Satellites, Spy

” LARRY GILMAN

スパイ衛星は、地球の表面を撮影し、軍事や政治目的のために無線信号を記録するために、地球の周りを回るロボット観測プラットフォームである。 スパイ衛星は、軍事作戦や国家政策の形成だけでなく、SALT I、SALT II、包括的核実験禁止条約などの軍備管理条約の検証にも不可欠な存在です。 スパイ衛星の基本的な種類は次の4つである。 (1）可視光や赤外線で撮影する光偵察システム、（2）ミサイル発射を探知する赤外線望遠鏡、（3）雲や暗闇の中でも海や陸を撮影するレーダー、（4）地上レーダーシステムの特性評価や通信傍受に特化した信号情報衛星（シギント）（別名「フェレット」）です。 また、米国のキーホール衛星のように、光偵察とシギントの機能が1つの巨大なプラットフォームに統合されることもある

多くの国がスパイ衛星を打ち上げているが、アメリカとソ連が圧倒的に数が多い。 1991年以降、ソ連の宇宙システムの大部分を受け継いだロシア連邦は、スパイ衛星ネットワークを適切に更新する費用を捻出することができないでいる。 一方、米国は、より高度なシステムを次々と配備している。 そのため、現在、軌道上にあるスパイ衛星の大半は、最も高性能なものも含めて米国が所有している。 米国のスパイ衛星の正確な技術的能力（多くの場合、基本的な任務や軌道さえも）は秘密であるが、米国の最高級可視光線スパイ衛星は、晴天であれば、わずか数センチメートルの地表を撮影することができると考えられている。 現代のアメリカのスパイ衛星は、晴天と良好な視野角があれば、おそらく宇宙からナンバープレートを読み取ることができるだろう

初期のアメリカのスパイ衛星。

アメリカは1950年代半ばにスパイ衛星の開発を開始しました。 1946年には早くもランド研究所（RAND：R esearch an D evelopment Corporationsの略、ダグラス・エアクラフト社が設立したシンクタンクで、冷戦期を通じて影響力を持った）が「世界一周宇宙船実験の予備設計」というレポートを作成しています。 南北戦争で北軍が南軍の陣地を見下ろすために気球をつなげて実験して以来、軍隊は敵を観察するために高い見晴らしの良い場所を求めていたからである。 20世紀初頭には、扱いにくいガラス板に代わって写真フィルムが使われるようになり、航空機に搭載されたカメラが登場すると、偵察は一気に盛んになった。 たとえばアメリカは、1950年代から1960年代にかけて開発したU-2やSR-71ブラックバードなどの高高度機を現在も使用している

しかし、偵察機には限界がある。 しかし、偵察機には限界があります。どんなに高性能の飛行機でも、大気圏の上空を飛ぶことはできませんから、一度に見渡せる範囲は限られています。 音速の4倍（SR-71のおおよその最高速度）であっても、中国やロシアのような大きな国を監視しようとすると、これは非常に不利なことです。 また、飛行機はいつまでも上空にいるわけではなく、一定期間ごとに出撃させなければならない。 また、飛行機は操縦しなければならないので、乗組員が死んだり、捕らえられたりする危険もある。 1960年、CIAのパイロット、ゲーリー・パワーズがソ連上空でU-2スパイ機を操縦中に撃墜され、スパイ容疑で裁判にかけられたのは有名な話だ。 (近年では、ロボット飛行機が短距離の空中偵察に使われることもある）。 最後に、偵察機は平時には本質的に違法であり、仕事をするためには国の領空を侵犯しなければならないので、政治的な責任となる

偵察衛星は偵察機のすべての制限を克服している。 3機の静止衛星のネットワークは、偵察機が時折垣間見せるのとは対照的に、全世界を常に視野に入れることができる。 (地球同期衛星は、地球の自転方向である赤道上空22,160マイルを周回し、地球表面の動きと一致するため、空の定点に浮かんでいるように見える)。 極軌道を回る低高度衛星のネットワークも、小さな視野を組み合わせることで同じようなことができる。 また、衛星は高度が高いので簡単に撃ち落とすことはできないが、万が一に備えて米露は対衛星兵器を開発している。 最後に、衛星は合法であり、国の領空を侵すことはない。 1960年の数ヶ月間、ソ連は米国のスパイ衛星が自国の領空を侵すと訴えた。 1960年の数ヶ月間、ソビエト連邦はアメリカのスパイ衛星が領空を侵犯していると訴えていたが、アメリカから数ヶ月遅れて10月に自国のスパイ衛星の打ち上げを開始するとこの主張を取り下げた。 (「監視」は厳密に言えば、ある地域の活動や関心のある変化をスキャンするために受動的に継続的に観察することを指し、「偵察」は特定の時間に特定の情報を積極的に求めることを指しますが、「監視」という言葉はしばしば両方の活動をカバーするために使用されます)。 1954年にランド研究所が発表した詳細な研究によると、軌道上のプラットフォームから地球に画像を戻す方法として、2つの基本的な方法が提案されている。 (1）宇宙船に搭載した写真フィルムからテレビ画像をスキャンして地球に送る方法、（2）フィルムそのものを再突入機で地球に戻す方法である。 空軍は、宇宙からフィルムを回収するのは時間がかかり信頼性が低いと主張して、最初の選択肢を開発することを決定し、CIAは、テレビ技術はまだ十分に高解像度の画像を提供するには粗雑すぎるという理由で、2番目の選択肢を開発することを決定した。 その後、NRO（1990年代初頭まで公式には秘密）は空軍、CIA、その他の政府機関の職員で構成され、米国の宇宙監視プログラムを監督する役割を担っている。 NROの指導のもと、1960年代前半に3つの主要なスパイ衛星計画が進められたが、1つはCIAが、2つは空軍が指導した。 最初の12回の試みはすべて失敗したが、1960年8月の「コロナ13」から、「コロナ」はその約束を果たすようになった。 コロナ衛星は何度も打ち上げられ、ソ連上空を周回し、露光したフィルムを再突入カプセルに入れて帰還させた。 カプセルは大気との摩擦で速度を失った後にパラシュートを展開し、時速242kmで飛ぶプロペラ機JC-130Bに引っ掛けられて空中から帰還する。 コロナ衛星は優れた画像をもたらし、後期のモデルではおそらく1フィート（0.3m）ほどの解像度を達成した。 コロナの最初の成果の1つは、1960年代初頭にソ連とアメリカの間に巨大な「ミサイルギャップ」が存在したという空軍の主張を覆したことである。 コロナが示したように、当時ソビエトが持っていたミサイルはアメリカよりはるかに少なかったのです。

コロナの各衛星はフィルムの供給量が限られていたため、軌道上に数時間から数日しかとどまらず、新しい写真が必要なたびに新しいコロナの打ち上げが必要でした。 そのため、コロナはソ連を常に監視していたわけではなく、特定の目的を持った偵察任務を行っていた。 1960年代前半にアメリカ空軍が進めた2つのスパイ衛星計画は、SAMOS（Satellite and Missile Observation System）とMIDAS（Missile Alarm Defense System）であった。 SAMOSは、衛星がフィルムで撮影した写真を軌道上で現像し、その画像をテレビでスキャンして地球に送信するものである。 テレビ画像はフィルムよりもはるかに不鮮明であったため、SAMOSは当時としては低い解像度（5～20フィート）であり、SAMOSが有用なデータを生み出すことはなかったと主張する権威者もいる（例えば、軍管理専門家で元CIA分析官のハーバート・スコーヴィル・ジュニア（Herbert Scoville, Jr）等）。 軌道上からのデータの無線リターンにより、フィルムから直接得られる画像と同等の画像が得られるようになったのは、1970年代のKH-11スパイ衛星（後述）の打ち上げからであった。 一方、ソ連は独自の低軌道光偵察衛星シリーズ「コスモス・プラットフォーム」を打ち上げていた。 コスモス」は「コロナ」と同じくフィルムリターン方式で、ソ連（後にロシア連邦）は2000年にアメリカの「KH-11」や「KH-12」のような高解像度デジタル画像をリアルタイムで回収する「えにせい」衛星が打ち上げられるまで、この方式を使い続けることになった。 コスモスは、宇宙飛行士を乗せるために設計されたボストークカプセルを改良したもので、専用のプラットフォームではありません。 (その後、ソ連の大型カプセル「ソユーズ」を改造し、ロボット型スパイ衛星として使用することになる）。 ボストックカプセルの使用は、ボストックカプセルをパラシュートで着陸させる技術をすでに開発していたソ連が、フィルムリターンシステムを別に発明する必要がなかったという利点がありました

コロナ、サモス、コスモスは高度約150マイルの極軌道で、約90分ごとに地球を周回しました。 (高度が低い衛星はより近くで見ることができますが、大気の抵抗を受けて寿命が短くなり、最終的には流星のように燃え尽きます。スパイ衛星は76マイルという低い軌道を回っていましたが、長続きはしませんでした)。 極軌道を周回する光偵察衛星は、一度に見ることのできる地表の範囲は限られていますが、衛星が宇宙空間を高速で移動するにつれて、視野は地球上を急速に移動していきます。 アメリカ空軍の初期のスパイ衛星プロジェクトであるMIDASは、それとは異なっていた。 MIDASの各衛星は、ソビエト連邦の大部分またはすべてをいつでも見ることができる高度（例えば、2170マイル）に配置されていたのです。 マイダス衛星は、地球の可視光線を撮影するのではなく、電磁スペクトルの赤外線帯で地球を観測するように設計されていました。 ミサイルやロケットの発射時に発生する熱線（赤外線）を検出し、地上のレーダーがミサイルの接近を感知するよりも早く、地球に無線で警告を発することができるのだ。 1960年2月から1966年10月までの間に、MIDAS衛星を周回させる試みが12回行われた。 そのほとんどが失敗したが、MIDASの経験により、その後継となる地軸型赤外線早期警戒衛星の防衛支援プログラム（DSP）システムが可能になった。 前身のMIDAS衛星とは異なり、DSP衛星は静止軌道に配置される。 最新の3機は、ロシアなどのミサイル発射場の可能性が高い地域の観測に、最古の2機は、重要度の低い地域の観測と3機のバックアップに使用される。 新しい衛星が打ち上げられると、軌道上にある5つの衛星のうち最も古い衛星は、ジオシンクロナス高度を乱さないように、ロケットによってより高い軌道に移動させられる。

DSP衛星は、機械仕掛けによって高い分解能と広域の観測範囲を両立させている。 DSP衛星の望遠鏡の視野は地球の円盤よりはるかに小さいが、望遠鏡は衛星の長軸に対してわずかに角度をつけて取り付けられており、1秒間に0.175回転するように自転させる。 このため、作業衛星は、口から角度のないストローを突き出した転がる瓶に似ており、ストローが望遠鏡に相当して、地球の方を向いている。 2301>

DSP衛星が収集したデータは、搭載されたコンピュータで圧縮され、オーストラリアのヌールンガルにあるデータ収集ステーションに送信され、リアルタイムで分析される。 このシステムは1979年、コロラド州にあるアメリカ戦略空軍司令部の早期警戒システムに、ソ連の全面核攻撃をシミュレートしたコンピューターテープが誤って入力されるという、予定外の重大なテストを経験することになった。 管制官は実際の攻撃と勘違いし、米国の弾道ミサイル隊は報復発射の準備をした。 2301>

ソ連も技術的には常に米国に遅れをとっているが、赤外線の早期警戒衛星を配備している。 1990年代初頭には、米国のDSP衛星と同じ役割を果たす「プログノス」衛星を数機、地政学的軌道に乗せていた。 また、楕円軌道を回る9機の「オコ」（ロシア語で「目」の意味）衛星も赤外線早期警戒プラットフォームとして保有していた。 この衛星は、アメリカ大陸のミサイル防衛網をかすめるような角度で観測することを目的としていた。 早期警戒の利点は、発射後数秒でアメリカのミサイルが宇宙の闇にシルエットとなって浮かび上がり、発見しやすくなることである。 現在、早期警戒用赤外線衛星「プログノス」は1機のみ稼働している。 情報の欠陥や不十分さによるロシアの弾道ミサイル発射の可能性を減らすため、米露が共同で早期警戒センターを設立し、米国がDSPデータをロシアの観測者と共有することを提案する専門家もいる

Keyhole. 1962年3月以降、米国のすべての写真情報衛星と航空機は、「キーホール」というプログラム名で管理されている。 キーホール衛星の設計にはキーホール番号が与えられ、SAMOSとCoronaにはKH-1とKH-4という遡及的なラベルが付けられた。 (KH-2やKH-3はなかったようです。)

現在までに12機のキーホール衛星が軌道に乗り、各世代には前世代よりも大きな改良が加えられています。 バケツリレー型やテレビ走査型など、写真フィルムを搭載する衛星が限られていた時代には、衛星の寿命は短く、大量に打ち上げられることになりました。 例えば、空軍のSAMOSの後継機であるKH-5衛星は、1963年から1967年まで46機が打ち上げられた。 コロナの後継機であるKH-6は、同期間に36基が軌道に乗りました。 KH-5による低解像度の広域画像は、KH-6による高解像度の「近接偵察」の目標を特定するために使用されました

次の近接型衛星KH-8（やはりバケットドロップ）は、可視光帯以外の電磁スペクトルを調査する最初のスパイ衛星でした。 KH-8以降、すべてのキーホール衛星は、可視光と赤外線のいくつかの狭い帯域で光を調べています。 これは、地表の特徴を最大限に引き出すためです。 1枚のレンズですべての波長を同時にとらえることはできないため、波長ごとに異なるレンズを使用しなければなりません。 最も有名なキーホール衛星はKH-11で、1976年から1992年までアメリカの主要な軌道画像プラットフォームでした（その後、現在も使用されているKH-12に引き継がれました）。 KH-11は、SAMOSの設計者が目指した「フィルム品質の画像を軌道上から電子的に、バケツに落とさずに返す」という野望をついに実現したのです。 1970年に発明された電荷結合素子（CCD）は、この進歩の鍵であり、天文学にも大きな変化をもたらしました。 CCDはマイクロチップ（主にシリコンなどの半導体でできた薄い長方形、>.5インチ2）で、チップの片側には、光子の衝撃を電荷として記録する数千個の微細な電子デバイスが配列されている。 (CCDを望遠鏡の焦点面に置き、その配列された光子センサーの内容を定期的に読み取ることで、デジタル画像の記録を作成することができる。 CCDは従来のカメラのフィルムに相当するが、CCDは永久に再利用できるという違いがある。 デジタル情報は、初代SAMOSのアナログテレビ信号と異なり、暗号化が容易で、画質を落とさずに伝送することができる。 さらに、バケツ投下をやめたことで、スパイ衛星は数週間ではなく数年間軌道上に留まることができるようになった。 その結果、衛星1基1基に多くの資金を投入し、より複雑で高性能な衛星を作ることが可能になった。 (KH-11のシリーズが進むにつれて、通信を盗聴するためのシギントアンテナが追加されました。 KH-12衛星は約7トンのヒドラジン燃料を搭載し、大気の抵抗を受けながら軌道高度を維持したり、地球の特定の場所をよりよく見るために軌道を変更したりすることができます。 信号情報（シギント）は、通信情報（COMINT、メッセージの傍受）、電子情報（ELINT、レーダーやレーダー・ジャマーなどに関する情報の収集）、テレメトリ情報（TELINT）の3つの下位分野に分かれています。 テレメトリーとは、ミサイルや宇宙船、航空機に組み込まれた自動装置によって測定された物理量に関するデータのことである。 例えば中国が新しい弾道ミサイルをテストする場合、発射の瞬間から墜落または爆発するまでの複雑なテレメトリー・ストリームを地上に無線送信します。 このテレメトリーの流れは、ミサイルの設計者に新型機の性能を正確に伝え、もし失敗したら、どの部品が失敗の原因だったかを示すことを意図している。 (機密扱いでない有名な例としては、2003年にスペースシャトル・コロンビアが再突入時に爆発した原因を知るために、定期的に記録されたテレメトリーの分析が不可欠であった）。 2301>

TELINT と COMINT の収集は、1973年に打ち上げられた米国のリオライト衛星シリーズ（アクアケイドとも呼ばれる）の主要な任務である。 また、ELINT（レーダー・マッピング・データ）の一部も収集すると考えられている。 高速で移動する低高度衛星が到達する数分以上の通信セッションや、予測不可能なタイミングで行われるミサイル実験のテレメトリを効果的に盗聴するためには、「Rhyolite」は地球を継続的に観測する必要があるのです。 そのため、衛星は静止軌道に配置される。 軌道に乗ったライオライトは、約21mの皿状の受信アンテナを広げ、受信を開始する。 高度2万2千マイル（3万5400km）以上から、地球上のトランシーバーの会話を拾うことができ、おそらくもっと弱い信号も拾えるだろう。 また、前述のようにKH-11、KH-12シリーズの衛星はシギントだけでなく、光偵察装置も搭載している。 電子的に送信される情報で、米国のシギント衛星に傍受されないものはほとんどない。 ソ連も多数のシギント衛星を打ち上げ、低軌道衛星のネットワークで海洋と北大西洋条約機構（NATO）諸国を継続的にカバーすることに重点を置いたが、静止軌道にある少数の高感度衛星は使わなかった。 ロシア連邦がソビエト連邦から引き継いだ他のスパイ衛星資産と同様に、これらのシギント資源は着実に劣化しており、多くの衛星は交換されることなく役目を終えている。 レーダーシステムは大量の電磁エネルギーを放射するように設計されているため、その探知はCOMINTの収集に比べると容易であり、比較的小型で安価な衛星で十分である。 敵のレーダーを専門に探知する衛星や航空機は “フェレット “と呼ばれる。 1962年5月の米国初のフェレット以来、多くのフェレットが打ち上げられ、フェレットを含むシギント衛星は、光偵察衛星の約4倍と推定する専門家もいる。 少なくとも8機のフェレットが地球を周回しており、その多くが地球同期軌道や高度に楕円化された軌道を周回している。 楕円軌道の利点は、衛星が遠地点に近いとき（つまり地球から最も遠いとき）、その速度が非常に低くなることです。 楕円軌道を利用して、遠地点がシベリアなどの上空にくるように軌道を設定すれば、何時間もその上空でデータを取り続けることができるのです。 同時に、楕円軌道は静止軌道ほどエネルギーを必要としないので、コストが安くなります。 レーダーを使って地球を地図にしたり、海上の船舶を追跡したりする衛星を米ソ両国が打ち上げている。 レーダー衛星は可視光衛星と異なり、夜間や雲の中でも撮影が可能である。 軌道上のレーダー画像は、1984年にアメリカがスペースシャトル「チャレンジャー号」で初めて実験し、1989年に打ち上げられた金星探査機「マゼラン」で大成功を収めた。 2008年からは、「ディスカバラーII」と名付けられた米国の野心的な計画により、宇宙レーダー（SBR）観測システムと呼ばれる低軌道衛星群を周回させる予定である。 この24基の衛星は、全世界の高解像度のレーダー画像をリアルタイムで連続的に提供し、さらに側面視型合成開口レーダー（SAR）を使ってより狭い範囲の超高解像度の画像も提供する予定である。 SBR衛星の通常のレーダーフットプリント（視野）は、アメリカ大陸の幅ほどの円形ですが、SARのフットプリントはその4分の1ほどの大きさで、衛星の進行方向に沿った一対の蝶の羽のような形をしています。 この「羽」は衛星とともに地面を滑り、SARでマッピング可能な領域をダブルトラックとして定義します。 SBRは、地上・空中・海上を移動する車両をリアルタイムに追跡し、精密な地形図を作成することができます。 (レーダーは水を通さないため、潜水艦は観測できません）従来の光偵察システムは、中央の解釈センターのみに情報を送信していましたが、SBR Objective Systemからの情報は、現場の指揮官にも直接ダウンリンクされます。 SBR Objective Systemの衛星プロトタイプのテストは2004年に開始される。

Space-Based Infrared Satellite Systems. 現在開発中の重要な米国の衛星システムは、老朽化したDSP早期警戒システムを置き換えることを目的とした宇宙ベース赤外線衛星システム（SBIRS）である。 SBIRSは、打ち上げを検知するだけでなく、対弾道ミサイル防衛に利用できる詳細な追跡情報を提供することを目的としています。 SBIRSは、SBIRS HighとSBIRS Lowの2つのコンポーネントで構成される。 SBIRS Highは、静止軌道と高度楕円軌道にある衛星で構成され、DSPとよく似ているが、感度が向上している。 SBIRS Lowは、SBR Objective Systemのような低軌道衛星群（おそらく24基）で構成され、赤外線センサーを使ってミサイルの軌道を追跡し、迎撃ミサイルなどの防衛システムを誘導する。 SBIRS Lowを含む対弾道ミサイルシステムが有効かどうかは、技術的な議論がある。 最初のSBIRS High衛星は2003年に、最初のSBIRS Lowは2008年ごろに打ち上げられる予定である。 1960年代は米ソが衛星打ち上げを独占していたが、1970年に中国と日本が初の衛星を軌道に乗せると、その状況は変わり始める。 どちらもスパイ衛星ではありません。 日本は非軍事宇宙開発を公言しており、中国の打ち上げは1957年のソ連のスプートニクと同様、デモンストレーションであった。 (日本が非軍事宇宙開発を公言していたのに対し、中国の打ち上げは1957年のソ連のスプートニクと同じくデモンストレーションであった（中国共産党の国歌「東方紅」を録音したテープを放送するのが唯一の役割）。 しかし、中国はすぐに軍事衛星を打ち上げ、1999年には17機のスパイ衛星を保有し、米軍を常時監視していると主張した。 日本は2003年に、弾道ミサイルと核兵器を開発しようとする北朝鮮を監視するために、軍事宇宙プロジェクトの禁止を破って、最初の2つのスパイ衛星を打ち上げた。 インドは2001年に最初のスパイ衛星である技術実験衛星（正式には実験衛星だが、宇宙の専門家は監視プラットフォームと見ている）を打ち上げた。 2000年から2002年の約1年半、Ofek 3の後継機であるOfek 4が消滅したため、イスラエルは国家的なスパイ衛星システムを持たないままだった。 この間は、米国の民間地球観測衛星「ランドサット」の高画質画像を購入することで補っていた。 その画像は、1960年代の米ソのスパイ衛星の最高峰の画像に匹敵する品質である。 ランドサット、イコノス（1999年に打ち上げられた米国の商業衛星）、フランスのSPOT（Système Probatoire d’Observation de la Terre）衛星の画像が利用できるようになり、1枚あたりの費用を負担できる人は、科学・軍事目的にかかわらず、実質的に大きな衛星機能を手にすることができるようになったのです。 監視は見る人の目の中にある。「非軍事」衛星であろうと「スパイ」衛星であろうと、画像は画像である。 このことは、2001年10月の米国のアフガニスタン戦争において、米国政府がアフガニスタンのすべてのイコノス衛星画像の独占権を購入し、報道機関に購入されるのを防ぐという前例のない措置をとったことからも明らかである。 宇宙画像は、打ち上げ能力と画像衛星の急増に伴い、今後もより広く利用されるようになり、その流通をコントロールすることは難しくなると思われる

軍事用以外の軌道画像システムがますます軍事的に重要性を増しているのと同様に、軍事用画像システムもますます非軍事的な用途を見出してきている。 DSP衛星は天文学者の赤外線恒星カタログを大幅に増強しました。 また、2003年にスペースシャトル・コロンビアが失われた後、NASAは米国国立画像地図庁と契約し、飛行中のシャトルを定期的に撮影している。 宇宙スパイと国家安全保障. ニューヨーク。

PERIODICALS:

Campbell, Duncan. “U.S. Buys up All Satellite War Images”. The Guardian (London). October 17, 2001.

Dooling, Dave. “Space Sentries.” IEEE Spectrum (September, 1997): 50-59.

Duchak, G. D. “Discoverer II: 情報優位のための宇宙建築” Aerospace Conference Proceedings (Vol.7), IEEE, 1998: 9-17.

Forden, Geoffrey, Pavel Podvig, and Theodore A. Postol.航空宇宙会議録(Vol.7), IEEE, 1998: 9-17. “誤報、核の危険” IEEE Spectrum (March, 2000): 31-39.

Slatterly, James E., and Paul R. Cooley. “宇宙ベース赤外線衛星システム（SBIRS）要件管理”. Aerospace Conference Proceedings IEEE, 1998: 223-32.

SEE ALSO

弾道ミサイル
気球偵察、歴史
電子通信傍受、法的問題
電気光学情報
地理空間イメージ
GIS
グローバル通信.com
Global Communications, 米国事務所
IMINT（イメージ情報）
Intelligence and International Law
Mapping Technology
Photographic Interpretation Center (NPIC), 米国国家
偵察
リモートセンシング
中華人民共和国への衛星技術輸出
人工衛星、非政府高解像度
米国、テロ対策政策
大量破壊兵器、検知

。