１３．人工衛星による観測１：軌道 レポート課題 １．人工衛星の軌道を決める２つの力は？ ２．軌道高度７００ｋｍで円軌道を描く衛星は 何時間で地球を１周するか？ ３．GPS衛星の周期は何時間か？ ４．準天頂衛星はどのような軌道を周回して いるか？ ５．太陽同期軌道とはどのような軌道か？ ■ 人工衛星が落ちてこない理由 人工衛星の軌道 万有引力と遠心力の釣り合い Mm 2 = mω r 遠心力 万有引力 G 2 ＝ r G: 万有引力定数 = 6.67259×10-11 m3s-2kg-1 2π 角速度 ω = （T：周期） T T = 4π 2 r 3 GM P2 P1 万有引力 地球 質量Ｍ 遠心力 角速度 ω 人工衛星 質量m 𝑇𝑇 ∝ 𝑟𝑟 2/3 加速度=P2-P1=rω2 P2 P1 ω ■ 人工衛星は地球から遠いほどゆっくり周回する 静止軌道衛星 30 GPS 地球観測衛星 静止軌道衛星 24 24 周回周期(時間） T 地球 地球と人工衛星の相対距離 18 GPS 12 𝑇𝑇 = 6 1.8 周回周期(時間） 0 1.7 0 地球観測衛星 1.6 10000 4𝜋𝜋2𝑟𝑟 3 𝐺𝐺𝐺𝐺 20000 地上高度(km) ISS 1.5 1.4 0 200 400 600 地上高度(km) 800 1000 ISS (International Space Station) 国際宇宙ステーション 30000 r 40000 36000 ■ 地球の大きさと衛星軌道の大きさの比較 宇宙エレベーター 宇宙エレベーター 静止軌道 （３６,０００ｋｍ） T=23h56min ＧＰＳ軌道 （20,2００ｋｍ） T=11h58min (30個） 準回帰軌道 (700km) T=90min 地球 (r=6400km) ■ 衛星軌道と太陽系の惑星の軌道は類似 太陽系惑星の軌道 1000 海王星 100 天王星 G Mm = mω 2 r r2 公転周期（年） 土星 木星 10 1 金星 地球 火星 水星 0.1 万有引力 Mm G 2 = mω 2 r r 0.01 遠心力 M: 太陽の質量、G: 万有引力定数、r: 太陽－惑星間距離 (= 1.989×1030kg ) 4π 2 r 3 T= GM 0.1 1 10 公転軌道半径 (AU) 100 ■ 静止衛星からの画像 気象観測衛星「ひまわり」 静止軌道 赤道上空 約36,000 km → 24時間で１周 → 地上から見ると静止 (気象衛星、放送衛星） 2010/10/24 09:00 東経140度 日本周辺を３０分毎に観測 MTSAT JMA ■ 静止衛星は赤道上空36000kmを地球の自転と同速度で周回 世界気象衛星観測網（2012) 極軌道 静止軌道 ひまわり７号 ひまわり６号 気象衛星センター http://mscweb.kishou.go.jp/ ■ 気象観測では４機の静止衛星で全球をモニタリング 世界気象衛星観測網 METEOSAT-8 MTSAT-1R GEOA-11 GEOA-12 気象衛星センター http://mscweb.kishou.go.jp/ 現在運用中の商用静止軌道衛星（２０１２/７） 全衛星数：約13000機 ■ 日本の上空で２４時間監視する衛星 準天頂衛星 ３機の衛星を用い，常時少なくとも１機が日本の天頂付近に見える衛星システム ８の字の軌跡の上を３機の衛星が８時間ごとに順次日本上空にとどまる． ＧＰＳ衛星と組み合わせることにより，より精度の高い測位システムの構築が可能 準天頂軌道１ 準天頂軌道２ 静止軌道 準天頂軌道３ みちびき（JAXA, 2010/9打ち上げ） ■ 全球表面を観測する衛星 地球観測衛星 MODIS/AQUA 海表面水温分布(2010/10/13 03:43) 準回帰軌道 地表面に近い軌道（600～900km) → 地球周回時間 90～100分 → 数日後に同じ場所の上空に戻る（回帰） → 地表面の細かい観測 （高い空間分解能） 軌道高度 705 km (99分/周回） 回帰日数 16日 観測幅 2330km x 10 km 空間分解能 1km 観測波長帯 36ch (0.4-14.4mm) ■ 可視光の全球画像を得るためには太陽の方向と衛星軌道の角度が同じにする 太陽同期軌道 （毎日、同一時刻に観測） 極軌道 N N N N 地球の公転に合わせて毎日約１度ずつ衛星の軌道面が東にずれる （３６５日で地球軌道を一周する） GCOM-W： 太陽同期準回帰軌道、軌道高度６９９．６ｋｍ、軌道傾斜角９８．２度 昇交点通過地方太陽時１３時３０分±１５分 海色センサーOCTS(JAXA)の観測概念図 放射冷却部 衛星進行方向 赤外校正用 宇宙空間視野 軌道高度 軌道周期 回帰日数 打ち上げ 800 km 101分 41日 1996/8/17 太陽光校正視野 走査角(±40º） チルト角(±20º） 20N 赤道付近で太陽光の直接反射光入射 を避ける 40N 60N 地球表面 観測方向 1日で観測した画像 観測幅 1400 km 1日の周回数 14.3回 チルト機構により赤道付近で 観測できない範囲が生じる 4 3 2 1 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 宇宙航空研究開発機構JAXAが運用する人工衛星の軌道 SOLAR-B (ひので） EXOS-D (あけぼの） GOSAT (いぶき） ALOS (だいち） DRTD (こだま） ETS-8 (きく８号） ASTRO-EII (すざく） 月 WINDS (きずな） ASTRO-F (あかり） 太陽 INDEX (れいめい） （2010/10/24 22:40) JAXA衛星情報提供サービス（http://odweb.tksc.jaxa.jp/odds/main.jsp） ■ 複数の衛星の持つ多数のセンサーで同一地点を観測 A-Train（A-Train：The Afternoon Constellation） 太陽同期同時刻観測衛星群（constellation: 星座） 高度：約700km、 昇交点通過地方太陽時：13時30分近傍 複数衛星が地球の同一地点をほぼ同じ時刻（約10分以内）に観測するシステム 現在稼働中の衛星：Aqua（米NASA）、CloudSat（米NASA）、CALIPSO（米NASA/仏 CNES）、Aura（米NASA）、「しずく」(JAXA) （各衛星の位置は厳密に管理されており、A-Train軌道に入 るには、すでに入っている人工衛星を避けて、決められた位置に入る必要がある） ■ GPSは６種の軌道に２４個の衛星 GPS （Global Positioning System） NAVSTAR衛星（USA） 2 1 5 6 3 4 軌道高度 ２０,２００ Km 軌道面： ６種 衛星数：２４機（４機/軌道面） +７機（予備） 衛星constellation（群）を形成 地球表面で常時６機以上視界に入る ４機の情報より位置(x,y,z)と時刻(t)算出 ■ データ通信用衛星 ARGOS 衛星システム 衛星： ６機（NOAA, Eumetsat) 太陽同期軌道、850 km 衛星捕捉時間： 平均10分 ARGOS衛星による位置検出 地上からの電波のドップラーシフトより算出 受信周波数 (Fr) Fr＞送信周波数 (Ft) 時間 Fr ＜ Ft データ通信のための人工衛星 Inmarsat (1979～） 静止軌道衛星 （太平洋、インド洋、大西洋（西・東）） 現在 Inmarsat-4 (2006～) 緯度70度以下で通信 Nstar(1996～） NTTdocomo 2機の静止衛星２機（ N-STARc（136E）、N-STARd（132E）） Iridium(1998, 2000～） 高度780km , 66機 （当初の計画は77機 77Ir） 次回（補講2回分） 7月29日（金） 1時限 3316教室 １３．人工衛星による観測１：軌道 レポート課題 １．人工衛星の軌道を決める２つの力は？ ２．軌道高度７００ｋｍで円軌道を描く衛星は 何時間で地球を１周するか？ ３．GPS衛星の周期は何時間か？ ４．準天頂衛星はどのような軌道を周回して いるか？ ５．太陽同期軌道とはどのような軌道か？
© Copyright 2024 Paperzz
