2021年4月1日に「IoT衛星ネットワークのスタートアップHiberが欧州イノベーション会議基金などから約33.8億円調達」というタイトルの記事が出ていました。中身を読み進めてみると、HiberというIoT衛星通信を手がけるオランダのスタートアップが開発・製造する衛星コンステレーションが、手が届きにくい場所にある地上の機械やデバイスを追跡・監視することを可能にする、と書かれています。実は、IoT衛星通信は近年注目されている分野で、海外ではHiber以外の企業も続々と打上げています。
日本でもこうした計画はあり、NTTとJAXA（日本宇宙航空研究開発機構）が共同で、2022年にMIMOという低軌道衛星を打上げる予定になっています。この衛星は、データ収集ターゲットとなる地上デバイスから微弱な電波を検知し、通信の行き届いていない海洋や山間部における各種監視・観測をより円滑にするという役割を期待されています。
興味深いテーマですが、少し専門性が高いこともあり、初歩的な部分を分かりやすく日本語でまとめているものがあまりないと感じました。そこで、この記事ではIoT通信衛星について書いてみたいと思います。そもそも、IoT通信衛星とは何なのか？私たちが考える「普通の通信衛星」とは何が違うのか？コンステレーションとは何なのか？どのような企業が打ち上げているのか？このあたりをご紹介していきます。
なお、この分野は関連技術の幅が広く、突っ込んで書こうとすると、1つの記事で書き切れるようなテーマではありません。例えば、毎朝流れてくるニュースを読んで、「IoT通信衛星ってなんだろう？」と思っていらっしゃるような方向けに書いていこうと思います。
（Source: https://pixabay.com/ja/photos/%E8%A1%9B%E6%98%9F%E6%94%BE%E9%80%81-%E4%BF%A1%E5%8F%B7-%E7%81%AF%E5%8F%B0-%E3%83%9F%E3%83%9E%E3%83%BC%E3%82%B9-2651890/）
IoT通信衛星とは？
IoT衛星通信とは、こちらのサイトによれば、「地上・海上に置かれたセンサーが取得した情報を衛星で集め、地上の衛星基地局へまとめてデータを送信することで、センサーをネットワークに組み込むシステム」とのこと。
期待される用途
スマートフォンで長時間の動画を見たり、Zoomでビデオ会議をするような大容量通信には向いていませんが、小さなデータのやりとりには向いています。例えば、生態環境のモニタリング、森林火災・地震・土石流といった自然災害の早期検知というところで、活躍が期待されています。
こちらの記事でも、中国が初めて運営開始した天啓衛星ネットワークという低軌道IoT衛星の打上げが順調に進んでおり、「電力IoT、鉱山水文モニタリング、海洋牧場、スマートコンテナ、生態環境モニタリング、森林火災防止、グリーン鉱山、スマート農業などの応用シーンのナローバンドデータ通信の需要を満たし、中国の世界データ取得能力を大幅に高めることになる」と書かれています。
IoT通信衛星によって、近くに携帯電話基地局がないような場所にあるセンサーから得たデータを集めることができるようになります。例えば、太平洋を航海する船舶、地上はるか上空を飛行する航空機、そして郊外の広大な牧草地で動き回る牛など、これまでデータを得ることが難しかったような対象から、小型カメラや温度センサーといったデバイスを通じたデータ収集が可能になります。
拡大する市場
衛星調査会社の記事によれば、こうしたIoT通信衛星市場は2025年には59億ドル（≒6,500億円）規模に成長すると書かれています。市場が盛り上がる背景には、衛星の量産・打上げ技術の向上、あるいは衛星の小型化により、参入コストが数年前に比べて格段に小さくなっていることが関係しているようです。
こうした市場の盛り上がりには、増え続けるIoTデバイスの通信ニーズが関連しています。例えば、油田施設のセキュリティ、ダムの水位、火災の恐れがある森林、排他的経済水域付近の密漁船、こういった場所の監視を365日・24時間行う場合、何らかのセンサーから情報をキャッチする必要があります。ただし、これらのデバイスはその性質上、携帯電話の電波が届かないような場所にあることが多くなります。
電源にアクセスしにくい位置にあるIoTデバイスの通信には、低消費電力・広範囲伝送を実現する必要が求められます。その解決策の1つになってきたのが、最大50kmと広範なエリアをカバーすることができる、LPWA（Low Power Wide Area）通信です。
LPWAはIoT時代に欠かせない低消費電力・広範囲伝送の無線通信システムとして下のグラフのように市場が拡大しています。2019年に7億600万ドル、2020年に8億7,400万ドル、2021年には9億9,300万ドルで推移すると予測されています。（2017年発表のデータで、少し古いので、新しいものが出たら更新します。）
（Source: https://www.soumu.go.jp/johotsusintokei/whitepaper/ja/h29/html/nc133220.html）
（Source: https://iot.sonynetwork.co.jp/column/column008/#:~:text=LPWA%E3%81%A8%E3%81%AF%E3%80%8CLow%20Power,%E3%81%AA%E3%81%A9%E3%81%A8%E8%A8%B3%E3%81%95%E3%82%8C%E3%81%BE%E3%81%99%E3%80%82&text=%E9%95%B7%E8%B7%9D%E9%9B%A2%E9%80%9A%E4%BF%A1%E3%82%92%E4%BD%8E,%E6%B3%A8%E7%9B%AE%E3%82%92%E6%B5%B4%E3%81%B3%E3%81%A6%E3%81%84%E3%81%BE%E3%81%99%E3%80%82）
一方で、そのLPWAですらカバーできないような場所も、IoT通信衛星であれば通信アクセスを提供することができる可能性があります。ライオットリサーチ社の調べによると、2019年時点でIoT通信衛星に接続されているデバイス数は250万台ですが、2025年までに3,000万台まで増加すると言われています。また、市場規模としても、2025年までに25億ドル近くまで増加すると、総務省の資料には書かれています。
低軌道衛星と衛星コンステレーションの必要性
これまで、一般的な通信衛星というと、地上36,000kmの軌道を周回する衛星を指すことがほとんどでした。この衛星は、地球の自転周期（24時間に1周）と同じ周期で赤道上空の軌道を周回しており、地上から見上げた際に静止して見えることから静止衛星とも呼ばれることがあります。高精度測位が可能な準天頂衛星システム「みちびき」も36,000km軌道にありますし、地球に雲画像を送って天気予報を可能にしている気象衛星「ひまわり」も36,000km軌道です。
ちなみに、人工衛星が周回する軌道は、高度によって名称が分かれています。
300km~2,000km：低軌道（LEO=Low Earth Orbit）
2,000km~36,000km：中軌道（MEO=Middle Earth Orbit）、
36,000km~：高軌道（HEO=High Earth Orbit）
円滑に地上と通信するという観点において、それぞれの軌道を周回する人工衛星には、強みと弱みがあります。
例えば、高軌道衛星は、単一で地上の広範囲をカバーすることが可能であり、複数衛星を切り替えて運用する必要がないため、運用が比較的容易になります。また、地上から見ると静止しているため、地上のアンテナの向きを固定することができ、安定的な通信が可能になります。一方で、低軌道衛星に比べて地球からの距離が遠いため通信速度が遅くなる、赤道から距離のある高緯度地域では受信が難しい、といった課題もあります。
（Source: https://www.planet-net.jp/blog/column0004/）
（Source: https://www.planet-net.jp/blog/column0003/）
低軌道衛星の強みとしては、高軌道衛星に比べて打上げ時のエネルギーが小さく済むことや、地上までの通信距離が短くなることが挙げられます。一方で弱点もあり、まず大気の影響を受けて寿命が短くなることで、運用費用がかさみます。また、地球の自転と同じ速度で軌道を動く（24時間で1周）静止衛星に対して、自転より早い速度で動く（1.5時間で1周）低軌道衛星は、地上から観測した場合、常に動いている存在となるため、複数の衛星からなるネットワークが必要となります（＝これを衛星コンステレーションと呼んでいます）。
これによって、いくつか副次的課題が生まれています。例えば3年ほどで寿命を終えた大量の超小型衛星がスペースデブリ（宇宙ゴミ）として軌道上に残ります。アストロスケールという日本のスタートアップがこの問題の解決に取り組んでいます。また、受信する地上側のハードルも上がります。常に動き続けている複数の通信衛星から適切に受信するためには、送信元の衛星を次々に切り替えて管理する必要があり、オペレーションの難易度が上がります。
上記のようなハードルはあるにせよ、従来の静止衛星に比べて格段に価格の低い超小型IoT衛星領域で、海外を中心にスタートアップが多く登場しています。数センチ程度の大きさ、数十~数百kgの重量で、安価な超小型衛星を開発し、宇宙空間に打上げています。
IoT通信衛星のスペックについて
IoT通信衛星は、高度2,000km以下の低軌道衛星の中でも、特に1,000km以下の軌道を周回することが多くなっています。オーストラリアのMyriotaやFleet Space Technologiesの衛星は高度550km、フランスのKineisの衛星は高度650kmを周回しています。目標とする通信のカバー範囲にもよりますが、衛星の高度が下がれば下がるほど、安定的な通信のために必要なコンステレーションの数は多くなります。
IoT通信衛星に関する論文で、一般的なサイズと高度が記載されていますが、下の表のうち、IoT通信衛星はNano以下のものがほとんどです。質量（Mass）でいうと10kg以下、高度（Altitude）でいうと800km以下が目安になります。ただし、あくまでこれらは参考値であり、厳密な定義ではありませんのでご注意ください。
（Source: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/260/1/012028/pdf）
IoTデバイスに求められるデータ容量は用途によって異なりますが、例えば位置情報や単純な監視情報などを伝送するだけであれば、数百バイトでこと足りるかもしれません。後ほどご説明するSwarm Technologiesというアメリカのスタートアップは、最大200バイトのパケットを月に750パケット分利用可能にしています。LPWAでも携帯電話通信を利用しない非セルラー系のSigfoxやLoRaWANの場合、1回のデータ容量は約10~240バイトとなっています。
一方で、こうした単純な情報ではなく、より大きなデータ容量を伝送するための通信衛星も続々と打上げられています。例えば、SpaceX社のStarlink、ソフトバンクグループが出資するOneWeb、O3b など。こうした低~中軌道衛星は、O3bの名前の由来である「Other 3 bllions（残りの30億人）」からわかるように、インターネットへのアクセスを持たないような途上国地域にオンライン体験を提供することを目標に、着々と打上げ計画が進められています。
IoT通信衛星の打上げ状況
こちらは、衛星コンステレーションの打上げを行う企業・プロジェクトの状況を逐次アップデートしてくれているサイトです。打上げる衛星の数に関する計画・実績、スケジュールと遅れの原因、そして企業情報などが載っています。このサイトを参考に、IoT通信衛星の打上げ状況を調べてみました。
リストアップされている企業のうち、2024年までに最初のIoT通信衛星を打上げる計画を公表している企業を対象としました。（「First launchが2024年まで」 かつ「FieldにIoTを含む」、で絞り込みを実施。）
まず、年度別の初回打上げ実施企業数です。1991年のOrbcommという企業から始まり、1998年（Globalsta）、2002年（AprizeSat）、2004年（SaudiComsat）、2010年（Ligado）に1社ずつ、その後2017年に5社、2018年に9社、2019年に9社と増えていき、2021年に14社と最も多くの企業が初回の打上げを計画しています。2022年・2023年はこれからもっと増えていくのではないかと思います。
（https://www.newspace.im/より、筆者が作成）
2017~2021年頃にかけて、初回打上げを計画する企業数が増えていることがデータから見えました。それでは、いつ頃からその企業群が多く設立され始めたか、を確かめるために、設立年度別に企業数を調べてみました。1997年~2013年頃までは約1~3年に1~2社設立されていたところから、2014年に4社、2015年に7社、2016年に3社、2017年に6社、と徐々に増えています。2011~2020年の10年間では、2015年が最も多く設立された年となりました。
（https://www.newspace.im/より、筆者が作成）
次に、同じデータを国別に見てみます。米国が2位の中国を9社分引き離して1位の14社。2位の中国が初めてIoT通信衛星を打上げるのは2017年ですが、USはその遥か前の1990年代から150機近く打上げてきており、歴史があります。3位がFranceとSpainの同列で3社です。
（https://www.newspace.im/より、筆者が作成）
IoT衛星の打上げ回数は年々増加しています。それでも、まだ計画の10%にも満たない数しか打上げていないところが多く、これから着実に打上げ回数が増えていくことが予想されます。アメリカのSpaceWorks社が出しているレポートは、2021年以降の打上げ機数の予測を以下のように提示しています。
（Source: https://www.spaceworks.aero/wp-content/uploads/Nano-Microsatellite-Market-Forecast-9th-Edition-2019.pdf）
IoT通信衛星スタートアップのご紹介
それでは、幾つかIoT通信衛星スタートアップを、資金調達状況などを中心に、ご紹介していきます。ただし、先ほど調査対象とした企業だけで44社もあるため、その中で、いくつかピックアップして、ご紹介します。より網羅的にお知りになりたい場合は、こちらのサイトを見るのが最も良いかと思います。
Swarm Technologies
設立：2017年
地域：US
crunchbaseによると、シードラウンドで270万ドル（≒3億円）を調達しています（が、2016年となっており、時系列がおかしいため、タイミングが間違っているかもしれません。）2019年にはシリーズAラウンドを実施し、2,500万ドル（≒27.6億円）を確保しています。
2019年に150機（最大600機）の衛星を高度450km付近に打上げ、スマートデバイスの常時接続を目指す計画について、FCC（Federal Communication Commission。米連邦通信委員会。米合衆国議会の法令によって創設された合衆国政府の独立機関。テレビ・電線・衛星・ケーブルによる各州および国際通信を管理。米国内で通信機器を販売するには、FCCの認証取得が義務付けられる。）から承認を得ました。ちなみに、この前にSwarmは許可を得ていない状態で、衛星を打上げてしまい、米国当局から90万ドル（≒1億円）の罰金を命じられていました。
2020年には、英国・ドイツを含む各国規制当局からの事業承認、地上局設置許可を順調に進めます。TechCrunchの記事によれば、119ドルのボードはガム1枚ほどの大きさで、低消費電力でデータ伝送を可能とし、基本プランとして最大15万バイト（最大200バイト×750パケット）まで提供。通信料金は月額5ドルと書かれています。
Kepler Communications
設立：2015年
地域：Canada
2021年3月下旬、2機の衛星打上げに成功し、累計で15機の衛星を軌道に乗せることに成功。カナダでは2021年4月現在時点で最多の衛星を打上げた企業となりました。crunchbaseによれば、2016年にシードラウンドで500万ドル（≒5.5億円）、2018年にシリーズAラウンドで1,600万ドル（≒17.7億円）を調達しています。
シリーズAラウンドでの調達時に出た記事によると、Keplerは、地上のデバイスとの接続だけでなく、最終目標として他の衛星・宇宙ステーション・ロケットといった宇宙空間にある資産との接続を目指しているとのことです。同社は、地上575kmの軌道に向けて、360機のIoT衛星を打上げることを計画中。2021年には50機、2022年には140機を打上げる予定としているようです。打上げる衛星の寿命は3年程度で、重量は5kg以下で、大きさは約10cm×10cm×34cm。
Astrocast
設立：2014年
地域：スイス
crunchbaseによれば、創業翌年の2015年に融資で10万スイスフラン（≒1,100万円）、2017年にシードラウンドで410万スイスフラン（≒4.8億円）、その後もう一度融資を挟んで、2019年に900万スイスフラン（≒10.6億円）を調達。投資家にはAirbus社も名を連ねています。
計画では、地上高度500~600kmの低軌道で運用される衛星を、全部で80機打上げる予定となっており、2021年4月時点ではそのうち7機が打上げられています。重量は約5kgで、寿命は3~5年、データ容量は256ビット（32バイト）。
Hiber
設立：2016
地域：オランダ
冒頭でご紹介した記事で名前が出ていたオランダの企業です。全部で48機のIoT衛星を打上げる予定としており、そのうち4機が打上げ済み。地上高度600km付近の軌道を周回させることで、144バイトのデータ通信を可能にするようです。同社の衛星は、5~10年持続するとホームページに書かれており、事実だとすれば他社よりも少し長くなる。
crunchbaseによれば、創業翌年の2017年に300万ユーロ（≒3.9億円）のシードラウンド、2018年に500万ユーロ（≒6.5億円）のシリーズAラウンド、そして2021年4月に2,600万ユーロ（≒33.8億円）のラウンドで資金調達を実施したとのこと。
Fleet Space Technologies
設立：2015年
地域：オーストラリア
crunchbaseによると、シードラウンドで7万5,000豪ドル（≒630万円）、シリーズAラウンドを2017年と2019年の2回に分けて合計1,100万ドル（≒12億円）を調達しました。
オーストラリアのアデレードで創業した同社は、通信衛星を使って世界各地のデバイスをつなぐIoTシステム構築プロジェクト「Project Galaxy」を進めています。2019年の調達時には、得た資金によって10機の超小型衛星の打上げに使用すると言及。ちなみに同社は、創業から2019年までに既に4機を打上げており、その後2021年3月に5機目の打上げ予定を発表。
地上550km軌道に打上げられた10kgの超小型衛星によって、顧客は1デバイスあたり年間2ドルで通信が利用可能になるといいます。同社のホームページにあるFAQでは、「どれくらいのデータ量をいくらで通信できるのか？」という質問に対し、「それはお客様次第です。ご要望にお応えできるサブスクリプションプランを幾つもご用意しています」（That is totally up to you! We have various subscription plans to suit your data needs.）と書かれています。
Myriota
設立：2015
地域：オーストラリア
Fleet Space Technologiesに先立って、2013年にオーストラリア・アデレードで創業。crunchbaseによれば、資金調達としてシリーズAラウンドを2018年、シリーズBラウンドを2020年に実施。それぞれ、1,500万ドル（≒17億円）、1,700万ドル（=19億円）を調達しています。
全部で50機の衛星を打上げる計画で、2021年現在は試作機を2機打上げ完了したところです。高度についてははっきりと書かれているところが見当たりませんでしたが、衛星のサイズは30cm×30cm×10cmで、伝送できるデータ量は一度に20バイトで、1日のデータ量合計が160バイトとか。
Kineis
設立：2018年
地域：フランス
crunchbaseによると、まだ資金調達ラウンドは1回しかありませんが、2020年2月に1億ユーロ（=130億円）を調達。調達した資金によって、25機の衛星からなるコンステレーションを構築する計画を立てています。2020年時点で、「現在2万個のビーコンを数年後には数百万個にしたいと考えています」とのこと。衛星は地上高度650kmの軌道に打上げられ、寿命は8年を目標にしていると言います。また地上局は独自で20箇所建設する予定のようです。
KineisはMyriotaより少し大きい30バイトのメッセージ通信を可能にしており、1日に数百バイトのデータ伝送を実現しています。
今回はIoT通信衛星スタートアップの一部をご紹介させていただきました。スタートアップだけでなく大手もいくつか参入を表明し、相当な数の企業がIoT衛星の打上げ計画を公表しており、これから毎月のように打上げのニュースが届くことになりそうです。
また、2021年になってからは、SPAC（Special Purpose Acquisition Company。特別買収目的会社。詳しくはこちらの解説記事をご参照ください。）を活用した資金調達事例も出てきています。地球観測衛星の打上げを手がけるBlacksky Holdings、Spire Globalが2021年2月、3月に相次いでSPAC上場すると発表。宙畑さんが綺麗にまとめてくださっています。
（Source: https://sorabatake.jp/18844/）
日本でも、このように低軌道上の衛星が続々と増える中で、宇宙ゴミ（スペースデブリ）の除去を手がけるアストロスケール、地球を衛星から観測するリモートセンシング衛星コンステレーション事業などを手がけるアクセルスペース、synspectiveなど、宇宙関連事業を行うスタートアップがあります（もちろんこの他にも多数）。引き続き、こうした領域にも注目していきたいと思います。
最後に、とてもよくまとめられていて、参考になったサイトをいくつか記載させていただきます。更新頻度も高く、これから宇宙の情報を体系的に手に入れたい人はこちらをご参考にされると良いかもしれません。
宙畑：https://sorabatake.jp/
NewSpace Index：https://www.newspace.im/
SpaceNews：https://spacenews.com/
SPACE IT BRIDGE：https://www.spaceitbridge.com/
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