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zoom RSS GPS衛星に積まれているとても高性能な機器とはなに?

<<   作成日時 : 2014/05/24 09:15   >>

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★科学★
問題:GPSをご存知だと思います。多くのかたは、腕時計や携帯電話や携帯型パソコン、あるいはカーナビなどでGPSのお世話になっていることでしょう。グローバル・ボジショニング・システム(Global Positioning System、全地球測位系?)の頭文字がGPSとのこと。
■そもそもはアメリカ軍の技術です。その名前は、いまでは位置測定機能の代表としても使われています。でも、各国はそれぞれの衛星を打ち上げ、それぞれの測位機能をも利用しているらしい。ロシアはGLONASS、中国のBEIDOU、 EUはGALILEO、インドはIRNSS。そして日本はQZSS(準天頂衛星システム)の試験運用がはじまっているそうです。
■ところで、GPS衛星には、とても能力の高い機器が必ず装備されているものらしい。では、その機器とは次のどれでしょうか?
[い]時計
[ろ]赤外線式カメラ
[は]X線式カメラ
[に]電子計算機
[ほ]太陽電池
(答えはずっと下↓ スクロールして下さい)

























★科学★
正解:[い]時計
説明:■各国の衛星には、多くの場合、たいへん能力の高い原子時計が搭載されているそうです。1ナノ秒の違い、つまり、0.000000001秒(10億分の1秒)の違いを計りわけられる時計が使われることもあるようです。
■なぜそんなに凄い時計が必要なのでしょうか。位置の測定用に電波が使われているからだそうです。GPSでは原理としては3つの衛星からの距離を測ることで、位置を特定しているそうです。位置を決めるのは、おおむね次のように行なわれるらしい。
■1つ目の衛星から0.1秒で電波が来たとします。光は電波と同じで秒速30万kmで進みます。0.1秒かかったということは、あなた(のGPS機器)と衛星は3万km離れているわけですね。このとき、1つ目の衛星から3万kmの距離で同心円を地上に描けば、あなたはその円周上のどこかにいることがわかります。
■2つ目の衛星とも同様にして距離を測ります。2つ目の衛星との距離で同心円を描くと、それぞれの円は2つの交点で交わります。このどちらかにあなたはいるはずですね。そして3つ目の衛星からの距離を測定します。これで、どちらの交点にあなたがいるのかが判明します。つまり位置が特定できました。実際には、4つ目の衛星からの電波を受信して位置を特定するといったことも行なわれているようですが。
▼位置を特定する方法
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■もし、時計が不正確で百万分の1秒、1マイクロ秒(1ナノ秒の千倍)ほど違ってしまったとします。このときの衛星との距離測定の誤差は、30万km/秒×0.000001(百万分の1)秒=0.3km、つまり300mほど違ってしまいます。これではカーナビには使えないのでしょうね。
■ちなみに、日本がすでに打ち上げている準天頂衛星システム用の「みちびき」という衛星は、地上から3万km余り離れているそうです。地球の直径が1万2750km余りです。ISS国際宇宙ステーションは高度400kmぐらいを飛んでいるらしい。みちびきはかなり遠くを飛んでいますね。電波は0.1秒以上かかって到達するのかな。
■やたらと遠いけれど、「準天頂」というだけあって、日本の空のほぼ真上を飛ぶことになるようです。なぜそんなに真上にこだわるのでしょうか。詳しいことはわかりませんが、山間部が多かったり、高いビルが増えたりしていると、真上から電波をおろすことに意味があるらしい。
■なお、軌道そのものは少しゆがんだ8の字を描き、日本とオーストラリアの上空を飛んでいます。東アジアの広い範囲をカバーする飛び方のようですね。平成29年(2017年)から平成31年(2019年)にかけてあと3機を打ち上げて、1日中どれかが日本その他の国の真上近くにいるようにするらしい。頑張って成功させてほしいものです。
◆参考*1:HP「準天頂衛星システム - Wikipedia」
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%BA%96%E5%A4%A9%E9%A0%82%E8%A1%9B%E6%98%9F%E3%82%B7%E3%82%B9%E3%83%86%E3%83%A0
◇*2雑誌「GPS―人工衛星からの距離で現在位置を特定!」Newton (ニュートン) 2014年2月号120〜123頁、担当編集者市田朝子、ニュートンプレス

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コメント(2件)

内 容 ニックネーム/日時
確かに立ち並んでいるタワーマンションや高速道路の高架橋のしたなどを車で通過すると、カーナビがあらぬ方向を指す時がありますね。
GPSの電波が届きにくいのでしょう。
いまは、アメリカのGPSだけでなく日本のさきがけやロシアのグロナスも利用できるようにしたカーナビがありますね。
来年あたり買い換えようかな?と思ってますが・・・・('◇')ゞ
ねこのひげ
2014/05/25 11:23
コメントをありがとうございます。

 あまり信頼性の高くない噂ですが、今後のGPSというか位置特定装置は、自動運転ガラミでやたらと高い精度が求められているとか。
 もしそれがホントなら、衛星が1つ故障すると全国で事故だらけになりそうで、恐いような。
(^^;)
ねこのひげ様<素町人
2014/05/25 21:02

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