テレビ赤外線観測衛星

テレビ赤外線観測衛星

TIROS 6衛星
メーカー	RCAアストロスペース ロッキードマーティン
原産国	アメリカ合衆国
オペレーター	米航空宇宙局（NASA）
アプリケーション	気象学
仕様
バス	タイロス
政権	低軌道
生産
発売	45
失った	4

テレビ赤外線観測衛星（TIROS）は、 1960年のTIROS-1に始まる、米国が打ち上げた初期の気象衛星シリーズです。TIROSは地球のリモートセンシングが可能な最初の衛星であり、科学者は宇宙という新しい視点から地球を見ることができました。^[1]ハリー・ウェクスラーが推進したこのプログラムは、軍事偵察衛星が秘密裏に開発または使用されていた時代に、衛星気象観測の有用性を証明しました。TIROSは当時、「天才の鍵はしばしば単純さである」ことを実証しました。^[2] TI​​ROSは「テレビ赤外線観測衛星」の頭字語であり、「若い兵士、初心者」を意味する「tiro」の複数形でもあります。^[3]

高等研究計画局（現在のDARPA ）は1958年にTIROSプログラムを開始し、 1959年にアメリカ航空宇宙局（NASA ）に移管しました。 ^[4] TIROSプログラムには、アメリカ陸軍信号研究開発研究所、ラジオ・コーポレーション・オブ・アメリカ（RCA）、米国気象局、アメリカ海軍写真解釈センター（NPIC）、環境科学サービス局（ESSA）、アメリカ海洋大気庁（NOAA）も参加していました。^[5]

TIROSプロジェクトは、1940年代後半に米国で始まった、宇宙からの気象学および情報収集のための監視の実現可能性を調査する初期の取り組みから生まれました。 ^{[6] [7]}ラジオ・コーポレーション・オブ・アメリカは1951年にランド研究所のために調査を実施し、宇宙テレビカメラは一般的な偵察に価値のある情報を提供できるという結論を出しました。^[8] 1956年、RCAは米国陸軍から資金提供を受け、陸軍弾道ミサイル局（ABMA）の管理下で当初はヤヌスと呼ばれていた偵察衛星プログラムを開発しました。このプロジェクトはABMAの管理下に残りましたが、 1958年に高等研究計画局（ARPA、現在のDARPA ）に移管されました。^{[6]この契約では、最終的に}ジュピターCロケット（最終的にはジュノーIIロケットに改訂された）を使用して打ち上げられる宇宙船の開発が求められました。 ^[8]方向安定性がなくカメラが1台しかないプロトタイプ衛星のヤヌスとヤヌスIIは、このプロジェクトの一環として建造された。 ^{[9] [10]} 1958年5月、ランド研究所のウィリアム・ウェルチ・ケロッグが委員長を務め、アメリカ軍、アメリカ気象局、国家航空諮問委員会、RCAの代表者からなる委員会が招集され、衛星気象プログラムと設計目標について議論した。委員会は、そのようなプログラムでは、テレビカメラで雲量を粗い解像度と細かい解像度で観測し、地球の放射を赤外線で測定する必要があると勧告した。最初の気象衛星の目標は、実験的なテレビ技術を試し、宇宙船の方向を決めるための太陽と地平線に基づくセンサーを検証し、気象データを収集することだった。^{[9] [11]}

ヤヌスの開発中、防衛研究技術局長のハーバート・ヨークは、国防総省の偵察衛星を米陸軍の管轄外とした。^[9]気象衛星は米政府によって高優先度の要件とされたため、RCAはヤヌス計画の目標を気象用途へと変更した。気象用途ではカメラの解像度要件が緩和され、より小型で軽量の衛星システムが可能になった。^[12]それに応じて、ヤヌスに計画されていたテレビカメラの解像度は下げられ、^[6]当初計画されていたより洗練されたシステムではなく、既製の屈折光学系に頼ることとなった。^[13]米陸軍はまた、より大型の衛星用の大型打ち上げロケットを開発するというARPAの要請を承認し、RCAがヤヌスの設計をより大型のスピン安定化宇宙船に変更することを許可した。^[9]ヤヌス計画は変更後、テレビ赤外線観測衛星（TIROS）に改名され、プロジェクトは機密解除された。^[6]

TIROS衛星ペイロードの開発は陸軍通信部隊研究所と契約され、トール打ち上げロケットの使用のために空軍システム司令部には360万ドルが割り当てられた。 ^[12]アメリカ航空宇宙局（NASA）を設立した国家航空宇宙法に署名する前に、ドワイト・D・アイゼンハワー大統領はNASAが気象衛星の開発を担当することを決定した。TIROSプロジェクトを監督するARPA委員会のエドガー・コートライトは、1959年4月13日にTIROSをNASAのゴダード宇宙飛行センターに移管する手配をした。NASAがARPAからTIROSプロジェクトを買収したことは、良い宣伝になり、新興の民間機関の存在を立証する手段と見なされた。^[6]機関はプロジェクトを運用支援や科学的観測を行うプラットフォームとしてではなく、実験的なテストベッドとして扱った。^[8]米国気象局と国防総省気象局は、初期のTIROSデータの運用上の使用を支持した。この緊張関係により、1960年10月に運用気象衛星プログラムの目的を確認するための省庁間グループである運用気象衛星パネルが結成されました。^[14]

当初のTIROSミッションの設計では、3機の衛星が必要とされていた。各衛星には、RCAが構築した2レンズ光学テレビシステム、ヴァンガード2号宇宙船から流用した改良型赤外線スキャンシステム、および地球のエネルギー収支を測定するためにヴェルナー・E・スオミが開発した放射計が搭載されることになっていた。^{[12] [6]しかし、1960年4月1日に打ち上げられた最初のTIROSペイロードである}TIROS-1には、光学システムのみが搭載され、テレビカメラを搭載した最初の米国衛星となった。^{[6] [8]当初計画されていた機器は、その後2年間に打ち上げられた}TIROS-2、TIROS-3、およびTIROS-4に搭載された。^[15]

TIROSは当初は成功したものの、TIROSデータの取り扱いに関する初期の困難と、開発中の2番目の宇宙船であるNimbusをベースにした運用気象衛星システムの開発を求める政治的圧力があった。^[16]しかし、Nimbusプログラムの遅延と高コストにより、最終的にはTIROSベースの宇宙船が米国の運用気象衛星群として機能することになった。^[17] ESSAと指定された第2世代のTIROS衛星は、1966年からTIROS運用システム（TOS）としてこの役割を果たした。1966年から1969年にかけて、9つのESSA衛星が打ち上げられた。奇数番号のESSA衛星は各国の気象サービスに気象データを提供し、偶数番号のESSA衛星からのテレビ画像は、自動画像伝送（APT）システムを通じて世界中の単純な局から受信できた。 TIROS衛星の第3世代は改良型TIROS運用システム（ITOS）と呼ばれ、1970年代に開発され打ち上げられ、2種類のESSA衛星の機能を統合し、運用能力を発揮しました。以前のTIROS世代とは異なり、ITOS宇宙船は3軸安定化機能を備えていました。後のITOS衛星には、超高解像度放射計など、追加の機器と以前の機器の改良版が含まれていました。^[18]

1978年、RCAはTIROS-Nシリーズの最初の宇宙船を完成させた。これはTIROS衛星の第4世代である。これらは、先進超高解像度放射計（AVHRR）を含む一連の新しい機器を提供した。^[19] 1983年のNOAA-Eに始まるその後のTIROS-N衛星は、 ^{[18] [20]}より高いデータ処理能力を持ち、わずかに大きな宇宙船バスに新しい機器を搭載していた。これらの衛星は総称して先進TIROS-N（ATN）と呼ばれていた。^[18] NOAA-Nプライム（後にNOAA-19と命名）はTIROSシリーズの最後の宇宙船であり、2009年2月に打ち上げられた。^{[20] [21] [22]}

TIROSは、より高度なTIROS運用システム（TOS）として継続され、^{[23]最終的には改良型TIROS運用システム（ITOS）または}TIROS-M ^[24]に引き継がれ、その後TIROS-N ^[25]およびAdvanced TIROS-N ^[26]シリーズの衛星に引き継がれました。NOAA-Nプライム（NOAA-19）は、地球の気象と環境を観測するNOAA衛星のTIROSシリーズの最後のものです。^[20]

衛星の命名は、一部の衛星が監督組織と同じ名前を使用しているため混乱を招く可能性がある。例えば、環境科学サービス局が監督するTOS衛星には「ESSA」（例：ESSA-1 ）が使用され、アメリカ海洋大気庁が監督する後のTIROSシリーズ衛星には「NOAA」（例：NOAA-M ）が使用されている。 ^[20]

1960年のTIROS-1の打ち上げから1965年のTIROS-10の打ち上げまでの最初の10機のTIROS衛星は、 NASAの支援の下で開発され運用された極軌道宇宙船でした。各宇宙船の設計寿命は6か月で、6か月ごとに新しい宇宙船が打ち上げられました。^[27]最初のTIROS衛星の主な目的は、雲の覆いを撮影するための宇宙テレビカメラシステムの使用を試験することでした。^[28]第一世代の間、TIROSプロジェクトの範囲は、当初の実験的なレベルから半運用レベルに進化しました。^[19] TIROS-1に続いて、後続のTIROS宇宙船のエンジニアリングとミッション設計は、以前の反復で観察された欠点を解決することを目的としていました。^[29]

第一世代のTIROS宇宙船の宇宙船バスは、直径約42インチ（1,100 mm）、高さ19インチ（480 mm）のドラム型の18面直角柱でした。アルミニウム合金とステンレス鋼で作られ、各宇宙船の重量は約270ポンド（120 kg）でした。衛星はニッケルカドミウム電池で駆動し、宇宙船の側面全体に取り付けられた9,200個の太陽電池で充電されました。 ^[28] TIROS宇宙船は、スピン安定性を維持するために8〜12 rpmで回転するように設計されていました。機器ハウジングのベースプレートに取り付けられた固体燃料ロケットのペアは、一度に1組ずつ点火して回転速度を3 rpm増加させ、スピン速度の低下を相殺することができました。 ^{[28] [30]}最初の8つのTIROS衛星のカメラもベースプレートに配置され、宇宙船の回転軸と平行に配置されていました。第一世代のTIROSには姿勢制御がなかったため、地球は衛星軌道の一部でのみカメラの視野内にあり、設計上、衛星は宇宙に対する向きを全耐用年数にわたって固定したままであった。 ^[31]地球の磁場との相互作用により、TIROS-1の回転軸が振動した。TIROS -2では磁気トルク装置が導入され、TIROS-8まで維持され、宇宙船自身の磁場を徐々に変化させることで、軌道ごとに宇宙船の姿勢を1.5°変更できるようにした。TIROS-9では、より堅牢な磁気システムであるクォーターオービット磁気姿勢制御システムが導入され、より迅速かつ微細な姿勢制御が可能になり、宇宙船の回転軸を最大10°変更できるようになった。^[32] TI​​ROS-9のカメラは、ベースプレートではなく宇宙船の側面に放射状に取り付けられた。この「車輪」構成は、先行するタイロス宇宙船の「軸」構成とは対照的に、地球のより頻繁な撮影を可能にした。^[33]

第一世代のTIROS衛星は、通常、異なる視野を持ち、異なる角度解像度をサポートする2台の直径0.5インチ（13 mm）のビジコン ラインスキャンカメラを搭載していました。^{[28] [33]}初期のTIROSの磁気テープレコーダーは、固定の30秒間隔で撮影された合計64枚の画像を保存できました。これは、最大で軌道2周分のデータに相当します。TIROS-9以降、画像容量は96枚に増加し、クロックシステムの実装により画像間の可変間隔が可能になりました。^[34]カメラのシャッターにより、一連の静止画像が保存され、衛星が地上のコマンドポイントの1つに近づくと、2ワットのFM送信機を介して地球に送信されました。送信後、テープは消去またはクリーニングされ、次の記録に備えられました。^[要出典] TIROS-8は新しいAPTシステムのテストランとして機能し、オンボードストレージに依存せずに画像を容易に放送および受信できるようになりました。その後のTIROS宇宙船はAPTシステムを維持し、搭載システムの改良と地上局ネットワークの拡張を行った。初期のTIROS宇宙船には、5チャンネルの中解像度赤外線走査放射計と低解像度放射計も搭載されていた。^[34] 5チャンネル放射計により、昼間と夜間の雲量の観測が可能になった。^{[35]データは宇宙船のベースプレートから突き出た4つの}アンテナを介して送信され、受信アンテナはトッププレートの中央に1つ取り付けられていた。^[28]

最初の10回のTIROSミッションは、高度約400海里（740km、460マイル）の円太陽同期軌道を取るように計画されていましたが、TIROS-9の打ち上げシステムの第2段の性能が過剰だったため、その宇宙船は誤って楕円軌道に配置されました。最初の4つのTIROS衛星は、赤道に対して48°の傾斜角を持つ円軌道に打ち上げられ、地球の北緯55度から南緯55度の間をカバーしました。TIROSプログラム用に選択されたThor-Delta打ち上げロケットの同時改良により、後のペイロードの軌道傾斜角を増やすことができました。TIROS-5からTIROS-8までの次の4つの衛星は、傾斜角が58°と高く、衛星のカバー範囲が北緯65度から南緯65度に拡大されました。 TIROS-9とTIROS-10は、赤道に対して98°の極軌道傾斜角で、地球の昼光側を完全にカバーしました。最初の8機のTIROS衛星の向きと軌道は、数か月にわたる軌道の歳差運動に依存して、地球の太陽に照らされた側の観測可能な部分を制限し、北半球と南半球の両方の領域をカバーしました。^[31]

• TIROS-1 (A): 1960年4月1日に打ち上げられ、1960年6月15日に電気系統の故障に見舞われた。
• TIROS-2 (B): 1960年11月23日に打ち上げられ、1961年1月22日に失敗
• TIROS-3 (C): 1961年7月12日に打ち上げられ、1962年2月28日に廃止された。
• TIROS-4 (D): 1962年2月8日に打ち上げられ、1962年6月30日に故障（両方のカメラはそれ以前に故障）
• TIROS-5 (E): 1962年6月19日に打ち上げられ、1963年5月13日に失敗
• TIROS-6 (F): 1962年9月18日に打ち上げられ、1963年10月21日に失敗した。
• TIROS-7 (G): 1963年6月19日に打ち上げられ、1968年6月3日に廃止された。
• TIROS-8 (H): 1963年12月23日に打ち上げられ、1967年7月1日に廃止された。
• TIROS-9 (I): 1965年1月22日に打ち上げられ、1967年2月15日に失敗した。極軌道に近い軌道に乗った最初のTiros衛星
• TIROS-10 (OT-1): 1965年7月2日に打ち上げられ、1967年7月1日に廃止された。

2009年6月現在、1960年から1965年の間に打ち上げられたすべてのTIROS衛星（TIROS-7を除く）はまだ軌道上にありました。^[36]

• ESSA-1（OT-3）^[37]
• ESSA-2（OT-2）^[38]
• ESSA-3（TOS-A）^[39]
• ESSA-4（TOS-B）^[40]
• ESSA-5（TOS-C）^[41]
• ESSA-6（TOS-D）^[42]
• ESSA-7（TOS-E）^[43]
• ESSA-8（TOS-F）^[44]
• ESSA-9（TOS-G）^[45]

• TIROS-M (ITOS-1): 1970年1月23日打ち上げ
• NOAA-1 (ITOS-A): 1970年12月11日に打ち上げ
• ITOS-Bは1971年10月21日に打ち上げられ、使用不可能な軌道となった。
• ITOS-C
• NOAA-2 (ITOS-D): 1972 年 10 月 15 日に打ち上げ
• ITOS-Eは1973年7月16日に打ち上げられたが、軌道に乗れなかった。
• NOAA-3 (ITOS-F): 1973年11月6日に打ち上げ
• NOAA-4 (ITOS-G): 1974年11月15日に打ち上げ
• NOAA-5 (ITOS-H): 1976 年 7 月 29 日に打ち上げ

• TIROS-N（プロトフライト）：1978年10月13日に470海里の軌道に打ち上げられ、1981年2月27日に非活性化された。^[46]
• NOAA-6（打ち上げ前はNOAA-A）：1979年6月27日に450海里の軌道に打ち上げられた。主なミッションセンサーであるHIRSは1983年9月19日に故障した。衛星は1987年3月31日に停止され、設計寿命の2年を6年近く超過した。^{[46] [47]}
• NOAA-B : 1980年5月29日に打ち上げられたが、ブースターエンジンの異常により使用可能な軌道に到達できなかった。^[20]
• NOAA-7 (C): 1981年6月23日に470海里の軌道に打ち上げられ、1986年6月に廃止された。^[46]
• NOAA-12 (D): 1991年5月14日に450海里のAM軌道に打ち上げられたが、順序はずれであった（下記参照）。1998年12月14日にNOAA-15が運用を開始した際にスタンバイモードとなり^[46]、2007年8月10日に非アクティブ化され、16年以上の寿命記録を樹立した。^[20]

先進型TIROS-N（ATN）宇宙船は、追加のペイロードを統合できるように拡大された機器サポートモジュールを除けば、NOAA-Aから-D衛星と類似していた。TIROS-NからNOAA-D宇宙船からの変更点は、低ビットレートデータシステムTIROS情報プロセッサ（TIP）の予備ワード位置が、地球放射線予算衛星（ERBE）やSBUV/2などの特別な機器に使用されたことである。捜索救助（SAR）システムは独立し、地上へのデータ送信に特別な周波数を利用した。^[48]

• NOAA-8 (E): 1983年3月28日、米国の衛星に搭載された初のSARシステムを運用するために、NOAA-Dより前に、順番を外れて450海里(830km、520マイル)の軌道に打ち上げられた。^{[20] 1985年12月29日、}熱暴走によりバッテリーが破壊されたため、停止された。 ^[47]
• NOAA-9 (F): 1984年12月12日に470海里の「午後」の軌道に打ち上げられ、SBUV/2機器を搭載した最初の衛星となった。1993年8月1日に停止されたが、NOAA-13の故障後3週間後に再稼働した。SARR送信機は1997年12月18日に故障し、衛星は1998年2月13日に永久に停止された。^{[46] [47]}
• NOAA-10 (G): 1986年9月17日に450海里の「朝」の軌道に打ち上げられた。1991年9月17日（NOAA-12が運用を開始した時）にスタンバイモードに設定され^[47]、2001年8月30日に非アクティブ化された。^[46]
• NOAA-11 (H): 1988年9月24日に470 nmiのPM軌道に打ち上げられた。1995年3月にスタンバイモードになり、1997年5月にNOAA-12のHIRS異常後に観測を行うために再稼働された。^[47] 2004年6月16日に廃止。^[49]
• NOAA-13 (I): 1993年8月9日に470海里のPM軌道に打ち上げられたが、打ち上げから2週間後に宇宙船は壊滅的な電力システム異常に見舞われた。宇宙船との連絡や指令の試みは失敗した。^[46]
• NOAA-14（J）：1994年12月30日に470海里のPM軌道に打ち上げられ、12年以上の運用を経て2007年5月23日に退役した。^[49]
• NOAA-15 (K): 1998年5月13日に450海里の朝の軌道に打ち上げられ、1998年12月14日にNOAA-12に代わる主AM衛星となった。現在は副次衛星で、MetOp-Bが主AM衛星となっている。^[50]
• NOAA-16 (L): 2000年9月21日に470海里の午後の軌道に打ち上げられ、2001年3月19日にNOAA-14に代わって主力AM宇宙船となった。^[46] 2014年6月9日に宇宙船の重大な異常により退役。^[51]
• NOAA-17（M）：2002年6月24日に450海里のAM軌道に打ち上げられ、2013年4月10日に退役した。^[49]
• NOAA-18 (N): 2005年5月20日に470海里の午後の軌道に打ち上げられ、2005年8月30日にNOAA-16に代わって午後の主力宇宙船となった。^{[50] [51]}
• NOAA-19（Nプライム）：2009年2月6日に470海里の午後の軌道に打ち上げられ^[52]、2009年6月2日にNOAA-18に代わってPMの主力宇宙船となった。 ^{[50] [53]}

ウィキメディア・コモンズには、テレビ赤外線観測衛星に関連するメディアがあります。

• TIROS に関する NASA のページ
• NASA の ESSA に関するページ 2005 年 9 月 13 日にWayback Machineにアーカイブされました
• ITOS と NOAA に関する NASA のページ 2005 年 9 月 13 日、Wayback Machineにアーカイブ
• TIROS-N に関する NASA のページ 2005 年 11 月 10 日、Wayback Machineにアーカイブ
• NASA ゴダード POES プログラム - POES ホーム
• NOAA 衛星運用局 - POES
• TIROS-1 50周年記念と衛星気象に関するリソース
• NASA の TIROS-1 の YouTube 動画