JP2002104300A - 人工衛星 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ひとつ以上の大型の観測センサを任意の方向
に素早く振り向け、且つ同時に通信系アンテナ、太陽電
池パドル等を所定の角度に維持出来る人工衛星を得る。 【解決手段】 衛星構体１上に駆動機構３を介してポイ
ンティングテーブル２を具備し、当該駆動機構を回転駆
動させることにより、衛星構体を回転させることなくポ
インティングテーブル２上に搭載したひとつ以上の観測
センサを任意の方向に指向させる機能を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は人工衛星に関し、
特に、軌道上にて観測センサを任意の方向へ指向させる
機能を有した人工衛星に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７に、実用化されている従来の観測セ
ンサの指向方向変更手段の一例を示す。図７は、観測セ
ンサの光学集光部２１の前段に回転機構２２を介してミ
ラー２３を配置したものである。図７（ａ）は回転機構
２２の駆動前を示すものであり、図７（ｂ）は回転機構
２２の駆動後を示すものである。回転機構２２の駆動に
よりミラー２３が回転し、検出部に映る画像が移動す
る。この動作により、指向方向を変化させるものであ
る。すなわち、図７（ａ）の駆動前の状態においては、
ミラー２３がＡの位置にあり、観測対象が木２５とな
り、木２５に相当する画像２７が検出部に映し出されて
いる。一方、図７（ｂ）においては、回転機構２２がミ
ラー２３をＢの位置まで回転させたため、観測対象が木
２６に移り、木２６に相当する画像２８が映し出されて
いる。このように、回転機構２２が単にミラー２３を回
転させることにより、指向方向を変化させることができ
るので、速やかに変化させることができる。

【０００３】また、図８に、実用化されている従来の観
測センサの指向方向変更手段の他の例を示す。図８は、
観測センサの光学集光部を人工衛星に搭載したものであ
る。図８において、１は衛星の構体を示すものであり、
４は衛星１に搭載された観測センサ、５は太陽電池パド
ル、１７は観測センサ４の視野である。また、図８
（ａ）は観測センサ４の指向方向変更前の状態であり、
図８（ｂ）は衛星１の姿勢を変更することにより観測セ
ンサの指向方向を変更した状態を示すものである。図示
のように、本従来例の特徴は衛星全体の姿勢を変えるこ
とにより、観測センサの指向方向を変更することにあ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図７に示した１つめの
従来例では、指向方向変更速度が早いことが特長であっ
たが、光学集光部２１の口径よりも指向方向変更角度の
分だけ大きなミラー２３が必要であり、観測センサ分解
能を向上させるために当該光学集光部２１の口径をより
大きくすると、ミラー２３はこれに合わせて大きくする
必要がある。これは、ミラー２３の製造を難しくするも
のであり、尚かつ当該ミラー２３を支持する回転機構２
２も大型化、且つ、複雑化する必要がある。

【０００５】また、観測センサの指向方向を正確に知る
にあたっては、回転機構２２の制御精度およびアライメ
ント誤差が指向方向の決定精度を阻害していた。さら
に、複数の観測センサを衛星に搭載し、同時に同じ方向
を指向させる場合、観測センサそれぞれに、ミラー２
３、回転機構２２を具備させる必要があり、衛星重量が
増加するとともに、複数の観測センサの指向方向決定精
度確保が困難であるという問題点があった。

【０００６】一方、図８に示した２つめの従来例では、
衛星１全体の姿勢を変化させるために、回転させる慣性
モーメントが大きく、指向方向変更速度が非常に遅いこ
とが欠点である。また、姿勢を変化させた状態でも地上
との通信を行う必要があることから、複数のアンテナを
人工衛星上に配置する必要があることから、人工衛星の
軽量化、システムの単純化を大きく阻害してしまうとい
う問題点があった。

【０００７】この発明は、かかる問題点を解決するため
になされたものであり、観測センサの指向方向の決定精
度を確保しつつ、観測センサの指向方向変更を迅速に行
い、且つ、ミラー等を不要としてシステムを単純化する
ことが可能な人工衛星を得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、本体と、本
体に回転自在に設けられた回転駆動手段と、回転駆動手
段に固定され、回転駆動手段の回転に伴って回転するポ
インティングテーブルと、ポインティングテーブルに設
けられた１つ以上の観測センサとを備え、回転駆動手段
を回転駆動させることにより、衛星本体を回転すること
なくポインティングテーブルに設けられた観測センサを
任意の方向に指向させる人工衛星である。

【０００９】また、ポインティングテーブルに設けら
れ、観測センサの指向方向変更角度を検出する姿勢決定
センサをさらに備えている。

【００１０】また、ポインティングテーブルに設けら
れ、観測センサの指向方向を制御する姿勢制御手段をさ
らに備えている。

【００１１】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明
の実施の形態１による人工衛星のシステム構成を示すブ
ロック図であり、図２はこの発明の実施の形態１による
人工衛星の形状を示した斜視図である。また、図３は、
この発明の実施の形態１による人工衛星の飛行状態を示
した説明図である。これらの図において、１は、人工衛
星の構体（本体）であり、２は構体１に設けられたポイ
ンティングテーブルである。ポインティングテーブル２
は、図２に示すように、構体１に対して回転駆動機構３
を介して結合されており、図２の矢印Ｒ１方向に回転自
在に設けられている。また、図２には示されていない
が、ポインティングテーブル２の上には、図３に示すよ
うに、ひとつ以上の観測センサ４が搭載されており、例
えば、気象等の種々の観測のために用いられる。観測セ
ンサ４はポインティングテーブル２に固定されており、
また、ポインティングテーブル２も回転駆動機構３に対
して固定されている。回転駆動機構３が回転することに
より、ポインティングテーブル２が同時に回転して、観
測センサ４の指向方向を変更することができる。一方、
構体１には、通常の衛星に必要なバス機器が搭載され、
具体的に説明すれば、５は、太陽光を受光して人工衛星
の駆動エネルギーを生成する太陽電池パドル、６は、人
工衛星の種々の動作を推進および制御する推進系（推進
手段）、７は、地球上の地上局や他衛星との通信を行う
通信系（通信手段）、８は、観測センサ４の指向方向を
制御する姿勢制御系（姿勢制御手段）である。

【００１２】次に、本実施の形態における人工衛星の飛
行状態について図３を用いて説明する。地球指向衛星の
場合、地球中心方向９と飛翔方向１０とを座標軸とした
軌道座標系に対して、衛星の座標系が一致するように、
衛星の飛行姿勢を制御する。これにより、地上（地球）
から衛星を見ると常に同じ面が見えていることになる。
同時に、当該地球から見えている面の反対側の面、すな
わち、反地球面は常に地球と反対側を向いていることに
なる。よって、図３に示すように、地球指向面に地上局
との通信を行うための通信系アンテナ１１を、反地球面
には他衛星からの電波を拾うためのＧＰＳアンテナ１２
を搭載している。また、太陽電池パドル５は、軸１３を
回転軸として、図３の矢印Ｒ２方向に、軌道一周回で１
回転させて、太陽の相対的な動きに同期させている。

【００１３】上記の衛星において、観測センサ４の撮像
ポイントが衛星と地球中心を結ぶ直線上にない場合に
は、観測センサ４の指向方向を変更する必要が発生す
る。これを、図４を用いて説明する。図４（ａ）は、観
測センサの指向方向を変更する前の状態を示すものであ
り、図４（ｂ）は従来方式の指向方向変更方式であり、
図４（ｃ）は、本実施の形態における指向変更方式であ
る。それぞれの図は、衛星を飛翔方向から見た図であ
る。図４（ａ）の状態では、通信系アンテナ１１の視野
１５およびＧＰＳアンテナ１２の視野１６は、それぞれ
適切な方向を指向している。

【００１４】しかしながら、図４（ｂ）に示す従来方式
のように衛星全体の姿勢を変更することにより、観測セ
ンサ４の視野１７を任意の方向に指向させる場合、通信
系アンテナ１１の視野１５、および、ＧＰＳアンテナ１
２の視野１６も同時に回転してしまうため、それぞれ通
信不可能領域１８が発生する。このため、それぞれのア
ンテナ１１および１２は複数台搭載する必要があった。
これに対し、図４（ｃ）に示す本実施の形態では、衛星
全体の姿勢を変更することなく、図４においては図示さ
れていない回転駆動機構３（図２参照）を回転させるこ
とにより、ポインティングテーブル２に搭載された観測
センサ４のみを任意の方向に指向させることができ、こ
れにより、通信系アンテナ１１の視野１５、およびＧＰ
Ｓアンテナ１２の視野１６を適切な角度に保持したま
ま、観測センサ４の視野１７を任意の方向に指向させる
ことを可能とするものである。

【００１５】さらに、図４（ｃ）に示す本実施の形態で
は、図４（ｂ）に示す従来方式と比較して、回転させる
物体の慣性モーメントが極めて小さい為、回転速度が大
きくなり、その結果、観測センサ４の視野１７を短い時
間で任意の方向に指向させることが可能である。

【００１６】上記のように、この発明の実施の形態１に
よる人工衛星は、通信系アンテナ、ＧＰＳアンテナ等
を、常に軌道座標系等に対して固定しつつ、観測センサ
の素早く任意の方向に指向させることを可能とした、ポ
インティングテーブルを具備した人工衛星である。これ
により、衛星全体の姿勢を変更させることなく、回転駆
動機構３を駆動させることにより、ポインティングテー
ブル２に搭載した観測センサ４を任意の方向に向けるこ
とを可能としたことにより、通信系アンテナ１１の視野
１５およびＧＰＳアンテナ１２の視野１６を常時所定の
方向に維持したまま、任意の方向の観測を行うことが出
来る。また、アンテナの搭載本数が減るために、切り替
え運用の必要性がなくなることから、衛星運用が容易に
なる。また、大口径の観測センサの場合、図７に示した
ミラー２３を装備するよりも開発が容易であるという効
果がある。

【００１７】さらに、複数の観測センサが同時に同じポ
イントを観測する本発明の衛星の場合、それぞれに図７
に示したミラー２３を装備して、それぞれに同一角度回
転させる必要がなく、ポインティングテーブル２に搭載
した観測センサは、常に精度良く同一の方向を指向させ
ることが可能である。

【００１８】加えて、回転する部分の慣性モーメント
が、太陽電池パドル５を含めた衛星全体の慣性モーメン
トよりも格段に小さいため、指向方向を変更する速度を
向上させることが可能である。

【００１９】実施の形態２．次に、この発明のポインテ
ィングテーブルを具備した人工衛星の実施の形態２につ
いて図５を用いて説明する。図中、１８は、観測センサ
４の指向方向変更角度を検出するための姿勢決定センサ
である。本実施の形態は、実施の形態１の構成に対し
て、ポインティングテーブル２上に姿勢決定センサ１８
を付加することにより、観測センサ４の指向方向を精度
良く検出する機能を付与したものである。ここでは、姿
勢決定センサ１８の例として、恒星センサを搭載するも
のとして説明する。

【００２０】図５（ａ）は、観測センサの指向方向を変
更する前の状態を示すものであり、図５（ｂ）は、観測
センサの指向方向を変更した後の状態を示すものであ
る。姿勢決定センサ１８は観測センサ４と同様にポイン
ティングテーブル２上に搭載されていることから、観測
センサ４の視野１７の変動角度と同じ角度だけ、姿勢決
定センサ１８の視野１９も変動する。２０は、衛星から
見える恒星を示すものであり、姿勢決定センサ１８が所
定の恒星２０の座標を検出することにより、姿勢決定セ
ンサ１８の視野１９の変更角度、すなわち、観測センサ
４の視野１７の視野変更角度を知ることが出来る。

【００２１】上記のように、この発明の実施の形態２に
よる人工衛星は、ポインティングテーブル２上に姿勢決
定センサ１８を搭載することにより、観測センサ４の指
向方向を精度良く検出する機能がさらに付与された衛星
である。

【００２２】実施の形態３．さらに、この発明のポイン
ティングテーブルを具備した人工衛星の実施の形態３に
ついて説明する。図１では、姿勢制御系８は衛星構体１
の内部に装着されているが、本実施の形態においては、
このうち、実施の形態２で示した姿勢決定センサ１８と
姿勢制御系８とをポインティングテーブル２に装着する
ことを特徴としている。

【００２３】上記の実施の形態２では、姿勢決定センサ
１８を搭載することにより、観測センサ４の指向方向変
更後の角度を精度良く検出することを可能としたが、実
施の形態３では、図６に示すように姿勢決定センサ１８
に加えて、姿勢制御アクチュエータ（図示せず）をポイ
ンティングテーブル２に装着することにより、ポインテ
ィングテーブル２内に姿勢制御系８を構成させて、指向
角決定値をもとに観測センサ４の指向方向を直接的に制
御して、撮像したいポイントに精度良く観測センサ４を
指向させることを可能とするものである。姿勢制御系８
をポインティングテーブル２に搭載することにより、ポ
インティングテーブル２があたかも衛星本体のごとく姿
勢制御を行うことが可能である。

【００２４】なお、上述の実施の形態１〜３において
は、本発明のポインティングテーブルを具備した人工衛
星の説明として、観測センサを搭載することを前提とし
て説明したが、本発明の人工衛星は観測センサに替え
て、レーダアンテナや地上間通信電波を受信するアンテ
ナ等をポインティングテーブル上に搭載して、最も高い
利得を任意の方向に向けることに適用することも可能で
あり、ポインティングテーブルを具備した標準サービス
衛星として種々に応用することが可能である。

【００２５】

【発明の効果】この発明は、本体と、本体に回転自在に
設けられた回転駆動手段と、回転駆動手段に固定され、
回転駆動手段の回転に伴って回転するポインティングテ
ーブルと、ポインティングテーブルに設けられた１つ以
上の観測センサとを備え、回転駆動手段を回転駆動させ
ることにより、衛星本体を回転することなくポインティ
ングテーブルに設けられた観測センサを任意の方向に指
向させる人工衛星であるので、衛星全体の姿勢を変更さ
せることなく、回転駆動手段を駆動させることにより、
ポインティングテーブルに搭載した観測センサを任意の
方向に向けることを可能としたことにより、衛星本体に
取り付けられた地上局や他衛星との通信のためのアンテ
ナの視野を常時所定の方向に維持したまま、任意の方向
の観測を行うことが出来る。

【００２６】また、ポインティングテーブルに設けら
れ、観測センサの指向方向変更角度を検出する姿勢決定
センサをさらに備えているので、指向角度変更後の指向
方向を精度良く検知することが可能である。

【００２７】また、ポインティングテーブルに設けら
れ、観測センサの指向方向を制御する姿勢制御手段をさ
らに備えているので、ポインティングテーブルに姿勢制
御手段を搭載して観測センサの指向方向を直接的に制御
することにより、計画した方向に精度良く指向制御する
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１によるポインティン
グテーブルを具備した人工衛星の構成を示すブロック図
である。

【図２】 この発明の実施の形態１によるポインティン
グテーブルを具備した人工衛星の形状を示した斜視図で
ある。

【図３】 この発明の実施の形態１によるポインティン
グテーブルを具備した人工衛星の飛行状態を示した説明
図である。

【図４】 人工衛星の動作状態を示すものであり、
（ａ）は観測センサ指向方向変更前の状態を示し、
（ｂ）は従来の技術の衛星での観測センサ指向方向変更
後の状態を示し、（ｃ）はこの発明の実施の形態１によ
る衛星での観測センサ指向方向変更後の状態を示す説明
図である。

【図５】 この発明の実施の形態２による人工衛星にお
いて、ポインティングテーブルに搭載した姿勢決定セン
サが観測センサの指向方向変更に合わせて視軸が回転す
る様子を示す説明図である。

【図６】 この発明の実施の形態３によるポインティン
グテーブルを具備した人工衛星の構成を示すブロック図
である。

【図７】 従来技術による衛星の一例として、観測セン
サ光学集光部の前段に配置したミラーを回転することに
より指向方向を変化させる様子を示す説明図である。

【図８】 従来技術による衛星の他の例として、観測セ
ンサの指向方向を変更するために衛星全体の姿勢を変更
する様子を示す説明図である。

【符号の説明】 １ 衛星構体、２ ポインティングテーブル、３ 回転
駆動機構、４ 観測センサ、５ 太陽電池パドル、６
推進系、７ 通信系、８ 姿勢制御系、９ 地球中心方
向、１０ 飛翔方向、１１ 通信系アンテナ、１２ Ｇ
ＰＳアンテナ、１３ 衛星の軌道面に直交する軸、１４
地上、１５ 通信系アンテナ視野、１６ ＧＰＳアン
テナ視野、１７ 観測センサ視野、１８ 姿勢決定セン
サ、１９姿勢決定センサ視野、２０ 恒星、２１ 光学
集光部、２２ 回転機構、２３ミラー。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 本体と、 上記本体に回転自在に設けられた回転駆動手段と、 上記回転駆動手段に固定され、上記回転駆動手段の回転
   に伴って回転するポインティングテーブルと、 上記ポインティングテーブルに設けられた１つ以上の観
   測センサとを備え、 上記回転駆動手段を回転駆動させることにより、衛星本
   体を回転することなく上記ポインティングテーブルに設
   けられた上記観測センサを任意の方向に指向させること
   を特徴とする人工衛星。
2. 【請求項２】 上記ポインティングテーブルに設けら
   れ、上記観測センサの指向方向変更角度を検出する姿勢
   決定センサをさらに備えたことを特徴とする請求項１に
   記載の人工衛星。
3. 【請求項３】 上記ポインティングテーブルに設けら
   れ、上記観測センサの指向方向を制御する姿勢制御手段
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記
   載の人工衛星。