次長　加藤　一夫

通信，放送衛星計画推進本部

図１　降雨散乱実験システム

　　実験方法
　図1は今回行われた降雨散乱実験システムを 示すもので，NHK可搬B局から，ある一定の仰 角で14GHz（A2チャンネル：14.2875GHz） の電波を送信し，鹿島支所に設置されたBS主 局の13mφパラボラアンテナで，降雨散乱波を 測定する。そして散乱波受信電力と散乱点直下 に設置した即応型雨量計による降雨強度及び降 雨レーダにより測定される等価降雨強度との関 係を比較検討しようとするものである。
　実験期間は1977年8月22日から9月3日まで の2週間であったが，実験準備及び測定機器の 調整期間を除いて実質的に測定が行われたのは 5日間に過ぎなかった。
　送信点は茨城県鹿島郡大洋村汲上（緯度36.116° 経度140.587°），受信点は鹿島支所（緯度35.953° 経度140.666°）で，送受信点間距離を19.4�qに，また， 降雨レーダ記録との対応の都合上，目標散乱点の高度を 3�qに選び，送受信アンテナの仰角をそれぞれ25.87°及 び12.44°に設定することとした。使用した送受信アンテ ナビームの半値幅は，それぞれ0.73°及び0.10°であって， 共通散乱容積はおよそ直径23.6m，長さ140mの細長 い円柱と考えられる。したがってアンテナの方向合わせ 等には，この程度の精度を考慮する必要がある。
　降雨現象がある場合，どのような降雨域ができている かということは，降雨レーダの記録を見ると気象の専門 外の者でも，かなりの判断をつけることができる。例え ば夏季における典型的な層状性降雨の場合，上空の氷晶 核が雪片に成長し，約5�qの高さの0℃層附近で融解し て雨滴となり地上に落ちてくることがよく分かる。0℃ 層附近では氷が水膜に覆われ，電波に対する減衰は小さ い割合に散乱の効果は大きいので，レーダでは輝いた層 が観測される。これをブライトバンドという。したがっ て一般的に降雨散乱が問題となるのは0℃層以下の降雨 域である。
　アンテナの方向合わせは，地図上の計算値では不十分 と判断されたので，地上波を使うことにした。すなわち 送受信アンテナの仰角を0°として，両者を対向させた 状態で電波を放射し，地上波が最大感度となるように両 アンテナの方位角及び仰角を調整した。
　電波の干渉を考慮するうえで，地上波の評価を正確に できるようにすることも，必要な課題の一つであるが， 本実験で地上波モードは，参照信号として大いに役立っ た。
　送受信アンテナの仰角をそれぞれ25.87°及び12.44°に 上げた場合，アンテナの指向性により地上波は全く受信 できない状態になる。実験に使用した受信機は，アンテ ナ指向特性測定用のもので，ノイズレベルは約-100dBm である。降雨散乱波測定状態における地上波レベルは， 送受信アンテナの指向性から-145dBm以下と推定される。
　8月24日11時30分から測定を開始したが，信号らしき ものは何も見出せなかった。時々受信アンテナの仰角を 下げて，地上波モードで送受の状態を確認しながら監視 を続けていると，14時55分に突然散乱波が入感した。8 月は異常に雨が多かったが，皮肉なことに実験が開始さ れると雨がほとんど降らなくなってしまった。この日も 大して雨模様にもならず，半ばあきらめながら測定を続 けていたのであったが，初めて散乱波が受信できたと きの感激は，研究者ならでは味わえないものであっ た。
　今回の実験で降雨散乱波は，総合して5時間程度受 信できた。その受信電力は降雨レーダの指数と非常に 良い相関があった。しかしながら降雨の形式は対流性 の一種ともいうべきものであり，地上の降雨量は極め て少なく，即応型雨量計の指示との対応は良くなかっ た。
　　解析結果
　降雨によって電波が散乱される現象の理論的取り扱 いは，空が青く見えることを証明した理論として有名 な，レーレー理論によって第一次近似的に考えられる。 この場合，雨の一粒，一粒が入射する電波によって励 振され，微小電気タイポールとして振舞い電波を再放射 するものである。
　散乱波の強度は，電波の波長に比べて雨滴の直径が小 さい場合，雨滴の直径の6乗に比例するという関係があ る。降雨強度が与えられると，これに対して雨滴の粒度 分布（Laws及びParsonsの分布が広く用いられる）と 雨滴の終端速度（Gunn及びKinzerの測定結果）を参考 として，降雨散乱受信電力が計算できる。実用性を考慮 しながら，送受信アンテナの主ビームが交差する場合に ついて，降雨散乱受信電力の計算式を導いた。
　この結果から注目すべきことは，指向性の鋭い方のア ンテナの利得及びこのアンテナから散乱源までの距離が， 散乱受信電力に影響しないことである。このような効果 は，利得の大きいアンテナの場合，ビームが鋭く共通散 乱容積を減ずることによって生ずるものである。また受 信電力を評価する式が示すように，距離の項は単に指向 性の鋭くない方のアンテナから散乱源までの距離に逆比 例するに過ぎないから降雨散乱による干渉はかなり遠距 離まで波及するおそれがある。

表　実験緒元

図２　本実験の場合の降雨散乱受信電力Pr(dBm)と 降雨強度R(mm/h)との関係（計算値と測定値）

　表は本実験の諸元であり，これを基に本実験の場合の 降雨散乱受信電力と降雨強度との関係を計算した曲線を 図2に示す。この図上で例えば10�o／hの降雨があると 散乱波受信電力は-56dBmになる。途中の降雨域が広く， かなりの降雨減衰を受けても-68dBm程度と評価される。 同図に併記した枠は，測定された散乱受信電力を，また， 降雨レーダ指数をも参考に示したものである。例えば指 数3は等価降雨強度として1�o／hないし3.4�o／hであ り，測定値は-60dBmないし-72dBmにあることを示す。
　今回の実験結果だけでは，データ不足のためこの図表 の信頼性を云々できないが，理論的な考え方に大過ない ことを実験的に確かめ得たといえる。そして特に強調し たいことは，上空の雨域の情報を知るために，降雨レー ダが非常に有効であったということである。
　降雨レーダは雨雲及びブライトバンド等を含めて後方 散乱波を受信し，Z因子として表示しているものであ る。したがって本実験の目標としている降雨散乱波とは， 同一現象を取り扱っており，良い相関があるのは当然と いう見方もある。しかしながら少なくとも周波数，散乱 方向性及び分解能の相違を超えて，降雨レーダを上空の 雨量計として信頼できることは，かなりの進展ではなか ろうか。
　しかして回線設計は究極のところ，豊富な地上雨量の データを用いて行われることになるが，この場合，降雨 レーダの測定するZ因子と地上雨量の相関について，一 層統計的なデータを確立しておく必要がある。
　降雨散乱による干渉として今後研究を進めるべき対象 としては，地上固定局のほぼ水平の主ビームと地球局の サイドローブが共通散乱域を構成する場合及び地球局の 主ビームと地上固定局のサイドローブが共通散乱領域を 構成する場合との二通りがある。特に前者の場合地球局 は，かなり弱い衛星からの電波を受信しているので，そ の影響は大きい。
　このような問題を解決するために，測定機器を整備し て一層活発に降雨散乱の研究を進める必要がある。また， 研究の進展とともに，周波数のより有効な利用のため， 交差偏波の場合についての研究も必要となってくるであ ろう。

（電波部電波気象研究部室　室長　小林　常人，研究官　北村　勝巳）

内門　修一

表　米国、RCA国内衛星通信系対Bell社地上通信回線 の使用料金の差（12チャンネルを1年間使用した場合の衛 星通信系料金の低廉さ

　　ワシントン
　ワシントンではアメリカの政府機関を訪問した。まず 航空宇宙局本局では日本大使館の舘野一等書記官と一緒 に，スペース・シャトルの打上げシステム，打上げ申込 み手順，打上げ料金，デルタ・ロケットからシャトルヘ の移行計画等について説明を受けた。シャトルの料金は シャトル1台を専有する場合は3,100万ドル（インフレ を見込んだ1980年ドル建て）である。デルタ・ロケット 級の衛星打上げに対しては，この金額の16.4％相当を負 担（510万ドル）すればよい。この他に，シャトル打上げ の場合，SSUS（Spinning Solid Upper Stages）をマ クダネルダグラス社から購入する必要がある。航空宇宙 局ではデルタ・ロケットの打上げを1979年3月で打ち切 り，それ以降はデルタ3910ロケット（シャトルの代替ロ ケット）又はスペース・シャトルを使うことになる。
　ゴダード宇宙飛行センタでは，ここに留学中の当所の 有賀　規研究官が構内を案内してくれた。ここを訪れた 日の夕方，BS（実験用中型放送衛星）の打上げがあり， その様子をここの打上げ管制室でモニタすることができ た。デルタ・ロケットによる打上げはアメリカでは珍し い出来事ではなく，担当者達は打上げ仕事をルーチン的 にこなしていた。ゴダードの施設は打上げロケットがデ ルタからシャトルへ移行しても大した改造なしで使用可 能とのことである。
　連邦通信委員会は，国内衛星通信について“Open Sky Policy” を採用し公衆通信事業者に自由競争をさせてい るが，衛星通信システムの建設により生ずる電波干渉の 調整については1934年の通信法に基づき厳しい規制を行 っている。例えば，6／4GHz帯の衛星通信系に関して は，送信可能な地球局のアンテナの直径は9m以上，テ レビ受信専門局のアンテナの直径は4.5m以上，衛星の 軌道間隔は3度（これまでは5度であり，ANIK衛星に 対しては依然として5度である）以上と規制している。 又，干渉調整を盾にして広大なアメリカ国内に，送信可 能な地球局の数を20数局に制限している。日本と異なり アメリカの公衆通信事業者は複数あり，自由競争によっ て，安くて良い通信サービスを普及させようとしている ので，それだけ公衆通信事業者にとっては厳しい環境で ある。
　ワシントンは世界一強い国の首都だけに，町は広々と し，りっぱな建物が整然と立ち並び，その威厳に充ちた 豪華さは，アフリカからローマ帝国の首都ローマへ上っ てきた往時の下っ端役人のように錯覚させた程である。

図１　テレサット・カナダ社のANIK-B衛星

　　トロント
　ワシントンからオタワヘ行く途中，飛行機をトロント 空港で乗り換えることになっていたので，その間を利用 してテレサット・カナダ社のアランパーク地球局を見学 することにした。カナダでの私の案内役は郵政省から CRC（カナダ通信研究センタ）へ留学している小嶋　弘 研究官である。空港から地球局までは日本製のレンタカ ーで約3時間の道程であり，沿道には4月というのに雪 が残り，おまけにどしゃ降りであったので雪まじりの水 が道に溢れんばかりであった。行けども行けども真直ぐ な道が北へ向かって続いており，二人とも心細い思いで， 地球局に着くまではと休まず走り続けた。
　アランパーグ地球局はなだらかな牧場の多い平野にあ った。同局は40人の職員で3個のANIK-A衛星の運用 管制を行っている。局全体としてはこじんまりとしてお り，当所鹿島支所のCS-BS庁舎の半分ぐらいの規模で ある。ここで今年11月に打ち上げられるANIK-Bの運 用管制も行うとのことである。
　　オタワ
　オタワの4月はニューョークやワシントンに比べると 寒く，東京の冬と同じである。家々の北側や空地には掻 き寄せられた雪が堆く積もり，オタワ川は約1�q程の川 幅の端から端まで凍っていた。
　カナダの通信省ではANIK‐B，ANIK‐C，ANIK‐D， MUSAT等の将来計画，1969年のテレサット・カナダ法等 について説明を受けた。MUSAT（Multi-purpose UHF Satellite） は，カナダが1982年の打上げを目指して計画 している海事通信衛星兼陸上移動衛星である。これにつ いては，科学技術庁の招聘で本年6月7日から半年間， 電波研究所に滞在されるロスコー（Roscoe）課長から説 明を受けた。
　テレサット・カナダ本社ではANIK‐A，ANIK-C の話を聞いた。これについては，今年2月にISS打上 げ見学のために訪日されたチニック（Chinnick）副社長 から詳しく話を伺った。テレサット・カナダもRCAや ウェスタン・ユニオンも国内衛星通信は将来性のあるベ ンチャ・ビジネスとして真剣にその推進に取り組んでお り，地上通信回線に負けない，しかも地上通信回線が提 供できない通信サービスの開発普及に努力している。
　CRCではCTS（Communications Technology Satellite） 実験実施システムの話を伺った。CTSは1976年 1月に打上げられ，設計寿命の2年間にわたって各種の応 用実験や基礎実験が行われた。現在，寿命が1年延びた ので応用実験の続き，各種のデモンストレーション等を 来年3月まで実施することにして，この応用実験の中の 有益な項目についてはパイロット・プロジェクトとし， ANIK-Bの20Wの14／12GHz帯トランスポンダ4本を 用いて実用化試験を行うとのことである。
　CRCでは既にCTSの熱真空試験，組立て等の経験 を持っており，現在はスペース・シャトルの搭載組立て用 腕（SRMS：Shuttle Remote Manipulation System）を開 発中である。このカナダのアメリカ依存をやめて独立独 歩しようという精神は学ぶべきである。
　　おわりに
　最後に，この調査の機会を与えて下さった本省宇宙通 信開発課の金田課長，当所衛星研究部石田部長及び塚本 主任研究官に篤く感謝致します。

（衛星研究部通信衛星研究室　研究官）