気象衛星を制御する部屋の中

2019年6月25日午前8時

低軌道衛星は地球の周りを回りながら気温や湿度のデータを収集し、その数値をスーパーコンピュータの気象モデルに送ります。

ケイシー・チン

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ドイツのダルムシュタット（「科学都市」！）にある欧州気象衛星機関の本部は簡単に見つけられました。中央の円筒と突き出た翼を持つ、初期の気象衛星のような形をしているからです。

外の庭園では、彼らの宇宙船の大型模型が、結婚式のカクテルテーブルのように低木の間に並べられている。見た目は不格好だ。優美なラインと滑らかな外皮で大気圏をすり抜ける飛行機とは異なり、それらは繊細な突起と穴だらけの外装をしている。金に浸したエンジンのような模型もあれば、ケースが吹き飛んだ洗濯機のような模型もある。

それでも、そこにあったのは嬉しかった。気象衛星の特徴は、目に見えないところで活動していることだ。打ち上げ前の、半分組み立てられていない状態で、蛍光灯の下で白飛びし、バニースーツを着た技術者たちがじっくりと調べている姿を目にすることもある。あるいは、アーティストが描いた、軌道上を高速で飛ぶ宇宙船のSFのようなイメージ画像で見ることもある。

しかし、私は、彼らが地球に最も近づく瞬間に、彼らを新たな視点で見るためにダルムシュタットへ行きました。

「ご存知の通り、天気予報はいつも批判されますよね」と、EUMETSATの技術・科学サポート担当ディレクター、イヴ・ブーラー氏は、日当たりの良い角部屋のオフィスで彼に会った時に言った。フランス人ロケット科学者である彼は、パリッとした白いシャツにスプレッドカラー、胸ポケットには細いペンがぎっしり詰まっていた。「しかし、地球全体では、天気予報の精度は大幅に向上しました。そして、中期、つまり1週間、2週間という期間でも、精度は大幅に向上しました。なぜでしょうか？衛星観測が地球を均一にカバーしているからです。ブラックホールのような地域は存在しません。」

今日の天気予報は、大気観測の継続的な進歩と、その観測結果を使用したきめ細かいコンピューターシミュレーション (「気象モデル」) のおかげで、これまで以上に正確になりました。気象モデルによって、5 日、6 日、7 日、さらには 8 日先の空を正確に予測できるようになりました。

今日の天気予報は、地球規模の視点こそが全てです。スマートフォンアプリ、テレビスタジオの気象予報士の画面、航空会社の気象指令センターに表示される予報はすべて、膨大なデータを貪欲に消費するスーパーコンピューターの気象モデルから得られます。そして、最も正確で地球規模のデータは衛星から得られます。しかし、すべての気象衛星が同等というわけではありません。

現在、地球の周りを飛行している気象衛星には、静止軌道衛星と極軌道衛星の2種類があります。静止軌道衛星（GEO）は地球の自転方向と同じ方向に周回するため、空では静止しているように見えます。GEOは大気圏の特定の領域に関する最新情報を常に提供し、気象衛星ならではの美しい画像を提供してくれます。

極軌道衛星、あるいは低軌道地球周回衛星（LEO）は、低空を高速で飛行する。北から南へ、南から北へと地球を周回し、周回ごとに異なる地形の上空を通過し、ナイフで皮をむいたオレンジのように地球の周りに模様を描く。LEOは定量データの収集に特化しており、気温や湿度などの数値データを数百万単位で収集し、スーパーコンピューターの気象モデルに入力する。特に数日先の予報に意味のある影響を与えるという点では、LEOはまさに王者と言える。

しかし、数字は見えにくいので、静止衛星、GEO、そしてそれらが作り出すドラマチックな画像が空気をすべて吸い上げてしまう傾向があります。

同様に、各国の気象衛星もそれぞれ異なります。この10年間、ロッキード・マーティン社が主導する米国の静止衛星プログラム「GOES」は、110億ドル規模の改修工事の真っ最中です。この資金は4基の衛星の寿命を賄うもので、最初の2基は2016年と2018年に打ち上げられました。しかし、この金額は依然として衝撃的です。特に、年間約10億ドルに上る国立気象局の年間予算全体と比較すると、なおさらです。

もっとはっきり言えば、アメリカの気象衛星の打ち上げコストは、それらが支える予報システム全体よりも高い。この費用は、今日の気象予報における衛星の重要性を物語っていると言えるが、同時に、システムの官僚的な複雑さを物語っている。

アメリカの新型気象衛星は、遅延や事故、議会による予算削減に悩まされやすく、新型衛星の投入準備が整う前に旧型衛星が故障する「衛星ギャップ」をめぐって、しばしば懸念の声が上がっている。2018年には、最新のGOES（GOES-17）が主要機器の一つを太陽光で冷却できず、日中や季節の特定の時間帯に使用不能になった。この問題はソフトウェアと運用の変更により97%解決され、冷却システムの再設計も進められているが、依然として無視できない問題となっている。

複雑なシステムには複雑な問題がつきものですが、必ずしもそうである必要はありません。米国のシステムは開発と運用の両面で官僚的な複雑さに陥っていますが、欧州気象衛星機関（EUMETSAT）はシンプルな構造を維持しています。EUMETSATは30カ国の気象機関から資金提供と監督を受ける独立機関です。450人の職員はダルムシュタットにある単一のキャンパスに勤務し、単一のリーダーシップの下で運営されています。EUMETSATは10基の気象衛星を軌道上に運用しており、さらに12基の打ち上げを計画しています。重要なのは、EUMETSATの極軌道衛星が生成するデータは、米国のEUMETSATと同様に（場合によってはそれ以上に）、地球規模の気象モデルにとって不可欠であるということです。

気象衛星がどのように機能するのかを間近で見てみたい、またその運用について分かりやすく知りたいジャーナリストにとって、EUMETSAT は夢のような存在です。

オフィスでの会話の途中で、ビューラー氏は思わず声を荒げ、手首の大きな腕時計をじっと見つめた。そして机の上の電話に視線を向けた。「パスの有効期限はご存知ですか？ええ、完璧です。完璧です。」ビューラー氏は衛星のような形の建物の中を案内し、電子錠をカチッと鳴らしながら自然光が差し込む階段をゆっくりと降りていき、科学者やエンジニアたちにフランス語、英語、ドイツ語、イタリア語で挨拶を交わした。

重厚な二重扉の奥には、ハリウッドのミッションコントロールセンターさながらの広々とした空間が広がっていた。作業椅子、数十台のスクリーン、そして壁の高いところに取り付けられた大きなカウントダウン時計が備え付けられていた。技術者たちは、隣接する管制室からユーメトサットの低軌道衛星と静止軌道衛星を注意深く監視していた。それぞれの部屋には、監視対象の衛星のように、独自の個性とリズムがあった。静止軌道衛星管制室の技術者たちは、常に監視を続けた。すべてが順調にいけば、特に何も起こらない。低軌道衛星はより活発で、その生活はよりシンコペーションに満ちている。

太陽電池パネルが伸びた状態で低軌道上にあるメトップB気象衛星。

30分ごとに、低軌道衛星が1機ずつ「パス」する。これは、各軌道において衛星が北極上空を通過し、地上局との無線通信を可能にする期間のことだ。ビューラーと私が中に入ると、ポニーテールの若い運用技師、ニコ・フェルドマンが飛び上がった。「23分前！メトップB！スヴァールバル諸島上空！」と彼は叫んだ。彼が冗談を言っているのだと気づくのに少し時間がかかった。ビューラーのカークにスポックを演じ、私たちが宇宙船エンタープライズ号のブリッジにいるとでも思っているのだろう。しかし、すぐに彼は半分冗談で言っただけだと気づいた。私たちは本当に宇宙船に会いに来ていたのだ。

ダルムシュタットの施設は、ヨーロッパを横断しバレンツ海の海底を通り、北極圏に位置するノルウェー領スヴァールバル諸島まで続く光ファイバー回線を介して、極軌道衛星を制御しています。そこから、コテージほどの大きさの卵型ドームに覆われた直径33フィートのパラボラアンテナを介して無線接続が行われます。EUMETSATにサービスを提供するこのパラボラアンテナは、プラタベルゲットと呼ばれる高原に設置された31基のうちの1基です。プラタベルゲットは、終末に備えて世界中から種子を保管しているスヴァールバル諸島世界種子貯蔵庫に隣接しています。

ブラー、フェルドマン、そして私がダルムシュタットのLEO制御室で雑談している間、スヴァールバル諸島のアンテナはロボットアームのように素早く滑らかにスピンドル上で回転し、巨大なボウルが、太陽光線の中の塵粒のように上昇するメトプBが現れる地平線上の点に正確に向けられた。

フェルドマン氏と同僚たちは、その瞬間を「AOS」と呼んでいます。これは宇宙飛行用語の頭字語で、「信号取得」を意味します。メトップBは1日に14回地球を周回し、ほぼ北から南へ、そして南から北へ（98度の傾斜角で）飛行し、そのたびに狭い大気圏の帯状に機器を下向きに向けます。極軌道衛星は、定義上、周回するたびに極上空を通過しますが、地球が自転しているため、赤道を通過する経度は毎回異なります。

地球を一周するのに102分かかりますが、そのうちスヴァールバル諸島の地上局から衛星が見える時間はわずか12分から15分です。私がここにいる日は、最短のパスはノルウェーの夜、午前2時か3時頃で、衛星は地球の反対側の明るい場所へと向かいます。パスの主な役割は、衛星が地球を周回している間に通常収集される数ギガバイトの観測データをダウンロードすることです。

技術的に言えば、これは「フルダンプ」と呼ばれ、車で近所の家の前を通りかかりながら、Wi-Fi経由で映画をダウンロードしようとするようなものです（ただし、うまくいきます）。「データをダウンロードする必要があり、しかも高速にダウンロードする必要があります」とブーラー氏は言います。衛星の観測からデータ配信までの遅延を減らすため、「ハーフダンプ」と呼ばれることもあります。これは、衛星が南極のマクマード研究基地上空を通過する際に行われます。

毎回の通過にはドラマとルーチンワークが入り混じる。だからこそ、私は隣の管制室ではなく、この管制室に興味を持ったのだ。静止衛星は、まさにその名のとおり静止している。私たちの頭上をナマケモノのように安定して漂い、じっと見張っているように見える。もちろんそれは錯覚で、実際には時速 6,700 マイル以上の速度で宇宙を飛行し、毎日地球を一周している。言い換えれば、地球自体と同じペースだ。静止軌道（GEO）の衛星とは常時通信している。しかし、低軌道（LEO）の衛星の場合は、通過ごとに興奮が味わえる。衛星が圏外にいる間に何か問題が起きた場合、つまり機器が故障したり、温度や電圧のパラメータが範囲外になったりした場合、警報が鳴るのだ。フェルドマンは、隣の同僚が管理する静止宇宙船について、独自の分析を披露した。「GEO は退屈だ」と彼は言った。ビューラーはより外交的に話した。「衛星が私たちのサイトからは見えない状態で飛行している100分間に何が起こったのかを見るのはいつも興味深い」と彼は考え込んだ。

メトップBが地球の裏側からスヴァールバル諸島に近づいている様子は、壁に赤い数字のLEDカウントダウン時計が点灯して示していた。「通過に伴う最初の作業は通常、12分前、地上局との接続を確立する時です」とフェルドマン氏は言った。いよいよその時が近づいた。私たちは待ち続けた。機械が鳴った。「さあ、来たぞ」とフェルドマン氏は言った。「さあ、宇宙船にコマンドを送るのに12分あります」

「データを取得するには」とビューラーは指を上に向けながら付け加えた。モニター上のボックスの列が緑色に変わるのを、私たちは皆見守った。「テレメトリは…正常ですね」とビューラーは安堵し、宇宙用語で「正常」を意味する言葉を使った。「テレメトリ」とは、衛星とそのシステムの基本的な健全性、例えば温度や電圧などを指す。衛星が通過するたびに、フェルドマンが監視した2つの重要な値は「TM」と「TC」の持続時間だった。「TM」はテレメトリの略で、衛星から受信した健全性データを意味する。「TC」はテレコマンドの略で、コマンドを送り返す能力を示す。これらの転送は、比較的低いSバンド周波数で行われる。

肝心の「科学データ」は、Xバンド、つまり高周波のマイクロ波帯域で送られてくる。フェルドマンは緑色の長方形が並んだ別の列を指差した。「あれが緑色なら、科学データが降ってくるってことだ」。私たちは、数字が少しずつ増えていくのを見守った。フェルドマンは、気温、湿度、雲量、水蒸気量などを測定するさまざまな機器の頭文字を並べたリストを、ASCAT、GOME、GRAS、IASI、AMSUと読み上げた。ビューラーも、スペリング・ビーの父親のように、静かに機器の名前を口パクで一緒に言った。この時点で、私たちは1.8ギガバイトのデータをダンプしていた。ダウンロード中のデータが映画だとしたら、それは未来の実験映画製作者だけが想像できるような映画だった。それは、宇宙から雲を通して撮影された赤外線とレーダー探測の1万チャンネルで構成されていた。パスの残り時間は5分だった。

ブーラー氏、フェルドマン氏、そして私がメトップBの日常業務の詳細について話し合うにつれ、この衛星が地上の気象観測所と同じように大気を注意深く監視する、忙しく働く機器として理解できるようになりました。衛星は画像を半導体メモリバンクに保存し、地表へと送信します。データ自体は、ある瞬間のスナップショット、つまり一瞬の出来事ではなく、むしろフィルムストリップを巻き取るようなもので、高高度飛行ロボットが大気圏を横断し、ブラッドハウンドのように鼻先を下に向け宇宙空間を突き進むにつれて、そのフィルムストリップは巻き取られていきます。

気づく間もなく、メトップBはデータの送信を終えていた。「科学データの送信が完了しました」とフェルドマンは、いかにもデイビッド・アッテンボローらしい口調で言った。「あと1分ちょっとでコマンド送信が完了します」

しかし、衛星に伝えることは何もなかった。すべては緑で、すべてが正常だった。建物の別の場所では、ユーメトサットのコンピューターが既にデータリンクを通じて観測データを世界に向けて送信し始めていた。特に熱心な顧客、つまり最新の大気観測を渇望する気象モデルの運用者たちへの対応に注力していた。そこには心地よい対称性があった。衛星が地球全体の観測データを吸い上げ、ユーメトサットがそれを地球全体に送り返していたのだ。

1960年春、最初の気象衛星タイロス1号が打ち上げられたとき、ドワイト・アイゼンハワー大統領は、一見すると単純な発言をした。「地球の曲率を見ると、地球はそれほど大きくは見えない」。彼、そして実際には誰もが驚いたのは、この地球全体の新しい見方が、いかに地球そのものに属しているのかということだった。極軌道衛星は、今日の気象予報に革命的な変化をもたらした観測装置だった。肉眼では小さすぎたが、私は今、それらが上空をどのように周回しているかを新たな視点で見ることができたのだ。

一方、メトップBはノルウェーの地平線の下に舞い戻り、幸福なロボットのように、独りで飛び、自分の仕事をこなしていた。次の通過までカウントダウンする時計の横には、宇宙船のオドメーター、つまり周回回数が表示されていた。その日の午後、メトップBは2012年の打ち上げから始まった地球の周りを10,754周回している最中だった。あと1時間も経たないうちに、再び地平線上に戻ってくるだろう。そのリズムは私たちの生活、私たちの時間を規定する地球の自転と結びついている。

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