GPS衛星
GPS衛星
GPS衛星（ジーピーエスえいせい）はグローバル・ポジショニング・システム (Global positioning system、GPS) で用いられる人工衛星である。
正式名称はナブスター (NAVSTAR) 衛星。
このシステムの最初の衛星ナブスター1は、1978年2月22日に打上げられた。
GPS衛星コンステレーションはアメリカ空軍第50宇宙航空団で運用されている。
[編集]概要
各衛星は、搭載したセシウムまたはルビジウムの高精度原子時計による時間情報と、約6日毎に更新される全衛星の概略精度の天体暦（軌道情報のこと）（概略暦、almanacとも言う）と、約90分毎に更新される衛星自身の天体暦を含むデータを18秒の信号に乗せて30秒周期で1.2GHz/1.5GHz帯によって送信している。
利用者はこの信号を受信することにより、複数の衛星からの情報を元に高度な演算によって、受信地点の正確な三次元位置が得られる。
[編集]衛星軌道
各衛星は高度20,200km、軌道傾斜角55度、周期12時間の準同期軌道上にあり、各衛星は昇交点経度が60度おきとなる6種類の軌道面(PLANE A-F)毎に4個が配置され合計24基で基本となる衛星コンステレーションを形成する。
2009年12月現在の運用数は31基であり、衛星が増えることで測定精度が向上する。
7基は基本となる衛星コンステレーション以外の軌道上にあり、これにより仮に複数の衛星が故障しても運用に支障がない信頼性と有用性を確保している。
これらの軌道配置によって地上のどこからでもさえぎるものがなければ同時に6以上の衛星が視界に入る。
[編集]送信信号
各衛星は荒い精度のC/Aコード (Coarse/Acquisition code) と高精度のPコード (Precise code) の少なくとも2種類の信号を、直接拡散スペクトラム・コードによって送信している。
C/Aコードは1023チップの擬似乱数コードを使い、毎秒102.3万チップの速度で送信しているため、1000分の1秒ごとに乱数は一順する。
それぞれの衛星はC/Aコードに固有の拡散符号を使っているので、同じ周波数で同時に送信しても受信時に分離する事が可能になっている。
Pコードは毎秒1,023万チップの擬似乱数コードを使い、毎週繰り返されている。
通常の運用状態ではPコードはYコードによって暗号化されてP（Y）コードを作り、有効な暗号解読鍵を持つ解読機だけが解読できるようになる。
C/AコードとP（Y）コードは利用者に正確な時刻を伝える。
Mコードは軍用のコードでGPS信号に対する高強度のジャミング下でも運用を可能にする。
GPSの周波数は以下の通りである。
L1 (1575.42MHz）: ナビゲーション・メッセージ、C/Aコード、P（Y）コードを送信している。1つ目の民用信号。
ブロック2R-MよりMコードを乗せた軍用信号をL1周波数上で送信している。
新しいブロック3衛星からL1C(L1より高強度)民用信号を混合して送信することが計画されている。
L2 (1227.60MHz)：P (Y) コードを送信している。
ブロック2R-M衛星より2つ目の民用信号L2C(L2より高強度)を混合して送信している。
L2に対してもMコードを乗せて軍用に送信している。
L3 (1381.05MHz)：核爆発探知システム (Nuclear Detonation Detection System, NDS) が使用する。
L4 (1379.913MHz)：電離圏層の情報を収集して研究に使用中。
L5 (1176.45MHz)：2009年に打ち上げられたGPS衛星2R-20Mより試験が開始された。
本格的な運用は2010年以降のブロック2F衛星の打ち上げ以降となる。L1/L2に比べて10倍のバンド幅で3
dB（2倍）の尖頭電波強度を持ち、10倍の長さの拡散コードを使い信号体系も向上させた民用の3つ目の信号。
より高精度の位置測定が可能になる。
また人命救助等にも活用される他、航空関係者もこれによってL2よりL5で妨害や障害に対して効果的に対応できる。
[編集]打上げ済みの衛星
[編集]ブロックIシリーズ
1978年にナブスター1が打上げられてから10機のブロックIの衛星が成功裏に打上げられた。
しかし1981年12月18日に打上げられたナブスター7は失敗に終わり失われた。
ブロックI衛星はその後に打上げられたブロックII衛星と似たような軌道面をとるが
軌道傾斜角は63度である。
ブロックIはGPSの概念を検証するための衛星でありシステム開発の各段階を反映したものである。
11機の衛星の打上げから学んだ教訓は次の世代の衛星の開発に生かされた。
ブロックI衛星はロックウェル・インターナショナルが製造した。
1974年にロックウェル・インターナショナルは8機のブロックI衛星を製造する契約を与えられた。
1978年に追加で3機の衛星の製造の契約を結んだ。
衛星は3軸制御方式である。2枚の太陽電池板は設計寿命時点で400ワット以上を供給しニッケル・カドミウム蓄電池に充電される。
Sバンドは管制とテレメトリーのために使われる(衛星地上リンクシステム)。
UHFチャンネルは宇宙船と地上の間のクロスリンクに使われる。ヒドラジンスラスターは軌道修正に使われる。
リアクションホイールを用い機体低部を地球中心方向に向けさせる。
ナビゲーションに使われる信号はLバンドの1575.42MHz(L1)と1227.60 MHz(L2)の2つである。
諸元
製造者:ロックウェル・インターナショナル社
姿勢制御方式:3軸制御
太陽電池:パドル型×2枚
キックモーター:Star-27
設計寿命:5年
重量:759kg
軌道:高度20200km円軌道,軌道傾斜角63度
打上げ日
(UTC)
打上げ
ロケット
ロケットの
タイプ
シリアル
ナンバー
射場 衛星名
宇宙機
ナンバー
(SVN)
疑似雑音
系列 ID
(PRN)
結果
備考
1978-02-22 アトラスF SGS-1
VAFB SLC-3E GPS 1-1 ナブスター1
01
成功 最初のGPS衛星の打上げ
1978-05-13 アトラスF SGS-1
VAFB SLC-3E GPS 1-2 ナブスター2
02
成功
1978-10-07 アトラスF SGS-1
VAFB SLC-3E GPS 1-3 ナブスター3
03
成功
1978-12-11 アトラスF SGS-1
VAFB SLC-3E GPS 1-4 ナブスター4
04
成功
1980-02-09 アトラスF SGS-1
VAFB SLC-3E GPS 1-5 ナブスター5
05
成功
1980-04-26 アトラスF SGS-1
VAFB SLC-3E GPS 1-6 ナブスター6
06
成功
1981-12-18 アトラスF SGS-1
VAFB SLC-3E GPS 1-7 ナブスター7
07
失敗
1983-07-14 アトラスE SGS-2
VAFB SLC-3W GPS 1-8 ナブスター8
08
成功
1984-06-13 アトラスE SGS-2
VAFB SLC-3W GPS 1-9 ナブスター9
09
成功
1984-09-08 アトラスE SGS-2
VAFB SLC-3W GPS 1-10 ナブスター10
10
成功
1985-10-09 アトラスE SGS-2
VAFB SLC-3W GPS 1-11 ナブスター11
11
成功
[編集]ブロックIIシリーズ
ブロックIIシリーズの最初の衛星は1989年2月14日に打上げられた。ブロックII衛星はGPS衛星の第2世代の衛星である。最初の本格的に運用されたGPS衛星である。地上指令センターの制御信号を受けることなく2週間システムが運用できるように設計されている。ロックウェル・インターナショナル社は、ブロックI衛星を製造する契約を1981年に改定しブロックIIのSVNナンバー12の衛星を１機製造する契約をむすんだ。改めて1983年にロックウェル社はブロックII/ブロックIIA衛星両シリーズを合計29機製造する契約をした。 衛星はブロックIシリーズと同様に3軸制御方式である。
リアクションホイールを用い機体低部を地球中心方向に向けさせる。
太陽電池板も同様に2枚のパドル式であり、供給電力は設計寿命時点で710ワット以上に拡大されている。
Sバンドは管制とテレメトリーのために使われる(衛星地上リンクシステム)。UHFチャンネルは他の宇宙船と地上の間のクロスリンクに使われる。
ヒドラジンスラスターは軌道修正に使われる。ナビゲーションに使われる信号は
Lバンドの1575.42MHz(L1)と1227.60 MHz(L2)の2つである。衛星には、ルビジウム及びセシウム原子時計がそれぞれ２基ずつ搭載されている。
諸元
製造者:ロックウェル・インターナショナル社
姿勢制御方式:3軸制御
太陽電池:パドル型×2枚
キックモーター:Star-37XFP
設計寿命:7.5年
重量:1660kg
軌道:高度20200km円軌道,軌道傾斜角55度
打上げ日
(UTC)
打上げ
ロケット
ロケットの
タイプ
シリアル
ナンバー
射場 衛星名
宇宙機
ナンバー
(SVN)
疑似雑音
系列 ID
(PRN)
結果 備考
ナブスターII 12
打上げず
1989-02-14 デルタII 6925 184
CCAFS LC-17A
[1]
GPS 2-1 ナブスターII-1
14 14 成功
最初のデルタIIの打上げ
1989-06-10 デルタII 6925 185
CCAFS LC-17A GPS 2-2 ナブスターII-2
13 02 成功
1989-08-18 デルタII 6925 186
CCAFS LC-17A GPS 2-3 ナブスターII-3
16 16 成功
1989-10-21 デルタII 6925 188
CCAFS LC-17A GPS 2-4 ナブスターII-4
19 19 成功
1989-12-11 デルタII 6925 190
CCAFS LC-17B GPS 2-5 ナブスターII-5
17 17 成功
1990-01-24 デルタII 6925 191
CCAFS LC-17A GPS 2-6 ナブスターII-6
18 18 成功
1990-03-26 デルタII 6925 193
CCAFS LC-17A GPS 2-7 ナブスターII-7
20 20 成功
1990-08-02 デルタII 6925 197
CCAFS LC-17A GPS 2-8 ナブスターII-8
21 21 成功
1990-10-01 デルタII 6925 199
CCAFS LC-17A GPS 2-9 ナブスターII-9
15 15 成功
既に全機運用を終了し、新衛星へと置き換えられた。
[編集]ブロックIIAシリーズ
ブロックIIを基本とし180日間コントロールセグメントと連絡せず運用が可能(ブロックIIは14日間)となっている。1990年11月26日より1997年11月6日までに19機が打ち上げられた。1996年にロックウェル・インターナショナル社の宇宙・防衛部門はボーイング社に売却された。
諸元
製造者:ロックウェル・インターナショナル社→ボーイング社
姿勢制御方式:3軸制御
太陽電池:パドル型×2枚
キックモーター:Star-37XFP
設計寿命:7.5年
重量:1816kg
軌道:高度20200km円軌道,軌道傾斜角55度
打上げ日
(UTC)
打上げ
ロケット
ロケットの
タイプ
シリアル
ナンバー
射場 衛星名
宇宙機
ナンバー
(SVN)
疑似雑音
系列 ID
(PRN)
PLANE
結果
備考
1990-11-26 デルタII 7925 D201
CCAFS LC-17A GPS 2-10 ナブスターIIA-1
23 23->32 E5
成功
1991-07-04 デルタII 7925 D206
CCAFS LC-17A GPS 2-11 ナブスターIIA-2
24 24 D2A
成功
1992-02-23 デルタII 7925 D207
CCAFS LC-17B GPS 2-12 ナブスターIIA-3
25 25
成功 運用終了
1992-04-10 デルタII 7925 D208
CCAFS LC-17B GPS 2-13 ナブスターIIA-4
28 28
成功 運用終了
1992-07-07 デルタII 7925 D211
CCAFS LC-17B GPS 2-14 ナブスターIIA-5
26 26 F2F
成功
1992-09-09 デルタII 7925 D214
CCAFS LC-17A GPS 2-15 ナブスターIIA-6
27 27 A6
成功
1992-11-22 デルタII 7925 D216
CCAFS LC-17A GPS 2-16 ナブスターIIA-7
32 01
成功 運用終了
1992-12-18 デルタII 7925 D217
CCAFS LC-17B GPS 2-17 ナブスターIIA-8
29 29
成功 運用終了
1993-02-03 デルタII 7925 D218
CCAFS LC-17A GPS 2-18 ナブスターIIA-9
22 22
成功 運用終了
1993-03-30 デルタII 7925 D219
CCAFS LC-17A GPS 2-19 ナブスターIIA-10
31 31
成功 運用終了
1993-05-13 デルタII 7925 D220
CCAFS LC-17A GPS 2-20 ナブスターIIA-11
37 07
成功 運用終了
1993-06-26 デルタII 7925 D221
CCAFS LC-17A GPS 2-21 ナブスターIIA-12
39 09 A1
成功
1993-08-30 デルタII 7925 D222
CCAFS LC-17B GPS 2-22 ナブスターIIA-13
35 05
成功 運用終了
1993-10-26 デルタII 7925 D223
CCAFS LC-17B GPS 2-23 ナブスターIIA-14
34 04 D4
成功
1994-03-10 デルタII 7925 D226
CCAFS LC-17A GPS 2-24 ナブスターIIA-15
36 06 C5
成功
1996-03-27 デルタII 7925 D234
CCAFS LC-17B GPS 2-25 ナブスターIIA-16
33 03 C2
成功
1996-07-16 デルタII 7925 D237
CCAFS LC-17A GPS 2-26 ナブスターIIA-17
40 10 E6
成功
1996-09-12 デルタII 7925 D238
CCAFS LC-17A GPS 2-27 ナブスターIIA-18
30 30
成功 運用終了
1997-11-06 デルタII 7925 D249
CCAFS LC-17A GPS 2-28 ナブスターIIA-19
38 08 A3
成功
SVN23の衛星にだけラザロというニックネームが付いている。これは2007年4月に命名されたもので初期から付いていたわけではない。ニックネームの由来は一度は機能停止していたのが復活したことから死後四日目に生き返ったキリスト教の聖人
ラザロにちなんで命名されている。