い夜空で望遠鏡を稼働させることができるからだ。

さらに私たちは現在、SmartSat CRCの資金援助を受けて、宇宙領域認識技術のデモンストレーター(概念実証)に取り組んでいる。これは政府出資のコンソーシアムで、大学やその他の研究機関と、IT企業のCGIなどの産業界のパートナーが参加している。

私たちは、観測天体物理学、高度なデータ可視化、人工知能、宇宙天気に関する専門知識を結集している。私たちの目標は、宇宙で何が起きているかを分単位で理解する技術を持つことだ。そうすれば、追跡観測を行い、軌道上の天体をモニターすることが出来る。私たちのチームは現在、活動衛星と非活動衛星を含む静止軌道天体に取り組んでいる。

EchoStar-7は、引退した宇宙船の運命の一例に過ぎない。FCCは、デブリ軽減計画が確実に達成されるよう、他のすべての企業に強い警告を送っている。

軌道上の不活発な物体は、互いに衝突の危険性をもたらし、スペースデブリの急激な増加につながる可能性がある。地球の宇宙空間をできるだけ長く利用したいのであれば、誰にとっても安全な状態を保つ必要がある。


本記事は、Sara Webb氏、Brett Carter氏、Christopher Fluke氏らによって執筆され、The Conversationに掲載された記事「Space is getting crowded with satellites and space junk. How do we avoid collisions?」について、Creative Commonsのライセンスおよび執筆者の翻訳許諾の下、翻訳・転載しています。

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