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第2部 第2章 第2節 8 フロンティア分野

 フロンティア分野は、未知なる宇宙、海洋等を探査・探求し、新たなる活用領域としての開発・利用に関する研究開発を推進するものである。第3期科学技術基本計画において、本分野は、国として取り組むべき研究開発課題を重視して研究開発を推進する分野として位置付けられている。本分野では、衛星による通信・測位、地球観測・監視等の宇宙利用、多様な資源・空間を有する海洋利用等により、国民生活の安全・安心と質の向上、経済社会の発展、我が国の総合的な安全保障や地球・人類の持続的発展などへの貢献を目指す。

(1)宇宙開発利用

 宇宙開発利用は、宇宙の起源、地球の諸現象等についての普遍的な知識・知見を増大させ、人類の生活の質の向上、産業の発展等に大きく貢献している。また、宇宙開発の成果は、広い意味での国の安全保障に密接に関係する戦略的技術であり、我が国の国際的地位にもかかわるため、極めて重要である。
 我が国の宇宙開発利用は、「我が国における宇宙開発利用の基本戦略」(平成16年9月総合科学技術会議)、「宇宙開発に関する長期的な計画(以下、長期的な計画)」(平成20年2月総務大臣、文部科学大臣)に基づき、宇宙航空研究開発機構を中心として戦略的かつ重点的に進められており、我が国は宇宙先進国として大いに飛躍を続けている。
 今後の我が国の主な人工衛星の打上げ計画は第2−2−11表に示すとおりである。

第2−2−11表 我が国の主な人工衛星の打上げ計画

衛星名 重量 軌道高度 打上げロケット 打上げ年度 主な打上げ目的
国際宇宙ステーション
日本実験棟「きぼう」
JEM
約26,800キログラム 約400キロメートル スペースシャトル
(米国)
平成20年度以降
(船内保管室は19年度に打上げを終了している)
我が国の宇宙活動の範囲の拡大、先端的科学技術開発の促進、国際協力の推進への寄与等
温室効果ガス観測技術衛星
GOSAT
約1,750キログラム 太陽同期軌道
約650キロメートル
H-2A 平成20年度 温室効果ガスの観測により、地球温暖化、気候変動等の解明・予測に貢献
宇宙ステーション補給機
HTV
最大補給品質量
約6,000キログラム
約350キロメートル〜460キロメートル H-2B 平成21年度 我が国の輸送系により宇宙ステーションへの物資補給を行う
準天頂衛星
QZSS
約1,800キログラム 準天頂軌道
(軌道長半径約42,000キロメートル)
H-2A 平成21年度
(目標)
GPSによる測位の補完・補強などの衛星による測位システムの基盤となる技術の実証等を行う
第24号科学衛星
PLANET-C
約480キログラム 金星周回軌道
(約300キロメートル〜80,000キロメートル)
H-2A 平成22年度 金星大気圏を探り、惑星気象の根本原理と大気進化の謎(なぞ)に迫る
水循環変動観測衛星
GCOM-W
約1,800キログラム 太陽同期軌道
約700キロメートル
H-2A 平成23年度 地球規模での水循環メカニズムを解明する上で有効な観測を全球規模で行う
第25号科学衛星
ASTRO-G
約910キログラム 長楕円軌道
(約100キロメートル〜20,000キロメートル)
(未定) 平成24年度 史上最高の解像度で銀河や星形成領域の中心部を描き出し、その物理状態を解明する
全球降水観測/二周波降水レーダ
GPM/DPR
約3,000キログラム 約400キロメートル H-2A
(調整中)
平成25年度 国際協力の全球降水観測(GPM)計画において、降水・降雪の三次元分布を観測できる二周波降水レーダ(DPR)の開発を行う
水星探査プロジェクト
Bepi-Colombo(ベッピコロンボ)
220キログラム
(MMO)
水星楕円極軌道
(約400キロメートル〜12,000キロメートル)
(MMO)
ソユーズ・フレガート2B 平成25年度 ESA(イサ)(欧州宇宙機関)との国際協力により、水星の磁場・磁気圏・内部・表層を多角的に観測する。日本はMMO(水星磁気圏探査機)を担当する

  • 注)打上げ年度については、平成20年3月現在のものであり、今後見直されることがある。

(宇宙輸送システム)

 我が国の総合的な安全保障や国際社会における自律性を維持するためには、必要なときに必要な衛星等を宇宙空間の所定の位置に輸送する能力を独自に確保することが重要である。また、宇宙輸送システム技術は巨大システム技術であり、その技術力の向上活動自体が産業の高度化や社会経済の発展につながる。このため、重要な研究開発課題として「宇宙輸送システム」が選定されている。
 中でも、宇宙航空研究開発機構が実施しているH−2Aロケットの開発・製作・打上げ、H−2Bロケット(H−2Aロケット能力向上型)、宇宙ステーション補給機(HTV)、GXロケットについては、「信頼性の高い宇宙輸送システム」として戦略重点科学技術に位置付けられている。大型の人工衛星を打ち上げることができる我が国の基幹ロケットであるH−2Aロケットについては、平成19年度から民間によるロケット打上げ輸送サービスを開始した。平成19年度は、13号機で月周回衛星「かぐや」(SELENE)を、14号機で超高速インターネット衛星「きずな」(WINDS)を打ち上げた。これにより、H−2Aロケットの打上げ成功率は、初期運用段階における世界水準を大きく上回る9割以上を達成している。また、国際宇宙ステーション(ISS(注1))への食料や消耗品、実験装置等の物資輸送を担い日本のISS計画への貢献手段となるHTVや、その打上げ手段を確保するため、H−2Aロケットの打上げ能力を向上させ、静止トランスファ軌道への輸送能力を8t(トン)級とするH−2Bロケットの技術実証機及び試験機の平成21年度打上げを目指し開発を進めている。これらH−2Aロケットの開発・製作・打上げ、H−2Bロケット、HTVについては、第3期科学技術基本計画において国家的な長期戦略の下に推進する国家基幹技術「宇宙輸送システム」の構成技術としても位置付けられている。また、我が国で初めて官民協力の下民間主導により開発が進められているGXロケットについては、経済産業省がロケットの飛行制御等を行うアビオニクス等に関する研究開発を実施し、宇宙航空研究開発機構がその第二段エンジンとなる液化天然ガス(LNG)推進系を開発している。現在、宇宙開発委員会において技術的な事項に係る評価に加え、民間からGXロケット開発における官の役割を拡大するよう要望があったことを踏まえ、評価を進めているところであり、LNG推進系を含めGXロケットの今後の進め方については、同評価の結果等を踏まえ進めることとしている。

  • (注1)ISS:International Space Station

(通信放送衛星システム、測位衛星システム、衛星観測監視システム、衛星基盤・センサ技術)

 通信・放送などに人工衛星を利用することは、広域性、同報性、耐災害性などの面で多くの利点がある。このため、重要な研究開発課題として通信放送衛星システム、測位衛星システム、衛星観測監視システム、衛星基盤・センサ技術が選定されている。
 通信放送衛星システムについては、文部科学省と総務省で共同開発し、静止軌道3t(トン)級の大型衛星バス技術や大型展開アンテナ技術、移動体衛星通信技術及び高精度時刻基準装置を用いた測位技術の開発並びにそれらの実験・実証を行うことを目的とした技術試験衛星8型「きく8号」(ETS-8)を平成18年12月に打ち上げ、現在運用を行っている。また、超高速インターネット・大容量データ通信を可能とする衛星通信技術及び衛星通信を用いた超高速ネットワーク技術の開発並びにそれらの実験実証を行うことを目的とした、超高速インターネット衛星「きずな」(WINDS)が、平成20年2月に打ち上げられ、今後、総務省の募集した利用実験に国内外の機関等が参加し、利用実験が進められていく予定である。測位衛星システムについては、総務省、文部科学省、経済産業省及び国土交通省の連携により、山間地、ビル影等に影響されずに高精度測位等を行うことが可能な準天頂衛星システムの研究開発を行っている。また、衛星観測監視システムについては、第2部第2章第2節3(1)及び7に記載されている。
 衛星基盤・センサ技術の研究開発については、「信頼性向上プログラム(衛星関連)」が戦略重点科学技術として選定されており、宇宙航空研究開発機構において衛星バス技術や構成部品の信頼性向上に取り組んでいる。

(国際宇宙ステーション計画による有人宇宙技術の獲得)

 国際宇宙ステーション(ISS)計画は、日本・米国・欧州・カナダ・ロシアの5極が共同で地球周回軌道上に宇宙ステーションを建設する国際協力プロジェクトであり、我が国は、日本実験棟「きぼう」及びISS補給機の開発、運用を通じた有人宇宙技術の蓄積や新たな科学的知見の獲得を目指して、本計画に参加している。「きぼう」は、平成20年3月に船内保管室が打ち上げられ、土井宇宙飛行士らによりISSに組み立てられたところであり、平成20年度には船内実験室、船外実験プラットフォームが打ち上げられ、「きぼう」の利用が開始される。また、ISSへの物質輸送を担う宇宙ステーション補給機(HTV)については、平成21年度の技術実証機の打上げを目指して開発を行っている。

(太陽系探査、宇宙天文観測)

 宇宙科学の分野においては、宇宙航空研究開発機構が中心となり、全国の大学等の研究者の参加の下、科学衛星を打ち上げ、これまでに世界トップレベルの成果を上げている。
 我が国は重要な研究開発課題として、科学衛星計画を推進しており、平成19年9月には、月の起源と進化の解明などを目的とした月周回衛星「かぐや」(SELENE)の打上げ及び月周回軌道への投入に成功しており、世界初となるハイビジョンカメラによる「地球の出」及び「地球の入」の撮像を行った。同年12月下旬より定常観測を開始しており、今後の成果が期待される。また、第24号科学衛星(金星探査計画:PLANET-C)、第25号科学衛星(電波天文衛星:ASTRO-G)、Bepi Colombo(ベッピコロンボ)(水星探査計画:欧州宇宙機関との国際協力による計画)の開発等を引き続き進めている。


「かぐや」搭載のハイビジョンカメラによる「地球の入」
提供:宇宙航空研究開発機構(JAXA(ジャクサ))/日本放送協会(NHK)

(国際協力・連携の推進)

 近年、環境変動や大規模自然災害等、地球規模の諸問題の深刻化に伴い、地球観測衛星技術の必要性、宇宙技術の利用における各国の連携協力の重要性が高まっている。我が国は、自らが主催するアジア太平洋地域宇宙機関会議(APRSAF(注2))をはじめ、国連宇宙空間平和利用委員会(COPUOS(注3))、地球観測衛星委員会(CEOS(注4))などの国際会議を通じて、宇宙分野における国際協力の更なる推進を目指している。特にアジア地域において、APRSAFを通じ、インターネットにより衛星画像等の被災地情報を提供・共有する「センチネル・アジア」プロジェクトを20か国51機関8国際組織の協力の下で推進している(平成20年(2008年)1月現在)。

  • (注2)APRSAF:Asia-Pacific Regional Space Agency Forum
  • (注3)COPUOS:Committee on the Peaceful Uses of Outer Space
  • (注4)CEOS:Committee on Earth Observation Satellites

(2)海洋開発

(フロンティア(海洋)分野の研究開発の推進)

 地球表面の7割を占める海洋の観測・探査は、地球環境変動の解明から防災・減災、資源確保まで、社会に幅広く貢献することから、国連教育科学文化機関(UNESCO)における政府間海洋学委員会(IOC)などを中心として、世界的な取組が行われている。特に、四方を海に囲まれ、世界第6位の排他的経済水域(EEZ)を有する海洋国家日本にとって、海洋分野の研究開発は国の将来を左右する重要な課題である。このような観点から、「長期的展望に立つ海洋開発の基本的構想及び推進方策について(平成14年8月科学技術・学術審議会答申)」においては、「今後の海洋政策の展開に当たっては、『海洋を知る(海洋研究・基盤整備)』『海洋を守る(海洋保全)』『海洋を利用する(海洋利用)』という3つの観点をバランスよく調和させながら、持続可能な利用の実現に向けた戦略的な政策及び推進方策を示すことが重要である」とされており、これらを踏まえて海洋政策を推進している。なお、「長期的展望に立つ海洋開発の基本的構想及び推進方策について(平成14年8月科学技術・学術審議会答申)」については、平成19年12月に、科学技術・学術審議会海洋開発分科会において、フォローアップを取りまとめた。また、平成19年7月に施行された「海洋基本法」に基づき、内閣総理大臣を本部長とする総合海洋政策本部が設置され、海洋に関する施策を集中的かつ総合的に推進するため、内閣官房に総合海洋政策本部事務局が設置された。
 第3期科学技術基本計画におけるフロンティア(海洋)分野の分野別推進戦略では、国家基幹技術「海洋地球観測探査システム」を構成する「次世代海洋探査技術」と、「外洋上プラットフォーム技術」が戦略重点科学技術に選定されるとともに、以下の3領域の重要な研究開発課題が選定されている。

(深海・深海底探査技術、海洋生物資源利用技術)

 文部科学省では、海洋研究開発機構における海洋の観測・探査を行うために必要な基盤技術の開発及びこれを用いた海洋に関する研究を推進している。例えば、世界最長の連続長距離自律潜航記録(317キロメートル)を持つ深海巡航探査機「うらしま」は、平成19年5月には、沖縄トラフの熱水噴出域において、音響探査技術により精密な海底地形図を作成することに成功した。また、世界最深レベルの潜航能力(水深6,500メートル)を持つ有人潜水船「しんかい6500」は、深海や極限環境に生息する生物の研究調査等に活用されており、平成19年3月には平成2年6月の初潜航以来1,000回目の潜航を達成した。戦略重点科学技術に関しては、「次世代海洋探査技術」が国家基幹技術「海洋地球観測探査システム」を構成する技術として選定されたことから、文部科学省では海洋研究開発機構における当該技術の研究開発を推進している。その構成技術であり、平成18年度より着手している地球深部探査船「ちきゅう」による世界最高の深海底ライザー掘削技術の開発」は、人類未踏のマントルへの到達や地殻内の有用微生物の採取等を目指すものである。さらに、平成19年度からは「次世代型深海巡航探査機技術の開発」、「大深度高機能無人探査機技術の開発」を本格的に開始した。これは船舶等の従来の手段では調査が困難な海域・海象における調査観測や、大水深における重作業・精密作業が必要な調査観測を可能にする技術である。


世界最深レベルの潜航能力(水深6,500メートル)を有する有人潜水船「しんかい6500」
写真提供:海洋研究開発機構

(海洋環境観測・予測技術、海洋利用技術、海洋環境保全技術)

 文部科学省では、海洋研究開発機構における地球環境観測研究・予測研究・シミュレーション研究(地球温暖化等の地球環境変動の解明を目指し、世界各地で研究船、観測ブイ、陸上観測機器等の観測設備を用いた海洋・陸面・大気の観測及び気候変動等の予測・シミュレーション)を推進している。例えば、平成19年8月には北極海における海氷面積が観測史上最小になったことを確認し、IPCCの予測を大幅に上回る速度で減少していることを示した。また、これらの観測研究等で得られたデータを、世界最高水準の性能を有するスーパーコンピュータ「地球シミュレータ」等を活用して解析し、地球環境の物理的、化学的、生態的プログラムのモデル研究等を行い、平成19年10月にはインド洋ダイポールモード現象の2年間連続予測や、マッデン・ジュリアン振動のモデル上での再現成功等、地球規模で気候に影響を及ぼす現象の予測精度向上に貢献した。
 経済産業省では、石油天然ガス・金属鉱物資源機構と連携して、石油等資源の賦存状態の調査等を引き続き行っている。
 国土交通省では、港湾空港技術研究所と共同で全国港湾海洋波浪情報網(NOWPHAS)の充実等を行っている。
 気象庁では、海洋・海上気象観測やエルニーニョ現象の解明等、海洋現象及び気候変動の監視・予測情報の拡充に向けた調査・研究等を引き続き行っている。
 海上保安庁では、海洋に関する測量・観測技術及び解析技術の研究開発を実施している。
 海上技術安全研究所では、海洋技術における安全、環境保全に関する研究を行っている。NEAR-GOOSに関連して、気象庁、海上保安庁が、日本周辺海域を中心とした海洋データの交換を促進するためのシステムを運用しており、海洋研究の一層の推進が図られている。

(地球内部構造解明研究、海底地震・津波防災技術)

 文部科学省では、海洋研究開発機構における、無人探査機「かいこう7000」や深海調査研究船を利用した、海洋底プレートのダイナミクス解析や大陸棚画定調査に貢献する地殻構造調査を行う地球内部ダイナミクス研究を推進している。例えば、平成18年度からは、我が国に甚大な被害をもたらす東南海・南海地震の想定される震源域において地震・津波の規模や地殻変動をリアルタイムで監視できる地震・津波観測監視システムの開発を進めている。また、平成19年9月からは地球深部探査船「ちきゅう」初の国際運用として、紀伊半島沖熊野灘において、掘削・研究航海が開始されており、これらにより海溝型巨大地震発生メカニズムの解明が期待できる。
 また、我が国の大陸棚の限界を設定するために必要な調査を推進するため、総合海洋政策本部の総合調整の下、外務省、文部科学省、経済産業省、国土交通省等が連携を図りつつ、政府全体として着実に調査を実施している。

 なお、平成19年度におけるフロンティア分野の主な研究課題は第2−2−12表のとおりである。

第2−2−12表 フロンティア分野の主な研究課題(平成19年度)

府省名 研究機関等 研究課題
総務省 情報通信研究機構
  • 災害対策・危機管理のための衛星基盤技術
文部科学省 海洋研究開発機構
  • 次世代海洋探査技術
    • 「ちきゅう」による世界最高の深海底ライザー掘削技術の開発
    • 次世代型深海巡航探査機技術の開発
    • 大深度高機能無人探査機技術の開発
宇宙航空研究開発機構
  • 信頼性の高い宇宙輸送システム
    • H-2Aロケットの開発・製作・打上げ
    • H-2Bロケット
    • 宇宙ステーション補給機(HTV)
    • GXロケット
  • 衛星の高信頼性・高機能化技術
    • 信頼性向上プログラム(衛星関連)
経済産業省  
  • リモートセンシング技術の研究開発
  • スラグ利用に係る研究開発
産業技術総合研究所
  • 地球化学的手法及び古生物学的手法を用いた地球・海洋環境の予測手法の開発
  • 海洋地質調査研究
新エネルギー・産業技術総合開発機構
  • 次世代輸送系システム設計基盤技術開発プロジェクト(GXロケット)
石油天然ガス・金属鉱物資源機構
  • メタンハイドレート技術開発
  • 深海底鉱物資源調査
国土交通省 海事局
  • 外洋上プラットフォームの研究開発
  • 天然ガスハイドレート(NGH)輸送船の開発
海上保安庁海洋情報部
  • 西太平洋海域共同調査(WESTPAC)
気象庁気象研究所
  • 海洋における炭素循環の変動に関する観測的研究

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