JP2003212197A - 人工衛星の相対６自由度制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来、推力系アクチュエータで相対姿勢や相
対位置を制御するために、推薬の搭載可能量がミッショ
ン寿命を決め、また推薬の爆発などの危険性が生じ、更
にスラスタの向きや搭載位置が問題となる。 【解決手段】 人工衛星Ａは、姿勢検出センサ１１ａと
ホイール１２ａを用いて、慣性空間に対して指示された
向きを保つように姿勢制御すると共に、交流磁場発生装
置１３ａで基準となる交流磁場を発生させる。人工衛星
Ｂは、相対位置相対姿勢検出センサ１５を用いて計測さ
れる衛星Ａ上の識別板１４との距離と角度に応じて、指
定された距離と角度になるように、交流磁場発生装置１
３ｂの交流磁場の位相及び強度を同期又はずらすことに
より、衛星Ａに対する衛星Ｂの並進力と回転力とを発生
させ、フィードバック制御を行う。衛星Ｂは、相対姿勢
の制御のために、姿勢検出センサ１１ｂとホイール１２
ｂを用いた姿勢制御を併用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は人工衛星の相対６自
由度制御方式に係り、特に二つの人工衛星の相対位置と
相対姿勢を制御する人工衛星の相対６自由度制御方式に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、二つの人工衛星の相対位置や相対
姿勢を制御する制御方式として、ランデブドッキングな
どが知られているが、これらの従来の制御方式では、推
薬を使用して推力を得るスラスタを用いた推力系アクチ
ュエータにより、上記の相対位置や相対姿勢を制御して
いる。ランデブドッキングの場合は、二つの軌道運動を
する人工衛星は最終的に同じ軌道にすればよく、推力も
断続的に発生させることで制御が可能である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フォー
メーションフライトの一つの実現構想案として、二つの
人工衛星の一方をミッション観測機器のレンズ部とし、
他方をミッション観測機器の検出器部とし、それら二つ
の人工衛星を結ぶ方向を慣性空間に対して任意に固定さ
せることで観測を行うアプリケーションを考える場合、
片方の人工衛星は常に推力を発生させなければ相対位置
を維持することができない。

【０００４】しかし、上記の従来の制御方式では、推力
系アクチュエータで相対姿勢や相対位置を制御するため
に、推薬を消費しきってしまうと制御できなくなるた
め、推薬の搭載可能量がミッション寿命を決めることに
なる。概算では数トンクラスの大きさの人工衛星でミッ
ション寿命２年〜３年を実現するためには、衛星重量に
匹敵する数トン以上の推薬を搭載する必要がある。従っ
て、上記のようなアプリケーションでは推薬を常時使用
することになるため、ある程度のミッション寿命を得る
ためには、衛星規模を非常に大きなものにしなければな
らないという問題がある。また、推薬を搭載しているた
めに、何らかの異常によって推薬の爆発などの危険性が
生じることも考えられる。更に、推薬の重量や充填され
るタンクの大きさなどにより、人工衛星に搭載できる機
器が制限される。

【０００５】また、推力系アクチュエータでは、一つの
スラスタでは任意の方向に推力を発生することができな
いため、完全に６自由度分の推進力と回転力を人工衛星
に与えるようにするためには、最低１２個のスラスタを
搭載する必要があり、冗長が必要であれば更に多くのス
ラスタを搭載しなければならない。更に、推力系アクチ
ュエータは、噴射推薬が人工衛星の他の部分にあたるこ
とによって、余分な外乱トルクを生じてしまったり、推
薬が付着することによりセンサなどの能力を落としてし
まう汚染を生じる可能性がある。従って、このような外
乱トルクや汚染を防ぐためには、噴射スラスタが上記の
ように多数必要とすることから、スラスタの向きや搭載
位置が問題となる。

【０００６】本発明は以上の点に鑑みなされたもので、
推力系アクチュエータを用いることなく二つの人工衛星
の相対姿勢及び相対位置を制御し得る人工衛星の相対６
自由度制御方式を提供することを目的とする。

【０００７】また、本発明の他の目的は、姿勢制御のア
クチュエータと相対位置制御のアクチュエータの搭載位
置を簡単に決定し得る人工衛星の相対６自由度制御方式
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、第１の発明の相対６自由度制御方式は、第１の人工
衛星及び第２の人工衛星の間の３自由度の相対位置と３
自由度の相対姿勢を制御する相対６自由度制御方式にお
いて、第１の人工衛星は、第１の人工衛星を慣性空間に
対して指定された向きを保つように姿勢制御する第１の
姿勢制御手段と、第２の人工衛星との相対距離姿勢を制
御するために一定周期で交流変動する磁場を発生する第
１の交流磁場発生装置と、第２の人工衛星との相対距離
と相対姿勢を知るための識別板とを備え、第２の人工衛
星は、第１の人工衛星に搭載された識別板との相対距離
及び相対姿勢を知るための相対位置相対姿勢検出センサ
と、相対位置相対姿勢検出センサが検出した相対距離及
び角度に応じて、第１の交流磁場発生装置が発生する磁
場に対して位相を制御した交流磁場を発生させることに
より磁場干渉力として並進力と回転力を発生させる第２
の交流磁場発生装置と、第２の交流磁場発生装置が発生
する磁場干渉力との組み合わせにより相対姿勢制御する
第２の姿勢制御手段とを備える構成としたものである。

【０００９】この発明では、第１の人工衛星が第１の姿
勢制御手段により慣性空間に対して指定された向きで姿
勢を保持しながら軌道運動を行い、第２の人工衛星が第
１の交流磁場発生装置が発生する交流磁場に対して第２
の交流磁場発生装置が発生する交流磁場を磁場干渉力と
して作用させることにより、推力系アクチュエータを用
いることなく第１の人工衛星に対して指定された距離を
保持しつつ、第２の姿勢制御手段との組み合わせにより
第１の人工衛星と正対する向きを保つように姿勢制御す
ることを特徴とする。

【００１０】また、本発明は上記の目的を達成するた
め、第２の発明の相対６自由度制御方式は、第１の発明
における第１の交流磁場発生装置を、第１及び第２の人
工衛星の軌道運動による衛星位置での地球磁場の変動よ
りも速い周波数で変動する磁場を交流的に発生する装置
とし、第２の交流磁場発生装置を、第１の交流磁場発生
装置が発生した磁場に対して干渉する磁場を交流的に発
生する装置としたものである。この発明では、第１及び
第２の交流磁場発生装置で発生する交流磁場に対する地
球磁場の干渉の影響を小さくすることができる。

【００１１】また、上記の目的を達成するため、第３の
発明の相対６自由度制御方式は、第１及び第２の発明に
おける第１の交流磁場発生装置を、第１の人工衛星が向
くべき方向に軸を持つ一軸分の磁気モーメントを発生す
る第１の電磁石コイルと、第１の電磁石コイルに交流電
流を流すことで交流磁場を発生させる第１の駆動装置と
からなる構成とし、第２の交流磁場発生装置を、第１の
交流磁場発生装置が発生した磁場に対して干渉する磁場
を交流的に発生させるために直交３軸方向に配置された
第２の電磁石コイルと、第２の電磁石コイルに互いに独
立して交流電流を流すことで交流磁場を発生させる第２
の駆動装置とからなる構成としたものである。

【００１２】また、上記の目的を達成するため、第４の
発明の相対６自由度制御方式は、第１及び第２の交流磁
場発生装置は、超伝導磁石を利用した磁気モーメントを
発生する装置であることを特徴とする。この発明では、
数十ｍ程度の距離離れた第１及び第２の人工衛星間で適
度な強さの交流磁場を作用させることができる。

【００１３】また、上記の目的を達成するため、第５の
発明の相対６自由度制御方式は、上記の第１及び第２の
姿勢制御手段を、姿勢検出センサと、姿勢制御アクチュ
エータであるホイールとから構成されていることを特徴
とする。この発明では、第１及び第２の人工衛星の構成
を推力系アクチュエータを全く使用しない構成とするこ
とができる。

【００１４】更に、第６の発明の相対６自由度制御方式
は、第１及び第２の姿勢制御手段を、姿勢検出センサ
と、推力系アクチュエータとから構成したことを特徴と
する。この発明では、第１及び第２の姿勢制御手段は推
力系アクチュエータを使用するが、相対位置を制御する
ための制御手段は第１及び第２の交流磁場発生装置を使
用しており、推力系アクチュエータを使用しないように
できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面と共に説明する。図１は本発明になる人工衛星の
相対６自由度制御方式の一実施の形態における衛星正面
図と相対位置・相対姿勢制御の概略説明図を示す。本実
施の形態において、相対位置と相対姿勢が制御される二
つの人工衛星の各々は、図１（Ａ）の概略正面図に示す
ように、衛星本体１の外部に、後述する交流磁場発生装
置の一部を構成する超伝導磁石２、３、４、５が配置さ
れた構成である。超伝導磁石２、３、４、５は円柱状で
ある。なお、超伝導磁石の個数及び形状は図１（Ａ）の
ものに限定されるものではない。

【００１６】上記の正面図で表される二つの人工衛星
は、図１（Ｂ）にＡとＢで示すように、慣性空間の指示
された方向に向かって、要求された精度で距離と向きを
保つように制御される。すなわち、後述するように、本
実施の形態では、磁場干渉による二つの人工衛星ＡとＢ
の間の位置制御と、ホイールによる姿勢制御を組み合わ
せて、人工衛星ＡとＢの間の相対位置と相対姿勢を制御
する相対６自由度制御を行う。

【００１７】位置制御は、人工衛星Ａで一定周期で交流
変動する磁場を発生させ、もう一方の人工衛星Ｂではそ
の交流磁場に対して位相をずらした交流磁場を発生させ
ることによって生じた磁場干渉力を利用する。姿勢制御
は、人工衛星Ａ及びＢにそれぞれ搭載されたホイールに
よる宇宙慣性空間に対する制御と、磁場干渉力による相
対姿勢の制御の組み合わせで行う。以下、このことにつ
いて更に詳細に説明する。

【００１８】図２は本発明になる人工衛星の相対６自由
度制御方式の一実施の形態における二つの人工衛星の構
成図を示す。本実施の形態では、慣性空間に対して位置
及び姿勢の基準となる人工衛星Ａと、人工衛星Ａに対し
て相対的に位置及び姿勢を制御する人工衛星Ｂとに別れ
て搭載される機器により構成されている。

【００１９】図２に示すように、人工衛星Ａには通常の
慣性指向タイプの人工衛星に姿勢制御用としてよく搭載
される姿勢検出センサ１１ａと、姿勢制御アクチュエー
タであるホイール１２ａとが搭載され、これに加えて更
に、交流磁場発生装置１３ａと識別板１４が搭載されて
いる。姿勢検出センサ１１ａは、慣性基準装置と呼ばれ
るジャイロを用いたセンサや恒星センサなどで構成され
ている。交流磁場発生装置１３ａは、相対距離姿勢を制
御するための装置で、人工衛星Ａの軌道運動による地球
磁場の変動よりも速い周波数で磁場を変動させる。識別
板１４は、人工衛星Ｂに搭載する相対距離と相対姿勢を
知るためのセンサ用のマーカあるいはミラーである。

【００２０】他方、人工衛星Ｂには図２に示すように、
人工衛星Ａと同様に、通常の慣性指向タイプの人工衛星
に姿勢制御用としてよく搭載される姿勢検出センサ１１
ｂと、姿勢制御アクチュエータであるホイール１２ｂと
が搭載され、これに加えて更に、交流磁場発生装置１３
ｂと相対位置相対姿勢検出センサ１５とが搭載されてい
る。交流磁場発生装置１３ｂは、位置や姿勢を制御する
ために、人工衛星Ａが発生する磁場に干渉させる磁場を
発生させる装置である。相対位置相対姿勢検出センサ１
５は、人工衛星Ａとの相対距離及び相対姿勢を知るため
のセンサである。

【００２１】上記の姿勢検出センサ１１ａ及び１１ｂ
と、アクチュエータであるホイール１２ａ及び１２ｂに
ついては、本発明とは直接関係せず、衛星姿勢制御の設
計を行う当業者では一般的な機器であるため、それらの
具体的な内部構成や機能についての説明は省略する。人
工衛星Ａはこれらの姿勢検出センサ１１ａとホイール１
２ａを用いて、要求仕様内で慣性空間に対して適正に姿
勢制御されているものとする。

【００２２】また、相対位置相対姿勢検出センサ１５
は、レーザなどを利用して対象物との相対距離と相対角
度（方向）を知るためのセンサである。使用可能な相対
距離域によって、ランデブレーダや近接センサなどと呼
ばれるものが存在する。この相対位置相対姿勢検出セン
サ１５として、より精度の高いものを搭載することは高
精度の相対６自由度制御を実現するために不可欠なこと
であるが、そのセンサそのものについては当業者によっ
てよく知られており（例えば、特開昭５８−７９１７９
号公報など）、またその内部構成は本発明とは直接関係
しないので、内部の詳細な構成についての説明は省略す
る。

【００２３】交流磁場発生装置１３ａ及び１３ｂは、本
実施の形態の制御を実現させるために提案する装置であ
る。交流磁場発生装置１３ａ及び１３ｂは、人工衛星Ａ
及びＢにそれぞれ搭載されて互いに独立に駆動され、駆
動時には、電磁石に交流電流を流して交流磁場を発生す
る。二つの人工衛星Ａ及びＢは、これらの交流磁場発生
装置１３ａ及び１３ｂの電磁石から生じる磁気モーメン
ト同士が干渉することで並進力と回転力を発生でき、相
対位置と相対姿勢を制御することができる。

【００２４】磁場を交流的に発生させるのは、地球磁場
との干渉の影響を小さくするためであり、衛星の軌道運
動による衛星位置での地球磁場の変化よりも十分に速い
周波数で振動させることにより、地球磁場との干渉をキ
ャンセルさせることができる。

【００２５】なお、交流磁場発生装置１３ａは、人工衛
星Ａが向くべき方向（観測対象に対して人工衛星Ａを向
ける面の垂直方向）に軸を持つ一軸分の磁気モーメント
を発生できる電磁石コイルと、そのコイルに流す電流を
交流的に変動することで交流磁場を発生する駆動装置か
ら構成される。これに対して、交流磁場発生装置１３ｂ
は、交流磁場発生装置１３ａが生成する磁場に干渉させ
ることで任意の方向に力を発生できるように、直交三軸
方向に配置した電磁石コイルと、これら電磁石にそれぞ
れ独立に交流電流を流す駆動装置から構成される。

【００２６】また、本実施の形態では、人工衛星Ａの慣
性空間に対する絶対姿勢制御と、人工衛星Ｂの人工衛星
Ａに対する相対姿勢制御はホイール１２ａ、１２ｂを用
いて実施するため、環境から受ける外乱トルクにより、
衛星Ａ、Ｂの角運動量はホイール回転数を変化させる形
で蓄積する。ホイールの回転数域は有限であるため、こ
の蓄積した衛星角運動量をアンロード制御により除去す
る必要があるが、これに対しても、この交流磁場発生装
置１３ａ、１３ｂの磁気を利用することができる。

【００２７】この場合は、人工衛星Ａ、Ｂの軌道周期の
半分の周期で変化する地球磁場に応じて、交流磁場発生
装置１３ａ、１３ｂの磁気を変化させる。交流の周期に
比べれば非常に長い周期で磁気を変動させることになる
ため、短い時間で見れば、略直流的な磁気モーメントの
バイアスを交流駆動に加えることで、アンロード制御に
必要な磁気トルクを発生させることができる。

【００２８】この交流磁場発生装置１３ａ及び１３ｂが
発生する磁場を、数十ｍ程度の距離を離れた二つの人工
衛星Ａ、Ｂ間で作用させるためには、従来衛星の姿勢制
御で用いられてきた磁気トルカでは磁気モーメントが弱
い。そこで、本実施の形態では、電磁コイルのコア材を
低温にすることで超伝導状態にした電磁石（超伝導磁
石）を利用した強力な磁気モーメントを発生できる装置
を交流磁場発生装置１３ａ及び１３ｂとして用いる。

【００２９】次に、本発明の実施の形態の動作につい
て、図１、図２を参照して詳細に説明する。本実施の形
態の目的は、二つの人工衛星Ａ及びＢが、慣性空間の指
示された方向に向かって、要求された精度で距離と向き
を保つことである。

【００３０】これを実現するために、まず、図１（Ｂ）
に示す人工衛星Ａは、図２に示した絶対姿勢制御用の姿
勢検出センサ１１ａとホイール１２ａを用いて、慣性空
間に対して指示された向きを保つように姿勢制御する。
ここで、この姿勢制御の制御則などは、本願発明には直
接関係しないので具体的な内部の説明は省略するが、姿
勢制御設計に携わる当業者であれば、このような系を具
体的に実現することは一般的に行われていることであ
り、この部分の実現性に問題となるところはない。

【００３１】次に、人工衛星Ｂの人工衛星Ａに対する相
対位置・相対姿勢制御を実現させるために、人工衛星Ａ
に搭載されている交流磁場発生装置１３ａで基準となる
交流磁場を発生させる。人工衛星Ｂは、相対位置相対姿
勢検出センサ１５を用いて計測される人工衛星Ａ上の識
別板１４との距離と角度に応じて、指定された距離と角
度になるように、交流磁場発生装置１３ｂの交流磁場の
位相及び強度を同期あるいは、ずらすことにより、人工
衛星Ａに対する人工衛星Ｂの並進力と回転力とを発生さ
せ、フィードバック制御を行う。

【００３２】ここで、人工衛星Ａが人工衛星Ｂの位置で
発生させる磁束ベクトル（地球磁場を含む）をＨｍ、磁
束密度ベクトルをＢｍ、人工衛星Ｂが制御のために発生
する磁気モーメントベクトルをＰｍとすると、発生する
並進力ベクトルＦは次式 Ｆ＝（Ｐｍ・ｇｒａｄ）Ｈｍ （１） で表され、また、回転ベクトルＮは次式で表される。

【００３３】 Ｎ＝Ｐｍ×Ｂｍ／μ_０ （２） ただし、（２）式中、μ_０は真空中の透磁率を示す。

【００３４】本実施の形態では、人工衛星Ｂが相対位置
相対姿勢検出センサ１５を用いて計測される人工衛星Ａ
上の識別板１４との距離と角度に応じて、交流磁場発生
装置１３ｂにより発生する上記の磁気モーメントベクト
ルＰｍをフィードバック制御することにより、人工衛星
Ｂが人工衛星Ａに対して指定された距離と角度になるよ
うに上記の並進力Ｆと回転力Ｎを可変することができ
る。

【００３５】なお、制御理論における可制御性の検討に
より、交流磁場発生装置１３ｂによるだけでは、二つの
人工衛星Ａ及びＢの間の３自由度の相対位置と、３自由
度の相対姿勢のすべてを制御することはできないことが
分かる。しかし、少なくとも相対位置だけは３自由度と
もこの交流磁場発生装置１３ｂだけによって制御可能で
ある。そこで、本実施の形態では、相対姿勢の制御のた
めに、人工衛星Ｂに搭載されている姿勢検出センサ１１
ｂとホイール１２ｂとを用いた姿勢制御を併用する。

【００３６】このようにして、本実施の形態によれば、
人工衛星Ａが慣性空間に対して指定された向きで姿勢を
保持しながら軌道運動を行い、人工衛星Ｂは人工衛星Ａ
に対して指定された相対距離（１０ｍ〜５０ｍ程度）を
保持しながら人工衛星Ａと正対する向きを保つように、
相対位置・相対姿勢制御されるので、人工衛星Ａと人工
衛星Ｂは互いの距離を指定距離に保持された状態で、慣
性空間に対して指定された方向に揃って並ぶ望遠鏡のよ
うな形を形成することができる。

【００３７】また、本実施の形態では、二つの人工衛星
ＡとＢとの相対位置・相対姿勢制御のために、推力系ア
クチュエータを使用しないので、推薬を使用する必要が
無く、このことから従来に比べてより長寿命にでき、ま
た、より重いミッション観測機器の搭載が可能となり、
更に、爆発などが無く安全性に優れた構成とすることが
できる。更に、多数のスラスタが不要であり、人工衛星
への汚染や外乱トルクを考えることなく、交流磁場発生
装置１３ａ及び１３ｂや識別板１４及び相対位置相対姿
勢検出センサ１５などの搭載位置を簡単に決定すること
ができる。

【００３８】次に、本発明の他の実施の形態について説
明する。他の実施の形態は、図２に示した構成のうち、
姿勢制御のためのアクチュエータ部であるホイール１２
ａ及び１２ｂを、高速回転するコマの回転剛性を利用し
て制御トルクを発生するコントロールド・バイアス・モ
ーメンタム（Controlled Bias Momentum:以下、ＣＭ
Ｇ）に置き換えるようにしたものである。ＣＭＧはホイ
ールよりも大きなトルクを発生することができるものも
あるため、より外乱が大きな大型の人工衛星に対しても
適用できる。

【００３９】また、更に他の実施の形態として、図２に
示した構成のうち姿勢制御のためのホイール１２ａ及び
１２ｂを推力系アクチュエータに置き換えた構成でもよ
い。この構成では、前記の各実施の形態のような推力系
アクチュエータを全く使用しない構成に比べると、推薬
を必要とすることによる問題はあるが、この実施の形態
では推力系アクチュエータは姿勢制御のみに使用し、位
置制御には用いないので、従来に比べて必要な推薬量を
少なくすることができる。

【００４０】このように、本発明の制御方式は、相対位
置制御のアクチュエータである交流磁場発生装置は本発
明の根幹となる部分であるので、変更すると意味が無く
なるが、これと組み合わせる姿勢制御のアクチュエータ
は限定することなく選択することができ、それぞれのア
クチュエータの性能を有効に活用することができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第１の人工衛星が第１の姿勢制御手段により慣性空間に
対して指定された向きで姿勢を保持しながら軌道運動を
行い、第２の人工衛星が第１の交流磁場発生装置が発生
する交流磁場に対して第２の交流磁場発生装置が発生す
る交流磁場を磁場干渉力として作用させることにより、
推力系アクチュエータを用いることなく第１の人工衛星
に対して指定された距離を保持しつつ、第２の姿勢制御
手段との組み合わせにより第１の人工衛星と正対する向
きを保つように姿勢制御するようにしたため、推力系ア
クチュエータで用いる推薬のような消費するものを搭載
する必要がなく、このことから従来に比べてより多くの
あるいはより重いミッション観測機器などを搭載するこ
とができ、また、より長寿命化を図ることができ、更
に、爆発などの危険性を排除でき安全性を向上できる。

【００４２】また、本発明によれば、相対位置や相対姿
勢の制御のために第１及び第２の交流磁場発生装置を用
いるようにしたため、搭載機器に与える電磁干渉につい
ては、磁場の遮蔽を含めて別途検討を要するものの、推
力系アクチュエータを使用することにより発生すること
のある人工衛星への汚染や外乱を考える必要がなく、相
対位置制御系や相対姿勢制御系を構成する装置の搭載位
置を簡単に決定することができる。

【００４３】更に、本発明によれば、第１及び第２の姿
勢制御手段は推力系アクチュエータを使用するが、相対
位置を制御するための制御手段は第１及び第２の交流磁
場発生装置を使用し、推力系アクチュエータを使用しな
いようにしたときには、相対姿勢制御手段と相対位置制
御の両方に推力系アクチュエータを使用した従来方式に
比べて推薬使用量を少なくできるため、従来方式に比べ
て人工衛星が同じ重量であれば長寿命化を、同じ寿命で
あれば軽量化を実現でき、更に姿勢制御のアクチュエー
タは限定することなく選択することができ、それぞれの
アクチュエータの性能を有効に活用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる人工衛星の相対６自由度制御方式
の一実施の形態における衛星正面図と相対位置・相対姿
勢制御の概略説明図である。

【図２】本発明になる人工衛星の相対６自由度制御方式
の一実施の形態における二つの人工衛星の構成図であ
る。

【符号の説明】

１ 衛星本体 ２〜５ 超伝導磁石 １１ａ、１１ｂ 姿勢検出センサ １２ａ、１２ｂ ホイール １３ａ、１３ｂ 交流磁場発生装置 １４ 識別板 １５ 相対位置相対姿勢検出センサ Ａ、Ｂ 人工衛星

フロントページの続き (72)発明者 斎藤 徹 神奈川県横浜市港北区新横浜２丁目４番18 号 日本電気航空宇宙システム株式会社内 (72)発明者 前田 健 神奈川県横浜市港北区新横浜２丁目６番３ 号 エヌイーシー東芝スペースシステム株 式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の人工衛星及び第２の人工衛星の間
   の３自由度の相対位置と３自由度の相対姿勢を制御する
   相対６自由度制御方式において、 前記第１の人工衛星は、該第１の人工衛星を慣性空間に
   対して指定された向きを保つように姿勢制御する第１の
   姿勢制御手段と、前記第２の人工衛星との相対距離姿勢
   を制御するために一定周期で交流変動する磁場を発生す
   る第１の交流磁場発生装置と、前記第２の人工衛星との
   相対距離と相対姿勢を知るための識別板とを備え、 前記第２の人工衛星は、前記第１の人工衛星に搭載され
   た前記識別板との相対距離及び相対姿勢を知るための相
   対位置相対姿勢検出センサと、該相対位置相対姿勢検出
   センサが検出した相対距離及び角度に応じて、前記第１
   の交流磁場発生装置が発生する磁場に対して位相を制御
   した交流磁場を発生させることにより磁場干渉力として
   並進力と回転力を発生させる第２の交流磁場発生装置
   と、該第２の交流磁場発生装置が発生する磁場干渉力と
   の組み合わせにより相対姿勢制御する第２の姿勢制御手
   段とを備え、 前記第１の人工衛星が慣性空間に対して指定された向き
   で姿勢を保持しながら軌道運動を行い、前記第２の人工
   衛星が前記第１の人工衛星に対して指定された距離を保
   持しながら該第１の人工衛星と正対する向きを保つよう
   に姿勢制御することを特徴とする人工衛星の相対６自由
   度制御方式。
2. 【請求項２】 前記第１の交流磁場発生装置は、前記第
   １及び第２の人工衛星の軌道運動による衛星位置での地
   球磁場の変動よりも速い周波数で変動する磁場を交流的
   に発生する装置であり、前記第２の交流磁場発生装置
   は、前記第１の交流磁場発生装置が発生した磁場に対し
   て干渉する磁場を交流的に発生する装置であることを特
   徴とする請求項１記載の人工衛星の相対６自由度制御方
   式。
3. 【請求項３】 前記第１の交流磁場発生装置は、前記第
   １の人工衛星が向くべき方向に軸を持つ一軸分の磁気モ
   ーメントを発生する第１の電磁石コイルと、該第１の電
   磁石コイルに交流電流を流すことで交流磁場を発生させ
   る第１の駆動装置とからなり、前記第２の交流磁場発生
   装置は、前記第１の交流磁場発生装置が発生した磁場に
   対して干渉する磁場を交流的に発生させるために直交３
   軸方向に配置された第２の電磁石コイルと、該第２の電
   磁石コイルに互いに独立して交流電流を流すことで交流
   磁場を発生させる第２の駆動装置とからなることを特徴
   とする請求項１又は２記載の人工衛星の相対６自由度制
   御方式。
4. 【請求項４】 前記第１及び第２の交流磁場発生装置
   は、超伝導磁石を利用した磁気モーメントを発生する装
   置であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれ
   か一項記載の人工衛星の相対６自由度制御方式。
5. 【請求項５】 前記第１及び第２の姿勢制御手段は、姿
   勢検出センサと、姿勢制御アクチュエータであるホイー
   ルとから構成されていることを特徴とする請求項１乃至
   ４のうちいずれか一項記載の人工衛星の相対６自由度制
   御方式。
6. 【請求項６】 前記第１及び第２の姿勢制御手段は、姿
   勢検出センサと、推力系アクチュエータとから構成され
   ていることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか
   一項記載の人工衛星の相対６自由度制御方式。