ＧＥＯＴＡＩＬ計画の生い立ち （ＩＳＡＳオラルヒストリーの一部）
元 宇宙科学研究所 西田篤弘
Q：少し話が戻るのですが、1992 年の 7 月に GEOTAIL が上がりましたが、GEOTAIL 計画が動き始めたきっかけというのはどのような事だったのでしょうか。
宇宙研の科学研究の柱は二つあって、ひとつは天文学、もうひとつは地球周辺の宇宙空間の研究です。天文のほうは小田先生が最先端のＸ線天文学を引っさげて帰国なさり、しかもこの分野ではアメリカが多少兎のように油断していたのか進展が遅かったので、亀の日本の方が先になることができ、日本の着実な研究が見事に花開いて国際的にリーダーシップを取っていました。Ｘ線は宇宙研のミッションの花形です。
それに対して、宇宙空間研究のほうはアメリカで 60 年代に非常に華々しく展開されたのです。それには、地球周辺の科学が面白いというだけではなくて、アポロ計画との関係がありました。有人飛行を行うためには、宇宙空間の環境、特に放射線が人間に及ぼす影響についての理解を深める必要がありました。太陽でフレアが起こるとエネルギーの高い粒子が飛んできて、人体に害を及ぼす可能性があります。また地球の磁気圏には放射線帯があって、エネルギーの高いイオンや電子が存在します。
そういう放射線の強度を前もって知る必要があったために、宇宙空間の研究に非常に力を入れたのです。50 年代の終わりから衛星が毎年 1 基は打ち上げられていました。アメリカでは、宇宙空間の研究が 50 年代の終わりから 60 年代にかけてきわめて速く発展したのです。
日本では、糸川英夫先生や高木昇先生を中心にロケット開発が始められたのは、50 年代の終わりに国際地球観測年（ＩＧＹ）という大きな国際協力プロジェクトが行われた時に、ロケットで電離層の直接観測をやりたいという計画を京大におられた前田憲一先生など僕らの大先輩がお建てになったことが契機でした。日本の宇宙研究の先駆けを作ったのは、宇宙空間研究のグループなのです。しかし、当時の日本とアメリカでは、ロケットの打ち上げ能力、経験に大変に大きな差がありました。当時の平尾先生を中心とした人達は非常に苦労なさって、着々と実力を高めて行かれたのですが、それには１０年以上の時間が必要でした。８０年代になると、ロケット実験の実績もあがり、何基か衛星も上がって、観測機器についてもアメリカと肩を並べるに近いところにきて、ハレー彗星探査計画も始まりました。
丁度その頃、アメリカが 4 基の衛星を使って地球周辺の空間を組織的に探査するという研究を企画しました。OPEN 計画といいました。OPEN は「Origin of Plasmas in the Earth's Neighborhood」の頭文字をつないだものです。私は OPEN の企画検討委員会の委員の一人でしたが、議論に加わっているうちに、日本でもやる時期が来たと思いました。つまり、それまでは国際的な衛星ネットワークの計画があっても、日本には声がかかってこなかったのですが、今や日本の実力が相当上がってきた、日本の宇宙科学、宇宙工学の実力が国際水準に達した。私は研究者として最先端の問題意識を持っていると思っていましたが、その私の問題意識と日本の実験家の実力を合わせてミッションを作れば、彼らと太刀打ちできると思ったのです。だから、アメリカのミッションの企画委員の一人としての立場は続いていましたけど、日本は OPEN の４基とは別の衛星計画を同時にやろうと思ったのです。
これが、OPEN-J 衛星計画で、その目的は、磁気圏尾部における磁気リコネクション過程の研究でした。尾部リコネクションは、磁気圏ダイナミックスの要をなす重要な過程なのですが、OPEN 計画の衛星だけでは十分に研究できないことがわかっていました。OPEN-J 計画は小田先生が大変強く支持してくださいました。小田先生の目から見ると、天文学は世界一流になった。だけど宇宙空間のほうは、まだこれからである。だから、これに肩入れすることによって宇宙空間のほうも一流にしてやろうと思われたのでしょう。
当時宇宙研ではハレー彗星に探査機を送るための M-3SII 型ロケットの開発が進んでいました。
この
M-3SII にさらに改良を加えて、何とか磁気圏尾部まで衛星を持っていく。それまでの宇宙研の衛星はみんな近回り（低軌道）でしたが、OPEN-J の目的は磁気圏尾部の研究ですから、地球の半径で数えてせめて 10 倍～20 倍の距離までいかなければならない。ハレー彗星計画を契機にして衛星の共通系や観測系でも宇宙研の技術は成長していましたから、その延長線上に新しい企画を進めました。80 年頃から企画を始めて、松尾弘毅さん等と相談ながら、例えばロケットに固体燃料と液体燃料を組み合わせることなどについて検討を始めていました。
そうしていたところに突然 83 年になって OPEN 計画代表者の研究者がアメリカ：NASA からやって来て、アメリカの計画と宇宙研の計画を統合したいと言うのです。その理由は、彼等は 4 基の衛星を使う計画を作っていたわけですけれども、それを全部実施するとなると 800 億ぐらいかかる。そんなに経費がかかるミッションはとても NASA の中で通らない、だからそのうちのひとつを宇宙研でやってくれないか、という事でした。条件は「打ち上げは NASA がやる。衛星を宇宙研に作ってほしい。観測計器は共同で製作しましょう」ということでした。これは願ってもない話でした。アメリカには打ち上げ能力が十分ありますし、必要経費は半分で済みます。最初の NASA 提案は元々彼らが計画していた 4基の衛星のうち 1 基を任せるという案だったのですが、磁気圏の尻尾における磁気リコネクションの研究という OPEN-J の目的を取り入れ、磁気圏尾部の全般的な研究を行うミッションにしました。それが GEOTAIL です。同時に、ESA も参加して OPEN 計画は再編成され、ISTP (International Solar
Terrestrial Physics) 計画になりました。

NASA からの OPEN 計画代表者の来訪（1983 年 5 月、９月）
当初アメリカは OPEN の衛星群を 1985 年頃に打ち上げる予定でしたので、それではとても宇宙研は間に合わない、他の衛星の観測が終わった後に宇宙研の衛星が上がるのでは困るなあ、と言っていたら、アメリカのほうがどんどん遅れまして、結局宇宙研の GEOTAIL が最初に上がりました。その理由は「スペースシャトル・チャレンジャーの事故」だったのです。
NASA は当初 4 基の衛星を全部シャトルで打ち上げるという計画でした。80 年代の初め頃、アメリカには Expendable Launch Vehicle（使い捨てロケット）による打ち上げはやめて、全部シャトルで打ち上げるという方針があったのです。すべての衛星、ですから、GEOTAIL 衛星もそうすることになっていました。この計画が宇宙研の中で執行部の先生方が支援してくださったのは、ひとつは小田先生のおかげと、もうひとつは、ひょっとすると将来は世界中の衛星がシャトル打ち上げになるかもしれないと、そういう可能性もありうるな、と思われていたからです。普通のロケットによる衛星打ち上げを打ち切ることになると、シャトルによる衛星打ち上げを頻繁に行わないと経済効果が出ません。
アメリカがダンピングをやって世界中の衛星を集め、シャトルで上げる世の中にする可能性もあると思えたわけです。それで、将来宇宙研の衛星をシャトルで打ち上げる場合のテストケースとして、

GEOTAIL に力を入れていただいたのではないかと思っています。宇宙研の工学系では上杉邦憲さん、中谷一郎さん、横山幸嗣さん、橋本正之さんという最高の布陣を作ってくださいました。また、NECでも強力な技術者集団が GEOTAIL 計画を担当してくださいました。
ところが 86 年に「チャレンジャー」が事故を起こし、普通のロケットで衛星を打ち上げることに方針が切り替わりました。GEOTAIL は幸いな事にその時にまだ EM（engineering model:工学モデル）開発を始めたばかりでしたので、比較的簡単に設計を変更することができました。実はシャトル打ち上げは歓迎していなかったのです。というのはシャトルには人間が乗るために随分安全性に対する基準が厳しいのです。例えば、衛星にはパイロが使われています。計測器の窓を開いたりするために、極少量の火薬が用いるものですが、それも危険物だということで規制の対象になるのです。そういうことがあるので手間も金もかかります。これは悩まされると思っていたら普通のロケット「デルタⅡ」による打ち上げになったのでほっとしました。
NASA との折衝の当初から小田先生が、大量の document による NASA のプロジェクト管理方式は宇宙研にはなじまない、宇宙研は宇宙研流にやらしてもらう、と釘をさしてくださったのが大変有難く、最小限の文書で済ますことができました。NASA のベテラン技術者も”This is what NASA used to be!
“といって大いに歓迎してくれました。
Q：「SFU」の苦労話を秋葉先生からお聞きしたら、安全問題でアメリカ側から突っ込みがあったといっていらしゃいました。
GEOTAIL では、損害賠償請求権相互放棄という問題がありました。プロジェクトを一緒にやる時には、何らかの損害をお互いに加える可能性があります。そういう時に日本の中であれば、お互い一緒に仕事をしているのですから、責任追求を控えるしょうが、国際プロジェクトとなるとそう簡単にいかないのです。例えば、アメリカ人が何らかの落ち度で日本人に怪我させたらどうなるかというと、まず日本の労災保険から補償され、それを日本政府がアメリカ政府に代位請求するのが原則なのです。一方、アメリカ側の法律では日本側から損害を受けても賠償請求をしないことになっています。アメリカ側はこの不整合に納得せず、共同プロジェクトが成り立たないのではないか、と思ったことさえありました。GEOTAIL に続いて行われた日米協力の「SFU」計画の時もそうでした。
GEOTAIL の時にはちょうどクエールというアメリカ合衆国副大統領が日本に来て、「クエールさんが来たので何らかのセレモニーをやる必要がある、彼にサインをさせるような協定はないだろうか」という事情ができて、GEOTAIL 衛星計画位ならサインさせても構わないだろうということになり、超法規的に解決したのです。こういう風に前例にならない解決をしたので、次の「SFU」では再び膠着状態になりました。当時私は対外協力室長をやっていたので、何回かアメリカに行かされまして、結局日本側は保険をかけることで解決しました。問題が起きたときはアメリカに請求するのではなく、保険会社が支払う。役所は保険がかけられない仕組みになっていますから、寄附金を頂いて宇宙科学振興会という財団を設立し、保険料を負担したのです。
Q：GEOTAIL ミッションでとくに思い出になっていることは何でしょうか。
92 年の 7 月 24 日に打ち上げた 1 ヵ月後にラッチアップが起こったのです。ラッチアップというのは、電子部品の内部のダイオードが機能しなくなって、電源がショート状態になることです。そうなってしまうと、その電子部品は過電流のために焼き切れてしまうのですが、衛星搭載機器の設計では、そういう事態になっても永久故障しないように保護抵抗をつけています。
これは放電現象で起こります。地上で真空試験をして衛星を打ち上げるのですが、打ち上げるといろんな機器に入っていたガスが出て行くわけです。そこに高圧をかけると、完全に真空ならいいのですが、少しは残っているガスが電離されて電流が流れます。瞬間的に強烈な電流が流れるものですから、本来グランドラインになっている所に電圧が生じ、ダイオードに逆バイアスがかかって、ラッチアップする事があるのです。それが、ＬＥＰというプラズマ計測装置で起こってしまったのです。
これは大変な事でした。ラッチアップが起こって動かなくなったのはＬＥＰ装置の一部なのですが、それを解消する手段が問題なのです。ラッチアップは電源を切ると元に戻って正常な状態になるのですが、偶々、その箇所が衛星全体の電源と共通になるように設計されていました。だから、ＬＥＰのラッチアップした箇所の電源をオフにするためには全体の電源を切らなければならない。恐ろしい話でしょう。一旦スイッチを切ったら衛星は目を覚まさないかもしれないのですから。電源を切ること自体はできるのです。衛星の軌道を変えて月の裏側に持っていって月の影に入れ、太陽光を当たらないようにして、すなわち太陽電池の出力をゼロにしておいて、電池を切り離すのです。
それをやるかどうか大議論になりました。技術的に検討すると大丈夫となりましたが、宇宙研として、もし失敗したら責任問題になります。当時秋葉先生が所長でして、秋葉所長の責任問題にもなる事でしたが、秋葉先生は一言も注文をつけずにやらしてくれました。それについて非常に感謝しています。また、GEOTAIL には 7 種類の観測機器が載っていました。そのうち２種類が日本担当で、３種類は日米が分担、残りの 2 種類はアメリカ担当でした。プラズマの計測についてはアメリカにも自前の装置があるので、ＬＥＰが死んでも、アメリカだけの都合から言えば構わなかったのです。だから、ＬＥＰは放って置いてそのままやるという選択もあり得ました。それにもかかわらず、ＬＥＰ回復オペレーションを行うことになったのには、人間的な関係が良かったことがものを云ったと思います。
ＬＥＰの中心人物の向井利典さんが、アメリカの研究者からも厚い信頼を集めていて、技術力について「あいつはできる」と思われていましたし、日ごろからアメリカ側の観測機器の面倒も良く見ていました。彼が困っているのだし、彼が大丈夫だと言うのだから助けてやろうというので、アメリカ人が賛成してくれたのだと思います。
ＬＥＰという観測機器を回復させるためには電源を切ることに同意するという同意書には、日本とアメリカのプロジェクト・サイエンティストとＰＩがサインをしています。日本側のプロジェクト・サイエンティストは向井利典さんと京大におられた木村磐根先生でした。アメリカの事だから後で訴訟沙汰になる可能性もあるということで、このようなきちんとした手順を踏んだのです。彼らはアメリカで弁護士と相談してきていました。殆どの人が賛成しました。GSFC の Mario Acuña と Dan Bakerには大変助けられました。
約 3 ヶ月かけて衛星の軌道を変えて月の裏側まで持っていって、そして 93 年 9 月に日陰オペレーションをやりました。アメリカの参加者も皆、B 棟（宇宙科学研究所、衛星運用センターのある棟）に集まって見ていました。衛星が月の影に入って、通信が切れます。そして、約３分後に影から出て来ると、衛星との通信を回復しようとするのですが、すぐには同期がかかりませんでした。臼田（宇宙科学研究所、臼田宇宙空間観測所で衛星通信用アンテナがある観測所）にいた橋本正之さんから「かかりません、かかりません、かかりません」と声が聞こえてくるのです。30 秒から１分ぐらいして「かかったぁ」と聞こえた時には、本当にほっとしました。
このように、打ち上げ後 1 年間ぐらいは片肺運転に近い状態でしたけど、ＬＥＰ回復後の活躍はたいしたもので GEOTAIL 衛星からは優れた研究が多数生まれました。ＬＥＰ装置が無かったら、とてもあれだけの事はできなかったでしょう。ＬＥＰがイオンや電子の速度分布関数を高い時間分解能で測定したので、磁気リコネクションが起きる場所でプラズマがどのように加速されるかが分かったというのが一例ですが、その他マクロな振舞を流体として観測しただけでは知ることのできない宇宙空間プラズマの基本的な挙動をいくつも明らかにすることができました。
（成果の概観については、この文集中の藤本正樹氏の寄稿をご覧ください。
）

Q：GEOTAIL 衛星の観測成果は国際的に高く評価されたと聞きますが、その理由は何であるとお考えですか。
三つの理由があると思います。その一は、軌道設計です。磁気圏尾部を全体的に探査し、なかでも磁力線リコネクションというメカニズムを詳しく観測するという目的に即して、まず地球の半径の220 倍の距離まで届く軌道をとり、次に地球半径の 20~30 倍の距離に遠地点を降ろしてリコネクション領域を何度も通過しました。
同時に近地点は地球半径の 10 倍の距離において太陽風と磁気圏の境界面を調べました。二つ目の理由は搭載した観測装置が優れていたことです。電場、磁場、プラズマ、波動、高エネルギー粒子について高精度、高分解能のデータを取得しました。第三の理由は観測データを全面的に公開し、世界中の研究者が利用できるようにしたことです。もとより、これらの長所の背景には衛星本体と軌道制御、さらにデータ処理等、学界と産業界の広範な技術力がありました。
GEOTAIL が打ち上げられた 1992 年は NASA がシャトル事故の衝撃から未だ十分立ち直っていなかった時期にあたり、新しいミッションが少なかったことも GEOTAIL が脚光を浴びた理由に数えられるかも知れません。

ジオテイル衛星と軌道
1993 年と 1998 年に GEOTAIL team は NASA から Group Achievement Award を授与されました。前者はプロジェクト全体、後者は搭載機器ごとの受賞です。この他 GEOTAIL 計画の日本側参加者には外国の賞を貰った人が何人もいます。その中で関華奈子さんがアメリカ地球物理学会の最優秀博士論文賞を貰いました。彼女は、地球大気起源の酸素イオンが何百 km/s という速い速度で流出しているという現象が、磁気圏境界面上でのリコネクションとそれに駆動される対流を組み合わせたメカニズムで説明できることを見出したのです。この賞は「Scarf Medal」と言い、GEOTAIL プロジェクトを立ち上げた頃に助けてくれた TRW/UCLA の友人 Fred Scarf の名がついています。彼は残念にも GEOTAIL 衛星打ち上げの 2 年前に亡くなりましたが、その名を付した賞を GEOTAIL で成果を挙げた若い研究者が貰ってくれたのは大変嬉しいことでした。
私が宇宙研を退官した時に、NASA の研究所(Goddard Space Flight Center)に主な研究者が集まってくれて、Nishida Honor Symposium というのを開催してくれました。その時に GEOTAIL の仲間であり、かつてＬＥＰラッチアップの回復作業の時には違う意見を持っていたアイオワ大学の Frank 教授も来てくれ、その事はすっかり水に流して、私の仕事を評価してくれたのも嬉しいことでした。

Lou Frank と握手

GSFC で開催されたシンポジウム

Q：GEOTAIL 全体を通して思う事は、やはり人との関係が非常に大切であると。
そうですね、そう思います。小柴昌俊先生（2002 年ノーベル物理学賞受賞）が、10 年ほど前に学術会議で国際協力のシンポジウムが開かれたとき、冒頭の講演をなさいました。その時に国際協力が成功するための条件というのを並べられたのです。予算に関わることなどいろいろありましたけど、ナンバー・ゼロは「お互い尊敬する間柄であること」でした。全くその通りで、それが無い国際協力というのは駄目ですね。
お互いが利用しあうとか、その場限りの付き合いとかでは成功しないでしょう。
お互い尊敬しあっていて初めて、相手の立場になって考え、お互いの意見の良いところを併せて更に良いプロジェクトにしようとすることができるのではないでしょうか。それが成功するための必要条件です。GEOTAIL の場合には大変理想的な形で実現していたのだと思います。

後記 1999 年に開催された U.S.-European-Japanese workshop on space cooperation の summary
report で NASA 側の Project scientist だった Mario Acuña は次のように記しています。

The Geotail program has been and continues to be an outstanding success. In addition to thesignificant scientific accomplishments by the U.S. and Japanese investigators, many other goals
have been achieved such as one expressed to me by a leading Japanese scientist at the startof the program: “I want to see Japanese scientists compete on the same level as and match theproductivity of U.S. scientists.”----- The incredible capacity for work and sacrifice by theJapanese team gained them tremendous respect. ----- During integration and test of the Geotail
spacecraft, things were accomplished in a few hours that would have taken months in the UnitedStates. ----- To their credit, the performance of Japanese instruments on Geotail, with almost
no exceptions, has been outstanding.
Interpersonal relationships developed through close and continuous interactions throughout
the program at the working level and also played an important role in translating theuntranslatable whenever things got complicated. ---- Finally, the development of a mutual trust
relationship between the partners was perhaps the most critical element of all for success.
----付記 LEP の回復を海外の研究者達にメールで伝えた時には多数の祝辞が即座に送られて来ました。
また、2007 年に GEOTAIL 運用延長を申請した際に support letter を求めたところ、40 名の海外研究者から、既に得られた成果を高く評価し延長申請を強く支持するという内容の letter を頂きました。
これらの一部を「日陰オペ成功への祝辞」、「ジオテイル衛星計画の国際的評価」としてこの文集に収録しました。打上げ 20 周年記念パーティ (2012)

Fred Scarf (TRW/UCLA)

Stan Shawhan (NASA HQ)

道家忠義（早稲田大） Roger Anderson (U. of Iowa)―――忘れ得ぬ人々―――

Mario Acuña (NASA GSFC)

山本達人（宇宙研）