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電磁波先進技術

宇宙天気予報〜 安⼼・安全な社会インフラ利⽤のために〜

概要

特徴

近年太陽活動が活発になっており、2025年頃にピークとなる⾒込みです。太陽活動により地球近傍の宇宙環境は変動し(宇宙天気)、電波利⽤や航空・衛星運⽤など社会インフラに影響を与えます。NICTの宇宙天気予報の取り組みをご紹介します。

・24時間/365⽇宇宙環境を監視し「宇宙天気予報」発信・国際協⼒のもとで宇宙環境をリアルタイム観測
・AIやシミュレーションによる予測 àAI01ポスター

ユースケース
・電波利⽤（通信・放送・衛星測位等）への影響監視・予報
・航空運⽤（通信・測位・被ばく）への影響監視・予報・衛星運⽤（帯放電・障害）への影響監視・予報

今後の展開

太陽⿊点相対数の推移（⾚線は予測値）
今ここ・観測の安定運⽤と予測精度の向上
・ひまわり10号を含む衛星搭載⽤宇宙環境センサの開発
太陽活動は2025年頃にピーク
https://www.swpc.noaa.gov/products/solar-cycle-progression (access 2024/4/11)【お問合せ先】
電磁波研究所 電磁波伝搬研究センター 宇宙環境研究室
Mail︓SpaceWeather@ml.nict.go.jp

・社会影響を考慮した予警報基準の策定と運⽤

宇宙天気とは？
現象

影響予報

天気→ 地表に影響を与える⼤気の状態
太陽フレア

宇宙天気

衛星障害

フレア予報
通信・測位障害→ 地球周辺に影響を与える宇宙環境の状態

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宇宙天気の影響事例
通信
太陽から放射されるX線による電波伝搬障害[朝⽇新聞
DIGITAL 2018年8⽉28⽇記事]• 2017年9⽉、X9.3など10⽇までに連続的にフレア発⽣。
• ⽇照側の広い領域で短波通信が途絶する現象が複数回発⽣した。
• ⽶国では、当時カリブ海で発⽣していた複数の⼤型ハリケーンの緊急災害対応を⾏っていた関係者の短波通信が全⾯的に途絶した。

電⼒
地磁気嵐に伴う送電線への誘導電流の発⽣• 1989年3⽉に発⽣した過去50年間で最⼤級の強い地磁気嵐伴う誘導電流のため、⽶国ニュージャージー州の発電所のトランスが焼損。
• カナダでは保護リレーの不要動作により、約9時間の停電︓約600万⼈に影響。

焼損したトランス（PSG & E 提供）

衛星運⽤
衛星の故障や誤動作、軌道への影響• 2022年2⽉、地磁気嵐の影
響により⼤気が加熱され、低⾼度での⼤気密度が増加、⼤気抵抗が増⼤し、SpaceX社 Starlink衛星40機を喪失。
https://www.spacex.com/updates/3

過去最大の巨大太陽フレアの影響• 記録上最⼤の宇宙天気現象︓キャリントンイベント (1859年9⽉)→ 電信線の帯電、電信オフィス発⽕、⽇本など中緯度でもオーロラが観測• 2012年7⽉には、キャリントン級の太陽フレアが発⽣したが、地球⽅向を外れ、影響はなかった• 現代社会におけるキャリントン級太陽フレアの経済的損失の試算では、東⽇本⼤震災（10〜25兆円）に匹敵。
• 2022年1ー6⽉、総務省「宇宙天気予報の⾼度化の在り⽅に関する検討会」で、キャリントンイベント以上の規模を想定し、我が国における最悪シナリオを検討。
極端な宇宙天気現象がもたらす最悪シナリオ（100年に1回またはそれ以下の頻度で発生）

最悪シナリオ（抜粋）Ø 通信・放送が2週間断続的に途絶し、社会経済に混乱。携
帯電話も⼀部でサービス停⽌Ø 衛星測位の精度に最⼤数⼗メートルの誤差（ずれ）が発⽣。ドローン等の衝突事故が発⽣
Ø 多くの衛星に障害が発⽣。そのうち相当数の衛星が喪失。
衛星を⽤いたサービスが停⽌
Ø 航空機や船舶は世界的に運航⾒合わせが発⽣。運⾏スケ
ジュールや計画に⼤幅な乱れ
Ø 耐性のない電⼒インフラにおいて広域停電が発⽣

4太陽活動の現状• 太陽活動は11年周期を持ち、次のピークは2025年頃と予想される• ピーク付近になると太陽フレアの規模・頻度が⼤きくなる
1950〜2022年までの太陽活動変化（⾚線は予測値）

⿊点相対数

ISES Solar Cycle Sunspot NumberProgression

現在

https://www.swpc.noaa.gov/products/solar-cycle-progression

NICT宇宙天気予報業務swc.nict.go.jp

情報通信研究機構法等に基づき、⽇本で唯⼀NICTが実施している業務
宇宙天気予報業務に係る規定等• NICT法: (第14条4) 電波伝搬の観測・予報の送信• 電波法︓（第百三条の⼆第4項）電波伝搬の観測・分析等

北海道

NICT 本部

イオノゾンデ予報センター
副局

宇宙天気予報センター
兵庫

東京

⿅児島

沖縄

太陽電波観測システム

太陽⾵観測
データ受信
システム

• 国内ユーザー︓衛星運⽤、航空、電⼒、測位、電波利⽤者、学術利⽤、等• 電⼦メール登録者︓7000件• Webアクセス︓70,000件/⽉• Facebook, Twitterでも情報提供中

最近の動向• ICAO サービスイン (2019/11/7〜)• 24時間運⽤ (2019/12/1〜)• 予報会議オンライン化（2020〜）• 強靭化: システムの⼆重化、通信回線増強、神⼾副局6

宇宙天気の国際的な位置づけ• 国連防災機関（UNDRR）と国際学術会議（ISC）が共同で、2019年5⽉に仙台防災枠組に関連するハザードの全容を明らかにするための技術作業部会を設置。ハザードリストを2020年に発⾏。
• 2021年10⽉に公表された詳細なハザードリストにおいて、宇宙天気は8つの⼤分類のうちの⼀つ「地球外ハザード」に細分化して位置付けられた。

UNDDR発⾏
ハザードリスト（2020年）

地磁気嵐

電離圏嵐
短波通信障害太陽嵐

https://council.science/publications/hazard-information-profiles/

UNDDR発⾏
ハザード詳細定義（2021年10⽉）

7国際宇宙環境サービス（ISES）
国際協⼒により宇宙天気予報を推進

ISES加盟国
⻩︓既存加盟国
⾚︓2020年以降加盟

太陽監視衛星、太陽⾵監視衛星、静⽌軌道衛星など多くの衛星を運⽤し、データを提供。

局所的電離圏観測や地磁気観測の地上観測網が充実している他、独⾃の宇宙天気数値予測モデ
ル（太陽⾵、磁気圏、電離圏）の開発を実施。

• 2023年4⽉現在、21のRegional Warning Center, 2つのCollaborative
Expert Center、4つのAssociate Warning Centerが加盟• 1962 年以来、50年以上にわたり定常的に宇宙環境情報を提供。NICTは発⾜時からのメンバーとして運営に⼤きく貢献、2023年から議⻑国民間航空運用での宇宙天気情報利用• 国際⺠間航空機関（ICAO）は特に極域における通信・測位・被ばくの影響を懸念、21世紀初頭より宇宙天気情報の⺠間航空での利⽤を検討。
• ICAOは3つのグローバル宇宙天気センターを指名【US, 欧州連合(PECASUS) 、⽇豪仏加連合（ACFJ）】。 2019年11⽉より⺠間航空に対しサービス開始。2021年11⽉より中露連合（CRC）がグローバルセンターとして参⼊。2週間ごとにその役割を交代する。

短波通信のみが可能な領域• センター間のデータの共通化を⽬指し、NICTにサーバーを構築、情報共有・検討を主導して実施。

Finland
UK
Austria
Belgium
CyprusGermany
Italy
Netherland

PolandUS

PECASUSCRC

China
RussiaACFJ

Australia
CanadaFranceJapan

2週間ごとに主センターを交代

OPMET

アドバイザリ
AFTN

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国内の動向• 2022年1ー6⽉、総務省「宇宙天気予報の⾼度化の在り⽅に関する検討会」開催、6⽉21⽇に報告書が公表された。https://www.soumu.go.jp/menu_news/s-news/01tsushin05_02000047.html
国家レベルの危機管理に向けた提⾔（⾻⼦）
今後の観測・分析・予報の在り⽅

l 多地点の観測データの確保、宇宙空間への観測センサー設置
l 宇宙天気予報の分析の⾃動化・⾼精度化・知能化

警報に関する体制強化

l 社会インフラのリスク（被害）を考慮した新たな警報基準、NICTによる確実な警報伝達

社会インフラへの影響と効果的な対処

l 関係企業による対処（通信・放送、衛星測位、衛星運⽤、航空運⽤、電⼒、⼈体被ばく）
l 共通的対策の導⼊（企業向けの標準的ガイドライン 等）
l 災害対策基本法に基づく極端な宇宙天気がもたらす災害への対処

学術研究の強化、⼈材とコミュニティの強化、国際連携の強化

l 分野横断的・産学官連携による研究推進、予測技術の実現、⾼度⼈材等の育成・処遇
l 周知啓発を担うコミュニティ形成、宇宙天気に関するアウトリーチ活動
l 「宇宙天気予報⼠」制度の実現

情報通信研究機構（NICT）に期待される役割
l 世界トップレベルの研究拠点形成、企業が抱える課題の解決⽀援
l 国際連携強化、⼈材育成とコミュニティ形成、データ・プラットフォーム構築（オープンデータ）
l 宇宙天気予報オペレーションセンター（仮称）の創設

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NICT宇宙天気予報の研究開発
⽬的︓宇宙天気予報精度向上とニーズに即したサービス提供

太陽太陽⾵

磁気圏・電離圏

観測︓衛星・⾶翔体による定常宇宙天気監視の検討
国際協⼒のもと地上観測の拡充

課題

予測︓観測と数値予報モデルを⽤いたデータ同化⼿法の開発による精度向上
過去の観測結果を教師データとしたAIを⽤いた経験モデル開発
提供︓ユーザーとの対話によるニーズの調査
ユーザーニーズに即したアプリケーションの開発、情報提供

⽬標必要とされる情報を必要とされる頻度・精度で必要とされるユーザーに提供

準天頂衛星によるアジア・オセアニア域での⾼精度測位

発展

⼈⼯衛星・⽉・深宇宙探査への宇宙環境情報提供
宇宙天気災害ベンチマーク作成による防災・減災

11宇宙天気予報の高度化に向けた取組
衛星による宇宙天気監視︓
次期ひまわり衛星

国際協⼒のもと観測の拡充

太陽放射線被ばく
警報システム︓
WASAVIES

太陽⾵シミュ
レーション
⼤気圏・電離圏
データ同化モデル予測のためのシミュレー
ション・
データ同化

電波伝搬シミュレータ︓
HF-START

ユーザーニーズに即したアプリケー
ション・情報提供

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