Helen Gavaghan (1998) Something New Under the Sun [初期の人工衛星とその測位・気象・通信への応用に関する科学技術史読みもの]

  • Helen Gavaghan, 1998: Something New Under the Sun: Satellites and the Beginning of the Space Age. New York: Copernicus (Springer-Verlag), 300 pp. ISBN 0-387-94914-3.

1998年の新刊。1998年のスイス滞在中にジュネーブの本屋で買った。読んでおもしろかったという記憶もある。2016年10月、地球温暖化と人工衛星のかかわりについて話すことにしたので([別ブログ記事])、忘れていたことを思い出すために読みかえした。

人工衛星と、その、地球上の位置決め(航海関係が最初に発達したのでnavigationという)、気象、通信への応用の、初期段階の歴史に関する読みものである。学術的な科学技術史ではないが、当時の文書や当事者へのインタビューなどを材料としているところが多く、その出典は詳しく記述されている。

John McNeillの『20世紀環境史』の原書(2000年) [わたしの読書ノート]と同じ題名だが、内容はまったく関係ない。題名は聖書の文句を少しだけ変えたものなので、独立に思いつくことがよくあるのだろう。

「プロローグ」は人工衛星そのものの始まりの話だが、本書の特徴は、国際地球観測年(IGY = International Geophysical Year)との関連に重点を置いていることだ。

本書では、IGYの構想は、1950年、James Van Allenの家での彼とSydney Chapman, Lloyd Berknerの会話から始まるとされている。ともかく、1882年と1932年の極年(Polar Year)を知っている高層大気や地磁気の研究者が、太陽活動が極大になる見こみの(しかも極年からきりのよい年数の)時期をねらって1957-58年に設定したのだ。1953年にアメリカ合衆国のIGY国内委員会が発足した。そのとき高層大気観測にロケットを利用することは考えられていたがまだ人工衛星の利用は考えられていなかった。

IGYに人工衛星を利用するという構想はむしろ、Eisenhower大統領の行政府のほうから来たのだった。軍事の偵察のために人工衛星を使いたいというしたごころがあって、宇宙空間の航行に関する国際法が領土上空であっても制限されないものになることが望ましいと考え、それが認められるためにはまず科学のための人工衛星を打ち上げて実績をつくったほうがよいと考えた。その点ではソ連も同様だった。

IGYは1957年7月から始まった。そして10月4日(アメリカではまだ3日)にSputnikが打ち上げられた。(ソ連の人工衛星主任技術者は当時秘密だったが、1970年代にはKorolev [コロリョフ]とあきらかにされた。本書には公開情報に基づいてその伝記的事項も紹介されている。) そのときまでにアメリカでもIGYに人工衛星を打ち上げる予定になっていて、複数のプロジェクトのうちから海軍のVanguard計画 (Vikingロケットを含む)が採用されていた。しかし予算が不足していた。Sputnik打ち上げを受けて、対抗するために予算がふやされ、海軍と並行して陸軍とJet Propulsion Laboratoryのプロジェクトも衛星打ち上げを準備した。1958年1月にExplorer 1号をあげたのは陸軍のほうだった。

Vanguardプロジェクトは、衛星の追跡を可視光観測でできると考えた。ただし、軌道を確認するまでにたくさんの目が必要だと考えて、アマチュア天文家の参加を呼びかけて “Moonwatchers” を組織した。【たまたま古本屋で見つけた原田(1957)の本は1957年11月に出版されたもので、校正の段階でSputnikの情報を書きこんでいるが、大部分はVanguard計画の事前の紹介で、Moonwatchersに章ひとつとっている。】

ソ連はSputnikの打ち上げ場所や軌道の詳しい情報を発表しなかった。しかしSputnikは電波(20, 40 MHz)を出していた。アメリカでは電波による衛星追跡システムがつくられていたがその対象は108 MHz周波数帯に限られていた。衛星の軌道を求めるには、電波干渉法がよいと考えられたが、まだ実績がなかった。Moonwatchersは望遠鏡で衛星をとらえることができた。(ただし、明るく見えたのは最終段ロケットだった。) しかし軌道推定の精度はじゅうぶんでなかった(第1部に続く)。

第1部「Navigation」。

アメリカでSputnikの軌道位置決めに成功したのは、電波のプロではあるが、IGYにも人工衛星計画にもかかわっていなかった工学者たちだった。電波によって衛星の頭上通過をとらえた際に、衛星と自分との相対速度によるドップラー効果で電波の周波数がずれるのを認識し、衛星の(精密な位置ではなく)速度に関する情報を得ることができた。この情報を積み重ねて解析すれば軌道情報が得られるのだ。

いったん衛星の軌道情報がわかれば、同様に電波の周波数の変化を測定することによって自分の位置を知るという応用が開ける。これはとくに海軍が求めるものだった。複数の専用衛星を含むTransitというシステムが開発された。皮肉なことに、Sputnikはアメリカ軍のミサイル運用能力を高めるきっかけとなったことになる。(ソ連でも同様なシステムが開発されたが、本書では扱われていない。本書執筆時にも秘密だったのかもしれない。わたしの想像では、アメリカなどでの進展の概略を知ってから追いつこうとする形での開発だったかと思う。)

第2部「気象」。

著者にとって気象衛星の話は測位衛星や通信衛星に比べて書きにくかったそうだ。画期的事件や主導的人物をしぼりこみにくかったかららしい。圧倒的というわけではないが確かに重要人物であるVerner Suomiに、著者は1992年に長いインタビューをしていて、本書ではおもにその材料を使っている。

1950年代から気象への衛星利用を考えていた人として、Suomiのほかに次の人の名まえがあげられている。William Kellogg, Stanley Greenfield, Bill Stround, Harry Wexler, Sig Fritz, Dave Johnson, Robert White, Fred Singer。Wexlerは早く亡くなったが、Suomiを含むこの人たちの多くは、民生用と軍用の両方の気象衛星計画にかかわった。

IGYでSuomiは、同じWisconsin大学の電気工学者Robert Parentと組んで自作した地球放射収支のセンサーを衛星にのせようとした。IGYの期間には間に合わず、打ち上げに何度も失敗したが、1959年に観測は実行された。ただしこれはまだ放射収支をmappingするものではなかった。

IGYではStroundの雲を観測するカメラを衛星にのせる計画も失敗してしまったが、Stroundを含む人びとによって、雲の画像を得るセンサーの開発が続けられた。1960年、テレビカメラと同様なセンサーをのせたTIROS 1号が打ち上げ成功した。画像が得られると、気象予報実務家のあいだで、画像を見て雲を解釈する技法(数量データの定量的利用ではない)が発達してきた。

Suomiは静止衛星にspin-scan cameraをのせることを提案した。地球大気にとってのエネルギー源である熱帯が重要であり、熱帯大気で起こっていることをとらえるには、雲を高頻度で観測して、雲そのもののふるまいを知るとともに、複数画像で雲を追跡して風の情報を得るべきだと考えたのだった。当時は困難と考えられたが、幸い、通信(本書第3部の話題)の技術改良をおもな目的にNASAの技術試験衛星ATS-1 (Application Technology Satellite、1966年12月打ち上げ、開発はHughes社)がつくられていたので、spin-scan cameraをそれにのせることができた。(その後の、専用の静止気象衛星の発展は、本書の話題の外になっている。)

本書には(1960年代に)「気象学では、数値天気予報に比べて、気象衛星はあまり歓迎されなかった。」というような記述があるのだが、これは著者の調査対象の偏りではないかという気がする。また、Suomiと同僚Reid Brysonの意見があまり合わなかったことに関連して、衛星観測屋のSuomiに対してBrysonをモデル屋に分類しているのも、わたしから見ると納得がいかない。【Wisconsin大学の気象学教室でKutzbachが1980年代に気候モデルを利用した研究を推進したという事実はあり、彼をBrysonの後継者と見たのだろうか?】

第3部「通信」。

通信に宇宙を利用する構想としては、電波を月で反射させることや、高く上げた気球で反射させることも考えられたが、人工衛星が使えるならばそれが有用なことは明らかだった。また、人工衛星を地球静止軌道に配置することができれば、高緯度を別として、有効であることも明らかだった。しかし、静止軌道は1960年ごろの技術で到達可能だった軌道よりも遠く、そこで衛星の位置や姿勢の制御ができるか、通信がうまくいくか、いろいろな不安があった。

本書の通信衛星に関する話題は、1963年7月に最初の1基が打ち上げられた静止通信衛星Syncomを終着点にしている。それまでに一方で、静止衛星技術の開発が進められたが、他方で、Echo, Relay, Telstarなどの低い軌道の衛星を使った通信技術の開発があった。低い軌道の衛星では通信を続けられる時間が限られてしまうが、Relayは複数の衛星でリレーすることでそれに対処しようとしたものだった。

【日本では通信衛星の歴史というと、1963年11月のKennedy大統領の演説のテレビ中継の予定が暗殺事件の中継になってしまった件が出てくる。本書では暗殺にはふれているがその中継にはふれていないようだ。ほかの材料を調べてみると、これはRelay衛星による中継だった。Syncomは打ち上げられていたのだが太平洋の中継に使える位置になかったのだろう。】

文献

  • 原田 三男, 1957: 人工衛星 — 宇宙への道ひらく (アサヒ ニュース ブック)。朝日新聞社, 157 pp.

折り返しのあとに詳しい目次をつける。

== 目次 ==
Preface vii
Acknowledgments xiii
Contents xvii
Prologue: The Seed 1
– 1. New Moon 7
– 2. Cocktails and the Blues 21
– 3. Follow That Moon 31
– 4. The Space Age 43
1. Navigation 47
– 5. Polaris and Transit 49
– 6. Heady Days 58
– 7. Pursuit of Orbit 73
– 8. From Sputnik II to Transit 82
– 9. Kershner’s Roulette 91
– 10. The Realities of Space Exploration 105
– 11. Move Over, Sputnik 119
2. Meteorology 127
– 12. A Time of Turbulence 129
– 13. The Bird’s-Eye View 140
– 14. Keep it Simple, Suomi 149
– 15. Storm Patrol 163
3. Communications 169
– 16. The Players 171
– 17. Of Moons and Baloons 180
– 18. Telstar 188
– 19. The Whippersnapper 199
– 20. Syncom 211
– 21. Epilogue 223
Chronology 225
Notes and Sources 233
Index 287

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