人工衛星「みちびき」、GPS誤差数センチを実現する「知られざる技術」

人工衛星「みちびき」、GPS誤差数センチを実現する「知られざる技術」

 今年6月、「日本版GPS」とも呼ばれる人工衛星「みちびき」2号機を載せたH-2Aロケット34号機の打ち上げに成功したことが広く報じられました。「準天頂衛星」といわれる「みちびき」によって、位置情報などの精度が格段に向上し、将来的には誤差が数センチの世界になるといわれています。

 この計画の画期的な点はどこなのか。また、私たちの生活はどう変わるのでしょうか。

 今から7年前の2010年9月、「みちびき」1号機は400億円の開発費用を投じ、日本初の準天頂衛星としてH-2Aロケット18号機で打ち上げられました。

 基本設計に三菱電機の汎用衛星規格(衛星バス)DS2000型を採用し、電子機器を搭載する本体部分の大きさは高さ6.2m×幅2.9m×奥行2.8m、打ち上げ時の重さは4.1tもあります。全長19mもの太陽電池パネルを優雅に展開する2翼式・3軸制御衛星です。

●身近な存在になったGPSの問題点

「道は星に聞く」という車載機メーカーの衝撃的なキャッチコピーと共にカーナビからスタートした、衛星電波を用いて自分の居場所を知るシステム。今ではスマートフォンにも搭載され、私たちの暮らしのなかでも身近な存在となりました。

 出張で見知らぬ土地を電車で移動する際、スマホの地図機能で自分の居場所が刻々と移動していくのを眺めて楽しんでいる人も多いのではないでしょうか。しかし、現在のシステムには問題点もあり、高層ビルの立ち並ぶ大都市の路地裏や山の中で自分の居場所を把握できなくて困ったという経験を持つ人もいるかと思います。

 現在の位置情報システムは、アメリカのGPSシステムやロシアのGLONASSシステムの衛星電波を利用していますが、これらの衛星は常に移動しているため、時刻や場所によっては衛星からの電波を受信できなくなることがあります。

 そこで、日本における車両の自動運行や位置情報を利用した高度な生活サービスを実現するために、日本専用の位置情報衛星をビルにも樹木にも妨げられない日本の真上に配置しようということになりました。しかし、衛星を日本の真上に配置するというのは簡単なことではありません。

 静止気象衛星「ひまわり」は常に日本上空に位置しているので、「それと同じようにすればいいのでは」とも思いますが、静止衛星を配置できる軌道は、地上から見上げると約50度の高さ(仰角)しかなく、普通の住宅街でさえ衛星が見えないほど低い位置にあります。

 さらに、日本は北緯30度から40度近辺に位置していますが、地球が衛星に与える引力と遠心力の関係で、衛星を真上に維持できるのは赤道上空に限られ、日本の上空で衛星を静止させることができないのです。

●23年には「みちびき」7機体制、精度99.8%へ

 そこで、複数の衛星で列を形成して日本上空を通過させることによって、擬似的に日本上空に常に衛星が配置される体制をつくろう、と考えて設計されたのが「準天頂軌道」です。

 準天頂軌道は、日本からオーストラリアにかけての上空3万2000〜4万kmを「8」の字を描いて、ほぼ24時間で衛星が一周する軌道です。

 この軌道上に衛星があれば、東京上空では1日のうち8時間は衛星を見通すことができます。計算上は、3機あれば24時間いつでも衛星からの電波を受けることができるようになりますが、さらに精度を高めるために、今年度中に追加の3機が打ち上げられ、最終的には2023年に7機体制となることが決まっています。

 そして、7機のうち3機を見通すことができれば、正確な位置情報の取得率はGPS衛星のみの場合の90%から99.8%に向上するとされています。つまり、ほぼいつでもどこでも、正確な位置情報を得られるようになるというわけです。

●ドローン宅配が進化?素材産業に大チャンス到来

 では、「みちびき」の準天頂衛星システムは、私たちの生活にどのようなメリットをもたらしてくれるのでしょうか?

 すでに紹介した通り、いつでもどこでも正確な位置情報が得られるようになるのも大きなメリットですが、さらなるメリットとして、測位精度の向上があります。

「みちびき」には、3種類の精度情報システムが搭載されています。もっとも正確なシステムは測量誤差数センチ。もっとも精度の低いもので、現在のGPSシステムと同じ誤差10m程度です。

 電波を受信する側も、それぞれの精度システムに応じた受信装置とソフトウエアが必要になるため、手元のスマホがある日いきなり数センチの精度で地図情報を示してくれるというわけにはいきませんが、パワーショベルのような建設機械では、すでに数センチ級の測位を行う運用試験を行っているものがあります。

 地面を決められた形に掘る際、高精度の3D図面データをパワーショベルのコンピューターに転送し、衛星からの位置情報と照合しながらショベルを自動で動かすことによって、すでに数センチの精度で自動掘削が可能になっているのです。

 ナビゲーションで特に期待されているのは、目の不自由な方の歩行ナビゲーションです。「横断歩道まで、あと65cmです」「右側30cmのところに点字ブロックがあります」というふうに正確なナビゲートが可能になることは、画期的な進歩だと思われます。

 さらに、高精度の位置情報を取得しているスマホ同士が通信できるようになれば「前方右斜め前60cmに横断信号を待っている人が4人います」などと、まわりの状況を実際に見たように伝えてくれるナビゲーションも提供可能です。

 また、農村のお年寄りなどに急増している“買い物難民”の解決策としても有効です。現在、無人機(ドローン)を使った商品配達サービスの検証が行われていますが、数センチの精度の飛行ができれば、「あのおばあちゃんがいつもひなたぼっこしている縁側に荷物を届ける」といったことも可能になります。

 日本の産業界に目を転じれば、衛星の開発やロケットの打ち上げ技術はもちろんのこと、素材産業の開発力を底上げする絶好のチャンスでもあります。原子時計などの超精密機器を搭載して、10年以上も宇宙の苛酷な環境で安定して運用するためには、新たな電子部品材料や衛星断熱材料の研究が必要不可欠だからです。

 すでに「みちびき」に対応したさまざまな製品が市販されており、内閣府の準天頂衛星システムのサイトには、それらのリストが公開されています。気付かないうちに、「みちびき」の電波は私たちの生活に浸透し始めているのです。
(文=中西貴之/宇部興産株式会社 環境安全部製品安全グループ グループリーダー)

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