↑↑↑北斗最終星が無事打ち上げられました！「北斗星座」は上海の知恵で輝いています

6月23日午前、最後の北斗3号グローバルネットワーク衛星の打ち上げが成功した。

2009年の打ち上げから本日30基目の衛星打ち上げに至るまで、北斗3号システムの完成は、我が国が1980年代から模索してきた、国情に適した衛星航法システムの開発に向けた「三段階」開発戦略の成功裡の完了を意味する。

北斗衛星は、中軌道に24基、静止軌道に3基、傾斜静止軌道に3基が配備されている。空に輝くほぼすべての北斗衛星は、上海の科学研究者たちの努力と貢献の結晶と言えるだろう。

「一つの星は繋がっている。すべての星は繋がっている。」

人工衛星にも「空と対話」させよう

中国科学院張江浦東にある北斗衛星開発チームは、北斗3号システムの衛星12基の開発と打ち上げを完了しました。2018年には北斗航法システムの基本システムを構築し、グローバルサービスを提供します。2020年にはシステム全体の構築を完了し、中国の北斗全地球衛星航法システムの構築に向けた新たなソリューションを提供します。

今年でチーム設立からちょうど10年を迎えた。チームメンバーの平均年齢は30歳を少し超えたばかりで、航空宇宙分野においてはまさに新人と言える。この「強力な」チームこそが、安定した先進的な衛星研究開発に、より革新的な発想を注入しているのだ。北斗3号の開発過程において、彼らは衛星応用に関する数百もの重要な技術研究プロジェクトを成功裏に完了させた。

▲研究者たちは北斗3号衛星上で精密測定を実施している（写真提供：中国科学院小型衛星イノベーション研究所）

航空宇宙分野には、各試験用恒星に使用される新技術の割合は一般的に30%を超えないという暗黙のルールがあるが、このチームは最初の試験用恒星で新技術のほぼ80%を使用した。

革新への情熱に突き動かされたこの若いチームは、衛星の設計思想と管理形態全体を大胆に変革しようと試みています。フレームパネル構造、独立型スターセンサー測位、高機能密度集積電子アーキテクチャなどの技術を用いて「中国科学院航法衛星専用プラットフォーム」を開発し、衛星の適応性と拡張性を効果的に向上させています。

彼らは、衛星の内部リソースを最大限に最適化・統合するために、独自の「機能チェーン」設計コンセプトを提案した。制御に使用されていた20台以上のコンピュータを1台の高性能コンピュータに置き換えることで、コストを大幅に削減しつつ、機能密度を高めることに成功した。

さらに言及する価値があるのは、彼らは衛星間リンク技術で画期的な進歩を遂げ、「1つの衛星間の接続、衛星同士の接続」を実現し、衛星が「空中で互いに通信する」ことを可能にし、北斗のグローバルネットワークを制限していたボトルネックを解消した。

▲北斗3号は打ち上げ場所で最終組み立て作業を行っている（写真提供：中国科学院微小衛星イノベーション研究所）

最初の試験衛星に続き、チームはその後の開発段階である北斗3号グローバルネットワーク衛星において、衛星の自律診断・復旧技術で画期的な進歩を遂げ、衛星に「自己診断・自己復旧」機能を持たせることに成功した。これにより、衛星は地上からの介入なしに自律的な健全性診断、障害分離、復旧を行うことが可能となり、衛星の可用性が大幅に向上した。

さらに、北斗3号は高出力窒化ガリウムベースの固体増幅器を初めて採用し、信号品質を効果的に向上させました。また、高精度な時間周波数シームレススイッチング技術を突破し、グローバルシステム信号の高い連続性を実現するための基盤を築きました。さらに、国産のLoongson + FLASHアーキテクチャを採用することで、国内の航空宇宙プロセッサのギャップを埋め、すべてのコアデバイスの国産化を実現し、産業チェーン全体の発展を牽引しました。

最後の北斗3号グローバルネットワーク衛星が軌道投入に成功するのを見届けながら、このチームは新たな旅を始めました。我が国の航法戦略ニーズに基づき、2035年にはより普及し、より統合され、よりインテリジェントな測位・航法・時刻同期システムを構築し、次世代航法衛星の開発に向けて戦い続けます。

北斗の強力な「心臓部」を築く

1秒の誤差が生じるまで6万年かかる

時間と空間位置情報は、国家にとって重要な戦略的資源である。衛星の位置情報と正確な時刻情報を取得することは、航法衛星の2つの主要なパラメータであり、10億分の1秒（1ナノ秒）の時刻差でも、0.3メートルの距離誤差が生じる。

デシメートル級およびセンチメートル級の航法・測位精度を実現するためには、北斗衛星は強力で信頼性の高い「心臓部」である宇宙搭載型原子時計と、鋭敏で明快な「頭脳」である情報処理システムを備えている必要がある。

2002年、中国科学院上海天文台は、長年にわたる地上設置型能動式水素原子時計の開発に基づき、受動式宇宙搭載型水素原子時計の研究を開始しました。そして2015年、同天文台が完成させた中国初の宇宙搭載型水素原子時計が、新世代の北斗衛星とともに打ち上げられました。

▲北斗3号に搭載された宇宙搭載型水素原子時計の試作モデル（写真提供：上海天文台）

過去5年間、北斗衛星に搭載されて宇宙空間に打ち上げられた水素時計の性能は継続的に向上しており、構成部品、原材料、コア技術はすべて独自に管理されている。今回、「ファイナルスター」に続いて、上海天文台が提供した水素原子時計が宇宙へと旅立った。その精度は1日あたり1ナノ秒未満、つまり600万年に1秒の誤差という驚異的なレベルに達しており、現在、宇宙に存在する原子時計の中で最も高性能なものの1つとなっている。

北斗衛星測位システムの終焉が近づく中、上海天文台の研究者たちは、より軽量な「心臓部」となる水素時計の開発に成功した。水素時計の重量を23キログラムから13キログラムにまで削減することに成功したのだ。この軽量化された水素時計は、来年の北斗衛星測位システムで使用されるため、年末までに3台がユーザーに納入される予定だ。

▲上海天文台の研究者たちが開発中の水素時計の試験を行っている（写真提供：上海天文台）

強い「心臓」だけでなく、鋭い「頭脳」も必要です。上海天文台は、リアルタイムでエラーを修正し、複数のバックアップを備えることで、「高速、高精度、安定」な測位要件を満たす、北斗衛星測位システム向けの「最も強力な頭脳」を開発しました。

「最強の頭脳」を構築するため、中国科学院上海天文台の情報処理システム技術責任者である胡暁功氏は、チームを率いて「科学者からエンジニアへ」という苦難に満ちた変革を遂げた。

ニュートンとアインシュタインが残した自然天体の計算式を、人工衛星などの人工天体の軌道計算に適用しようとしたところ、予想外の状況に数多く遭遇した。彼らは様々な困難な状況を克服し、世界で初めて「地域監視ネットワーク＋衛星間リンク」による衛星・地上・衛星連携の高精度軌道決定技術を提案・実装した。また、独自のアルゴリズムを設計し、最終的に北斗3号の高精度測位性能指標を達成した。

北斗衛星測位システムの精度をさらに高めるため、上海天文台は中国初の移動式終日衛星レーザー測距システムである特殊なレーザー「スカイルーラー」を開発しました。最大測距距離は38,800キロメートルで、北斗衛星のセンチメートルレベルの高精度レーザー測距に成功裏に活用されています。これらは、我が国の北斗衛星測位システムによるグローバルサービスの実現に、かけがえのない重要な貢献を果たしています。

基礎補強

位置情報サービスをインターネットと同じくらい便利にする

マイクロスター研究所と上海天文台が共に北斗航法システムの構築に尽力している一方で、上海のハイテク企業である千迅位置は、クラウドコンピューティング、ビッグデータ処理、そして独自の高度なアルゴリズムを用いて、「北斗信号」をモバイルインターネットのような便利なサービス体験へと変換しようとしている。

千迅測位が過去5年間でグローバル衛星航法分野向けに構築した新システムは、センチメートルレベルの測位精度、ミリメートルレベルのセンシング精度、ナノ秒レベルのタイミング精度を実現した。2019年現在、このシステムの高精度サービスは、無人地帯を除く国内のほとんどの地域をカバーしている。

▲千迅測位システムによる農作物保護ドローン運用のデモンストレーション画像。測位精度はセンチメートルレベルに達し、農薬散布量を効果的に削減できる（画像提供：千迅測位システム）

「北斗はグローバルネットワークを完成させました。当社は今年中にグローバルな強化サービスを同時に提供し、すべてのリンクが北斗3号の最新信号に対応します。」千迅位置のCEOである陳金培氏は、同社の2つの主要製品が現在、最新信号に対応していると述べた。

2019年11月より、千迅測位は北斗衛星地上強化局の中核機器を独自開発の「千龍」時空間サーバーに交換し、北斗3号を含む全ての衛星航法公共サービス信号の処理能力向上を図った。交換作業は間もなく完了する見込みである。

北斗衛星測位システムの衛星打ち上げ成功を受け、陳金培氏は、より広範な市場が間もなく出現すると確信している。「今後3年間で、北斗は測位システムの普及を加速させ、10億人以上のユーザーにサービスを提供するだろう。」

過去5年間、千迅測位は世界の主要半導体メーカーや業界パートナーと緊密に連携し、自動運転、産業高度化、測量・地図作成、スマートシティ、公共サービスなどの分野で、北斗高精度測位技術と5G、人工知能を組み合わせ、北斗アプリケーションの普及を推進してきました。今年、北斗高精度測位技術を搭載した6車種の自動運転車が正式に量産・発売される予定です。

▲千迅測位システムのデモンストレーション画像。将来的には、各車両に正確な時間と空間情報が付与され、車両と道路の連携がより効果的に実現される予定です（画像提供：千迅測位システム）。

北斗衛星測位システムは、極めて広大な世界を切り開きました。2019年、千迅測位は「北斗インテリジェントメーカー」コンテストを開催し、関連技術プラットフォームを開放することで、様々な革新的な企業や個人が高精度測位機能のアプリケーション開発に参加できるようにしました。その結果、参加者の40%が1995年以降生まれ、70%が35歳未満でした。

6月23日は、北斗システムのグローバルネットワークの最終日であり、同時に北斗ナビゲーションアプリケーションの新時代が始まる日でもある。

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