モルニヤ軌道

モルニヤ軌道（モルニヤきどう / Molniya orbit）

モルニヤ軌道は、人工衛星が地球の周りを回る特殊な軌道の一つです。特に高緯度地域での通信や観測に有利な特性を持つように設計されています。その名称は、この軌道に初めて投入され、大きな成功を収めたソビエト連邦（当時）の通信衛星シリーズ「モルニヤ（Молния、ロシア語で「稲妻」）」に由来します。

軌道の特性

モルニヤ軌道は、一般的な円軌道とは異なり、非常に細長い楕円形をしています。主な軌道要素には以下のような特徴があります。

軌道傾斜角（Inclination）: 約63.4度
近地点引数（Argument of perigee）: 270度
軌道離心率（Eccentricity）: 非常に高い
公転周期（Orbital period）: 恒星日の半分（約12時間）

特筆すべきは、軌道傾斜角を約63.4度に設定している点です。地球は完全な球体ではなく、赤道部分がやや膨らんだ扁平な形をしています。この影響で、人工衛星の軌道は時間と共に少しずつ変化（摂動）しますが、軌道傾斜角が約63.4度または約116.6度（180度から63.4度を引いた値）の場合、地球の扁平率による摂動のうち、近地点引数が時間と共に移動する現象（近地点移動）がほぼゼロになるという数学的な性質があります。モルニヤ軌道では、この特性を利用して軌道の安定性を高めています。

また、この軌道は「準同期軌道」の一種に分類されます。これは、衛星の公転周期が地球の自転周期（恒星日）と整数比になっている軌道を指し、モルニヤ軌道の場合は周期が恒星日のちょうど半分である約12時間です。

軌道の意義と利点

モルニヤ軌道が開発された背景には、旧ソビエト連邦のように国土の大部分が高緯度地域にあるという地理的な事情があります。一般的に通信衛星に利用される静止軌道は、赤道上空約3万6千キロメートルの円軌道であり、地上から見ると常に同じ位置に静止しているように見えます。しかし、高緯度地域から静止衛星を見ようとすると、衛星が空の低い位置（仰角が低い）に見えるため、通信の効率が悪くなったり、地形や建築物による遮蔽の影響を受けやすくなったりします。

モルニヤ軌道は、この問題を解決するために考案されました。非常に離心率が高い楕円軌道であるため、衛星は地球に最も近づく近地点では高速で移動し、地球から最も遠ざかる遠地点では非常にゆっくりと移動します。軌道設計において、この遠地点を高緯度地域の上空にもってくるように近地点引数を270度に設定することで、衛星は高緯度地域の上空、特に天頂近くに長時間滞在することが可能になります。

地上からこの軌道の衛星を観測すると、地平線から現れた後、比較的速く上昇し、高高度に達すると速度が遅くなってゆっくりと移動するように見えます。そして、遠地点を過ぎると再び速度を上げて地平線へと沈んでいきます。モルニヤ軌道の周期は約12時間なので、衛星は1日に2回、高緯度地域の上空を通過することになります。

複数の衛星をこの軌道に適切な時間間隔で配置することで、ある衛星が高緯度地域の上空に滞在している間に、次の衛星がその位置に到達するようにすることができます。これにより、静止軌道が不向きな高緯度地域でも、継続的かつ安定した通信サービスや観測を提供することが可能になるのです。

歴史と利用例

モルニヤ軌道の開発は1960年代初頭に進められました。最初の軌道投入試みは1964年に行われましたが成功せず、1965年4月、3度目の挑戦でようやく衛星の軌道投入に成功しました。この成功した衛星が「モルニヤ」と名付けられ、その後、この特殊な軌道がモルニヤ軌道と呼ばれるようになりました。

成功を受けて、モルニヤ衛星は年間数機のペースで多数打ち上げられ、通信ネットワークとして重要な役割を果たしました。モルニヤ衛星シリーズ全体で150機以上がこの軌道に投入されたと言われています。モルニヤ衛星の他にも、後継となるメリディアン衛星がこの軌道を引き継いでいるほか、早期警戒衛星の一部でもモルニヤ軌道が利用されています。

モルニヤ軌道は、高緯度地域における衛星利用の可能性を広げた、工学的に非常に独創的な軌道設計と言えます。

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