地球環境変動観測ミッション

地球環境変動観測ミッションは、宇宙航空研究開発機構が進めている、人工衛星を利用した地球環境の変動を長期的に観測する計画。国際プロジェクトの全球地球観測システム10年計画に沿い、10～15年程度の期間、全地球上の降水積雪量や水蒸気量、雲、エアロゾル、植生などの物理データを観測し、そのデータを気候変動予測や気象予測、水や食料資源管理などに利用し、その有効性を実証することを目的としている。

2012年5月18日に最初の観測衛星「しずく 」が打ち上げられ、2017年12月23日に2機目の観測衛星「しきさい 」が打ち上げられた。

1. 背景および位置づけ
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GCOMは、日本の国としての政策、国際的な地球観測計画、そしてJAXAの地球観測衛星の開発方針が複雑に絡んで誕生したミッションである。

2003年9月1日、総務大臣・文部科学大臣・国土交通大臣により「宇宙開発計画に関する長期的な計画」が発表され、今後10年間にJAXAの果たすべき役割の一つとして地球観測計画が挙げられた。また、内閣府の総合科学技術会議において2004年に「我が国における宇宙開発利用の基本戦略」および「地球観測の推進戦略」が掲げられた。国際的な動きとしては、2005年2月に第3回地球観測サミットが開催され、「全球地球観測システム10年実施計画」が承認された。

これらの動きを受けて、2005年6月、JAXAを管轄する文部科学省・宇宙開発委員会・地球観測特別部会が具体的な地球観測衛星計画である「わが国の地球観測における衛星開発計画およびデータ利用の進め方について」の報告書をまとめた。この報告書に基づいてJAXAがかつてのGCOMを大きく修正させて誕生したのが、現在の「地球環境変動観測ミッション」である。

GCOMは、日本の第3期科学技術基本計画における国家基幹技術の一つである海洋地球観測探査システムの一部として位置づけされている。

2. ミッション概要
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GCOMとは、JAXAが推進する地球観測計画であり、2種類の衛星を5年おきに3回打ち上げ、計6機の衛星を用いて10～15年の長期にわたり地球上の陸地・海洋のさまざまな物理データを継続的に観測する、大規模なミッションである。衛星1機あたりのコストを200億円以下に抑えつつ故障に強い設計にすることで、ミッションの継続性を強く意識している。国際的な地球観測計画であるGEOSS10年計画における「気候変動」と「水資源管理」の分野において日本として貢献することを目的としている。

衛星システムは、水循環変動観測衛星シリーズと、気候変動観測衛星シリーズに分かれる。前者は高性能マイクロ波放射計AMSR2を、後者は多波長光学イメージャSGLIを搭載し、地球上の大気、海洋、陸地、雪氷を総合的に観測する。

観測した1次データはJAXA内の地球観測研究センターに集約され、GCOM専用のデータ処理・研究解析システムを使用してより高次のデータに加工された後に、全世界の研究者に提供される。日本の保有する他の地球観測衛星のデータとあわせて、地球環境変動観測・災害監視・資源探査のために利用される。

2008年7月時点で明らかになっているのはGCOM第1期までであり、2期以降の計画の詳細は未定である。



3. 衛星システム
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衛星は3期に分かれて打ち上げられ、それぞれ5年の観測を行い、各期の間は1年程度重複させて観測する。前期の衛星が寿命を超えて運用が可能な場合は、安全に運用可能な状態である限り前期と次期の衛星の両方の衛星で観測を行い、観測頻度を上げる予定である。

万一衛星の打ち上げに失敗したり、予定運用期間中に衛星に重大なトラブルが生じた場合は、直ちに次期衛星の開発に着手し、欠測期間を最小限にする予定である。

衛星バスにおいては可能な限りの冗長設計がなされており、太陽電池パネルや内部の電源系は完全に二重化され、片方が故障しても観測が継続できるようになっている。衛星バスはGCOM-W1とC1では約80％が共通の設計であり、開発費用の縮減を図っている。観測機器においても、重量的な余力は多機能化ではなく信頼性向上に振り向けており、無理な軽量化は行われていない。

3.1. GCOM-W1
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水循環変動観測衛星 しずくは、大気や土壌中の水分量や温度を観測することが出来る高性能マイクロ波放射計AMSR2を搭載し、降水量、水蒸気量、海洋上の風速や水温、陸域の水分量、積雪深度を観測する。

質量は約1,900 kg、設計寿命は5年。高度約700 kmの極軌道に投入される。昇交点通過地方太陽時は13時30分±15分の午後軌道。これはAMSR-Eを搭載した既存のAqua衛星のデータと整合性を取るためである。衛星の開発費は200億円。2011年度にH-IIAロケット21号機にて打ち上げられる予定であったが、相乗りする韓国の多目的実用衛星３号の製造遅れにより、2012年度に延期され、同年5月18日に打ち上げられた

3.2. GCOM-C1
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気候変動観測衛星 しきさいは、地球表面や大気の色や温度を観測することが出来る可視～熱赤外多波長光学センサSGLIを搭載し、雲・エアロゾル、海色、植生、雪氷等を全地球規模で長期間継続的に観測することで、将来の気温上昇量の正確な予測に必要となる放射収支、および炭素循環の変動メカニズムの解明に貢献する。

質量は約2,020 kg、設計寿命は5年。高度798 km, 傾斜角98.6度の極軌道。降交点通過地方太陽時は10時30分±15分の午前軌道。これは、同種の他の衛星で午前軌道を取るものが無いためである。衛星の開発費は180億円の予定。2017年12月23日にH-IIAロケット37号機により超低高度衛星技術試験機つばめと共に打ち上げられた。

3.3. GCOM 2期以降
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2008年7月時点では公開されている情報は少ない。衛星搭載センサ類に関しては、必要に応じてAMSR2・SGLIに改良を施したものが搭載される予定である。GCOM-W1は追加で他のセンサが搭載可能な設計になっており、GCOM-W2以降では、みどりIIに搭載されたSeaWindsのようなマイクロ波散乱計の搭載も検討されている。

4. 地上システム
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地上システムは、追跡管制システムとミッション運用系システム、解析研究系システムの3つに分かれる。

GCOM-W1/C1では、追跡管制システムとミッション運用系システムを一元管理し、運用費用の縮減と信頼性の向上を図っている。地上システム全体としてはいぶきや全球降水観測計画GPM/DPRで開発しているシステムを活用して、短期間に確実なシステム開発を行う予定。

GCOM-C1はW1と比べて1次観測データ量が200倍、生成する標準プロダクトも3倍以上となるため、解析研究系システムに多くの予算が割り当てられている。

5. 観測機器
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5.1. AMSR2
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高性能マイクロ波放射計2型は、みどりIIに搭載されたAMSRおよびアメリカの衛星Aquaに搭載されたAMSR-Eの改良型である。軌道上で口径2.0mの大型反射鏡を展開し、これを1.5秒で1回転させることで、地上を1450kmの円弧状にスキャンして測定していく。AMSRやAMSR-Eより信頼性は向上し、寿命も3年から5年に伸ばされている。技術的な変更点は少ないものの、較正精度を向上させることによって測定誤差を低減している。

マイクロ波の測定チャンネルとして、7.3 GHz帯と89.0 GHz帯が新設されている。7.3 GHz帯は6.925 GHz帯のチャンネルの冗長用および補正用として、89.0 GHz帯は降水量と海氷密接度の測定用として用いられる。対して、AMSRにはあった50.3 GHz帯および52.8GHz帯のチャンネルが削られている。これらは気温の情報を得るために用いられていた。89.0 GHz帯はAMSR-Eでも用意されていたが、部品故障により観測精度が低下していた。

AMSRシリーズは、2008年7月時点で同等の性能を持っているセンサは他には無く、世界最高性能を持つマイクロ波センサである。

※ ◎は、その物理量の観測に最重要の周波数帯を示す。

※ 偏波はどのチャンネルもVとH。

※ 量子化ビット数は12 bit, ダイナミックレンジは2.7 K - 340 K。

5.2. SGLI
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「しきさい 」参照。

6. 旧GCOMについて
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1998年、当時の宇宙開発事業団内部でADEOS-IIやALOSに続く地球観測衛星の研究が着手され、1999年8月には文部科学省宇宙開発委員会で地球観測変動観測ミッションの推進とオゾン観測センサODUSの研究開発が了承された。地球環境観測を扱う科学者コミュニティにおいても観測要求条件の検討がなされ、2000年1月にGCOMミッションの第一弾として、オゾン・温室効果ガス観測衛星と気候変動観測衛星が提案された。環境庁においても、温室効果ガスをより精密に測定するため、みどりIIに搭載されたILAS-IIの後継センサであるSOFISの開発研究が進められた。

2000年4月、NASDAはH-IIロケット8号機故障による運輸多目的衛星MTSAT-1の打ち上げ失敗の余波を受けて、GCOMとODUSの研究を一本化し、GCOM-A1、GCOM-B1衛星のセンサとして、GLI後継センサ、AMSR後継センサ、新規開発のOPUSセンサの3つの開発に絞った。同時に海外からのセンサ提供も募集し、同年12月に欧州宇宙機関開発のSWIFTの搭載が決定された。

同年12月の宇宙開発事業団評価委員会第3回地球観測部会評価報告書において、GCOMの具体的目標として以下のものがあげられた。

地球観測の観測手法や成果物に関する世界標準を構築するようなリーダーシップを取る。
相互バックアップや不慮の事故に対するリスクの緩和のため、観測結果の成果物を他の宇宙機関や既存の計画との整合性を取る。
他の機関や研究者グループとの機関間・国際間協力を組織的に行うためのガイドラインを取りまとめる。また、GCOM-A1とB1の衛星コンフィギュレーションについて、以下のように記載されている。

GCOM-A1 J-IIロケットで打ち上げられる1トンクラスの衛星。温室効果ガスを観測するSOFISセンサ、オゾンを観測するODUSセンサを搭載。オゾン層保護のためにフロン等の排出規制を定めたモントリオール議定書、および、二酸化炭素排出量規制を定めた京都議定書に寄与することを目的とする。 GCOM-B1 H-IIAロケットで打ち上げられる2トンクラスの衛星。多波長光学センサGLIと2つのマイクロ波放射計を搭載。GCOM-A1とB1でかなり異なる衛星を使用することから、ミッション間の共通性を高めるためB1を分割して、3つの1トンクラスの衛星に分けてる事も提案されている。同時に、B1の二つのマイクロ波センサでの同時観測というメリットが失われることも指摘している。

しかし、予算上の強い制約とミッションの重点化のため、GCOM-A1は2002年6～10月にかけて略称無しの「温室効果ガス観測技術衛星」と呼ばれはじめ、その後「GOSAT」という呼称に改められた。GOSATの主目的は京都議定書で定められた第1約束期間における温室効果ガスの地域ごとの排出量の観測に特化され、GCOMからは独立したプロジェクトとなった。GOSATには当初SOFIS・OPUS・SWIFTの3種類のセンサが搭載される予定だったが、2003年、地上付近の二酸化炭素の分布をより精密に測定するため、SOFISセンサに変わって環境省が新規に開発する別方式のTANSO-FTSセンサが搭載されることになった。ミッションの重点化のため、オゾン観測用のOPUSセンサと、OPUSと同時に観測しなければ効果を発揮出来ないSWIFTセンサの搭載は中止された。 GOSATはいぶきという名称で、2009年に打ち上げられた。

一方のGCOM-B1は、JAXAの地球観測衛星のロードマップからその名称が消えた。

2005年6月、宇宙開発委員会地球観測特別部会で「我が国の地球観測における衛星開発計画及びデータ利用の進め方について」の報告書がまとめられ、国際協力、観測データの活用、および国産衛星・センサによる日本の貢献という観点からその後の日本の地球観測衛星計画の方針が定められた。この報告書上に記されているADEOS-II後継機1および後継機2が現在のGCOM-W1およびGCOM-C1へつながる計画となった。

7. 脚注
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8. 参考資料
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[4] GCOM-C1に関する資料
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[13] 旧GCOMに関する資料
[14] (NASDA プレスリリース、2000年5月）