JP2009051409A

JP2009051409A - 太陽フレア回避装置

Info

Publication number: JP2009051409A
Application number: JP2007221280A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Sawano; 昭博澤野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-08-28
Filing date: 2007-08-28
Publication date: 2009-03-12

Abstract

【課題】太陽フレア発生時に、ユーザの人工衛星が太陽フレアへの回避行動を取るまでの時間を短縮し、人工衛星に対する太陽フレアの影響を低減することを目的とする。
【解決手段】観測装置の観測データから太陽フレアの発生を検知し、この検知結果と軌道解析装置および衛星状態監視装置により得られたユーザ衛星の軌道状態および機器状態に基づいて、複数のユーザ衛星の中から太陽フレアへの回避行動を取るべきユーザ衛星を識別する衛星識別装置と、通信装置を介してユーザ衛星に送信するためのコマンドを生成するコマンド生成装置を備え、衛星識別装置により識別されたユーザ衛星に対し、太陽フレアへの回避行動を指示するコマンドを生成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、人工衛星に対して、太陽フレアからの回避行動を取らせる太陽フレア回避装置に関するものである。

従来、太陽フレアに起因する宇宙環境の擾乱を予測するため、太陽観測衛星を利用して太陽風や太陽の活動度を示す太陽パラメータを観測し、磁気圏および電離圏におけるプラズマ対流を予測する宇宙気象予報システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１５７１１８号公報

このような太陽フレアによってもたらされるＸ線、γ線、および高エネルギー荷電粒子は、ユーザ衛星に重大な影響を与える。例えば、ユーザ衛星搭載コンポ−ネントの故障（搭載機器のショート、太陽電池の故障）、磁気嵐による通信遮断や、ビット反転に伴う通信異常などの影響が及ぼされる。

従来の宇宙気象予報システムでは、太陽観測衛星や地上観測機器を用いて、太陽フレアの発生状況を捉え、一旦、地上局側にその情報を伝達する。地上局側では、人工衛星や航空機などのユーザへの太陽フレアの影響度合いを勘案し、その影響度合いを示す予報情報をユーザに通報して、ユーザに対し太陽フレアからの防御のための回避行動を取らせていた。

しかし、太陽フレアによってもたらされるＸ線、γ線、および高エネルギー荷電粒子は、地球近辺への到達時間が数分という時間を考慮すると、従来システムのような情報伝達方法を用いる場合、太陽フレアへの防御に要する十分な時間を確保出来るとは言えなかった。

この発明は、太陽フレア発生時に、ユーザとなる人工衛星が太陽フレアへの回避行動を取るまでの時間を短縮し、人工衛星に対する太陽フレアの影響を低減することを目的とする。

この発明による太陽フレア回避装置は、太陽の活動状態を観測する観測機と、複数のユーザ衛星と通信を行う通信装置と、上記複数のユーザ衛星の軌道状態を解析する軌道解析装置と、上記複数のユーザ衛星の機器状態を監視する衛星状態監視装置と、上記観測装置の観測データから太陽フレアの発生を検知し、この検知結果と上記軌道解析装置および上記衛星状態監視装置により得られた上記ユーザ衛星の軌道状態および機器状態に基づいて、上記複数のユーザ衛星の中から太陽フレアへの回避行動を取るべきユーザ衛星を識別する衛星識別装置と、上記通信装置を介して上記ユーザ衛星に送信するためのコマンドを生成するコマンド生成装置と、を備え、上記コマンド生成装置は、上記衛星識別装置により識別されたユーザ衛星に対し、太陽フレアへの回避行動を指示するコマンドを生成するものである。

この発明によれば、太陽フレア発生時に、ユーザ衛星が太陽フレアへの回避行動を取るまでの時間を短縮するとともに、回避行動を取るべき特定の衛星に対して効率的に、太陽フレアの影響を低減することが可能となる。

実施の形態１．
この発明の実施形態１による太陽フレア回避装置は、太陽フレアの発生時に、人工衛星に対し太陽フレアからの回避行動を指示する命令指揮系統を簡略化することにより、迅速かつ的確に、太陽フレアから自律的に複数の人工衛星を防御する。以下、図を用いて実施の形態１について説明する。

図１は、実施の形態１による太陽フレア回避システムの構成を示す図である。
図において、複数のユーザ衛星２（２ａ〜２ｄ）は地球１６の周囲を周回する人工衛星である。太陽観測衛星１は、太陽風や太陽の活動度を示す太陽パラメータを観測して、太陽４の活動状態を観測する。太陽観測衛星１は、太陽４の活動状態の観測データを、地上局３に伝達する。また、太陽観測衛星１は、太陽４の活動状態の観測データに基づいて、太陽フレアの発生を検知する。太陽観測衛星１は、太陽フレアの発生検知により、特定のユーザ衛星２に太陽フレアに対する回避命令を伝達する。このように太陽フレア発生時には、地上局３を介さずに、太陽観測衛星１から直接、ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）に回避命令が伝達される。かくして、ユーザ衛星２（２ａ〜２ｄ）は自律的に太陽フレアからの回避行動を取ることが可能となる。

図２は、太陽観測衛星１に搭載される太陽フレア回避装置のコンポーネント構成を示す図である。
図において、太陽観測衛星１は、Ｉ／Ｆ部７と、観測機９と、軌道解析装置１０と、衛星状態監視装置１１と、衛星識別装置８と、Ｉ／Ｆ部１３と、コマンド実行結果処理装置１５を備える。

Ｉ／Ｆ部７は、地上局３に設けられたＩ／Ｆ部６と通信を行うための通信装置を構成する。Ｉ／Ｆ部１３は、各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）に設けられたＩ／Ｆ部１４との通信を行うための通信装置を構成する。
太陽観測衛星１は、姿勢制御装置（図示せず）の動作により観測機９を太陽に指向させる。観測機９は太陽指向により、常時、太陽風や太陽の活動状態を示す太陽パラメータを観測し、観測データを送出する。軌道解析装置１０は、太陽観測衛星１自身や各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）の軌道データに基づいて、所定のサンプリング時刻に太陽観測衛星１自身や各ユーザ衛星の姿勢状態、予測軌道等を解析する。この軌道データは、太陽観測衛星１の内蔵メモリに格納されたデータや、地上局３のデータベースに格納されて地上局３から送信されるデータによって得られる。
衛星状態監視装置１１は、各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）の状態データに基づいて、各ユーザ衛星の搭載機器の動作状態を監視する。各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）はモニタ装置（図示せず）を搭載し、このモニタ装置が衛星内部の各搭載機器の動作状態（例えば、電源のオン／オフ、温度、動作角度、動作信号等）や動作モード（定常モードまたはセーフモード）をモニタして、このモニタによる計測データからテレメトリ信号が生成される。この生成されたテレメトリ信号は地上局３に送信される。地上局３は、各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）から送出されるテレメトリ信号に基づいて、各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）の搭載機器の動作状態を示す状態データを生成する。この生成された状態データは、地上局３から太陽観測衛星１に送信され、衛星状態監視装置１１にて受信される。
また、衛星状態監視装置１１は、各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）のモニタ装置によって生成される各搭載機器の動作状態を示すテレメトリ信号を、各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）から直接受信し、各ユーザ衛星の搭載機器の動作状態を示す状態データを生成しても良い。

衛星識別装置８は、観測機９の観測データに基づいて太陽フレアの発生を検知する。太陽フレアの発生を検知すると、衛星識別装置８は、軌道解析装置１０からの各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）の軌道状態と、衛星状態監視装置１１からの各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）の状態データの解析結果に基づいて、太陽フレアから回避すべきユーザ衛星を識別し、特定する。コマンド生成装置１２は、衛星識別装置８により特定された各ユーザ衛星に対して、太陽フレアへの回避行動を取らせるためのコマンドを生成する。例えば、コマンド生成装置１２は、衛星識別装置８により特定された各ユーザ衛星に対して、太陽電池パドル駆動を指示するコマンドを生成する。コマンド実行結果処理装置１５は、各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）が回避コマンドを実行した結果を、太陽観測衛星１にてモニタする。このように、太陽フレアに対する回避の状況については随時、地上局Ｉ／Ｆ部７に伝送され、地上局３で各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）の回避状態を把握、監視する。

各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）は、Ｉ／Ｆ部１４と、制御装置１８と、太陽電池パドル１７を備えている。Ｉ／Ｆ部１４は、太陽観測衛星１のＩ／Ｆ部１３から送信されるコマンドを受信する。受信したコマンドは制御装置１８によって解析される。制御装置１８は受信した太陽電池パドル駆動１７を指示するコマンドに基づいて、太陽電池パドル１７の駆動を制御し、太陽フレアからの回避行動を取る。

次に、太陽フレア回避システムの動作について説明する。図４は実施の形態１による太陽フレア回避システムの動作を説明するためのフローチャートである。
図において、太陽観測衛星１で太陽フレアの発生を検知した後、太陽フレアの状況を監視しながら、他のユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）に対して回避命令、および回避解除命令を送信し、ユーザ衛星間で自律的に太陽フレアの影響を回避する。太陽観測衛星１は、常時、太陽活動状態を監視している。

まず、ステップＳａ１（軌道計算処理）において、軌道解析装置１０は、太陽観測衛星１自身、およびユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）について、姿勢状態、予測軌道等の解析を行う。
ステップＳａ２（衛星状態分析処理）において、衛星状態監視装置１１は、太陽観測衛星１自身、およびユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）について、機器状態のモニタを行う。
次に、ステップＳａ３（フレア検知処理）で、太陽観測衛星１の観測機９の観測データに基づき、衛星識別装置８が太陽フレアを検知した際は、各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）に対する影響度合いを推定する。これに対し、太陽観測衛星１の衛星識別装置８が太陽フレアを検知しなかった場合は、ステップＳａ３を再度実行する。
太陽観測衛星１が太陽フレアを検知した後、ステップＳａ４（衛星識別処理）にて、衛星識別装置８が回避を要するユーザ衛星の識別を行う。
次いで、ステップＳａ５（データ送信処理）では、地上局３にフレア発生状況、および、該当するユーザ衛星の情報を伝達する。
ステップＳａ５（データ受信処理）において、地上局３は太陽観測衛星１から送信されたデータを受信する。
また、ステップＳａ７（衛星個別回避コマンド作成／送信処理）にて、コマンド生成装置１２が、該当するユーザ衛星に対して、太陽フレアを自律的に回避するためのコマンドを生成し、Ｉ／Ｆ部１３が作成したコマンドの送信を行う。この際、該当するユーザ衛星の優先順位に基づいて、優先順位の高い衛星から順に、コマンドの生成および送信が行われる。

続いて、各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）は、太陽観測衛星１から送信されるコマンドを受けると、制御装置１５がリアルタイムに太陽フレアの回避行動を実行する。
この際、ステップＳａ９（パドル駆動処理）にて、太陽フレアの回避行動として、制御装置１８が太陽電池パドル１７を駆動し、太陽電池パドル１７の太陽電池パネル面が太陽光面に対して垂直になるように制御する。
併せて、ステップＳａ１０（セーフモード移行）にて、各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）の搭載機器への電源供給を遮断し、機器動作をＯＦＦするセーフモードへのモード移行を行い、太陽フレアの影響を回避する。
次に、各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）は、ステップＳａ１１にて、コマンド実行結果として、太陽電池パドルの駆動状態、セーフモードへの移行状態などの機器状態情報を、太陽観測衛星１に送信する。

続いて、ステップＳａ１２（衛星個別回避コマンド実行結果受信処理）にて、太陽観測衛星１は、各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）からコマンド実行結果を受けると、コマンドの実行成否や、コマンド実行結果による各機器の動作状態などを把握して、各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）の回避状況を把握する。
その後、ステップＳａ１３（データ送信処理）にて、地上局３に各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）の回避状況を送信する。
ステップＳａ１４（データ受信処理）にて、地上局３は、各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）の回避状況を受信する。

さらに、ステップＳａ１５（フレア収束判断処理）にて、太陽観測衛星１は、引き続き太陽フレアの状況を監視する。これにより、太陽フレアが収束するまで、各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）に、太陽電池パドル１７を太陽光面に対して垂直の状態とさせるように指示する。
また、太陽フレアが収束したことを検知すると、その次第、ステップＳａ１６（データ送信処理）にて、太陽観測衛星１から地上局３にその情報を伝達する。地上局３は、ステップＳａ１７（データ受信処理）にて、この太陽観測衛星１からの伝達情報を受信する。

次に、ステップＳａ１８（衛星個別回避解除コマンド作成／送信処理）において、太陽観測衛星１では、コマンド生成装置１２が各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）に対して回避解除コマンドを作成し、Ｉ／Ｆ部１３を介して作成した回避解除コマンドの送信を行う。

そして、ステップＳａ１９（コマンド受信処理）にて、各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）にて回避解除コマンドを受けると、ステップＳａ２０（定常モード移行処理）にて、リアルタイムにセーフモードから定常モードへ復帰するモード移行がなされる。
また、ステップＳａ２１（パドル駆動処理）にて、制御装置１８が太陽電池パドル１７を駆動し、太陽電池パドル１７のパネル面が太陽光面に対して水平になるように制御する。
ステップＳａ２２では、各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）によるコマンド実行結果を、太陽観測衛星１に返す。

太陽観測衛星１は、そのコマンド実行結果を受けて（ステップＳａ２３）、最終的に各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）の回避結果を地上局３に伝送し（ステップＳａ２４）、地上局３にて回避解除がなされたことの確認を行う（ステップＳａ２５）。

次に、衛星識別装置８の動作について、図５、図６を用いてさらに説明する。図５は、軌道解析装置１０と衛星状態監視装置１１からの情報に基づいて、太陽フレア発生時に回避命令を行うユーザ衛星の優先度付けを行う例について示している。
衛星識別装置８は、軌道解析装置１０から予想軌道情報を受けると、太陽観測衛星１と各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）との相対位置を求める。
また、衛星識別装置８は、衛星状態監視装置１１からの状態情報に基づいて、各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）の衛星モード（定常モード／セーフモード）を判断する。
衛星識別装置８は、各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）の太陽観測衛星１に対する相対位置情報と衛星モードの情報に基づいて、全ユーザ衛星の中から太陽フレアに対する回避行動を取らせる衛星の優先順位を決定する。
この優先順位は、主に次の２つの優先度を示す事項に基づいて決定される。
１）ユーザ衛星の衛星モード（定常モード／セーフモード）：定常モードが優先度高い。２）衛星位置：太陽観測衛星との距離が短い程、優先度が高い。
このように優先順位を決定することにより、太陽フレアへの回避行動を取るべき優先順位の高い衛星から順に、回避行動を取ることが可能となる。
また、優先度が０に設定されるユーザ衛星については、太陽フレアへの回避行動を取るべきユーザ衛星として選択されない。

図の例では、優先順位付けの方法として、太陽観測衛星との距離判定よりも衛星モード判定を優先させる事を示しており、定常モードで太陽観測衛星１との距離が長いユーザ衛星２ａは、セーフモードで太陽観測衛星１との距離が短いユーザ衛星２ｂよりも優先順位を高く設定する。このように、優先度に応じた順位付けによって、太陽フレアへの回避命令を送信する際の優先順位が決定される。
この際、セーフモードのユーザ衛星２ｂに対しては、太陽フレアへの回避行動を取らせる必要はないと判断し、優先度を０に設定しても良い。
また、太陽観測衛星１との距離が所定の閾値以上となるユーザ衛星や、地球や月などの陰に隠れて太陽フレアの影響を受け難いユーザ衛星については、太陽フレアへの回避行動を取らせる必要はないと判断し、優先度を０に設定しても良い。

次に、図６について説明する。図６は、太陽フレア発生時にその影響度を判定した上での回避命令を可能とするために、一定の閾値判定を行う内容を示している。
図に示すように、ある一定以上のエネルギーを持つ高エネルギー粒子が、ある一定以上のエネルギー密度に達した場合に、影響度が高いと判定し、ユーザ衛星に対して回避命令を行うように指示する。
この際、軌道解析装置１０からの予想軌道情報に基づいて、各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）の太陽に対する相対距離を求め、この相対距離の三乗でエネルギー密度を除算することにより、各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）の太陽からの距離で換算したエネルギー密度を求めても良い。
かくして、太陽フレアによって生じる高エネルギー粒子のエネルギー密度が所定の閾値以上となるユーザ衛星を選択することにより、太陽フレアへの回避命令を送信すべきユーザ衛星を特定することができる。
また、太陽フレアへの回避命令を送信すべきユーザ衛星として特定された衛星については、図５で説明した上記優先順位に基づいて、太陽フレアへの回避行動を取るべき優先順位の高い衛星から順に、太陽フレアへの回避行動を取るためのコマンドが送信される。

以上説明したように、この実施の形態１による太陽フレア回避装置は、太陽の活動状態を観測する観測機９と、複数のユーザ衛星と通信を行う通信装置（Ｉ／Ｆ部１３）と、上記複数のユーザ衛星の軌道状態を解析する軌道解析装置１０と、上記複数のユーザ衛星の機器状態を監視する衛星状態監視装置１１と、上記観測装置の観測データから太陽フレアの発生を検知し、この検知結果と上記軌道解析装置および上記衛星状態監視装置により得られた上記ユーザ衛星の軌道状態および機器状態に基づいて、上記複数のユーザ衛星の中から太陽フレアへの回避行動を取るべきユーザ衛星を識別する衛星識別装置８と、上記通信装置を介して上記ユーザ衛星に送信するためのコマンドを生成するコマンド生成装置１２と、を備え、上記コマンド生成装置１２は、上記衛星識別装置８により識別されたユーザ衛星に対し、太陽フレアへの回避行動を指示するコマンドを生成することにより、太陽フレア発生時に、ユーザ衛星が太陽フレアへの回避行動を取るまでの時間を短縮するとともに、回避行動を取るべき特定の衛星に対して効率的に、太陽フレアの影響を低減することが可能となる。例えば、太陽電池のパネル面が太陽光に対し垂直になるようにユーザ衛星の太陽電池パドルを回転させることにより、太陽電池への太陽フレアの入射を抑え、太陽電地の故障を防止することができる。

なお、従来のように太陽観測衛星に衛星識別装置を設けない場合は、太陽観測衛星の観測データは、一旦地上局に送信され、地上局３から各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）へ太陽フレアへの回避命令が伝達される。このように地上局３を介して太陽フレアへの回避命令が伝達されることにより、各ユーザ衛星（２ａ〜２ｄ）への情報伝達に時間を要することとなり、結果的に、回避行動を取るタイミングが遅れてしまう。
しかし、この実施の形態１による太陽フレア回避システムでは、太陽観測衛星に衛星識別装置を設けることにより、太陽の観測データに基づいて太陽観測衛星から直接、ユーザ衛星に対して太陽フレアへの回避行動を取ることを指示できるので、より迅速に回避行動を取ることが可能となる。

この発明の実施の形態１による、太陽観測衛星とユーザ衛星と地上局とで構成される、太陽フレア回避システムの構成を示す図である。この発明の実施の形態１による、太陽観測衛星に搭載される太陽フレア回避装置のコンポーネント構成図である。この発明の実施の形態１による太陽フレア回避システムの動作を示すフローチャートである。太陽フレア発生時に回避命令を行うユーザ衛星の優先度付けを示す模式図。太陽フレアの影響度の閾値判定例を示す模式図。

符号の説明

１太陽観測衛星、２（２ａ〜２ｄ）ユーザ衛星、３地上局、４太陽、６Ｉ／Ｆ部、７Ｉ／Ｆ部、８衛星識別装置、９観測機、１０軌道解析装置、１１衛星状態監視装置、１２コマンド生成装置、１３Ｉ／Ｆ部、１４Ｉ／Ｆ部、１５コマンド実行結果処理装置、１６地球、１７制御装置、１８太陽電池パドル。

Claims

太陽の活動状態を観測する観測機と、
複数のユーザ衛星と通信を行う通信装置と、
上記複数のユーザ衛星の軌道状態を解析する軌道解析装置と、
上記複数のユーザ衛星の機器状態を監視する衛星状態監視装置と、
上記観測装置の観測データから太陽フレアの発生を検知し、この検知結果と上記軌道解析装置および上記衛星状態監視装置により得られた上記ユーザ衛星の軌道状態および機器状態に基づいて、上記複数のユーザ衛星の中から太陽フレアへの回避行動を取るべきユーザ衛星を識別する衛星識別装置と、
上記通信装置を介して上記ユーザ衛星に送信するためのコマンドを生成するコマンド生成装置と、
を備え、
上記コマンド生成装置は、上記衛星識別装置により識別されたユーザ衛星に対し、太陽フレアへの回避行動を指示するコマンドを生成する太陽フレア回避装置。
コマンド生成装置は、太陽フレアへの回避行動を指示するコマンドとして、太陽電池のパネル面が太陽光に対し垂直になるように太陽電池パドルを回転させるコマンドを生成することを特徴とした請求項１記載の太陽フレア回避装置。
衛星識別装置は、上記観測装置の観測データに基づいて高エネルギー粒子のエネルギー量が所定の閾値以上の場合に、太陽フレアの発生を検知することを特徴とした請求項１記載の太陽フレア回避装置。