5月末にSpaceXがStarlink衛星の最初の打ち上げに成功したことで、インターネット接続は新しい時代に向かって大きく一歩進んだ。 小型通信衛星60基はSpaceXとして過去最大のペイロードだった。このマイクロ通信衛星はやがて地球全体を覆い、どんな場所にもインターネット接続をもたらす通信衛星群を構成する最初の一波だという。同社は打ち上げ成功後、謎に包まれたStarlink構想に関していくつかの新しい情報を公開した。
SpaceX とCEOであるイーロン・マスク氏はStarlink構想に関してこれまでいくつかのヒントは出してきたものの、具体的内容については非常にガードが固かった。
配布されたプレスキットで、衛星は225kg程度、カーゴベイへの充填率を最大化するためフラットパネル型であり、Startrackerと呼ばれるナビゲーションシシテムを備えてくることなどはわかっていた。
しかし打ち上げ成功後にスタートしたStarlinkのサイトではもう少し詳しい情報が公開されている。イラストではあるが細部がはっきりわかる画像も掲載されていた。このCGで衛星の仕組みの概略がわかったので簡単に紹介してみよう。
Starlinkでは地上と通信するだけでなく、相互にも通信可能な数千の衛星が常時ある地域の上空にあってインターネット接続を提供する。衛星の数、被覆地域の広さ、提供できるトラフィックの量など詳しいことは不明だ。それでも上のGIF画像でだいたい仕組みは分かる。
4基の衛星が一組となってフェーズドアレイ・アレイ・アンテナを構成する。これにより打ち上げ時にはコンパクトでフラットだが、展開されると大口径のアンテナが実現できる。またカバー方向を変更するために通常のレーダーのように大きなパラボラアンテナの方向を変える必要がない。もちろんフェーズド・アレイ・アンテナは高価だが、衛星はできるだけ小型軽量で可動部分が少ないほうがいいに決まっている。
個々のStarlink衛星は太陽電池パネルを一枚だけ備える。パネルは紙の地図のように折り畳まれており、軌道上で展開される。上の図では衛星本体の右側に展開された一部が示されている。多くの衛星と異なり、太陽電池パネルを1枚しか備えていないのは機構の単純化、コストの削減が目的らしい。Starlinkのように数千個の衛星がシステムとして協調動作し、かつ寿命も数年と想定される場合、個々の衛星の信頼度さほど必要ない。いずれにせよ太陽電池パネルは枯れたパーツでもともと信頼性は高い。
クリプトン・ガスを利用するイオン・スラスターが姿勢制御を担当する。名前を聞くとSFっぽいがイオン推進は数十年前に実用化されている。陽電荷をもつプラズマを放出し負極が電磁力で吸引すると、反作用で推進力を得られる。長時間にわたって推進が可能であり精度も高いが推力自体は微小だ。
陽イオン源としてキセノンが使われることが多いが、Starlink衛星では推進剤にクリプトンが選ばれている。その理由は説明がやっかいだが、ひとつは同じ希ガスでもクリプトンのほうがやや入手しやすい点だ。現在稼働しているイオンエンジンの数は多くない。しかし数千個を動かす予定ならほんのわずかのコスト差でも収益に大きく影響する。
衛星には天体を観測して自機の姿勢を制御するStartrackerと他の衛星と衝突を防ぐシステムも搭載されている。この部分はSpaceXから具体的な説明がないのわれわれの側で推測するしかない。星を観測し、自国や地表との相対的位置をベースに位置、姿勢を計算するのだろう。このデータと政府のデータベースに掲載されている他の衛星や既知の宇宙デブリのデータと照合すれば衝突防止が可能になる。
Starlinkサイトには直交する5枚の円板の画像があった。これはリアクション・ホイールだろう。それぞれのホイールは一定速度で回転することで運動エネルギーを蓄えており、加速、減速によって反作用を生じさせて衛星の姿勢を制御する。きわめて巧妙なしくみだが、これも現在の衛星で標準的に用いられている。リアクション・ホイールとイオン・エンジンによって衛星の姿勢、相互の位置関係を精密に制御し、またデブリとの衝突を回避するわけだ。
SpaceXは私の取材に対して「われわれのデブリ・トラッカーはアメリカ空軍の統合宇宙運用センター（Combined Space Operations Center）に接続されており、あらゆるデブリの軌道を取得できる」と答えた。デブリの軌道データとStarlink衛星の軌道データを照合し、衝突の可能性が発見されれば衛星軌道が変更される。イオン・エンジンの推力は微小なため、充分な時間の余裕が必要だ。ボールが飛んでくるのを見てから避けるような動作ではなく、航空管制官が衝突を防止して旅客機を運航するのに似ている。
しかしStarlinkについてはまだ分からないことが多い。たとえば地上局はどうなっているのだろう？ Ubiquitilink構想とは異なり、Starlinkの電波は微弱でユーザーのスマートフォンで直接受信することはできない。 そこで地上局が必要になるわけだが、マスク氏は以前、「ピザの箱程度のサイズにする」と述べていた。しかしピザといってもS、M、L、XLいろいろなサイズがある。どこに、誰が設置するのか？ コストは？
先週のメディア向けブリーフィングでマスク紙はもう少し詳しく説明した。「地上受信設備は円盤型だ。しかしDirecTVなど静止衛星を利用した宇宙放送の地上アンテナとは異なり、特定の方向に向ける必要がない。Starlinkのディッシュは空に向いてさえいればいい」という。
また通信システム自体にもまだ謎が多い。たとえばアメリカのユーザーがStarlinkを利用してクロアチアのサイトを開こうとしたとしよう。なんらかのアップリンクで信号はStarlink衛星に到達する。衛星から衛星へ中継され、サイトの最寄りの衛星から地上に戻るのだろう。このダウンリンクは目的の地域のインターネットの基幹回線に接続するのだろうか？ 最後の1マイルが光回線になるかどうかはテキストや音声通話などの場合ほとんど問題にならない。しかし最近急速に成長してきた動画ストリーミング・サービスにとっては大きな障害となり得る。
そして、ここが最大の問題かもしれないが、コストはどうなるのだろうか？ SpaceXではこのサービスを地上の接続サービスと競争できる料金にするとしている。都市部における光ファイバーの普及度合いを考えるとこれが実現できるかはやや疑問だ。しかしテレコム各社は人口密度の低い遠隔地に光回線を設置したがらず、昔ながらのDSLに頼っている。こうした地域ではStarlinkは非常に高い競争力がありそうだ。
しかし実際の運用が始まるのはまだかなり先だ。今回打ち上げられた60基の衛星は第一陣に過ぎない。構想どおりに作動するかどうかを試すフィージビリティ・スタディーだ。テストが成功すればさらに数百機が打ち上げられテストは次の段階に進む。こうなれば一部の地域でごく初歩的なサービスが提供されるようになるかもしれない。とはいえ、SpaceXは計画の推進を急いでおり、早ければ年内にもこの段階に達するという。
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（翻訳：滑川海彦@Facebook）
