井戸室長：

時刻の重要性というのは、普段の生活の中では意識しないかもしれませんが、実はさまざまな場面で感じることがあると思います。
まず、待ち合わせをするときです。「何時何分にどこで」と決めて集まるからこそ会えるわけです。最近はスマホで「今ここにいるよ」と簡単に共有できてしまうので、決めた時間に集まるという意識が薄れているかもしれませんが、こうした技術がなかった時代は、正確な時刻がなければそもそも待ち合わせが成立しませんでした。これは分かりやすい時刻の重要性の一つです。

また、電車の運行も時刻が共有されていなければ、衝突や事故につながる可能性があります。電車の例でいえば「1秒ずれたくらいなら大丈夫なのでは？」と感じる方もいるかもしれません。しかし、現代社会の多くの仕組みは、もっと厳密な時刻の同期の上に成り立っています。例えば金融取引、モバイル通信、さらには電力の切り替えなど、これらは全て「同じ時刻を共有する」ことで正しく動作しています。社会全体を支える大きな仕組みが、共通の時刻を基準に動いているわけです。そのため時刻というものは、ガス・水道・電気といったライフラインと同じように、インフラなっていると言えます。

山本：

後ろに装置がありますが、これはどういった役割を果たしているのでしょうか？

井戸室長：

こちらは、私たちが「計測室」と呼んでいる場所につながっており、この部屋の奥に原器室と言いまして、複数台の原子時計が置いてあります。20台近くの原子時計があり、その原子時計からの信号がここに集められ、この装置で合成されて標準時が作られます。つまり標準時というのは、ひとつの時計だけに依存するのではなく、複数の原子時計の共同作業によって作られているわけです。そのため、1台が故障したり、停止しても問題なく時刻を刻み続けることができます。
この「時刻を合成する部分」を担っているのが、この装置です。その合成の結果として右側に標準時としての時刻が出力される、という仕組みになっています。

井戸室長：

皆さんは GPS や準天頂衛星というと、「位置を出すためのもの」「測位のためのもの」と理解されていると思います。
しかし、その位置情報が出せるのは、衛星に非常に良い時計――原子時計――が載っているからです。届く電波の到達時間を測ることで距離を求めるわけです。準天頂衛星には原子時計が搭載されており、準天頂衛星はそのシステムの中で自分たちの時刻を持っています。ただし、協定世界時（UTC）という世界の標準時刻とのリンクは、NICTを介さないと取れないという仕組みになっています。

そのため、準天頂衛星みちびきはNI​CTが作るUTC準拠の時刻「UTC（NICT）」と、自分たちの時計がどれだけずれているかを放送しています。別の言い方をすると、みちびきは「NICTが作った日本標準時のこのタイミングが正しいですよ」という情報を知らせてくれているとも言えます。そういう意味で準天頂衛星システムとNICTは、お互いに相互依存の関係にあると言えるわけです。
さらに、準天頂衛星は位置を出すだけでなく、時刻同期にも利用できます。非常に正確なタイミングを得ることができ、自分の時計が日本標準時からどれだけずれているかも測ることができます。
時刻を正確に取ることは非常に重要です。先ほど少し触れましたが、たとえば金融取引では、高速取引において「どちらが先に注文を出したか」を正確に記録しなければなりません。現状ではナノ秒レベルまでは求められていないと理解していますが、いずれはナノ秒単位の正確な時刻を持っていなければ取引できない時代が来るかもしれません。金融取引だけではなく、モバイル通信の基地局なども、衛星から正しい時刻を取得することで動いています。時刻は目に見えませんが、極めて重要であり、皆が同じ時刻を共有して初めて社会が成り立ちます。
この「同じ時刻を持つこと」が、いわゆる同期の重要性です。そして、ナノ秒が最も効いてくる分野はやはり測位だと考えています。電波は光速で進みますので、1ナノ秒のズレは距離にすると約30センチの誤差になります。センチメートル級の測位を実現するには、1ナノ秒の誤差も許されないということになります。

山本：

私たちは、準天頂衛星みちびきをはじめとした宇宙技術を活用したソリューションの開発に取り組んでおります。その一つが、高精度時刻同期を活用したソリューションです。GNSS測位では位置を計算するとともに、時刻の計算も行っています。位置の精度を光の速度で割ったものが、時刻の精度になります。一般的にスマートフォンやカーナビゲーションのGPS／GNSSでは、測位精度は数メートル程度で、時刻に換算すると数ナノ秒の精度になります。
一方、準天頂衛星みちびきが提供するセンチメートル級測位サービス「MADOCA-PPP」を使用すると、サブメーター級の測位精度が得られ、時刻に換算すると数百ピコ秒という高精度を実現できます。しかしながら、この数百ピコ秒という精度を評価して証明することは非常に難しいのです。なぜかというと、我々が通常使用する時計は精度が悪いからです。そこで、NICT様にご支援いただき、先ほどご紹介のあった高精度な時計を用いて、当社が開発したMADOCA-DOの時刻精度を評価しました。その結果、数百ピコ秒の精度が確かに出ていることを確認することができました。
今後は、この高精度時刻同期を活かしたソリューションの開発に取り組んでいきたいと考えております。

荒木：

私は、MADOCA-DOのクロックのずれをMADOCA-PPPを用いて校正する制御ソフトウェアの開発を担当いたしました。
まず、苦労した点についてです。制御の仕組み自体は比較的単純で、地上局によってコントロールされた安定した衛星システム時刻と、MADOCA-DOのクロックの時刻のずれをMADOCA-PPPで数百ピコ秒という精度で計測し、そのずれを小さくする方向にMADOCA-DOのクロックを制御する、というものです。仕組み自体はシンプルなのですが、実際にアルゴリズムを構築するとなると、細かな状態遷移の設計や、ハードウェア的な制約を考慮しなければならず大変でした。また、うまくできたと思って長時間の動作試験を行うと、熱暴走が発生してクロックが不安定になったり、新しい問題が次々に出てくるという繰り返しで、安定した動作を実現するまでに時間を要しました。
このようにさまざまな課題がありましたが、最終的に数百ピコ秒という時刻同期精度を実現できたときは、非常に嬉しく、大きな達成感を味わうことができました。

最後に、開発を振り返っての感想です。私はまだ入社して年数が浅く、技術者として未熟な部分も多いのですが、今回のように検討と検証を繰り返すダイナミックな開発経験を積むことができ、技術者として大きく成長させていただいたと感じています。また、日本標準時との時刻比較や、学会発表も経験させていただき、非常に充実した時間を過ごすことができました。