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「水害対策は宇宙から」衛星SARスタートアップの隆盛に見る“新しい防災”

今年もまた、豪雨や台風による水害が発生するシーズンがやってきた。

災害が起こる前に刻々と変化する河川の水位や水害の危険を察知したり、災害直後にどこでどんな被害が発生したのかを把握したりする取り組みは、災害大国日本にとって欠かせない。

実はそうした防災面で活用が期待される人工衛星がある。「合成開口レーダ(SAR)」衛星だ。

マイクロ波で地形を見通す「SAR衛星」とは

SAR衛星

夜間、悪天候時も地表の観測が可能な合成開口レーダ(SAR)衛星の観測イメージ。

提供:Synspective

衛星写真という言葉から一般に思い浮かべるのは、航空写真のような鮮やかな(光学)画像だろう。

しかし、SAR衛星が撮影する画像はそういった分かりやすい画像ではない。

SAR衛星は、マイクロ波を利用していることから、霧や雨などの悪天候でも、たとえどんな真夜中でも、地表の変化を見通すことができるのだ。

SAR衛星は、衛星のアンテナからマイクロ波を照射してその反射の強さを観測することで、地形情報を得ることができる。

反射の強さの違いから、地表の高度や地震による地殻変動を観測したり、地表を覆うものを分類して森林、農地、都市を区別したりすることもできる。

こういった技術は、地図づくりの基盤としても利用されている。

なお、水はマイクロ波が反射されにくいため、豪雨災害時には、浸水被害が起きている場所や、大量の土砂が川をふさいで水の流れをせき止める河道閉塞(天然ダム、土砂ダム)などが起きている危険な場所は、データ画像で「暗く」見える。

地形だけではなく、水害の発生状況などを把握するためにも非常に有用というわけだ。

地球を取り巻くSAR衛星

衛星コンステレーションのイメージ。多数の衛星を周回させることで、観測頻度を向上させる。

提供:Synspective

防災分野で大きな期待を集めるSAR衛星だが、大型で開発コストも高い。結果的に国家機関が運用する衛星が中心となり、光学衛星に比べて世界でも数が少ない。

日本の主力SAR衛星であるJAXAの「だいち2号(ALOS-2)」は、1日2回、夜0時と昼12時に観測している。衛星が地表のある地点の真上を通過してから再び戻ってくるまでの間隔は14日だ。

一度に観測できる領域の幅が広いメリットはあるが、災害時に頻繁に観測するには間に合わないこともある。

SAR衛星にはポテンシャルはあるものの、頻繁に観測できず、その実力は十分に発揮できていなかったのだ。

しかし5年前、アメリカでSAR衛星の商用利用が解禁されたことでゲームチェンジが起きた。

ヨーロッパ、アメリカ、そして日本でも民間SAR衛星のスタートアップが勃興した。

電源技術やアンテナ展開技術の高度化を取り入れ、衛星の小型・低コスト化を実現。多数の衛星を打ち上げ、観測頻度を上げる「衛星コンステレーション」によって、SAR衛星のこれまでの弱点を補い、緊急を要する防災分野での活用が進むようになってきている。

日本の「水害観測」に必要なSAR衛星数は?

筑後川

筑後川で起きた水害をSAR衛星で観測した例。画像は2020年の「令和2年7月豪雨」時の福岡県久留米市付近。

提供:NEC

衛星数の増加とともに、防災に役立つ高頻度観測の実現が期待されている状況だが、実際にSAR衛星の数をどの程度まで増やせば、災害時にも十分に対応できるのだろうか。

2021年5月に発表された、東京工業大学の土木・環境工学系鼎研究室の鼎信次郎教授らの論文では、

「豪雨などの影響で、日本の河川から急激に浸水被害が起きる場合に望ましい観測領域を、小型SAR衛星コンステレーションで実現するには、20機程度の衛星が必要

と試算されている。

論文著者の1人、瀬戸里枝助教によると、災害対策をする上で「1時間に1回程度、同じ領域を観測できることが望ましい」と考えると、コンステレーションの衛星数が50機を超えてきた段階で、70~80分に1回程度の観測が可能となり、かなり理想に近づく。

衛星数をそこまで増やせば、頻度、観測範囲ともに向上する。一方で、衛星開発コスト増大とパフォーマンスとのバランスも考える必要がある。

小型SAR衛星コンステレーションが20機飛行した場合は、日本の河川の60~80%の流域で浸水被害を観測できるという。

豪雨や台風による水害の際には、短時間で河川の状況が変化していく。

特に夜間は、光学衛星で観測できないことはもちろん、人が河川の監視に足を運ぶのも危険だ。SAR衛星コンステレーションが浸水被害に備えて河川の状況をいつでもモニタリングできるようになれば、避難指示などの意思決定にも活用できるはずだ。

日本のSAR衛星スタートアップに聞く「20機」到達時期

では実際に、いつごろになればSAR衛星は20機に到達するのか。

日本では、SAR衛星コンステレーションを展開する有力スタートアップとして「シンスペクティブ(Synspective)」「QPS研究所」の2社がある。

シンスペクティブは、東京工業大学、東京大学、JAXAらのアンテナ、衛星バス、電源技術を元に小型SAR衛星コンステレーションを計画するスタートアップだ。2020年12月に1号機「StriX-α」を打ち上げ、2023年までに6機体制を目指している。

同社ジェネラルマネージャーの今泉友之さんは、

シンスペクティブの衛星が20機に到達するのは、2024~25年ごろになると思います。衛星数は最終的には2020年代後半に30機を目標としていて、世界中を平均で2時間、日本ならば30分間隔で観測することが可能になります」

と語る。

ソリューション

シンスペクティブの水害情報ソリューション「Flood Damage Assessment」。

提供:Synspective

シンスペクティブでは、SAR衛星で観測した情報をクラウド上で確認できるソリューション「Flood Damage Assessment」をスタートしている。

浸水エリアや浸水の深さなどの被害状況がわかるだけでなく、地図と組み合わせて「何センチ冠水した道路が被害エリアに何kmある」といった被害状況のサマリーも提供する。

「災害時は、データが取れればいいではなく、デリバリーを早くしないといけないという前提があります。ソフト側で処理を徹底的に自動化し、一次情報をすぐにダウンリンクして、すばやく提供できる体制を意識しています」(今泉さん)

と、自治体や建設業などユーザーの意思決定のための情報提供を目指している。

4

QPS研究所の小型SAR衛星2号機「イザナミ」が観測した高分解能(70cm)画像。2021年3月23日午後9時すぎに撮影されたもので、光学衛星では観測できない夜間でも高精細な画像が得られる。

提供:QPS研究所

国内のSAR衛星有力スタートアップのもう1社、九州大学の宇宙工学者、三菱重工業のロケット技術者らが集まり、九州発の宇宙産業を目指して2005年に設立されたQPS研究所では、2019年に独自の大型展開アンテナを持つSAR衛星1号機「イザナギ」、2021年には2号機「イザナミ」を打ち上げた。

QPS研究所では、最終的に36機の衛星コンステレーションによる、約10分ごとの準リアルタイム地上観測データサービスを目指している。

社長で同社のリードエンジニアでもある大西俊輔さんは、

「2号機(イザナミ)で日本をターゲットとした場合、1日に2回の観測頻度となります。QPS研究所の衛星スペックに照らし合わせてみたところ、試算のような浸水被害の87%をカバーできる体制は、2025年以降の確立を計画しています

という。

QPS研究所は、自社を「ものづくりを中心とした衛星オペレーター」と位置づけており、ソリューション提供は、観測データを利用するパートナーにまかせる方針だ。

QPS

小型SAR衛星2号機「イザナミ」が観測した東京・丸の内のビル群。高層建築はマイクロ波を複雑に反射するため、視認性の悪い場所や観測できない場所も存在するものの、将来は都市部で起きる内水氾濫(排水路などの氾濫)の観測も期待される。

提供:QPS研究所

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