Mihoko Ishii, NOST Tokyo
Origineel gepubliceerd op de site van Agentschap NL.
Samenvatting
Op 11 september 2010 werd de Japanse navigatiesatelliet ‘MICHIBIKI’ gelanceerd door het Japan Aerospace Exploration Agency(JAXA). De satelliet is onderdeel van een test met als doel het huidige systeem voor satellietplaatsbepaling te verbeteren. Veel signalen worden geblokkeerd in het bergachtige Japan. Ook helpen de wolkenkrabbers in de grote steden niet mee om een goede locatie te kunnen bepalen. ‘MICHIBIKI’ is de eerste van drie satellieten van het zogenoemde Quasi-Zenith Satellite System(QZSS). De drie satellieten worden in dezelfde baan gebracht, waardoor er altijd één in het ‘zenit’ van Japan zal staan. De wereld kent meerdere satellietplaatsbepalingsystemen. Voorbeelden zijn het Amerikaans GPS, het Europees Galileo, het Russisch GLONASS, het Chinees Beidou en het Indisch IRNSS. QZSS is de Japanse versie. Nauwe samenwerking met het al operationele Amerikaanse GPS zal de kwaliteit van de plaatsbepaling in Japan verbeteren.
Inleiding
Een GPS navigatiesysteem of een mobiele telefoon met GPS is al lang gebruikelijk in Japan. Maar net als in Nederland stuurt het ingeblikte stemmetje ook Japanners soms een verkeerde richting op. Boven Japan zweven er op elk moment acht tot elf Amerikaanse GPS-satellieten. Met het huidige plaatsbepalingsysteem moet een ontvanger minimaal vier satellieten kunnen zien om de positie correct te berekenen. Hoe meer satellieten zichtbaar zijn, hoe nauwkeuriger de positie wordt berekend. Maar op sommige plekken in Japan zijn er slechts twee of drie satellieten zichtbaar, omdat de andere op dat moment geblokkeerd worden door bergen of hoogbouw. QZSS zorgt ervoor dat er altijd één extra satelliet zichtbaar is. (figuur 1, 2, 3).
Figuur 1: Een vierde GPS satelliet is geblokkeerd door hoogbouw. De Quasi-Zenith Satelliet zal zich als de vierde GPS gedragen. [1]
Figuur 2: De binnenstad van Tokio. Blauw geeft aan dat er op 90% van de tijd voldoende signalen ontvangen worden. [2]
Figuur 3: Bergachtige streek in Japan. In blauw het gebied waar minder dan vier satellieten zichtbaar zijn. [2]
Baan van ‘MICHIBIKI’
‘MICHIBIKI’, letterlijk ‘padvinder’, draait in een asymmetrische achtbaan tussen Japan en Australië (figuur 4). Daardoor zweeft hij zeven tot negen uur per etmaal boven Japan. Twee extra satellieten in dezelfde baan maken het mogelijk om 24 uur per dag ‘voldoende’ signalen te ontvangen in Japan.
Figuur 4: Baan van ‘MICHIBIKI’ [1]
Compatibiliteit met het Amerikaanse GPS
In maart 1997 besloot Japan om op basis van het Amerikaanse GPS-systeem een nieuwe satelliet- technologie te ontwikkelen en met een minimaal aantal satellieten te gaan testen. Het aanvankelijke plan was dat de overheid in samenwerking met het bedrijfsleven een satellietsysteem zou ontwikkelen voor ‘communicatie, tv-uitzendingen plaatsbepaling’. De ontwikkeling hiervan werd verdeeld tussen overheid en bedrijfsleven: de plaatsbepaling door de overheid en de satelliet door het bedrijfsleven. Commercialisering werd oorspronkelijk onder de hoede gebracht van het bedrijfsleven. In juli 2001 kwam de Keidanren, een overkoepelende bedrijfsorganisatie, met het voorstel voor de ‘Quasi-Zenith Satellites System(QZSS)’. In februari 2006 besloot het bedrijfsleven echter om de investering te stoppen. De komst van glasvezelkabel en de verspreiding van digitale tv-uitzending nam de interesse voor de rol van een satelliet voor communicatie en tv-uitzending af. De overheid besloot het project alsnog voort te zetten om goede satellietplaatsbepaling voor de toekomst veilig te stellen. Zo werd QZSS een nationaal project.
Quasi-Zenith Satellites System project
Maart 2006 bepaalde de overheid het beleid om het QZSS-project in twee fasen uit te voeren. Als eerste fase is ‘MICHIBIKI’ nu gelanceerd om de plaatsbepaling te valideren en toepassingen te onderzoeken. In de tweede fase worden de andere twee satellieten gelanceerd om het hele systeem te ondersteunen.
Organisatiestructuur
De eerste fase is uitgevoerd door vier ministeries: MEXT (*1), MIC (*2), METI (*3) en MLIT (*4). Omdat het project nog in de onderzoeksfase verkeert heeft MEXT de leiding genomen. Het onderhoud en de operatie van de eerste fase QZSS neemt het Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA*5) op zich (figuur 5).
Figuur 5: Organisatie structuur eerste fase QZSS [1]
Financiering
‘MICHIBIKI’ heeft in totaal ongeveer 75 miljard yen ofwel 650 miljoen euro gekost. Zestig procent daarvan is door MEXT bekostigd, de rest door MIC, METI en MLIT. De verwachting is dat er nog minimaal 70 miljard yen, 600 miljoen euro, nodig is om de tweede en de derde QZSS-satelliet te kunnen lanceren. Sinds augustus 2010 is een projectteam onder de leiding van de Minister of State for Space Policy (*6) bezig met het opstellen van een roadmap. Hierin zullen de vrijgemaakte middelen voor de ruimtevaartprogramma’s voor het fiscale jaar 2012 worden bekend gemaakt.
Structuur ‘Quasi-Zenith Satellites System’
Het Quasi-Zenith Satellites System berust op vier grote onderdelen; de satelliet en drie soorten grondstations: het Position Monitor Test Station, het Master Control Station en het Tracking and Control Station. De negen Position Monitor Test Stations ontvangen de positioneringsignalen van ‘MICHIBIKI’. Deze signalen worden verzameld in het Master Control Station. Het Tracking and Control Station maakt correctiegegevens uit deze signalen en stuurt ze weer terug naar ‘MICHIBIKI’. Vervolgens worden de correctiegegevens weer doorgestuurd naar de ontvangers (figuur 6). Het gehele systeem wordt door de vijf nationale instituten JAXA, NICT (National Institute of Information and Communications Technology*7), AIST (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology*8), ENRI (Electronic Navigation Research Institute*9), GSI (Geospatial Information Authority*10) in samenwerking met SPAC (Satellite Positioning Research and Application Center*11) ontwikkeld.
Figuur 6: Structuur ‘Quasi-Zenith Satellites System’ [1]
Eigenschappen
De eerste QZSS-satelliet ‘MICHIBIKI’ is 6,2 x 25,3m groot en weegt ongeveer vier ton. De levensverwachting is ongeveer tien jaar (figuur 7).
Figuur 7: Eigenschap satelliet ‘MICHIBIKI’ [1]
In een QZSS worden zes signalen gebruikt. L1, L2 en L5 zijn volledig compatibel met GPS-signalen. L1-SAIF en LEX zijn GPS-versterkingssignalen. L1-SAIF is geheel GPS-compatibel en dient als extra versterkingssignaal voor bijvoorbeeld hogesnelheidstreinen. LEX is een experimenteel signaal met een hoge datasnelheid van 2Kbps en is Galileo E6-compatibel (tabel 1). Het grootste verschil tussen een GPS-satelliet en een QZSS-satelliet is, dat op een QZSS-signaal ook correctiegegevens of andere data mee verstuurd kunnen worden. Een QZSS moet de kwaliteit van de plaatsbepaling voor Japanse ontvangers kunnen verbeteren tot op één meter.
Tabel 1: QZSS-signalen [3]
Verifiëren van nieuwe applicaties
Nauwkeurige positioneringssignalen kunnen dienen voor veel applicaties. Onder leiding van SPAC (Satellite Positioning Research and Application Center) doen meer dan honderd bedrijven en universiteiten, waaronder Hitachi en NTT Data Corporation mee om de applicaties te verifiëren. De verificatietests worden uitgevoerd vanaf december 2010 op verschillende thema’s zoals rampenbestrijding, beveiliging, verkeersveiligheid/ITS, automatisering van voertuigen en toerisme.
Internationale samenwerking
Andere landen in Zuidoost-Azië en Oceanië ontvangen de signalen van het QZSS (figuur 8). Omdat het QZSS interoperabel is met het Amerikaans GPS en het Europees Galileo, kunnen deze landen daarom als eerste profiteren van het nieuwste systeem. Zo is het ‘Multi-Global Network Satelliet System(GNSS)’ een toekomstig wereldwijd systeem waar alle signalen van de bestaande plaatsbepalingsystemen (GPS, GLONASS, Galileo, COMPASS, IRNSS en QZSS) benut kunnen worden door de ontvangers (figuur 9). Japan is een lid van de ICG (International Committee on GNSS), waar gesproken wordt over dit Multi-GNSS.
Figuur 8: QZSS-dekking. Landen in Zuidoost-Azië en Oceanië kunnen bijna altijd 3 QZSS-satellieten zien. [3]
Figuur 9: Dekking Multi-GNSS. Landen in Zuidoost Azië en Oceanië kunnen meer dan 25 satellieten zien. [1]
Er zijn twee Memorandums of Understanding (MoU) getekend tussen Nederland en Japan. De eerste in oktober 2009 tussen het Netherlands Insitute for Space Research (SRON) en JAXA, en de tweede in april 2010 tussen het Netherlands Space Office (NSO) en JAXA op de Nederlandse ambassade in Tokio. Beide MoUs hebben een gemeenschappelijk doelstelling om de bilaterale samenwerking op het gebied van het ruimteonderzoek te versterken en samen te ontwikkelen.
Conclusie
Het succes van de eerste QZSS-satelliet ‘MICHIBIKI’ moet uiteindelijk leiden tot een nieuwe generatie plaatsbepalingsystemen.
*1: MEXT (Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology)
*2: MIC (Ministry of Internal Affairs and Communications)
*3: METI (Ministry of Economy, Trade and Industry)
*4: MLIT (Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism)
*5: JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency)
*6: Strategic Headquarters for Space Policy
*7: NICT (National Institute of Information and Communications Technology)
*8: AIST (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology)
*9: ENRI (Electronic Navigation Research Institute)
*10: GSI (Geospatial Information Authority)
*11: SPAC (Satellite Positioning Research and Application Center)
Bronnen
1. JAXA, special site for MICHIBIKI
2. Presentation van Space Activities Commission, MEXT (Augustus 10, 2006)
3. Presentation Mr Kogure, JAXA, 5th International Committee on GNSS(Turin)
4. The Daily Yomiuri September 9, 2010
5. THE ASAHI SHIMBUN September 10, 2010
6. The Nikkei September 12, 2010
7. THE ASAHI SHIMBUN September 23, 2010
