山本 善一

月周回衛星SELENEは,主衛星「かぐや」と,2機の子衛星であるリレー衛星「おきな」,VRAD衛星「おうな」から構成され,2007年9月の打上げから2009年6月まで運用が行われた.運用に際して使用された地上局は,JAXAのGN局,臼田宇宙空間観測所(UDSC),及び海外局等である.とりわけ臼田局64mアンテナでは,「かぐや」ミッションデータのダウンリンク,及び「おきな」を用いた世界で初となる月周回衛星の4ウェイドプラ計測が実施された.これらの運用の概要と,4ウェイ中継を実現するための改良点を述ペる.

我が国の深宇宙通信に用いられているJAXA UDSC64mアンテナ設備/USC34mアンテナ設備について紹介する。

2.1GHzにおいて200W級出力可能なGaN・HPA(High Power Amplifier)ユニットを試作した.4つのSSPA(Solid State Power Amplifier)ユニットの出力を円筒形導波管コンバイナーで合成し、540W出力を達成した.1ユニット内の合成では、2個のGaN HEMTアンプを並列接続し、ペルチェ冷却装置と組み合わせて、冷却器付単体ユニットとして最大200W出力を実現することができた.動作点をAB級とし、小型ペルチェ冷却器を用いることで周辺回路温度を約40度以下に保ち、電力変換効率50%以上を実現した.さらに、電力合成に用いた円筒型導波管電力合成器の合成効率は約80%を得た.

SELENE (Selenological and Engineering Explorer) is a Japan's lunar probe which was launched and injected into the lunar polar orbit in 2007. The Main Orbiter of SELENE named Kaguya has separated the Relay Satellite: Rstar (Okina). We have executed four-way Doppler measurements which determined the orbit of Kaguya aviating above the lunar far side. The ground station up-links ranging signals, and the relay satellite transponder on Rstar (RSAT-1) relays the carrier waves to Kaguya. Then the transponder on Kaguya (RSAT-2) receives the signals and returns to Rstar, and down-linked to UDSC. Thus, our system has achieved the first case to track two fully moving links between the lunar orbiters and carried out Doppler measurements.

固体ロケットのモータ燃焼中に電波が噴煙(排気プルーム)の中を通過すると、振幅が減衰し位相擾乱が発生する。飛翔中のM-Vロケットのデータを用いて、噴煙による電波減衰についての評価を行った。使用する周波数、モータ燃焼圧、大気圧、地上局とロケットの機軸方向とのなす角によって、どのように減衰量が変化するかを示し、そのメカニズムについて電波伝搬の観点から考察を行った。また電磁界シミュレーションソフトを用いて、減衰量からプルームのモデル化を行った。これにより電波減衰量の予測と、将来のロケットの通信設計へ活かす事ができると考えられる。

宇宙科学研究所が科学衛星打ち上げロケット及び観測ロケットの追跡用レーダとして開発した「新精測レーダ」について述べている.従来から長年にわたって使用してきた「精測レーダ」の老朽化を考慮し,かつレーダの機能・性能の大幅な向上を目指して開発・製作したもので,1995年度に鹿児島宇宙空間観測所に設置された.アンテナの口径を7mと大型化し,また中間周波数(IF)以降の信号処理を全てディジタル化することによってSN比の向上を図り,二次レーダの回線マージンを従来の精測レーダに比べて,約10dB改善することができた.また一次レーダモードでは,圧縮比1000というパルス圧縮を実現して,最大探知距離を大幅に拡大した.新精測レーダはこれまでM-V型ロケット3機と数々の観測ロケットの追跡運用に使用され,予定した機能を果たしてきている.

M-V型ロケットのテレメータ/コマンドシステムは前世代のM-3SII型ロケットに比べて大幅に変更されている．M-V型ロケットもM-3SII型ロケットと同じく３段式であるが，M-V型では第3段に計器部が設けられ，その結果，そこにテレメータ送信機を搭載することとした．すなわち，第1段から第3段まで各段にテレメータ送信機を搭載することとした．第3段に搭載されるテレメータ送信機はS帯周波数を用い，伝送速度も高めた新規開発のものである．姿勢制御系データの伝送という重要な役割を担っている．搭載送信アンテナに関しては，ロケットの径が大きくなったことにより，M-3SII型の時のように単一のアンテナでは十分なカバレッジを確保できなくなったため，各段とも，2本のアンテナを，それぞれ180度離れた位置に取り付けた．地上局からのガイド送信により，KSC局，あるいは宮崎ダウンレンジ局にとって条件の良い方を選択した．地上送受信系については，M-3SII型の時とほぼ同様である．第2段燃焼ガスが通信回線に及ぼす影響を考慮し，宮崎にダウンレンジ局を設けた．受信結果はほぼ予想通りで，KSC局では第2段モータ点火と同時に，燃焼ガスの影響によりテレメトリデータに欠損を生じたが，宮崎ダウンレンジ局においてその間のデータ補完することができた．資料番号: SA0200138000

資料番号: SA0200139000

鹿児島宇宙空間観測所の34mアンテナ科学衛星追跡局は,近地球科学衛星の追跡運用と臼田64mアンテナ局のバックアップとして深宇宙探査機の追跡運用を行うものとして建設された.アンテナの大型化と高能率化,高速テレメトリデータの受信,偏波ダイバーシティ合成受信,新方式による高精度の距離計測,受信設備のディジタル化とそれによる低スレショルド化・高精度化,捕捉アンテナ系の充実,局運用管制・衛星管制の効率化,アンテナのKaバンド受信機能付加など,同局では多くの機能の充実と性能の向上が図られている.同局の完成により,ASTRO-F,ASTRO-E,等々と続く近地球科学衛星運用への備えが出来上がるとともに,深宇宙探査機追跡に関しては,火星探査機「のぞみ」において,臼田局を支援する地上局として欠かせない役割を果たしてきている.

科学衛星「はるか」(打ち上げ前の名称MUSES-B)のための位相基準信号伝送システムについて,衛星搭載系を中心に述べている.位相基準信号の伝送(phase transfer)はスペースVLBI(超長基線干渉計)を成り立たせるために必要な基本技術で,位相安定度の高い標準周波数信号を地上局から衛星に電波により送るものである.「はるか」では,地上局から,周波数15.3GHzの電波を衛星に向けて送信し,衛星上では,それを位相同期受信機で受け,周波数50MHzの基準信号を生成している.基準信号は観測系機器に分配されるとともに,それから周波数14.2GHzのダウンリンク用搬送波が作られ,搬送波は観測データによってQPSK変調を施されて地上に向けて送出される.地上局では,往復ループの位相変動を測定する.開発した衛星搭載システムの位相安定度特性は,VLBIにおいて必要とされるコヒーレンス条件を十分満たすものであった.「はるか」打ち上げ後,位相基準信号伝送システムは目的とする機能を果たし,「はるか」によるスペースVLBI観測を可能にした.

宇宙科学研究所はロケット追跡用の新しい精密測定レーダ(新精測レーダ)を開発した。本レーダは、アンテナの大型化、信号処理系のデジタル化による性能改善等によって、従来システムよりも回線マージンを約10dB改善した。また一次レーダモードではパルス圧縮技法を導入して最大探知距離の大幅な拡大を図った。すでに衛星打上げ用M-V型ロケットをはじめとした追跡運用を行い、期待したとおりの成果を上げている。本稿では新精測レーダのシステム構成、性能、運用実績等を報告する。

第三世代移動通信システムは、世界各国で使用可能なグローバルサービスを目指す位置付けから1992年ITUにおいて世界共通の周波数(2GHz帯)が割り当てられている。国内のIMT-2000の導入に際し地上系の移動無線と固定無線に加え、2GHz帯を用いた既存宇宙運用業務無線およびIMT-2000帯域内の移動衛星通信システムとの相互干渉特性を明らかにする必要がある。このため、郵政省(現総務省)の「周波数逼迫対策技術試験事務」に関する委託に基づき(社)電波産業会では平成8年度より調査検討会を設置し、導入が期待されているDS-CDMA方式による移動無線とIMT-2000に割り当てられたMSS或は隣接する既存の宇宙運用業務無線との周波数共用の可否、および相互干渉条件を明らかにする為に干渉理論検討および計算機シミュレーションおよびフィールド試験について調査・試験分析を行ってきた。本報告はこの内、フィールド試験についての報告であり、相互干渉モデル、異偏波間広帯域伝搬路特性、試験システム、フィールド試験結果等について述べる。

科学衛星「はるか」(打ち上げ前の名称MUSES-B)のために開発した位相基準信号伝送システムに関して,臼田局システムを中心に述べている.位相基準信号の伝送 (phase transfer) は位相安定度の高い標準周波数信号を地上局から衛星へ電波によって送るもので,スペースVLBI(超長基線干渉計)を成立させるために必要な基本技術の一つである.「はるか」では,電離層の影響を配慮して,アップリンクの周波数を15.3GHz,ダウンリンクの周波数を14.2GHzとし,臼田宇宙空間観測所に,次のようなシステムを形成した.(1)水素メーザ原子周波数標準器を源発信器として,地上局から,衛星における受信周波数が丁度15.3GHzになるように,衛星の軌道運動によるドップラー周波数シフトを補正して送信し,(2)衛星上の位相同期受信機出力からコヒーレントに生成された周波数14.2GHzのダウンリンク送出波を,地上局において受信,(3)その受信信号から,往復(two-way) ループの位相と,往復のドップラー周波数シフトを計測する.システムの設計・製作に当たっては,高位相安定度達成のために,機器設計,回路構成,温度安定度などに大きな注意を払った.地上系の折り返し試験を衛星シミュレータを用いて行い,製作したシステムが目標とした位相安定度特性を満たしていることを確認した.「はるか」打ち上げ後,地上-衛星-地上のループにおいて,システムの機能と性能の確認を行った.以後,本システムは「はるか」によるスペースVLBI観測(VSOP観測)において,その役割を十分に果たしてきている.

高度化する深宇宙探査計画において通信系機器に抜本的な改善が求められる。実情にあった測距信号再生中継方式として長周期PN符号同期積分再生方式を提案し、簡易でいてしかも所要性能に劣化の生じないことを解析で明らかにした.また、この方式が実際に衛星ミッションに有効であることを将来衛星計画MUSES-Cの場合によって明らかにし、ブレッドボードモデルを作製し実証実験を行った.現在、次期衛星搭載用X帯ディジタルトランスポンダの開発を推進し再生中継方式を用いたトランスポンダの実現を目指している。トランスポンダの構成・その所要についても概説する。

臼田宇宙空間観測所に設置した水素メーザ標準周波数時刻システムについて述べている.深宇宙追跡局において水素メーザを周波数標準器として用いるに当たって,高い信頼度を確保するには3台を並列運転することが望まれるが,臼田宇宙空間観測所においては1998年に3台の水素メーザからなる標準周波数時刻システムを実現することができた.3台の水素メーザを並列運用するために開発した位相比較,時刻監視などの運用監視システムは予定した機能を果たし,良好に動作している.

ロケットの燃焼中、ロケット搭載通信機器と地上追跡局間の通信電波は噴煙により減衰する。減衰の特性ならびにそのメカニズムを明らがにすることを目指して、M-V型ロケットの打ち上げにおいて地上受信局にて取得されたテレメータ及びレーダのAGC (Auto Gain control)データを解析した。その結果の中からロケット機軸が地上局に対してなすアスペクトアングルと電波減衰量の関係、観察されたマルチパス現象等について述べる。また、減衰現象を明らかにすることを目指して行った予備的な燃焼試験についても述べる。

宇宙科学研究所は、科学衛星「はるか」を、1997年2月12日、同研究所のM-V型ロケット初号機により打ち上げた。「はるか」は世界最初の電波天文衛星として、スペースVLBIの実験ならびに観測に取り組んできている。打ち上げ3ヶ月後の5月半ばには、地上電波望遠鏡との間で、初のフリンジ(干渉縞)を検出した。打ち上げ4ヶ月後には、スペースVLBIによる、クエーサーの初のイメージングを行った。ここでは、「はるか」によるスペースVLBI実験について、初のイメージングに至るまでの主な経過と成果を述べる。

宇宙科学研究所は本年2月に工学試験衛星(MUSES-B)を搭載したM-V型ロケット1号機の打ち上げに成功し、超楕円軌道に投入された衛星は「はるか」と命名された。「はるか」のミッションはスペースVLBI観測が主で、直径8mの大型アンテナとVLBI観測に必要な機器を搭載している。ただし、VLBI観測に必須の原子時計は搭載しておらず、周波数標準の基準信号は地上の水素メーザ型原子時計から衛星に供給している。本研究は、この基準信号の衛星への伝送の際に生じる伝搬位相揺らぎの影響を評価し、実際に得られた伝搬路の安定度についての報告を行う。

宇宙科学研究所ではMUSES-Bと呼ぶ衛星の開発を進めている。この衛星は、宇宙からのVLBIに関わる工学技術の実験と、国際協力のもとでVLBIによる電波天文観測を行う。電波天文観測のプログラムをVSOPと呼んでいる。衛星は、有効開口径8mの展開型パラボラアンテナを積み、電波望遠鏡として働く。活動銀河核やクエーサー、メーザー電波源等が、主な観測対象である。衛星は1996年度に打ち上げられる。衛星の運用と科学観測は、米国NASAと世界のVLBIネットワークや大型電波望遠鏡との協力のもとに行われる。

本報告では、深宇宙探査機の追跡電波で得られるドップラー周波数データの変動成分により、間接的に太陽風の速度を推定する方法と、それを通常の太陽風、及び、フレアによって影響を受けた太陽風の速度の推定に応用した結果について述べている。解析データとして、1986年に致来したハレー彗星を探査する目的で打ち上げられた「さきがけ(TS-5)」、及び「すいせい(PLANET-A)」のレンジレートデータを用いた。

This paper evaluates the performance of the Doppler measuring system at Usuda Deep Space Center. The system is used for the tracking of Japanese deep spacecraft "SAKIGAKE" and "SUISEI". It will be very important to evaluate the system performance since the tracking accuracies of the spacecraft are very sensitive to the Doppler frequency error. Here we evaluate the system performance by the analyses of the tracking data of "SAKIGAKE" and "SUISEI".

Doppler frequencies of deep space probe tracking signalsfluctuate randomly when solar wind passes across ray-pathes of the radio waves. In this paper we present a method to extract Doppler scintillations from deep space probe tracking signals by applying filterings. We discuss the Doppler scintillations extracted from the tracking data of "SAKIGAKE" and "SUISEI".

1989年8月25日のVoyager-海王星最接近時に行われた日米共同電波科学実験は, 所期の成果をうることができた。臼田観測所の64mアンテナがその性能をフルに発揮して, 米国NASAのキャンベラの70mアンテナ, オーストラリヤパークス天文台と共同で海王星の大気の構造, 電離層, 衛星のトリトンの大気と電離層にはじめてメスをいれた。資料番号: SA0166935000