月面でGPSはどうする？月測位の仕組みと「月版GPS」LNSS・LunaNetの現在地

月面で人やローバーが移動するとき、地球のようにGPSで現在地を確認できるのでしょうか。「月までGPS電波は届くのか」「届かないなら月面ではどうやって測位するのか」と疑問に思う人も多いでしょう。

結論からいうと、地球のGPSなどGNSSの信号は月でも利用できることが実証されています。ただし、地球向けの電波だけで月面全体を安定して測位するのは難しいため、月を周回する測位衛星を使った「月版GPS」の整備が進められています。NASA・ESA・JAXAの計画を含め、月測位がどのような仕組みになるのかをわかりやすく説明します。

月面のGPSはどうする？地球のGNSSと「月版GPS」を組み合わせる

月面測位の方向性を簡単に表すと、地球のGPSをそのまま全面的に使うのではなく、地球から届くGNSS信号を活用しつつ、月周回衛星による専用の測位サービスを整備する形です。

「月にはGPSが届かないのでゼロから別の方式を作る」のではなく、すでにある地球のGNSSを活用しながら月専用インフラへ発展させるのが現在の考え方です。

GPSの電波は実際に月まで届いている

GPSは米国が運用する衛星測位システムで、より広い意味ではGalileoなどを含めてGNSS（全球測位衛星システム）と呼びます。これらの衛星は基本的に地球上の利用者へ向けて測位信号を送っています。

そのため以前は、月ほど遠い場所で実用的に受信できるかが大きな課題でした。しかし2025年3月、NASAとイタリア宇宙機関が開発した「LuGRE（Lunar GNSS Receiver Experiment）」が、月面で米国のGPSと欧州のGalileoの信号を取得し、測位解を得ることに成功しました。

NASAによると、LuGREはFirefly Aerospaceの月着陸船Blue Ghostに搭載され、地球から約22万5,000マイル離れた月面でGNSSによる位置計算を実現しています。つまり、「地球のGPS系信号は月では使えない」という段階はすでに越えています。

ただし地球のGPSだけに頼るのは難しい

「月でGPSを受信できるなら、そのままスマートフォンのように使えばよい」と考えたくなりますが、そう単純ではありません。GPS衛星のアンテナは地球方向を向いているため、月で受信できるのは主に地球の外側へ漏れた電波やアンテナのサイドローブと呼ばれる弱い電波です。

しかも月から見ると、GPSやGalileoなど地球周辺の測位衛星が空の狭い方向に集中して見えます。測位では衛星がさまざまな方向に分散しているほど位置を求めやすいため、この配置は不利です。

NASAも2026年に公開したLunar mGNSSの説明で、既存GNSSを月専用インフラが完成するまでの重要な「橋渡し」と位置付けています。地球GNSSは非常に有用ですが、それだけで将来の月面活動すべてを支えるものではないということです。

最終的には月を周回する測位衛星を使う

そこで計画されているのが、月の周囲に複数の衛星を配置して測位信号を送る仕組みです。考え方は地球のGPSと似ています。月面のローバーや宇宙飛行士、着陸船などが複数衛星から信号を受け取り、信号の到達時間などから自分の位置を計算します。

日本ではこのようなシステムをLNSS（Lunar Navigation Satellite System）と呼んでいます。月面から見れば、こちらのほうが文字どおり「月版GPS」に近い存在です。

なぜ月面では地球のGPSをそのまま使えないのか

地球用GNSSの月面利用には、距離が遠いことだけでなく、電波の向き、衛星配置、月そのものによる遮蔽など複数の問題があります。ここを理解すると、なぜ月専用の測位衛星が必要なのかが見えてきます。

月に届くGPS信号は非常に弱い

GPS衛星は高度約2万kmの地球周回軌道から、主として地球方向へ電波を送っています。スマートフォンやカーナビなど地上の利用者にサービスを提供するためであり、約38万km離れた月を狙って送信しているわけではありません。

月付近で使えるのは、地球の縁を越えて漏れてくる信号やアンテナの副次的な放射です。ESAも月距離でのGNSS利用について、主ビームではなく弱いサイドローブ信号などを利用する必要があると説明しています。

したがって月用受信機には、高感度の受信技術や適切なアンテナ、複数GNSSの信号をまとめて処理する技術が求められます。地球用スマートフォンのGPS受信機をそのまま月へ持っていけば同じように測位できる、という話ではありません。

衛星が地球方向に固まって見える

GNSSでは、複数の衛星までの距離を測り、自分の座標と受信機時計のずれを計算します。一般的な3次元測位では4機以上の衛星信号を利用するのが基本ですが、衛星の数だけでなく「どの方向に衛星が見えるか」も精度を左右します。

地球上では衛星が空の広い範囲に分散します。一方、月から地球を見るとGPSやGalileoの衛星群は地球付近の限られた方向に集まります。同じ本数の信号を受信できたとしても、幾何学的な条件が悪く、わずかな距離誤差が大きな位置誤差につながりやすくなります。

月の裏側では地球そのものが見えない

さらに大きな制約が月による遮蔽です。月は地球にほぼ同じ面を向け続けているため、月の裏側からは地球を直接見ることができません。地球方向から飛んでくるGNSS信号も月そのものに遮られます。

クレーターや山地などの地形によって電波が遮られる場合もあります。特に探査の重要地域になっている月南極には起伏が多く、太陽光がほとんど届かない永久影領域もあります。

月を周回する衛星を配置すれば、地球が見えない場所でも上空の衛星を経由して測位や通信を提供できます。この点は、月版GPSを整備する大きな理由の一つです。

月測位はどうやって位置を計算する？LNSSとLunaNetの仕組み

月測位の基本原理そのものは地球のGNSSと大きく変わりません。重要なのは、月周回衛星の位置と時刻を正確に把握し、その情報を航法メッセージとして月面の利用者へ届けることです。

月周回衛星からの距離を測って現在地を計算する

測位衛星は、正確な時刻や自分の軌道情報などを含む航法信号を送信します。月面の受信機は複数の衛星から信号を受け取り、「衛星から自分まで電波が届くのにどれくらい時間がかかったか」をもとに距離に相当する値を求めます。

複数衛星について同じ計算を行えば、自分が存在する位置を絞り込めます。ローバー自身が計算できるシステムなら、位置を調べるたびに地球へ問い合わせる必要もありません。

これは有人探査だけでなく、自律走行する無人ローバーにとって特に重要です。地球と月の距離では通信に時間がかかるため、地球側が一つひとつの移動を指示するより、月側で位置を判断できるほうが運用しやすくなります。

月周回衛星自身の位置も正確に知らなければならない

見落とされやすいのが、「月面ユーザーの位置を知る前に、測位衛星自身の位置を正確に知る必要がある」という問題です。衛星の軌道情報に誤差があれば、その誤差が利用者の測位結果にも影響します。

日本のLNSSでは、この問題を解決する技術として月近傍で地球のGNSS信号を受信し、月周回衛星自身の軌道や時刻を推定する方法が検討されています。つまり、地球のGPSなどは月面利用者だけでなく、「月版GPS衛星自身の現在地を知るため」にも利用できるわけです。

JAXAの宇宙戦略基金でも、月近傍で利用できるマルチGNSS受信システムや、高精度な軌道決定を行う航法システム、安定した時刻系などが重要な開発対象になっています。

LunaNetは1社・1か国の衛星群の名前ではない

月測位について調べると「LunaNet」という名称が頻繁に登場しますが、LunaNetを単純にNASA版のGPS衛星群と理解すると少し違います。

LunaNetは、月やその周辺で通信、測位・航法・時刻情報などを相互利用するためのネットワーク構想・共通規格です。NASAだけですべての衛星を用意するのではなく、米国、欧州、日本、民間事業者などが提供するサービスを共通の仕組みで利用できることが重要になります。

NASA、ESA、JAXAはLunaNet Interoperability Specification（LNIS）の策定に協力しています。NASAが公開している現行のVersion 5は2025年2月に公開されており、月の通信やPNT（Positioning, Navigation and Timing：測位・航法・時刻）を相互運用するための枠組みが整備されています。

NASA・ESA・JAXAは月版GPSをどう整備する予定なのか

月測位は一つの国だけで完成させようとしているわけではありません。NASA、ESA、JAXAはそれぞれ衛星や技術を開発しながら、LunaNetを通じた相互運用を目指しています。2026年9月時点では、実証から実用インフラへ移る途中の段階です。

NASAはLuGRE実証からLunaNet・LCRNSへ

NASAにとって大きな成果となったのが、2025年のLuGREです。月への飛行中だけでなく、月周回・月面でGPSとGalileo信号の利用可能性を実証したことで、地球GNSSを月探査に活用できる現実性が大きく高まりました。

そのうえでNASAは、LunaNetの枠組みに沿って月周辺の通信・航法サービスを整備しています。LCRNS（Lunar Communications Relay and Navigation Systems）では、月周回の中継設備などを利用し、将来のArtemisミッションを支える通信と測位サービスを提供する方向です。

NASAは2024年にIntuitive Machinesを月中継サービスの開発事業者として選定しており、初期の設備から段階的にネットワークを拡張する考えを示しています。

ESAのMoonlightは4機の測位衛星と1機の通信衛星を計画

欧州宇宙機関ESAが進めるのが「Moonlight」です。公表されている構想では、4機の航法衛星と1機の通信衛星からなる計5機の衛星を月周辺に配置し、特に将来の探査が集中するとみられる月南極を重点的にカバーします。

ESAはMoonlightについて、月南極で連続的な通信・航法サービスを目指し、月面測位で最大3m程度の精度を目標として掲げています。ただし、これはMoonlightのサービス目標であり、月面のどこでも直ちに数m精度が保証されるという意味ではありません。

その前段階となる通信中継衛星Lunar Pathfinderも準備されています。ESAの2026年の案内では、打ち上げは2026年11月以降とされています。Moonlightは最初から完成形を一度に配備するのではなく、段階的に月の通信・航法インフラを構築する計画です。

日本はLNSSで月測位ネットワークへの参加を目指す

日本が検討・開発しているのがLNSS（Lunar Navigation Satellite System）です。JAXAはNASAやESAと連携し、月面活動に利用できる測位インフラの実現を進めています。

JAXA宇宙戦略基金では「月測位システム実証衛星及び主要サブシステムの開発」が採択され、代表機関のアークエッジ・スペースを中心に、月近傍GNSS受信システム、航法システム、高安定な時刻系、超小型の月測位実証衛星などの開発が進められています。

2026年4月にアークエッジ・スペースが公表したJAXA委託のフィージビリティ・スタディでは、2030年代前半に想定する月南極域の定常サービスについて検討され、一定の衛星構成では水平10m（2σ）程度の単独測位精度を達成し得るアーキテクチャの成立性が示されています。これは将来サービスの保証値ではありませんが、日本が研究だけでなく具体的な衛星システム設計へ進んでいることがわかります。

月測位ができると何が変わる？着陸・ローバー・基地建設に重要

月面測位は単に「宇宙飛行士が道に迷わないため」の技術ではありません。着陸から移動、基地建設、科学観測まで、将来の月面活動を自動化・効率化する基盤になります。

着陸船がより自律的に目的地へ向かえる

月着陸では、予定地点からのずれがミッションの成否に直結することがあります。地形の険しい場所や永久影領域の近くでは、安全に降りられる場所が限られるため、精密な位置把握が重要です。

月周回衛星から継続的に測位情報を取得できれば、着陸船自身が現在位置や速度を把握する材料が増えます。カメラによる画像航法、慣性航法、地形照合などと組み合わせれば、一つの方法だけに依存しないより頑健な航法システムを構成できます。

実用的な月着陸では、月版GPSだけに頼るというより、測位衛星・慣性センサー・カメラ・地形照合などを組み合わせる考え方が現実的です。

ローバーが地球からの指示なしで動きやすくなる

月面車にとっても測位は重要です。現在位置をリアルタイムで把握できれば、目的地点までの経路作成や走行履歴の記録、危険区域の回避などを自律的に行いやすくなります。

地球と月の通信では、電波が片道だけでも約1.3秒かかります。画像を地球へ送り、オペレーターが判断して指示を返す方式では、地上の自動車のようなリアルタイム操作はできません。

長距離を移動する有人与圧ローバーや無人探査車が増えるほど、「自分がどこにいるのか」を月側で判断できるインフラの価値は高まります。日本が開発を進める有人与圧ローバーのような将来システムにとっても、月測位は重要な基盤技術になると考えられます。

月面基地の建設や測量にも使える

基地を造る段階になると、単に数m単位で現在地がわかればよいとは限りません。設備の配置、道路に相当する走行ルートの整備、アンテナや太陽電池の設置などでは、より細かな位置関係が必要になります。

JAXAの将来シナリオでも、月測位衛星だけで地球上の高精度GNSS測量と同等の精度を初期段階から得ることは難しく、基準点を使った局所測位などを組み合わせる考え方が示されています。

つまり月面でも、スマートフォンのGPSと測量用GNSSが同じではないのと同様、用途によって必要な測位方法が変わります。広い範囲の移動には月周回衛星、基地周辺の精密作業には月面基準局や補正情報を追加する構成が合理的です。

正確な時刻を共有するインフラにもなる

GPSの役割は位置情報だけではありません。正確な時刻を提供することも重要な機能です。地球では通信網、金融システム、電力設備など多くのインフラがGNSSの時刻情報を利用しています。

将来、月面に複数の基地、ローバー、科学装置、通信設備が置かれるようになれば、それぞれの機器が共通の基準時刻を使う必要性も高まります。そのため月測位では「位置」だけでなく、PNTのTに当たるTimingも重要なサービスになります。

月版GPSが完成しても地球と同じカーナビにはならない

月測位インフラが整えば、地球のGPSに近い利便性は実現できます。ただし、少なくとも初期段階では「月面のどこでもスマートフォンを開けば1m単位で現在地がわかる」という状態になるとは限りません。

最初は月南極など重要地域が優先される

地球のGPSは多数の衛星によって全球をカバーしていますが、月測位は少数衛星から始まる可能性が高く、最初から月面全域へ均一なサービスを提供するのは効率的ではありません。

実際、ESAのMoonlightは将来の探査需要が大きい月南極を重点地域としています。南極周辺には水資源が存在する可能性のある永久影領域があり、有人探査や資源調査の重要地域と考えられているためです。

初期の月版GPSは「月全球を均等にカバーするGPS」より、「活動が集中する南極域から高い利用価値を提供するインフラ」になる可能性が高いと考えられます。

必要な精度は用途によって大きく違う

宇宙飛行士やローバーがおおまかな現在位置を確認する用途、着陸船を誘導する用途、月面基地を建設するための測量では、必要な精度がまったく異なります。

そのため「月版GPSの精度は何mか」という問いに一つの数字だけで答えるのは適切ではありません。利用できる衛星数、衛星配置、受信場所、補正情報、月面基準局の有無、ほかの航法センサーとの組み合わせによって結果が変わります。

ESAのMoonlightが最大3m程度を目標としている一方、日本の定常サービスに関するフィージビリティ・スタディでは特定の構成について水平10m（2σ）程度の単独測位が検討されています。数字だけを比べてどちらが優れていると判断するのではなく、サービス条件や評価方法が異なる点に注意が必要です。

複数システムを共通規格で使えることが重要

将来の月面でNASA系の衛星しか使えない、ESA系の受信機では日本の衛星を利用できない、といった状態になれば、探査機ごとに異なる設備が必要になります。衛星の故障や電波が遮られた場合の冗長性も低くなります。

そこで重要になるのがLunaNetの相互運用性です。米国、欧州、日本、民間企業などが同じ方向の標準を採用すれば、利用者は複数のサービス提供者から信号を受けられる可能性があります。

これは地球でGPSだけでなくGalileoなど複数GNSSを同時利用する考え方にも似ています。月版GPSの本当の価値は、一国が巨大な衛星群を完成させることより、複数の月測位・通信設備が一つのインフラのように連携できる状態を作れるかどうかにあると考えられます。

月面のGPSは地球GNSSを活用しながら月専用測位へ進む

月面でGPSをどうするのかという疑問への答えは、「地球のGPSがまったく使えない」でも「地球のGPSをそのまま使えば解決する」でもありません。2025年のLuGREによって、GPSとGalileoの信号を月面で受信し、実際に測位できることは実証されました。

ただし、地球GNSSの電波は月では弱く、衛星が地球方向に集中して見えるため測位条件もよくありません。月の裏側では地球からの信号が遮られることもあります。そのため将来は、月を周回する専用の測位衛星が月面活動を支える中心的なインフラになると考えられます。

NASAのLunaNet・LCRNS、ESAのMoonlight、日本のLNSSはそのための取り組みです。特に重要なのは、それぞれを独立した「米国版・欧州版・日本版GPS」として分断するのではなく、LunaNetの共通規格によって相互利用できるネットワークを目指していることです。

したがって将来の月測位は、地球GNSS、月周回測位衛星、月面基準局、慣性航法や画像航法などを用途に応じて組み合わせる形になる可能性が高いでしょう。月版GPSは単なるカーナビではなく、着陸、ローバーの自律走行、基地建設、通信、正確な時刻共有まで支える「月面社会の位置と時間のインフラ」として整備が進んでいます。