合成開口レーダー（干渉ＳＡＲ）、地球観測衛星「だいち」

ＧＮＳＳ測量では複数の人工衛星から送信される位置と時間情報を地球上で受信して、受信地点の位置を求めますが、このほか、衛星からマイクロ波やレーザーを地上に向け発射して、反射波の戻る時間をもとに、海面などの観測地点から衛星までの距離を算出するアルチメーター（Altimeter 高度計）や、逆に地上から発射したレーザー光線で衛星を追尾し、反射波の戻る時間から観測点から衛星までの距離を算出するＳＬＲ（Satellite Laser Ranging）というシステムもあります。たとえば海上保安庁で１９７６年（昭和５１）頃から利用されている測地衛星「あじさい」があります。また１９７２年（昭和４７）から米国で資源衛星ランドサット（Landsat）が複数機、打ち上げられ、光学リモートセンシング技術による得られたデータを活用して、国土地理院でも土地利用や環境調査に必要な画像を作成しています。アルチメーターや海上保安庁で利用されているＳＬＲは測地観測（海洋測地観測）のところで説明します。

合成開口レーダー（ＳＡＲ：Ｓynthetic Ａperture Ｒadar）は人工衛星に搭載した特殊なレーダーで、地表面の詳細を調べるために衛星から地球に向け電波を送信し、地表面からの反射波を受信します。電波はマイクロ波を使います。波長が長いマイクロ波によって、雲などの影響を受けずに観測ができます。人工衛星が移動しながら電波を送受信しますが、指向性がすぐれ、大きな開口を持ったアンテナと等価な画像が得られるように、データを合成するのが合成開口レーダーと呼ばれる技術です。このＳＡＲ観測を地球上の数十キロメートル範囲の同じ地域に対して、２回以上行って画像解析により干渉による差をとると、地表面の動きを詳細に知ることができ、地震・火山活動や地盤沈下による地表の動きを宇宙から調べることができます。国土地理院では干渉ＳＡＲ（Interferometric SAR）技術への取り組みを１９９４年(平成６）からはじめていますが、現在は研究開発の段階から実用の方向にあります。またＳＡＲ装置は人工衛星だけでなく航空機に搭載することも可能です。

日本の代表的なＳＡＲ衛星は１９９２年（平成４）、宇宙開発事業団と関係省庁によって打ち上げられた「ふよう１号」（ＪＥＲＳ－１）で、資源探査を主目的とし、植生の多い日本の国土に適したＬバンドセンサーを搭載しました。ふよう１号は１９９８年（平成１０）に運用を停止しました。２００６年（平成１８）１月には宇宙航空研究開発機構ＪＡＸＡ（Japan Aerospace Exploration Agency）によって「だいち」（ＡＬＯＳ－１）が打ち上げられました。ＡＬＯＳ（Advanced Land Observing Satellite）は陸域観測技術衛星（地球観測衛星とも）のことです。 世界最大級の人工衛星で軌道を少しずつずらしながら地球を周回し観測センサーにより陸地の状態を観測する機能を持っています。これによって地図作成、地域観測、災害状況把握、資源調査などに役立つことができます。全世界の二万五千分一地形図の作成も可能です。国土地理院では国内の火山地域、地盤沈下地域、地すべり地域の定常的な解析を実施しました。

「だいち」の観測機器として標高など地表の地形データを２．５メートルの分解能で読みとるパンクロマチック立体視センサー（ＰＲＩＳＭ）、土地の表面の状態や植生を１０メートルの分解能で知る高性能可視近赤外放射計２型（ＡＶＮＩＲ－２）、昼夜、天候にかかわらず陸地の観測が可能なフェーズドアレイ方式Ｌバンド合成開口レーダー（ＰＡＲＳＡＲ）の３種の地球観測センサを搭載しています。パンクロマチック画像は、白から黒までのグレースケールになりますが、高分解能で建物や森林等の地物の形状の判読に向いています。またＰＡＲＳＡＲのＬバンドのマイクロ波は森林地帯でも樹木を通過できるので地表面の観測も可能です。

衛星本体の大きさは６．２×３．５×４．０メートル、太陽電池は３．１×２２．２メートル、開口レーダーアンテナは８．９×３．１メートル、質量は約４トンあります。全体はカプトンという温度特性の優れた合成樹脂の裏に銀またはアルミニウムを蒸着した断熱材（サーマルブランケット）で覆われます。カプトンは厚さ１０～２０マイクロメートルと薄いもので、１０～２０枚も重ねますが、層間にダクロンというポリエステル繊維を入れます。衛星が軌道にのれば太陽熱にだけ耐えればよいので、日照時１００℃程度、地球の影になった時マイナス１００℃程度の耐熱効果がありロケット本体のような超耐熱材料ではありません。写真は筑波宇宙センター（つくば市）で撮影した展示品で断熱材は黄金色に光って見えます。銀色に見える部分は透明の高分子フィルムの裏にアルミニウムや銀の膜を付けたもので衛星内部の機器からの発熱を外に逃がします。実物のこの部分は展示品と異なりアルミニウム合金などの放熱板になっています。

初代の「だいち」は２００６年（平成１８）１月２４日、種子島宇宙センター（鹿児島県南種子町）からＨ－Ⅱロケット８号機によって打ち上げられました。軌道の高度は６９０キロメートル、傾斜角９８°、周期９９分です。傾斜角は地球の赤道面と衛星の軌道面のなす角度のことです。Ｈ－Ⅱロケットは宇宙開発事業団（現宇宙航空研究開発機構ＪＡＸＡ）が１０年間の歳月をかけ開発した国産ロケットです。その後、改良されＨ－ⅡＡとＨ－ⅡＢが開発され日本の基幹ロケットになっています。Ｈ－Ⅱは２段式で第１段エンジンと第２段エンジンを搭載し全長５０メートル、直径４メートル、質量は２６０トンあります。衛星の打上げ能力は静止軌道で４トン、低軌道では１０トンになっています。衛星（ペイロード）は２段目のエンジンの先端に装着され衛星フェアリング（Payload fairing）といわれるアルミニウム合金の流線型円筒で覆われます。大気圏離脱後にロケット本体と固定されていたボルトの内部に仕込まれた微小火薬が爆発し、フェアリングは分離され衛星は宇宙空間に放出されます。このあと衛星はスイングバイという天体の引力と公転運動を利用する技術によって徐々に運動方向を変更し、所定の軌道に載ります。かつて初期の衛星技術では衛星自体がもつアポジーモーターといわれる小型エンジンによって軌道に載せていました。

衛星に必要な制御、通信の電源は太陽電池をつかいますが「だいち」の場合はカヌーをこぐ「かい」のような形状をしており太陽電池パドルといいます。全長２２メートルあり、この状態のままフェアリングのなかには収容できないため折りたたんだ展開式にして衛星軌道に載ってから徐々に拡げます。

「だいち」は地震や津波、台風などの災害状況の観測のほか、森林監視や自然環境の保全、農業分野での活用、二万五千分一地形図の作成に利用されるなど、幅広い分野で「だいち」の観測データが活用されてきました。２０１１年（平成２３）３月１１日の東日本大震災の直後にも、４００シーンの異常画像を取得し被害の確認に役立てられました。国土地理院の解析によると石巻市牡鹿半島では、地震発生時に東南東方向に５．３メートルの移動、１．２メートルの沈下があったことがわかりました。しかし同年５月、「だいち（１号）」は電力低下のため運用を終了しました。後継機として「だいち２号」（ＡＬＯＳ－２）が２０１４年（平成２６）に打ち上げられました。ひきつづき「だいち２号」によって広い範囲を観測して災害の情報把握などを行っています。さらに、だいち３号は「先進光学衛星」とされ２０２３年（令和５）に打ち上げられましたが、ロケット２段目のエンジンに点火せず、破壊指令が出されてロケットとともに消失しました。つぎに、だいち４号が「先進レーダ衛星」として打ち上げられる予定です。

「みちびき」などのＧＰＳ（ＧＮＳＳ）衛星は測位衛星と呼ばれますが、これにたいして「だいち」は地球観測衛星と呼ばれます。またヨーロッパでは２０１３年に欧州宇宙機関が開発した地球観測衛星「センティネル１Ａ」（Sentinel-1A）が打ち上げられ世界の研究者に活用されています。

航空機搭載合成開口レーダー

情報通信研究機構（本部：小金井市）では２００８年（平成２０）、あらたな航空機搭載合成開口レーダーＰｉ－ＳＡＲ２を開発しました。１９９６年（平成８）に開発された一世代前のシステムにくらべ、機能は格段に向上され３０センチメートルの高分解性能があります。Ｐｉ－ＳＡＲ２は９．５５または９．６５ギガヘルの垂直、水平偏波を送出する２組のスロット導波管からなる主アンテナとべつに、進行方向にたいして垂直な方向を観測するためのクロストラック干渉計のアンテナ、車両、船舶などの動体標的を観測するためのアロングトラック干渉計のアンテナの２組の従アンテナで構成されます。主従アンテナはそれぞれ長辺７０、短辺４０センチメートル程度です。写真は小金井市の情報通信研究機構で展示されているポッド（格納容器）に格納された主アンテナのモデルで、航空機の底外側に装着して運用されます。