ADEOS衛星搭載RISの光学的設計

　宇宙開発事業団で1995年に打ち上げられるADEOS衛星に、環境庁が提案し採用されたセンサーの一つとしてRIS（Retroreflector In-Space）が搭載される。RISは、レーザーを用いた地上と衛星間の長光路吸収の測定を目的とした新形状の空洞型キューブコーナーリフレクターで、オゾン層破壊や地球温暖化に関係する大気微量分子の高精度の測定が期待されている。RISを用いた観測に関する研究開発は地球環境研究グループオゾン層研究チームで行われているが、筆者はRISの光学的設計に携わってきた。

　空洞型キューブコーナーリフレクターは、平面鏡を３枚直角に張り合わせたもので、どの方向から入射した光も入射方向に正確に反射させる性質を持つため長光路吸収測定で広く利用されている。ところが衛星が高速（約７km/s）で移動している場合、光行差という現象により反射光の方向がわずかにずれてしまう。RISの場合は、地上で約50m反射光の位置がずれることになる。この現象は、相対性理論の中のローレンツ変換により説明できる。そこで、RISでは３枚の鏡のうち１枚にわずかな曲率を付けた鏡面形状のリフレクターを新しく考案して用いる。１面に曲率をもたせることにより、反射光が衛星の進行方向に広がり地上局で反射光を受信することが可能となる（図）。

　反射光の計算機シミュレーションにより最適な鏡面形状のを決定した。計算機内に曲面リフレクターのモデルを入力し、平面波が入射した場合の反射光の波面を計算し、これをホイヘンスの原理によって地上まで伝搬したときの光の強度分布を計算し評価した。新形状リフレクターを使用することにより地上局において十分な反射光が受信され、光行差がある場合の測定が可能となった。