合成開口レーダー
合成開口レーダー(干渉SAR)、人工衛星「だいち」

地図:土浦(筑波宇宙センター)、上中(種子島宇宙センター)

SARはSynthetic Aperture Radarの略で合成開口レーダーと呼ばれます。SARは人工衛星に搭載した特殊なレーダーにより地表面の詳細を調べるもので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。マイクロ波は波長が長いため、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開口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」で資源探査を主目的としたもので1998年(平成10)まで稼働しました。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は(Advanced Land Observing Satellite)陸域観測技術衛星のことです。 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。

「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。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からH−U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−U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−UAとH−UBが開発され日本の基幹ロケットになっています。H−Uは2段式(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露出します。「だいち」の場合、太陽電池はカヌーをこぐ「かい」のような形状で太陽電池パドルといいますが全長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シーン異常の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」は電力低下のため運用を終了しました。ひきつづき後継機として「だいち2号」(ALOS−2)が2014年(平成26)に打ち上げられました。

航空機搭載合成開口レーダー

地図:立川(情報通信研究機構)

情報通信研究機構では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。写真は小金井市にある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。


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