人工衛星（読み）じんこうえいせい（英語表記）artificial satellite

精選版 日本国語大辞典

じんこう‐えいせい ‥ヱイセイ【人工衛星】

〘名〙 地球から打ち上げられ、地球のまわりを公転する物体。一九五七年、ソ連が打ち上げたスプートニク一号が世界最初。目的や用途によって、科学衛星、通信衛星、気象衛星、放送衛星、軍事衛星などと呼ぶ。

※大ロマンの可能性（1958）〈十返肇〉五「ドストエフスキーの時代には〈略〉人工衛星も電波探知機も原水爆もなかった」

出典　精選版 日本国語大辞典

デジタル大辞泉

じんこう‐えいせい〔‐ヱイセイ〕【人工衛星】

ロケットで打ち上げられ、地球や月など太陽系の惑星の周囲を公転する人工の物体。ソ連が1957年に打ち上げたスプートニク1号が最初。

出典　小学館

日本大百科全書(ニッポニカ)

人工衛星
じんこうえいせい
artificial satellite

地球の引力とつり合う遠心力を生ずるような速度で地球を周回する人工物体。人工衛星の軌道は、地球中心を軌道面に含む円または楕円(だえん)となる。人工衛星に作用する遠心力（慣性力）と、人工衛星が地球から受ける引力がバランスする運動方程式により、人工衛星となるのに必要な速度は、たとえば高度500キロメートルの地球周回円軌道の場合は秒速約7.9キロメートルとなる。これを第一宇宙速度という。人工衛星が地球を周回する速度は軌道高度によって変わり、軌道高度が高くなるほど周期が長くなり、速度は遅くなる。静止気象衛星「ひまわり」は3万6000キロメートルの高度で軌道速度は秒速約3キロメートルである。

　一方、地球周回軌道から離脱して太陽系惑星などを探査する人工衛星は、「探査機」として地球を周回する人工衛星と区別する。地球の引力圏を抜けるためには、第一宇宙速度の倍（秒速11.2キロメートル）が必要で、これを第二宇宙速度という。

［森山　隆　2017年1月19日］

人工衛星の歴史

ロケットを用いて人工衛星を打ち上げることが可能であるという宇宙航行の理論は、ロシアのコンスタンチン・ツィオルコフスキーの研究が代表的である。ロケットの父といわれるアメリカのロバート・ゴダードは、1926年に世界初の液体推薬ロケットの実験を行った。ドイツのフォン・ブラウンは1942年に液体燃料のV2ロケットを完成させた。日本では1955年（昭和30）に糸川英夫がペンシル・ロケットの水平発射実験を行っている。人工衛星の歴史は宇宙への輸送手段であるロケットの開発によって開かれた。

　世界初の人工衛星スプートニク1号を1957年に打ち上げたソ連は、同年スプートニク2号でライカ犬を宇宙に送った。1961年にはガガーリンが世界初の有人宇宙飛行（地球を89分で周回し、打上げ後108分で地球に帰還）を成功させた。ソ連におくれをとったアメリカは、1958年に初の人工衛星エクスプローラ1号を成功させ、1962年にはアトラスロケットでグレンJohn H. Glenn（1921―2016）宇宙飛行士を乗せた初の人工衛星フレンドシップ7号を成功させた。日本は1970年（昭和45）にラムダロケットで初の人工衛星「おおすみ」（約24キログラム）を打ち上げた。中国は1964年ころから「長征1号」ロケットの開発を進め、1970年には中国初の人工衛星「東方紅1号」の打上げに成功した。インドは1979年に初の国産打上げロケット「SLV3」を打ち上げたが失敗、翌1980年に衛星の打上げに成功している。ヨーロッパにおいては、イギリスが中心となってヨーロッパロケット開発機構（ELDO：European Launcher Development Organization）を1962年に設立。「ヨーロッパ1号」は1964年に打上げが成功したが、その後は失敗が続き、ESA（ヨーロッパ宇宙機関）に改組して現在の主力ロケットであるアリアンシリーズへとつながった。

　今日では、地球周回や月・惑星探査、有人宇宙飛行など大型の人工衛星や探査機の打上げが可能な大型ロケットが民間企業も含めて開発されている。一方で人工衛星は、2000年ころを境に小型化（500キログラム以下）、超小型化（100キログラム以下）の開発利用が活発化した。大学やベンチャー企業による人工衛星の独自開発、新たな宇宙利用サービスが始まっている。

［森山　隆　2017年1月19日］

人工衛星の力学

人工衛星の運動についての力学的考察は、当初はその質量中心が宇宙空間の中でどのような運動をするかを解析する軌道力学を取り扱うのみでよかった。ところが衛星機能の高度化に伴い、衛星本体や搭載センサーを高精度で所定の方向に向け、精密な軌道の保持や軌道変換などを行う必要がでてきた。そのため、衛星の質量中心の周りの回転を解析する姿勢力学も重要な位置を占めるようになった。

　地球を周回する人工衛星の公転運動は、太陽を周回する惑星と類似のものである。ドイツの天文学者ヨハネス・ケプラーは、デンマークの天文学者ティコ・ブラーエの観測記録から太陽に対する火星の運動を推定し、定式化した。それに準じると以下のようになる。

第一法則（楕円軌道の法則）　人工衛星は地球の質量中心を一つの焦点とする楕円(だえん)（円を含む）上を運行する。

第二法則（面積速度一定の法則）　地球の質量中心と人工衛星とを結ぶ動径が単位時間に走査する面積は一定である。

第三法則（調和の法則）　衛星の公転周期の2乗は、軌道長半径の3乗に比例する。

　このような法則に基づいて運動する人工衛星の軌道は、ケプラーの六要素で次のように表される。

(1)軌道長半径　楕円の長軸の半分の長さとして定義され、楕円軌道の大きさを与える。

(2)軌道離心率　楕円軌道の形を定める。

(3)軌道傾斜角　人工衛星の軌道が乗っている平面（軌道面）が地球の赤道面となす角度。

(4)昇交点赤経　人工衛星の軌道が地球の赤道面を南側から北側に貫く点を昇交点とよび、地球の中心からみて春分点方向と昇交点方向の間の角を昇交点赤経という。軌道傾斜角と昇交点赤経を与えることによって、慣性空間における軌道面の位置が定まる。

(5)近地点引数(ひきすう)　人工衛星の軌道上で地球にもっとも近づく点を近地点、もっとも遠ざかる点を遠地点という。軌道面上における楕円の向きを定義するために、昇交点方向と近地点方向とのなす角を用い、これを近地点引数という。

(6)近地点通過時刻　任意の時刻における人工衛星の軌道上における位置を計算可能とするために、人工衛星が近地点を通過する時刻を与える。

　これら六つの量が与えられると、将来にわたる任意の時刻において、人工衛星が軌道上のどこに位置して、どのような速度をもって運動しているかを計算することが可能である。これらの六要素の値は、第一近似としてはつねに同じ値を保ち、人工衛星は同一の軌道上を運行し続ける。実際には地球の自転による扁平(へんぺい)、月や太陽の及ぼす引力、地球大気による抵抗力などの影響を受けて軌道の状態は変化する。この現象を軌道の摂動という。

［森山　隆　2017年1月19日］

人工衛星の姿勢

慣性座標系における3次元での衛星の姿勢を把握することは、観測機器の観測対象への指向、通信アンテナの指向、軌道制御時の推進方向の保持などのために必要である。姿勢を検出するセンサーは地球、太陽、恒星などをみて人工衛星との相対的な位置関係（角度）を検出する。このうち恒星センサー（スタートラッカー）は、高精度の姿勢検出には不可欠なセンサーである。恒星センサーは衛星の3軸方向に1台ずつ搭載し、それぞれが同時に複数個の星を観測し、スターカタログのなかの星と対応づける同定処理を行う。スターセンサーで撮像された星の座標系は、衛星構体の座標系に変換される。スターカタログで慣性座標系における星の方位がわかるので、慣性座標系における衛星の姿勢を推定することができる。

　人工衛星の姿勢を安定させるには，ジャイロが必要である。高精度なジャイロには機械式のもの（回転するコマのようなもの）が使われてきたが、可動部の信頼性やその発生する微小振動が観測データに悪影響を及ぼしたりすることがあるため、光ファイバー・ジャイロやリング・レーザー・ジャイロなどの非機械式ジャイロが多く使われる。

　実際に人工衛星の姿勢を変える姿勢制御には次のような方式と特徴がある。

(1)スピン安定方式　おもな姿勢制御を1軸方向で衛星を回転させることで、ジャイロ効果（ジャイロ剛性）により軸安定を得る方式である。制御方式ではもっとも単純であり、気象衛星「ひまわり」は5号機までこの方式であった。

(2)3軸安定方式 直交する三つの軸に対して安定させる方式である。3軸安定方式でもバイアス・モーメンタム方式は、1軸方向のみ大きなモーメンタム・ホイールを内蔵して高速回転させることで、衛星全体を回転させることなく1軸でのジャイロ剛性を得る。この方式では残る2軸、または3軸すべては別の姿勢制御が必要になる。ゼロ・モーメンタム方式は3軸、または冗長性を得るために4軸方向のリアクション・ホイールを内蔵することで、姿勢制御を行う。気象衛星や地球観測衛星は3軸安定方式をとっている。

［森山　隆　2017年1月19日］

人工衛星の軌道と打上げ

人工衛星の軌道は厳密にはケプラーの軌道六要素で表される。一方、軌道の特徴から利用面を考察するには、軌道高度による分類（低軌道、高軌道など）、軌道傾斜角による分類（極軌道、傾斜軌道など）、形状（離心率）による分類（円軌道、楕円軌道など）、周期性による分類（回帰軌道、準回帰軌道など）で考えるのが便利である。軌道高度では、500キロメートルから1000キロメートル程度の地球周回軌道は科学観測や地球観測に使われる。3万6000キロメートルの軌道は静止軌道といわれ、地球自転と同じ速度で周回することから、気象衛星のようにつねに同じ範囲を繰り返し観測するのに適している。軌道傾斜角では、南北両極を通る太陽同期極軌道は、周回する衛星が同一地点を同一時刻（同じ太陽高度角）で観測できる。また、傾斜角を低くすることで、異なる時間帯での日周変化の計測ができる。離心率は軌道の形を決めるもので、通信などに使われるモルニア軌道は楕円軌道である。軌道の周期性については、繰り返し観測が必要な地球観測では、何日で回帰させるかに応じて軌道周期を決定する。

　人工衛星を打上げ射場から3段式ロケットで打ち上げ、所定の軌道に投入するまでの過程を、静止気象衛星を例にとって以下に解説する。3段式の打上げロケットは、まず第1段ロケットと、打上げ時の推力を増強する補助ブースターにほぼ同時に点火される。ロケットは垂直に上昇をはじめ、プログラムされた飛行経路に沿って飛行方向を徐々に変え、第1段は数分後に燃え尽きて分離される。第2段ロケットに点火後さらに加速され、高度200キロメートル程度まで上昇する。その後、衛星を格納しているロケットのカバー（ノーズフェアリング）を分離し、第2段ロケットに点火して遷移軌道（トランスファー軌道といわれ、近地点高度200キロメートル、遠地点高度約3万6000キロメートル）に投入され、衛星が分離される。打上げから衛星分離までに要する時間は、約25分である。その後、2週間ほどかけて静止軌道に移行する。

［森山　隆　2017年1月19日］

人工衛星の構成

人工衛星はミッション機器とバス機器から構成される。ミッション機器は科学観測や地球観測ではセンサー類を、通信衛星や放送衛星では通信中継器をさす。センサー類では紫外線、可視光、赤外線などを検知するもの、マイクロ波放射をアンテナで受信するもの、マイクロ波パルスを照射して反射波から情報を得るもの、X線やγ(ガンマ)線を検知する比例計数管などがある。通信中継器では、地上から発射された電波を受信し、周波数変換により大電力増幅してふたたび地上に送信するためのトランスポンダーなどがある。

　これに対してバス機器は、ミッションにかかわらずかならず人工衛星に必要な共通的な基本機器をさす。バス機器には構体系、電源系、熱制御系、推進系、姿勢・軌道制御系、テレメトリ・コマンド（TT&C）系などがある。バス機器はミッションによって必要とされる機能・性能が異なる。構体系はロケット打上げ時の厳しい荷重、振動、加速度に耐えて衛星形状を保持し、搭載機器への負荷を抑えるために、炭素繊維強化プラスチック（CFRP）のパネル支持型やトラス構造型が使われる。電源系は太陽光を太陽電池セルで受光して、光電変換により発電する。地球周回軌道を離脱して惑星探査を行う宇宙機は、つねに太陽が捕捉できないため、小型の原子力電池（プルトニウムやポロニウムなどのα(アルファ)崩壊を起こす核種が使われる）を搭載する。太陽電池パドルは多数の太陽電池セル（シリコンやガリウムヒ素）を板状の展開パネルに貼り付けたもので、大型では10キロワットもの発電能力を有するものもある。太陽電池パドルは宇宙放射線（重粒子やγ線）や厳しい温度サイクルにさらされるため（地球周回衛星ではマイナス80℃～80℃の温度サイクルに年間5000回程度）、厳しい環境試験に合格しなければならない。太陽電池で発電された電気はバッテリーに蓄電される。衛星搭載用のバッテリーは大容量で放電深度が大きく、かつ軽量であることが必要である。最初に実用化されたのはニッケルカドミウム電池で、その後ニッケル水素、リチウムイオンと進化して高エネルギー密度化、長寿命化が進められてきた。

　人工衛星がおかれる熱環境に対して、輻射(ふくしゃ)または伝導で熱を移動させて搭載機器を許容温度内に維持するのが熱制御系である。熱制御系には多層断熱材のように材料の特性で熱の出入りを調節するものと、ヒーター、サーマルルーバー、ヒートパイプのように能動的に作動して熱収支を調節するものがある。これらは通常、組み合わせて使われることが多い。

　推進系は人工衛星の姿勢制御や軌道変換などで重要な機器である。個体式（火薬）、液体式（ヒドラジン）、電気式（イオンエンジン）などがある。人工衛星のミッションによって、特定のターゲットに観測センサーを向ける際など、衛星本体の姿勢を推進系により精密に制御する。また、人工衛星の軌道を変更する際にも推進系を使用する。人工衛星は摂動（大気抵抗や太陽輻射圧など）の影響をつねに受けて姿勢が変動するため、推進系による制御が不可欠である。

　姿勢・軌道制御系は衛星3軸方向の向きを制御するもので、観測機器や通信用アンテナの指向、軌道制御時の推進方向の精密保持などに使われる。制御のための姿勢情報は、姿勢決定センサー（地球センサー、太陽センサー、恒星センサー、磁気センサーなど）を用いる。これらによって衛星の姿勢を推定し、次にどのように姿勢を変えるかを決定して、制御プログラムによって制御量を決定し、推進系を駆動させて姿勢を変える。

　TT&C系は地上局と衛星との間の通信をつかさどるもので、衛星搭載機器の状態に関する各種情報を伝送するテレメトリー機能、衛星や搭載機器を制御するコマンド機能、衛星までの距離を測定するトラッキング機能がある。

［森山　隆　2017年1月19日］

『茂原正道著『宇宙工学入門――衛星とロケットの誘導・制御』（1994・培風館）』▽『宇宙開発事業団監修、小林繁夫著『宇宙工学概論』（2001・丸善）』▽『茂原正道・鳥山芳夫編『衛星設計入門』（2002・培風館）』▽『宇宙航空研究開発機構監修、岩崎信夫・的川泰宣著『図説　宇宙工学』（2010・日経印刷）』▽『中西貴之著『宇宙と地球を視る人工衛星100』（2010・ソフトバンククリエイテイブ）』▽『宮崎康行著『人工衛星をつくる』（2011・オーム社）』

[参照項目] | 糸川英夫 | 宇宙速度 | ガガーリン | 火星探査機 | 気象衛星 | 軌道 | ケプラー | ケプラーの法則 | ゴダード | スプートニク | 摂動 | 地球観測衛星 | ツィオルコフスキー | 通信衛星 | ティコ・ブラーエ | フォン・ブラウン | 放送衛星

スプートニク1号

人工衛星「おおすみ」

静止気象衛星「ひまわり」（イメージ図）

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)

百科事典マイペディア

人工衛星【じんこうえいせい】

地球（広義には他の惑星を含める）の周囲の軌道を回る人工物体のうち具体的目的のあるものをさし，使用ずみのロケットやそれらの破片は浮遊物として区別する。公転軌道と周期などの関係は基本的にはケプラーの法則に従う。　打上げにはふつう２〜３段ロケットを用い，一定高度で水平方向に第一宇宙速度またはそれ以上の速度を与えることにより円または楕円軌道に乗せることができる（宇宙速度）。遠地点，近地点で表される軌道の高度と，赤道面に対する軌道面の傾斜角（軌道傾斜角）とを軌道要素と呼ぶ。通常の打上げ方式では，軌道傾斜角を発射地点の緯度より小さくすることはできない。軌道傾斜角が90°の軌道を極軌道といい，北極と南極の上空を通ることになる。また軌道傾斜角が０°で軌道高度が約３万6000kmの円軌道は静止軌道（静止衛星）と呼ばれる。なおスペースシャトルの実用化に伴い，軌道を周回しているスペースシャトルから人工衛星を打ち出す方式も行われている。　軌道はいくつかの原因でしだいに変化していく。最大の影響を与えるのは大気の抵抗で，衛星の運動はブレーキをかけられ，終局的には約100kmの高度まで軌道が下がって濃密な大気中で消滅，寿命を終えることになる。また，地球が赤道部のふくれた回転楕円体であるため，赤道に対して傾いている軌道面を赤道と一致させようとする力がはたらき，こまの歳差運動と同様に軌道面が地軸のまわりに回転するような現象が起きる。そのほか軌道面のなかで楕円の軸がゆっくり回るような運動も伴っている。　一定以上の速度で地球から水平に投射された物体が地球を周回するようになることは，すでにI.ニュートンも《プリンキピア》で明らかにしていたが，それがロケットの構想と結びつくのは19世紀後半で，そして実際の人工衛星の打上げは，1957年のソ連のスプートニク１号が世界最初であった。米国は1958年のエクスプローラー１号で初めて成功，その後フランス（A-1，1965年），日本（おおすみ，1970年），中国（東方紅，1970年），英国（プロスペロ，1971年）等が自力の打上げに成功した。人工衛星を大別すると，科学探査をする科学衛星と，通信衛星，気象衛星，航行衛星，測地衛星，軍事衛星その他に分けられる。人間を乗せた有人衛星は1961年のソ連のボストーク１号が最初である。
→関連項目アルゴス・システム｜軍事衛星｜航空宇宙工業｜人工天体｜測地衛星｜偵察衛星｜ディスカバラー衛星｜ロケット（工学）

出典　株式会社平凡社

ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典

人工衛星
じんこうえいせい
artificial satellite

地球を回る人工の天体。目的によって，科学衛星，実用衛星，軍事衛星などの区別がある。1957年10月4日，ソビエト連邦が史上最初の人工衛星『スプートニク』1号の打ち上げに成功，1958年1月にはアメリカ合衆国も『エクスプローラ』1号を軌道に乗せた。以来おびただしい数の衛星が地球のまわりを回るようになった。ソ連とアメリカに続いて，フランス，中国，ヨーロッパ宇宙機関 ESAなどが衛星の自力打ち上げを行なった。日本は 1970年に初めて『おおすみ』の打ち上げに成功，以降静止気象衛星『ひまわり』など多数の衛星を打ち上げた。

出典　ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典

旺文社世界史事典 三訂版

人工衛星
じんこうえいせい
artificial satellite

人工的にロケットで打ち上げられ，地球のまわりを公転しつづけるよう軌道にのせられた物体
1957年10月４日，ソ連が人類最初の人工衛星スプートニク１号を打ち上げ，続いてアメリカも，58年１月にエクスプローラー１号の発射に成功した。地球上層の大気の科学的研究や地球観測などの目的で始まり，気象衛星・通信衛星・軍事衛星・航海衛星などが生まれた。1961年４月には，人間ののったソ連の人工衛星ヴォストーク１号が地球を一周し，翌年２月にアメリカのフレンドシップ−セブンが地球を３周するなど，ここでも米ソの競争が起こった。その後，フランス（1965），日本（1970），中国（1970），イギリス（1971）も打ち上げに成功した。

出典　旺文社世界史事典 三訂版

世界大百科事典 第２版

じんこうえいせい【人工衛星 artificial satellite】

広義には惑星，主として地球のまわりを周回する人工の物体を指す。通常はそれらの中でも具体的な目的をもつものを指し，使用ずみロケットおよびそれらの破片などは浮遊物として区別する。
［歴史］
　人工衛星の原理的な構想は，19世紀後半にまでさかのぼり，ロシアのK.E.チオルコフスキーがロケットを使用して宇宙船を打ち上げるという構想を発表したことに始まる。その後20世紀に入ってからも，H.オーベルト，R.ゴダードらによる研究が行われたが，第2次世界大戦中に，W.vonブラウンがV2ロケットを開発するに至り，打上げ手段の点で急速に実現に近づいた。

出典　株式会社平凡社

山川 世界史小辞典 改訂新版

人工衛星(じんこうえいせい)

宇宙の天体の軌道を周回する人工物体。軍事，科学研究，商業などに利用される。初期には米ソが国家の威信をかけて開発競争をした。最初の人工衛星は，1957年にソ連が打ち上げたスプートニク1号で，有人人工衛星もソ連が61年に成功した。これに対してアメリカは61年よりアポロ計画を本格的に開始，69年にアポロ11号で人類最初の月着陸に成功した。今日では軍事衛星，通信衛星，気象衛星，各種観測衛星などさまざまな用途の衛星がある。

出典　山川出版社「山川 世界史小辞典 改訂新版」

世界大百科事典内の人工衛星の言及

【打上げ軌道】より

…人工衛星を目的の最終軌道(衛星軌道orbit)に投入するまでの軌道。人工衛星として半永久的に地球を周回するためには，衛星をある程度以上(通常200km以上)の高度に運搬し，さらにある速度以上(例えば高度200kmであれば約7.8km/s以上)に加速しなければならないが，この過程が打上げ軌道である。…

【宇宙開発】より

…　しかし，英語では宇宙開発の英訳であるspace developmentが使用されることはきわめて少なく，space exploitation(宇宙利用)というのがふつうである。　宇宙開発は，本来の意味からすると人間の宇宙空間および天体の利用であるが，これまでの経過をふりかえると，そのための技術の開発，すなわち人工衛星とロケットの開発と解釈される傾向があり，一般にはとくに両者を区別することなく，人間の宇宙への進出の活動全体を宇宙開発と解釈しているようである。宇宙飛行人工衛星ロケット
【宇宙への進出】
　宇宙開発が大きな課題として認識されるようになったのは，1957年に始まった国際地球観測年を契機としてであり，ここにおいて全世界的な事業として宇宙空間の観測を主とするこの分野の研究が取り上げられた。…

【宇宙環境】より

…宇宙環境という場合，そこに含まれる範囲は非常に広くかつ多岐にわたるが，ここでは宇宙開発に関連して，人工衛星や宇宙船が受ける環境に焦点を絞って説明する。
［人工衛星と宇宙環境］
　地球を周回する人工衛星では大気の密度が重要な要素である。…

【ケプラー運動】より

…他の惑星についても同様である。地球のまわりの人工衛星の運動の場合には，2天体(地球と人工衛星)間の距離は地球の大きさと同じくらいである。それでも，地球がほとんど球形であるために地球を質点とみなすことができる。…

【原子力衛星】より

…原子力を動力源とする人工衛星で，原子炉を搭載したいわゆる原子炉衛星と，放射性同位体(RI)を搭載したものとの2種類がある。原子炉衛星の場合，原子炉燃料の核分裂による熱は，液体金属を作動流体とする蒸気タービンサイクル，あるいは熱電直接変換機thermo‐electric converter(略称TEC)によって電力に変えられる。…

【人工天体】より

…人工的に打ち上げられた地球周回の衛星や他天体の孫衛星，惑星間探査機の総称。通例，地球周回の衛星は単に人工衛星といい，その他の惑星間探査機を人工天体，あるいは人工惑星artificial planetと呼ぶことが多い。地球表面においては約11.2km/s以上の速さ(第二宇宙速度)で打ち出すと，その軌道は地球周回軌道とはならず，地球を脱出する軌道となる。…

※「人工衛星」について言及している用語解説の一部を掲載しています。

出典｜株式会社平凡社