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地球観測衛星または地球リモートセンシング衛星とは、軌道上から地球観測（EO）を行うために使用または設計された衛星であり、偵察衛星や、環境モニタリング、気象観測、地図作成などの非軍事用途を目的とした類似の衛星も含まれます。最も一般的なタイプは、航空写真に類似した衛星画像を撮影する地球画像衛星です。一部のEO衛星は、GNSS電波掩蔽のように、画像を作成せずにリモートセンシングを行う場合があります。
衛星リモートセンシングの最初の事例は、1957年10月4日にソビエト連邦が最初の人工衛星スプートニク1号を打ち上げたことに遡る。[ 1 ]スプートニク1号は無線信号を送信し、科学者たちはそれを使って電離層を研究した。[ 2 ]
アメリカ陸軍弾道ミサイル局は、NASAのジェット推進研究所のために、1958年1月31日にアメリカ初の人工衛星エクスプローラー1号を打ち上げた。その放射線検出器から送られてきた情報により、地球のヴァン・アレン帯が発見された。[ 3 ] NASAのテレビ赤外線観測衛星（TIROS）計画の一環として、1960年4月1日に打ち上げられたTIROS-1宇宙船は、宇宙から撮影された気象パターンの最初のテレビ映像を地球に送信した。[ 1 ]
2008年には、150機以上の地球観測衛星が軌道上にあり、受動センサーと能動センサーの両方でデータを記録し、1日に10テラビット以上のデータを取得していた。[ 1 ] 2021年までに、その総数は950機を超え、最大の衛星数は米国に拠点を置くPlanet Labs社が運用していた。[ 4 ]
ほとんどの地球観測衛星は、比較的低い高度で運用されるべき機器を搭載しています。ほとんどの衛星は、500～600キロメートル（310～370マイル）以上の高度で周回しています。低い軌道では空気抵抗が大きいため、頻繁な軌道修正操作が必要になります。欧州宇宙機関の地球観測衛星ERS-1、ERS-2、Envisat、およびEUMETSATのMetOp衛星はすべて、約800 km（500マイル）の高度で運用されています。欧州宇宙機関のProba-1、Proba-2、SMOS衛星は、約700 km（430マイル）の高度から地球を観測しています。UAEの地球観測衛星DubaiSat-1およびDubaiSat-2も低地球軌道（LEO）に配置され、地球のさまざまな地域の衛星画像を提供しています。 [ 5 ] [ 6 ]
低軌道で地球全体をカバーするために、極軌道が使用されます。低軌道の軌道周期は約100分で、地球は連続する軌道の間で極軸を中心に約25°回転します。地上軌道は各軌道で西に25°移動するため、軌道ごとに地球の異なる領域をスキャンできます。ほとんどの衛星は太陽同期軌道にあります。
高度36,000 km（22,000マイル）の静止軌道では、この高度での軌道周期が24時間であるため、衛星は地球上の一定の地点上空に留まることができます。これにより、衛星1基あたり地球の3分の1以上を途切れることなく観測できるため、120°間隔で配置された3基の衛星で地球全体をカバーできます。このタイプの軌道は主に気象衛星に使用されています。
ヘルマン・ポトチュニクは、 1928年の著書『宇宙旅行の問題』の中で、軌道上の宇宙船を用いて地上の詳細な平和的および軍事的観測を行うというアイデアを探求した。彼は、宇宙の特殊な条件が科学実験にどのように役立つかを説明した。この本では、静止衛星（コンスタンチン・ツィオルコフスキーが最初に提唱）について説明し、無線を用いて衛星と地上との通信について論じたが、衛星を大規模放送や通信中継に利用するというアイデアには至らなかった。[ 7 ]
冷戦の勃発により、敵の軍事インフラに関する情報収集や核態勢の評価に十分な地球観測が可能な衛星打ち上げシステムとカメラ技術が急速に発展した。 [ 8 ] 1960年のU-2事件で空中偵察の危険性が浮き彫りになった後、米国はコロナなどの監視衛星計画を加速させた。1960年以降、監視には航空機による上空飛行がほぼ衛星に取って代わられた。[ 9 ]
気象衛星は、主に地球の天気や気候を監視するために使用される衛星の一種です。[ 10 ]しかし、これらの気象衛星は、雲や雲系だけでなく、都市の明かり、火災、汚染の影響、オーロラ、砂嵐や砂塵嵐、積雪、氷のマッピング、海流の境界、エネルギーの流れなど、気象衛星を使用して収集されるその他の環境情報も観測します。
気象衛星画像は、セントヘレンズ山からの火山灰雲やエトナ山などの他の火山の活動を監視するのに役立った。[ 11 ]コロラド州やユタ州など、米国西部の火災による煙も監視されている。
他の環境衛星は、地球の植生、大気中の微量ガス含有量、海況、海洋の色、氷原の変化を検出することで、環境モニタリングを支援できます。時間の経過に伴う植生の変化を監視することで、現在の植生の状態を長期平均と比較することにより、干ばつを監視できます。 [ 12 ]例えば、2002年にスペイン北西海岸沖で発生した石油流出事故は、気象衛星ではありませんが、海面の変化を観測できる機器（ASAR）を搭載した欧州のENVISATによって注意深く監視されました。対流圏のNO2とSO2のデータを評価することで、人為的な排出を監視できます。
これらのタイプの衛星は、ほぼ常に太陽同期軌道または「凍結」軌道にあります。太陽同期軌道では、地上のどの地点も毎日同じ時刻に通過するため、各通過時の観測結果を比較しやすくなります。これは、各観測において太陽が同じ位置にあるためです。「凍結」軌道とは、地球の扁平率、太陽と月の引力、太陽放射圧、空気抵抗の影響を受けない、円軌道に最も近い軌道です。
地形は、Radarsat-1 [ 13 ]やTerraSAR-Xなどの衛星を使用して宇宙からマッピングすることができます。
国際電気通信連合（ITU）によると、地球探査衛星サービス（地球探査衛星無線通信サービスとも呼ばれる）は、 ITU無線通信規則（RR）[ 14 ]の第1.51条に従って、次のように定義される。
地上局と１つ以上の宇宙局との間の無線通信サービスであって、宇宙局間のリンクを含む場合があり、そのリンクは以下のとおりである。
- 地球の特性や自然現象に関する情報（環境の状態に関するデータを含む）は、衛星に搭載された受動型または能動型のセンサーから取得される。
- 同様の情報は、航空機搭載型または地上設置型のプラットフォームからも収集される。
- このような情報は、当該システム内の地上局に配信される場合がある。
- プラットフォームへの質問が含まれる場合があります。
このサービスには、その運用に必要なフィーダーリンクが含まれる場合もあります。
この無線通信サービスは、 ITU無線通信規則（第1条）に従って、固定サービス（第1.20条）に分類されます。
無線周波数の割り当ては、 ITU無線通信規則（2012年版）第5条に従って規定されている。 [ 15 ]
周波数利用の調和を向上させるため、本文書に規定されているサービス割り当ての大部分は、各国の所轄官庁が管轄する周波数割り当ておよび利用状況に関する国家表に組み込まれています。割り当ては、一次、二次、排他的、または共有のいずれかになります。
ただし、民生利用が認められている周波数帯における軍事利用は、ITU無線通信規則に準拠するものとする。
