地上局工学

第1.1章深宇宙局の全体像 — 要求はリンクから逆算される

1.1.1 要求の出どころ — 一本のリンク式

『宇宙通信』第1.2章のリンクバジェットを局の側から読み直す：

探査機側（EIRP_sc・G_sc）は打上げ後に変えられない。距離も選べない。 地上で動かせる項はG/TとEIRP_stだけ — この一点から、深宇宙局の全要求が滝のように落ちてくる：

1.1.2 ブロック図 — 電波から追跡データまで

1.1.3 近地球局と何が違うのか

最後の行が運用文化の違いを生む：深宇宙局のパスは「取り直しがきかない実験」であり、 事前の構成検証（第6.7章の折り返し試験）・予防保守（第7.2章）という 「失敗しないための投資」が体系化されている。

1.1.4 性能の四本柱

1. G/T [dB/K] — 受信の実力。利得（第I部）と雑音温度（第III部）の比。測り方は第3.5章
2. EIRP [dBW] — 送信の実力。HPA出力×アンテナ利得（第IV部）
3. 指向精度 [mdeg] — ビーム幅に対する余裕として効く（第2.6章の予算）
4. 可用性 [%] — 「その時間、全系が使えたか」。設備の信頼性×保守×天候（第7.2章）

四本柱は独立ではない — 口径を上げればG/TとEIRPは上がるが、 ビームが細り指向が苦しくなり、構造が重くなり可用性が下がる（第8.1章の臼田/美笹の対比が実例）。 局の設計とは四本柱のトレードの固定化であり、本書はそのトレードを一つずつ開いていく。

1.1.5 本書の読み方

『宇宙通信』第4.2章が通信システムの一部として地上局を素描したのに対し、 本書は局そのものを主役に、設計・較正・運用の実務まで降りる。 設計者は第I〜VI部を順に、運用に入る人は第VI〜VII部から、 具体的な局のイメージから入りたい人は第VIII部（臼田・美笹・DSN）を先に読んでから 戻るのがよい。全章が図1.1-1のどこかに位置づく — 迷ったらこの図に戻ること。

第1.2章開口面理論と利得

1.2.1 原理 — 開口はフーリエ変換器である

開口面上の電界分布 E(x,y) に対し、遠方界の角度分布はその2次元フーリエ変換になる。 ここからすべての性質が従う：

• 大きい開口ほど狭いビーム（変換の相似則：広い窓⇔細いスペクトル）
• 一様照射が最大利得（同じ面積で主極値が最大になる分布）
• 縁の急な打ち切りが高いサイドローブを作る（矩形窓のリップル — 信号処理の窓関数と同じ数学。 『ソフトウェア無線工学』の窓の議論と完全に同型である）

1.2.2 利得・有効面積・開口能率

η（開口能率）は理想からの減損の総積であり、その内訳（照度・スピルオーバ・鏡面・遮蔽…）の 管理が第1.4〜1.5章の主題になる。深宇宙局の代表値で桁を体に入れる：

「口径2倍で利得+6 dB・ビーム半分」という比例則と、 「同口径でX→Kaは+11.6 dB・ビーム1/3.8」という周波数則 — この2つの掛け算で表全体が再構成できる（検算してみること）。

1.2.3 ビーム幅が要求を生む — 第II部への伏線

ビームの中で利得が落ちる形は主極値近傍でほぼ二次であり、指向誤差 e による損失は

損失0.1 dBに抑えたければ e ≤ 0.09·θ_3dB — 34 m・Ka帯ならe ≤ 0.0017°（6秒角）。 風に揺れ、日射で歪み、重力でたわむ数百トンの構造物に対する要求としてこの数字を眺めると、 第II部（指向と追尾）が一冊の半分を占める理由が腹に落ちる。

1.2.4 サイドローブ — 漏れは受信でも送信でも敵

サイドローブは受信では雑音と干渉の入口（地面雑音のスピルオーバ — 第3.4章、 RFI — 第7.3章）、送信では他者への漏れ（『周波数管理と国際調整』第4.3章の調整対象）になる。 規制・調整の場では実測パターンの代わりに基準包絡線 （32−25logφ型 — 『周波数管理と国際調整』第3.2章のSA.509系）が使われる。 自局の実測パターンが包絡線よりどれだけ良いかは、調整の交渉材料そのものである。

1.2.5 口径の代償 — 大きくすることの物理

「大口径の一基」対「中口径の複数基」というアーキテクチャ選択（第7.4章のアレイ、 第8.2章のDSNの転換）は、この表の帰結である。 口径は正義だが、正義には構造・制御・運用の税金がかかる — 第I部の残りは、この税金を最小化する技術の各論である。

第1.3章光学系の選択 — カセグレンからビーム導波管へ

1.3.1 三つの基本形

深宇宙の受信では「漏れが地面を見るか空を見るか」の差が数Kの雑音差になる — 前面給電が大型低雑音局から消えた最大の理由である。

1.3.2 ビーム導波管 — 機器を地上に降ろす

カセグレンでも給電部・冷却系はアンテナ構造の上にあり、 仰角とともに傾き、保守員は高所で作業する。 BWGはさらに数枚の鏡（平面鏡＋曲面鏡の列）で電波を方位軸・仰角軸の中を通して 地上の静止した機器室まで導く。得るものは大きい：

• 機器が静止・水平・地上 — 極低温冷却器（第3.3章）・大電力送信機（第4.1章）の 設計と保守が桁違いに楽になる。機器の姿勢変化ゼロは較正の安定（『電波航法と軌道決定』第5.6章の遅延安定性）にも効く
• 複数バンドの共存 — 機器室内でダイクロイック板（第4.3章『宇宙通信』側で既述の分岐）を 切り替え、S/X/Ka の給電系を並べられる。周波数の追加・更新が「部屋の中の工事」で済む
• 大電力の回転継手（導波管ロータリージョイント）が不要になる — 送信系の信頼性（第4.2章）

1.3.3 鏡列の設計 — ガウシアンビームで考える

BWG内の電波は自由空間を伝わるビームであり、回折で広がる。 設計はレーザー光学と同じガウシアンビーム伝搬の枠組みで行う： ビームウェスト w₀ から距離 z での広がり w(z) = w₀√(1+(z/z_R)²)、z_R = πw₀²/λ。 曲面鏡はビームを「結像」し直すレンズであり、 鏡の間隔とウェストの位置を、最も低い周波数でも鏡径に収まるよう配置する （回折の広がりは波長に比例 — S帯が最も苦しい）。 鏡径はビーム径の数倍を取り、縁での打ち切り（トランケーション）損失とスピルオーバ雑音を抑える。

1.3.4 BWGの代償

「性能でわずかに払い、運用性で大きく回収する」 — BWGの収支はこう要約できる。 毎日パスを回す運用局（第7.2章の可用性）にとって、この収支は明確に黒字であり、 それが現代の収斂の理由である。

1.3.5 多周波共用の実装

機器室内の分岐は周波数選択面（ダイクロイック板：高い帯を通し低い帯を反射する等）で行い、 X/Ka同時受信（『周波数管理と国際調整』第2.5章のデュアル運用の地上側）を実現する。 切替鏡でバンド構成を変えられるのもBWGの利点で、 「今日はX単独・明日はX+Ka」というパス単位の構成変更（第6.5章のM&C）が現実的になる。 分岐面の挿入損失・交差偏波はKa帯で厳しく、光学系全体の較正（第1.7章・第3.5章）の 対象として管理される。

第1.4章照度分布とエッジテーパ — GとTの綱引き

1.4.1 エッジテーパという一つの数

照度分布の実務的な代表値がエッジテーパ ET：開口中心に対する縁での照度（dB）である。 典型は−10〜−15 dB。テーパを深く（縁を暗く）すると：

1.4.2 G/T最適はどこか — 足し算でなく比の最適化

G/T [dB] = G [dBi] − 10log₁₀(T_sys) を ET の関数として書くと、 Gは浅いテーパで最大、T_sysは深いテーパで最小 — 比の最大は必ず中間に来る。

数量感覚：スピルオーバ1%が地面（290 K）を見れば約3 K。 T_sys=25 Kの局では0.5 dBのG/T劣化に相当し、 これは利得側で言えば口径6%分 — 縁の1%の漏れが「2 mの口径」と等価という換算が、 このトレードの真剣さを物語る（第3.4章の0.1 dB=6.8 Kと同じ精神の換算である）。

1.4.3 分布の作り込み — ホーンと副鏡整形

望みの照度分布は給電ホーンの放射パターン（コルゲートホーンのガウシアン状ビーム — 第3.1章）と光学系で作る。現代の大型局はさらに進んで鏡面の整形（shaped optics）を使う： 副鏡・主鏡の形を理想双曲面・放物面からわずかに崩し、 「ほぼ一様に照らしつつ縁で急峻に落とす」分布を光学的に合成して、 照度能率とスピルオーバを同時に稼ぐ。 整形は設計時に固定される — だからこそ製造・組立の鏡面精度（第1.5章）と その計測（第1.7章のホログラフィ）が、設計値を現実にする鍵になる。

1.4.4 仰角依存 — テーパ設計は運用条件で評価する

スピルオーバの行き先は仰角で変わる：高仰角では漏れの多くが空（低温）を、 低仰角では地面・地形（常温）を見る。 したがってT_A(el) は仰角の関数であり（第3.4章の予算表が仰角別である理由）、 テーパの最適も「どの仰角での運用が多いか」に依存する。 深宇宙ミッションの多くはパスの大半を中低仰角で過ごす（可視の幾何 — 第7.1章） — 設計評価は天頂ではなく仰角20〜40°の実運用条件で行うのが実務である。

第1.5章鏡面精度とRuzeの式

1.5.1 Ruzeの式

鏡面の実効誤差（開口位相への寄与に換算した実効値）を ε(rms) とすると、利得は

位相誤差のランダムなばらつき（相関スケールが開口より十分小さい場合）が コヒーレントな合成から電力を逃がす、という物理である。 重要なのはλ²に反比例して効くこと — 同じ鏡がS帯では完璧、Ka帯では失格になる。

1.5.2 εの中身 — 誤差の会計

Ruzeのεは単一の数だが、中身は多層の会計である：

会計はRSS（二乗和平方根）で合成する — ただし系統成分（重力・熱）は補正後の残差で数えるのが 現代の作法である。「素の変形」は mm 級でも、モデル補正後の残差を0.1 mm級に抑える — 計測と補正（第1.6〜1.7章）が鏡面予算の主役になっている。

1.5.3 相関スケールの注意 — Ruzeが破れるとき

Ruzeの式は「誤差が開口全体にランダムに散っている」仮定の下の式である。 現実の誤差には空間相関がある：パネル1枚のずれ、重力による低次のたわみ（焦点ぼけ・コマ）。 大きなスケールの系統誤差はサイドローブ・ビーム変形として現れ、 単純なRuze損失より性質が悪い（指向オフセットや近傍サイドローブ上昇 — 第2部の指向誤差と結合する）。 対処も別で、低次成分は副鏡の位置・姿勢の調整（第1.6章の能動制御）で「光学的に」打ち消せる。 ホログラフィ計測（第1.7章）が誤差の空間マップを出すのは、 この「スケール別の対処」を可能にするためである。

第1.6章構造変形との戦い — 重力・熱・風

1.6.1 重力 — 避けられないが、読める

仰角が変わると自重の向きが構造に対して変わり、主鏡は連続的に形を変える。 素の変形は大型鏡でmm〜cm級 — Ruze的には致命傷である。救いは 完全に決定論的（仰角の関数として再現する）こと。対策は三層：

1. ホモロジー設計 — 「変形しない」構造は不可能でも、 「どの仰角でも別の放物面に変形する」構造は設計できる（ホモロジー：相似変形）。 変形後の放物面は焦点位置と軸がずれるだけなので —
2. 副鏡の追従 — 焦点のずれを副鏡の位置・姿勢（ヘキサポッド等）で仰角の関数として補正する。 低次の系統変形（第1.5章の相関の大きい成分）はここでほぼ消える
3. 能動主鏡（最新世代） — パネルをアクチュエータで駆動し、 計測（第1.7章）に基づいて高次成分まで実時間補正する

結果として「重力変形」は鏡面予算（第1.5章）上、 素のmm級から補正残差0.1 mm級まで圧縮される — モデル化できる誤差は消せる、という本シリーズ共通の原則の構造版である。

1.6.2 熱 — 遅いが読みにくい

日射の当たり方は方位・仰角・時刻・雲で変わり、構造に温度むらを作る。 鋼の線膨張は約12 ppm/K — 50 mの部材に5 Kの温度差で3 mmの伸び差になる。 重力と違い境界条件（天気）が読みにくいのが厄介で、対策は：

• 白色塗装・断熱・通風で温度むら自体を抑える
• 構造内温度センサ＋熱モデルで変形を推定し副鏡で補正（重力補正と同じ経路に載せる）
• 運用側の回避：精密観測（Ka帯・ホログラフィ・電波科学）は夜間・曇天に置く （第7.1章のスケジューリング制約として現れる）

1.6.3 風 — 速くて確率的

風は三つの顔で効く： ①静的な傾き（平均風圧 — 指向オフセット）、 ②動的な揺れ（ガストがサーボ帯域内外で構造を揺らす — 第2.1章の外乱）、 ③極端風での安全（ストウ退避）。 性質はもはや較正でなく統計と運用の問題であり：

しきい値は局ごとの構造設計で決まる（表は桁の目安）。 重要なのは風が可用性（第7.2章）の主要な差し引き項であること — サイト選定（第7.3章）で風況が問われ、 「風の強い良サイト」対「穏やかな平凡サイト」というトレードが実在する。

1.6.4 三つの敵の性格比較 — 対処の論理

第1.7章ホログラフィ計測と副鏡制御 — 第I部の答え合わせ

1.7.1 原理 — フーリエ変換を逆に使う

遠方界 E_far を複素数（振幅と位相）で測るのが肝である。 位相を測るには基準が要るので、小型の基準アンテナで同じ電波源を同時受信し、 被測定アンテナとの相関（干渉計）で位相差を得る — VLBI（『電波航法と軌道決定』第2.4章）と 同じ技術がここでも土台になる。 開口位相の凹凸を λ/4π（往復の幾何）で機械的な鏡面誤差に読み替えれば、 鏡面の等高線地図が得られる。分解能は測るパターンの角度範囲で決まり （フーリエの相反性）、パネル1枚を分解するには主ビームから多数のサイドローブまで 2次元スキャンする。

1.7.2 電波源に何を使うか

実務は「静止衛星で高精細マップ＋電波星で仰角依存」の組合せが定石である。 仰角依存の測定結果が、副鏡追従テーブル（第1.6章）の較正データになる。

1.7.3 測って、直す — パネル調整のループ

1. ホログラフィで鏡面マップを取得（rms と空間分布）
2. マップをパネル単位に分解し、各パネルの調整量（ネジ回転量）に翻訳する
3. 調整 — 数百枚規模のパネルの脚を規定量ずつ動かす（近年はアクチュエータ化も）
4. 再測定で収束確認 — 通常数回の反復で設置誤差成分（第1.5章の会計）を追い込む

このループが、製造mm級の構造物を0.1〜0.3 mm(rms)の光学面に仕上げる。 Ka帯対応（第1.5章の例1.5-1）は、このループの精度と反復にかかっている — 「Ka帯局の建設」の実質は、ホログラフィ運動の成功である。

1.7.4 副鏡という万能つまみ — 使い方と限界

副鏡の位置・姿勢（並進3＋回転2）は、開口位相の低次成分 （焦点ぼけ＝デフォーカス、コマ＝軸ずれ）を打ち消せる光学つまみである（第1.6章）。 重力・熱の系統変形の大半は低次なので、 「高次はパネルで作り込み、低次は副鏡で日々追従」という分担が成立する。 限界も明確で、副鏡で消せない中間スケール（数パネル規模）の誤差が 残差の主成分になる — それが能動主鏡（第1.6章）へ進む動機である。

第2.1章駆動とサーボ — 数千トンを秒角で動かす

2.1.1 マウント形式 — AZ-ELが標準になった理由

大型鏡では「重力変形を仰角だけの関数にできる」（第1.6章のホモロジー補正が1変数で済む） ことが決定的で、AZ-ELがほぼ唯一解になっている。

2.1.2 駆動列 — バックラッシュを消す機械

モータから構造までは減速機・ピニオン・大歯車の列である。 歯車には必ず遊び（バックラッシュ）があり、 風のトルク反転のたびに遊びの分だけ「カクッ」と動く — 秒角制御には致命的である。標準の解はアンチバックラッシュ駆動： 同じ歯車に2系統のモータで互いに逆向きのバイアストルクを掛け、 歯面を常に片側に押し付けて遊びを消す。 複数モータはさらに冗長性（第7.2章）も与える — 深宇宙局の駆動が 軸あたり2〜4台のモータ構成を取るのはこの二重の理由である。

2.1.3 サーボと構造共振 — 帯域の天井

位置ループの帯域を上げれば外乱（風）への剛性が増す。 しかし構造には最低次の固有振動数 f_n があり、 制御帯域がf_nに近づくと共振を励起して発振に至る。 実用則として帯域はf_nの1/3〜1/5以下に取る：

つまり70 m級のサーボ帯域は0.2〜0.5 Hz程度しか取れない。 これが意味するのは：①それより速い風のガストはサーボでは取れない （→指向予算のランダム項 — 第2.6章）、 ②速い目標（LEOP・低軌道）は追えない（第8.1章の内之浦の役割分担の理由）、 ③改善の道は制御の工夫（状態推定器・フィードフォワード・加速度計フィードバック）と 構造側の剛性化の両輪になる。 「サーボの性能は構造で決まる」 — 制御屋と構造屋が同じ会議に座る理由である。

2.1.4 速度・加速度の限界と追跡可否

駆動系には最大速度（毎秒コンマ数度〜数度）と最大加速度の限界がある。 深宇宙機の恒星時運動（15°/h ≈ 0.004°/s）には余裕十分だが、 問題は天頂近くの方位軸である — 次節。

2.1.5 キーホール — 天頂の特異点

AZ-ELマウントで天頂を通る目標を追うと、仰角90°の瞬間に方位が180°反転する。 必要な方位速度は仰角90°−δでおよそ

方位軸の最大速度で決まる「追えない円錐」＝キーホールが天頂に開く。 深宇宙機は日周運動で動くので、目標の赤緯が局の緯度に近い日はパスが天頂をかすめ、 キーホール通過が起きる。運用の選択肢：

• 予測して受け入れる — 通過の数分間のデータ欠落を計画に織り込む（第7.1章のパス設計）。 深宇宙では最も普通の解
• 直前に方位を一回転先回りさせる（ケーブル巻き制約 — 方位軸は±270°等の回転範囲がある — と併せて計画）
• キーホールの小さい局（X-Yマウント等）に切り替える（クロスサポート — 第7.5章）

第2.2章角度エンコーダ — 「どこを向いているか」の根拠

2.2.1 方式と実力

現代の大型局の標準は光学式アブソリュートエンコーダ（円板の目盛を光学読取り）で、 分解能は24〜27 bit級 — 360°/2²⁶ ≈ 0.02秒角という細かさに達する。 補助的に、誘導式（インダクトシン等）・複数読取りヘッドの平均化が使われる。 分解能は要求（ミリ度＝3.6秒角 — 第1.2章）に対して十分すぎるほどある。 問題は分解能ではなく確度 — 次節の系統誤差である。

2.2.2 目盛を裏切るもの

複数ヘッドを対角に置いて平均すれば偏心は打ち消せる（1周期成分の消去）。 目盛誤差は基準（後述）に対する較正テーブルで補正する。 最後の行 — エンコーダには見えない構造変形 — だけはエンコーダ側では原理的に手が出ず、 指向モデル（第2.3章）と電波による較正に委ねられる。 この分担線を意識すると、第II部全体の構図が明確になる： エンコーダは「軸」を秒角で知る係、モデルと電波較正が「軸→ビーム」を埋める係である。

2.2.3 較正 — 何を基準に目盛を正すか

1. 自己較正 — 複数ヘッドの読み比較・円周閉合（一周の総和=360°）から 目盛誤差の高調波成分を推定する。外部基準なしでできる分だけ日常的に回せる
2. 光学基準 — オートコリメータ・傾斜計で軸の運動を独立測定（据付時・大改修時）
3. 天体較正 — 位置が正確に既知の電波星を使う。これは「エンコーダ較正」を超えて 軸～ビーム間の全系統誤差の較正であり、指向モデル（第2.3章）として実施される — 最終的な正はいつも電波（星）である

第2.3章指向モデル — 系統誤差を関数で消す

2.3.1 モデルの構造 — 物理項の和

指向補正 ΔA（方位）・ΔE（仰角）を、幾何的に導かれる基底関数の線形結合で書く。 主要項は：

各項が方位・仰角依存の「指紋」を持つことに注目 — tan E で発散するのは非直交、cos E で効くのはたわみ、という具合に、 空全体のデータがあれば係数は互いに分離して決まる（可観測性 — 同じ言葉が再登場する）。

2.3.2 係数の決定 — 電波星で空を張る

1. 位置が精確に既知の電波源（ICRFのクェーサー・較正天体 — 『電波航法と軌道決定』第2.6章）を 空の広範囲（方位一周・仰角の上下）で数十点観測する
2. 各点で「電波的な真の方向」対「エンコーダの読み」の差（＝生の指向誤差）を測る。 測り方はビームを十字に振ってピークを探すクロススキャン等（第2.4章の技術の較正利用）
3. 差の集合にモデルを最小二乗で当てはめ、係数と残差RMSを得る

当てはめの作法は推定理論の教科書どおりである： 残差が白色になるまで項を吟味し（構造のない残差 — 『電波航法と軌道決定』第4.9章）、 意味のない項を足して残差を「食わせる」ことはしない（『電波航法と軌道決定』第4.6章の過剰パラメータの弊害）。 物理に根拠のある項だけで残差ミリ度級に到達するのが健全なモデルである。

2.3.3 いつ取り直すか — モデルの寿命

• 定期 — 季節（熱の分布が変わる）・年単位の全天当てはめ。トレンド監視（第7.2章）とセット
• イベント後 — 駆動・エンコーダ・光学系の工事、地震・強風の後（第2.2章Q&Aの対応表）
• 毎パスの微修正 — パス冒頭に目標そのもの（または近傍較正源）でオフセットだけ取り直す 「ポインティング較正」運用。モデルの残差＋当日の熱・風をその場で吸う

2.3.4 屈折 — 大気は最後のレンズ

大気の屈折率勾配で電波は下に曲がり、天体は見かけ上、実際より高く見える。 量は仰角に強く依存し、cot E 型の式＋地上気象（気圧・気温・湿度）で補正する： 天頂でゼロ、仰角10°で約5分角、5°で約10分角 — 指向モデルのどの項より大きい。 幸い物理がよく分かっているので気象実測込みでモデル化でき、 残差は低仰角でも数秒角級に収まる。対流圏遅延（『電波航法と軌道決定』第3.1章）と 同じ大気を別の顔（遅延 vs 曲がり）で見ている — 気象計測が両方の較正を支える。

第2.4章自動追尾 — 電波自身に向きを聞く

2.4.1 コニカルスキャン — ビームを回して誤差を聞く

ビームを目標のまわりに小さな円錐状に振り（半径はビーム幅の1/10程度）、 受信レベルの変動を見る。目標が円錐の中心にいれば変動なし、 ずれていればスキャン周期に同期した正弦変動が現れ、 その振幅がずれ量・位相がずれ方向を教える — 同期検波で2軸誤差が出る。

美点は受信系がそのまま使えること（追加ハードほぼ不要）。 代償は①わざとビームを外すので利得を僅かに損する（スキャン損失）、 ②誤差情報が時分割 — スキャン数周期分の時間が要り、 その間の振幅変動（シンチレーション・探査機のスピン変調）を 角度誤差と誤認しうる、③機械でビームを振るなら駆動系に常時微動を強いる。

2.4.2 モノパルス — 振らずに同時に測る

給電部に和パターン（Σ：通常の主ビーム）と差パターン（Δ：軸上にヌル）を同時に作る （高次モードカプラ等 — 第3.1章の給電系の仕事）。目標が軸を外れると Δ出力が立ち上がり、Σで正規化した比が角度誤差に比例する：

時分割がないため速く、振幅変動に原理的に強い（Σも Δも同じ変動を受け、比で消える）。 代償は受信チャネルがもう1系統要ること（Δ用の低雑音受信 — コスト）と、 Σ/Δ間の位相・振幅較正が新たな較正項目になること。 大型深宇宙局の標準はモノパルス系（擬似モノパルスを含む）である。

2.4.3 追尾精度 — やはりS/Nが決める

熱雑音による角度ジッタは、次の形にまとまる：

読み方：①ビーム幅に比例 — 細いビーム（Ka帯）ほど同じ相対精度でも絶対には厳しい。 ②S/Nの平方根で改善 — 弱信号では追尾自体が雑音で踊る。 ③サーボ帯域を絞れば雑音は減るが、風・目標運動への追従が鈍る — 帯域はいつもの綱引き（『宇宙通信』のループ帯域の議論と同型）である。 実務ではビーム幅の1/20〜1/50の追尾精度が得られ、指向予算（第2.6章）の 閉ループ時の主要項になる。

2.4.4 使えない場面 — 開ループに戻る判断

「閉ループが常に正義」ではない — 追尾は測定と制御の混合であり、 測定を汚さないことが要る場面では開ループに戻す。 切替の運用設計は次章で扱う。

第2.5章プログラム追尾 — 予報で向ける

2.5.1 仕組み — 予報＋モデルで軸を運ぶ

制御の流れは：予報（時刻→天体方向）→ 屈折補正（第2.3章5節）→ 指向モデル適用（第2.3章）→ 軸角度指令 → サーボ（第2.1章）。 つまりプログラム追尾の指向誤差は予報誤差＋モデル残差＋当日のドリフトの和であり、 各項の管理章はすべて既出である。本章の固有の仕事は最初の「予報」の受け渡しにある。

2.5.2 予報の受け渡し — 形式と補間

• 形式 — 時刻つきの方位・仰角点列、または軌道そのもの（SPK/OEM — 『電波航法と軌道決定』第5.5章）を受けて局側で方向を計算する。 後者が現代の主流（一貫性 — 『電波航法と軌道決定』第5.4章）
• 補間 — 点列を多項式・スプラインで滑らかにつなぐ。 深宇宙機の見かけの運動はほぼ恒星時運動で滑らかなので低次で足りるが、 点列の粗さと補間誤差が指向予算に入らない程度（ミリ度の1/10以下）を確認する
• 時刻系 — 予報の時刻がUTCかTDBか（『電波航法と軌道決定』第3.5章）、 うるう秒の扱い — 受け渡し事故の定番はいつも時刻である（『電波航法と軌道決定』第5.5章のメタデータ問題）

2.5.3 鮮度 — 予報は腐る

予報誤差は発行からの時間とともに成長する（『電波航法と軌道決定』第5.4章：賞味期限）。 角度に効くのは横方向誤差÷距離であり、深宇宙の距離が幸いして 角度予報は距離予報より長持ちする（横方向10 kmでも10⁸ kmなら0.1 µrad）。 それでも：近傍運用・スイングバイ直後・マヌーバ後は横方向誤差が急増し、 更新が追いつかなければビーム（Ka帯で0.019° — 第1.2章）から外れうる。 局側の規律は「パスで使う予報の版と発行時刻を必ず記録する」こと — 捕捉失敗の事後解析（『電波航法と軌道決定』第5.4章の症状学）は、この記録がなければ始まらない。

2.5.4 開と閉のダンス — 切替の運用

2.5.5 予報が来ない・使えないとき

1. 直前の版で延命 — 賞味期限内なら前回予報で運用（版の記録を確実に）
2. 局側で外挿 — 軌道（SPK）を受けていれば局側計算で数日は保つ。 点列のみの受領だと外挿は危険（多項式の暴れ）
3. 探索運用 — 予報の不確かさが大きい（緊急時 — セーフモード後）は、 予測点のまわりをラスタ／スパイラルに走査して信号を探す。 走査幅は共分散（『電波航法と軌道決定』第5.4章）から決める — 「どれだけずらしたら見つかったか」は貴重な観測になる（『電波航法と軌道決定』第5.4章4節）

第2.6章指向誤差予算 — 第II部の総決算

2.6.1 予算表のテンプレート（34 m級・開ループ時の例）

2.6.2 損失への翻訳 — 帯が変われば意味が変わる

同じ誤差でも、ビーム幅（第1.2章）で割った瞬間に意味が変わる：

X帯では「気にしなくてよかった」誤差群が、Ka帯では主要予算項目に昇格する — Ka帯対応とは、鏡面（第1.5章）だけでなく指向体系全体の一段の作り直しである （『周波数管理と国際調整』第2.4章の「機械系と制御系を作り直す」の内訳がこの表である）。 風のランダム項が支配的になるため、Ka帯の実効G/Tは風速の関数として 運用に提示されるのが現代の作法である（第7.2章の可用性・第3.7章の気象統計と同じ構図）。

2.6.3 予算の検証 — 測って閉じる

1. 電波星スキャン — 較正観測の残差統計が「系統＋ランダム」の実測値を与える（第2.3章）
2. 自動追尾のオフセット記録 — 閉ループが吸っている量＝開ループなら残っていた量。 毎パス自動で貯まる最良の検証データ（『電波航法と軌道決定』第5.4章の予測残差と同じ発想）
3. 受信レベルの統計 — レベルのふらつきから指向ジッタを逆算（風の項の実測）

予算表は書いて終わりでなく、この三つで季節・風速別に検証し続ける生きた文書にする — 観測量予算（『電波航法と軌道決定』第3.6章）とまったく同じ規律である。

第3.1章給電系 — ホーン・偏波器・OMT

3.1.1 コルゲートホーン — 対称で静かなビームを作る

ホーンの役目は「鏡をちょうどよい分布で照らす」（第1.4章のテーパの実現）ことである。 深宇宙局の標準コルゲートホーン（内壁に1/4波長の溝）は、 溝がつくる境界条件でE面・H面のパターンをそろえ（ハイブリッドモードHE11）、 ほぼ軸対称・低サイドローブ・低交差偏波のガウシアン状ビームを放つ。 照度の対称性はスピルオーバ雑音と偏波純度に直結するため、 「良いホーン」はG/Tと軸比の双方の土台になる。帯域も広く、 X帯送受（7.1/8.4 GHz）を1本で覆う設計が成立する。

3.1.2 円偏波を作る・戻す — 偏波器

深宇宙リンクは円偏波（RHCP/LHCP — ファラデー回転と姿勢回転に強い。『宇宙通信』第1部）。 導波管内の実装は直交する直線偏波成分の間に90°の位相差を与える構造 — セプタム型偏波器、コルゲート/ピン装荷の移相型など — で、円⇔直線を相互変換する。 性能指標は変換の位相誤差・振幅差で、それが軸比（偏波の楕円化）として現れる。

3.1.3 OMT — 直交偏波の分岐点

直交モード変換器(OMT)は、導波管内の直交2偏波を別ポートへ分ける三方路である。 両偏波を同時に受ける（RHCP=通信、LHCP=較正・他ミッション）構成、 偏波ダイバーシティ、送受で偏波を分ける構成 — 局の柔軟性はOMTの先の配管で決まる。 指標はポート間アイソレーション（>40 dB級）と挿入損失である。

3.1.4 XPD — 交差偏波という漏れ

交差偏波識別度XPDの劣化要因は、ホーンの非対称・偏波器の位相誤差・ BWG鏡列の斜め反射（第1.3章Q&A）・鏡の非対称変形（第1.6章）と、光学系全体に分布する。 深宇宙リンク自体は同時二偏波を使わないので、XPDの実害は ①偏波損失（軸比不整合 — リンクバジェットの小項目）と ②再利用・共存の場面（両偏波を別ミッションに割る運用、 電波科学の偏波観測）で現れる。仕様としては光学系込みの実測で管理する（第3.5章）。

3.1.5 前段損失の会計 — この章の存在理由

給電系の全部品はLNAの前にいる。第3.4章で導く式を先取りして引く：

だから現代の低雑音局はホーンの喉から偏波器・OMTまでをデュワーに入れて冷やす （第3.3章）。部品の設計も「性能が同じなら短く・薄く・冷やせる形に」が原則になる。 給電系の設計会議で戦われているのは、実は雑音温度の小数点第一位である。

3.1.6 送受共用 — ダイプレクサの置き場所

X帯の送信（7.1 GHz・20 kW）と受信（8.4 GHz・フェムトワット）は同じホーンを通る。 分けるのは周波数分離フィルタ（ダイプレクサ — 第4.4章）で、 受信側から見ればこれも前段損失である。 送信パスの高電力耐性と受信パスの低損失という矛盾した要求を、 配管の工夫（送信は常温側で合流・受信のみ冷却系へ）で両立させる — 給電系の配管図は、第III部（受信）と第IV部（送信）の国境線の地図でもある。

第3.2章低雑音増幅 — 冷却HEMTとメーザ

3.2.1 言葉の確認 — 雑音温度で語る

低雑音の世界ではdB表記の雑音指数は感度が悪すぎる（F=0.1 dB ⇔ T_e≈7 K、0.05 dB ⇔ 3.4 K）ため、 雑音温度[K]が共通語である（第3.4章）。測るのもY-factor法で温度として測る（第3.5章）。

3.2.2 冷却HEMT — 現在の主力

HEMT（高電子移動度トランジスタ）は半導体増幅器だが、 物理温度を下げると内部の熱雑音源が凍り、雑音温度が劇的に下がる。 15〜20 Kまで冷やしたHEMT LNAの実力（公開されている技術水準の桁）：

利点は半導体ゆえの広帯域・安定・保守容易・拡張性。 冷却器（第3.3章）ごと箱にした「冷却LNAパッケージ」が現代の標準部品であり、 給電系後半を丸ごと同居させる（第3.1章5節）ことで前段損失も同時に殺す。

3.2.3 メーザ — 量子の増幅器

メーザはルビー結晶等の電子スピン準位を使う量子増幅器で、 ポンプ波で反転分布を作り誘導放出で信号を増幅する。 液体ヘリウム温度（4 K級）で動作し、T_e数K（X帯で2〜5 K級）という物理限界近い低雑音を誇る。 DSNの大口径局が長年使ってきた「深宇宙の音を聞く耳」であり、 電波天文と深宇宙通信の技術史の宝である。 弱点は狭帯域・低利得（後段設計が重い）・4 K冷凍系の保守負担。

3.2.4 どちらを選ぶか — 数Kと運用の天秤

差の数KがT_sys=20 K台の何割かに相当する以上、性能ではメーザに分がある。 それでも趨勢が冷却HEMTなのは、可用性・保守費・多帯域化（第1.3章のBWG機器室）という 運用の通貨で測ると逆転するからである — BWG（第1.3章）と同じ「運用性が設計を駆動する」構図であり、 装置の選定が局の人員・保守体制の設計（第7.2章）と不可分であることを示す好例である。

第3.3章極低温冷却 — 静けさは機械が作る

3.3.1 なぜ冷やすと静かになるのか（復習と整理）

効果は二重である（第3.4章）： ①増幅素子自体の雑音（HEMT内部の熱雑音源）が物理温度とともに下がる、 ②前段損失の放射雑音 (L−1)T_p が T_p に比例して下がる（0.1 dB：290 Kで6.8 K→20 Kで0.47 K）。 「LNAを冷やす」ではなく「給電系の後半ごと冷やす」のが現代設計である理由は②にある。

3.3.2 冷凍機 — GMとパルスチューブ

いずれも圧縮機（機械室）とコールドヘッド（デュワー側）をヘリウム配管で結ぶ構成であり、 BWG局（第1.3章）なら全部が地上の部屋にある — 保守性の差がここでも効く。

3.3.3 デュワー — 熱の会計簿

冷凍機の冷却能力は15 K段で数W程度しかない。デュワー（真空断熱容器）の設計は 侵入熱をWの単位で数える会計である：

• 伝導 — 配線・導波管・支持構造。細く・長く・低熱伝導材で、 中間温度段（70 K段）に熱アンカーして15 K段への到達熱を絞る
• 放射 — 300 K壁からの輻射。多層断熱（MLI）と70 Kシールドで遮る
• マイクロ波窓 — 電波は通し空気は止める窓（発泡材・薄膜）。 窓の誘電損失はそのまま前段損失（第3.1章）— 熱と雑音の両面から材料を選ぶ
• 残留ガス — 真空劣化は対流熱を復活させる。真空度監視と定期排気が保守項目になる

温度モニタ（各段・LNA本体）はM&C（第6.5章）の常時監視項目であり、 温度のわずかな上昇トレンドが「真空が甘い・冷凍機が老いた」の早期警報になる — T_sysのトレンド監視（第3.5章6節）と並ぶ、受信系の健康診断である。

3.3.4 止まった日 — 縮退運用の設計

冷凍機は消耗する機械であり、いつか止まる。設計・運用の備え：

1. 温まっても動く — 常温でもHEMTは（性能を落として）動作する。 T_sys が25 K→100 K級に跳ね、G/Tが約6 dB落ちた局として運用継続できる — リンクに余裕のあるパス（近距離・低レート）なら成立する。 「冷却喪失＝局喪失」ではないことが、計画（第7.1章）の柔軟性を生む
2. 交換の速さを設計しておく — コールドヘッドをデュワーごと予備品と交換し、 再冷却（1〜2日）で復帰する体制。保守間隔（万時間級）と予備品運用が 可用性予算（第7.2章）の入力になる
3. 複数受信系（別バンド・別偏波の冷却系統）を独立にし、共倒れを避ける

第3.4章系雑音温度予算

3.4.1 参照面を決めないと議論が成立しない

雑音温度は「どこで測った値か」を言わないと意味を持たない。 同じ局でも、フィード開口で言うのと、LNA入力で言うのと、受信機出力で言うのとでは 数字がまったく違う。そして利得Gも同じ面で定義しなければならない。

深宇宙局の慣行では、LNA入力端を参照面に取ることが多い。理由は明快で、 そこが「これ以上前段に手を入れられない」境界だからである。 本書もLNA入力端を既定の参照面とする。

3.4.2 雑音温度の積み上げ

LNA入力端で見た系雑音温度は、次の寄与の和になる。

T_A はアンテナ雑音温度（空を見て入ってくるもの）、T_feed は給電系の損失が生む雑音、 T_LNA は初段増幅器、T_rest は後段の寄与である。それぞれを分解する。

アンテナ雑音温度 T_A

スピルオーバは設計者が動かせる数少ない項である。 エッジテーパを深くすればスピルオーバは減るが、開口能率が落ちて利得が下がる。 G/Tを最大化するテーパは、GとTのトレードの中間にある（第1.4章）。 「利得だけ最大化」も「雑音だけ最小化」も、G/Tでは最適でない。

給電系損失 T_feed

LNAの前にある損失は、そのぶん信号を減らし、かつ自分自身が雑音を出す。 物理温度 T_p の損失 L（真値、L>1）が生む雑音温度は

常温（290 K）で0.1 dBの損失なら L = 1.0233 なので T = 6.8 K。 0.1 dBが6.8 Kである。この換算を体に入れておくと、設計判断が速くなる。

だから深宇宙局は、フィードとLNAを可能な限り近づけ、 さらにその区間ごと冷やす（第3.3章）。物理温度を290 Kから20 Kに下げれば、 同じ0.1 dBの損失が生む雑音は 6.8 K から 0.47 K になる。 冷却の効果は「LNAが良くなる」だけでなく「前段損失の雑音が減る」という二面がある。

初段と後段 — Friisの式

初段の利得 G_1 が大きければ、後段の寄与は割り算で潰れる。 LNAの利得が30 dB（1000倍）あれば、後段が3000 Kあっても寄与は3 Kである。 だから「初段だけが支配する」と言われる。

ただしこれは初段利得が十分にあるときの話である。 LNAの利得が足りない構成や、LNAと後段のあいだに大きな損失（長い導波管、 分配器、フィルタ）がある構成では、後段が効いてくる。 系統図を見て、初段利得と、その後の損失を必ず確認すること。

3.4.3 仰角依存 — 予算表は1枚では足りない

T_sys は定数ではない。大気とスピルオーバが仰角で変わるからである。

大気の寄与は、天頂での大気減衰を A_z（真値）とすると、 平面平行大気の近似で仰角 el のとき

T_m は大気の実効放射温度（260〜280 K程度）。1/sin(el) が効くので、 仰角10°では天頂の約5.8倍、5°では約11.5倍の大気を通る。

したがって予算表は仰角ごとに作る。実務では 90° / 30° / 20° / 10° / 5° の 5点くらいで表を作り、あいだは補間する。 姉妹書『電波航法と軌道決定』第5.1章の「いつ測距を打つか」という判断は、 この表の上でしている。

3.4.4 予算表のテンプレート

この表を自分の局の数字で埋めるのが、本章の演習である。埋めたあとに見るべきは順位で、 上の例ならLNA（15 K）が最大の寄与だが、低仰角では大気（26.8 K）が逆転する。 「LNAを良くする」投資が効くのは高仰角の運用が主体の局であり、 低仰角も使う局ではサイト選定（乾燥地・高地）のほうが効く。

3.4.5 感度分析 — どこを直すと何dB効くか

予算表ができたら、各項を1 K動かしたときのG/T変化を出しておく。

T_sys = 25 K なら 1 Kあたり0.17 dB。T_sys = 50 K なら 0.087 dB/K。 もともと低雑音な局ほど、1 Kの価値が大きい。 25 Kの局で5 K改善すれば0.87 dB、これは口径を1.22倍にするのと同じ効果であり、 費用対効果は圧倒的に受信系側にある。

3.4.6 よくある誤り

第3.5章G/T測定 — 実力を数字にする

3.5.1 Y-factor法 — 二つの温度で割るだけ

受信機出力の雑音電力は P ∝ (T_sys + T_source)。 既知の温度の源を二つ見せて出力比 Y を取れば：

利得も帯域も知らなくてよい — 比だけで T_sys が出る。 これがY-factor法の強靭さであり、あらゆる雑音測定の背骨である。 問題は「既知の温度」をどう用意するかに移る。

3.5.2 熱い源と冷たい源のメニュー

「アンビエント＋冷天」のY-factorがT_sys測定の日常形である。 雑音ダイオードは絶対精度こそ落ちるがパス中の連続トレンドが取れる — 定点測定と連続監視の二段構えが実務の型である。

3.5.3 電波星 — G/Tを一発で測る絶対基準

T_sysが分かってもGが要る。両方を一度に、しかも絶対値で与えるのが フラックス密度既知の電波星（Cas A・Cyg A・Tau Aなど、電波天文が較正してきた標準源）である。 星を視野に入れた/外したときの出力比（y）から：

アンテナ・給電・LNA・損失のすべてを込みにした系全体のG/Tが、 天文コミュニティの較正資産を基準に一発で出る。 深宇宙局の性能証明（対外的に「この局はG/T何dB/K」と言う根拠）はこの測定であり、 DSNの局性能文書（810-005 — 付録C）の数値も電波星較正に基づいている。 注意は標準源自体の性質 — Cas Aは年々減光する（公開の減光率で補正）、 強い源は分解能で部分分解される（サイズ補正） — で、 これらの補正込みの手順書が局の標準較正手順になる。

3.5.4 不確かさの予算 — 測定にも会計が要る

まともに積むとG/Tの絶対値は±0.2〜0.5 dB程度が実力である — 「G/T 53.0 dB/K」の小数点以下一桁は、この会計を通ってはじめて意味を持つ。

3.5.5 合わないとき — 犯人の絞り方

1. T_sysだけずれる／G/Tもずれるを分ける — 前者は雑音系（LNA・損失・スピルオーバ）、 後者に利得系（鏡面・照度 — 第1.4〜1.5章）が加わる
2. 仰角を振る — 仰角依存なら大気・スピルオーバ・構造変形（第3.4章の分離法）。 非依存なら機器内（LNA・損失・後段）
3. 周波数・偏波を振る — 特定帯・特定偏波だけなら該当経路の部品（第3.1章）
4. 温度テレメトリ（第3.3章）・較正履歴（『電波航法と軌道決定』第5.6章と同じ構成管理）と突き合わせる

この切り分けは、残差読影（『電波航法と軌道決定』第4.9章）の受信系版である — 変数を一つずつ振って指紋を取るという科学の基本動作は、どの層でも同じ形をしている。

3.5.6 トレンド監視 — 測定を資産にする

G/T・T_sysの定期測定値は時系列データベースに載せ、管理限界を引く（第7.2章）。 緩やかな劣化（鏡面の汚れ・真空劣化・LNAの老い）は単発測定では見えず、 トレンドだけが教えてくれる。 「先月より0.3 dB悪い」が保守（洗浄・再冷却・交換）のトリガーになる — 性能は測り続けることでしか維持できない。

第3.6章受信系の直線性とスプリアス — 強い信号という毒

3.6.1 非直線性の物差し — P1dBとIP3

増幅器の入出力は大信号で圧縮される。指標は二つ：

• P1dB（1 dB圧縮点） — 利得が1 dB落ちる入力。実用上の「上限レベル」
• IP3（3次インターセプト点） — 3次歪みの外挿交点。 2信号 f₁,f₂ が作る相互変調積（2f₁−f₂ 等）の大きさを一つの数で表す： IM3の抑圧 [dB] ≈ 2×(IP3 − 入力レベル)

重要な性質：入力を1 dB下げるとIM3は3 dB下がる（差は2 dB開く）。 歪み対策の第一手が常に「レベルを下げる」（減衰を入れる）なのはこの傾きのためである — ただし下げれば雑音床との距離も縮む。 ダイナミックレンジ＝雑音床とIP3の間の谷であり、 低雑音（谷の底が深い）とはこの谷の広さでもある。測定器側の同じ議論を 『周波数管理と国際調整』第5.6章でやった — 受信系も測定器も物理は一つである。

3.6.2 歪みの現れ方 — 症状のカタログ

「入力を10 dB絞って症状が10 dBだけ変わるか、30 dB変わるか」 — 直線か3次かを見分けるこのテストは、測定器のとき（『周波数管理と国際調整』第5.6章）と 同じ万能の一手である。

3.6.3 イメージとフィルタ配置 — 周波数変換の影

ミキサは |f_RF − f_LO| を作る装置なので、目的帯と鏡像の関係にある イメージ帯の信号・雑音も同じIFに畳み込む。対策の原則：

1. 初段（低雑音段）の直後・ミキサの前にイメージ除去フィルタ — ただしLNAの前には置かない（前段損失 — 第3.1章）。 「雑音のためにフィルタは後ろへ、歪みのためには前へ」という綱引きの妥協点が LNA直後である
2. イメージ帯の雑音の畳み込み（3 dB劣化）を避けるため、 サイドバンド分離型ミキサ・十分なIF周波数の選択で設計段階から逃がす
3. 多段変換（第6.1章）では各段のイメージ・スプリアスの周波数計画表を作る — 探すべきスプリアスのリスト（『周波数管理と国際調整』第5.6章の「予言」）の受信版である

3.6.4 強い干渉が来た日 — 局の防御運用

1. 症状の記録 — スペクトログラム・レベル・時刻（第7.3章のRFI記録と共通の台帳へ）。 干渉切り分けフロー（『周波数管理と国際調整』第4.5章）の局側入口になる
2. 減衰挿入で線形域へ退避 — 感度を犠牲に受信の連続性を守る判断。 G/T低下量を記録し、OD側へ観測重みの情報として渡す（『電波航法と軌道決定』第4.2章の重み）
3. 周波数・偏波・時間での回避（第7.3章）、深刻なら申告（『周波数管理と国際調整』第4.5章）
4. 事後にスプリアス応答の較正データとして整理 — 「あの周波数の照射でここに偽信号」の 対応表は次回の切り分けを一段速くする

第3.7章降雨減衰と可用性設計

3.7.1 降雨減衰の物理

雨滴は電波を吸収し、散乱する。どちらが支配するかは、 雨滴の大きさと波長の比で決まる。雨滴の直径は0.5〜5 mm程度なので、 X帯（λ = 3.6 cm）では雨滴は波長よりずっと小さく、レイリー領域で吸収が主。 Ka帯（λ = 0.94 cm）では雨滴径が波長に近づき、ミー散乱の領域に入って減衰が急増する。

実務では、降雨率 R [mm/h] からの経験式を使う。

係数 k, α は周波数と偏波に依存し、ITU-R P.838 に表として与えられている。 押さえるべきは桁の関係である。

X帯からKa帯へ移ると、同じ雨で減衰が1桁以上増える。 これがKa帯移行の最大の代償であり、 姉妹書『周波数管理と国際調整』第2.4章で扱う帯域選択の判断材料そのものである。

3.7.2 斜路の経路長 — 天頂ではなく仰角で見る

比減衰 [dB/km] を実際の減衰 [dB] にするには、雨の中を通る経路長を掛ける。 雨は地表から降雨高度 h_R（0℃等温線の高さ、緯度により2〜5 km）までに分布するので、 斜路長は

h_S は局の標高。ここで再び 1/sin(el) が出てくる（第3.4.3と同じ構造）。 さらに、降雨セルは有限の水平スケールしか持たないので、 経路全体が同じ強さの雨に入っているわけではない。 これを補正する低減係数をかけて実効経路長 L_E を得る。

低減係数 r の求め方はITU-R P.618の手順による。 本章では手順の詳細に立ち入らないが、強い雨ほど r が小さくなる（局所的な豪雨は空間的に狭い） という定性的な性質は覚えておく価値がある。

3.7.3 減衰体は放射体でもある — ここが本章の核心

雨が電波を吸収するということは、キルヒホッフの法則により、 その同じ雨が電波を放射しているということである。 減衰 A（真値、A > 1）の吸収体が物理温度 T_m にあるとき、 アンテナに入る雑音温度は

T_m は雨の実効放射温度で、通常270〜280 K程度を取る。 この式の意味は劇的である。

減衰が大きくなると、アンテナは空ではなく常温の物体を見ているのと同じ状態になる。 3 dBの減衰で既に138 K。第3.4章で組んだ晴天時の予算（T_sys = 25〜40 K）に対して、 これは桁で大きい。

3.7.4 G/T劣化の合わせ技

降雨がG/Tに与える影響は、信号側と雑音側の両方から来る。

逆に、雑音側の寄与には飽和がある。T_rain は T_m を超えられないので、 減衰が10 dBを超えるあたりから雑音側の劣化は頭打ちになり、以降は信号減衰が支配する。 深い減衰の領域では ΔG/T ≈ A_dB + 一定、という振る舞いになる。

3.7.5 降雨統計と可用性

降雨は確率的な現象なので、設計は「最悪値」ではなく超過確率で行う。 ITU-R P.837 が地点ごとの降雨率統計を与え、 「年間 p % の時間で超過される降雨率 R_p」という形で使う。

ここで設計上の判断が要る。可用性を1桁上げるのに必要なマージンは、線形には増えない。 降雨率の分布は裾が重いので、0.1% → 0.01% でマージンが2〜3倍必要になることも珍しくない。

3.7.6 サイトダイバーシティ

単局でKa帯の高可用性を確保するのは、マージンの観点で非現実的になりやすい。 現実的な解がサイトダイバーシティである。 降雨セルの水平スケールは数km〜数十kmなので、十分に離れた2局が同時に強い雨に入る確率は、 各局が単独で入る確率の積よりずっと小さい……とは限らないが、大幅に小さくなる。

効果はダイバーシティ利得（同じ可用性を達成するのに必要なマージンの削減量、dB）で表す。 設計上の要点は3つ。

• 局間距離: 数十km以上で効果が出始め、それ以上は緩やかに飽和する。 近すぎると同じ降雨セルに入るので効かない
• 気象の相関: 同じ前線・同じ地形性降雨の影響下にあると、距離があっても相関が残る。 気候帯をまたぐほうが効く
• 切替の運用: どちらの局を使うかを実時間で判断し、切り替える仕組みが要る。 切替に伴うデータの継ぎ目、指向の再取得、追跡データの連続性をどう扱うかは運用設計の問題になる

光通信ではこの問題がさらに深刻になる（雲は雨より広く、遮蔽は全か無かである）ため、 サイトダイバーシティが前提の設計になる。第8.3章で扱う。

3.7.7 晴れていても効くもの

降雨だけが大気の敵ではない。

Ka帯では「晴れているのに1〜2 dB足りない」が普通に起きる。 雲による減衰と水蒸気の日変化がその正体であることが多い。 水蒸気ラジオメータを併設して実時間で天頂遅延・減衰を推定できれば、 予算の不確かさを減らせるうえ、姉妹書『電波航法と軌道決定』第3.1章の 対流圏較正にもそのまま使える。一台で二つの目的を果たす投資である。

3.7.8 運用への落とし込み

降雨は時間変化するので、固定のマージンで受けるより、 リンクを実時間で変えるほうが合理的である。深宇宙で取り得る手段は次のとおり。

深宇宙特有の難しさは往復光時間である。 地上で「雨が降ってきた」と分かってから探査機にレート変更を指示しても、 効き始めるのはRTLT後になる。火星なら20〜40分先である。 したがって適応は「気象予報に基づく事前計画」の形を取らざるを得ない。 これは姉妹書『電波航法と軌道決定』第5.1章のパス計画と、第5.4章の予報配布に直結する。

第4.1章大電力送信 — クライストロンの物理と運用

4.1.1 なぜ20 kWか — 上りの会計

上りリンク（『宇宙通信』第1.2章の逆向き）を桁で組む： 探査機側は低利得アンテナ（0 dBi級・非常時）で受けることもある。 X帯上りの経路損失は火星距離で267 dB（最接近0.5 au）〜281 dB（最遠2.6 au）。 探査機の所要C/N₀（低利得受信・低レートコマンドで30 dBHz級）を確保するには EIRP 100 dBW級が要る — アンテナ利得73 dBi（34 m — 第1.2章）としても 送信電力は数百W〜数kW、悪条件（最遠距離・緊急時の低利得受信・高レートコマンド）を 重ねると20 kW級（EIRP 116 dBW）が正当化される。 「普段は絞って使う」前提の余裕であり（4.1.5）、 この余裕が緊急時（セーフモードの機体を広ビームで呼ぶ — 『宇宙機システムズエンジニアリング』第6章）の 最後の頼みになる。

4.1.2 クライストロン — 速度変調という発明

数十kW連続波のマイクロ波を半導体で作るのはまだ難しい。主力は真空管 — クライストロンである。原理は美しい：

1. 電子銃から電子ビームを打ち出す（数十kVの高電圧）
2. 入力空洞のRF電界が電子を僅かに加減速する（速度変調）
3. ドリフト空間で速い電子が遅い電子に追いつき、電子の粗密（バンチ）ができる
4. 出力空洞でバンチが誘導するRFを取り出す — 電子ビームの運動エネルギーがRFに変わる
5. 使い終えた電子はコレクタで受け止める（熱 — 冷却系の仕事）

共振空洞の連なりで動くため狭帯域・高利得・高効率・大電力が得意 — 「決まった帯域で強く安定に」という深宇宙上りの要求と完璧に噛み合う。

4.1.3 TWTA・SSPA との使い分け

趨勢はここでも「保守性が駆動する」：SSPAの合成技術が伸びるにつれ、 中電力域から半導体化が進む（美笹の7 GHz帯SSPA — 第8.1章の公開情報）。 20 kW級のメイン上りは当面クライストロンが持つ、という分担である。

4.1.4 位相の静けさ — 送信は観測装置の一部

2-way観測（『電波航法と軌道決定』第2.3章）では、 送信した搬送波の位相が観測の基準である。 励振系（基準10 MHz→アップコンバート — 第5.2章）とHPAの位相雑音・位相ドリフトは、 そのまま往復位相観測の誤差に入る：

• 高圧電源のリップルは位相変調として搬送波に乗る（ビーム電圧→電子速度→通過位相）。 電源の静けさ＝位相の静けさ、という真空管特有の結合がある
• 管の熱状態変化（ウォームアップ・電力変更後）は位相ドリフトになる — 精密測距の前に熱平衡待ちを置く運用はこのため
• ドップラ精度の床（『電波航法と軌道決定』第3.6章のメーザ項）を汚さないよう、 送信系込みのアラン偏差が管理される（第5.2章の配信系と合わせて）

「送信機はスピーカーではなく、干渉計の片腕である」 — 通信だけの局と計測もする局（第1.1章）の設計思想の差が、ここに最もよく現れる。

4.1.5 運用 — 出力は指定の範囲でしか動かせない

空中線電力は免許の指定事項（『周波数管理と国際調整』第5.2章）であり、 運用値の設定は法的枠＋機体要求（探査機受信機の適正レベル・レンジング条件）＋ 管の健全性（定格・寿命管理）の三つの枠の交差で決まる。 出力・反射電力・ビーム電圧電流・各部温度はM&C（第6.5章）の常時監視項目であり、 それらのトレンドが管交換（高額・長納期の計画部品 — 第7.2章）の判断材料になる。

第4.2章送信系の保安と運用制約

4.2.1 人体防護 — ビームと構内の管理

電波の人体防護は電力密度の基準（電波防護指針 — 国内の公開規制。周波数依存で mW/cm²級の管理値）で規律される。20 kW・73 dBiのEIRPは約2×10⁹ W相当 — 主ビーム内は基準を桁違いに超えるため、管理は幾何で行う：

• 主ビームは常に空へ — 低仰角限界（地形・構内に主ビームを向けない）を アンテナ制御のソフト・ハード両方の限界として実装（第2.1章の駆動限界と同居）
• 構内の立入区域 — 開口近傍・導波管経路の区域区分と、送信中の立入制限。 サイドローブ・漏えいの実測（第3.5章の測定系の応用）で区域境界を裏付ける
• 保守作業時は送信禁止のロックアウト（4.2.3のインターロック）

4.2.2 空を撃つことの管理 — 禁止方位・時間の設計

これらは指向マスク（送信禁止の方位仰角領域）と運用手順としてM&C（第6.5章）に 実装され、パス計画（第7.1章）の制約条件になる。 「そのパスで送信できるか」は、リンクの問題である前に保安と調整の問題である。

4.2.3 インターロック — 疑わしきは止める機械

安全装置の設計思想は明快である：人の注意ではなく物理と論理で止める。

1. 連鎖の設計 — 導波管の圧力低下（第4.3章）・アーク検出（導波管内放電の光検出）・ 反射電力過大・冷却喪失・扉開 — どれか一つでビームを落とす（ms級の高速遮断）
2. フェイルセーフ — 検出器の断線・電源喪失は「安全側＝送信停止」に倒れる設計
3. ロックアウト・タグアウト — 保守時は作業者自身が施錠し、鍵を持って作業する。 「他人が入れてしまう」経路を物理的に断つ
4. 再開は原因の同定と手順を経てのみ — 自動再投入はしない（アークの再発は管を壊す）

4.2.4 高電圧の作法

クライストロンのビーム電圧は数十kV — 電波以前に感電・蓄積エネルギーの世界である。 接地棒による残留電荷の放電確認、二人作業、絶縁劣化（オイル・碍子）の定期点検、 X線（高電圧管からの制動放射）の遮蔽確認までが保守項目に入る。 詳細は高電圧安全の一般規程に譲るが、局固有の点は 「送信系の保守が局のスケジュール（第7.1章）の中で行われる」こと — 安全手順の所要時間込みで保守枠が設計される。

4.2.5 送信許可の手順 — 誰が「送れ」と言うのか

実際の送信開始は、多重の確認の交点である： ①免許・指定事項の範囲内か（『周波数管理と国際調整』第5.2章）、 ②調整上の制約（時間・方向・周波数 — 『周波数管理と国際調整』第5.5章の合意）に反しないか、 ③保安条件（本章）が全て緑か、④ミッション側の要求（パス計画・掃引プロファイル — 『電波航法と軌道決定』第5.4章）どおりか。 M&Cのチェックリストとインターロックがこれを機械化し、 運用員の宣言（voice loop）が最終の引き金になる — 機械が止め、人が始めるという非対称が、送信運用の設計原理である。

第4.3章導波管と構内伝送 — 配管の中の電磁気学

4.3.1 導波管の物理 — 管が選ぶ波

中空金属管は遮断周波数以下の波を通さない高域通過構造であり、 寸法で決まるモード（TE10が基本）だけを低損失で運ぶ。 使用帯域は「基本モードのみ伝搬する窓」（遮断の約1.25〜1.9倍）に取る — 上限を超えると高次モードが立ち、モード間の干渉が損失・群遅延リップルとして暴れる。 X帯送信にはWR-112/137級、受信にはWR-112級など、帯域ごとに規格管を使い分ける。 損失の桁：X帯の銅導波管で数dB/100 m — 数十mの引き回しで受信なら雑音数K（第3.1章）、送信ならkW級の熱（第4.1章Q&A）になる。 「配管を短くする」ことが局配置設計（BWG — 第1.3章）の駆動力の一つである。

4.3.2 整合とVSWR — 反射は二度殺す

接続部・曲がり・変換部の不整合は反射を作る。VSWRの管理（1.1〜1.2級）が要る理由は二つ： ①送信では反射電力が管（クライストロン出力窓）へ戻り破損リスク — アイソレータ・アーク検出（第4.2章）とセットで守る。 ②多重反射が群遅延リップルを作り、測距のバイアスと周波数依存性になる — 通信には無害な小さな反射が、計測（『電波航法と軌道決定』第5.6章のゼロ点較正）には見える。 ここでも「通信局と計測器の二重人格」（第1.1章）が顔を出す。

4.3.3 ロータリジョイント — 回る導波管

方位・仰角の2軸を電波が通るには、回転しながら電気的に連続な継手が要る。 軸対称モード（TM01等）へ変換して回転させ戻す構造が典型で、 回転角に依存する損失・位相変動（wow）が性能指標になる。 大電力・低PIM（第4.4章）・広帯域を同時に満たす精密部品であり、 故障すれば局が止まる単一点 — BWG（第1.3章）が「ジョイントレス」を 売りにできたのは、この難所を光学で迂回したからである。

4.3.4 加圧乾燥空気 — 配管は呼吸する

導波管内は乾燥空気またはN₂で微加圧して運用する。理由は三つ： ①湿気・結露は損失と放電（大電力時のアーク）の元、 ②加圧は外気・虫・粉塵の侵入を防ぐ、 ③圧力監視がそのまま気密の健全性監視になる（漏れ＝どこかの緩み・亀裂）。 除湿器・圧力センサはM&C（第6.5章）の定番項目で、 「圧力低下インターロック」（第4.2章）は放電事故の一次防衛線である。

4.3.5 IF・基準の構内伝送 — 同軸から光へ

周波数変換（第6.1章）以降のIF信号・基準周波数（第5.2章）の構内伝送は、 同軸ケーブルから光ファイバ（RF over Fiber）へ移行が進む。 利点は低損失・軽量・EMI耐性、そして長距離の位相安定配信（第5.2章の往復補償と組む）。 同軸が残るのは短距離・直流給電兼用・高信頼の枯れた区間である。 いずれにせよ構内伝送は「信号の劣化なく・遅延の変動なく」が仕様であり、次節に続く。

4.3.6 遅延の温度変化 — ケーブルは測距誤差である

100 mの同軸（τ≈500 ns）がTCD 50 ppm/K・日較差10 Kなら Δτ=0.25 ns＝往復7.5 cm — 現代の測距精度（『電波航法と軌道決定』第3.6章）に対して立派な誤差源である。対策：

• 屋外区間の最小化・埋設・断熱（温度そのものを動かさない）
• 位相安定ケーブル（低TCD品）の選定
• 較正で吸う — パス前後のゼロ距離較正（『電波航法と軌道決定』第5.6章）が「その日の遅延」を測る。 パス中のドリフトは基準配信の往復補償（第5.2章）・温度記録によるモデル補正で詰める

「配管の温度管理が軌道決定の精度予算に載る」 — 本章が『電波航法と軌道決定』第5.6章の裏面である理由がこの式である。

第4.4章送受共存 — 220 dBの分離を作る

4.4.1 分離の会計 — いくら要るか

要求は「送信に由来する電力が、受信帯域内で受信系の雑音床より十分下」であること。 X帯の例で勘定する：

一枚のフィルタで作れる数字ではない — 多段の積み重ねで配る：

会計は送信搬送波そのものと送信スプリアス・雑音（受信帯に最初から重なる成分）を 分けて立てる — 後者はフィルタでは消せず、送信側で出さない（第4.1章の管の清浄さ・ 励振系の帯域外雑音管理）しかない。姉妹書のマスクの議論（『周波数管理と国際調整』第3.5章）が、 自局の受信保護としても効いてくる構図である。

4.4.2 ダイプレクサ — 分岐点の作り込み

導波管フィルタ（空洞共振器の連なり）を送受それぞれに置き、共通ポートで合流させる。 設計の綱引きは：阻止域の深さ（段数を増やす）⇔ 通過損失（受信側の前段損失 — 第3.1章！） ⇔ 大電力耐性（送信側の放電 — 第4.3章）。 受信側通過損失0.1 dB＝6.8 K（常温）という例の換算がここでも効くため、 受信側は「深く阻止しつつ薄く通す」精密設計になる。 温度による同調ずれ（空洞の熱膨張）も遅延・損失の変動として管理対象（第4.3章6節と同根）。

4.4.3 アイソレータ・サーキュレータ — 一方通行の魔法と代償

フェライトの非可逆性を使う一方通行素子は、反射の回り込み防止（第4.3章2節）や 分岐の構成に便利である。代償は挿入損失（受信前段では致命的 — 使うなら冷却側で低損失品）と 大電力での非線形（それ自体がスプリアス源になりうる）。 「便利な素子ほど、置き場所の吟味が要る」— 前段損失の会計（第3.1章）と常に往復して配置を決める。

4.4.4 PIM — 錆びたボルトが送信機になる日

受動相互変調（PIM）：接続部の酸化膜・異種金属接触・緩みが微小なダイオードとして働き、 大電力送信の高調波・複数搬送波の混合積を生む現象である。 生成レベルは−100 dBc級以下と微弱だが、+43 dBWの送信に対しては 受信床を脅かすのに十分である。厄介さの理由：

• 発生源が施工・経年（フランジの締め方・清浄度・錆）にあり、回路図に載らない
• 温度・振動・仰角で変わる — 「ある姿勢のときだけ受信が悪い」という怪奇現象になる
• 探索は送信しながらの受信床監視・部位ごとの叩き試験など、地道な切り分けになる（第6.7章の構成が使える）

対策は予防に尽きる：トルク管理された締結・PIM対応部品・定期的な送信中受信床チェック （第6.7章の定期試験に組み込む）。「配管の施工品質が受信保護の一部」（第4.3章Q&A）の本体がこれである。

4.4.5 検証 — 分離は測って初めて成立する

分離の会計（4.4.1）は設計値であり、実局では ①送信オフ/オンでの受信床比較（T_sysの送信時増分 — 定期試験）、 ②送信スプリアスの実測（『周波数管理と国際調整』第5.6章の測定系）、 ③折り返し試験系（第6.7章）でのエンドツーエンド確認、で検証する。 「送信中も受信仕様が満たされていること」を数字で言えるか — 2-way運用（第4.1章Q&A）が常態の深宇宙局にとって、これは基本性能の一部である。

第5.1章周波数標準 — 局の心臓、水素メーザ

5.1.1 なぜメーザか — 要求の逆算

2-way観測では、往復光時間（火星で数十分）だけ隔てた 「送信時の基準」と「受信時の基準」の差が観測誤差になる。 要求は「τ＝10²〜10⁴ s でのアラン偏差」であり、 この中期領域で水素メーザは他を圧倒する：

読み方：メーザは中期の王・長期は並。 だから実務は「メーザが観測を支え、セシウム（またはGNSS経由のUTC — 第5.3章）が メーザの長期ドリフトを錨で留める」という役割分担の合奏になる。 単独の完璧な時計は存在しない — 時計群の設計が正解である。

5.1.2 水素メーザの物理 — 一行で

水素原子の超微細構造遷移（1.42 GHz）を、磁気選別した原子ビームと 共振器内の誘導放出で連続発振させ、その位相に水晶をロックして 5/10/100 MHzの実用出力を得る。 発振器そのもの（能動型）ゆえの短期の静けさが特徴で、 環境（温度・磁場・気圧）への感度が管理項目になる — メーザ室が局の最も静かな一室（恒温・磁気シールド）である理由である。

5.1.3 アラン偏差 — 読み方の実務

アラン偏差 σ_y(τ) のlog-logプロットは、傾きが雑音の種類を語る： τ⁻¹（白色位相）→ τ⁻¹ᐟ²（白色周波数）→ 平ら（フリッカ床）→ τ¹ᐟ²以上（ランダムウォーク・ドリフト）。 実務の三つの使い方：

1. 要求との突き合わせ — ドップラ積分時間（60〜1000 s）の位置で床を読む（『電波航法と軌道決定』第3.6章の予算）
2. 健全性監視 — 床の上昇・こぶの出現が劣化・環境問題（空調・磁気）の早期警報
3. 時計群の比較 — 3台以上の相互比較（三角帽子法）で個々の実力を分離する — 冗長構成（次節）が較正体制でもある理由

5.1.4 冗長と切替 — 心臓は止められない

基準の喪失は局の全機能停止に等しい。構成の定石： メーザ2台以上＋補助標準＋自動切替、切替は位相跳びを最小化する設計 （とはいえ切替イベントは必ず観測データに痕を残す — 時刻つきで記録しOD側へ通知する。『電波航法と軌道決定』第4.9章のパス単位異常の典型源である）。 無停電電源・空調の冗長まで含めて「メーザ系の可用性」であり、 第7.2章の可用性予算の独立項目として管理される。

5.1.5 UTCへの繋留

局の時刻・周波数は国際時系（UTC）に対して既知でなければならない （3-way・VLBI・ΔDORは局間の時刻整合が前提 — 『電波航法と軌道決定』第2.4章・第5.6章）。 GNSS時刻比較（コモンビュー等 — 第5.3章）でUTC(k)に対する オフセットとレートを常時測定し、「操舵するか、記録するか」を選ぶ： 観測の連続性を重んじる深宇宙局は、メーザ自体には触れず オフセットを記録・報告して事後補正に回す流儀が基本である （急な操舵は位相の連続性を壊し、観測に段差を作る）。

第5.2章基準周波数の分配 — 心臓から末端まで劣化させずに

5.2.1 分配網の構成 — 木構造と分配増幅器

基準（5/10/100 MHz、および合成された基準群）は分配増幅器で木構造に配られる。 設計原則：①分岐は浅く・増幅は低雑音に（分配増幅器の付加位相雑音がフロアを決める）、 ②アイソレーション（末端の故障・反射が幹に戻らない）、 ③全末端の遅延を把握（時刻タグの較正 — 第5.3章 — の前提）。 分配網の図面は「どの装置がどの純度の基準で動いているか」の地図であり、 観測データの品質書類の一部と考えるべきものである。

5.2.2 敵は温度 — 位相で見える構内

第4.3章6節の式がそのまま効く：経路遅延の温度変化は基準の位相ドリフトになり、 それは搬送波に逓倍で乗り移る。X帯搬送波は基準10 MHzの840倍 — 基準の位相1°のふらつきは搬送波840°である。 対策の階層は「動かさない（恒温・埋設）→ 低感度に（位相安定ケーブル・光）→ 測って消す（次節）」。

5.2.3 往復位相補償 — 測って消すの完成形

長距離・高安定の配信（BWG機器室→アンテナ・局間 — アレイの第7.4章）では、 受動対策では足りない。解が往復位相補償： 末端で信号の一部を折り返し、往復位相を親側で測って、 経路変動の半分（片道分）を送信位相に先回りで打ち消す閉ループである。

VLBI観測所・アレイ（第7.4章）・周波数比較網で標準の技術であり、 光ファイバ上の実装で10⁻¹⁷級の配信も実証されている（公開の時間周波数比較の成果）。 深宇宙局の構内規模なら、メーザの純度を実用上損なわない配信が確立している — 「測って消す」（第II部の指向モデル、『電波航法と軌道決定』第5.6章の較正）と同じ思想の、位相版の到達点である。

5.2.4 位相雑音の管理 — スペクトルで見る純度

アラン偏差（時間領域 — 第5.1章）と対になる周波数領域の指標が 位相雑音 L(f)（搬送波からのオフセット周波数ごとのdBc/Hz）である。 分配系・逓倍系の管理はこちらが実務的：

• 逓倍は位相雑音を20log N 増やす — 10 MHz→X帯で+58 dB。 基準の近傍雑音がそのまま送信搬送波・LOの裾になる（『ソフトウェア無線工学』の位相雑音の議論と接続）
• 搬送波追尾ループ（『宇宙通信』第3部）の帯域内に入る位相雑音は追尾誤差に、 帯域外はドップラ雑音に化ける — L(f)の形が観測誤差の周波数分布を決める
• 管理は要所（メーザ出力・分配末端・励振出力・LO）での定期測定＋ 異常時の系統切り分け（どの段で増えたか）— 分配網の地図（5.2.1）が切り分けの台帳になる

第5.3章時刻同期 — タイムタグの品質保証

5.3.1 局時刻の生成 — メーザから1PPSへ

局時刻はメーザ（第5.1章）の周波数を数えて作る：分周して1PPS（毎秒パルス）と 時刻カウンタを生成し、全装置に配る（分配は第5.2章の網に相乗り）。 つまり時刻の安定度は周波数標準の積分であり、 新たに必要なのは「初期値合わせ（UTCへの同期）」と「タグ付け遅延の較正」だけ — この二つが本章の主題である。

5.3.2 UTCとの比較 — GNSSコモンビュー

局時刻とUTC（国立標準機関が保持するUTC(k)）の差は、 GNSS時刻比較で常時測定する：同じGNSS衛星を両地点で受け、 受信時刻差から経路誤差を差し引く（コモンビュー／全視野法）。 到達精度は較正された受信系でns級 — 深宇宙の要求（多くの用途でµs級、 VLBI/ΔDOR系でns級 — 『電波航法と軌道決定』第2.4章）に足りる。 注意はGNSS受信系自体の遅延較正（アンテナ・ケーブル・受信機 — 較正値の管理は 『電波航法と軌道決定』第5.6章の台帳と同じ流儀）と、GNSSを「周波数の錨」（第5.1章）と 「時刻の物差し」の両方に使っている依存の自覚である（次節Q&A）。

5.3.3 タグはどこで打たれるか — 遅延の会計

「受信時刻」とは何の時刻か？ 電波が基準点（第5.4章）を通過した時刻として 観測量は定義される（『電波航法と軌道決定』第2.2章）が、 実際にタグを打つのは奥の装置（サンプラ・相関器）である。 その間 — アンテナ〜フィード〜LNA〜伝送〜変換〜デジタル処理 — の遅延を 全部較正して差し引く必要がある：

とくに見落とされるのがデジタル遅延：FIRフィルタの群遅延・バッファ・ フレーミング（『ソフトウェア無線工学』のパイプライン遅延）は 設定（レート・フィルタ段数）で変わる — 「設定が変わったら遅延較正も変わる」をメタデータ（『電波航法と軌道決定』第5.5章のCORRECTION系）で 追跡できるようにしておく。ここを人手管理にすると必ず漏れる。

5.3.4 うるう秒 — 静かな時限装置

実務の注意は『電波航法と軌道決定』第3.5章のとおり（UTCのまま時刻差を計算するな）。 局側の追加項目：①全装置のうるう秒表（LSK相当）の版を一斉更新する構成管理、 ②挿入をまたぐパスの事前確認（データ処理系のリハーサル）、 ③挿入直後の観測データの重点検査（1秒段差の混入チェック）。 うるう秒廃止の決議（2035年目途 — 公開）以降は「最後のうるう秒」対応と その後の制度変化の追跡が、時刻系の構成管理項目になる。

5.3.5 検証 — 時刻はどう答え合わせするか

1. 独立手段の突き合わせ — GNSS二系統・別受信機、可能なら通信衛星双方向比較（TWSTFT）
2. 局間の閉合 — 3局のペア差の和がゼロになるか（VLBI/ΔDOR系の整合検査）
3. 観測残差から — 時刻オフセットは観測残差に特有の署名（レンジ一定バイアス・ 3-wayの局間差 — 『電波航法と軌道決定』第5.6章）で現れる。ODが最終の検算役になる

第5.4章局位置 — アンテナはどこに立っているか

5.4.1 測り方 — 三つの技術のコロケーション

複数技術を同一サイトで結ぶ（コロケーション）ことでITRF（『電波航法と軌道決定』第2.6章）に 正しく載る。ローカルタイ — 構内の各基準点間の関係を古典測量でmm級に結ぶ作業 — が 精度の隠れた要であり、測量成果は座標とセットで版管理される。

5.4.2 基準点 — 「アンテナの位置」とはどの点か

観測量の定義点は方位軸と仰角軸の交点（IVSの慣例に同じ）である。 物理的な印がある場所ではない — 回転する構造の幾何学的な不変点であり、 測り方は「構造上のターゲットを多数の姿勢で測量し、回転の中心を推定する」 （指向モデル決定 — 第2.3章 — の測量版）。 軸が正確に交わらない場合は軸オフセット（交差しない2軸の共通垂線）が モデルパラメータとして付き、観測補正（『電波航法と軌道決定』第2.2章の δ_st）に入る。 重力変形（第1.6章）で基準点自体が仰角依存で微動する効果も、精密系では補正対象になる。

5.4.3 動く地面 — 座標は「位置＋速度＋変位モデル」

確定した座標も動き続ける（『電波航法と軌道決定』第2.6章の表を局側から再掲）： プレート運動（年cm級 — 日本列島は変形帯であり速度場が一様でない点に注意）、 固体潮汐（日に数十cm — モデルで必ず補正）、荷重変形（cm級）、 地震（突発 — 再測量イベント）。 したがって局が配るべきものは一つの座標ではなく 「エポックつき座標＋速度＋適用すべき変位モデルの規約（IERS Conventions）」の一式である。 利用者（OD・VLBI相関局）と規約の版を揃える — 暦・EOPと同じ版管理の話がここでも結論になる。

5.4.4 誤差の伝わり方と要求の逆算

局位置誤差は日周署名（『電波航法と軌道決定』第2.6章4節）として観測に入る。 要求の逆算の目安：レンジ較正後残差の予算（『電波航法と軌道決定』第3.6章：数十cm〜m級のうちの一項）から、 局位置にはcm級を割り当てるのが現代の相場 — GNSS常設＋ローカルタイで到達可能な水準であり、 「測地インフラに乗れば足りる」が答えになる。 逆に言えば、測量を怠った局はどれだけ良い受信系を持っても その系統誤差で頭を打つ — 第V部の三章（周波数・時刻・位置）はどれも 「良い物差しなしに良い測定なし」の変奏である。

第6.1章周波数変換とデジタル化 — RFから数値へ

6.1.1 変換系統 — レベルダイヤという設計図

典型の系統：RF（8.4 GHz）→ 一段目変換（LOは第5.2章の基準から合成）→ IF（数百MHz〜GHz級）→（伝送 — 第4.3章5節）→ 二段目変換またはIF直接サンプリング → ADC。 設計図の実体はレベルダイヤ：各段の信号・雑音・IP3（第3.6章）を一枚に並べ、 「どこでも雑音床を上げず、どこでも飽和させない」を確かめる会計である。 深宇宙固有の注意は二つ：

• 利得配分は雑音側に寄せる — 目的信号はいつも雑音床すれすれ（第1.1章）であり、 後段の雑音指数が効かないだけの利得を前で確保する（Friis — 第3.4章）。 一方でRFI・較正信号のヘッドルームも要る — ダイナミックレンジの谷（第3.6章）を デジタル段まで通しで確保する
• LOの位相は観測の一部 — すべてのLOは局基準（第5.2章）から作る。 自由走行の発振器が一段でも挟まれば、ドップラ観測はそこで死ぬ（第4.1章の「干渉計の片腕」と同じ）

6.1.2 IFの選び方 — イメージとスプリアスの盤面

IF周波数の選定は第3.6章3節の周波数計画そのもの： イメージ帯が静かな場所に落ち、LO高調波・スプリアス積が帯域内に来ない盤面を選ぶ。 現代は高いIF＋直接サンプリング（ADCの高速化）で段数を減らす方向が定着し、 アナログの盤面問題がデジタル（エイリアス設計 — 『ソフトウェア無線工学』第2部）へ移りつつある。 段数減は較正面でも正義である — 段が減るほど遅延・位相の較正点（第5.3章3節）が減る。

6.1.3 ADC — 何ビット要るのか

目的信号だけならSNRは負（雑音床の下 — 拡散前）であり、量子化は粗くても情報は残る （1〜2ビット相関のVLBIが実例 — 第6.2章）。ビット数を決めるのは 「同時に存在する最強の信号」である：較正トーン・RFI・隣接ミッション （『周波数管理と国際調整』第4.2章の同一ビーム内複数機）まで含めて クリップさせないヘッドルームが要求になる。 実務は12〜16ビット級＋自動レベル制御（ALC）で、 ALCの利得変更履歴を観測メタデータに残す（振幅較正の連続性 — 第3.5章の監視と接続）のが 計測局の作法である。

6.1.4 チャネル化 — 一本の広帯域から全部を切り出す

デジタル化後はDDC（『ソフトウェア無線工学』第2.3章）で 各用途のチャネル — テレメトリ復調・ドップラ抽出・測距・オープンループ記録（第6.2章）・ スペクトル監視（第7.3章） — を並列に切り出す。 「一度広帯域で取り込み、あとはソフトウェアで何にでも使う」構成は、 複数ミッション同時受信（MSPA — 第7.1章）や新方式への追随を 装置増設なしで可能にする — 局のバックエンドがSDR化してきた理由である。

6.1.5 新旧の共存 — 移行期の設計

実局には歴代の受信機（専用ハード世代〜SDR世代）が並ぶ。共存の原則： ①RF/IFの分配段で並列給電し、旧系を止めずに新系を試す（第6.7章の並走試験）、 ②観測量の定義・較正値（遅延 — 第5.3章）を系ごとに管理し、 どの系で取った観測かをメタデータに残す（『電波航法と軌道決定』第5.5章の思想）、 ③切替は重なり期間を置いて残差比較（『電波航法と軌道決定』第4.5章の重なりアークと同型）で検証してから。 装置の世代交代も「測って比べて切り替える」— 局の保守思想（第7.2章）の一部である。

第6.2章オープンループ記録 — 生の電波を持ち帰る

6.2.1 閉と開 — 何を捨て、何を残すか

本質は「判断を現場で下すか、持ち帰るか」である。 ループが切れるかもしれない一発勝負のイベント（着陸・突入・掩蔽 — EDLの通信途絶も含む）では、 現場判断（ループ）は危険であり、素材を持ち帰って 人間と計算資源が後からゆっくり解く — はやぶさ再突入・各種着陸機のEDL監視で実際に使われてきた構えである（公開事例）。

6.2.2 記録系の設計 — 帯域と時間の会計

記録レートは 2×帯域×ビット幅（複素）。 例：帯域1 MHz・8ビットIQで2 MB/s — 1時間で7 GB。 ドップラ不確かさ（『電波航法と軌道決定』第5.4章：予報誤差＋イベントの動特性）を 覆う帯域を選び、量子化はSNRに応じて絞る（弱信号なら少ビットで足りる — 第6.1章3節）。 設計項目は：帯域（不確かさの包絡）・ビット幅・基準クロックの純度（第5.2章 — 記録系のサンプルクロックが観測の物差しになる）・タイムタグ（第5.3章）・冗長記録。 「予報が外れても帯域の中にいる」ことがオープンループの生命線であり、 イベント前の共分散解析（『電波航法と軌道決定』第4.6章）が帯域設計の根拠になる。

6.2.3 後処理 — 位相を取り戻す

持ち帰ったIQから、後処理で搬送波位相を再生する： 予報ドップラで粗く戻し（第6.1章のDDCと同じ操作をソフトで）、 残った位相回転をFFT・位相追尾（今度は何度でもパラメータを変えられる）で抽出する。 閉ループとの違いは非因果処理が使えること — 前後のデータを見てから各時刻の位相を決める（平滑化 — 『電波航法と軌道決定』第4.5章と同型）ため、 同じSNRでもループより深く粘れる。 掩蔽（大気で信号が沈む）・スピン変調・マルチパスの分離など、 「電波の波形そのものが観測量」の世界（『電波航法と軌道決定』第6.5章）はすべてこの後処理の上にある。

6.2.4 ΔDORとの関係 — 開ループの定常利用

ΔDOR（『電波航法と軌道決定』第2.4章）は、探査機トーンとクェーサーの 開ループ記録を局間で相関処理する観測である — つまりオープンループ記録は非常用ではなく、ΔDORという定常運用の道具でもある。 記録の帯域配置（トーン周波数に合わせたチャネル — 第6.1章4節）・ タイムタグの局間整合（第5.3章）・記録メディアの搬送/伝送が運用設計項目になる。

第6.3章追跡データの生成 — 観測量の製造ライン

6.3.1 ドップラ — 位相カウンタという製品

受信搬送波の位相は追尾ループ（『宇宙通信』第3部）のNCOに写し取られる。 ドップラ観測量は、そのNCO位相と基準（送信位相×ターンアラウンド比 — 『電波航法と軌道決定』第2.3章）の差を指定区間で数えたサイクル数である。 製造上の要点：

• 連続カウント — 区間ごとにリセットせず積算し、任意区間の差分として出す （後段でどんな圧縮間隔にも対応できる）
• サイクルスリップの検出 — ループが一瞬外れて2πの整数倍を失う事故。 ループSNRの監視・前後の位相連続性チェックで検出しフラグする（見逃せば『電波航法と軌道決定』第4.9章の外れ値になる）
• 抽出器自体の遅延・位相オフセットは較正表（第5.3章3節）の管轄

6.3.2 レンジ — 測って、引いて、出す

測距処理（PN系列の相関 — 『宇宙通信』第3.1章）が出す生の値は 「局の装置間の往復遅延」であり、そこから ゼロ距離較正値（『電波航法と軌道決定』第5.6章）と機上遅延（申告値）を引いて観測量になる。 工程の規律は『電波航法と軌道決定』第5.5章のメタデータ問題の裏返しである： ①どの較正値（版・測定日）を引いたかを必ず記録、 ②あいまい解決（『電波航法と軌道決定』第2.2章）の状態（解決済み/未解決）をフラグ、 ③較正が引けなかった場合は引かずに「未較正」と明示して出す （中途半端に引くのが最悪 — 二重補正・補正漏れの温床）。

6.3.3 角度 — 副産物としての測角

アンテナの指向角（エンコーダ＋指向モデル — 第II部）と自動追尾誤差（第2.4章）から、 目標の方位仰角が観測量として出せる。精度はミリ度級 — ドップラ・レンジ・ΔDORに比べ桁で粗く、深宇宙ODでは通常使わない（『電波航法と軌道決定』第2.1章）。 それでも生成・保存する価値はある：初期捕捉・異常時の粗い独立情報 （予報が大外れした際の「実際どこを向いて捕まえたか」 — 『電波航法と軌道決定』第5.4章の捕捉の考古学）としてであり、 品質フラグに「開ループ/自動追尾/探索中」の区別を残しておくことが後日の解析を助ける。

6.3.4 出荷 — フラグとメタデータが製品の半分

観測量はTDM（『電波航法と軌道決定』第5.5章）で出荷される。製造側として埋める品質情報：

「数値だけのデータは製品の半分」 — フラグとメタデータの充実度が、下流（OD）の自動処理の成立性を決める。 製造ラインの設計とは、実はこの付帯情報の設計である。

第6.4章SLE — 局とミッションをつなぐ標準口

6.4.1 思想 — 疎結合という設計

SLE以前、局とMOCの接続はミッションごとの作り込みだった。 SLEの発想は「リンク層の中身（フレーム）には触らず、運ぶ機能だけを標準化する」： 局はCCSDSフレーム（『宇宙通信』第2部）を受け渡しする土管に徹し、 中身の解釈（テレメトリ処理）はミッション側に残す。 この疎結合が「どの機関の局でも同じ口で受けられる」を実現し、 緊急時の相互支援（第7.5章）・商業局の参入の技術的土台になった。

6.4.2 主要サービス — 三つ覚えれば読める

ほかに追跡データ・監視情報系のサービス群が整備されている （追跡データは実務ではTDMファイル渡し — 第6.3章 — も併用される）。 各サービスはオンライン（リアルタイム）とオフライン（蓄積再送）の両モードを持ち、 回線断に対して「後から全部取り直せる」ことが運用の安心を支える。

6.4.3 サービスインスタンス — 設定という契約

実際の接続は「サービスインスタンス」：どのミッションの・どのパスで・ どのパラメータ（フレーム長・符号化・仮想チャネル・配送モード）か、を 事前合意した設定の束である。 クロスサポートの実務はこの設定合意（サービス合意書＋パラメータ表）の管理が半分を占め、 不一致はそのまま「つながらないパス」になる — 『電波航法と軌道決定』第5.5章のメタデータ問題の、リンク版である。 パス前の互換性確認（第6.7章の対向試験）で潰すのが定石。

6.4.4 遅延と信頼性 — 土管の品質

• コマンドの時刻精度 — CLTUの「指定時刻送出」は上り掃引・機上時刻との整合 （『電波航法と軌道決定』第5.4章）に関わる。ネットワーク遅延の揺らぎは 局側のバッファリングと送出スケジューラで吸収する
• テレメトリの完全性 — オンラインで欠けてもオフラインで回収。 「リアルタイムは監視のため、完全性はオフラインで」という二層の使い分け
• 回線設計 — 高レート受信（Ka帯 — 第8部）では局→MOC回線が律速になりうる。 局の記録系（一次蓄積）とネットワーク帯域はセットで設計する

6.4.5 標準の外 — 現実の混在

SLEが覆うのはリンク延長の部分だけである。周辺には： スケジュール調整（第7.1章 — 人とファイルの世界）、予報・軌道の受け渡し （『電波航法と軌道決定』第5.4〜5.5章）、監視制御の内部プロトコル（第6.5章）、 そして各機関のレガシー。標準化は進行形であり （サービス管理・API化の新標準群 — CCSDSの継続作業）、 実務者の構えは「標準がある所は標準で、無い所は明文の合意で」 — 暗黙の了解だけが最悪の選択である。

第6.5章局管制システム（M&C）と自動化

6.5.1 局管制システムが担う仕事

大きく4つある。

4番目の記録は軽視されがちだが、最も長期的な価値がある。 第6.7.8のトレンド管理も、第7.2章の保守計画も、 「記録が残っていること」を前提にしている。

6.5.2 階層構造

M&Cは単一のソフトウェアではなく、階層になっている。

この階層を分けておく意味は、抽象度の分離にある。 局管制の層では「X帯コヒーレント2-way、測距T4B、テレメトリ○kbps」という 運用の言葉で指示を出し、 それをサブシステム制御が個々の機器設定へ翻訳する。

6.5.3 コンフィギュレーション — 「パス設定」という作業

1パスを実施するために設定する項目は膨大である。代表的なものだけでも次のとおり。

これを毎回手で入れるのは非現実的で、かつ誤りの温床になる。 解は設定をひとまとまりの「構成（コンフィギュレーション）」として名前をつけ、版管理することである。

• ミッションごと・運用モードごとに構成を定義しておく
• スケジュールが指定するのは「どの構成を、いつ、どの相手に対して使うか」だけにする
• 構成の変更はレビューを経て版を上げる。パス直前に人が値をいじる運用にしない

6.5.4 シーケンス実行 — 時刻に従って局を動かす

パスは時刻駆動の手順である。局管制システムはこれをシーケンスとして実行する。

ここで往復光時間（RTLT）がシーケンスの中に埋め込まれていることに注意したい。 RTLTは探査機の距離で変わるので、シーケンスは 予報から計算された値でパラメータ化されていなければならない。 固定値を書き込んだシーケンスは、距離が変われば破綻する。

6.5.5 監視 — 何を、どの周期で見るか

監視項目は数百に及ぶ。すべてを同じ扱いにすると、 本当に見るべきものが埋もれる。階層をつけるべきである。

オペレータの画面に出すのは上2階層だけにし、 下2階層は記録して後で解析する、という設計が現実的である。 「全部を画面に出す」は「何も見ていない」に等しい。

6.5.6 異常検知とエスカレーション

閾値監視は単純だが、深宇宙局では単純な閾値では足りない場面が多い。

とくに P_C/N_0 は「予測値との差」で見るべきである。 絶対値は距離・仰角・天候・機体側の設定で常に変わるから、 固定閾値では警報が鳴りっぱなしになるか、鳴らないかのどちらかになる。 予報から期待値を計算し、その差が閾値を超えたときに警報する設計が正しい。

エスカレーションの設計も重要である。誰に、どの経路で、どのくらいの猶予で伝えるかを あらかじめ決めておく。深宇宙運用では、 「オペレータが判断できること」「ミッション側に聞かないと決められないこと」 「局の保守担当を呼ぶこと」の区別が要る。

6.5.7 無人運用・遠隔運用

局に人が常駐する運用から、遠隔監視・無人運用へ移る流れは各国共通である。 理由は費用だけではない。局数が増え、同時運用機数が増えると、 人が張り付く方式では単純にスケールしないからである。

無人化のために必要なのは、次の4つが揃っていることである。

1. 自動化されたパス実行（6.5.4のシーケンス）
2. 自動化された事前検査（第6.7章の折り返し試験）
3. 信頼できる異常検知（6.5.6）と遠隔からの介入手段
4. 安全側に倒れる設計。通信が切れたら送信を止める、など

4番目が最も重要である。遠隔運用の設計は「繋がっているとき」ではなく 「繋がらなくなったとき」で決まる。 局とリモート運用拠点の間の回線が落ちたとき、局が何をするか—— 送信を続けるのか止めるのか、追尾を続けるのか安全位置へ退避するのか——を 明示的に設計しておく必要がある。

6.5.8 自動化してはいけないもの

自動化の設計で最も難しいのは、どこで人に返すかである。 判断の基準は「間違えたときの被害が回復可能か」である。

右列の最後の行——送信の再開——は特に注意がいる。 数十kWの送信は人命に関わるので、 インターロックが働いて止まったものを自動で再開させてはならない（第4.2章）。 「止めるのは自動、再開は人」が原則である。

6.5.9 外部インタフェース

局管制システムは局の中で閉じておらず、外部と多数のインタフェースを持つ。

これらのインタフェースは標準化されているものとそうでないものが混在するのが実情である。 標準（SLE、TDM、OEM）に寄せられる部分は寄せておくと、 国際相互支援（第7.5章）のときに書き直しが要らない。

第6.6章地上系セキュリティ — 局は攻撃対象である

6.6.1 何を守るのか — 資産と脅威の整理

優先順位を明確に：秘匿性より、完全性と可用性が局の主戦場である （科学データの多くは公開が前提 — 盗まれて困るより、止められ・書き換えられて困る）。 対策リソースはこの順に配る。

6.6.2 分離 — ネットワークの区画設計

原則は制御系（OT）と情報系（IT）の分離＋境界の最小化： ミッション回線（SLE — 第6.4章）・局内制御網（第6.5章）・事務系・保守用を区画し、 越境は一方向・認証つきの狭い口に限る。 深宇宙局固有の論点は国際接続（クロスサポート — 第7.5章）： 他機関との回線は「信頼するが検証する」構え — プロトコルを絞り（SLEのみ）、境界で監視する。 レガシー機器（更新できない古いOS — 現実に多い）は 「直せないなら包む」：ネットワークで隔離し、前面に検査点を置く。

6.6.3 コマンド保護 — 最後の砦は機上にある

地上をどれだけ固めても、送出系の完全性を100%にはできない。 だから最後の砦は機上のコマンド認証（暗号学的な認証・カウンタによる再生攻撃対策 — CCSDSのセキュリティ勧告群、『宇宙通信』のリンク層）である。 局側の責務はその前提を壊さないこと：鍵材料の取り扱い（局には置かない設計が基本）、 送出ログの完全な記録（第6.5章 — 「何を送ったか」の証跡は インシデント対応にも『周波数管理と国際調整』第5.2章の法的枠にも効く）、 認証なし運用（緊急時の素のコマンド）の手順的な封印である。

6.6.4 人と物の経路 — サプライチェーンと保守

侵入経路の実績上位は、ネットワークの正面ではなく持ち込みと委託である： 保守業者のPC・USB、更新ファイルの供給網、リモート保守回線。 局の対策は地味な規律の積み重ね — 持込機器の検査と専用端末、保守回線の常時遮断（作業時のみ開通・立会い）、 更新物の署名検証、そして「保守作業も運用イベント」としてM&Cの記録に載せる （第7.2章の作業管理と同じ台帳で）。 第4.2章のロックアウト（物理安全）とセキュリティの作業管理は、同じ様式で運用できる — 安全と保安は書類上も親戚である。

6.6.5 事が起きたら — 対応と訓練

1. 検知 — 境界監視・送出ログの異常（予定外のCLTU）・M&Cの構成変化。 「いつもと違う」の基準線はここでも記録（第6.5章）が前提
2. 初動の原則：ミッションの安全が最優先 — 疑わしい送出系は止める。 探査機は地上からの沈黙に耐える設計（『周波数管理と国際調整』第6.4章の自律・ 『宇宙機システムズエンジニアリング』のセーフモード）を持っている — 「止める勇気」を運用規則に明文化しておく
3. 復旧はクリーンな構成のバックアップから。証跡（ログ）の保全と、 関係機関（ミッション・他局・当局）への連絡系統を事前に定義
4. 訓練 — 卓上演習と実地（隔離系での侵入対応）を定期に。 緊急運用訓練（パス救援）とセキュリティ演習を同じ枠で回すと、現実的な相互作用が見える

第6.7章折り返し試験構成 — 局を自分で検査する

6.7.1 なぜ折り返し試験が要るのか

深宇宙局の受信系は、数億km彼方の−170 dBW級の信号を扱う。 これほど弱い信号を相手にしていると、次のことが起きる。

• 異常が「受からない」という形でしか現れない。信号が弱いのか、局が壊れているのか、 機体が送っていないのか、区別がつかない
• パスは1日に数時間しかない。しかも往復光時間ぶんの遅れがあるので、 パス中の試行錯誤には限界がある
• 機体側の異常と誤診すると被害が大きい。安全モード遷移を疑って 不要な運用を打つことになりかねない

したがって、パスの前に局が正常であることを確かめておくことが運用規律になる。 これが折り返し試験（ループバック試験）である。 「パス前チェック」として毎パス実施するのが標準的な運用である。

6.7.2 折り返し点による分類 — 内から外へ4段階

折り返し試験の本質は、信号経路のどこで折り返すかを変えることで、 検証範囲を段階的に広げていくことにある。

6.7.3 テストトランスポンダ — 探査機の代わりをする装置

③と④では、局が送信した上り信号を受け取り、探査機と同じ振る舞いで下りに変換して返す装置が要る。 これをテストトランスポンダ（局側折返し装置、テストトランスレータ）という。 備えるべき機能は次のとおりである。

6.7.4 折り返し試験で何を測るか

ただ「受かった／受からない」を見るだけでは、試験としては弱い。 数値を記録し、前回と比べることで初めて予防的な検査になる。

この表の値をすべて記録し、時系列で持つ。これが第7.2章の保守運用につながる。 故障は多くの場合、突然ではなくじわじわとした数値の変化として先に現れる。

6.7.5 測距ゼロ点較正 — 航法精度の根幹

折り返し試験の最も重要な成果物が、測距のゼロ点（局の機器遅延）である。 姉妹書『電波航法と軌道決定』第2.2.3の表で見たとおり、 局の機器遅延は数百ns〜µs、距離に直すと数十〜数百mある。 測距の測定精度が10 cm級であることを思えば、較正しなければ意味をなさない。

手順の骨格は単純である。

だが実務では、次の3点が精度を決める。

① 折返し点の位置。④の空中線折返しでも、テストカプラより先（フィード開口・副鏡・主鏡）は 較正に含まれない。この区間の電気長は設計値・実測値から別途見積もって足す必要がある。 「較正済み」と言うとき、どこまでが較正済みなのかを明示する。

② 温度依存。導波管・同軸ケーブルは温度で伸縮し、電気長が変わる。 100 mの同軸で10 Kの変化があれば、位相はps〜ns級で動く。 季節と時刻で較正値が変わるので、温度と対にして記録する。 理想的には局内の温度テレメトリと合わせて回帰モデルを作る。

③ 構成依存。受信系のパスを切り替えれば（冗長系、フィルタ、分配経路）、遅延は変わる。 運用で使う構成そのもので較正する。試験用の構成で較正して運用構成で使う、は誤りである。

6.7.6 切り分け手順 — 内から外へ広げる

異常が起きたとき、折り返し点を段階的に外へ動かすことで、故障箇所を挟み込める。 これが折り返し試験の最大の価値である。

症状別の切り分けを整理しておく。

6.7.7 実通試験（RFCT）との関係

折り返し試験は局の中で完結する。これに対し、 実際の探査機（またはそのフライトモデル・EM）と局を接続して行うのが RF互換性試験（RFCT: RF Compatibility Test）である。

RFCTで確認すべきは、仕様書上は合っているのに実際には噛み合わないことがら—— 測距符号の解釈の違い、コマンドのフレーム構造、テレメトリの極性、 ターンアラウンド比の設定、閾値近傍の挙動などである。 「標準に準拠している」ことは「繋がる」ことを保証しない。 打上げ後の実通試験と本免許の関係は、姉妹書『周波数管理と国際調整』第5.7章で扱う。

6.7.8 記録とトレンド管理

折り返し試験を「毎回やっているが記録は残していない」という運用は、 価値の半分以上を捨てている。残すべきは次のとおり。

• 実施日時、実施者、使用した構成（冗長系のどちら、経路、減衰量）
• 測定値一式（6.7.4の表の項目すべて）
• 局内・外気の温度
• 前回との差分と、差分が閾値を超えた場合の判定
• 異常があった場合の処置内容

これを時系列でグラフ化しておけば、故障の予兆を故障の前に捕まえられる。 LNAの劣化、冷却能力の低下、ケーブルの経年変化は、いずれもゆるやかな数値変化として先に出る。 第7.2章の保守計画は、この記録の上に立つ。

第7.1章スケジューリング — 希少資源の政治経済学

7.1.1 競合の三層 — 時間・機器・人

緩和策も知っておく：MSPA（1アンテナで同一ビーム内の複数機を同時受信 — 『周波数管理と国際調整』第4.2章の幾何の逆用）は火星圏の受信競合を実質的に緩めた。 ただし上りは1機ずつ（同章）であり、送信の競合は残る。

7.1.2 要求から週間表まで — 工程の実際

1. 要求提出 — 各ミッションが「期間・所要パス数・優先イベント・制約 （ΔDOR・臨界運用 — 『電波航法と軌道決定』第5.1章の設計出力）」を出す
2. 長期調整（月〜年） — 大枠の配分と、動かせないイベント（軌道投入・着陸・合 — 暦で決まるもの）の先取り
3. 中期（週） — 具体の割付け。競合の解消交渉はここが主戦場
4. 短期（日） — 微調整・機器不具合対応・緊急割込み（7.1.4）

成果物は局・ミッション双方が参照する単一のスケジュールであり、 これが予報配布（第2.5章）・構成設定（第6.5章）・要員配置の親になる。 形式の標準化（CCSDSのスケジュール交換様式）も進んでおり、 多機関間の調整（第7.5章）の摩擦を下げつつある。

7.1.3 最適化としての骨格 — ただし目的関数が政治である

数理的には区間スケジューリング（資源制約・時間窓つき割当て）であり、 自動化ツールは実用されている。難所は制約式ではなく目的関数 — 「何を最大化するのが公平か」に自然な答えがない： パス数の均等か、科学価値の重みか、臨界イベントの絶対優先か。 実務の解は『周波数管理と国際調整』第5.5章の暗黙律と同じ構造を持つ： 臨界イベント＞一度きりの機会＞定常という優先の相場観＋相互性 （今回譲れば次回譲られる）の長期均衡である。 ツールは候補生成と制約検査を担い、最後の配分は人間の交渉が決める — 当面この分業は変わらないと見るのが現実的である。

7.1.4 緊急割り込み — 平時に決めておく非常規則

探査機の緊急（セーフモード・通信途絶）は、スケジュールの上書きを要求する。 機能する仕組みの共通点は「基準を平時に合意してある」こと：

• 緊急の定義と宣言手続き（誰が・何を根拠に）
• 提供の標準パッケージ（例：まず可視のある局で即時の受信試行 → 上り救援の順）
• 玉突きの処理規則（割り込まれた側への補償パスの考え方）
• 訓練（第6.6章の演習と同枠で回せる）

緊急時の相互支援はクロスサポート（第7.5章）の最重要ユースケースであり、 「敵味方なく助ける」文化が深宇宙コミュニティの実質的なインフラである — はやぶさ初号機の救援受信など、公開されている実例がこの文化の証言になっている。

第7.2章可用性・保守・故障モード

7.2.1 可用性をどう定義するか

可用性の素朴な定義は次のとおりである。

だが深宇宙局でこの定義をそのまま使うと、実感と合わない。理由は2つある。

① 局は24時間使うわけではない。可視時間の外で故障して、可視までに直れば影響はゼロである。 逆に可視の真ん中で1時間止まれば、そのパスは失われる。 分母は「暦時間」ではなく「割り当てられたパス時間」で取るべきである。

② 全か無かではない。Ka帯が使えなくなってもX帯は使える、 測距はできないがテレメトリは取れる、といった縮退状態がある。 これを「使えた／使えなかった」の二値に潰すと、判断材料にならない。

7.2.2 故障モードと影響度

局の故障モードを、影響度と発生頻度で整理しておく。 これが保守計画と予備品計画の根拠になる。

7.2.3 予防保守と計画停止

保守は「壊れてから直す」（事後保全）だけでは回らない。 深宇宙局の保守は3種類を組み合わせる。

深宇宙局で最も効くのは状態基準保全である。 第6.7.8で述べたとおり、劣化はゆるやかな数値変化として先に現れる。 これを捕まえれば、パスを失う前に手を打てる。

計画停止は、可用性を下げる要因であると同時に、 可用性を守るための投資でもある。設計の要点は3つ。

• ミッションの重要局面を避ける。軌道投入・TCM・接近といったイベントは 1年前から分かっている。停止計画はミッションのイベント表と突き合わせて立てる
• 複数局で時期をずらす。近接二局（第8.1.6）の主要な価値がこれである
• 停止を長くまとめる。細切れに何度も止めるより、まとめて長く止めるほうが 総損失は小さいことが多い。段取り・立ち上げ・確認の時間が毎回かかるからである

7.2.4 冗長構成と縮退運用

冗長は「あるかないか」ではなく、どのレベルで持つかの設計である。

縮退運用は事前に定義しておかないと使えない。 「Ka帯が落ちたらX帯で何 kbps まで出せるか」を、 故障が起きてから計算しているようでは間に合わない。 主要な故障モードごとに縮退時の運用条件をあらかじめ表にしておくべきである。

7.2.5 パス失敗の原因分析

パスを1回失ったら、必ず原因を分類して記録する。 これを積み上げると、どこに投資すべきかが見えてくる。

「局の設定誤り」が上位に来る局は珍しくない。 これは要員の質の問題ではなく設計の問題である。 手で入れる項目が多ければ、確率的に必ず誤りが起きる。 対策は「注意する」ではなく「手で入れる項目を減らす」ことである。

7.2.6 予備品と技能の維持

局は数十年使う。その間に直面するのが、次の2つの陳腐化である。

① 部品が手に入らなくなる。半導体・計測器・制御装置は10年で製造中止になる。 対策は、寿命末期買い（ライフタイムバイ）で必要数を確保するか、 早い段階で代替可能な設計にしておくか。 特に局管制システムの計算機系は陳腐化が速いので、 第6.5.2の階層分離が効いてくる。

② 技能が失われる。導波管の取り回し、冷凍機の整備、大型構造物の点検—— これらは文書だけでは伝わらない。 作業を必ず複数人で行い、記録を残し、若手に手を触れさせるという運用規律が、 長期的には予備品より重要になることがある。

7.2.7 経年劣化と更新判断

いつ更新を決めるか。技術的な判断材料は次の4つである。

1. 性能の低下。G/T実測のトレンド、指向精度、可用性の推移
2. 保守コストの増加。故障頻度、復旧時間、部品調達の困難さ
3. 要求とのギャップ。今後のミッションが要求する帯域・レートに対応できるか （第8.1.5のKa帯化の連鎖がこれにあたる）
4. 更新の代替案との比較。改修で足りるか、新設か、アレイ化（第7.4章）か

臼田から美笹への移行（第8.1章）は、まさにこの4つが揃った結果である。 「古くなったから」ではなく「Ka帯が要るのに鏡面精度が届かないから」という 技術的な理由が明確だったことが、更新を成立させた。

自分の局について、この4項目を数字で書けるようにしておくこと。 それが本章の実務的な到達点である。

第7.3章RFI環境とサイト — 静けさという設備

7.3.1 サイト選定 — 四つの要件の交点

臼田・美笹が長野の山あいにある（第8.1章）のは、この交点の解である — とくに周囲の山による地形遮蔽は、人工の対策では代替できない一次資産である。 同じ論理で電波天文台と立地が重なり、「同じ谷の隣人」問題と同盟 （『周波数管理と国際調整』第4.4章）が生まれる。

7.3.2 RFIの解剖 — どこから来るか

• 地上系 — 携帯基地局（S帯の宿敵 — 『周波数管理と国際調整』第2.2章）・ 無線LAN・レーダ・産業機器・局自身の機器（デジタル系のクロック輻射 — 灯台下暗しの定番）。経路は見通し・回折・ダクト（『周波数管理と国際調整』第4.3章）
• 上空系 — 衛星下り（隣接帯域のEESS・通信コンステレーション）・航空機。 地形遮蔽が効かない「空からのRFI」は増加傾向が世界共通の悩みである（『周波数管理と国際調整』第6.4章）
• 時間構造 — 常時（放送）・周期（レーダ掃引）・突発（機器起動）。 構造が切り分けの指紋になる（『周波数管理と国際調整』第4.5章の症状学）

7.3.3 監視 — 静けさを数字で持つ

RFI監視は「事件対応」ではなく定常観測である： 専用の監視アンテナ＋広帯域受信（第6.1章のSDR系が流用できる）で スペクトルの長期記録を取り、①基準線（いつもの空）を確立し、 ②新規信号の出現を検出し、③方位・時間・周波数の台帳 （『周波数管理と国際調整』第4.5章の証拠化と同じ様式）を維持する。 この台帳が、干渉事象の即時切り分け（受信異常の原因候補の即答）と、 次節の制度的な防衛の弾薬の両方になる。

7.3.4 緩和と防衛 — 技術と制度の二正面

1. 技術 — 遮蔽（地形・シールド）・フィルタ（第3.6章 — ただしLNA前には置けない制約）・ 時間分離（既知の周期RFIを避けた観測計画）・励振源の特定と改修（局内RFIは自分で直せる）
2. 制度 — 周波数調整への意見（『周波数管理と国際調整』第4.3章5節：等高線内の新規免許への技術意見）、 自治体との調整（開発計画・照明/電波条例）、 電波保護の指定制度があれば活用（『周波数管理と国際調整』第4.4章の保護区域の議論）
3. 関係 — 近隣（自治体・住民・事業者）との日常的な関係構築。 「あの山の観測所」への理解が、条例の一行・基地局の一本の位置を変える — 静けさの防衛は、最終的には地域社会との長期的な信頼の関数である

第7.4章アレイ合成 — 多数の中口径で大口径を作る

7.4.1 原理 — 足す前に揃える

各局の信号は、目標方向に応じた幾何遅延と機器遅延（第5.3章の較正の世界）を 補正してから加算する。位相が σ_φ だけ残留すると合成効率は exp(−σ_φ²) — Ruzeの式（第1.5章）と同じ形が、鏡面誤差の代わりに位相較正誤差で現れる。 「アレイとは、鏡面精度の問題を位相較正の問題に変換する装置である」— この一行が本章の要約である。

図7.4-1　アレイ合成の実物。 NASA深宇宙網マドリード複合局では、2024年4月20日に6基のアンテナすべてで ボイジャー1号（約240億km彼方・受信電力は本書の桁の議論の極限）の信号を同時受信した。 画像: NASA/JPL-Caltech（NASA Image Library, PIA26147）。 70 m級1基と34 m級の群を束ねて実効口径を作る — 本章の原理がそのまま運用されている。

7.4.2 位相を揃える三つの方法

実務は三つの併用である：基盤（配信・測量）で粗く保証し、 較正天体で確認し、SNRがあればセルフキャルで仕上げる。 大気（第3.7章・対流圏の位相ゆらぎ）が基線長とともに効いてくるため、 サイト内〜近距離のアレイが最も素直で、大陸間はVLBI（相関は事後）の世界になる。

7.4.3 経済 — N基 vs 一基の勘定

この表がDSNの「70 m後継を建てず34 m BWG群を増やす」転換（第8.2章）の論理であり、 将来局の標準解（第8.3章）につながる。 日本の文脈でも、次期深宇宙アンテナの検討でアレイ方式が比較対象になる （公開の検討資料 — 付録C）のは同じ勘定である。

7.4.4 送信アレイ — 残る難問

受信合成は「あとで揃えられる」（記録して相関 — 事後処理も可）。 送信合成は電波が機体に届く瞬間に揃っていなければならない — 较正のフィードバックが片道光時間の彼方にしかない、という原理的な難しさがある。 解の方向（公開の実証研究）：地上の近傍較正点（タワー・衛星）で位相を整える、 機体からの受信位相を使って徐々に合わせ込む（閉ループだがRTLT遅れ）、 基盤保証（短基線・剛な構内アレイ）で開ループ送信。 kW級×N基の上りアレイは「20 kW管の後継」の有力候補であり（第4.1章の半導体化と合流する）、 実用化の進み具合は将来局（第8.3章）の設計を左右する — 現在進行形の技術として押さえておく。

第7.5章クロスサポート — 他機関の局を使う・貸す

7.5.1 なぜ必須か — 経度という物理

探査機は地球から見てほぼ恒星時で動く（第8.2章）。 1局の可視は8〜12時間 — 24時間の追跡には経度を分散した3局が要り、 それを一国で持つのは日本の地理では不可能である（米国はDSNの3複合局で自前解決した唯一の例）。 帰結：臨界イベント（軌道投入・着陸 — 自局の可視外で起きうる）と 緊急対応（いつ起きるか選べない）は、構造的に他機関頼みである。 だからクロスサポートは「あれば便利」ではなく、ミッション成立性の一部として 計画段階から設計に入る（『周波数管理と国際調整』第5.3章の「通信の相手方」への記載から始まる）。

7.5.2 技術要件 — 「使える」の中身

この表の全行がCCSDS等の標準でカバーされている — 標準準拠こそがクロスサポートの通貨であり、 独自方式を選ぶことは「借りられない・貸せない機体/局になる」ことを意味する （『宇宙通信』のCCSDS準拠の議論の、地上側からの再確認である）。

7.5.3 適合性試験 — 借りる前に必ず通す

書類上の準拠と「実際つながる」は別物である。定石は段階的な試験： ①文書照合（ICD・サービス設定 — 第6.4章3節）、 ②地上対向試験（回線とSLEの疎通・データ形式）、 ③RFコンパチビリティ試験 — 探査機の実機/EMと局設備（またはその等価系）を RFで対向させ、変調・測距・追尾の成立を確認する（打上げ前 — 『周波数管理と国際調整』第5.7章Q&Aで触れた実務）、 ④飛行中の初回パスでの確認（『周波数管理と国際調整』第5.7章の局ごとの成立性確認）。 「初めて使う局×初めての機体」の組合せを、臨界イベント当日にぶっつけにしない — これが全工程の存在理由である。

7.5.4 協定・費用・優先度

• 枠組み — 機関間協定（相互支援の一般協定＋ミッション個別の実施取決め）。 技術のICDと運用の合意（第7.1章のスケジュール調整窓口）がぶら下がる
• 清算 — 相互提供の等価交換（バーター）を基本に、時間量で清算する形が伝統的。 商業局の参入（第8.3章）は「時間を買う」選択肢を広げつつある
• 優先度 — 貸す側のミッションと借りる側の要求が衝突したときの規則を 事前に合意しておく（第7.1章の割込み規則の機関間版）。 緊急時は相互に最優先で助ける、が確立した慣行である（次節）

7.5.5 緊急時支援 — コミュニティの保険

探査機緊急時の他機関支援は、深宇宙コミュニティの最も美しい慣行である： 要請から数時間で他機関の局が空を掃き、見つけた搬送波の周波数が 軌道の手がかりになる（『電波航法と軌道決定』第5.4章の捕捉の考古学）。 これが機能する条件は本章の全部 — 標準準拠（すぐ設定できる）・ 試験済み（つながると分かっている）・協定（手続きが決まっている）・ 関係（顔が見えている — 第7.1章の相互性） — の平時の積み重ねである。 緊急時支援は当日作れない。平時のクロスサポートの副産物としてしか存在しない。

第8.1章事例研究 — 臼田64m・内之浦・美笹54m

図8.1-1　臼田宇宙空間観測所の64 mアンテナ。 画像：©JAXA（出典：JAXA 臼田宇宙空間観測所ページ）。 1980年代半ばから日本の深宇宙通信を支えてきた大口径の解答（8.1.3節）。

図8.1-2　美笹深宇宙探査用地上局（GREAT2）の54 mアンテナ。 画像：©JAXA（出典：JAXA 美笹深宇宙探査用地上局プロジェクトページ）。 口径は臼田より小さいのに性能で上回る — その理由の読み解きが本章の主題である（8.1.4節）。

8.1.1 三つの局の役割分担

日本の深宇宙運用は、性格の異なる複数の局で分担されている。 同じ「アンテナ」でも、担う仕事が違えば最適な設計は違う。

8.1.2 内之浦 — 射場に併設されるということ

内之浦は打上げ場に併設されている。この一点が設計要求を大きく変える。

打上げ直後（LEOP）に何が要るかを考えると分かりやすい。

• 広い可視と速い追尾。分離直後の機体は近く、視線方向が速く動く。 第2.1章のサーボ帯域と最大角速度が効く。大口径局は動きが遅いので不向きである
• 広いビーム。軌道が未確定なので、狭いビームでは捕まえられない。 口径が小さいことが利点になる珍しい場面である（第1.2章の θ_3dB ≈ 70λ/D）
• 即応性。異常時に即座に対応できる体制。射場に人がいることの価値
• 強い上り。初期の緊急コマンドを確実に届ける

8.1.3 臼田64m — 大口径という解答

臼田の64mは、1980年代のハレー彗星探査を契機に建設された。 当時の技術的制約のもとで「深宇宙と通信する」という要求に答えるなら、 口径を大きくする以外に手がなかった。

その理由を第3.4章の枠組みで読む。G/Tを上げる手段は2つしかない。

1980年代の低雑音増幅器の水準では、T をこれ以上下げることは難しかった。 冷却技術も現在ほど成熟していない。したがってGを稼ぐ＝口径を大きくするという選択になる。 64mという口径は、当時の技術で到達できるG/Tの上限を、構造側で取りにいった結果である。

大口径の代償も、本書の各章に対応づけて読める。

この表の3行目——鏡面精度がKa帯化の障壁になる——が、後継局の設計を決めた。

8.1.4 美笹54m — なぜ口径を小さくして性能を上げられたのか

後継の美笹は口径が54mで、臼田より小さい。にもかかわらず性能は上である。 これが本章で最も重要な読み解きである。

理由①: 受信系の進歩でTを下げられるようになった。 第3.4.5の感度式 ∂(G/T)/∂T ≈ −4.34/T_sys を思い出す。 T_sys が 40 K の局を 20 K にできれば、それだけで +3 dB。 口径で+3 dBを稼ぐには面積を2倍、直径を1.41倍にする必要がある。 64m → 90m である。受信系で取るほうが圧倒的に安い。

理由②: Ka帯を使えば同じ口径で利得が上がる。 G ∝ (D/λ)² なので、X帯（8.4 GHz）からKa帯（32 GHz）へ移れば、 同じ口径で利得は (32/8.4)² = 14.5倍 ≒ +11.6 dB。 54mのKa帯は、64mのX帯より利得だけで10 dB以上勝る。

理由③: Ka帯にするなら口径を欲張れない。 ここが設計の妙である。Ruzeの式（第1.5章）を思い出す。

λ が 3.6 cm から 0.94 cm へ縮むと、同じ鏡面誤差 ε に対する劣化が (3.6/0.94)² = 14.6倍になる。X帯で問題にならなかった鏡面誤差が、Ka帯では致命的になる。

つまり設計判断の連鎖はこうなる。

8.1.5 Ka帯対応が要求した設計変更の連鎖

「Ka帯にする」という一つの決定が、局のほぼ全部に波及する。 本書の各部がここで一度に効いてくる。

指向のところを具体的に見ておく。54m・Ka帯の半値幅は θ_3dB ≈ 70×0.00937/54 = 0.0121°（約44秒角）。 指向損失を0.5 dB以内に抑えるには、第2.6章の式から θ_err < 0.4·θ_3dB ≈ 0.005°（18秒角）が要る。 数百トンの構造物を、18秒角の精度で向け続ける。 風速・日射・重力変形をすべて含めた予算でこれを守るのが、第2部の仕事である。

8.1.6 二局体制をどう使うか

臼田と美笹は近接している。これは冗長性という意味では強いが、 ΔDORのベースラインとしては使えない（姉妹書『電波航法と軌道決定』第2.4.8）。 また、同じ気象条件下にあるのでサイトダイバーシティにもならない（第3.7.6）。 近接立地の利点と限界を、両方はっきり認識しておく必要がある。

したがって、連続可視・ΔDOR・降雨ダイバーシティは国際相互支援で補うという構図になる。 これが第7.5章の話につながる。日本の局配置を前提にすると、 国際協力は「あればよいもの」ではなく「構造的に必要なもの」である。

8.1.7 この章から自分の局を読む

本章の枠組みは、どの局にも当てはめられる。次の順で読むとよい。

1. いつ、どんな要求で作られたか。当時の技術制約は何だったか
2. G/Tのうち、Gで取ったかTで取ったか。その配分は今の技術水準で最適か
3. 対応帯域と鏡面精度の関係。Ruzeの式でどこまで使えるか
4. ビーム幅と指向精度の関係。指向損失の予算は成立しているか
5. 立地が何を与え、何を奪っているか。経度・気象・RFI・保守アクセス
6. 次に投資するならどこか。第3.4.5の感度分析で答えが出る

この6項目を自分の局について書き下せれば、 局の改修提案が根拠つきで書けるようになる。それが本章の実務的な到達点である。

第8.2章事例研究 — DSNとESTRACK

8.2.1 なぜ経度120度おきに3か所なのか

深宇宙局の配置を決めているのは、ただ一つの要求である。 地球のどこかから常に見えていること——連続可視である。

探査機は地球から見てほぼ静止した方向にあるので、 ある局から見える時間は地球の自転で決まる。 最低仰角を el_min とすると、1局が1日に見られる時間は概ね

という形になるが、実用上は「1局で8〜12時間、経度120度おきに3局で24時間」と覚えておけばよい。 重なりを持たせつつ全周をカバーする最小構成が3局であり、 これがDSNもESTRACKも3か所である理由である。

8.2.2 DSN — 3複合局と、70mから34m群への転換

図8.2-1　DSNゴールドストーン複合局の70 mアンテナ（DSS-14）。 画像：NASA/JPL-Caltech（NASA Image Library PIA17790、パブリックドメイン）。 1966年に64 mとして建設され1988年に70 mへ拡張 — 臼田64 mと同世代・同思想の「Gで取りにいく」解答である。

DSN（Deep Space Network）は経度をほぼ三等分する3か所の複合局から成る。

各複合局は70m級1基＋34m級複数基という構成を持つ。 70mは1960年代に64mとして建設され、1980年代に70mへ拡張された。 臼田64mと同世代・同思想——受信系でTを下げられない時代に、Gで取りにいった解答である。

現在DSNが進めているのは、この70mを34m級ビーム導波管アンテナの群で置き換える方向である。 理由を本書の枠組みで整理する。

34m群への転換は「性能」ではなく「運用の柔軟性と持続可能性」で選ばれている。 単基のG/Tだけを見れば70mが勝つ。だが、 Ka帯が使えず、可用性が脆く、1機しか追えず、老朽化しても更新できない資産よりも、 少し劣るが柔軟で更新可能な資産を並べるほうが、 数十年にわたって多数のミッションを支えるという目的には合う。

アレイ化（第7.4章）はこの転換の技術的な鍵である。 N基をコヒーレント合成すればG/TはN倍（+10log N dB）になる。 34m×4基で+6 dBを積めば、70m単基に迫る。 ただし送信側のアレイ化は受信よりはるかに難しいので、 アップリンクについては大型局の役割が当面残る。

8.2.3 ESTRACK — 35m一種類で揃えるという設計

ESA の深宇宙用アンテナ（DSA）は、口径35m級のビーム導波管アンテナを 3か所に配置する構成である。

DSNとの最大の違いは「一種類で揃えた」ことである。これがもたらす利点は大きい。

• 設計・製造・保守の共通化。予備品も手順も要員訓練も1種類で済む
• 性能の均一性。どの局を使っても同じ条件で運用できるので、 スケジューリング（第7.1章）が単純になる。「この局は性能が落ちるからレートを下げる」という 場合分けが要らない
• 最初からKa帯対応。35mという口径は、Ka帯の鏡面精度要求を現実的に満たせる大きさである
• 後発の利点。1980年代の資産を引きずっていないので、 最初からビーム導波管・冷却受信系・自動化を前提に設計できた

代償は単基のG/Tの上限である。70m級を持たないので、 極端に弱いリンク（遠方・低利得アンテナ・緊急時）ではDSNの支援を仰ぐことになる。 ESAとNASAが相互支援の枠組みを持っているのは、この補完関係による。

8.2.4 その他の深宇宙局

深宇宙局を持つ国・機関は増えている。相互支援や周波数調整（姉妹書『周波数管理と国際調整』） の相手として、存在と概略は把握しておく必要がある。

8.2.5 局を比較するときの視点

「どの局が優れているか」という問いはあまり意味がない。 比較すべきは目的に対する適合である。次の6軸で見るとよい。

この6軸で見ると、DSNは「単基性能と網の両方を持つが老朽化と柔軟性に課題」、 ESTRACKは「均質で柔軟だが単基上限が低い」、 日本は「単基は強いが網が薄い」という位置づけになる。 それぞれ違う弱点を持っているから、相互支援が成立する。

8.2.6 相互支援を受ける／与えるということ

他機関の局を使うには、技術的な適合が前提になる。ここでCCSDS標準が効いてくる。

• 変調・符号化・フレーム構造が標準に準拠していること
• 測距符号が相手の局で扱えること（第2.2.4のT4B/T2B、チップレート）
• SLE等のインタフェースで運用センタと繋がること（第6.4章）
• 追跡データの形式が相互に読めること（TDM）
• 適合性試験を事前に実施していること

「標準に準拠している」ことは「繋がる」ことを保証しない（第6.7.7）。 支援を受ける計画があるなら、打上げのはるか前に相手局との適合性試験を計画に入れておく。 これは技術の問題であると同時に、スケジュールとコストの問題である。

第8.3章これからの地上局

8.3.1 需要と供給のギャップ

需要側：ミッション数の増加（特に月圏 — 『周波数管理と国際調整』第6.2章）、1ミッションあたりのデータ量の増加 （Ka帯化 — 『周波数管理と国際調整』第2.4章）、有人月面（連続・高信頼の通信）。 供給側：大型局の新設は10年仕事・保守負担は増加（第7.2章）・ 経度の穴（第7.5章）は残る。 ギャップを埋める道は「大きく少なく」から「多く・賢く・分担して」への転換であり、 以下の潮流はすべてその表現である。

8.3.2 四つの潮流 — 本書の各章の延長線上に

光地上局について一点だけ本書側から：雲は降雨（第3.7章）より容赦がない （減衰でなく遮断）ため、サイトダイバーシティが前提の設計になる。 「局」が単体からネットワークへ溶けていく — アレイ化と同じ方向を、光はさらに徹底させる。

8.3.3 自動化の実像 — 人が消えるのではなく、移る

パスの定常運用（構成→捕捉→追跡→引き渡し — 第6.5章のシーケンス）は 全自動化が技術的に確立しつつある。残るのは： 例外対応（自動化は既決規則の執行 — 『電波航法と軌道決定』第4.9章のデータ編集と同じ原則）、 較正の判断（トレンドの解釈 — 第3.5章・第7.2章）、 調整と交渉（第7.1章・第7.5章 — 当面は人の仕事）。 つまり運用員の職能は「操作する人」から 「例外を裁き、性能を診断し、関係を維持する人」へ移る — 教育（本書のような体系）の重要性はむしろ上がる、と著者は考える。

8.3.4 次に建てる局への提言 — 本書の総括として

1. 静けさを最初に買え（第7.3章） — サイトの電波環境と地形は後から買えない。 機材は更新できる、山は動かせない
2. BWG・機器室集中を前提に（第1.3章） — 保守性・多周波化・将来更新の自由度は 光学系の初期選択で決まる
3. 計測器として設計せよ（第1.1章・第V部） — 周波数・時刻・位置の物差しと 較正体系（遅延・位相・G/T）を、通信性能と同格の要求として最初から入れる。 後付けの計測器化は高くつく
4. アレイ・自動化・標準口（SLE）を織り込んだ運用概念から逆算せよ（第VI〜VII部） — アンテナを建ててから運用を考えるのではなく、 「能力をどう供給するか」から機材を導く
5. 記録を設計せよ（全章 — 較正台帳・基準線・残差・台帳文化） — 局の実力とは、蓄積された記録が次の判断を支える速さのことである

付録A総合演習 — 一つの局を設計し、検収する

A.1 設定 — 要求仕様

A.2 課題1 — 口径と光学系（第I部）

1. G/T要求から口径を逆算せよ：T_sys の仮定（X帯25 K・Ka帯40 K — 第3.4章の予算を自分で組む）を 置き、η=0.7でGを計算（第1.2章）。Ka帯要求が律速になることを確認せよ
2. 光学系（BWG採用の可否）と鏡面精度目標（Ruze — 第1.5章：Ka帯でε/λ≤1/50）を定めよ
3. エッジテーパの初期値と、G/T最適の評価計画（第1.4章）を書け

A.3 課題2 — 指向体系（第II部）

1. Ka帯ビーム幅（第1.2章）から許容実効誤差を逆算せよ（12(e/θ)² ≤ 0.3 dB）
2. 指向予算（第2.6章のテンプレート）を埋め、成立させよ — 成立しない場合、どの項への投資（構造剛性・熱管理・毎パス較正）が最も効くか論ぜよ
3. 指向モデル決定の観測計画（電波星・点数・頻度 — 第2.3章）を書け

A.4 課題3 — 受信系・送信系（第III〜IV部）

1. T_sys予算表（第3.4章）を作れ：LNA（冷却HEMT — 第3.2章）・前段損失（第3.1章）・ スピルオーバ（第1.4章）・大気（第3.7章）。A.2-1の仮定と閉じることを確認せよ
2. EIRP要求からHPA出力を逆算し（第4.1章）、送受分離の会計（第4.4章：230 dB級）を配分せよ
3. G/T検収の測定計画（第3.5章：Y-factor＋電波星、不確かさ予算つき）を書け

A.5 課題4 — 計測器としての局（第V〜VI部）

1. ドップラ0.1 mm/s要求を周波数標準要求に翻訳せよ（第5.1章：σ_y(1000 s)への割付け）
2. レンジ1 m要求を較正体系に翻訳せよ（『電波航法と軌道決定』第5.6章： ゼロ距離較正の頻度・構内遅延の温度管理 — 第4.3章6節）
3. バックエンド構成（第6.1章）と追跡データ生成（第6.3章）のブロック図を描き、 タイムタグの遅延較正点（第5.3章）を全部マークせよ

A.6 課題5 — 運用設計（第VII部）

1. 可用性95%を予算化せよ（第7.2章：計画保守・故障・天候・風 — 第1.6章の限界風速）
2. 夜間無人化の自動化範囲と例外規則（第6.5章・第8.3章）を定義せよ
3. クロスサポート対応（第7.5章：SLE・TDM・RFコンパチ試験）の適合計画を書け

A.7 自己採点の観点

この演習で作った書類一式 — 予算表・ブロック図・較正計画・検収計画 — は、 実在の局の公開資料（第8部・付録C）と見比べられる。 自分の設計と実物の差分に理由を付けられたら、本書は卒業である。

付録B用語集

本書の用語の実務的な要約。日英併記。 シリーズ内の分担：通信・変調は『宇宙通信』、SDR・信号処理は『ソフトウェア無線工学』、 観測量・推定は『電波航法と軌道決定』、規制は『周波数管理と国際調整』の各付録Bへ。 本表はアンテナ・受信送信設備・局運用を受け持つ。

B.1 アンテナ・光学系

B.2 指向・追尾

B.3 受信・送信

B.4 周波数・時刻・バックエンド・運用

付録C参考文献 — 深く知るための地図

本書は設計判断と運用実務に重心を置いた。数式の導出・装置の詳細は以下が受け持つ。 深宇宙地上系の一次資料は驚くほど公開されている — 特にJPL/DSNの文書群は この分野の共有財産である。

C.1 決定版の公開文書

C.2 教科書・古典

C.3 日本の局の公開情報（第8部の一次資料）

C.4 読み進め方の提案

1. 設計に進む人：Baars → Ruze/von Hoerner原典 → DSN 810-005で実物の数字と突き合わせ
2. 運用に入る人：DSN Now と第8部を眺める → CCSDS SLE文書 → 自局の手順書・台帳
3. シリーズ横断：本書第V部 →『電波航法と軌道決定』第2〜3部（物差しの使われ方）→ 『周波数管理と国際調整』第4〜5部（制度の枠） — 地上局を三方向から立体視できる