毎日天気予報に登場する風雲衛星の飛行軌道は？

私たちは出かける前に天気をチェックすることに慣れています。しかし、不安定な天候の変化に直面した際に、私たちがどのようにしてタイムリーな予報を行っているかご存知ですか?ここで、よく知られている「風雲シリーズ」気象衛星などの気象衛星について考えてみましょう。

夏の終わりから秋の初めにかけて、9月になると気候は徐々に涼しくなってきます。偶然にも、風雲衛星は9月に最初に打ち上げられた。

1988年9月7日、風雲1A衛星（FY-1A）が打ち上げられた。 1990年9月3日、風雲1号B衛星（FY-1B）が打ち上げられた。現在、風雲衛星はシリーズ化されています。

中国の風雲衛星ファミリーのメンバーは何ですか?それぞれの飛行経路は何ですか?なぜこれを選ぶのですか?

風雲衛星の雲画像（出典：中国国家気象局）

風雲衛星の4大ファミリー

この衛星は我が国の気象、海洋、宇宙環境の総合的な検知と応用を初めて実現し、我が国の宇宙産業に新たな時代を切り開きました。風雲衛星には「第1号」「第2号」「第3号」などの名前が付けられているが、それぞれの名前が単一の衛星を指すわけではない。

例えば、風雲1A衛星（FY-1A）と風雲1B衛星（FY-1B）では、「FY」は「風雲」の略称、「1」は「No.1」を表し、AとBはそれぞれ別のコードです。

風雲1号は我が国の第一世代の「太陽同期軌道気象衛星」であり、主に全球の気象雲図や海洋データを取得するために使用されます。同時に、昼夜の可視光線、赤外線雲画像、氷雪、植生、海色、海面温度なども取得でき、中長期の天気予報、気象・海洋科学研究、気候予測に必要な基礎データを提供するほか、災害監視や環境リモートセンシングにも大きな役割を果たしています。

1977年には早くも風雲1号気象衛星の全体予備計画が形成され、その後本格的な研究開発作業が実施されました。 1985年10月、風雲1号気象衛星プロジェクトは第7次5カ年計画期間中の衛星モデル開発の重点プロジェクトに挙げられ、1988年に風雲1号Aが成功裏に打ち上げられました。

風雲1号衛星シリーズパッケージには合計4機の衛星が含まれています。衛星Aと衛星Bの打ち上げから約10年後、衛星Cと衛星Dはそれぞれ1999年と2002年に打ち上げられました。現在、4つの衛星はすべて故障しており、廃止されています。最初に打ち上げられた衛星 A の運用期間はわずか 39 日間でしたが、衛星 D は丸 10 年間「天気予報機」として機能したことは特筆に値します。

風雲1号衛星（写真提供：国立衛星気象センター）

風雲2号も単なる衛星ではなく、2機の実験衛星（FY-2A、FY-2B）と一連のビジネス衛星（FY-2C、FY-2D、FY-2E、FY-2F、FY-2G、FY-2Hなど）で構成されています。

風雲2号衛星シリーズは、昼間の可視光雲画像、昼夜の赤外線雲画像、水蒸気分布図を取得し、天気図をファックスで送信し、気象、水文、海洋データ収集プラットフォームから気象監視データを収集することができます。このシリーズは「静止軌道衛星」です。

風雲2号衛星（写真提供：国立衛星気象センター）

風雲2号の頻繁な反復により、衛星地上システムの24時間365日の継続的な運用が保証されます。 FY-2Dの後、ほぼ2年または4年ごとに新しい風雲2号衛星が打ち上げられました。 2H衛星は2018年に打ち上げられ、若者の思春期のほぼ全期間をカバーしています。いつも天気予報番組で取り上げられているのも不思議ではありません。

これらの風雲2シリーズ衛星の設計と機能は非常に似ています。最初の衛星はまだ稼働しており、2番目の衛星は宇宙に打ち上げられ、観測を開始しました。過去 10 年間にわたってシームレスな接続を確保してきたのは、このような「バックアップ」のおかげです。

天気予報で「風雲3号」という言葉を聞くことがあるかもしれません。風雲3号は3つの衛星（FY-3A、FY-3B、FY-3C）で構成されています。 「オリンピックスター」というニックネームが付けられているが、実際に打ち上げられたのは2008年のオリンピック開催直前の1機のみである。最後の2つは2010年と2013年に発売されました。

当時のミッション目標は、気象衛星「風雲2号」とともにオリンピックの気象支援サービスを提供することでした。検出対象には、地球の大気環境に関する3次元、全球、全天候、定量的、高精度のデータが含まれます。風雲3号は風雲1号の後継となる「極軌道太陽同期軌道衛星」です。

FY-3 バッチ 1 (写真提供: 国立衛星気象センター)

最新の風雲4号衛星については、Star Aが2016年12月11日に打ち上げられており、Star Bも当然それに続くことになる。これらも静止軌道衛星であり、風雲2号の使命を受け継いでいます。

2017年2月27日、風雲4A号は最初の一連の画像とデータを取得しました。中国は世界初となる静止軌道上の地球大気のハイパースペクトル地図を入手・公開したほか、カラー衛星雲地図や雷分布図も初めて入手した。

風雲4A（写真提供：国立衛星気象センター）

これらの衛星の軌道は非常に覚えやすく、奇数番号の1号と3号は「極軌道」「太陽同期軌道」衛星で、偶数番号の2号と4号は「静止」「静止軌道」衛星です。

「太陽同期」、どうやって同期するの？

風雲1号と風雲3号は極軌道太陽同期軌道衛星である。いわゆる「極軌道」とは、軌道が地球の北極と南極の上を通過し、軌道面が地球の赤道面に対して垂直になることを意味します。

しかし、現実には、衛星の軌道は南極や北極を正確に通過することはなく、わずかに傾いていることが多いのです。したがって、より正確には「近極軌道」であり、軌道面と赤道面の間の角度は 90 度に近いと言えます。

地球儀が軌道面のような側面で支えられ、その場で回転していると想像してみましょう。宇宙では、特別な力が存在しないと、この飛行機はブラケットのように動かなくなります。そして、地球が自転するにつれて、衛星の軌道は地球上のあらゆる地域を通過することになります。

地球儀 (画像出典: justglobes.uk)

しかし、衛星の軌道面は本当に動かないのでしょうか?

地球が均一な球体である場合、90 度の傾斜軌道にある衛星はバランスのとれた力を受け、軌道面は回転しません。これを地球との「翻訳」といいます。

しかし、地球は扁平回転楕円体であり、衛星にかかる重力は扁平回転楕円体上の各点で均等ではなく、地球の軸は傾いています。その結果、衛星の軌道面は地球の軸の周りを衛星の動きと反対方向に回転します。これを軌道面の「歳差運動」と呼びます。したがって、太陽同期軌道では、90° よりわずかに大きい軌道傾斜角を選択する必要があります。

計算によると、歳差運動の速度は約 1° で、軌道面を太陽に対して一定の方向に保つのにちょうど十分な速度です。つまり、衛星の軌道面も1年に360°回転し、太陽と地球を結ぶ線に対して常に垂直になります。すると、地球を周回する衛星は地球に遮られることなく、太陽光を十分に浴びることができるようになり、これが「太陽同期」です。

したがって、太陽同期軌道が同期しているのは、実際には地球の公転です。

風雲衛星はこの軌道を選択しました。これは天気予報情報を取得するのに非常に有益です。まず、太陽エネルギーを最大限に活用して発電することができます。第二に、衛星が特定の地域の上空を飛ぶたびに、太陽は同じ角度からその地域を照らします。撮影した写真を比較することで、より多くの情報を得ることができます。

「静止衛星ステーション」は、上空でも静止できるのでしょうか？

風雲2号と風雲4号は「静止」の「静止軌道」衛星です。それで、彼らはどうやってじっとしているのでしょうか?

実際のところ、彼らは宇宙の中で静止しているわけではありません。ただ、地上にいる私たちが空を見上げると、衛星は常に私たちの頭上にあり、飛び去ることなく、まるで静止しているかのように見えます。

地球から見ると、地球は西から東へ自転しているので、太陽は東から昇り、西に沈みます。いわゆる「静止軌道」は地球の自転と同期しています。衛星の軌道周期は慣性空間における地球の自転周期（23時間56分4秒）と等しく、その方向もそれと一致しています。したがって、衛星は常に地球とともに回転し、地面に対する位置は変化しません。

静止軌道（画像出典：Wikipedia）アニメーション

静止軌道の軌道面は赤道面と一致するため、軌道傾斜角は 0 度です。したがって、衛星は特定の地域（北京など）の真上にとどまることはできず、常に赤道上の場所の上空に位置します。

中国の風雲衛星は中国の広大な国土の真上にあるわけではないが、中国の衛星と一致する経度を選択した。例えば、かつては東経105度、99.5度、79度といった位置を選んだのですが、上を見上げてもその姿は見えませんでした。

しかし、肉眼では見えにくいこれらの衛星こそが、中国の天気予報を支える衛星システムを構成するだけでなく、気候監視、災害監視、環境リモートセンシングなどでも重要な役割を果たし、社会の発展に大きく貢献してきた。

制作：中国科学普及協会

プロデューサー: 王正

制作者: 中国科学院コンピュータネットワーク情報センター