通信衛星の歴史

Global Village Possible

by David J. Whalen

500年後、人類が宇宙旅行の幕開けを振り返ったとき、1969年のアポロの月面着陸だけが記憶に残っているかもしれない。 しかし同時に、リンドン・B・ジョンソン自身も宇宙開発の熱心な推進者であり、偵察衛星だけでも宇宙開発に費やすすべてのペニーを正当化できると考えていたのです。 また、私たちが毎日テレビで見ている静止気象衛星の画像によって、天気予報は大きく変わりました。 これらはすべて宇宙時代の重要な側面ですが、衛星通信は、おそらく一般人に対して他のどれよりも大きな影響を及ぼしています。 衛星通信はまた、唯一の真に商業的な宇宙技術であり、製品やサービスの販売で毎年何十億ドルも生 み出しているのです。

10億ドルの技術

1945年秋、英国空軍の電子将校で英国惑星間協会のメンバーであったアーサー・C・クラークは、世界の陸地の上空を24時間周回する有人衛星を使用してテレビ番組を配信することを説明した短い記事をワイヤレスワールドに書き記しました。 この記事は、クラークが1951/52年に出版した「The Exploration of Space」で繰り返し紹介しているにもかかわらず、ほとんど影響を与えなかったようである。 衛星通信の様々な技術的選択肢を慎重に評価し、財政的な見通しを評価した最初の人物は、AT&Tのベル電話研究所のジョン・R・ピアースで、1954年の講演と1955年の論文で、宇宙での通信「ミラー」、中軌道「中継器」、24時間軌道「中継器」の有用性について詳しく述べている。 彼は、1,000の同時通話が可能な衛星の通信容量と、3,000～5,000万ドルのコストで36の同時通話が可能な最初の大西洋横断電話ケーブル（TAT-1）の通信容量を比較して、ピアスは衛星が10億ドルの価値があるのかどうか疑問に思っていたのである。

1957年のスプートニク1号の打ち上げ後、多くの人が衛星通信に関連する利益、利益、名声について検討した。 議会が「重複」を懸念したため、NASAは「ミラー」または「パッシブ」通信衛星（ECHO）の実験に限定し、国防総省は衛星での受信信号を増幅し、より高品質の通信を提供する「リピータ」または「アクティブ」衛星の責任を負った。 1960年、AT&Tは連邦通信委員会（FCC）に実験用通信衛星の打ち上げ許可を申請し、短期間で運用システムを実現することを目指した。 しかし、AT&Tの提案に関連する多くの決定事項を実行に移すための政策がなかったため、アメリカ政府は驚きをもって受け止めた。 1961年の半ばまでに、NASAはRCA社に中軌道（高度4,000マイル）の能動通信衛星（RELAY）を、AT&Tは独自の中軌道衛星（TELSTAR）を、NASAは費用償還方式で打ち上げ、Hughes Aircraft Companyに単独で24時間（高度2万マイル）衛星（Syncom）を発注している。 軍用プログラムであるADVENTは、宇宙船の複雑さ、ロケットの入手の遅れ、コスト超過のため、1年後にキャンセルされた。

1964年までに、2機のTELSTAR、2機のRELAY、そして2機のSYNCOMが宇宙での運用に成功した。 1962年に制定された通信衛星法によって設立された通信衛星株式会社（COMSAT）が、最初の衛星を契約している最中であったため、このタイミングは幸運であった。 COMSATの当初の資本金は2億ドルで、数十機の中軌道衛星のシステムを構築するのに十分な額と考えられていた。 しかし、コスト面も含め、AT&TとRCAが共同で提案したTELSTARとRELAYの良いところを取り入れた中軌道衛星は、最終的にCOMSATは拒否することにした。 最初の2システムはヒューズ・エアクラフト社の24時間軌道衛星（静止衛星）、3システム目はTRW社の静止衛星を選択した。 1965年4月6日、COMSATの最初の衛星「EARLY BIRD」がケープカナベラルから打ち上げられた。 世界規模の衛星通信が始まったのである。

地球村。

すでにTELSTAR、RELAY、SYNCOMの実験で「地球村」の一端を垣間見ることができた。 1964年の東京オリンピックの一部を放映したこともある。 COMSATや当初のロケット、衛星はアメリカ製だったが、当初から他の国も参加していた。 AT&Tは当初、ヨーロッパの電話ケーブルのパートナーと交渉し、TELSTAR実験のための地球局を建設していた。 NASAは、この交渉をRELAYやSYNCOMの実験にも拡大した。 EARLY BIRDが打ち上げられる頃には、すでにイギリス、フランス、ドイツ、イタリア、ブラジル、日本に通信地球局が存在していた。 1963年から1964年にかけての交渉の結果、衛星の所有権とグローバル・システムの管理責任を持つ新しい国際組織が誕生した。 1964年8月20日、国際電気通信衛星機構（INTELSAT）が設立され、協定に調印した。

1965年末までに、EARLY BIRDは150の電話「半回線」と80時間のテレビサービスを提供しました。 INTELSAT IIシリーズは、EARLY BIRDの性能を若干向上させ、より長寿命化させたものである。 COMSAT/INTELSATシステムの初期の用途の多くは、NASA通信ネットワーク（NASCOM）用の回線供給であった。 INTELSAT IIIシリーズは、世界的なネットワークを完成させるために、インド洋をカバーする最初の衛星であった。 1969年7月20日、5億人の人々がアポロ11号の月面着陸を見守る数日前に、このカバレッジは完成したのである。

1965年に数百の電話回線と少数のメンバーから始まったINTELSATは、現在では国連より多くのメンバーと数十万の電話回線を提供できるシステムに成長しました。 通信事業者の1回線あたりのコストは10万ドル近くから数千ドルへ。 消費者の負担は1分あたり10ドル以上から1ドル未満になった。 インフレの影響も含めれば、これはとてつもない減少です インテルサットは、先進国だけでなく、地球全体にサービスを提供しているのです。

Hello Guam: 国内通信

1965年、ABCはテレビ電波を配信するための国内衛星システムを提案しました。 この提案は一時忘れ去られましたが、1972年にテレサット・カナダが広大なカナダ大陸を対象とした初の国産通信衛星ANIKを打ち上げました。 RCAは早速、自社衛星が打ち上げられるまでの間、カナダの衛星の回線を借用した。 米国初の国産通信衛星は、1974年4月13日に打ち上げられたウエスタンユニオンの「WESTAR I」である。 翌年12月にはRCA社がRCA SATCOM F-1を打ち上げ、1976年初めにはAT&T社とCOMSAT社がCOMSTARシリーズの1号機を打ち上げた。 これらの衛星は音声とデータに使用されたが、すぐにテレビが主要なユーザーとなった。 1976年末には、全米で120のトランスポンダが利用できるようになり、それぞれが1500の電話チャンネルまたは1つのテレビチャンネルを提供することができるようになった。 また、「映画チャンネル」や「スーパーステーション」は、ほとんどのアメリカ人が視聴できるようになった。 ケーブルテレビの劇的な成長は、安価な映像配信の方法なしにはあり得なかっただろう。

その後、20年の間にいくつかの変化があった。 AT&T はまだ衛星オペレータであるが、もはや COMSAT との提携はない。GTE はもともと 1960 年代初頭にヒューズと組んでグローバルシステムを構築、運用していたが、現在は国内の主要衛星オペレータである。 国内の衛星通信は依然としてテレビが主流ですが、超小型開口部端末（VSAT）の出現でデータは驚異的な成長を遂げました。 テレビ受信専用機（TVRO）であれ、VSATであれ、小型のアンテナは全国で当たり前のように見かけます。

新技術

最初の主要な静止衛星プロジェクトは、国防総省のADVENT通信衛星でした。 これは自転ではなく3軸安定化されていた。 アンテナを持ち、その電波エネルギーを地球に向けました。 かなり精巧にできていて、しかも重い。 500〜1000ポンドで、ATLAS- CENTAURロケットでしか打ち上げられない。 ADVENTは1968年までCENTAURステージの信頼性が十分でなかったことと、衛星に問題があったことが主な原因で、飛行することはなかった。 1962年にこの計画が中止されたとき、それは静止衛星、3軸安定化、ATLAS-CENTAUR、そして複合通信衛星全般の命運を分けるものと見なされた。 1963年に静止衛星が現実のものとなり、1965年には唯一の選択肢となった。 その他のADVENTの特徴も、この後数年で一般的なものになった。

1960年代初頭には、大陸間弾道ミサイル（ICBM）や中距離弾道ミサイル（IRBM）を改造したものが発射機として使用された。 これらには共通の問題があった。それは、物体を軌道に乗せるためではなく、地表に送り出すために設計されていたことである。 上段は、軌道を円形にするために遠地点でΔVee（速度変化）を与えるような設計にしなければならない。 初期の通信衛星を軌道に乗せたデルタロケットは、このデルタ・ヴィーを実現するためにヴァンガード上段を採用したIRBM「THOR」であった。 DELTAは比較的小型であることが認識され、ATLAS ICBM用の高エネルギー上段であるCENTAURを開発するプロジェクトが開始された。 ATLAS-CENTAURは1968年に信頼性が向上し、第4世代のINTELSAT衛星はこのロケットを使用した。 第5世代では、ATLAS-CENTAURと新しいロケットであるヨーロッパのARIANEが使用された。 その後、ロシアの「プロトン」、中国の「ロングマーチ」などが参入してきた。 いずれも「EARLY BIRD」の30倍近い重量の人工衛星を打ち上げることができる。

1970年代中頃には、3軸安定化を使っていくつかの衛星が作られました。 スピナーよりも複雑でしたが、アンテナを取り付けるためのデスパン面が増え、非常に大きな太陽電池アレイを展開することが可能になりました。 質量や出力が大きくなればなるほど、3軸スタビライザーの利点は大きくなるようです。 1990年代初頭、人工衛星の回転で有名なヒューズ社がこの方式に切り替えたことが、この方式の成功の最も確かな証拠であろう。 シンコムのメーカーの最新製品は、1950年代後半の評判の悪かったアドベントの設計にかなり似ています。

通信衛星の技術の多くは1960年に存在したが、時代とともに改良されていくことになる。 衛星の基本的な通信部品は進行波管（TWT）であった。 これはルドフ・コンプフナーが英国で発明したものであるが、ベル研究所でコンプフナーとJ・R・ピアースによって完成されたものであった。 初期の3つの衛星はすべて、ベル研究所の卒業生が作ったTWTを使用していた。 この初期の真空管は、出力が1ワットという低さであった。 現在では、より高出力（50～300ワット）のTWTが標準的な衛星サービスや直接放送の用途に利用されている。 さらに重要な改良点は、高利得アンテナの使用である。 1ワットの送信機からのエネルギーを地表に集中させることは、100ワットの送信機を全方向に放射させることに相当します。 このエネルギーをアメリカ東部に集中させると、1000ワットの送信機が全方位に放射しているようなものだ。 このように実際の出力と実効出力が大きくなったことで、地球局はもはや1000万ドル（1960ドル）もする極低温冷却メーザーアンプを備えた100フィートディッシュの反射鏡ではなくなりました。 通常の衛星サービス用のアンテナは、通常3万ドル（1990ドル）の15フィート・ディッシュ・リフレクターである。 直接放送用アンテナは直径1フィートで数百ドルである。

モバイルサービス

1976年2月にCOMSATは新しい種類の衛星、MARISATを打ち上げ、米国海軍と他の海上顧客へモバイルサービスを提供した。 1980年代初頭には、ヨーロッパが同じサービスを提供するためにMARECSシリーズを立ち上げました。 1979年、国連の国際海事機関がスポンサーとなり、インテルサットと同様の方法で国際海事衛星機関（INMARSAT）が設立された。 当初はMARISATとMARECSの衛星中継器を借りていたが、1990年10月に初の自社衛星「INMARSAT II F-1」を打ち上げる。 第3世代となるインマルサットIIIはすでに打ち上げられている。

1970年代中頃に航空衛星が提案されました。 ジェネラル・エレクトリック社に衛星の製作を発注したが、キャンセルされ、現在はインマルサットがこのサービスを提供している。 インマルサットは当初、海上の船舶に電話サービスや交通監視サービスを提供する方法として考案されましたが、それ以上のものを提供しています。 ブリーフケースを持ったジャーナリストは以前からいたが、湾岸戦争でこの技術が一般に知られるようになった。

米国とカナダは、以前から北米移動体衛星について話し合っていました。 来年には、AMSC（米国）とTMI（カナダ）が協力する最初のMSAT衛星が打ち上げられ、北米全域に衛星を使った携帯電話サービスが提供される予定です。

競争

EARLYBIRDが打ち上げられた1965年、衛星は海底電話ケーブルのほぼ10倍の容量をほぼ10分の1の価格で提供しました。 この価格差は1980年代後半のTAT-8の敷設まで維持されました。 TAT-8は大西洋を横断した最初の光ファイバーケーブルである。 ポイント・ツー・ポイントの通信では、現在も衛星はケーブルと競合しているが、将来的には光ファイバーケーブルに軍配が上がるかもしれない。 衛星はケーブルに対して、より信頼性が高く、ポイント・トゥ・マルチポイント（放送）で使用できるという2つの利点をまだ持っているのです。

携帯電話システムは、他のすべてのタイプの電話に対する挑戦として台頭してきた。 発展途上国でも非常に安価にセルラーシステムを設置することができる。 長距離通話には他の技術が必要ですが、これは衛星か光ファイバーケーブルのどちらかです。

LEOシステム

携帯電話によって、新しい技術的な「システム」である個人通信システム（PCS）がもたらされました。 PCSが完成すると、個人は電話を持ち歩くようになる。 この電話機は音声でもデータでも使え、どこでも使える。 いくつかの企業は、低軌道（LEO）の衛星を使ったこのシステムの提供を約束しています。 この軌道は、1960年代前半のTELSTAR/RELAY軌道よりもかなり低い軌道である。 この低軌道衛星は、バンアレン放射線帯の下層を通る楕円形の軌道をとっていた。 新しいシステムは、バンアレン帯の下、約500マイルの軌道になります。

これらのLEOシステムのうち最も野心的なのは、モトローラがスポンサーになっているイリジウムです。 イリジウムは66機の衛星を高度約400マイルの極軌道に打ち上げる計画です。 赤道を中心に30度ずつ離れた6つの軌道面に、それぞれ11基の衛星を搭載する予定である。 イリジウムはもともと77基の衛星を搭載する計画で、それが名前の由来となっている。 66番元素はジスプロシウムと呼ばれ、あまり良い名前ではない。 イリジウムは、1998年には携帯電話への通信サービスを提供する予定です。 イリジウム・システムの総費用は30億ドルをはるかに超えています。

イリジウムやグローバルスターのような「ビッグレオ」に加え、いくつかの「リトルレオ」があります。 これらの会社は、より限定されたサービス、典型的にはデータと無線決定を提供することを計画しています。 これらの典型は、ORBCOM で、すでに実験衛星を打ち上げ、ごく近い将来、限定的なサービスを提供することを期待しています。

展望と回顧

Arthur C. Clarkeの1945年の構想は、地球の主要な陸塊の上に位置する3つの「有人」衛星のシステムで、直接ブロードケース・テレビを提供するというものであった。 衛星通信の本質的な “ブロードキャスト “という性質が、直接放送を繰り返しテーマにしてきたが、実現されることはなかった。 問題は、技術的なことではなく、政治的、社会的、芸術的なことである。 人々が喜んでお金を払うものは何か？ これが問題なのだ。特に、120チャンネルのケーブル・システムが利用できるようになった今、それが問題なのだ。 ヒューズ氏は、この分野に参入しようとしているようだ。 そうなって初めて、クラークの予言的なビジョンが実現されるのだ。

現在、米国に固定衛星サービスを提供しているのは6社である。 GE Americom、Alascom、AT&T、COMSAT、GTE、そしてHughes Communicationsである。 これらの会社は36基の衛星を運用しており、純資産は40億ドル以上である。 これらの衛星と通信する地上局は無数にあり、同じような純資産を持つ場合もある。 INTELSATは、1986年以来、国際市場ではPan American Satelliteと競争関係にある。 1994年にはOrion Satelliteが国際サービスを開始する予定である。 1972 年にカナダが国内衛星サービスを開始して以来、米国（1974 年）、インドネシア（1976 年）、日本（1978 年）、インド（1982 年）、オーストラリア（1985 年）、ブラジル（1985 年）、メキシコ（1985 年）、その他多数が参入している。 毎年10〜20基の通信衛星が打ち上げられ、1基あたり約7500万ドル（約75億円）の価値がある。 衛星を軌道に乗せるロケットも同じような値段である。 衛星もロケットも数十億ドル規模のビジネスである。 地球局のビジネスも同様に大きい。 そして、通信サービスそのものが数十億ドル規模のビジネスとなる。 ジョン・R・ピアスの言うとおり–10億ドルの価値があるだろう。

厳選通信衛星年表

• 1945 Arthur C. Clarkeの記事。 “Extra-Terrestrial Relays”
• 1955 John R. Pierce Article: “Orbital Radio Relays”
• 1956 初の大西洋横断電話ケーブル。 TAT-1
• 1957 スプートニク。 ロシアが初の地球衛星を打ち上げる。
• 1960 DELTAロケット1号機打ち上げ成功
• 1960 AT&TがFCCに衛星通信実験ライセンスを申請
• 1961 TELSTAR, RELAY, SYNCOMプログラム正式スタート
• 1962 TELSTAR, RELAY打ち上げ
• 1962 通信衛星法（U.S.3550>
• 1963 SYNCOM打ち上げ
• 1964 INTELSAT結成
• 1965 COMSATのEARLY BIRD：初の商業通信衛星
• 1969 INTELSAT-Ⅲシリーズで全世界をカバー
• 1972 ANIK：初の国内通信衛星 （カナダ）
• 1974 WESTAR：初の米国内衛星 （カナダ）。3550>
• 1975 INTELSAT-IVA：初の二重偏波使用
• 1975 RCA SATCOM：初の運用型ボディスタビライゼーション通信衛星
• 1976 MARISAT: 1976年 PALAPA：インドネシアで3番目に国産通信衛星を打ち上げ
• 1979 INMARSATが発足。
• 1988 TAT-8：初の光ファイバー大西洋横断電話ケーブル