「宇宙橋」を建設しよう！衛星インターネットはどのようにして宇宙における「新しいインフラ」となるのでしょうか?

衛星インターネットは、有線インターネットと無線インターネットに続く第 3 世代のインターネット インフラストラクチャです。衛星インターネットには、静止軌道 (GEO) 高スループット衛星、中軌道 (MEO) インターネット コンステレーション、低軌道 (LEO) インターネット コンステレーションが含まれます。

衛星インターネットのコンポーネント

低軌道インターネット衛星群の開発の概要

低軌道ブロードバンドインターネット衛星群は新しいものではない。 1980年代に開発が始まった小型衛星技術は、衛星群の開発を促進する上で大きな役割を果たしてきました。 1990 年代初頭、低軌道通信衛星群が普及し始めました。イリジウムやグローバルスターなどの低軌道音声通信衛星群の台頭に伴い、業界ではマイクロソフト創業者のビル・ゲイツ氏が提案した「テレデシック」衛星群やフランスのアルカテルが提案した「スカイブリッジ」衛星群など、複数の中軌道および低軌道インターネット衛星群のコンセプトが相次いで提案されている。

イリジウム システムの初期の運用上の失敗とインターネット業界の最初の不況により、これらのインターネット コンステレーションのコンセプトはすべて紙の上だけに留まりました。実際、衛星通信は誕生当初から、地上通信と競争し、相互補完し、協力しながら発展してきました。衛星インターネットコンステレーションの開発は、3 つの歴史的段階に分けられます。

最初の段階（1980 年代後半から 2000 年）は、宇宙ベースのネットワークを再構築し、独立した衛星電話を販売して地上の通信事業者とユーザー獲得で競争することを目的としたイリジウム システムによって代表されました。第 2 段階 (2000 ～ 2014 年) は、主に地上通信の「ギャップ フィラー」として機能し、規模が限られていた新しいイリジウム衛星システムによって代表されました。第 3 フェーズ (2014 年から現在) は、グレッグ ウェラーが創設した「Other 3 Billion」(O3b) MEO コンステレーションに基づいています。このコンステレーションは、世界中のユーザーに幹線伝送とセルラー バックホール サービスを提供しており、地上通信事業者を顧客およびパートナーとして迎え、衛星ネットワークが地上ネットワークを補完することになります。 O3b と成熟した GEO 高スループット衛星のデータ伝送速度は、Iridium システムや Globalstar システムよりもはるかに高速です。システム容量は地上通信手段と比較することはできませんが、地上設備でカバーできない地域の基本的なブロードバンドのニーズを満たすことができます。

さらに、国内外の多くの企業が低軌道インターネット衛星群計画を提案しており、一部の企業では集中的な展開段階に入っている。 Greg Wheeler は 2012 年に OneNet を設立しました。OneNet は、世界全体をカバーし、世界各地に高速ブロードバンド サービスを提供できる高速ブロードバンド ネットワークの構築に取り組んでおり、さまざまな地域間のデジタル デバイドを埋め、衛星インターネットのリーダーとなることを目指しています。それ以来、いくつかの低軌道インターネット衛星群計画が次々と提案され、巨大な潜在的市場のシェアを獲得する準備が整いました。これらには、スペース・エクスプロレーション・テクノロジーズ・コーポレーションが提案するスターリンク、LeoSatが提案するレオサット、カナダのテレサットのテレサットLEO、アマゾンのカイパー、中国航天科技集団の紅雲プロジェクト、中国航天科技集団の紅岩星座、中国電子科技集団の宇宙地上統合情報ネットワーク、ギャラクシー・エアロスペースのギャラクシーなどが含まれる。

OneWebが提案する低軌道インターネットコンステレーション

OneWeb の初期の衛星群には 648 基の衛星と 234 基のバックアップ衛星が含まれており、合計数は 882 基になります。後でさらに 2,000 基の衛星が追加され、衛星の総数は約 2,882 基になります。各衛星の重量は150kgで、KuバンドとKaバンドを使用します。 2017年6月22日、米国連邦通信委員会は、OneWebの米国ブロードバンドサービス市場への参入を正式に承認したと発表した。 OneNetコンステレーションの特徴は、基本的に世界的なカバレッジ、地上モバイルインターネットとの統合、衛星の大規模製造を実現することです。しかし、ワンウェブは衛星の製造と打ち上げの難しさを過小評価しており、コストの急激な増加が今日の破産の土台を築いた。

スターリンクは、約12,000基の衛星からなる衛星群を構築する計画だ。この衛星群はKu/V周波数帯を選択し、高度1,150キロメートル（最近550キロメートルに引き下げられた）に分散された4,425機の低軌道衛星群と、約340キロメートルに分散された7,518機の超低軌道衛星群で構成されており、より優れた地球規模のカバレッジの実現に貢献しています。

SpaceXが提案するスターリンク衛星群

衛星インターネット開発の戦略的意義

衛星インターネットの開発は重要な国家戦略です。衛星インターネットの確立は、将来のあらゆるもののインターネットのニーズに適応し、国家の安全保障を維持するために必要であり、数兆ドル規模の新しい産業を形成するでしょう。

まず、衛星インターネットの発展は宇宙経済の発展に新たな推進力を与えるでしょう。低軌道衛星群の開発により、シームレスな世界規模のインターネットサービスが可能になります。静止軌道衛星と比較すると、伝送遅延が短く、経路損失が小さい。光ファイバーと比較すると、ビジネス密度の低い地域でも導入が容易かつ低コストです。現在、世界にはインターネットにアクセスできない人がまだ 30 億人います。低軌道衛星インターネットは、幅広い市場展望を持つ経済的かつ効率的なソリューションとなり、商業宇宙の産業化を促進することができます。

第二に、衛星インターネットは大国間の戦略ゲームの焦点の一つとなるでしょう。現在、世界の大国は将来の地上ネットワーク技術の優位性を競っており、その中核技術が5Gだ。我が国は現在5Gで主導的な立場にあるため、米国は5Gと6G技術の開発を強化するだけでなく、企業が低軌道インターネットコンステレーションを積極的に開発することを奨励しています。その結果、衛星インターネットは、将来の技術的優位性をめぐる中国と米国の競争において最先端の技術となるだろう。一方、衛星インターネットの発展の見通しが広いことを背景に、軌道と周波数は希少な資源となり、資源の獲得も衛星インターネットの発展の重要な原動力となるでしょう。

繰り返しになりますが、衛星インターネットには大きな軍事的可能性があります。現代の戦争では、安全で効率的なネットワークが戦争で主導権を握るための重要な保証となり、衛星インターネットは軍事指揮、統制、通信の最も重要な手段となるでしょう。近年、低軌道ブロードバンド通信衛星技術が徐々に成熟し、米軍は、これまで使用されていた単一の高価な静止衛星を置き換え、バックアップするための低軌道衛星群の構築と使用にますます注意を払うようになりました。米国防総省高等研究計画局（DARPA）は、「宇宙強化作戦効果（SeeMe）」プロジェクトに基づき、2019年度に「ブラックジャック」プロジェクトの開発に注力した。同プロジェクトは、民間企業が開発した小型、軽量、低電力、低コストの低軌道衛星群を最大限に活用することを目指している。最終的な目標は、世界中で軍隊に最大限の超遠距離リモートセンシング、信号、通信機能を継続的に提供できる、高度にネットワーク化された、回復力と持続性に優れた軍事衛星ペイロードを実現することです。 2019年7月1日、米国宇宙開発局（SDA）は次世代宇宙アーキテクチャに関する情報要求を発表しました。文書によれば、それは小型通信衛星のネットワークに基づく数層の構造から構成されることになる。

DARPAのブラックジャックプロジェクト

最後に、衛星インターネットの発展は航空宇宙技術の変化と革新を促進するでしょう。低軌道インターネットコンステレーションは、近年の航空宇宙分野における最も革新的なシステムです。この過程で生まれる新しい小型通信衛星技術と地上端末技術は、将来の衛星技術と衛星アプリケーションの発展に大きな影響を与えるでしょう。衛星製造においては、商用産業グレードの機器の割合を増やし、標準化やモジュール化により小型衛星の量産化を実現し、衛星開発コストの削減を実現しました。大量の衛星を打ち上げる需要により、低コストの再利用可能なロケット技術の開発が促進されました。これらの技術革新は伝統的な航空宇宙分野に流れ込み、航空宇宙産業の発展と変革を推進する原動力となるでしょう。

低軌道インターネットコンステレーション用ハンドヘルド端末

宇宙経済の新たな推進力

衛星インターネットに対する市場の需要は多面的であるため、間違いなく衛星インターネットは宇宙経済の新たな原動力となるでしょう。これらの要件には主に次のものが含まれます。

1. 地上ネットワークが利用できない地域のニーズを満たす。これは、これらの地域の住民からの要望であるだけでなく、石油・ガスパイプライン、輸送建設、森林作業、採掘作業、掘削プラットフォームなどの現場作業員を含む、仕事や観光のためにこれらの地域に移住し、インターネットの使用に慣れている人々からの緊急の要求でもあります。国際電気通信連合（ITU）によると、世界の人口のほぼ半数がまだインターネットに接続しておらず、特にアフリカの人口の大部分はまだインターネットにアクセスできません。国内のインターネット普及率は59.6％で、行政村落の2％では依然として光ファイバーや4Gが利用できない。

2. 航空および航行のニーズ。世界には毎年 50 億人以上の航空機利用者がおり、インターネット アクセスに対する強い需要と高い消費レベルを持っています。船の乗客は陸を離れて長い時間を過ごし、消費レベルも比較的高いため、インターネット アクセスはほぼ必需品です。したがって、彼らは低軌道インターネットコンステレーションの最も初期のユーザーになると期待されています。数年にわたる開発を経て、航空 WiFi システムの設置および運用コストは世界中のほとんどの航空会社が提供できるレベルまで下がりましたが、多くの航空機の WiFi には現在、速度が遅い、データトラフィックが制限されるなどの問題があります。 2019年の初めには、世界には95,400隻以上の船舶がありました。船舶の船員は主に海上衛星を介してインターネットにアクセスしますが、これは非常に高価で普及率も低いです。 2019年、世界中の272隻のクルーズ船の乗客数は3,000万人に達し、クルーズ乗客のインターネットに対する需要は高まっていました。世界の海洋漁船の総数は約460万隻であり、海洋分野における低軌道インターネットコンステレーションの最大の潜在的顧客グループです。

民間航空機でのインターネットアクセス

3. 低遅延と中断のないサービスを求めるハイエンドユーザーの要求。低軌道インターネット コンステレーションは、長距離での待ち時間を短縮できます。長距離伝送シナリオによっては、低軌道衛星を介した通信の遅延が地上ネットワークよりも短くなる場合があります。光ファイバー内の光速度は真空中の 2/3 であるため、長距離伝送アプリケーションでは、信号は衛星経由で数百キロメートル長く移動しますが、その遅延は地上の光ファイバー経由よりも短くなります。したがって、低軌道インターネットコンステレーションは、低遅延と中断のないサービスを必要とする国際金融や自動車のインターネットなどのビジネスに適しています。

4. 政府と国防のニーズ。低軌道インターネットコンステレーションは、世界規模で中断のない継続的な通信サービスを提供し、政府の緊急事態、外交、国防のための重要な通信手段として機能します。政府と防衛からの注文はコンステレーション作戦の重要な基礎となるでしょう。

低軌道衛星インターネットコンステレーションの開発のリスク

いかなるビジネスベンチャーにもリスクはあります。 「破産していない低軌道衛星群がいくつあると思いますか？」 2020年3月、マスク氏は米国ワシントンで開催された2020 Satellite Conferenceでこの質問をした。彼の答えは「ゼロ」で、SpaceXは「倒産しないように」努力していると冗談を言った。

2020年3月27日、OneWebは米国破産裁判所に破産保護を申請した。ワンウェブは、新型コロナウイルス感染拡大と市場の混乱により、主要株主であるソフトバンクとの合意に達することができず、新たな投資家を引き付ける機会を失い、破産手続きを余儀なくされたと述べた。 OneWeb は、その前身である Iridium と同様に、途中で破綻するという運命を避けることができなかった。ワンウェブが破産申請したというニュースは、やや予想外だった。というのも、わずか6日前には、ワンウェブの衛星34基がソユーズロケットで打ち上げられ、ワンウェブの衛星総数は74基になったからだ。ワンウェブは、ニューヨークで破産申請した後、売却を検討すると述べた。破産申請により、会社は破産から脱却し、負債を抱えることなく事業を継続する機会が得られます。

OneNetが34機の衛星を同時に打ち上げる

いずれにせよ、ワンウェブの破産申請は、低軌道インターネット衛星群のリスクに警鐘を鳴らした。主なリスクは次のとおりです。

1. 投資リスクが高い。 OneWebは現在、大量生産によって衛星のコストを削減できるものの、使用するロケットの打ち上げコストは依然として非常に高く、進捗の遅れによってコストが大幅に増加している。対照的に、SpaceX は、独自の Falcon 9 ロケットを使用して、一度に 60 基の衛星を高速かつ低コストで打ち上げられるという明らかな利点を持っています。米国の航空宇宙コンサルティング会社ノーザン・スカイ・リサーチ・インスティテュート（NSR）は、負債比率という経済指標を用いて、インターネット衛星企業の将来の収益を概算した。 1世帯当たり月額50ドルの料金で計算すると、将来的に衛星インターネットコンステレーションを構築する企業が利益を上げるには少なくとも1,000万人のユーザーが必要になるが、この目標を達成するのは非常に困難だ。

スペースX、一度に60基の衛星を打ち上げる

2. 周波数調整と着陸権の確保が非常に困難です。衛星周波数軌道資源は、国家の発展のための戦略的かつ希少な資源であり、宇宙インフラ構築の基盤です。周波数調整に加えて、着陸権の問題の調整もより困難になる可能性があります。

3. 地上通信システムとの競争に直面する。地上通信は5Gの開発を積極的に推進しています。低軌道インターネット衛星群システムが完成した後、再び地上通信に遅れをとることになるかどうかを予測するのは現時点では困難だ。 4G が人口の 98% をカバーしている私の国では、このリスクはさらに大きくなります。外国の衛星インターネットコンステレーションがうまく展開されれば、中国市場は間違いなく競争の激化の場となるだろう。この国境を越えたグローバルインターネットアクセスサービスは、熾烈な競争と情報セキュリティの問題を引き起こすことは間違いありません。

4. 低軌道における過酷な宇宙環境のテスト。低軌道インターネット衛星群の衛星は、軌道変更の過程で、高エネルギー陽子放射線帯を頻繁に通過する必要があり、これは衛星の電子システムの正常な動作に大きな影響を与えるため、衛星の放射線耐性に高い要求が課せられます。さらに、衛星は微小隕石や軌道上の破片と衝突する危険もあります。また、衛星の数は膨大であり、退役後に新たな宇宙ゴミとなれば、その後の衛星展開に大きな影響を与えることになる。

我が国の宇宙経済発展の新たな機会

衛星通信は宇宙経済の主力であり中核です。中国は広大な領土を有し、その海洋領土は300万平方キロメートルを超えます。地球規模の衛星インターネットシステムは、遠隔地の情報格差を埋め、国内外の緊急救助問題を解決し、我が国の海洋経済権益と軍事的プレゼンスを守るための重要な解決策である。したがって、国家が財政的に保証し、政府が組織・調整し、企業間の分業と協力を伴う、中国の特色ある大規模な衛星インターネットシステムをできるだけ早く構築することは、大きな戦略的価値がある。

2020年4月20日、国家発展改革委員会は初めて衛星インターネットを新たなインフラの範囲に明確に含め、民間航空宇宙産業の信頼を大きく高めました。プロジェクトの実施においては、我が国の「大型航空機」開発モデルや「北斗」モデルを採用することもできるが、民間企業の役割も十分に発揮させなければならない。我々は、新たな国家体制の指導の下、各方面から資金と人材を集め、プロジェクトのトップレベルの設計とプログラムの最適化をしっかりと行い、積極的に革新し、できるだけ早く地球と空を融合した衛星インターネットを構築し、我が国の航空宇宙技術と宇宙経済を必ずや推進し、新たなレベルに引き上げると信じている。