JP2005067601A - Satellite attitude control method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、通信機能を有する衛星が準静止衛星軌道を周回運動しながら地球に対して通信サービスを提供する衛星通信における衛星姿勢制御方法に関するものである。 The present invention relates to a satellite attitude control method in satellite communication in which a satellite having a communication function provides a communication service to the earth while orbiting a quasi-stationary satellite orbit.
準静止衛星軌道とは、例えば非特許文献1に開示されているように、静止衛星軌道(すなわち、地球の赤道面に存在し、衛星周期約24時間、軌道高度約36000kmの軌道)に対して任意の角度で傾斜した面において任意の周期で地球の周りを周回運動する衛星の軌道で、ある任意の時間帯で地球から見た衛星の動きがゆるやかなものを言う。
The quasi-stationary satellite orbit is, for example, as disclosed in Non-Patent
図7は従来の準静止衛星軌道を用いた衛星軌道の構成を示す図である。図7において、1は衛星4から通信サービスを提供される地球、2は地球1の赤道面、3は赤道面2と任意の角度で傾斜する準静止衛星軌道、4は準静止衛星軌道3を任意の衛星周期で周回運動する衛星、5は地球1の表面からの高度が最も低くなる準静止衛星軌道3の近地点(以下、ペリジ点という)、6は地球1の表面からの高度が最も高くなる準静止衛星軌道3の遠地点(以下、アポジ点という)である。また、7は赤道面2と準静止衛星軌道3の交わる点で、準静止衛星軌道3の昇交点である。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a satellite orbit using a conventional quasi-stationary satellite orbit. In FIG. 7, 1 is the earth on which communication service is provided from the
次に動作について説明する。
図7において、衛星4は準静止衛星軌道3に沿って地球1の周りを図示された衛星4の位置からアポジ点6、昇交点7、ペリジ点5の順に移動し、再び図示された衛星4の位置へと周回運動する。衛星4が周回運動する際の衛星周期は、通信サービスの形態に応じて適切な値に設定される。
Next, the operation will be described.
In FIG. 7, the satellite 4 moves around the
準静止衛星軌道3は一般に楕円軌道であるため、準静止衛星軌道3上の衛星4の位置によって、上記衛星4の周回速度は変化する。すなわちケプラーの第2法則から、地球1と衛星4を結ぶ線分の掃引する面積速度が一定となるように衛星4の周回速度の大きさは変化し、ぺリジ点5、アポジ点6において、その周回速度の大きさはそれぞれ最大、最小となる。
Since the quasi-stationary
アポジ点6では衛星4の周回速度の大きさは最小となるので、地球1から衛星4を観測すると、アポジ点6における衛星4はほぼ静止しているように見える。したがって、準静止衛星軌道3を用いた衛星通信では、静止衛星軌道を用いた衛星通信に準じた形態で、アポジ点6を衛星通信の動作点として通信サービスを地球1に提供することができる。
Since the orbiting speed of the satellite 4 is minimum at the Apoge point 6, when the satellite 4 is observed from the
地球1の自転周期と衛星4の衛星周期が一致している場合には、アポジ点6はただ1点のみ地球1に対して投影される。これに対して、地球1の自転周期より衛星4の衛星周期が短い場合には、これらの周期の差異に応じて、アポジ点6は地球1上の複数の地点(以下、アポジ点投影地点という)に対して投影される。
When the rotation period of the
したがって、地球1の自転周期より衛星4の衛星周期が短い場合には、アポジ点6に衛星4が位置する毎に通信サービスが提供され、アポジ点投影地点は切り替わる。そして、地球1の自転周期と衛星4の衛星周期の関係で決まる所要回数の周回運動が行われると、通信サービスを最初に提供したアポジ点投影地点に対して、アポジ点6において衛星4は再び準同期する。このように、準静止衛星軌道を用いた衛星通信システムでは、通信サービスの提供領域であるアポジ点投影地点の個数が通信サービスの形態を左右する。
Therefore, when the satellite period of the satellite 4 is shorter than the rotation period of the
さらに、準静止衛星軌道3は赤道面2に対して任意の角度で傾斜しているため、赤道面2に存在する静止衛星軌道上の衛星と比べると、衛星4は地球1上の日本、アジア、オーストラリアなど高緯度地域を高仰角で照射するので、高緯度地域に存在する建物や山などの干渉を軽減しながら通信サービスを地球1に提供することができる。
Further, since the quasi-stationary
また、複数の準静止衛星軌道3をそれぞれ周回運動する複数の衛星4を用いた中低軌道衛星システムなどの衛星通信では、これら複数の衛星4の故障に対応するために通信機能を有する図示しない予備衛星を設け、複数の準静止衛星軌道3とは異なった軌道に予備衛星の軌道(以下、待機軌道という)を配置する。
Further, in satellite communication such as a medium and low orbit satellite system using a plurality of satellites 4 orbiting a plurality of quasi-stationary
複数の衛星4に故障が発生していない場合には、予備衛星は待機軌道を周回運動し、通信サービスを行わない。そして、複数の衛星4に故障が発生した場合には、故障した衛星4が周回運動していた準静止衛星軌道3へ予備衛星は投入され、故障した衛星4に替わって通信サービスを地球1に提供する。
If there are no failures in the plurality of satellites 4, the spare satellites orbit around the standby orbit and do not perform communication services. When a failure occurs in a plurality of satellites 4, a spare satellite is inserted into the quasi-stationary
また、衛星4には図示しない太陽電池を設けてあり、太陽電池によって太陽光を電力に変換し、衛星4の電力源としている。太陽電池の受光面が大きいほど太陽電池の発電電力は大きくなり、また受光面に対して太陽光の入射角が垂直になるほど太陽電池の発電効率はそれだけ高くなる。 In addition, the satellite 4 is provided with a solar cell (not shown), and sunlight is converted into electric power by the solar cell and used as a power source of the satellite 4. The larger the light receiving surface of the solar cell, the larger the generated power of the solar cell, and the higher the incident angle of sunlight with respect to the light receiving surface, the higher the power generation efficiency of the solar cell.
準静止衛星軌道3のように、赤道面に対して約23°傾斜した図示しない黄道面(すなわち、図示しない太陽の周りを周回運動する地球1の軌道面)上に衛星4の軌道が存在しない場合には、準静止衛星軌道3上の衛星4の位置によって、太陽電池の受光面に対する太陽光の入射角が変化してしまうため、太陽電池の発電効率が安定しないという課題があった。この課題を解決する方法として、衛星4の位置が変化しても入射角が一定となるように、略球形状に太陽電池を構成する技術が特許文献1に開示されている。
As in the quasi-stationary
従来の準静止衛星軌道は以上のように構成されているが、複数の準静止衛星軌道を用いて通信サービスを提供する衛星通信システムを構築する場合、通信サービスの形態を左右するアポジ点投影地点の個数に対応して、準静止衛星軌道を周回運動する衛星の衛星周期や、システム全体で必要となる衛星の機数などの各パラメータを関連付けた効率的な衛星軌道構成方法は、従来では確立されていないという課題があった。 The conventional quasi-stationary satellite orbit is configured as described above, but when constructing a satellite communication system that provides communication services using a plurality of quasi-stationary satellite orbits, an apogee point projection point that affects the form of the communication service In the past, an efficient satellite orbit configuration method that correlates parameters such as the satellite period of a satellite that orbits a quasi-stationary satellite orbit and the number of satellites required for the entire system has been established. There was a problem that was not done.
また、複数の準静止衛星軌道をそれぞれ周回運動する複数の衛星の故障に対応するための予備衛星の必要性は従来から指摘されていたが、予備衛星の待機軌道を具体的にどのように配置するかまでは報告されておらず、複数の準静止衛星軌道のいずれにとっても予備衛星が最適な待機状態となるように、予備衛星の待機軌道を決定しなければならないという課題があった。 In addition, the necessity of a standby satellite to cope with the failure of multiple satellites that orbit each of multiple quasi-stationary satellite orbits has been pointed out in the past. However, there has been a problem that the standby orbit of the standby satellite must be determined so that the standby satellite is in an optimal standby state for any of a plurality of quasi-stationary satellite orbits.
さらに、特許文献1に開示されている略球形状に太陽電池を構成する技術では、太陽電池を大型化することは困難であり、大電力の供給を必要とする衛星の電力源としては不適切であるという課題があった。
Furthermore, it is difficult to increase the size of the solar cell with the technique of configuring the solar cell in a substantially spherical shape disclosed in
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、アポジ点投影地点の個数に対応して、衛星周期と衛星の機数を関係づけて複数の準静止衛星軌道を構成することができ、通信サービスを提供する領域に対して効率的に衛星を配置することができる衛星軌道構成方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and a plurality of quasi-stationary satellite orbits are formed by relating the number of satellites and the number of satellites corresponding to the number of apogee projection points. It is an object of the present invention to provide a satellite orbit configuration method capable of efficiently arranging satellites in an area where communication services are provided.
また、この発明は、複数の準静止衛星軌道のいずれにとっても予備衛星が最適な待機状態となる衛星軌道構成方法および衛星軌道システムを得ることを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a satellite orbit configuration method and a satellite orbit system in which a standby satellite is in an optimum standby state for any of a plurality of quasi-stationary satellite orbits.
さらに、この発明は、略球形状に太陽電池を構成することなく、衛星の姿勢制御を行いながら、かつ太陽電池の受光面を太陽光に正対させて発電効率を最大に安定させることができる衛星姿勢制御方法を得ることを目的とする。 Furthermore, the present invention can stabilize the power generation efficiency to the maximum while controlling the attitude of the satellite without facing the substantially spherical solar cell and making the light receiving surface of the solar cell directly face sunlight. The purpose is to obtain a satellite attitude control method.
この発明に係る衛星姿勢制御方法は、互いに直交する第1の姿勢制御軸と第2の姿勢制御軸とを含む面に略平行になるように太陽光を受光する太陽電池受光面を設け、上記第1の姿勢制御軸によって上記第2の姿勢制御軸を上記太陽の周りを周回運動する上記地球の軌道面である黄道面に対して垂直に保ち、かつ第2の姿勢制御軸によって上記太陽電池受光面を太陽光に正対させるようにしたものである。 A satellite attitude control method according to the present invention includes a solar cell light receiving surface that receives sunlight so as to be substantially parallel to a plane including a first attitude control axis and a second attitude control axis that are orthogonal to each other. The second attitude control axis keeps the second attitude control axis perpendicular to the ecliptic plane that is the orbital surface of the earth that orbits around the sun, and the second attitude control axis makes the solar cell The light receiving surface is made to face sunlight.
この発明によれば、互いに直交する第1の姿勢制御軸と第2の姿勢制御軸とを含む面に略平行になるように太陽光を受光する太陽電池受光面を設け、第1の姿勢制御軸によって第2の姿勢制御軸を太陽の周りを周回運動する地球の軌道面である黄道面に対して垂直に保ち、かつ第2の姿勢制御軸によって太陽電池受光面を太陽光に正対させるようにしたので、簡単な2軸制御によって、地球の重力傾斜や太陽風などによる外乱に対して衛星の姿勢を安定させ、かつ太陽電池の発電効率を最大に安定させることできるという効果が得られる。 According to this invention, the solar cell light receiving surface for receiving sunlight is provided so as to be substantially parallel to a surface including the first posture control axis and the second posture control axis orthogonal to each other, and the first posture control is performed. The second attitude control axis is kept perpendicular to the ecliptic plane, which is the orbit of the earth that orbits around the sun, by the axis, and the solar cell light-receiving surface is opposed to sunlight by the second attitude control axis. Since it did in this way, the effect that the attitude | position of a satellite is stabilized with respect to disturbance by the gravity inclination of the earth, the solar wind, etc. by simple biaxial control, and the electric power generation efficiency of a solar cell can be stabilized to the maximum is acquired.
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態1.
前述したように、準静止衛星軌道を用いた衛星通信では、アポジ点において衛星の速度の大きさが最小となり、静止衛星軌道を用いた衛星通信に準ずる形態で高仰角の通信サービスを地球に対して提供することができる。したがって、準静止衛星軌道を設計する場合には、通信サービスを提供する領域となるアポジ点投影地点の個数を決定する必要がある。
An embodiment of the present invention will be described below.
As described above, in satellite communications using quasi-stationary satellite orbits, the speed of the satellite is minimized at the apogee point, and high-elevation communication services are provided to the earth in a manner similar to satellite communications using geostationary satellite orbits. Can be provided. Therefore, when designing a quasi-stationary satellite orbit, it is necessary to determine the number of apogee projection points that serve as an area for providing communication services.
ここでアポジ点投影地点の個数をNa、地球の自転周期をTe(約24時間)、衛星が地球と準同期するまでに要する日数、すなわち、地球上のある地点がアポジ点投影地点になってから次にアポジ点投影地点となるまでの日数(以下、準同期所要日数という)をNc、準静止衛星軌道を衛星が1周だけ周回運動するのに要する衛星周期をTsとすると、式(1)が成り立つ。
Ts=Te×Nc÷Na (1)
Here, the number of apogee point projection points is Na, the earth's rotation period is Te (about 24 hours), and the number of days required for the satellite to be semi-synchronized with the earth, that is, a certain point on the earth becomes the apogee point projection point. If Nc is the number of days (hereinafter referred to as quasi-synchronization required days) from the next to the next apoge point projection point, and Ts is the satellite period required for the satellite to orbit around the quasi-stationary satellite orbit once (1) ) Holds.
Ts = Te × Nc ÷ Na (1)
式(1)において、準同期所要日数Ncとアポジ点投影地点の個数Naは、互いに素となる整数の関係にある。この理由は次の通りである。準同期所要日数Ncとアポジ点投影地点の個数Naが共通因数aを持つものとすると、式(2)のように表すことができる。
Nc=Ncx×a ,Na=Nax×a (2)
In equation (1), the number of days required for quasi-synchronization Nc and the number Na of apogee projection points are in an integer relationship that is relatively prime. The reason is as follows. Assuming that the quasi-synchronization required number of days Nc and the number Na of apogee point projection points have a common factor a, it can be expressed as in equation (2).
Nc = Ncx × a, Na = Nax × a (2)
ここでNcxとNaxは、それぞれ互いに素となる整数の関係にある。式(2)を式(1)の左辺に代入すると、以下の式(3)にあらわすように、
Te×Nc÷Na=Te×Ncx÷Nax (3)
となり、アポジ点投影地点の個数がNaxとなり矛盾が生じてしまうからである。
Here, Ncx and Nax have an integer relationship that is relatively prime. Substituting equation (2) into the left side of equation (1), as shown in equation (3) below,
Te × Nc ÷ Na = Te × Ncx ÷ Nax (3)
This is because the number of apogee projection points becomes Nax, resulting in a contradiction.
上記の準同期所要日数Ncとアポジ点投影地点の個数Naが互いに素とならない整数の関係にあるということは、具体的には、同一のアポジ点投影地点を重複して数えてしまうことと同義である。例えばアポジ点投影地点の個数Naを12点とした場合に対し、準同期所要日数Ncを互いに素とならない整数の関係にある9日とした場合には、同一のアポジ点投影地点を3回重複して数えてしまうことを意味している。また、衛星が地球と準同期するためには、上記衛星周期Tsは無限少数となってはいけない。 The fact that the number of days required for quasi-synchronization Nc and the number Na of apogee point projection points are in a non-prime integer relationship specifically means that the same apogee point projection points are counted repeatedly. It is. For example, if the number Na of apogee point projection points is 12 points, but the number of days required for quasi-synchronization Nc is 9 days that are not prime numbers, the same apogee point projection points are duplicated three times. It means to count. In addition, in order for the satellite to be semi-synchronized with the earth, the satellite cycle Ts should not be an infinite number.
任意のアポジ点投影地点に対して1日約24時間の通信サービスを提供するために必要な衛星の機数をNs、任意のアポジ点投影地点に対して1機の衛星が通信サービスを提供する動作時間をToとすると、式(4)が成り立つ。
Ns=Te×Nc÷To (4)
Ns indicates the number of satellites necessary to provide a communication service for about 24 hours a day for any apoge point projection point, and one satellite provides a communication service for any apoge point projection point When the operation time is To, Equation (4) is established.
Ns = Te × Nc ÷ To (4)
図1はこの発明の実施の形態1による衛星軌道構成方法を示すフローチャートである。図1をもとに、この発明の実施の形態1による衛星軌道構成方法の具体例を以下に示す。
FIG. 1 is a flowchart showing a satellite orbit configuration method according to
ここでは例として、地球の経度方向において30°毎の経度間隔でアポジ点投影地点を配置する場合を考える。したがってアポジ点投影地点の個数Naは、360°(地球1周分の角度)を経度間隔30°で除算して12点と求められる(ステップST1)。準同期所要日数Ncとアポジ点投影地点の個数Naは、互いに素となる整数の関係にあることを考えると、Ncの候補となる日数は5日、7日、11日、…である。準同期所要日数Ncを5日とした場合(ステップST2)、式(1)より衛星周期Tsは10時間と算出される(ステップST3)。 Here, as an example, let us consider a case where the apogee projection points are arranged at intervals of 30 ° in the longitude direction of the earth. Therefore, the number Na of the apogee projection points is obtained as 12 points by dividing 360 ° (an angle for one round of the earth) by the longitude interval of 30 ° (step ST1). Considering that the number of days required for quasi-synchronization Nc and the number Na of apogee projection points are in a prime integer relationship, the number of days that are candidates for Nc are 5, 7, 11, and so on. When the quasi-synchronization required number of days Nc is 5 days (step ST2), the satellite cycle Ts is calculated as 10 hours from the equation (1) (step ST3).
ここで、衛星周期Tsが10時間の場合には、衛星周期Tsから求められる衛星の軌道高度が低すぎるため、準静止衛星軌道を構成する上で適切ではないと判定され(ステップST4)、ステップST5へ戻る。衛星の軌道高度の判定基準は、衛星通信システムの形態によって変わり得るものであり、ここでは例として、Ts=10時間の場合の軌道高度は低く、ここで考えている衛星通信システムにとっては不適当と判定している。 Here, when the satellite period Ts is 10 hours, the orbital altitude of the satellite obtained from the satellite period Ts is too low, so it is determined that it is not appropriate for constructing the quasi-stationary satellite orbit (step ST4). Return to ST5. The criteria for determining the satellite's orbital altitude may vary depending on the form of the satellite communication system. Here, as an example, the orbital altitude when Ts = 10 hours is low, which is inappropriate for the satellite communication system considered here. It is determined.
ステップST5では、準同期所要日数Ncを次候補の7日に変更し、ステップST3へ進む。改めて衛星周期Tsを式(1)から求めると、衛星周期Tsは14時間と算出される(ステップST3)。衛星周期Tsが14時間のときの衛星の軌道は十分な軌道高度であると判定され(ステップST4)、次のステップST6へと進む。前述したように、ここでは例として、Ts=14時間の場合の軌道高度は十分な軌道高度と判定している。ステップST6では、衛星の動作時間Toを例えば8時間と決定する。 In step ST5, the quasi-synchronization required number of days Nc is changed to the next candidate 7th, and the process proceeds to step ST3. When the satellite cycle Ts is obtained again from the equation (1), the satellite cycle Ts is calculated as 14 hours (step ST3). It is determined that the orbit of the satellite when the satellite period Ts is 14 hours is a sufficient orbit altitude (step ST4), and the process proceeds to the next step ST6. As described above, as an example, the orbital altitude at Ts = 14 hours is determined to be a sufficient orbital altitude. In step ST6, the satellite operating time To is determined to be, for example, 8 hours.
図2はアポジ点投影地点の個数Naが12点、衛星周期Tsが14時間、衛星の動作時間Toが8時間のときに、衛星が周回運動する準静止衛星軌道を投影した世界地図である。図2において、横軸は経度、縦軸は緯度、100は世界地図に投影された準静止衛星軌道、200はアポジ点投影地点を表している。この準静止衛星軌道100の諸元は、ペリジ点が高度約9000km、アポジ点が高度約37000km、準静止衛星軌道の楕円の程度を表す離心率が0.48である。図2より、北緯30°から45°の間に経度30°の間隔で衛星が見え、12個のアポジ点投影地点200があることが分かる。
FIG. 2 is a world map projecting a quasi-stationary satellite orbit in which the satellite orbits when the number of apoge point projection points Na is 12, the satellite period Ts is 14 hours, and the satellite operating time To is 8 hours. In FIG. 2, the horizontal axis represents longitude, the vertical axis represents latitude, 100 represents a quasi-stationary satellite orbit projected on a world map, and 200 represents an apogee point projection point. The specifications of this
以上の条件のもとで、任意のアポジ点投影地点に対して1日約24時間の通信サービスを提供するために必要な衛星の機数Nsを式(4)を用いて算出すると、衛星の機数Nsは21機となる(ステップST7)。したがって、1個のアポジ点投影地点に対する衛星の機数は1.75機となり、通信サービスを提供する領域に対する衛星の機数を考えると、効率的に衛星を配置できていることが分かる。 Under the above conditions, the number of satellites Ns required to provide a communication service of about 24 hours per day to any apogee projection point is calculated using equation (4). The number Ns is 21 (step ST7). Therefore, the number of satellites with respect to one apoge point projection point is 1.75, and it can be seen that the satellites can be efficiently arranged considering the number of satellites with respect to the area where the communication service is provided.
以上のように、この実施の形態1によれば、アポジ点投影地点の個数Naに対応して、互いに素となる整数の関係になるように、準同期所要日数Ncを決定するステップと、地球の自転周期Teと、準同期所要日数Ncと、アポジ点投影地点の個数Naに基づき、衛星周期Tsを求めるステップと、衛星周期Tsに対応した衛星の軌道高度の妥当性を判断するステップと、地球の自転周期Teと、準同期所要日数Ncと、衛星の動作時間Toに基づき、衛星の機数Nsを求めるステップとを備えるようにしたので、アポジ点投影地点の個数Naに対応して衛星周期Tsと衛星の機数Nsを関係づけて複数の準静止衛星軌道を構成することができるようになり、通信サービスを提供する領域に対して効率的に衛星を配置することができるようになるという効果が得られる。 As described above, according to the first embodiment, the step of determining the quasi-synchronized required number of days Nc so as to have a relatively prime integer relationship corresponding to the number Na of apogee projection points, A step of obtaining a satellite cycle Ts based on the rotation period Te, the number of days required for quasi-synchronization Nc, and the number Na of apogee projection points, and a step of determining the validity of the orbit altitude of the satellite corresponding to the satellite cycle Ts; Since the rotation period Te of the earth, the required number of quasi-synchronization days Nc, and the step of obtaining the number Ns of satellites based on the operation time To of the satellite, the satellite corresponding to the number Na of the apogee projection points is provided. A plurality of quasi-stationary satellite orbits can be configured by relating the period Ts and the number Ns of satellites, so that the satellites can be efficiently arranged in the area where the communication service is provided. The effect is obtained that that.
また、衛星の軌道高度が不適切である場合に、アポジ点投影地点の個数Naと互いに素となる整数の関係にある準同期所要日数Ncを他の日数に変更するようにしたので、適切な衛星の軌道高度に対応する準同期所要日数Ncを決定することができるようになり、地球の自転周期Teと、準同期所要日数Ncと、アポジ点投影地点の個数Naとに基づいて求められる衛星周期Tsを、適切な衛星の軌道高度に対応させて求めることができるという効果が得られる。 In addition, when the orbital altitude of the satellite is inappropriate, the number of days of quasi-synchronization Nc, which is an integer that is relatively prime to the number of apogee projection points Na, is changed to another number of days. The quasi-synchronized required number of days Nc corresponding to the orbital altitude of the satellite can be determined, and the satellite obtained based on the rotation period Te of the earth, the quasi-synchronized required number of days Nc, and the number Na of the apogee projection points. The effect is obtained that the period Ts can be obtained in correspondence with the orbital altitude of an appropriate satellite.
実施の形態2.
図3はこの発明の実施の形態2による衛星軌道の構成を示す図である。図3において、11は衛星14a,14b,14cから通信サービスの提供を受ける地球、12は衛星14a,14b,14cの故障に対応するために設けられた予備衛星14dが周回運動する待機軌道であり、この実施の形態2における待機軌道12は、地球11の赤道面内に存在し、衛星周期約24時間、軌道高度約36000kmの静止衛星軌道である。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a satellite orbit according to
13a,13b,13cはそれぞれ赤道面と任意の角度で傾斜する準静止衛星軌道、14a,14b,14cはそれぞれ準静止衛星軌道13a,13b,13cを周回運動する衛星、14dは衛星14a,14b,14cと同等の通信機能を持ち、待機軌道12を周回運動する予備衛星である。
13a, 13b, and 13c are quasi-stationary satellite orbits inclined at an arbitrary angle with respect to the equator plane, 14a, 14b, and 14c are satellites that orbit around the quasi-stationary satellite orbits 13a, 13b, and 13c, and 14d is a
15a,15b,15cはそれぞれ準静止衛星軌道13a,13b,13cのペリジ点、16a,16b,16cはそれぞれ準静止衛星軌道13a,13b,13cのアポジ点、17a,17b,17cはそれぞれ準静止衛星軌道13a,13b,13cの昇交点である。3個のペリジ点15a,15b,15cは、いずれも120°の経度間隔となる関係であり、3個のアポジ点16a,16b,16cの経度間隔および3個の昇交点17a,17b,17cもそれぞれ同様に、いずれも120°の経度間隔となる関係である。また、準静止衛星軌道13a,13b,13cが赤道面となす傾斜角は、いずれも同じ値である。
次に動作について説明する。
図3において、3機の衛星14a,14b,14cは、それぞれ準静止衛星軌道13a,13b,13cを周回運動しながら、地球11に対して通信サービスを提供する。3機の衛星14a,14b,14cによる通信サービスが問題なく行われているときには、予備衛星14dは、3機の衛星14a,14b,14cの故障に対応するために衛星周期約24時間で待機軌道12を周回運動し、通信サービスは行わない。
Next, the operation will be described.
In FIG. 3, three
3機の衛星14a,14b,14cのうちの1機に故障が発生した場合、待機軌道12を周回運動している予備衛星14dは、故障した衛星が発生した準静止衛星軌道へ待機軌道12から投入され、故障した衛星に替わって通信サービスを地球11に提供する。
When one of the three
3つの準静止衛星軌道13a,13b,13cから傾斜角、軌道高度がともに等しい待機軌道12(すなわち、赤道面上に存在する静止衛星軌道)に予備衛星14dが配置されているので、投入の際の軌道修正量をいずれの軌道に対しても等しくすることができ、3機の衛星14a,14b,14cのいずれの故障に対しても同等に対応できるようになる。
Since the
具体的な予備衛星14dの投入動作について説明する。ここでは、3つの衛星14a,14b,14cのうちの衛星14aに故障が発生した場合を考える。故障した衛星14aの替わりに通信サービスを提供するために、準静止衛星軌道13aへ予備衛星14dが投入される。予備衛星14dが投入される準静止衛星軌道13a上の点(以下、軌道修正点という)としては、例えば昇交点17aを選ぶ。
A specific input operation of the
予備衛星14dは、待機軌道12上の軌道修正を開始した点から昇交点17aに到達すると、故障した衛星14aと同一の周回運動のパラメータが与えられ、昇交点17aから準静止衛星軌道13a上の周回運動を開始する。そして故障した衛星14aに替わって、予備衛星14dは通信サービスを開始し、準静止衛星軌道13aを周回運動しながら、他の故障していない衛星14b,14cとともに地球11に対して通信サービスを提供する。
When the
なお、予備衛星14dを投入する際には、故障した衛星14aと予備衛星14dの衝突などの事故の防止や、他の故障していない衛星14b,14cとの動作関係などが考慮されて投入される。また、予備衛星14dの通信サービスの妨げが生じないように、故障した衛星14aには、通信機能の停止や準静止衛星軌道13aからの排除など、故障の状況に応じて適切な措置が取られる。
When the
ここでは、衛星14aが故障した場合の予備衛星14dの投入動作について述べたが、衛星14b,14cが故障した場合にも、同様の投入動作によって予備衛星14dを投入することができ、3つの準静止衛星軌道13a,13b,13cに対する軌道修正量が等しいことが分かる。
また、投入の際の軌道修正点として、ここでは例として昇交点17aを選んだが、軌道修正点については、システム全体の状況に応じて選ばれる。
Here, the operation of inserting the
In addition, as an example, the ascending
以上のように、この実施の形態2によれば、3つの準静止衛星軌道13a,13b,13cから傾斜角と軌道高度がともに等しい静止衛星軌道に予備衛星14dが周回運動する待機軌道12を配置するようにしたので、3つの準静止衛星軌道13a,13b,13cのいずれに対しても予備衛星14dを投入する際の軌道修正量が等しくなり、3機の衛星14a,14b,14cの故障に対して、予備衛星14dを最適な待機状態にすることができるという効果が得られる。
As described above, according to the second embodiment, the
なお、実施の形態2では、3つの準静止衛星軌道13a,13b,13cの場合について示したが、準静止衛星軌道の数についてはこれに限るものではなく、複数の準静止衛星軌道を用いた場合に全て対応することができる。
また、実施の形態2では、予備衛星14dの機数を1機としたが、予備衛星14dの機数についてはこれに限るものではなく、待機軌道12としての静止衛星軌道に複数の予備衛星14dを配置するようにしても良い。
In the second embodiment, the case of three quasi-stationary satellite orbits 13a, 13b, and 13c has been described. However, the number of quasi-stationary satellite orbits is not limited to this, and a plurality of quasi-stationary satellite orbits are used. All cases can be handled.
In the second embodiment, the number of
実施の形態3.
上記実施の形態2では、予備衛星14dが周回運動する待機軌道12として静止衛星軌道を用いた場合について示した。この実施の形態3では、予備衛星14dの待機軌道の軌道高度を3つのペリジ点15a,15b,15cの高度に等しくし、かつ待機軌道を赤道面に配置する場合を説明する。
In the second embodiment, a case where a geostationary satellite orbit is used as the
図4はこの発明の実施の形態3による衛星軌道の構成を示す図である。図4において、22は3機の衛星14a,14b,14cの故障に対応するために設けられた予備衛星14dが周回運動する待機軌道であり、この実施の形態3における待機軌道22の軌道高度は3つのペリジ点15a,15b,15cの高度に等しく、かつ待機軌道22は赤道面上に配置されている。
その他の構成については実施の形態2における図3と同一の符号を付し、その説明を省略する。
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a satellite orbit according to
Other configurations are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 3 in the second embodiment, and description thereof is omitted.
次に動作について説明する。
図4において、3機の衛星14a,14b,14cは、それぞれ準静止衛星軌道13a,13b,13cを周回運動しながら、地球11に対して通信サービスを提供する。3機の衛星14a,14b,14cによる通信サービスが問題なく行われているときには、予備衛星14dは、3機の衛星14a,14b,14cの故障に対応するために任意の衛星周期(すなわち、ペリジ点の高度に相当する衛星周期)で待機軌道22を周回運動し、通信サービスは行わない。
Next, the operation will be described.
In FIG. 4, three
3機の衛星14a,14b,14cのうちの1機に故障が発生した場合、待機軌道22を周回運動している予備衛星14dは、待機軌道22から故障した衛星が発生した準静止衛星軌道へ投入され、故障した衛星に替わって通信サービスを地球11に提供する。
When one of the three
3つの準静止衛星軌道13a,13b,13cから傾斜角、軌道高度がともに等しい待機軌道22に予備衛星14dが配置されているので、投入の際の軌道修正量をいずれの軌道に対しても等しくすることができ、3機の衛星14a,14b,14cのいずれの故障に対しても同等に対応できるようになる。
Since the
具体的な予備衛星14dの投入動作について説明する。ここでは、3つの衛星14a,14b,14cのうちの衛星14aに故障が発生した場合を考える。故障した衛星14aの替わりに通信サービスを提供するために、準静止衛星軌道13aへ予備衛星14dが投入される。予備衛星14dが投入される軌道修正点としては、ペリジ点15aを選ぶ。
A specific input operation of the
予備衛星14dは、待機軌道22上の軌道修正を開始した点からペリジ点15aに到達すると、故障した衛星14aと同一の周回運動のパラメータが与えられ、ペリジ点15aから準静止衛星軌道13a上の周回運動を開始する。そして故障した衛星14aに替わって、予備衛星14dは通信サービスを開始し、準静止衛星軌道13aを周回運動しながら、他の故障していない衛星14b,14cとともに地球11に対して通信サービスを提供する。
When the
なお、予備衛星14dを投入する際には、実施の形態2と同様に、故障した衛星14aと予備衛星14dの衝突などの事故の防止や、他の故障していない衛星14b,14cとの動作関係などが考慮されて投入される。また、予備衛星14dの通信サービスの妨げが生じないように、故障した衛星14aには、通信機能の停止や準静止衛星軌道13aからの排除など、故障の状況に応じて適切な措置が取られる。
When the
ここでは、衛星14aが故障した場合の予備衛星14dの投入動作について述べたが、衛星14b,14cが故障した場合にも、同様の投入動作によって予備衛星14dを投入することができ、3つの準静止衛星軌道13a,13b,13cに対する軌道修正量が等しいことが分かる。
Here, the operation of inserting the
この実施の形態3では、3つのペリジ点15a,15b,15cの高度に相当する衛星周期で予備衛星14dは待機軌道22を周回運動しているので、3機の衛星14a,14b,14cと予備衛星14dとの相対的な位置関係は時間とともに変化する。したがって、3機の衛星14a,14b,14cの衛星周期と予備衛星14dの衛星周期に応じて、予備衛星14dを適宜周回運動させて投入のタイミングを計ることにより、3機の衛星14a,14b,14cの故障のいずれの場合に対しても、3つのペリジ点15a,15b,15cを軌道修正点として選ぶ。
In the third embodiment, since the
また、待機軌道22の軌道高度は静止衛星軌道の軌道高度約36000kmよりも低い3つのペリジ点15a,15b,15cの高度に等しいので、地球11の表面からの高度が最も低くなる3つのペリジ点15a,15b,15cの高度まで予備衛星14dを打ち上げれば良く、地球11から待機軌道22へ予備衛星14dを投入する際の燃料を節約することができる。
Further, the orbital altitude of the
さらに、予備衛星14dの待機軌道22は静止衛星軌道とは異なるので、予備衛星14dが待機軌道22を周回運動している際には、静止衛星軌道を周回運動している既存の静止衛星との干渉が生じないようになり、静止衛星軌道上の静止衛星の制約を受けずに待機軌道22に予備衛星14dを配置することができるという効果が得られる。
Further, since the
以上のように、この実施の形態3によれば、予備衛星14dの待機軌道22の軌道高度を3つのペリジ点15a,15b,15cの高度に等しくし、かつ上記待機軌道22を赤道面に配置するようにしたので、実施の形態2と同様に、3つの準静止衛星軌道13a,13b,13cのいずれに対しても予備衛星14dを投入する際の軌道修正量が等しくなり、3機の衛星14a,14b,14cの故障に対して、予備衛星14dを最適な待機状態にすることができるという効果が得られる。
As described above, according to the third embodiment, the orbit altitude of the
また、待機軌道22の軌道高度は静止衛星軌道の軌道高度約36000kmよりも低い3つのペリジ点15a,15b,15cの高度に等しいので、3つのペリジ点15a,15b,15cの高度に予備衛星14dを配置するようになり、地球11から待機軌道22へ予備衛星14dを投入する際の燃料を節約することができるという効果が得られる。
Further, since the orbital altitude of the
さらに、予備衛星14dの待機軌道22は静止衛星軌道とは異なるので、予備衛星14dが待機軌道22を周回運動している際には、静止衛星軌道を周回運動している既存の静止衛星との干渉が生じないようになり、図示しない静止衛星軌道上の既存の静止衛星の制約を受けずに待機軌道22に予備衛星14dを配置することができるという効果が得られる。
Further, since the
なお、実施の形態3では、3つの準静止衛星軌道13a,13b,13cの場合について示したが、準静止衛星軌道の数についてはこれに限るものではなく、複数の準静止衛星軌道を用いた場合に全て対応することができる。
また、実施の形態3では、予備衛星14dの機数を1機としたが、予備衛星14dの機数についてはこれに限るものではなく、待機軌道22に複数の予備衛星14dを配置するようにしても良い。
In the third embodiment, the case of three quasi-stationary satellite orbits 13a, 13b, and 13c has been described. However, the number of quasi-stationary satellite orbits is not limited to this, and a plurality of quasi-stationary satellite orbits are used. All cases can be handled.
In the third embodiment, the number of
実施の形態4.
図5はこの発明の実施の形態4による衛星と地球の相対関係を説明する図であり、図6はこの発明の実施の形態4による衛星の姿勢制御を説明する図である。
図5において、11は衛星24から通信サービスを提供される地球、24は準静止衛星軌道面34上の準静止衛星軌道を周回運動する衛星、24cは衛星の姿勢方向を説明するために図示した衛星姿勢軸、31は地球11の地軸、32は地球11の黄道面であり、図5の右方向に図示しない太陽が存在する。33は地球11の赤道面、34は衛星24が周回運動する準静止衛星軌道が存在する準静止衛星軌道面である。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 5 is a diagram for explaining the relative relationship between the satellite and the earth according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a diagram for explaining the attitude control of the satellite according to the fourth embodiment of the present invention.
In FIG. 5, 11 is the earth on which the communication service is provided from the
また図6において、24aは衛星24に固定的に設けられた展開式大型平面状の太陽電池受光面、24bは衛星24に設けられた指向性アンテナであり、準静止衛星軌道面34上の準静止衛星軌道の形状からアンテナビームの所望の方向を予測し、衛星24の本体とは独立して、アンテナが動作する機械駆動方式もしくはフェーズドアレーアンテナを用いた電子走査方式などによって、アンテナビームを所望の方向に制御できるようになっている。
In FIG. 6, 24 a is a deployable large planar solar cell light receiving surface fixedly provided on the
さらに図6において、24cは衛星の姿勢方向を説明するために図示した衛星姿勢軸、24xおよび24yはそれぞれ衛星24の姿勢を制御するための第1の姿勢制御軸、第2の姿勢制御軸である。第1の姿勢制御軸24xおよび第2の姿勢制御軸24yは、従来の衛星姿勢制御方法としての3軸安定方式における互いに直交する3つの軸のうちのそれぞれロール軸、ピッチ軸である。
Furthermore, in FIG. 6, 24c is a satellite attitude axis shown for explaining the attitude direction of the satellite, 24x and 24y are a first attitude control axis and a second attitude control axis for controlling the attitude of the
一般に従来の3軸安定方式による衛星姿勢制御方法では、ロール軸を衛星軌道面内の衛星進行方向にとり、ピッチ軸を衛星軌道面に垂直方向にとり、ロール軸とピッチ軸に直交する図示しない第3の軸であるヨー軸を準静止衛星軌道面34の地球方向にとる。これらの3軸は、衛星24内部に設けられた図示しないホイールの回転やスラスタの噴射などによって制御され、衛星本体を回転させずに衛星の姿勢を安定させる働きをする。
In general, in the conventional satellite attitude control method using the three-axis stabilization method, the roll axis is set in the satellite traveling direction in the satellite orbital plane, the pitch axis is set in the direction perpendicular to the satellite orbital plane, and the third axis (not shown) orthogonal to the roll axis and the pitch axis. The yaw axis that is the axis of the quasi-stationary satellite
衛星姿勢軸24cは、第2の姿勢制御軸24yとほぼ同一直線上に存在する。太陽電池受光面24aは、第1の姿勢制御軸24xおよび第2の姿勢制御軸24yを含む面に略平行になるように衛星24に固定的に設置されている。
The
次に動作について説明する。
地球11の重力傾斜や太陽風などによる外乱を受けて、準静止衛星軌道面34上の準静止衛星軌道を周回運動する衛星24の姿勢はかく乱される。また、衛星24の準静止衛星軌道の位置が変化するにつれて、太陽電池受光面24aに対する図示しない太陽光からの入射角が変化する。上記外乱および上記入射角の変化に対応するために、第1の姿勢制御軸24xおよび第2の姿勢制御軸24yを用いた2軸制御によって衛星24を姿勢制御する。
Next, the operation will be described.
The attitude of the
すなわち、第1の姿勢制御軸24xを用いた姿勢制御によって衛星姿勢軸24cを黄道面32と垂直に保ちながら、かつ第2の姿勢制御軸24yを用いた姿勢制御によって図示しない太陽光からの太陽電池受光面24aに対する入射角を90°に保つ。このように、第1の姿勢制御軸24xおよび第2の姿勢制御軸24yを用いた簡単な2軸姿勢制御によって、衛星24の姿勢を黄道面32に対して垂直に保ちながら、かつ太陽光からの太陽電池受光面24aに対する入射角を90°に保つことにより、地球11の重力傾斜や太陽風などによる外乱に対して衛星24の姿勢を安定させ、衛星24に設けられた太陽電池の発電効率を最大に安定させることができる。
That is, the sun from sunlight (not shown) is maintained by attitude control using the second
このとき地球11に対する衛星24の姿勢は、準静止衛星軌道面34上の準静止衛星軌道の衛星24の位置によって変化するので、衛星24に設けられた指向性アンテナ24bと地球11との相対関係も変化する。しかしながら、指向性アンテナ24bはアンテナビームを所望の方向に制御できるので、準静止衛星軌道面34上の準静止衛星軌道の形状から指向性アンテナ24bと地球11の相対関係を予測して、指向性アンテナ24bのアンテナビームを所望の方向に制御することにより、地球11に対して通信サービスを提供することができる。
At this time, since the attitude of the
以上のように、この実施の形態4によれば、第1の姿勢制御軸24xと第2の姿勢制御軸24yとを含む面に略平行になるように太陽電池受光面24aを衛星24に固定的に設け、第1の姿勢制御軸24xによって衛星24の衛星姿勢軸24cを黄道面32に対して垂直に保ちながら、かつ第2の姿勢制御軸24yによって太陽電池受光面24aを太陽光に正対させるようにしたので、簡単な2軸制御によって、地球11の重力傾斜や太陽風などによる外乱に対して衛星24の姿勢を安定させ、かつ太陽電池の発電効率を最大に安定させることできるという効果が得られる。
As described above, according to the fourth embodiment, the solar cell
11 地球、12,22 待機軌道、13a,13b,13c 準静止衛星軌道、14a,14b,14c 衛星、14d 予備衛星、15a,15b,15c ペリジ点、16a,16b,16c アポジ点、17a,17b,17c 昇交点、24 衛星、24a 太陽電池受光面、24b 指向性アンテナ、24c 衛星姿勢軸、24x 第1の姿勢制御軸、24y 第2の姿勢制御軸、31 地軸、32 黄道面、33 赤道面、34 準静止衛星軌道面、100 準静止衛星軌道、200 アポジ点投影地点。 11 Earth, 12, 22 Standby orbit, 13a, 13b, 13c Quasi-stationary satellite orbit, 14a, 14b, 14c Satellite, 14d Spare satellite, 15a, 15b, 15c Perigee point, 16a, 16b, 16c Apogee point, 17a, 17b, 17c Ascending intersection, 24 satellites, 24a solar cell light receiving surface, 24b directional antenna, 24c satellite attitude axis, 24x first attitude control axis, 24y second attitude control axis, 31 earth axis, 32 ecliptic plane, 33 equatorial plane, 34 Quasi-stationary satellite orbit plane, 100 quasi-stationary satellite orbit, 200 apogee projection point.
Claims (1)
互いに直交する第1の姿勢制御軸と第2の姿勢制御軸とを含む面に略平行になるように太陽光を受光する太陽電池受光面を設け、上記第1の姿勢制御軸によって上記第2の姿勢制御軸を上記太陽の周りを周回運動する上記地球の軌道面である黄道面に対して垂直に保ち、かつ第2の姿勢制御軸によって上記太陽電池受光面を太陽光に正対させることを特徴とする衛星姿勢制御方法。 In a satellite attitude control method for providing a communication service to the earth,
A solar cell light receiving surface for receiving sunlight is provided so as to be substantially parallel to a surface including a first posture control axis and a second posture control axis that are orthogonal to each other, and the second posture is controlled by the first posture control axis. The attitude control axis of the solar cell is kept perpendicular to the ecliptic plane, the orbital plane of the earth moving around the sun, and the solar cell light-receiving surface is opposed to sunlight by the second attitude control axis. A satellite attitude control method characterized by
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