GPS Space Segment (日本語)

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GPS Space Segment

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GMV

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宇宙セグメントの主な機能は、電波航法信号を送信することと、制御セグメントから送られてきた航法メッセージを保存して再送信することです。 これらの送信は、衛星に搭載された非常に安定した原子時計によって制御されています。

GPSスペースセグメントは、ユーザーが地表のどの地点からでも、常に少なくとも4つの衛星を同時に見ることができるように、十分な数の衛星で構成されています。 米国は、少なくとも24機のGPS衛星を95％の確率で運用することを約束している。 この約束を確実なものにするために、空軍はここ数年、約30機のGPS衛星を運用しています。

GPS衛星コンステレーション

GPS公称コンステレーションの衛星は、赤道に対して55度の傾きを持つ6つの等間隔の軌道面に配置されています。 各軌道面には、ベースライン衛星が入る4つの「スロット」があります。 この24スロットの配置により、ユーザーは地球上のほぼすべての場所から少なくとも4機の衛星を見ることができます。

空軍は通常、ベースライン衛星が整備されたり廃棄されたりするたびに、カバー範囲を維持するために24機以上のGPS衛星を飛ばしています。

2011年6月、空軍は「Expandable 24」構成として知られるGPSコンステレーションの拡張に成功しました。 2011年6月、空軍は「Expandable 24」構成と呼ばれるGPSコンステレーションの拡張に成功しました。24個のスロットのうち3個が拡張され、6個の衛星が再配置されました。

軌道はほぼ円形で、離心率は0.02以下、半長軸は26,560km、高度は20,200kmとなっています。 この高さの軌道をMEO（Medium Earth Orbit）と呼ぶ。 衛星の速度は秒速3.9km、公称周期は12時間（11時間58分2秒）で、恒星時ごとに形状を繰り返している。

GPS衛星の説明

GPS衛星のデザインは、時代とともに進化してきました。 似たような特徴を持つ衛星の各世代は、ブロックと呼ばれています。 以下に、それぞれのGPSブロックについて簡単に説明します。

Block I

• Block I、ナビゲーション開発衛星。 1978年から1985年にかけて、この種の衛星が11機打ち上げられました。 S/A(Selective Availability)は実施されなかった。 重量は約845Kgで、計画された平均寿命は4.5年であったが、中には10年の寿命を持つものもあった。

Block II

• Block IIおよびIIA、運用衛星。 1989年から1997年までに打ち上げられた計28機の衛星で、すでにすべて退役している（最後の1機は2019年）。 重量は約1,500kgで、計画された平均寿命は7.5年でしたが、平均寿命は約26年と設計寿命の3倍以上に達しました。 1990年からは、相互通信が可能なブロックIIA（アドバンスド）と呼ばれる改良型が使用されている。 1990年からは、相互通信機能を備えた「ブロックIIA（アドバンスド）」と呼ばれる改良型が使用されている。 しかし、通常の運用モードでは毎日通信を行っていた。
• Block IIR, Replacement Operational Satellites1997年から2004年まで、Block IIのスペアとして使用された衛星。 ブロックIIRは20機の衛星で構成されていますが、さらに6機増やすことも可能です。 重量は約2,000Kgで、ルビジウム時計を搭載し、平均寿命は10年を予定していますが、すでに18年に達しています。 これらの衛星の主な新機能はAUTONAV機能の実装で、衛星が自律的に自分の軌道を決定し、自分のナビゲーションメッセージを計算することができるようになりました。 また、衛星間の距離を測定し、そのデータを他の衛星や管制セグメントに送信することができます。 ブロックIIRの衛星は、エフェメリスの精度を低下させることなく、コントロールセグメントからのサポートなしに約半年間の運用が可能でなければなりません。 これら8機の衛星は、新しい軍事用Mコード信号と、より堅牢な民間用信号L2Cを含む、IIRファミリーの近代化バージョンです。 2005年9月から2009年8月まで打ち上げられた。
• Block IIF, Follow-on Operational Satellites: このブロックは、新技術の適用とシステムの新たな改良に基づいてブロックIIAを構成しており、生命の安全を目的とした第3の民間周波数L5の送信や、先進的な原子時計（放射線硬化型ルビジウム原子時計2基、高安定なタイミングを持つセシウム原子時計1基）による精度の向上などが含まれています。 2010年5月28日に最初の衛星（SVN62）が打ち上げられました。 理論上の平均寿命は約12年ですが、現在までに設計寿命に達した衛星はありません。

	Block II/IIA	Block IIR	Blork IIR-?M	Block IIF
主契約者	ロックウェル・インターナショナル（ボーイング・ノース・アメリカン）	ロッキード・マーチン	ロッキード・マーチン	ボーイング・ノース・アメリカン
太陽光発電所	800ワット	800ワット	2450ワット
重さ	1．816kg	2,217kg	1,705kg
高さ	3.4メートル	1.7メートル	2.4メートル
幅	5.3メートル	11.4メートル	35.5メートル
設計寿命	7.5年	10年	12年

Block III

• Block III。 ブロックIIIは、ブロックIIをさらに進化させたもので、衛星の進化だけでなく、制御セグメントの変更も含まれています。 新世代のGPS衛星は、相互運用性と耐妨害性を向上させ、設計寿命を15年とすることで、ナビゲーション機能を大幅に強化しています。 新世代のGPS衛星は、他のGPS信号と相互運用可能なL1バンド（L1C）の4番目の民間信号を提供し、Mコードの軍事信号を使用する完全な能力をもたらします。 また、サブシステムの精度向上と異常事態の解決に向けた性能向上も計画されている。 複数の原子周波数標準（ルビジウムクロック）、放射線硬化設計、高安定なタイミング、自動化されたインテグリティモニタリングを搭載しています。 最初の打ち上げは2018年12月で、10ユニットで構成されています。
• Block IIIF, Follow-on Operational Satellites: GPS IIIFは、GPS IIIプログラムで提供されている最初の10基のSVを超えて、GPS III衛星を提供します。 GPS IIIFのSV(11-32)は、軍民双方のユーザーからの要求の増加に対応するため、新しい機能を導入します。 GPS IIIF SVは、GPS IIIの技術ベースラインを維持しつつ、再設計されたNDSにより、測位、ナビゲーション、タイミング、核爆発検知システム（NDS）の各ミッションエリアを満たすために必要な全体のサイズ、重量、電力を削減します。 また、全世界の捜索・救助活動を支援するために設計された捜索・救助用GPSペイロードを搭載することで、新たな機能を実現しています。 レーザー・レトロリフレクター・アレイを搭載することで、精密な測距を可能にします。 また、ユニファイドSバンド機能に対応することで、テレメトリ、トラッキング、コマンド周波数の統合を実現します。 最後に、このプログラムでは、地域軍事保護機能により、軍用のアンチジャム機能の向上を目指します。

最後に、異なるGPS衛星ブロックの主な特徴を以下の表にまとめました。

現在のGPS衛星のコンステレーション

より最新のGPSコンステレーションの情報は、NAVCEN GPS constellation statusに掲載されています。