VIDEO COURTESY OF RAYTHEON

気象観測衛星を宇宙へ向かわせる準備は、非常に精密なものだ。まるで自分自身を打ち上げる準備をしているように感じることがある。

搭載されるセンサー類は、ごくわずかな汚染でも影響を受けるので、クリーンルームに置かれている。近くに行くには、適切な服装で身を固めなければならない。髪にかぶせるネット、顔を覆うマスク、不織布製のクリーンスーツ、使い捨てのブーツ、手術用手袋などだ。

ノートを持ち込むこともできない。許されるのは、破いても繊維が飛ばない専用の紙だけだ。ノック式のボールペンも、わずかなインクの粒が飛ぶので禁止されている。

この11月、徹底的にクリーンなスキャン装置「VIIRS」が、次世代型気象衛星に装備された唯一の装置として、カリフォルニア州のヴァンデンバーグ空軍基地から「デルタII」ロケットで軌道に打ち上げられた。VIIRSは、「Visible Infrared Imager Radiometer Suite」（可視赤外撮像放射計）の頭文字を取った名称だ。

洗濯機ほどの大きさの装置で、地球の表面から跳ね返った光などの波を補足するように設計されている。収集されたそれらの反射波は、海や陸地、植物あるいは氷で覆われた場所、火山から立ち上る煙、世界の気温など、地球に関するデータに変換される。これによって正確な気象予報、山火事や漁船団の追跡、気候の監視などが可能になる。

5機の次世代スキャナーが地球を周回へ

もし『スタートレック』のエンタープライズ号のような宇宙船が、スタートレック世界でMクラスの惑星とされる地球の上空で、生命体がいるかどうかの調査を行うとしよう。そんな場合に使われるのは、おそらくこのようにカメラと望遠鏡を合体させた高性能装置だろう。だが残念ながら、VIIRSを使うのはエンタープライズ号ではなく、米航空宇宙局（NASA）と米海洋大気庁（NOAA）である。

この1週間前に、別のVIIRSの発射前試験がロサンゼルスの宇宙・防衛企業であるレイセオンの本社で行われる様子を見学した。これは、11月18日に打ち上げられたNASAとNOAAの「共同極軌道衛星1号機」（JPSS-1）に搭載されたものと同一の装置で、レイセオンが製造した3基目のVIIRSだ（1基目は11年に、「Suomi（スオミ）NPP」［日本語版記事］に搭載されて打ち上げられ、現在は軌道上にある）。

最終的には、5基のVIIRS（4基はJPSSの各号機に、1基はスオミNPPに搭載）が、極軌道、つまり垂直方向の軌道で地球を周回し、地球の表面を上空からスキャン。そのデータを地上の科学者たちに送信することになる。

VIIRSは、JPSS-1に搭載される唯一の装置かもしれないが、その機能は極めて強力だ。たとえば、スオミNPPに搭載されたVIIRSは、道路や街路を認識するのに十分な約750mの解像度がある。17年9月、ハリケーン「マリア」によってプエルトリコのほぼ全土が停電し、現地の人々が助けを求める連絡手段がなくなったときでも、VIIRSは現状を正確にとらえることができた。

また、葉緑素を含む植物の葉が反射する光で緑のスペクトルを調べることにより、干ばつの多い地域の「正規化差植生指数（NDVI）」を作成することもできる。レイセオンの宇宙システム担当副社長を務めるロバート・カービームは、「どの地域で乾燥が進んでいて、どの地域で何らかの灌漑対策が必要かなどを予測する場合に、重要な資料になります」と述べる。また、軍関係者はVIIRSのデータを利用して、ソナーの能力に影響を与える海上での視界や温度を知ることができる。

3,000kmの帯状のパノラマ画像を生成

軌道上のVIIRSが増えれば、これらの貴重なデータがさらに増えることになる。3基目のVIIRSが製造されているクリーンルームでは、幅約4.5mの真っ黒なステンレススチール製の真空チャンバーから、ポニーテールのように束になったケーブルを技術者たちが注意深く外しながら、VIIRSを引き出していた。この真空チャンバーでは、端にある扉を密閉するとポンプが起動し、極低温まで冷やされた真空に近い環境でVIIRSを検査できる。

「実際に宇宙に行ったらこのように感じるのだろうなと思います」と、レイセオンでシステムエンジニアリングの責任者を務めるブライアン・フェラーズは述べる。搭載した何かが宇宙空間で故障するくらいなら、いまここでそうなるほうがいい。そしてこれは、5カ月間にわたる検証試験の1段階に過ぎない。

VIIRSのレンズ類は、水平の細長い扉の奥に隠されている。宇宙で扉が開くと、入ってきた光子が第1、第2、第3の反射鏡で順番に反射され、その後分割されて複数のセンサーに向かう。赤外線センサー、可視光線センサー、そして夜間のスキャンに使用するさらに感度の高いセンサーだ。

これらの反射鏡の構造全体が、コーヒー豆の缶2個分ぐらいの大きさのケースに収められた状態で回転する。その速さは、1回転あたりわずか1.78秒だ。これによって、レンズは上空から地球の様子を水平方向に隅々まで捉え、幅約3,000kmの帯状のパノラマ画像を1列ずつスキャンして、全世界の写真をつくり上げる。

データはさまざまな用途で使われるため、JPSS衛星はデータを未加工のまま地上に送り返すように設計されている。レイセオンでJPSS計画を指揮するマーク・サージェントは、「科学界では現在、データを毎週取得して、そこからより多くの情報を得る方法を模索しているところです」と述べる。

さらに高精度なデータの利用が可能になる

JPSSは極軌道を回る衛星であるため、45分ごとに地球上の2点（北極点と南極点）の上空を通過する。このためレイセオンは、近くにある地上局（ノルウェー、アラスカ、南極）の機能を強化し、衛星からの受信が可能な11分間に5GBのデータを受信できる白いドーム型のレーダー基地を追加する予定だ。スオミNPPからは1日で合計126GBのデータが送られてくる。まもなくJPSS-1からの通信が可能になると、データは倍増する。

JPSSシリーズの衛星がさらに打ち上げられれば、衛星が北極点と南極点の上空をより頻繁に通過するようになり、衛星から地上の気象予報士たちに送られてくるデータがさらにリアルタイムに近くなる。「今年のハリケーンシーズンは、このシステムにとって本当の負荷試験でした」と、レイセオンのサージェントは述べる。

幸い、すべてが設計した通りに機能したとのことで、スオミNPPは大西洋を横断して進んでくる嵐の監視を続けた。これにより、気象予報士たちは嵐の進路をより正確に警告することができた。

NASAとNOAAが同様の次世代型気象衛星と超高感度装置を打ち上げるごとに、送り返されるデータの範囲や用途が広がる。数カ月にわたる「ボールペンの使えないクリーンルーム」での試験が、すべて報われることになるだろう。