静止軌道：特徴、用途、制約

主な特徴

一地点の上空に固定された状態を保つには、衛星は赤道面内の円軌道を取り、恒星日（恒星が同じ位置に戻るまでの時間）と等しい公転周期を持たなければならない。必要な地表からの高度は約35,786キロメートルであり、衛星は低軌道のはるか外側に置かれる。正確な位置を維持するには、軌道傾斜角および離心率の小さな摂動を補正するため、定期的な軌道維持マヌーバが必要となる。

歴史と発展

通信に高高度の固定軌道を用いるという考え方は20世紀半ばに広まり、1960年代には実用的な配備へとつながった。続いて商用衛星と政府衛星が利用され、静止軌道のアーキテクチャはテレビ放送、国際電話、気象観測の基盤となった。数十年にわたり、赤道近くの軌道帯は、周波数の調整と干渉の低減を目的として、割り当てられた「軌道スロット」に区分・運用されてきた。

主な用途

• 電気通信：固定地上アンテナを用い、広い地域にわたってテレビ、ラジオ、データを中継する。
• 気象監視：一方の半球の広範囲を継続して観測し、暴風雨の追跡や雲画像の取得に役立てる。
• 航法補強と放送：補正信号および大衆向け番組を送信する。
• 政府・軍事：安全な通信回線、早期警戒、指揮統制の中継に用いる。

制約と区別

静止軌道は赤道面に限定されるため、極地に近い高緯度地域では視認性が低い。静止衛星との信号の送受信には、低軌道または中軌道の場合より大きな伝搬遅延が生じ、遅延に敏感な用途に影響を与える。静止軌道帯は有限の資源であり、干渉を避けるために各国および商用の運用者は軌道スロットと周波数を調整しなければならない。また、衝突リスクと宇宙ごみも懸念の増大している問題である。

すべての地球同期軌道が静止軌道であるわけではない。軌道傾斜角または離心率がゼロでなければ、衛星の地上軌跡は日ごとに8の字のような形を描くことがある一方、真の静止衛星は一定の経度にとどまる。モルニヤ軌道や高楕円軌道などの代替軌道は、GEOでは効果的にカバーできない高緯度地域へのサービスに利用される。

技術的な背景と軌道力学については、軌道の種類および赤道の力学に関する資料を参照のこと。地球の赤道および緯度0°の定義を参照。