静止トランスファ軌道

静止遷移軌道：人工衛星を静止軌道へ導く道筋

人工衛星を地球の静止軌道へ送るには、いくつかの段階を経る必要があります。その重要なステップの一つが、静止遷移軌道（Geostationary Transfer Orbit, GTO）です。静止遷移軌道は、人工衛星を最終的な静止軌道へ移すための、一時的な楕円軌道です。

静止軌道の概要

静止軌道は、地球の赤道上空約3万6000キロメートルにある円軌道で、この軌道上を周回する衛星は地球に対して常に同じ位置に留まります。このため、通信衛星や気象衛星など、地球上の特定の地域を常に監視・観測する必要がある衛星に最適な軌道です。

静止遷移軌道への投入

衛星を静止軌道へ投入する手順は、一般的に以下の通りです。

1. 待機軌道への投入: まず、ロケットによって衛星は低高度の円軌道（待機軌道）に打ち上げられます。この待機軌道は、静止遷移軌道への移行を最適なタイミングで行うための準備段階です。
2. 静止遷移軌道への軌道変換: 次に、ロケットエンジンの噴射によって、衛星の軌道を楕円軌道に変換します。この楕円軌道が静止遷移軌道です。静止遷移軌道の遠地点は静止軌道の高度に設定され、近地点は待機軌道の高度です。この軌道変換のタイミングは、衛星の追跡管制の都合を考慮して決定されます。
3. 静止ドリフト軌道への軌道変換: 静止遷移軌道では、遠地点と近地点の高度が異なります。そこで、遠地点でロケットエンジンの噴射を行い、近地点の高度を遠地点に近づけ、円軌道である静止ドリフト軌道へ移行します。この過程は、通常数回に分けて行われます。
4. 静止軌道への移動: 最後に、衛星に搭載された姿勢制御用エンジンを用いて、微調整を行い、目的の静止位置に衛星を移動させます。

ホーマン遷移軌道とエネルギー効率

上記の軌道変換の手順は、一般的にホーマン遷移軌道と呼ばれ、円軌道間の軌道変換に必要となるエネルギーを最小限に抑える方法として知られています。この方法は、軌道半径の比が11.94を超えない場合に最も効率的です。それ以上の場合は、二重楕円遷移の方がエネルギー効率に優れています。

待機軌道から静止遷移軌道への変換には、通常、ロケットの最上段を使用します。一方、静止遷移軌道から静止軌道への変換には、衛星に搭載されたアポジモーターと呼ばれる小型ロケットが使用されます。アポジモーターは、静止遷移軌道の遠地点で噴射されます。

軌道傾斜角の調整

静止軌道は赤道上にあるため、軌道傾斜角（軌道面と赤道面がなす角度）が0度である必要があります。しかし、打ち上げ地点の緯度によって、衛星の初期軌道は必ずしも赤道面上にありません。そのため、静止遷移軌道から静止軌道へ移動する過程で、軌道傾斜角を調整する必要があります。この調整は、軌道変換と同時に、あるいは変換後に別途行われます。赤道に近い場所から打ち上げる方が、軌道傾斜角の調整に必要なエネルギーを削減できます。そのため、ギアナ宇宙センターやシーローンチ社の赤道上での打ち上げは、この点において有利です。

スーパシンクロナス・トランスファ軌道

静止軌道投入方法として、スーパシンクロナス・トランスファ軌道も存在します。この軌道は、遠地点が静止軌道よりも高い楕円軌道で、遠地点を下げ、近地点を上げることで静止軌道へ移行します。高緯度からの打ち上げでは、従来の方法よりも軌道傾斜角の調整に必要なエネルギーを削減できる可能性があり、特に高緯度地域からの打ち上げが多い国々で研究が進められています。

まとめ

静止遷移軌道は、人工衛星を静止軌道へ投入する上で重要な役割を果たす一時的な軌道です。その過程には、ロケットによる軌道変換、アポジモーターによる高度調整、そして軌道傾斜角の調整などが含まれます。エネルギー効率を高めるための様々な手法が研究されており、今後も技術革新が期待されます。

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