宇宙用「スーパーCT」の製作：世界クラスの宇宙天気「予報ステーション」の秘密を明かす

今日は、中国の宇宙科学分野における最初の主要な国家科学技術インフラであるメリディアンプロジェクトについて学びましょう。最近、16 の観測所と 58 の観測点からなるメリディアン プロジェクトの第 2 フェーズがほぼ完了しました。すでに完了した子午線プロジェクトの第1期と合わせて、全国をカバーする2本の垂直と2本の水平の「井戸」型の「ネットワーク」を形成しており、これは現在、世界最大の地上ベースの総合宇宙環境監視ネットワークとなっている。まさに「スカイネット」と言えるでしょう。その使命は、宇宙天気の変化のプロセスと法則を明らかにし、宇宙天気予報のレベルを向上させることです。その中でも電離層の検出は重要な内容の一つです。

ニュースリンク：「宇宙天気」とは何ですか？

では、地球上の「風、雨、雷」と比べて、「宇宙天気」とは何でしょうか?ここで簡単に紹介します。地上30キロメートルの成層圏より上の中層・上層大気では、太陽活動の影響を受け、宇宙環境は大きく変化します。太陽活動によって引き起こされるこの短期間の変化は「宇宙天気」と呼ばれます。

特に、地球から高度約60～1000キロメートルの高層大気を電離層と呼びます。私たちの日常の通信、放送、ナビゲーション、測位は、この領域と切り離すことはできません。電離層は「本来的に不安定」であり、多数の自由荷電粒子を含んでいます。突然障害が発生し、地上の無線通信に重大な影響を及ぼすこともあります。数百から数千キロメートル離れた宇宙空間にある小さな電子の「あらゆる動き」を捉えて監視することは、数百キロメートル離れたろうそくを肉眼で観察しようとするようなものです。それがいかに難しいかは想像できるでしょう。今年建設されたメリディアン・プロジェクトの画期的な設備の一つ、海南省の三亜非干渉散乱レーダーは、この重要な中核技術を習得している。これは世界で最も先進的な地上電離層検出装置でもあります。

私の国は世界で最も先進的な地上電離層探知装置を建設しました

CCTV記者の任美美：今、私たちはレーダーアレイ全体の底部に到達しました。そこでは、各アンテナユニットの下に接続されたコンポーネントを見ることができます。これらのコンポーネントはレーダーアレイの心臓部であり、信号の送受信が可能です。

専門家によると、8,320台が統一された指示のもと、同じ方向に空中に電磁波を放射すると、エネルギーが集中し、威力がさらに高まるという。

中国科学院地質地球物理研究所のエンジニア、張寧氏：8320個の部品が強力なエネルギーを電離層に放射し、弱いエコー信号を散乱させます。そして、低ノイズ増幅と波形のエンコードとデコードにより、微弱な散乱信号を分析し、電離層のパラメータを取得し、科学者が顕微鏡のように電離層内の電子とイオンの状態を拡大して観察できるようになります。

高度が高くなるほど、電離層内の電子は薄くなり、検出が難しくなります。現在、国際的な電離層検出高度は数百キロメートルです。世界最大かつ最強のフェーズドアレイ非干渉散乱レーダーである三亜非干渉散乱レーダーは、電離層の検出高度を数千キロメートルまで引き上げました。

それだけでなく、検出精度と感度は国際トップレベルに達しており、プラズマなどのより微細な粒子の変化を捉えることができます。三亜非干渉散乱レーダーは運用開始以来、初めて高い時間的・空間的分解能で電離層プラズマ空洞プロファイル構造を観測し、関連する物理研究を行うための強固な基盤を築いた。

中国科学院地質地球物理研究所研究員、楽新安氏：三亜中央局には送信機能と受信機能があります。海南島北西部の儋州と北東部の文昌に2つの受信局があり、「1送信3受信」の非干渉散乱レーダーシステムを形成している。これは、簡単に言えば、宇宙に面した「スーパー CT」と理解でき、同時に 3 つの CT 断面を取得するのと同等であり、宇宙環境全体の 3 次元状態をより適切に監視できます。三亜の非干渉散乱レーダーは我が国の地上宇宙環境探知技術における大きな進歩であり、我が国の大規模な地上電離層探知装置の欠陥を埋めるものである。

さらに、高出力レーダーとして、三亜非干渉散乱レーダーは他の電波天文学機器にとっても理想的な信号源です。現在、中国の天眼（FAST）および四川省稲成円形アレイ太陽撮像電波望遠鏡との共同観測を開始しており、いくつかの初期成果を達成しています。三亜の非干渉散乱レーダーにより、月や小天体の監視能力がさらに拡大するとみられる。

円形アレイ太陽電波撮像望遠鏡は9月27日に工程試験に合格した。この望遠鏡はメリディアン計画第2フェーズの画期的な機器の1つである（出典：ビデオスクリーンショット）

メリディアンプロジェクトの第2フェーズは当初完了し、共同試運転運用に入った。

中国中央テレビの任美美記者：北京懐柔区にある中国科学院国家宇宙科学センターでは、メリディアン計画第二期の象徴的な設備であるアレイ型大口径ライダーや惑星間シンチレーション監視望遠鏡なども見学しました。メリディアン計画第2フェーズでは、宇宙天気監視装置195セットの建設が完了したと承知しております。

中国科学院院士、メリディアンプロジェクト第2期総指揮者、王其氏：メリディアンプロジェクト第2期は現在、総合的なデバッグ、共同テスト、試運転の段階にあります。来年には国内受入れを完了し、正式に運用段階に入るよう努めてまいります。

メリディアンプロジェクトは、中国の宇宙科学分野における最初の主要な国家科学技術インフラです。プロジェクトの第1フェーズは2008年に建設が開始され、2012年に正式に運用が開始されました。東経120度、北緯30度に沿って、垂直ネットワーク1つと水平ネットワーク1つ、総合ステーション15か所、監視装置87セットが構築されました。我が国の120度子午線帯の地球近傍宇宙環境の特性、宇宙天気擾乱の伝播と進化などを理解する上で、一連の独創的な成果が達成されました。

プロジェクトの第2フェーズは2019年に建設が開始され、16の新しいステーション、58の観測点、195セットの監視機器が追加されました。プロジェクトの第1フェーズと連携して、東経100度、北緯40度に沿って、より広いカバレッジ、より高い検出高度、より強力な監視能力を備えた、全国をカバーする2つの垂直と2つの水平の「井戸」型の地上宇宙環境総合監視ネットワークが形成されます。

中国科学院院士、メリディアン プロジェクト フェーズ II の総指揮者、王其氏: メリディアン プロジェクト フェーズ II を経て、当社の「ハードコア」製品の一部は国際的に主導的な地位を占めています。例えば、稲城のリングアレイは世界最大の口径の太陽電波望遠鏡です。もう 1 つの例は、6 メートルの開口部と中層および上層大気の全天候検出機能を備えたヘリウム ライダーです。その探知能力は1,000キロメートルに達し、これは現在知られている国際装備の中でも最高レベルです。

フェーズIと合わせて、世界最大の地上宇宙環境監視ネットワークを形成することになる。

メリディアンプロジェクトの第2フェーズでは、「1つのチェーン、3つのネットワーク、4つの焦点」の設計アーキテクチャを採用し、我が国上空の太陽地球宇宙環境の全周、多要素、3次元検出を初めて実現しました。

「ワンチェーン」とは、太陽・惑星間・地球の全天候監視機能を形成する太陽・惑星間監視チェーンを指します。 「3つのネットワーク」には、地磁気監視ネットワーク、中層・上層大気監視ネットワーク、電離層監視ネットワークが含まれ、「パノラマ」監視を実施しています。 「4つの焦点」とは、地球の両極、北半球中緯度、海南省の低緯度、青海チベット高原という、特殊かつ強力な宇宙気象擾乱と球面結合を伴う4つの地域を「微視的に」検出することを指します。

中国科学院院士でメリディアン プロジェクト フェーズ II の総指揮者でもある王其氏は、次のように述べています。「メリディアン プロジェクト フェーズ II では、宇宙天気活動の源である太陽の監視が追加され、太陽から地球までの宇宙環境のエンドツーエンドの監視が実現しました。」これは太陽・地球空間全体のエンドツーエンドの観測を実現する世界初かつ唯一の宇宙環境監視システムです。

今後、メリディアン計画の第1フェーズと第2フェーズでは、最大44種類、約300台の機器が運用され、彩層、コロナ、太陽風、磁気圏、電離層、中層、上層大気から下層大気までを同時にカバーできるようになると見られています。

中国科学院院士でメリディアン・プロジェクト第2フェーズの総指揮者でもある王其氏は次のように語っています。「世界の技術の最先端をターゲットにすることで、太陽活動が地球の宇宙環境にどのような影響を与えるのかを解明することができます。」国家の主要なニーズを満たすという点では、宇宙天気予報の精度向上のためのデータサポートを提供し、航空宇宙、通信、航行などの一連の国家宇宙インフラとハイテク施設の安全な運用を確保することができます。