出典：中国無線電管理
著者：劉明星、趙哲、張寧
当社が取り組んだ我が国初の愛好家向け衛星の事例を踏まえ、本稿では、現在運用中の愛好家向け衛星、既に運用を終了した衛星、および将来に打ち上げ予定の衛星について整理し、我が国の衛星愛好家活動の特徴をまとめます。
- 我が国で運用されている、アマチュアによる人工衛星
AMSATのウェブサイトで提供されているアマチュア無線愛好家の通信記録によると、現在、我が国で運用されているアマチュア衛星は合計10機あり、具体的にはXW-2シリーズ、CAS-4シリーズ、LilacSat-2、FMN-1です。詳細は表1を参照してください。
上記のような衛星には、アマチュア衛星団体、民間企業、大学など、多様な組織が関わっており、これらが提供する豊富な機会とプラットフォームにより、アマチュア衛星関連の活動が活発に行われています。
1.1 XW-2（CAS-3）衛星群
2015年9月20日午前7時01分、希望2号シリーズの衛星が太原衛星発射センターから打ち上げられました。このシリーズには6つの衛星があり、そのうちXW-2Aは2kg級の小型衛星、XW-2B/2C/2Dは3つの10kg級の小型衛星、XW-2E/2Fは2つの1kg級の立方星です。
（1）XW-2A 衛星
XW-2A（CAS-3A）この衛星には、U/Vモードの20kHz帯域を持つ直線型送信機が搭載されており、太陽同期軌道上で400kmの高度を飛行しています。
図1 XW-2A 衛星の模式図
（2）XW-2 B/2C/2D卫星
XW-2B/2C/2D（CAS-3B/3C/3D）これは、すべて同じ構成の衛星群であり、それぞれにU/Vモードの20kHz線形送信機が搭載され、500kmの高度にある太陽同期軌道上で運用されています。
図2 XW-2B/2C/2D 衛星の構成図
（3）XW-2E/2F 衛星
XW-2E/2F（CAS-3E/3F）これらは、それぞれU/Vモードの20kHz線形送信機を搭載した小型衛星で、太陽同期軌道上で500kmの高度を飛行しています。
図3 XW-2E/2F 衛星の模式図
以下は、希望2号シリーズの衛星における送信機周波数設定に関する情報です。
図4 XW-2Eシリーズ衛星の周波数構成を示す
XW-2シリーズの再送信機は、アマチュア無線家が広く使用しているVHF/UHF帯（145/430MHz帯）を使用しています。このシリーズの衛星には、同じ線形再送信機と、同じ四半波長の片方向アンテナが搭載されています。各衛星には、UHFアンテナとVHFアンテナがそれぞれ1つずつ搭載されており、図に示されている詳細な周波数構成は以下の通りです。
表2 希望二号シリーズ衛星のアップリンク周波数
表3 希望衛星の降下周波数設定表
希望2号シリーズの衛星は、統合的な設計を採用し、衛星上の電子機器を標準化、衛星搭載機器を汎用化、衛星内部機器をケーブルレス化する。中国の関係機関は、希望2号シリーズの衛星開発を通じて、ピンナ衛星の初期応用を探求・実践し、ピンナ衛星の軌道上での自律管理、多モード異種バックアップなどの技術を実現した。これにより、汎用化・標準化されたピンナ衛星製品体系と標準プロトコルを確立し、実用的なピンナ衛星の今後の発展と使用のための基盤を築いた。
1.2 LilacSat-2（CAS-3H）衛星
LilacSat-2（CAS-3H）「紫丁香2号」衛星は、ハルビン工業大学が開発したもので、V/U帯のFM送信機を搭載しており、現在、500kmの高度にある太陽同期軌道上で運用されています。「LilacSat-2」と「XW-2」シリーズの衛星は、同じ長征6ロケットを使用して、一度に20個の衛星を打ち上げ成功しました。下図は、「紫丁香1号」衛星の搭載構造と機能モジュールの概要を示しています。
図5 紫丁香1号衛星の搭載機器
測控送受信機Aは、IQゼロ周波数/低周波数のアーキテクチャを採用したV/Uソフトウェア無線受信・送信機であり、複数のチャンネルでの送受信と、多様なRFパラメータの柔軟な設定・切り替えを実現します。また、多モードのアマチュア無線トランスミッターも、この機能を基盤としています。下向きモードには、1.2/9.6 kbps BPSK、1.2 kbps MSK、1.2 kbps AFSKおよびFMなどが含まれ、最大出力電力は27 dBmです。上向きモードには、AFSK、FMなどが含まれます。測控送受信機Bは、L/U帯域のFSK受信・送信機であり、全双方向での動作が可能です。下向きのビットレートは1.2/4.8 kbpsで、最大出力電力は27 dBmです。
紫金山1号衛星の主な目的は、飛行ソフトウェアの軌道上での試験プラットフォームを構築することであり、これを用いて、空間における単一粒子の影響がFPGAソフトウェアの機能と性能に与える影響を分析します。また、この衛星は、地上からの電子機器を利用して、グローバルな航空機のADS-Bなどのステータス情報の監視や、大型野生動物の追跡などを行います。さらに、この衛星には産業用赤外カメラを搭載し、小型衛星を用いた地上の環境モニタリングの実現可能性と有効性を探求します。
図6 紫丁香1号衛星の構造図
紫丁香2号衛星の無線通信システムは、測位・制御用送信機A、測位・制御用送信機B、GPS/BD2受信機、広帯域受信モジュール、および関連するアンテナで構成され、図のように框表示されます。
図7 紫丁香1号衛星のRFシステム構成図
紫丁香一号衛星のUHF帯アンテナは、4本の傾斜した1/4波長の共振子で構成された双極化全方向アンテナです。VHFアンテナとAISアンテナは、チタンニッケル合金材料を使用した1/4波長のフレアアンテナです。L帯アンテナとBG2/GPSアンテナは、マイクロストリップアンテナです。
「紫丁香1号」の特筆すべき点は、この衛星がハルビン工業大学の大学生15名によって設計・製作されたことであり、これは小中高生が宇宙探査に参加する上で有益な試みと言えるでしょう。
1.3 CAS-4 衛星
CAS-4（珠海-1/2）シリーズは、地球観測衛星に搭載されるアマチュア向けのペイロードであり、現在、CAS-4A/4Bの2つの衛星が運用されています。CAS-4AとCAS-4Bは、珠海1号星座に含まれる地球観測衛星OVS 1AとOVS 1Bに搭載されており、2017年6月15日に打ち上げられ、500km高度の傾斜軌道上で運用されています。これらの衛星には、U/Vバンドの直線型送信機（下り145MHz帯/上り435MHz帯）が搭載されており、また、これらの小型衛星は光学地球観測任務も担っています。
CAS-4Aの直線型再送信機の受信周波数は145.87MHz、送信周波数は435.22MHz、テレメトリ周波数は145.835MHzです。CAS-4Bの直線型再送信機の受信周波数は145.925MHz、送信周波数は435.280MHz、テレメトリ周波数は145.890MHzです。
図8 珠海第一号衛星のイメージ画像
CAS-4シリーズの2つの衛星は、民間宇宙機関によって打ち上げられたものであり、特徴的な点は、これらの衛星が観測衛星に搭載されている点です。これは、別の有望な試みと言えます。
1.4 FMN-1（FENGMANIU-1）衛星
2018年2月2日15時51分、我が国初の民間衛星が酒泉衛星打ち上げセンターで成功に打ち上げられました。衛星の主催者である御風資本の馮仑氏は、「風馬牛一号」を通じて、衛星と携帯電話によるインタラクティブなエンターテイメントを実現し、メディアの新たな可能性を探求したいと考えています。「風馬牛一号」の外形寸法は300mmです。100mm100mm、靴箱と同程度のサイズで、重量は4kg、消費電力は8Wです。「風馬牛一号」は、4K高精細全景カメラを搭載しており、360度の宇宙の高精細写真を撮影できます。「風馬牛一号」衛星は、宇宙ビジネスにおける新たな応用の一例であり、アマチュア無線用のペイロードを搭載し、世界中の愛好家が通信するためのプラットフォームを提供します。上下方向の周波数帯はそれぞれ145.945MHzと435.35MHzです。
図9 風馬牛一号衛星のイメージ画像
「風馬牛一号」は、初めて衛星を媒介として、コンテンツの配信を主な目的とする衛星です。この衛星には、童声合唱版の『千字文』も搭載されます。衛星が軌道に乗った後、地上側の受信装置と連携することで、リアルタイムの映像を受信できるようになります。メディアとしての活用や探求だけでなく、公益活動や宇宙教育の推進も目的としています。
図10 風馬牛一号衛星のイメージ画像
「風馬牛一号」は世界初の全景衛星であり、最初のメディア形式の衛星として、「風馬牛一号」は一般の人々との間に「遠くても身近な」関係を築いた。科学技術によって、時間と空間の壁を越え、一般の人々に宇宙からの映像や音を届けた。しかし、それは距離感を広げず、一般の人々の参加を促進するものではなく、むしろ新たなメディアとして、新しいコンテンツを通じて人々の関心を喚起した。衛星の発射前に、「風馬牛」チームは「夢の音声」を集めるキャンペーンを実施し、集まった祝福は衛星とともに宇宙へ行き、地球一周後、地上に送り返された。この活動には数千人が参加した。
「風馬牛一号」衛星の成功は、中国の急速な発展した民用宇宙技術に大きく依存しています。また、公益活動や宇宙教育にも力を入れ、良好なサイクルを形成しています。「風馬牛」チームは、独自の衛星信号受信用のハードウェアを開発し、国内トップレベルの青少年宇宙教育機関と協力して、衛星信号受信に基づいたコースやアクティビティを開発します。これにより、一般の人々、特に子供たちの航空・宇宙への関心を高め、「風馬牛一号」がもたらす社会的な意義と価値を最大限に引き出すことを目指しています。
- 我が国の退役したアマチュア衛星
我が国のアマチュア衛星開発は急速に発展しており、現在までに、CAS-2、CAS-6、CAS-7シリーズを含む複数の衛星が運用を終了しています。詳細は以下の通りです。
2.1 CAS-2 シリーズの衛星
当初、2015年に打ち上げ予定だったCSA-2A1とCSA-2A2の2つの衛星は、CAS-3シリーズの衛星で代替されることになりました。このシリーズのCAS-2T（豊台少年一号）は、衛星用のアマチュア無線技術を検証するための衛星です。
図11 豊台少年一号衛星の模式図
2.2 CAS-6 衛星
CAS-6 (Tianqi-1 / TQ-OSCAR-108 / TO-108) は、引力波探査実験衛星であり、アマチュア無線搭載機を搭載しています。2019年12月20日に打ち上げられました。この衛星は、東方衛星社が中山大学と華中科技大学のために製作し、サイズは490mm × 499mm × 430mmで、重量は約35kgです。VHF帯のCW遠隔測位送信機と、U/Vモードの20kHz帯の直線型アンテナ、および大気風（Atmospheric Wind）探査装置を搭載しています。
図12 CAS-6 衛星試験図
CAS-6衛星に搭載された長征11号ロケットは、我が国初の海上発射であり、歴史的な意義を持つものです。
2.3 CAS-7シリーズの衛星
CAS-7B(BP-1B)これは、教育と連携したアマチュア無線衛星です。中国のアマチュア無線衛星グループ（CAMSAT）北京工科大学との連携を進めています。（BIT）協力機関が、衛星の打ち上げを支援し、北京工科大学の多くの教員と学生が、衛星の開発とテストに参加しています。CAS-7Bは、2019年7月末に打ち上げられ、予定された軌道へ投入されました。
CAMSATの支援により、北京理工大学はアマチュア無線クラブ（コールサイン：BI1LG）を設立しました。大学生たちは、アマチュア無線衛星通信に関する知識を学びながら、無限の楽しみを味わうとともに、宇宙への憧れを育み、将来の学習のための実践的な基盤も築きました。
図13 CAS-7 衛星実験図
CAS-7Bは1.5Uの立方体衛星であり、衛星の一面には直径500mm、質量約3kgの柔軟な薄膜球が覆われています。衛星は、空気抵抗を利用した帆による被動的な軌道制御によって安定した状態を維持します。衛星は300kmの高度にある円軌道を周回し、軌道の傾角は42.7度です。
衛星にはVHFアンテナ（1/4波長の単極子アンテナ、最大ゲイン0dBi、+Y側）、およびUHF帯の1/4波長の単極子アンテナ（最大ゲイン0dBi、それぞれ衛星-Z側と+Z側）が搭載されています。
CWテレメトリ信号の周波数：435.715MHz/20dBm
V/U変調復波器の下りリンク：435.690MHz/20dBm、帯域幅16kHz
V/U変調復波器の上りリンク：145.900MHz、帯域幅16kHz
図14 CAS-7 衛星の飛行状況を示す
「北理工1号」衛星は、科学技術検証用の小型衛星として、革新的な研究検証ミッションである「帆球」技術と新型宇宙電波技術の2つを完了しました。注目すべき点は、これが初めて、宇宙でのミッションにおいて「帆球」技術を使用し、検証を行ったことです。
「帆球」技術および、「帆球」を基盤とする柔軟な軽量宇宙船技術は、柔軟な素材の宇宙材料を折りたたんで衛星内に収納し、衛星が正常に軌道に乗った後、柔軟な素材を展開させ、球状に膨張させることで、その体積は衛星の数倍になります。これは、衛星に風帆を広げているような状態です。「帆球」技術は、将来的には小天体の探査など、深宇宙探査ミッションに直接貢献します。BP-1B衛星のバックアップ衛星であるBP-1Aは、2021年に打ち上げられる予定です。
- 我が国の今後の民間の衛星
3.1 CAS-5 衛星システム
CAS-5シリーズは、CAS-5AとCAS-5Bの2つの衛星で構成されており、当初は2018年に打ち上げられる予定でした。CAS-5Aは6Uサイズのキューブ衛星であり、以下のアマチュア無線搭載物を搭載する予定です。
上記で述べたブロードキャスターのうち、H/Uモードのブロードキャスターは15kHzの帯域幅を持ちますが、その他のブロードキャスターはすべて30kHzです。これらのブロードキャスターは、軌道高度が530km、軌道傾角が97.5度の太陽同期軌道に展開される予定です。
図15 CAS-5A衛星のイメージ
CAS-5Bは、質量が0.5kgの小型衛星（フェムト・サテライト）計画の一体であり、UHF帯のCW信号を発信する。また、CAS-5Aと共同で運用される。
3.2 CAS-8シリーズの衛星
計画中のCAS-8衛星システムは、アジア太平洋宇宙協力組織によって実施されています。（APSCO）学生による小型衛星プロジェクトを立ち上げました。APSCOは2008年に設立された、北京に本社を置く政府間組織であり、加盟国にはバングラデシュ、中国、モンゴル、パキスタン、ペルー、タイ、トルコ、インドネシアなどが含まれます。CAS-8プロジェクトは、30kg級のマイクロ衛星2台（技術検証用の実験用マイクロ衛星であるCAS-8Aと、初級マイクロ衛星であるCAS-8B）、3Uサイズのキューブ衛星であるCAS-8CおよびCAS-8Dで構成されています。
CAS-8プロジェクトは、北京航空航天大学が主導し、中国アマチュア衛星組織と連携しています。（CAMSAT）協力により、アマチュア無線をプロジェクトに取り入れ、アジア太平洋地域協力組織の他の7か国と共にこのプロジェクトを推進します。
CAS-8A は、V/U 形式の線形再送信機、UHF帯域のCWビーコン、および AX.25 4k8/9k6 GMSK の遠隔測定ビーコン、および S帯域 192kbps GMSK 画像と 4k8/9k6 GMSK の遠隔下行リンクを搭載しています。
予想される4つの衛星の周波数帯は以下の通りです。
CAS-8 は、初の星間リンクを設置するアマチュア衛星であり、今後のアマチュア衛星群の探求における経験を積むための新しい試みです。CAS-8 プロジェクトは、アジア太平洋地域の宇宙協力組織加盟国の学生と教員に対し、宇宙技術学習や衛星工学の実践プラットフォームを提供することを目的としています。小型衛星のデザイン、開発、軌道試験、および応用を通じて、加盟国の宇宙教育水準を向上させ、「一带一路」の宇宙情報走廊を共同で構築し、アジア太平洋地域の宇宙協力組織加盟国の宇宙教育体系の発展に貢献します。
さらに、CAS-8 衛星は、APSCO の八ヶ国による宇宙共建アマチュア無線連盟の効果を最大限に活用し、APSCO の加盟国青年学生が自己学習、相互交流、および技術調査を行うための新しいプラットフォームを提供します。また、世界中のアマチュア無線愛好家にも新しい衛星プラットフォームを提供します。
- まとめ
我が国のアマチュア衛星の開発の経緯を鑑みると、我が国のアマチュア衛星は、まだ技術的な探求と積み重ね段階にあり、主に商業衛星に搭載されたアンテナを通じて、愛好家が通信を行うためのプラットフォームを提供している。
アマチュア衛星に関わる参加主体としては、アマチュア衛星団体や大学などの研究機関などがあります。これらの組織が関わることで、技術の先進性と探求性が非常に重要になります。
現在、我が国のアマチュア衛星開発状況は良好であり、多くの商用衛星にはアマチュア向けのペイロードが搭載されていますが、商業色が強まることで、アマチュアによる宇宙通信技術の探求が阻害される可能性があります。
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