人工衛星とは？定義・種類・歴史と用途をわかりやすく解説

人工衛星の定義から種類・歴史・用途まで、図解でわかりやすく解説。気象・通信・航海など実例で学べる初心者向け入門ガイド

人工衛星とは、他の物体を周回する物体のことです。宇宙では、衛星は天然のものと人工のものがあります。月は、地球の周りを回る天然の衛星です。ほとんどの人工衛星は地球を周回していますが、他の惑星や太陽、月を周回しているものもあります。人工衛星は多くの目的で使用されています。気象衛星、通信衛星、航海衛星、偵察衛星、天文学衛星などがあります。アーサー・C・クラークは、通信衛星のアイデアを普及させました。

1957年10月4日、世界初の人工衛星スプートニク1号がソ連によって打ち上げられました。これは世界を驚かせ、アメリカはすぐに自国の人工衛星の打ち上げに取り組み、宇宙開発競争が始まりました。1957年11月3日に打ち上げられたスプートニク2号は、初の生きた乗客を乗せて軌道に乗りました。米国は、1958年1月31日にエクスプローラー1と呼ばれる初の衛星を打ち上げました。イギリスは1962年に初の衛星を打ち上げました。

それ以来、何千もの衛星が地球を周回する軌道に打ち上げられてきました。特に宇宙ステーションをはじめとするいくつかの衛星は、部品として打ち上げられ、軌道上で組み立てられてきました。

人工衛星の定義と基本

人工衛星は、地球や他の天体の重力に捉えられ、その周りを一定の軌道で回る人工物体です。軌道に乗せるためには打ち上げロケットで十分な速度を与える必要があり、衛星は通常、軌道投入後も姿勢制御や軌道修正のための小型エンジンやセンサーを備えます。軌道には大気抵抗がほとんどないため、速度と方向が保たれれば長期間周回できますが、低軌道では大気による減速で軌道が低下することがあります。

種類と代表的な軌道

• 低軌道（LEO）：高度約数百km〜2,000km。地球観測や一部の通信、国際宇宙ステーションなど。遅延が小さい反面、寿命は大気抵抗で限られます。
• 中距離軌道（MEO）：高度約2,000km〜35,786km。航法衛星（GPSなど）はこの範囲に配置されることが多いです。
• 静止軌道・静止同期軌道（GEO）：赤道上空約35,786km。地球と同じ角速度で回るため、地上からは衛星が静止して見え、通信・気象衛星に適しています（完全に赤道上の円軌道の場合は“静止衛星”）。
• 高離心軌道（HEO）：楕円軌道で一時的に高高度になるタイプ。高緯度地域の通信・観測など特定用途に使われます。
• 太陽同期軌道（SSO）：太陽とほぼ同じ角度で地球を周回するため、常に同じ太陽照射条件で撮像が可能。地球観測衛星によく使われます。

用途（何に使われるか）

人工衛星の用途は多岐にわたります。代表的なものを挙げると：

• 気象観測：雲や台風の監視、気象予測や気候変動観測に使われます（気象衛星）。
• 通信：テレビ放送、衛星電話、インターネット中継など（通信衛星）。
• 航法・測位：GPSなどの全球測位衛星システムは、位置情報や時刻同期を提供します（航海衛星に相当）。
• 地球観測・リモートセンシング：農業、林業、災害対応、資源探査などのための画像・データ取得。
• 偵察・安全保障：軍事・防衛目的の高解像度撮像や信号収集（偵察衛星）。
• 天文学・科学観測：宇宙望遠鏡や惑星探査機により、地球外の天体を観測（天文学衛星）。
• 技術実証・教育：キューブサット等の小型衛星で新技術や学生実験を行う例が増えています。

歴史的な流れ（簡単な年表）

• 1957年10月4日：世界初の人工衛星スプートニク1号をソ連が打ち上げ。
• 1957年11月3日：スプートニク2号が初の生体（犬）を搭載して軌道に投入（ました）。
• 1958年1月31日：米国がエクスプローラー1を打ち上げ、地球周辺の放射線帯（ヴァン・アレン帯）の発見につながりました。
• 1960年代以降：各国が次々と衛星を打ち上げ、通信、気象、科学、軍事用途が発展。
• 1970年代〜現在：宇宙ステーション（例：宇宙ステーションをはじめ）の建設、地球観測技術や民間企業の参入、小型衛星・コンステレーションの運用が進展。

衛星の構成と打ち上げ・運用

衛星は概ね次の要素で構成されます：電源（太陽電池・バッテリー）、搭載機器（センサーや送受信機などのペイロード）、姿勢制御系（ジャイロ、リアクションホイール、スラスタ）、通信系、熱制御、構造体（バス）など。大きな衛星や宇宙ステーションはパーツごとに打ち上げられ軌道上で組み立てられます。

打ち上げはロケットで行われ、打ち上げ後は軌道投入、姿勢制御、運用（データ取得・中継）、寿命終了時の除去（大気圏再突入または墓地軌道移動）という流れです。近年は複数の小型衛星をまとめて打ち上げるライドシェアや、再使用可能ロケットの登場でコストが低下しています。

技術的・運用上の課題

• 宇宙ごみ（デブリ）：不要になった衛星や破片が衝突リスクを高め、新たな打ち上げや運用に影響します。
• 周波数・軌道の調整：通信・測位用途では周波数や軌道の国際調整が必要で、国際電気通信連合（ITU）などのルールに従います。
• 放射線と環境劣化：高エネルギー粒子や温度変化が電子機器や電池にダメージを与えるため対策が必要です。
• 寿命管理と安全対策：寿命終了後の処理（再突入や墓地軌道移送）、他衛星との衝突回避が重要です。

将来の動向

今後は、超低軌道コンステレーション（大規模通信網）、オンオービットサービス（燃料補給・修理）、有人・無人探査の拡大、月や他惑星周回・着陸を支える衛星群の整備などが進むと見られます。小型・安価な衛星の普及により、研究機関や企業の参入が一層進むでしょう。

人工衛星は私たちの生活や産業、科学に欠かせないインフラとなっており、その技術と運用は今後も発展を続けます。

現在周回中の衛星

人工衛星は50カ国以上から出ており、10カ国の衛星打ち上げ能力を利用している。現在、数百機の人工衛星が稼働しているが、数千機の未使用の人工衛星や人工衛星の破片がスペースデブリとして地球を周回している。最大の衛星は国際宇宙ステーションで、数カ国（NASA、ESA、JAXA、RKAの組織を含む）によってまとめられた。通常、6人の宇宙飛行士や宇宙飛行士が搭乗しています。恒久的に使用されていますが、クルーは交代します。ハッブル宇宙望遠鏡は、宇宙飛行士によって何度か修理や更新が行われています。

地球以外の何かを周回している人工衛星もあります。マーズ・リコネサンス・オービターは、火星を周回している人工衛星の一つです。カッシーニ・ホイヘンスは土星を周回しています。ESAが運営するヴィーナス・エクスプレスは金星を周回しています。2機のGRAIL衛星が2012年12月まで月を周回していた。いくつかの衛星が何年にもわたって太陽を周回しており、2019年には1機が追加される予定です。

人工衛星には主にいくつかの用途があります。

• 科学的調査
• 地球観測 - 気象予報、暴風雨や公害の追跡を含む
• 通信 - 衛星テレビや電話を含む
• ナビゲーション - 全地球測位システム（GPS）を含む
• 軍事 - 偵察写真や通信を含む（宇宙空間での核兵器の使用は不可

地球中周回軌道上のGPS衛星の軌道を示すアニメーション。


ESTCube-1は、科学的調査のために作られました。

オービット

人工衛星の多くは、地球低軌道（LEO）や静止軌道にあります。軌道上に留まるためには、衛星の横方向の速度が重力の力とバランスをとる必要があります。低軌道上の衛星は、多くの場合、地上から千キロ未満である。地球の近くでは、LEOでは、衛星は軌道上に滞在するために速く移動する必要があります。低軌道は、地球の写真を撮る衛星に適しています。多くの衛星は、高い軌道傾斜角（赤道の上と下に揺れる）を必要とする仕事をしているので、通信をしたり、他の地域を見たりすることができます。地球の低軌道に衛星を置く方が簡単ですが、地球から見ると衛星が動いて見えます。つまり、衛星との通信を送受信するためには、衛星アンテナ（アンテナの一種）が常に動いていなければなりません。

中軌道は、GPS衛星のためにうまく機能します - 地球上の受信機は、受信機が地球上のどこにあるかを見つけるために、衛星の変化する位置と正確な時間（と指摘する必要のないアンテナの種類）を使用しています。しかし、常に位置を変更することは、衛星テレビや多くの情報を送受信する衛星の他のタイプのために動作しません。それらは静止軌道上にある必要があります。

静止軌道上の衛星は、地球が自転するのと同じ速さで地球の周りを移動するので、地上から見ると静止しているように見えます（動いていない）。このように動くためには、衛星は赤道上を真っ直ぐ、地上から35,786km(22,236マイル)上空にいなければなりません。

静止軌道上に ある衛星。

質問と回答

Q:人工衛星とは何ですか?

Q: 人工衛星は何に使われているのですか?

Q: 最初の人工衛星はいつ打ち上げられたのですか?

Q:軌道に乗せられた最初の乗客は誰ですか?

Q: アメリカが初めて人工衛星を打ち上げたのはいつですか?

Q: イギリスが初めて人工衛星を打ち上げたのはいつですか?

Q: その後、どれくらいの衛星が打ち上げられたのですか?

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