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衛星はどのように機能するか：軌道タイプと日常的な用途の説明
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要点
衛星が上空に留まるのは、重力が地球に向かって衛星を引き続ける一方で、その横方向の速度により衛星が着陸することはないためです。この均衡が軌道を定義します。高さと速度に応じて、衛星は3つの主要な族（低軌道、中軌道、静止軌道）に分類され、それぞれGPSナビゲーション、天気追跡、またはブロードバンドインターネットなどの異なる目的に適合しています。欧州宇宙機関、NOAA、および米国政府のGPSプログラムによると。
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衛星がどのように軌道に留まるか
軌道とは、重力の引きの下で、ある物体がより大きな天体の周りを回る経路です。欧州宇宙機関の子ども向け教育ページでは、軌道は重力によって形作られ、完全に円形ではなく楕円形（つまり卵形）であることが多いと述べています。与えられた高度に置かれた衛星には、地球に向かって落ちるときに、惑星の表面が同じ速度で下で曲がるように、正確に十分な速度が与えられます。そのため、着陸せずに周回し続けます。
必要な速度は高度によって変わります。ESAによると、低地球軌道にある衛星は約7.8キロメートル毎秒で移動して約90分で1周を完成させるのに対し、35,786キロメートルの高さにある静止軌道の衛星は、その軌道周期が地球の自転と一致するため、毎秒約3キロメートルしか必要としません。23時間56分4秒です。
3つの主要な軌道族——そしてそれらを区別するもの
ESAによると、エンジニアは大部分の運用中の衛星を高度によって3つの広いバンドにグループ化しています。低地球軌道（LEO）は惑星に最も近く、最も込み合っています。中地球軌道（MEO）は主にナビゲーションに使用され、静止軌道（GEO）は1つの衛星が地球の同じ地域を24時間監視することを可能にします。
| 軌道 | 典型的な高度 | 軌道周期 | 主な用途 |
|---|---|---|---|
| 低地球軌道（LEO） | 180～2,000 km | 約90分 | 地球画像、国際宇宙ステーション、ブロードバンド星座群（ESA） |
| 中地球軌道（MEO） | GPS用の約20,200 km | GPS用の約12時間 | 衛星ナビゲーション——GPS、Galileo（ESA；gps.gov） |
| 静止軌道（GEO） | 赤道上空35,786 km | 23時間56分4秒（地球の自転と一致） | 気象衛星、通信、放送（ESA；NOAA） |
ESAはまた、特定のミッション用に構築された軌道バリアントもリストしています：極軌道と太陽同期軌道は両極付近を通過し、毎日同じ現地時間に同じ地点を横切り、一貫した環境監視を実現します。地球から遠い場所での長い滞在時間のための高度に偏心した軌道。および地球の熱と光から離れて滞在する必要があるオブザーバトリーによって使用される、およそ150万キロメートル離れたラグランジュポイント。
衛星が実際に何に使用されるか
ESAによると、通信衛星は地上からラジオ信号を受け取り、それを増幅して下に送り返します。GEOに配置されたものは、地上アンテナが移動する目標を追跡する必要なく、テレビ放送、電話、データトラフィックのための固定された常時オンのリンクを提供します。ESAは全世界の衛星通信ビジネスを年間およそ90億ユーロと見積もっています。より新しいブロードバンドシステムは、代わりに大きなLEO星座群を使用します。ESAによると、これらは48個から288個の衛星が一緒に機能する可能性があります。単一の遠いGEO宇宙船と比較して、信号遅延と必要な電力を削減するため。
衛星ナビゲーションはMEOに依存しています。米国政府のGPSプログラムは、6つの等間隔の軌道面に配置された星座群を説明しており、各々少なくとも4つの衛星を運びます。これにより、地球上のほぼどこの受信機でも同時に少なくとも4つの衛星を見ることができます。デバイスはそれらのいくつかからのタイミング信号を同時に計測して位置を計算します。GPS衛星は約20,200キロメートルの高度を飛行し、1日に2周を完成させます。gps.govによると、2023年7月現在、米国宇宙軍は10年以上の間、星座群に31個の運用中の衛星を維持していました。政府が95%の時間維持することを約束する24衛星の最小値を上回っています。
天気予報はGEOとLEOの両方を引き出します。NOAAは静止軌道にあるGOES衛星を操作しており、赤道上空約22,236マイルにあり、ハリケーンと嵐を30秒ごとに頻繁に更新されるニアリアルタイムで追跡します。NOAAの極軌道衛星は、約512マイルの高度で、1日に14回極から極に円を描き、グローバルデータを供給し、7日間先までの予報に使用される数値天気モデルに供給されます。NOAAの国立環境衛星データ情報サービスによると。
地球観測衛星は気候および環境監視、農業、および災害対応に役立ちます。ESAは、天気と大気ハザードを追跡するためのSentinel-3とEarthCARE、および洪水、地震、その他の災害後に緊急対応者のための衛星画像を調整する国際チャーター宇宙と大災害をポイントしています。
現在、上空に何個の衛星がありますか
活動している衛星の数は、主に大規模なブロードバンド星座群によって駆動される、ここ数年で急激に増加しています。2025年までのデータを使用して2026年9月に発表されたESAの宇宙デブリオフィスの年間宇宙環境レポートを引用すると、科学ニュースアウトレットEarthSkyは、軌道内で15,800個以上の作動衛星が報告されました。SpaceXのStarlinkコンステレーションがそのうち10,000個以上を占めており、すべての機能している衛星のおよそ63%です。同じレポートは、追跡されたペイロード、機能中および機能していないものの合計数を18,600個以上と記載しており、低地球軌道内の追跡対象オブジェクトの31,000個以上のより広い母集団内です。
商用衛星星座群の数と規模は毎年増加し続けています。
よくある質問
- LEO、MEO、GEO衛星の主な違いは何ですか？
- それらは主に高度と軌道周期によって異なります：LEO衛星は180～2,000 kmで飛行し、約90分で地球を周回し、MEO衛星（GPSに使用）は約20,200 kmの周りを12時間程度の周期で周回し、GEO衛星は35,786 kmに位置し、地球の自転と一致する周期を持つため、1つのスポットの上に固定されているように見えます。ESAおよびgps.govによると。
- GPSはどのように私の位置を把握しますか？
- GPS受信機は、頭上に見える衛星のいくつかからのタイミング信号を拾います。コンステレーションはほぼどこからでも少なくとも4つが見える様に構築されています。米国政府のGPSプログラムによると、それらの信号を比較して位置と時間を計算します。
- 現在、何個の衛星が地球を周回していますか？
- ESAの宇宙デブリオフィスは、2026年9月の宇宙環境レポートの時点で、軌道内に15,800個以上の作動衛星を報告しており、Starlinkだけで10,000個以上を占めています。EarthSkyによってサマリーされています。
- 天気機関は2つの異なる種類の衛星を使用するのはなぜですか？
- NOAAは、1つの地域上のストームの連続的で高速更新されるビューのための静止GOES衛星と、数値気象モデルに供給される広いグローバル大気データのために極から極に地球を周回する低高度の極軌道衛星を使用します。NOAAのNESDISによると。
- 衛星インターネットコンステレーションが低地球軌道に配置されるのはなぜですか？
- ESAは、数十個から数百個の衛星のLEOコンステレーションは、単一の遠い静止衛星よりも低い信号遅延を提供でき、より少ない送信電力を必要とすることに注意しています。これが、ブロードバンドシステムがますます大規模な低軌道ネットワークを使用する理由です。
出典
- ESA — Types of orbits
- ESA — About Telecommunications
- ESA Kids — Different orbits
- ESA — Observing the Earth
- NOAA NESDIS — Two Orbits, One Mission: NOAA Satellites Work Together to Provide Critical Data for Weather Forecasts
- GPS.gov — Space Segment
- EarthSky — Space is getting crowded: the latest satellite report
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