海洋衛星：青い祖国を守る

厳密に言えば海洋衛星も地球観測衛星の一種です。しかし、海洋と陸地は形状が異なり、衛星リモートセンシングには異なるセンサーが必要となります。

オーシャン1 海洋色彩衛星

衛星で撮影された海の画像を観察すると、ほとんどの場合、海は青みがかった青色の斑点がある単調な色をしていることがわかります。しかし、詳しく分析してみると、海域によって青色が異なり、青色の背後には異なる種類の情報が隠されていることがわかります。一般的に、海の色はプランクトンのクロロフィル、無機の浮遊物質、有機の黄色物質の 3 つの要素によって決まります。これら 3 つの要因によって、吸収特性や散乱特性など、海水の光学特性が決まります。海水は太陽光を反射します。これは行楽客にとっては美しい光景ですが、海洋研究者にとっては頭痛の種です。反射光の影響を最小限に抑えるために、水色の観察は海面の真上から行う必要があります。

伝統的に、海洋研究者は24色のマークがついたディスクを海に落とし、地元の海水に一致する色を記録していた。この方法は良さそうに思えますが、地球全体の海の色を測定するのは不可能な作業です。衛星を使用して水の色を測定するのが、現在のところ最も効率的な方法です。

中国が打ち上げた初の海洋衛星「海洋1号」は水彩画のような衛星だ。これらには、リレーモードで動作するために次々に宇宙に打ち上げられた 4 つの衛星 (A、B、C、D) が含まれます。主なペイロードは水彩リモートセンサーで、動作周波数帯域が狭く、主に可視光から近赤外線帯域に集中しています。空間解像度は数百メートル程度と非常に低いです。一般的なリモートセンシング衛星と同様に、オーシャン1号衛星は太陽同期軌道で運用されます。ただし、真上から海を観察できるように、選択される時間は正午頃です。海の色を検出することで、人々は海の生産性を理解することができます。簡単に言えば、それは海がどれだけの魚、エビ、海藻を生産できるか、そして人間が生態系のバランスを崩さずにどれだけ捕獲または養殖できるかということです。これは食べ物を愛する私たちにとって極めて重要なことです。

海洋1号衛星の3Dシミュレーション

海洋2ダイナミック環境衛星

海には青い波が広大に広がり、風も波もないときは平らに見えます。しかし、これは真実ではありません。風、温度、海中の地形などの要因により、海面は実際には常に変動しています。海水は常に動いています。数千キロメートル規模の海洋循環、数百キロメートル規模の渦、そして数万キロメートル、あるいはさらに小さな規模の海風、波、海流が存在します。これらはすべて海洋の力学的現象として分類されます。これらの海洋力学プロセスの法則を体系的に習得することは、海洋災害の予防と軽減、海洋資源開発、海洋科学研究、国防建設などの分野に役立ちます。海洋の動的環境現象を検出するには、海風、波、海面高度、海面温度を観測する必要があり、これは海洋を効果的に理解するための前提条件です。したがって、別のタイプの海洋衛星、つまり海洋動的環境衛星を開発する必要があります。

海洋動態環境衛星には、一般的にレーダー高度計、マイクロ波散乱計、マイクロ波放射計が搭載されており、高度の測定、波の観測、風の聴取、温度の測定などを行うことができます。中国は独自の海洋動態環境衛星を開発しただけでなく、フランスと協力して中仏海洋衛星も開発した。

中国の海洋動態環境衛星は海洋2号シリーズで、これまでに4機が打ち上げられている。初号機はすでに退役しており、現在はオーシャン2号B、C、Dの衛星がネットワーク化されて軌道上で運用されている。海洋2号は主に海面風場、温度場、海面高度、波動場、流れ場などを検出し、全球海洋風ベクトル場と表面風応力データ、全球海洋循環、海洋ジオイド、重力場、極地氷床データを取得するために使用されます。その中で、海洋重力場の測定は海底地形の検出に重要な役割を果たしており、現在の国立自然科学財団の主要プロジェクトの一つでもあります。海の下には、山、平野、谷などの複雑な地形もあります。水中地形の探知は重要な軍事的価値を持つだけでなく、将来の海洋資源開発にとっても重要な参考価値を持っています。

中仏海洋衛星（CFOSAT）は2018年に打ち上げられた。中国が開発したマイクロ波散乱計とフランスが開発した海洋分光計を使用している。地球規模での海洋表面波の大規模かつ高精度な同期観測を初めて実現しました。特に強調しておきたいのは、この衛星に搭載されているマイクロ波放射計は、現在、最高の空間分解能、最大の観測角度範囲、最高の風速場測定精度を備えた衛星搭載型マイクロ波散乱計であるということです。関連データはフランス気象庁の運用予報システムに入力されます。中国の海洋積載データが国際的な運用アプリケーションに導入されるのは今回が初めてだ。

軌道上にある中仏海洋衛星のデモンストレーション画像（写真提供：フランス国立宇宙研究センター）

オーシャン3監視衛星

もちろん、海洋研究でも高解像度の画像が必要です。このとき必要なのは必ずしも高解像度のカメラではなく、レーダーです。海面上には利点が一つあります。各海域の海水全体の信号反射特性は同じです。そこに船、ゴミ捨て場、あるいは海洋生物の群れなどの異物があれば、レーダーエコーにはっきりと映し出されます。さらに、船の航跡もレーダー画像上で非常にはっきりと映し出されます。これは船の動きを追跡するのに非常に役立ちます。水中潜水艦の動きさえも海面に波紋の跡を残すでしょう。

そこで、海洋監視・監視衛星という第3のタイプの海洋衛星が開発されました。主な搭載物は解像度を調整できる合成開口レーダーです。

中国の海洋監視・監視衛星シリーズは2つの開発段階に分かれている。

第一段階は、高分3号（GF-3）衛星を通じて技術基盤を突破し、多偏波・マルチモード合成開口レーダー（SAR）技術を習得することだった。衛星の最高解像度は1メートルに達し、この時点での観測幅はわずか10キロメートルだった。最低解像度は500メートルに達し、この時点での観測幅は650キロメートルに達した。このような特性は海洋観測に非常に適しています。通常、広い海域を大まかに監視することができます。特殊な状況下では、レーダー送信電力を集中させて狭い範囲を観測することができます。

第2段階では、2機のCバンド合成開口レーダー衛星を打ち上げ、3つ星ネットワークを形成する。 2022年4月に打ち上げられる3機目の衛星の最大解像度は1メートルとなる。 「海洋3号」シリーズの衛星は、高分3号の技術を継承し、複数の衛星を同一軌道に配置することで、島嶼、沿岸地域、海洋目標を24時間全天候で監視し、海洋波浪場、風場、高潮氾濫原、内部波、海氷、油流出などの情報を取得し、海洋目標監視、陸上資源監視などのさまざまなニーズを満たすことができます。

実際、可視光画像衛星やレーダー画像衛星など、他の種類のリモートセンシング衛星も海洋リモートセンシングにおいて一定の役割を果たすことができますが、それらは補助的な役割しか果たせません。 （著者：Chi Huo）