JP2017088072A - 宇宙物体観測システム及び宇宙物体観測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光を用いて宇宙物体を観測する技術の改良を提供する。【解決手段】宇宙物体観測システム１は、大気圏内に設けられた、照射レーザ光１１ａを出射するように構成されたレーザ装置と、照射レーザ光１１ａの宇宙物体２による反射によって生成された反射レーザ光１１ｂを受光して観測する受光部と、宇宙物体２の観測によって得られた事前観測情報１２ａ、１３ａを取得する事前観測情報取得手段と、制御手段とを具備する。制御手段２５は、事前観測情報１２ａ、１３ａに基づいて、ある観測時刻において宇宙物体２が位置すると推定される領域である宇宙物体推定位置領域を算出し、該観測時刻において宇宙物体２に照射される照射レーザ光１１ａの広がり角を宇宙物体推定位置領域に基づいて設定する。【選択図】図２

Description

本発明は、宇宙物体（space object）を観測するために用いられる宇宙物体観測システム及び宇宙物体観測方法に関する。

近年、スペースデブリや人工衛星のような宇宙物体（宇宙空間に位置する物体をいう。）の観測の必要性が高まっている。特に、近年では地球周辺のスペースデブリが増加しており、スペースデブリ対策は宇宙利用において急務になっている。スペースデブリへの対処のためには、スペースデブリを正確に観測することが望まれる。また、正確な観測の必要性は、スペースデブリのみならず人工衛星の観測においてもあてはまる。

宇宙物体の観測の方法としては、電波観測（例えばレーダー観測）と光学観測とが知られている。電波観測は、宇宙物体による電波の反射を利用する観測方法である。例えば、地上に設置したレーダサイトから電波（典型的にはマイクロ波）を宇宙空間に向かって放射し、該電波が宇宙物体によって反射されて発生した反射波を観測することで、該宇宙物体を観測することができる。一方、光学観測は、宇宙物体からの太陽光の反射光を観測する観測方法である。例えば、地上に設置した天体望遠鏡と撮像装置とを用いて宇宙物体の画像を取得することにより、宇宙物体を観測することができる。

しかしながら、電波観測及び光学観測は、いずれも、宇宙物体を観測するための技術としては十分なものではない。電波観測の一つの問題は、精度である。典型的には、電波観測の精度は、距離の分解能が３００ｍ、角度（方位角／仰角）の分解能が２．８°程度である。これらは、近年に求められる宇宙物体の観測の精度の要求に適合しない場合がある。

一方、光学観測は、方位角、仰角の特定の精度が高い（典型例では、分解能が０．００１°）が、撮像による光学観測では、宇宙物体と観測装置との間の距離の情報を得ることができない。加えて、光学観測には、観測可能な時間の制約が強いという課題がある。図１は、光学観測の観測時間の制約を概念的に示す図である。図１から理解されるように、光学観測は、宇宙物体からの太陽光の反射光を観測する方法であるため、観測可能な時間は、日の出、日没前後に限られる。昼間は、撮像装置に太陽光が入射するため画像からは宇宙物体１０１Ａの判別が不可能である。一方、夜間は、宇宙物体１０１Ｂに太陽光が当たらないため宇宙物体からの反射光が得られない。

レーザ光を用いて宇宙物体を観測する技術も提案されている。レーザ光を用いた宇宙物体の観測は、宇宙物体の観測の精度の向上に有効である。

例えば、特開２０１１−２１８８３４号公報は、人工衛星からレーザ光をスペースデブリの被測定空間に照射し、該人工衛星と同一の地球周回軌道上にある観測衛星に搭載したカメラにより該被測定空間を撮影し、撮影によって得られた画像の輝度情報から該被測定空間に存在するスペースデブリを特定する技術を開示している。

しかしながら、発明者の検討によれば、人工衛星からレーザ光を宇宙物体に照射し、人工衛星に搭載されたカメラにより宇宙物体を撮影する技術には、様々な実際上の問題が存在する。

特開２０１１−２１８８３４号公報

したがって、本発明の目的の一つは、レーザ光を用いて宇宙物体を観測する技術の改良にある。本発明の他の目的及び新規の特徴は、下記の開示から当業者には理解されるであろう。

以下では、［発明を実施するための形態］において使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係の一例を示すために、参考として、括弧付きで付加されたものである。

本発明の一の観点では、宇宙空間に位置する宇宙物体を観測する宇宙物体観測システム（１、１Ａ〜１Ｃ）が提供される。当該宇宙物体観測システム（１、１Ａ〜１Ｃ）は、大気圏内に設けられた、照射レーザ光（１１ａ、５１ａ）を出射するように構成されたレーザ装置（２１、２２、１１Ａ、５１）と、照射レーザ光（１１ａ、５１ａ）の宇宙物体（２）による反射によって生成された反射レーザ光（１１ｂ、５１ｂ）を受光して観測する受光部（２４、４３、７２）と、宇宙物体（２）の観測によって得られた事前観測情報（１２ａ、１３ａ）を取得する事前観測情報取得手段と、制御手段（２５、１４、５３）とを具備する。制御手段（２５、１４、５３）は、事前観測情報（１２ａ、１３ａ）に基づいて、ある観測時刻において宇宙物体（２）が位置すると推定される領域である宇宙物体推定位置領域を算出し、該観測時刻において宇宙物体（２）に照射される照射レーザ光（１１ａ、５１ａ）の広がり角を宇宙物体推定位置領域に基づいて設定する。

一実施形態では、事前観測情報取得手段は、宇宙物体（２）の観測を行って前記事前観測情報（１２ａ、１３ａ）を取得する事前観測局（１２、１３）を具備してもよい。

好適な一実施形態では、事前観測局（１２、１３）は、宇宙空間に向かって電波を放射し、電波が宇宙物体（２）によって反射されて発生した反射波を観測する電波観測装置（１２）と、宇宙物体（２）からの太陽光の反射光を観測する光学観測装置（１３）とを含む。この場合、事前観測情報（１２ａ、１３ａ）は、電波観測装置（１２）による反射波の観測によって得られる第１事前観測情報（１２ａ）と、光学観測装置（１３）による反射光の観測によって得られる第２事前観測情報（１３ａ）とのうちの少なくとも一方を含む。

好適な一実施形態では、第１事前観測情報（１２ａ）は、電波観測装置（１２）によって得られた宇宙物体（２）までの距離を示す距離情報を含み、第２事前観測情報（１３ａ）は、光学観測装置（１３）によって得られた宇宙物体（２）の方位角及び仰角を示す第１方位角／仰角情報を含み、宇宙物体推定位置領域が、距離情報と第１方位角／仰角情報とに基づいて算出されてもよい。第１事前観測情報（１２ａ）は、更に、電波観測装置（１２）によって得られた宇宙物体（２）の方位角及び仰角を示す第２方位角／仰角情報を含んでいてもよく、この場合、宇宙物体推定位置領域が、距離情報と第１方位角／仰角情報と前記第２方位角／仰角情報に基づいて算出されることが好ましい。

制御手段（２５、１４、５３）は、事前観測情報（１２ａ、１３ａ）に加え、当該宇宙物体観測装置システムの外部から得られた宇宙物体（２）の軌道に関する情報である外部事前観測情報に基づいて、宇宙物体推定位置領域を算出してもよい。この場合、制御手段（２５、１４、５３）は、事前観測情報（１２ａ、１３ａ）と外部事前観測情報とに対して重み付けを行って宇宙物体推定位置領域を算出することが好ましい。

一実施形態では、受光部（２４、４３、７２）によって受光された反射レーザ光（１１ｂ、５１ｂ）に基づいて、レーザ測距により宇宙物体（２）の３次元位置を特定する演算手段（２５、１４、５３）を具備することが好ましい。この場合、制御手段（２５、１４、５３）は、宇宙物体推定位置領域に基づいてレーザ測距における距離測定の測定範囲を設定する。

他の実施形態では、事前観測局（１３）が宇宙物体（２）からの太陽光の反射光を観測する光学観測装置（１３）を含む場合、光学観測装置（１３）が、該受光部としても機能して反射レーザ光（１１ｂ、５１ｂ）の光学観測を行ってもよい。

一実施形態では、当該宇宙物体観測システム（１Ｂ）が、更に、少なくとも一の中継衛星（１５）を含んでもよい。この場合、制御手段（２５）が観測領域を設定し、中継衛星（１５）は、レーザ装置（２１、２２）から出射される照射レーザ光（１１ａ）の方向を変え、宇宙物体推定位置領域に基づいて設定された観測領域に導光するように構成された導光光学系（４１）を備え、且つ、該受光部（４３）が、中継衛星（１５）に搭載されていてもよい。

中継衛星（１５）は複数であってもよい。この場合、制御手段（２５）は、観測領域に基づいて複数の中継衛星（１５）のうちから選択中継衛星を選択し、レーザ装置（２１、２２）は、選択中継衛星に向けて照射レーザ光（１１ａ）を出射し、選択中継衛星は、レーザ装置（２１、２２）から出射される照射レーザ光（１１ａ）の方向を変えて観測領域に導光することが好ましい。このとき、レーザ装置（２１、２２）も複数であってもよい。この場合、制御手段（２５）は、観測領域に基づいて複数のレーザ装置（２１、２２）のうちから選択レーザ装置を選択し、選択レーザ装置は、選択中継衛星に向けて照射レーザ光（１１ａ）を出射することが好ましい。

中継衛星（１５）は、宇宙物体（２）の観測を行わないときに、レーザ装置（２１、２２）から受け取った照射レーザ光（１１ａ）から光電変換装置によって電力を発生して当該中継衛星（１５）に搭載された蓄電装置を充電するように構成されてもよい。このとき、レーザ装置（２１、２２）は、照射レーザ光（１１ａ）としてパルスレーザ光と連続波レーザ光とを選択的に生成可能に構成されていてもよい。この場合、宇宙物体（２）の観測を行う場合には、レーザ装置（２１、２２）が照射レーザ光（１１ａ）としてパルスレーザ光を生成すると共に、中継衛星（１５）がレーザ装置（２１）から出射される照射レーザ光（１１ａ）の方向を変えて観測領域に導光する。また、蓄電装置を充電する場合、レーザ装置（２１、２２）が照射レーザ光（１１ａ）として連続波レーザ光を生成すると共に、中継衛星（１５）が照射レーザ光（１１ａ）から光電変換装置によって電力を発生して蓄電装置を充電する。

一実施形態では、当該宇宙物体観測システム（１Ｃ）が、更に、大気圏内を移動可能に構成された第１及び第２移動体（５１、５２）を具備し、レーザ装置が第１移動体（５１）に搭載され、受光部（７２）が第２移動体（５２）に搭載されてもよい。

他の実施形態では、当該宇宙物体観測システム（１Ｃ）が、更に、大気圏内を移動可能に構成された移動体を具備し、レーザ装置及び受光部が、該移動体に搭載されてもよい。

一実施形態では、制御手段（２５、１４、５３）は、宇宙物体推定位置領域に基づいて設定された観測領域（３３）を照射レーザ光（１１ａ、５１ａ）が走査するようにレーザ装置を制御してもよい。

本発明の他の観点では、中継衛星（１５）が、レーザ装置（１１Ａ）から出射される照射レーザ光（１１ａ）の方向を変えて観測領域に導光するように構成された導光光学系（４１）と、照射レーザ光（１１ａ）の宇宙物体（２）による反射によって生成された反射レーザ光（１１ｂ、５１ｂ）を受光して観測する受光部（４３）とを具備する。導光光学系（４１）は、導光光学系（４１）から出射されて観測領域に照射される照射レーザ光（１１ａ）の広がり角を調節可能に構成されている。

本発明の更に他の観点では、宇宙空間に位置する宇宙物体（２）を観測する宇宙物体観測方法が提供される。当該宇宙物体観測方法は、宇宙物体（２）の事前観測情報（１２ａ、１３ａ）を得るステップと、事前観測情報（１２ａ、１３ａ）に基づいて、ある観測時刻において宇宙物体（２）が位置すると推定される領域である宇宙物体推定位置領域を算出するステップと、大気圏内に設けられたレーザ装置から照射レーザ光（１１ａ、５１ａ）を出射するステップと、照射レーザ光（１１ａ、５１ａ）の宇宙物体（２）による反射によって生成された反射レーザ光（１１ｂ、５１ｂ）を受光して観測するステップとを具備する。該観測時刻において宇宙物体（２）に照射される照射レーザ光（１１ａ、５１ａ）の広がり角は、算出された宇宙物体推定位置領域に基づいて設定される。

本発明によれば、レーザ光を用いて宇宙物体を観測するための技術の改良が提供される。

光学観測における観測時刻の制約を説明する図である。 第１の実施形態における宇宙物体観測システムの構成を示す概念図である。 第１の実施形態におけるレーザ観測装置の構成の一例を示すブロック図である。 第１の実施形態におけるレーザ観測装置の構成の他の例を示すブロック図である。 第１の実施形態における宇宙物体の観測手順の具体例を示すフローチャートである。 宇宙物体の観測における照射レーザ光の走査を示す概念図である。 第２の実施形態における宇宙物体観測システムの構成を示す概念図である。 第２の実施形態における光学観測の信号−ノイズ比（ＳＮ比）の日内変動の例を概念的に示すグラフである。 第３の実施形態における宇宙物体観測システムの構成を示す概念図である。 第３の実施形態におけるレーザ観測装置の構成を示すブロック図である。 第３の実施形態における中継衛星の構成を示すブロック図である。 第４の実施形態における宇宙物体観測システムの構成を示す概念図である。 第３の実施形態におけるレーザ照射機体の構成を示すブロック図である。 第３の実施形態における観測機体の構成を示すブロック図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の宇宙物体観測システムの実施形態を説明する。なお、添付図面において、同一又は類似の構成要素は、同一又は対応する参照番号で参照されることがある。

以下に述べられる実施形態の宇宙物体観測システムは、大気圏内（例えば、地上、空中、海上）に設けられたレーザ装置から照射レーザ光を宇宙物体に照射し、該照射レーザ光が宇宙物体によって反射されて生成された反射レーザ光を用いて該宇宙物体を観測するように構成される。このような構成の当該宇宙物体観測システムは、宇宙物体の観測の精度を向上するために好適である。例えば、宇宙物体からの反射レーザ光を用いてレーザ測距を行えば、該宇宙物体の位置を正確に特定することができる。また、このような構成の宇宙物体観測システムは、観測時間の制約を緩和するためにも有用である。レーザ光を宇宙物体に照射する構成によれば、太陽光に起因する観測時間の制約を緩和することができる。

発明者の検討によれば、宇宙物体の観測に用いるレーザ光を発生するレーザ装置は、大気圏内に設置することが好ましい。これは、上述の人工衛星に搭載されたレーザ装置を用いて宇宙物体を観測する技術（例えば、特開２０１１−２１８８３４号公報参照）には、実際上の問題が様々に存在するからである。

第１に、宇宙物体の観測に使用されるレーザ装置の光学系は、精密であるため衝撃に弱いという問題がある。例えば、宇宙空間に人工衛星を打ち上げる衝撃によりレーザ装置の光学系に狂いが生じると、レーザ装置が所望の通りに動作しない。第２に、人工衛星のシステム規模には制約があるため、大出力のレーザ装置を人工衛星上で運用することは困難である。宇宙物体の観測に用いられるような大出力のレーザ装置は電力消費が大きく、大出力のレーザ装置を動作可能な電源を人工衛星に搭載することは難しい。加えて、宇宙物体の観測に用いられるような大出力のレーザ装置を人工衛星に搭載すると人工衛星の寿命が短くなってしまうという問題もある。大出力のレーザ装置を運用すると電源に蓄積された電力が早く枯渇し、人工衛星の寿命が尽きてしまう。人工衛星の寿命が尽きると該人工衛星そのものがスペースデブリになってしまうので、これは、スペースデブリへの対策のためにスペースデブリの観測を行うシステムの運用としては好ましくない。

宇宙物体の観測に用いるレーザ光を発生するレーザ装置を大気圏内に設置すれば、これらの問題を回避することができる。レーザ装置を大気圏内に設置すれば、レーザ装置を宇宙に打ち上げる必要がなく、システム規模の制約が軽減され、また、レーザ装置の運用寿命が過ぎても、当該レーザ装置を含むシステムがスペースデブリになることはない。

宇宙物体の観測に用いるレーザ光を発生するレーザ装置を大気圏内に設置する構成について発明者が見出した課題は、宇宙物体に照射されるレーザ光のエネルギー密度は、宇宙物体の高度、大きさ、材質等に応じて適切に設定される必要があるが、レーザ装置と宇宙物体との間の距離が増大するため、宇宙物体に照射されるレーザ光のエネルギー密度が低いという問題である。以下に述べられる実施形態では、宇宙物体に照射されるレーザ光のエネルギー密度が低いという問題に対応するための宇宙物体観測システムの構成及び動作が提示される。

（第１の実施形態）
図２は、本発明の第１の実施形態の宇宙物体観測システム１の構成を示す概念図である。本実施形態の宇宙物体観測システム１は、宇宙空間に位置する宇宙物体２、例えば、スペースデブリ２ａや人工衛星２ｂを観測するように構成されている。なお、以下においては、スペースデブリ２ａや人工衛星２ｂを区別せずに宇宙物体２と総称する。

本実施形態の宇宙物体観測システム１は、地上に設置されたレーザ観測装置１１と、電波観測装置１２と、光学観測装置１３とを備えている。

レーザ観測装置１１は、宇宙物体２に照射する照射レーザ光１１ａを出射し、照射レーザ光１１ａが宇宙物体２によって反射されて得られた反射レーザ光１１ｂを受光し、反射レーザ光１１ｂに基づいて宇宙物体２の観測、例えば、宇宙物体２の位置の特定を行う。レーザ観測装置１１によってレーザ測距を行えば、宇宙物体２までの距離、方位角及び仰角の特定、言い換えれば、宇宙物体２の３次元位置の特定を行うことができる。ここで、方位角とは、宇宙物体２が位置する方向の水平面内の角度であり、仰角とは、宇宙物体２が位置する方向の鉛直面内の角度である。

電波観測装置１２及び光学観測装置１３も、宇宙物体２を観測するために用いられる。電波観測装置１２は、電波（典型的にはマイクロ波）を宇宙空間に向かって放射し、該電波が宇宙物体２によって反射されて発生した反射波を観測する。電波観測装置１２としては、例えば、レーダが使用され得る。一方、光学観測装置１３は、宇宙物体２からの太陽光の反射光を観測する。一実施形態では、光学観測装置１３は、地上に設置した天体望遠鏡と撮像装置と備えており、該撮像装置によって宇宙物体２の画像を取得することにより、宇宙物体２を観測することができる。

本実施形態では、電波観測装置１２及び光学観測装置１３はいずれも、レーザ観測装置１１による観測領域を決定するために用いられる事前観測情報を得るための事前観測局として用いられる。図２において、電波観測装置１２によって得られた事前観測情報は、符号１２ａで示されており、光学観測装置１３によって得られた事前観測情報は、符号１３ａで示されている。

図３Ａは、レーザ観測装置１１の構成の一例を示すブロック図である。一実施形態では、レーザ観測装置１１は、レーザ発振器２１と、照射光学系２２と、分離ミラー２３と、レーザ光受光部２４と、制御演算装置２５とを備えている。

レーザ発振器２１と照射光学系２２とは、照射レーザ光１１ａを出射するためのレーザ装置を構成している。詳細には、レーザ発振器２１は、宇宙物体２に照射すべき照射レーザ光１１ａを発生する。レーザ発振器２１によって発生された照射レーザ光１１ａは、分離ミラー２３を通過して照射光学系２２に入射される。本実施形態では、レーザ発振器２１としてパルスレーザ光を発生し、パルスエネルギーとパルス繰り返し周波数が調節可能であるパルスレーザが用いられる。

一方、照射光学系２２は、レーザ発振器２１から受け取った照射レーザ光１１ａを宇宙空間に向けて出射すると共に、宇宙物体２による照射レーザ光１１ａの反射によって生成される反射レーザ光１１ｂを受光して分離ミラー２３に向けて出射する。照射光学系２２は、一実施形態では、鏡筒及び該鏡筒を駆動する駆動部を備えていてもよい。該駆動部は、制御演算装置２５によって制御され、これにより、鏡筒の向き、即ち、照射レーザ光１１ａの照射方向（照射レーザ光１１ａの光軸の方向）が制御される。加えて、照射光学系２２は、照射光学系２２から出射される照射レーザ光１１ａの広がり角が調節可能であるように構成される。

分離ミラー２３は、照射レーザ光１１ａと反射レーザ光１１ｂの分離のために用いられる。分離ミラー２３は、照射レーザ光１１ａを通過させると共に、反射レーザ光１１ｂを反射してレーザ光受光部２４に入射する。

レーザ光受光部２４は、反射レーザ光１１ｂを受光して撮像する。本実施形態では、レーザ光受光部２４として、レーザ発振器２１が発生するパルスレーザ光に同期したアクティブレンジゲーティング（active range gating）を実行する撮像装置が用いられる。レーザ発振器２１が発生するパルスレーザ光に同期したアクティブレンジゲーティング（active range gating）を実行することで、レーザ測距を行うことができる。

制御演算装置２５は、レーザ観測装置１１の全体を制御すると共に、レーザ観測装置１１による観測に必要な様々な演算を行う制御／演算手段として動作する。例えば、制御演算装置２５は、レーザ光受光部２４によって撮像された反射レーザ光１１ｂの撮像画像に対し、宇宙物体２の観測のための画像処理を行う。

ここで、本実施形態では、制御演算装置２５は、電波観測装置１２及び光学観測装置１３による観測によって得られた事前観測情報１２ａ、１３ａから、レーザ観測装置１１による観測領域を決定し、当該観測領域を観測するようにレーザ発振器２１、照射光学系２２及びレーザ光受光部２４を制御する。制御演算装置２５は、決定した観測領域に適合するように照射光学系２２から出射される照射レーザ光１１ａの広がり角及び照射方向を制御する。加えて、制御演算装置２５は、レーザ発振器２１の動作タイミングを制御すると共に、決定した当該観測領域に適合するように、アクティブレンジゲーティングにおいてレーザ光受光部２４が反射レーザ光１１ｂを受光するタイミングを決定する。

このような構成のレーザ観測装置１１は、宇宙物体２までの距離を特定するレーザ測距を実行可能である。加えて、レーザ観測装置１１は、照射レーザ光１１ａの照射方向（一実施形態では、鏡筒の向きに一致する）及び撮像画像から宇宙物体２の位置の方位角及び仰角が特定可能であり、宇宙物体２までの距離と方位角及び仰角から、宇宙物体２の３次元位置を特定可能である。

照射レーザ光１１ａを宇宙空間にむけて出射するための光学系と、反射レーザ光１１ｂを受光するための光学系とが分離されてもよい。図３Ｂは、このような構成のレーザ観測装置１１を図示するブロック図である。図３Ｂのレーザ観測装置１１は、図３Ａのレーザ観測装置１１と同様に構成されているが、分離ミラー２３ではなく受光光学系２６を備えている。

図３Ｂのレーザ観測装置１１では、照射光学系２２がレーザ発振器２１から受け取った照射レーザ光１１ａを宇宙空間に向けて出射し、受光光学系２６が宇宙物体２による照射レーザ光１１ａの反射によって生成される反射レーザ光１１ｂを受光してレーザ光受光部２４に入射する。一実施形態では、照射光学系２２と受光光学系２６のそれぞれは、鏡筒及び該鏡筒を駆動する駆動部を備えていてもよい。照射光学系２２及び受光光学系２６それぞれの該駆動部は、制御演算装置２５によって制御され、これにより、照射光学系２２と受光光学系２６それぞれの鏡筒の向きが制御される。図３Ｂのレーザ観測装置１１のその他の構成及び動作は、図３Ａのレーザ観測装置１１と同様である。

続いて、本実施形態の宇宙物体観測システム１による宇宙物体２の観測の概略について説明する。本実施形態の宇宙物体観測システム１は、地上に設置されたレーザ観測装置１１を用いたレーザ測距により宇宙物体２の観測を行う。レーザ測距を行うことで、宇宙物体２の観測の精度、即ち、宇宙物体２の３次元位置の特定の精度を向上させることができる。

一つの問題は、地上に設置されたレーザ観測装置１１を用いる場合には、レーザ観測装置１１と宇宙物体２との間の距離が増大するため、宇宙物体２に照射される照射レーザ光１１ａのエネルギー密度が低くなることである。宇宙物体２に照射される照射レーザ光１１ａのエネルギー密度が低いと、レーザ測距を行うために十分な光強度を有する反射レーザ光１１ｂが得られない事態が生じ得る。

このような問題に対処するために、本実施形態では、電波観測装置１２及び光学観測装置１３（これらは、いずれも事前観測局として機能する）による観測によって得られた事前観測情報に基づいて、レーザ観測装置１１による観測を行おうとする観測時刻において宇宙物体２が位置すると推定される領域である宇宙物体推定位置領域が算出される。当該観測時刻におけるレーザ観測装置１１による観測では、算出された宇宙物体推定位置領域に合わせてレーザ観測装置１１から出射される照射レーザ光１１ａのパラメータ、より具体的には、照射レーザ光１１ａの照射方向及び広がり角が決定され、決定された照射方向及び広がり角で照射レーザ光１１ａがレーザ観測装置１１から出射される。このような動作によれば、照射レーザ光１１ａの広がり角をなるべく狭くしながらレーザ観測装置１１による観測を行うことができ、宇宙物体２に照射される照射レーザ光１１ａのエネルギー密度の低下の問題を緩和することができる。

以下、宇宙物体観測システム１による宇宙物体２の観測手順の具体例を説明する。図４は、本実施形態における宇宙物体２の観測手順の具体例を示すフローチャートである。

レーザ観測装置１１による観測に先立ち、電波観測装置１２及び光学観測装置１３による観測が行われ、事前観測情報１２ａ、１３ａが取得される（ステップＳ０１）。一実施形態では、電波観測装置１２によって得られた事前観測情報１２ａは、宇宙物体２までの距離を示す距離情報、及び、宇宙物体２の方位角及び仰角を示す方位角／仰角情報を含んでおり、光学観測装置１３によって得られた事前観測情報１３ａは、宇宙物体２の方位角及び仰角を示す方位角／仰角情報を含んでいるが、距離情報を含まない。電波観測装置１２及び光学観測装置１３によって取得された事前観測情報１２ａ、１３ａは、レーザ観測装置１１に送信される。

電波観測装置１２及び光学観測装置１３それぞれによる観測における観測領域は、例えば、他事業者から得た観測情報である外部事前観測情報によって決めてもよい。外部事前観測情報に宇宙物体２の推定軌道範囲３１（即ち、宇宙物体２の軌道が存在すると推定される範囲）が示されている場合には、推定軌道範囲３１から電波観測装置１２及び光学観測装置１３それぞれによる観測の観測時刻において宇宙物体２が存在すると推定される位置の範囲が算出され、算出された当該範囲に合わせて電波観測装置１２及び光学観測装置１３それぞれによる観測の観測領域が決定されてもよい。また、外部事前観測情報に直接に宇宙物体２の推定軌道範囲３１が示されていない場合には、該外部事前観測情報から推定軌道範囲３１が算出されてもよい。

続いて、電波観測装置１２及び光学観測装置１３によって得られた事前観測情報１２ａ、１３ａに基づいて、レーザ観測装置１１の制御演算装置２５によって宇宙物体２の推定軌道範囲３２が算出される（ステップＳ０２）。ステップＳ０１における電波観測装置１２及び光学観測装置１３それぞれによる観測において宇宙物体２の推定軌道範囲３１が用いられる場合、電波観測装置１２及び光学観測装置１３によって得られた事前観測情報１２ａ、１３ａに基づく宇宙物体２の推定軌道範囲３２は、推定軌道範囲３２の精度が推定軌道範囲３１の精度が高くなるように算出される。図２には、電波観測装置１２及び光学観測装置１３それぞれによる観測に用いられた推定軌道範囲３１よりも精度が高い推定軌道範囲３２が、電波観測装置１２及び光学観測装置１３によって得られた事前観測情報１２ａ、１３ａに基づいて算出されることが概念的に図示されている。

更に、ステップＳ０２で算出された宇宙物体２の推定軌道範囲３２に基づいて、宇宙物体２の観測を行おうとする観測時刻において宇宙物体２が位置すると推定される領域である宇宙物体推定位置領域が、制御演算装置２５によって算出される（ステップＳ０３）。宇宙物体推定位置領域は、例えば、該観測時刻においてその内部に宇宙物体２が存在する確率が所定値以上である（例えば９０％以上である）領域として算出されてもよい。

続いて、ステップＳ０２で算出された宇宙物体推定位置領域に基づいて、レーザ観測装置１１による観測を行う観測領域が、制御演算装置２５によって設定される（ステップＳ０４）。一実施形態では、観測領域は、ステップＳ０２で算出された宇宙物体推定位置領域の全体が該観測領域の内部に位置するように設定される。

更に、設定された観測領域についてレーザ観測装置１１による観測が行われる（ステップＳ０５）。ステップＳ０５における観測では、設定された観測領域に適合するように、レーザ観測装置１１から出射される照射レーザ光１１ａの照射方向（照射レーザ光１１ａの光軸の方向）、照射レーザ光１１ａの広がり角、及び、レーザ測距における距離測定の測定範囲が、制御演算装置２５によって設定される。レーザ測距においては、一般に、距離の測定範囲が設定され、測定対象が当該測定範囲にあるものとして距離測定が行われることに留意されたい。観測領域は宇宙物体推定位置領域に基づいて設定されるので、照射レーザ光１１ａの照射方向、広がり角及び距離測定の測定範囲は、宇宙物体推定位置領域に基づいて設定されることになる。設定された照射レーザ光１１ａの照射方向、広がり角及び距離測定の測定範囲を用いてレーザ観測装置１１によるレーザ測距が行われ、これにより、宇宙物体２の観測、具体的には、宇宙物体２の３次元位置の特定が行われる。

照射レーザ光１１ａの広がり角を一層に狭くするためには、レーザ観測装置１１による観測において、照射レーザ光１１ａを走査しながら（即ち、照射レーザ光１１ａの照射方向を逐次に変更しながら）観測を行ってもよい。図５は、照射レーザ光１１ａを走査しながら行われる宇宙物体２の観測を概念的に示す図である。図５においては、ある時間の観測について設定された観測領域が符号３３で示されており、照射レーザ光１１ａのビームが符号３４で示されている。

照射レーザ光１１ａを走査する場合、照射レーザ光１１ａの広がり角は、任意の照射方向で照射レーザ光１１ａを出射しても照射レーザ光１１ａが照射される領域が観測領域３３の全体を包含しない程度に狭く設定される。広がり角が狭い照射レーザ光１１ａを使用しても、照射レーザ光１１ａを走査すれば、設定された観測領域３３の全体の観測することができる。照射レーザ光１１ａを走査している間に、照射レーザ光１１ａが観測領域３３に位置する宇宙物体２に照射レーザ光１１ａが照射されれば、宇宙物体２を観測することができる。照射レーザ光１１ａを走査しながらの観測は、宇宙物体２に照射される照射レーザ光１１ａのエネルギー密度を増大させるために好適である。

また照射レーザ光１１aを走査する場合、事前観測情報（事前観測情報１２ａ、１３ａ及び外部事前観測情報）から予想される宇宙物体２の高度、大きさ、材質等に応じてパルスエネルギーを設定してもよい。さらに、算出した観測領域と設定したビーム広がり角に応じてパルス繰返し周波数を設定してもよい。これらを適切に設定した走査は、走査の効率の向上に好適である。

以上に説明されているように、本実施形態では、電波観測装置１２及び光学観測装置１３によって得られた事前観測情報１２ａ、１３ａに基づいて、所望の観測時刻における宇宙物体２の宇宙物体推定位置領域が算出される。当該観測時刻におけるレーザ観測装置１１による観測では、算出された宇宙物体推定位置領域に合わせてレーザ観測装置１１から出射される照射レーザ光１１ａの照射方向及び広がり角が設定される。このような動作によれば、レーザ観測装置１１による観測において照射レーザ光１１ａの広がり角を狭くすることができ、よって、宇宙物体２に照射される照射レーザ光１１ａのエネルギー密度を高くすることができる。

なお、上述の実施形態では、ステップＳ０２における宇宙物体２の推定軌道範囲３２の算出において、電波観測装置１２及び光学観測装置１３によって得られた事前観測情報１２ａ、１３ａの両方が用いられているが、一方のみが推定軌道範囲３２の算出に用いられてもよい。この場合でも、照射レーザ光１１ａの広がり角を狭くできるという効果は得られる。

ただし、電波観測装置１２及び光学観測装置１３によって得られた事前観測情報１２ａ、１３ａの組み合わせは、推定軌道範囲３２の精度の向上、即ち、宇宙物体推定位置領域の精度の向上に有効である。光学観測装置１３で得られる方位角／仰角情報は、相当に精度が高い一方で、電波観測装置１２による観測においても、一定程度の距離情報の分解能（例えば、３００ｍ）が得られる。即ち、電波観測装置１２及び光学観測装置１３によって得られた事前観測情報１２ａ、１３ａの組み合わせでは、一定程度の精度を有する宇宙物体２の方位角／仰角情報と距離情報とを得ることができる。言い換えれば、一定程度の精度で宇宙物体２の３次元位置の情報を得ることができる。よって、電波観測装置１２及び光学観測装置１３によって得られた事前観測情報１２ａ、１３ａの組み合わせは、推定軌道範囲３２の精度の向上、即ち、宇宙物体推定位置領域の精度の向上に有効である。

また、ステップＳ０２における宇宙物体２の推定軌道範囲３２の算出においては、電波観測装置１２及び光学観測装置１３によって得られた事前観測情報１２ａ、１３ａに加え、他事業者から得た観測情報である外部事前観測情報が用いられてもよい。また、推定軌道範囲３２の算出においては、電波観測装置１２及び光学観測装置１３によって得られた事前観測情報１２ａ、１３ａの一方の代わりに宇宙物体観測システム１の運用者以外の他事業者から得た外部事前観測情報を用いてもよい。

また、他の実施形態では、電波観測装置１２及び光学観測装置１３によって得られる事前観測情報１２ａ、１３ａを用いずに、宇宙物体観測システム１の運用者以外の他事業者から得た外部事前観測情報に基づいて宇宙物体推定位置領域の算出に用いられる推定軌道範囲３２の算出が行われてもよい。この場合でも、照射レーザ光１１ａの広がり角を狭くできるという効果が得られる。

ただし、宇宙物体観測システム１の運用者以外の他事業者から得られる外部事前観測情報は、必ずしも精度が高いとは限らないことに留意すべきである。他事業者から得られる外部事前観測情報の精度は、当該他事業者が保有する観測装置に依存するし、また、事情によっては当該他事業者が精度のよい外部事前観測情報を提供しないこともある。

加えて、他事業者から得た外部事前観測情報は、レーザ観測装置１１による観測を行おうとする観測時刻において使用するためには古すぎる場合がある。ある宇宙物体の観測は、観測装置の上空に当該宇宙物体が位置する時間帯にしかできないから、他事業者の観測装置が宇宙物体２を観測可能な時間帯は、レーザ観測装置１１の観測時刻からずれていることがある。この場合、他事業者から得た外部事前観測情報は、宇宙物体２の３次元位置についての最新情報として不十分であることがある。宇宙物体２の３次元位置についての最新情報が得られないことは、観測しようとする宇宙物体２が、その軌道を変更する機能を有している場合（例えば、観測しようとする宇宙物体２が、高度を変更可能であるように構成された人工衛星である場合）に問題になり得る。

したがって、好ましい一実施形態は、レーザ観測装置１１と同一のタイムゾーンに設置された電波観測装置１２及び光学観測装置１３によって得られる事前観測情報１２ａ、１３ａを推定軌道範囲３２の算出、即ち、宇宙物体推定位置領域の算出に用いることである。ここでいう「タイムゾーン」とは、共通の標準時を用いる地域のことをいう。電波観測装置１２及び光学観測装置１３がレーザ観測装置１１と同一のタイムゾーンに設置されていることにより、レーザ観測装置１１の観測時刻に近い時刻に取得された事前観測情報１２ａ、１３ａを推定軌道範囲３２の算出、即ち、宇宙物体推定位置領域の算出に用いることができる。

他の実施形態では、推定軌道範囲３２の算出、即ち、宇宙物体推定位置領域の算出において、電波観測装置１２及び光学観測装置１３によって得られた事前観測情報１２ａ、１３ａと他事業者から得られた外部事前観測情報との間で重み付けを行ってもよい。事前観測情報１２ａ、１３ａと外部事前観測情報とのうち、精度が高いと考えられるものに大きな重みを与えながら推定軌道範囲３２が算出され、更に、算出された推定軌道範囲３２に基づいて宇宙物体推定位置領域が算出される。例えば、光学観測装置１３によって得られた事前観測情報１３ａに含まれる方位角／仰角情報は精度が高いので、光学観測装置１３によって得られた方位角／仰角情報に大きな重みを与えながら推定軌道範囲３２が算出されてもよい。このような方法によれば、推定軌道範囲３２の算出、即ち、宇宙物体推定位置領域の算出の精度を高くすることができる。

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態における宇宙物体観測システム１Ａの構成を示す概念図である。第２の実施形態の宇宙物体観測システム１Ａは、地上に設置されたレーザ装置１１Ａと、電波観測装置１２と、光学観測装置１３と、指令センター装置１４とを備えている。レーザ装置１１Ａは、宇宙物体２の観測に用いられる照射レーザ光１１ａを出射する。電波観測装置１２は、宇宙物体２の電波観測を行うように構成され、光学観測装置１３は、宇宙物体２の光学観測を行うように構成される。指令センター装置１４は、宇宙物体２の観測において、レーザ装置１１Ａ、電波観測装置１２及び光学観測装置１３を統括的に制御し、また、宇宙物体２の観測のための様々な演算を行う演算装置（コンピュータ）である。

本実施形態では、レーザ装置１１Ａから出射された照射レーザ光１１ａが宇宙物体２によって反射された反射光を、光学観測装置１３を用いて観測することで宇宙物体２の観測が行われる。一般的な光学観測では太陽光の反射光が用いられるが、本実施形態では、宇宙物体２による照射レーザ光１１ａの反射光を用いて光学観測が行われることに留意されたい。本実施形態では、レーザ装置１１Ａは、照射レーザ光１１ａを出射する機能を有している一方で、宇宙物体２によって照射レーザ光１１ａが反射されて生成される反射光を観測する機能を有していないことに留意されたい。

以下、本実施形態の宇宙物体観測システム１Ａによる宇宙物体２の観測について詳細に説明する。

レーザ装置１１Ａ及び光学観測装置１３を用いた光学観測に先立ち、電波観測装置１２及び光学観測装置１３による観測が行われ、事前観測情報１２ａ、１３ａが取得される。電波観測装置１２及び光学観測装置１３による事前観測情報１２ａ、１３ａの取得は、第１の実施形態と同様の方法によって行ってもよい。取得された事前観測情報１２ａ、１３ａは、指令センター装置１４に送信される。

続いて、電波観測装置１２及び光学観測装置１３によって得られた事前観測情報１２ａ、１３ａに基づいて、宇宙物体２の推定軌道範囲３２が、指令センター装置１４により算出される。事前観測情報１２ａ、１３ａに基づく推定軌道範囲３２の算出は、第１の実施形態における推定軌道範囲３２の算出と同様の方法で行ってもよい。電波観測装置１２及び光学観測装置１３それぞれによる観測において宇宙物体２の推定軌道範囲３１が用いられる場合、電波観測装置１２及び光学観測装置１３によって得られた事前観測情報１２ａ、１３ａに基づく宇宙物体２の推定軌道範囲３２は、推定軌道範囲３２の精度が推定軌道範囲３１の精度が高くなるように算出される。図５には、電波観測装置１２及び光学観測装置１３それぞれによる観測に用いられた推定軌道範囲３１よりも精度が高い推定軌道範囲３２が、電波観測装置１２及び光学観測装置１３によって得られた事前観測情報１２ａ、１３ａに基づいて算出されることが概念的に図示されている。

更に、宇宙物体２の推定軌道範囲３２に基づいて、宇宙物体２の観測を行おうとする観測時刻において宇宙物体２が位置すると推定される領域である宇宙物体推定位置領域が、指令センター装置１４によって算出される。宇宙物体推定位置領域は、例えば、該観測時刻においてその内部に宇宙物体２が存在する確率が所定値以上である（例えば９０％以上である）領域として算出されてもよい。

続いて、算出された宇宙物体推定位置領域に基づいて、レーザ装置１１Ａ及び光学観測装置１３による光学観測を行う観測領域が、指令センター装置１４によって設定される。一実施形態では、観測領域は、宇宙物体推定位置領域の全体が該観測領域の内部に位置するように設定される。

更に、設定された観測領域についてレーザ装置１１Ａ及び光学観測装置１３を用いた光学観測が行われる。この光学観測では、設定された観測領域に適合するように、レーザ装置１１Ａから出射される照射レーザ光１１ａの照射方向（照射レーザ光１１ａの光軸の方向）および照射レーザ光１１ａの広がり角が、指令センター装置１４によって設定される。設定された照射レーザ光１１ａの照射方向及び広がり角は、制御指令１４ａによってレーザ装置１１Ａに通知される。更に、設定された観測領域が、制御指令１４ｂによって光学観測装置１３に通知され、光学観測装置１３は、該観測領域について光学観測を行う。これにより、レーザ装置１１Ａによって宇宙物体２に照射された照射レーザ光１１ａの反射光が光学観測装置１３によって観測されることになる。

第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、電波観測装置１２及び光学観測装置１３によって得られた事前観測情報１２ａ、１３ａに基づいて、所望の観測時刻における宇宙物体２の宇宙物体推定位置領域が算出され、算出された宇宙物体推定位置領域に合わせてレーザ装置１１Ａから出射される照射レーザ光１１ａの照射方向及び広がり角が設定される。このような動作によれば、宇宙物体２に照射される照射レーザ光１１ａのエネルギー密度を高くできることは上述の通りである。

加えて、照射レーザ光１１ａが宇宙物体２によって反射された反射光を観測する本実施形態の光学観測は、宇宙物体２による太陽光の反射光を観測する光学観測と比較すると、観測時間の制約が緩いという利点がある。上述のように、宇宙物体による太陽光の反射光を観測する光学観測は、日の出、日没前後の時間帯しか実施できないが、本実施形態における光学観測は、日の出、日没前後の時間帯以外の時間帯においても実施可能である。

特に、本実施形態の光学観測は、夜間における宇宙物体２の観測に有効である。光学観測装置１３の位置において夜間である時間帯においては、太陽光は宇宙物体２に照射されないから、宇宙物体による太陽光の反射光を観測する光学観測は実施できない。しかしながら、本実施形態では、照射レーザ光１１ａが宇宙物体２に照射されるので、宇宙物体２による照射レーザ光１１ａの反射光を観測することで、夜間においても光学観測を行うことができる。加えて、照射レーザ光１１ａの波長及び出力を適切に設定すれば、光学観測装置１３の位置において昼間である時間帯においても光学観測を行うことができる。

図７は、第２の実施形態における光学観測の信号−ノイズ比（ＳＮ比）の日内変動の例を概念的に示すグラフである。宇宙物体２による太陽光の反射光を観測する光学観測（即ち、照射レーザ光１１ａを照射しない光学観測）では、夕方（日没前後）及び朝方（日の出前後）においてのみ、光学観測が可能なＳＮ比が得られる。一方で、照射レーザ光１１ａを宇宙物体２に照射することで光学観測のＳＮ比を向上させ、光学観測が可能な時間帯を増やすことができる。図６に示されている例では、光学観測装置１３の測定系（例えば、光学系、撮像装置及び信号処理回路等）が、ＳＮ比がＳＮＲ_Ａ以上である光学観測に対応している場合には、夕方及び朝方のみならず、夜間においても宇宙物体２の観測が可能である。加えて、光学観測装置１３の測定系が、ＳＮ比がＳＮＲ_Ｂ以上である光学観測に対応している場合には、終日、宇宙物体２の観測が可能である。

なお、図６に図示されている第２の実施形態の宇宙物体観測システム１Ａにおいては、レーザ装置１１Ａから出射される照射レーザ光１１ａの照射方向及び広がり角の設定に用いられる事前観測情報１３ａを取得する光学観測装置１３が、宇宙物体２に照射レーザ光１１ａを照射して行う光学観測にも使用されるが、事前観測情報１３ａを取得する光学観測装置１３とは別に光学観測を行う光学観測装置が設けられてもよい。

また、レーザ装置１１Ａとしてパルスレーザを使用し（即ち、照射レーザ光１１ａとしてパルスレーザ光を発生し）、レーザ装置１１Ａが発生するパルスレーザ光に同期したアクティブレンジゲーティングを光学観測装置１３において実行すれば、第１の実施形態と同様に、レーザ測距を行うこともできる。これにより、宇宙物体２の方位角、仰角のみならず光学観測装置１３と宇宙物体２の間の距離を特定でき、よって、宇宙物体２の３次元位置を特定できる。一実施形態では、例えば、ＧＰＳ（global positioning system）によって得られる位置情報と時刻情報を用いることで、レーザ装置１１Ａと光学観測装置１３の同期を実現してもよい。

更に、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、照射レーザ光１１ａを走査しながら（即ち、照射レーザ光１１ａの照射方向を逐次に変更しながら）観測を行ってもよい。

（第３の実施形態）
図８は、本発明の第３の実施形態の宇宙物体観測システム１Ｂの構成を示す概念図である。本実施形態の宇宙物体観測システム１Ｂは、地上に設置されたレーザ観測装置１１Ｂと、宇宙空間に設置された少なくとも一の中継衛星１５とを備えている。図８には、２つの中継衛星１５が図示されている。

第３の実施形態の宇宙物体観測システム１Ｂは、中継衛星１５を用いて宇宙物体２を観測するように構成されている。レーザ観測装置１１Ｂは、中継衛星１５に向けて照射レーザ光１１ａを出射する。中継衛星１５は、例えば、中継ミラーによって照射レーザ光１１ａの進行方向を変え、観測時刻において宇宙物体２が位置すると推定される領域である宇宙物体推定位置領域に基づいて設定された観測領域に照射レーザ光１１ａを導光する。中継衛星１５は、更に、照射レーザ光１１ａが宇宙物体２によって反射されて生成される反射レーザ光１１ｂを観測する。中継衛星１５は、反射レーザ光１１ｂに対して光学観測を行うように構成されてもよく、後述のように、レーザ観測装置１１Ｂと中継衛星１５との間で同期を確立できる場合には、レーザ測距を行うように構成されてもよい。

なお、第３の実施形態においても、電波観測装置１２及び光学観測装置１３が設けられ、電波観測装置１２及び光学観測装置１３からレーザ観測装置１１Ｂに事前観測情報１２ａ、１３ａが送信されるが、図８には電波観測装置１２及び光学観測装置１３は図示されていない。本実施形態においても、電波観測装置１２及び光学観測装置１３によって得られた事前観測情報１２ａ、１３ａに基づいて所望の観測時刻における宇宙物体２の宇宙物体推定位置領域を算出し、算出された宇宙物体推定位置領域に合わせて中継衛星１５から宇宙物体２に照射される照射レーザ光１１ａの照射方向及び広がり角が設定される。このような動作によれば、宇宙物体２に照射される照射レーザ光１１ａのエネルギー密度を高くできることは上述の通りである。

図９Ａは、本実施形態におけるレーザ観測装置１１Ｂの構成を示すブロック図である。レーザ観測装置１１Ｂは、レーザ発振器２１と、照射光学系２２と、制御演算装置２５と、通信装置２７とを備えている。

レーザ発振器２１と照射光学系２２とは、照射レーザ光１１ａを出射するためのレーザ装置を構成している。詳細には、レーザ発振器２１は、宇宙物体２に照射すべき照射レーザ光１１ａを発生する。レーザ発振器２１によって発生された照射レーザ光１１ａは、照射光学系２２に入射される。照射光学系２２は、レーザ発振器２１から受け取った照射レーザ光１１ａを中継衛星１５に向けて出射する。照射光学系２２は、一実施形態では、鏡筒及び該鏡筒を駆動する駆動部を備えていてもよい。該駆動部は、制御演算装置２５によって制御され、これにより、鏡筒の向き、即ち、照射レーザ光１１ａの照射方向（照射レーザ光１１ａの光軸の方向）が制御される。

制御演算装置２５は、レーザ観測装置１１Ｂの全体を制御すると共に、レーザ観測装置１１Ｂの動作に必要な様々な演算を行う制御／演算手段として動作する。通信装置２７は、中継衛星１５と通信し、宇宙物体２の観測に必要な様々な情報やデータを中継衛星１５と交換する。

図９Ｂは、本実施形態における中継衛星１５の構成を示すブロック図である。中継衛星１５は、ミラー光学系４１と、受光光学系４２と、レーザ光受光部４３と、通信装置４４と、制御演算装置４５とを備えている。

ミラー光学系４１は、中継ミラーを備えており、レーザ観測装置１１Ｂから送られてくる照射レーザ光１１ａの方向を変え、宇宙物体２に向けて導光する導光光学系として用いられる。ミラー光学系４１は、中継衛星１５から出射される照射レーザ光１１ａの照射方向及び広がり角（即ち、宇宙物体２に照射される照射レーザ光１１ａの照射方向及び広がり角）を調節可能であるように構成される。なお、中継ミラーを用いることは必須ではなく、ミラー光学系４１の代わりに適宜の光学素子によって照射レーザ光１１ａの方向を変えて宇宙物体２に向けて出射するように構成された適宜の導光光学系をミラー光学系４１の代わりに用いることもできる。

受光光学系４２は、宇宙物体２による照射レーザ光１１ａの反射によって生成される反射レーザ光１１ｂを受光してレーザ光受光部４３に向けて出射する。受光光学系４２は、一実施形態では、鏡筒及び該鏡筒を駆動する駆動部を備えていてもよい。該駆動部は、制御演算装置４５によって制御され、これにより、鏡筒の向きが制御される。レーザ光受光部４３は、反射レーザ光１１ｂを受光して撮像する。

通信装置４４は、レーザ観測装置１１Ｂと通信し、宇宙物体２の観測に必要な様々な情報やデータをレーザ観測装置１１Ｂと交換する。

制御演算装置４５は、中継衛星１５の全体を制御すると共に、中継衛星１５の動作に必要な様々な演算を行う制御／演算手段として動作する。例えば、制御演算装置４５は、レーザ光受光部４３によって撮像された反射レーザ光１１ｂの撮像画像に対し、宇宙物体２の観測のための画像処理を行ってもよい。

図８を再度に参照して、以下では、本実施形態の宇宙物体観測システム１Ｂによる宇宙物体２の観測について詳細に説明する。

レーザ観測装置１１Ｂ及び中継衛星１５を用いた宇宙物体２の観測に先立ち、電波観測装置１２及び光学観測装置１３による観測が行われ、事前観測情報１２ａ、１３ａが取得される。電波観測装置１２及び光学観測装置１３による事前観測情報１２ａ、１３ａの取得は、第１の実施形態と同様の方法によって行ってもよい。取得された事前観測情報１２ａ、１３ａは、レーザ観測装置１１Ｂに送信される。

続いて、電波観測装置１２及び光学観測装置１３によって得られた事前観測情報１２ａ、１３ａに基づいて、宇宙物体２の推定軌道範囲が、レーザ観測装置１１Ｂの制御演算装置２５により算出される。事前観測情報１２ａ、１３ａに基づく推定軌道範囲の算出は、第１及び第２の実施形態における推定軌道範囲３２の算出と同様の方法で行ってもよい。

更に、事前観測情報１２ａ、１３ａに基づいて算出された宇宙物体２の推定軌道範囲に基づいて、レーザ観測装置１１Ｂ及び中継衛星１５による観測を行おうとする観測時刻において宇宙物体２が位置すると推定される領域である宇宙物体推定位置領域が、レーザ観測装置１１Ｂの制御演算装置２５によって算出される。宇宙物体推定位置領域は、例えば、該観測時刻においてその内部に宇宙物体２が存在する確率が所定値以上である（例えば９０％以上である）領域として算出されてもよい。

続いて、算出された宇宙物体推定位置領域に基づいて、レーザ観測装置１１Ｂ及び中継衛星１５による観測を行う観測領域が、レーザ観測装置１１Ｂの制御演算装置２５によって設定される。一実施形態では、観測領域は、宇宙物体推定位置領域の全体が該観測領域の内部に位置するように設定される。

更に、設定された観測領域についてレーザ観測装置１１Ｂ及び中継衛星１５を用いた宇宙物体２の観測が行われる。

当該宇宙物体観測システム１Ｂが複数の中継衛星１５を有している場合には、宇宙物体２の観測に実際に用いられる中継衛星１５が、設定された観測領域に応じて選択される。設定された観測領域の観測に最も適した中継衛星１５が選択される。中継衛星１５の選択においては、例えば、下記の要素が考慮されることが好ましい。
（１）観測対象である宇宙物体２と中継衛星１５の距離
（２）中継衛星１５から宇宙物体２への方向（宇宙物体２の撮像画像の背景に太陽が存在することは、宇宙物体２の観測に好ましくない。）
（３）レーザ観測装置１１Ｂと中継衛星１５との間の経路の状態（例えば、照射レーザ光１１ａを遮る雲がレーザ観測装置１１Ｂと中継衛星１５との間に存在することは好ましくない。）
（４）宇宙物体２と中継衛星１５との間の経路の状態（例えば、観測対象の宇宙物体２と中継衛星１５との間に、他の宇宙物体が存在することは好ましくない。）

本実施形態の宇宙物体観測システム１Ｂには、上述の構成のレーザ観測装置１１Ｂを複数設置してもよい。この場合、宇宙物体２の観測に使用するレーザ観測装置１１Ｂ及び中継衛星１５の組み合わせを、設定された観測領域に応じて選択してもよい。この場合、設定された観測領域の観測に最も適したレーザ観測装置１１Ｂ及び中継衛星１５の組み合わせが選択される。レーザ観測装置１１Ｂ及び中継衛星１５の組み合わせの選択においても、上記の要素（１）〜（４）が考慮されることが好ましい。

このようにして選択された中継衛星１５（及びレーザ観測装置１１Ｂが選択される場合には選択されたレーザ観測装置１１Ｂ）を用いて宇宙物体２の光学観測が行われる。レーザ観測装置１１Ｂは、選択された中継衛星１５に向けて照射レーザ光１１ａを出射する。中継衛星１５のミラー光学系４１は、レーザ観測装置１１Ｂから入射する照射レーザ光１１ａの進行方向を変え、照射レーザ光１１ａを設定された観測領域に導光する。中継衛星１５の受光光学系４２及びレーザ光受光部４３は、照射レーザ光１１ａが宇宙物体２によって反射されて生成される反射レーザ光１１ｂを受光して光学観測を行う。

この光学観測においては、設定された観測領域に適合するように、中継衛星１５から出射される照射レーザ光１１ａの照射方向（中継衛星１５から出射される照射レーザ光１１ａの光軸の方向）及び照射レーザ光１１ａの広がり角が、レーザ観測装置１１Ｂの制御演算装置２５によって設定される。照射レーザ光１１ａの照射方向及び広がり角は、通信によって中継衛星１５に通知され、中継衛星１５のミラー光学系４１は、設定された照射方向及び広がり角で照射レーザ光１１ａが出射されるように設定される。

更に、レーザ観測装置１１Ｂの制御演算装置２５によって設定された観測領域は、通信によって中継衛星１５に通知され、中継衛星１５の受光光学系４２とレーザ光受光部４３は、該観測領域について光学観測を行うように設定される。これにより、照射レーザ光１１ａが宇宙物体２によって反射されて生成される反射レーザ光１１ｂによる宇宙物体２の光学観測を行うことができる。

第３の実施形態においても、第１及び第２の実施形態と同様に、電波観測装置１２及び光学観測装置１３によって得られた事前観測情報１２ａ、１３ａに基づいて、所望の観測時刻における宇宙物体２の宇宙物体推定位置領域が算出され、算出された宇宙物体推定位置領域に合わせて宇宙物体２に照射される照射レーザ光１１ａの照射方向及び広がり角が設定される。このような動作によれば、宇宙物体２に照射される照射レーザ光１１ａのエネルギー密度を高くできることは上述の通りである。

また、本実施形態の宇宙物体観測システム１Ｂでは、宇宙空間に位置する中継衛星１５を利用して宇宙物体２の観測を行うため、宇宙物体２から近い位置で観測が可能である。これは、高いエネルギー密度の反射レーザ光１１ｂを観測できる点で好適である。

加えて、複数の中継衛星１５のうちから最適な中継衛星１５を選択する構成では、レーザ観測装置１１Ｂと中継衛星１５との間の経路及びレーザ観測装置１１Ｂと中継衛星１５との間の経路として、良好な状態の経路を選択できるという利点がある。例えば、図８に図示されているように、本実施形態の宇宙物体観測システム１Ｂでは、レーザ観測装置１１Ｂと宇宙物体２の間に雲１６が存在するような場合でも、中継衛星１５を利用して観測することで宇宙物体２の観測が可能である。加えて、宇宙物体２の観測方向についても、良好な方向を選択できるという利点がある。例えば、適切な中継衛星１５を選択すれば、宇宙物体２の撮像画像の背景に太陽が入らないような観測方向で宇宙物体２の観測することができる。このような利点は、複数のレーザ観測装置１１Ｂのうちから最適なレーザ観測装置１１Ｂを選択するような構成を採用した場合により顕著になる。

なお、本実施形態において、レーザ観測装置１１Ｂのレーザ発振器２１としてパルスレーザを使用し（即ち、照射レーザ光１１ａとしてパルスレーザ光を発生し）、レーザ発振器２１が発生するパルスレーザ光に同期したアクティブレンジゲーティングを中継衛星１５のレーザ光受光部４３において実行すれば、第１の実施形態と同様に、レーザ測距を行うこともできる。これにより、宇宙物体２の方位角、仰角のみならず中継衛星１５と宇宙物体２の間の距離を特定でき、よって、宇宙物体２の３次元位置を特定できる。一実施形態では、例えば、ＧＰＳ（global positioning system）によって得られる位置情報と時刻情報を用いることで、レーザ観測装置１１Ｂのレーザ発振器２１と中継衛星１５のレーザ光受光部４３の同期を実現してもよい。

更に、第３の実施形態においても、第１及び第２の実施形態と同様に、照射レーザ光１１ａを走査しながら観測を行ってもよい。この場合、中継衛星１５のミラー光学系４１は、ミラー光学系４１から出射される照射レーザ光１１ａを走査可能であるように（即ち、照射レーザ光１１ａの照射方向を逐次に変更可能であるように）構成される。

また、第３の実施形態において、レーザ観測装置１１Ｂから中継衛星１５にレーザ光を供給し、当該レーザ光による中継衛星１５への電力伝送を行ってもよい。一実施形態では、中継衛星１５に光電変換装置（図示されない）が設けられ、中継衛星１５への電力伝送を行う場合に、中継衛星１５のミラー光学系４１が、レーザ観測装置１１Ｂから中継衛星１５に供給されたレーザ光を該光電変換装置に導入する。該光電変換装置は、導入されたレーザ光から電力を発生し、中継衛星１５に設けられた蓄電装置（図示されない）を充電する。このような動作によれば、中継衛星１５の寿命を延長することができる。このとき、電力伝送に使用するレーザ光は連続波レーダ光が好ましいので、例えばレーザ測距を行う場合のように、宇宙物体２の観測においてレーザ観測装置１１Ｂのレーザ発振器２１によって発生したパルスレーザ光を使用する場合には、中継衛星１５への電力伝送においては、レーザ観測装置１１Ｂのレーザ発振器２１の動作が、連続波レーザ光を発生するように切り替えられてもよい。このような動作によれば、中継衛星１５の電力伝送の効率を向上させることができる。また、レーザ測距用のレーザ発振器２１とは別に電力伝送用のレーザ発振器が設けられてもよく、レーザ測距用のレーザ発振器２１とは別に電力伝送用のレーザ発振器が設けられる場合には、更に、レーザ測距用の照射光学系２２とは別に電力伝送用の照射光学系が設けられてもよい。

（第４の実施形態）
図１０は、本発明の第４の実施形態の宇宙物体観測システム１Ｃの構成を示す概念図である。本実施形態の宇宙物体観測システム１Ｃは、レーザ照射機体５１と、少なくとも一の観測機体５２と、指令センター装置５３とを備えている。図１０には、２つの観測機体５２が図示されている。

第４の実施形態の宇宙物体観測システム１Ｃは、レーザ照射機体５１と観測機体５２とを用いて宇宙物体２を観測するように構成されている。詳細には、レーザ照射機体５１は、宇宙物体２に照射すべき照射レーザ光５１ａを出射する機器を搭載した飛行体（例えば、有人航空機やＵＡＶ（unmanned air vehicle））である。観測機体５２は、照射レーザ光５１ａが宇宙物体２によって反射されて生成された反射レーザ光５１ｂを観測する機器を搭載した飛行体である。指令センター装置５３は、レーザ照射機体５１及び観測機体５２に観測に関する様々な指令を送信すると共に、レーザ照射機体５１及び観測機体５２によって得られた情報をレーザ照射機体５１及び観測機体５２から受信する演算装置（コンピュータ）である。

なお、第４の実施形態においても、電波観測装置１２及び光学観測装置１３が設けられ、電波観測装置１２及び光学観測装置１３から指令センター装置５３に事前観測情報１２ａ、１３ａが送信されるが、図１０には電波観測装置１２及び光学観測装置１３は図示されていない。本実施形態においても、電波観測装置１２及び光学観測装置１３によって得られた事前観測情報１２ａ、１３ａに基づいて所望の観測時刻における宇宙物体２の宇宙物体推定位置領域を算出し、算出された宇宙物体推定位置領域に合わせてレーザ照射機体５１から宇宙物体２に照射される照射レーザ光１１ａの照射方向及び広がり角が設定される。このような動作によれば、宇宙物体２に照射される照射レーザ光１１ａのエネルギー密度を高くできることは上述の通りである。

図１１Ａは、本実施形態において、レーザ照射機体５１に搭載される機器の構成を示すブロック図である。レーザ照射機体５１には、レーザ発振器６１と、照射光学系６２と、通信装置６３と、制御演算装置６４とが搭載される。

レーザ発振器６１と照射光学系６２とは、照射レーザ光５１ａを出射するためのレーザ装置を構成している。詳細には、レーザ発振器６１は、宇宙物体２に照射すべき照射レーザ光５１ａを発生する。本実施形態では、レーザ発振器６１としてパルスレーザ光を発生するパルスレーザが用いられる。レーザ発振器６１によって発生された照射レーザ光５１ａは、照射光学系６２に入射される。

照射光学系６２は、レーザ発振器６１から受け取った照射レーザ光６１ａを宇宙物体２に向けて出射する。
照射光学系６２は、一実施形態では、鏡筒及び該鏡筒を駆動する駆動部を備えていてもよい。該駆動部は、制御演算装置６４によって制御され、これにより、鏡筒の向き、即ち、照射レーザ光５１ａの照射方向（照射レーザ光５１ａの光軸の方向）が制御される。加えて、照射光学系６２は、照射光学系６２から出射される照射レーザ光５１ａの広がり角が調節可能であるように構成される。

通信装置６３は、指令センター装置５３と通信し、宇宙物体２の観測に必要な様々な情報やデータを指令センター装置５３と交換する。加えて、通信装置６３は、ＧＰＳ衛星５４からＧＰＳ信号を受信する機能も有している。後述されるように、ＧＰＳ衛星５４から受信したＧＰＳ信号は、レーザ照射機体５１の位置の特定と、レーザ照射機体５１と観測機体５２との同期（時刻合わせ）に用いられる。

制御演算装置６４は、レーザ発振器６１、照射光学系６２及び通信装置６３を制御すると共に、レーザ発振器６１、照射光学系６２及び通信装置６３の動作に必要な様々な演算を行う制御／演算手段として動作する。

図１１Ｂは、本実施形態における観測機体５２の構成を示すブロック図である。観測機体５２は、受光光学系７１と、レーザ光受光部７２と、通信装置７３と、制御演算装置７４とを備えている。

受光光学系７１は、宇宙物体２による照射レーザ光５１ａの反射によって生成される反射レーザ光５１ｂを受光してレーザ光受光部７２に向けて出射する。受光光学系７１は、一実施形態では、鏡筒及び該鏡筒を駆動する駆動部を備えていてもよい。該駆動部は、制御演算装置７４によって制御され、これにより、鏡筒の向きが制御される。

レーザ光受光部７２は、反射レーザ光５１ｂを受光して撮像する。本実施形態では、レーザ光受光部７２として、レーザ照射機体５１のレーザ発振器６１が発生するパルスレーザ光に同期したアクティブレンジゲーティング（active range gating）を実行する撮像装置が用いられる。レーザ光受光部７２においてレーザ発振器６１が発生するパルスレーザ光に同期したアクティブレンジゲーティング（active range gating）を実行することで、レーザ測距を行うことができる。

通信装置７３は、指令センター装置５３と通信し、宇宙物体２の観測に必要な様々な情報やデータを指令センター装置５３と交換する。加えて、通信装置７３は、ＧＰＳ衛星５４からＧＰＳ信号を受信する機能も有している。後述されるように、ＧＰＳ衛星５４から受信したＧＰＳ信号は、観測機体５２の位置の特定と、レーザ照射機体５１と観測機体５２との同期（時刻合わせ）に用いられる。

制御演算装置７４は、受光光学系７１、レーザ光受光部７２及び通信装置７３を制御すると共に、宇宙物体２の観測に必要な演算を行う制御／演算手段として動作する。例えば、制御演算装置７４は、レーザ光受光部７２によって撮像された反射レーザ光５１ｂの撮像画像に対し、宇宙物体２の観測のための画像処理を行ってもよい。

図１０を再度に参照して、以下では、本実施形態の宇宙物体観測システム１Ｂによる宇宙物体２の観測について詳細に説明する。

レーザ照射機体５１及び観測機体５２を用いた宇宙物体２の観測に先立ち、電波観測装置１２及び光学観測装置１３による観測が行われ、事前観測情報１２ａ、１３ａが取得される。電波観測装置１２及び光学観測装置１３による事前観測情報１２ａ、１３ａの取得は、第１の実施形態と同様の方法によって行ってもよい。取得された事前観測情報１２ａ、１３ａは、指令センター装置５３に送信される。

続いて、電波観測装置１２及び光学観測装置１３によって得られた事前観測情報１２ａ、１３ａに基づいて、宇宙物体２の推定軌道範囲が、指令センター装置５３により算出される。事前観測情報１２ａ、１３ａに基づく推定軌道範囲の算出は、第１及び第２の実施形態における推定軌道範囲３２の算出と同様の方法で行ってもよい。

更に、事前観測情報１２ａ、１３ａに基づいて算出された宇宙物体２の推定軌道範囲に基づいて、宇宙物体２の観測を行おうとする観測時刻において宇宙物体２が位置すると推定される領域である宇宙物体推定位置領域が、指令センター装置５３によって算出される。宇宙物体推定位置領域は、例えば、該観測時刻においてその内部に宇宙物体２が存在する確率が所定値以上である（例えば９０％以上である）領域として算出されてもよい。

続いて、算出された宇宙物体推定位置領域に基づいて、レーザ観測装置１１Ｂ及び中継衛星１５による観測を行う観測領域が、指令センター装置５３によって設定される。一実施形態では、観測領域は、宇宙物体推定位置領域の全体が該観測領域の内部に位置するように設定される。

更に、設定された観測領域についてレーザ照射機体５１と観測機体５２とを用いた宇宙物体２の観測が行われる。

当該宇宙物体観測システム１Ｃが複数の観測機体５２を有している場合には、宇宙物体２の観測に実際に用いられる観測機体５２が、設定された観測領域に応じて選択される。設定された観測領域の観測に最も適した観測機体５２が選択される。観測機体５２の選択においては、例えば、下記の要素が考慮されることが好ましい。
（１）観測対象である宇宙物体２と観測機体５２の距離
（２）観測機体５２から宇宙物体２への方向（宇宙物体２の撮像画像の背景に太陽が存在することは、宇宙物体２の観測に好ましくない。）
（３）宇宙物体２と観測機体５２との間の経路の状態（例えば、観測対象の宇宙物体２と観測機体５２との間に、他の宇宙物体が存在することは好ましくない。）

このようにして選択された観測機体５２を用いて宇宙物体２の観測が行われる。本実施形態では、宇宙物体２のレーザ測距が行われる。具体的には、設定された観測領域に適合するように、レーザ照射機体５１から出射される照射レーザ光５１ａの照射方向（照射レーザ光５１ａの光軸の方向）、照射レーザ光５１ａの広がり角、及び、レーザ測距における距離測定の測定範囲が、指令センター装置５３によって設定される。レーザ測距においては、一般に、距離の測定範囲が設定され、測定対象が当該測定範囲にあるものとして距離測定が行われることに留意されたい。観測領域は宇宙物体推定位置領域に基づいて設定されるので、照射レーザ光５１ａの照射方向、広がり角及び距離測定の測定範囲は、宇宙物体推定位置領域に基づいて設定されることになる。設定された照射レーザ光５１ａの照射方向、広がり角及び距離測定の測定範囲は、通信により、指令センター装置５３からレーザ照射機体５１及び観測機体５２に通知される。

レーザ照射機体５１のレーザ発振器６１及び照射光学系６２は、宇宙物体２に向けて照射レーザ光５１ａを出射する。照射レーザ光５１ａは、指令センター装置５３によって設定された照射方向及び広がり角で出射される。観測機体５２の受光光学系７１及びレーザ光受光部７２は、照射レーザ光５１ａが宇宙物体２によって反射されて生成される反射レーザ光５１ｂを受光する。レーザ光受光部７２により受光された反射レーザ光５１ｂに基づいてレーザ測距が行われ、これにより、宇宙物体２の観測、具体的には、宇宙物体２の３次元位置の特定が行われる。

本実施形態では、レーザ測距を行うために、レーザ照射機体５１のレーザ発振器６１が発生するパルスレーザ光に同期したアクティブレンジゲーティングがレーザ光受光部７２において実行される。アクティブレンジゲーティングの実行のためのレーザ発振器６１とレーザ光受光部７２の同期には、レーザ照射機体５１及び観測機体５２がＧＰＳ衛星５４から受け取ったＧＰＳ信号が利用される。このＧＰＳ信号を用いてレーザ発振器６１とレーザ光受光部７２との間で時刻合わせが行われ、これにより、レーザ測距におけるアクティブレンジゲーティングがレーザ光受光部７２において実施される。

宇宙物体２の３次元位置の特定のための演算は、指令センター装置５３によって行われる。詳細には、レーザ照射機体５１の制御演算装置６４は、ＧＰＳ衛星５４から受け取ったＧＰＳ信号からレーザ照射機体５１の位置を示す位置情報を生成し、同様に、観測機体５２の制御演算装置７４は、ＧＰＳ衛星５４から受け取ったＧＰＳ信号から観測機体５２の位置を示す位置情報を生成する。レーザ照射機体５１の位置を示す位置情報は、レーザ照射機体５１から指令センター装置５３に送信され、同様に、観測機体５２の位置を示す位置情報は、観測機体５２から指令センター装置５３に送信される。更に、観測機体５２によって撮像された画像の撮像画像データが観測機体５２から指令センター装置５３に送信される。指令センター装置５３は、レーザ照射機体５１及び観測機体５２の位置を示す位置情報と観測機体５２によって撮像された画像の撮像画像データとに対してレーザ測距のための演算を行い、これにより、宇宙物体２の観測、具体的には宇宙物体２の３次元位置の特定が行われる。

第４の実施形態においても、第１乃至第３の実施形態と同様に、電波観測装置１２及び光学観測装置１３によって得られた事前観測情報１２ａ、１３ａに基づいて、所望の観測時刻における宇宙物体２の宇宙物体推定位置領域が算出され、算出された宇宙物体推定位置領域に合わせて宇宙物体２に照射される照射レーザ光５１ａの照射方向及び広がり角が設定される。このような動作によれば、宇宙物体２に照射される照射レーザ光５１ａのエネルギー密度を高くできることは上述の通りである。

また、本実施形態の宇宙物体観測システム１Ｃでは、照射レーザ光５１ａの出射及び反射レーザ光５１ｂの観測が飛行体に搭載された機器で行われるので、天候の影響を抑制しながら宇宙物体２の観測を行うことができる。例えば、レーザ照射機体５１及び観測機体５２を雲の上の高度で飛行させれば、天候の影響を受けずに宇宙物体２の観測を行うことができる。加えて、本実施形態の宇宙物体観測システム１Ｃは、移動体であるレーザ照射機体５１及び観測機体５２を用いて宇宙物体２を観測するので、宇宙物体２を最適な位置から観測することができるという利点もある。更に、本実施形態の宇宙物体観測システム１Ｃは、第３の実施形態の宇宙物体観測システム１Ｂとは異なり、人工衛星（第３の実施形態では、中継衛星１５）を打ち上げる必要がないので、スペースデブリが増加しないという利点もある。

なお、上述の第４の実施形態では、照射レーザ光５１ａを宇宙物体２に照射する機器（図１１Ａに図示された装置群）が飛行体に搭載された構成が提示されているが、照射レーザ光１１ａを宇宙物体２に照射する機器は、大気圏内で移動する移動体に搭載されてもよく、例えば、船舶のような海上航走体に搭載されてもよい。同様に、上述の第４の実施形態では、宇宙物体２からの反射レーザ光５１ｂを観測する機器（図１１Ｂに図示された装置群）が飛行体に搭載された構成が提示されているが、反射レーザ光５１ｂを観測する機器は、大気圏内で移動する移動体に搭載されてもよく、例えば、船舶のような海上航走体に搭載されてもよい。

更に、第４の実施形態においても、第１乃至第３の実施形態と同様に、照射レーザ光１１ａを走査しながら観測を行ってもよい。この場合、中継衛星１５のミラー光学系４１は、ミラー光学系４１から出射される照射レーザ光１１ａを走査可能であるように（即ち、照射レーザ光１１ａの照射方向を逐次に変更可能であるように）構成される。

以上には、本発明の実施形態が具体的に記載されているが、本発明が上記の実施形態に限定されると解釈してはならない。本発明が様々な変更と共に実施され得ることは、当業者には自明的であろう。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ：宇宙物体観測システム
２ ：宇宙物体
２ａ ：スペースデブリ
２ｂ ：人工衛星
３ ：宇宙物体
１１、１１Ｂ：レーザ観測装置
１１Ａ ：レーザ装置
１１ａ ：照射レーザ光
１１ｂ ：反射レーザ光
１２ ：電波観測装置
１２ａ ：事前観測情報
１３ ：光学観測装置
１３ａ ：事前観測情報
１４ ：指令センター装置
１４ａ ：制御指令
１４ｂ ：制御指令
１５ ：中継衛星
１６ ：雲
２１ ：レーザ発振器
２２ ：照射光学系
２３ ：分離ミラー
２４ ：レーザ光受光部
２５ ：制御演算装置
２６ ：受光光学系
２７ ：通信装置
３１ ：推定軌道範囲
３２ ：事前観測情報に基づく推定軌道範囲
３３ ：観測領域
４１ ：ミラー光学系
４２ ：受光光学系
４３ ：レーザ光受光部
４４ ：通信装置
４５ ：制御演算装置
５１ ：レーザ照射機体
５１ａ ：照射レーザ光
５１ｂ ：反射レーザ光
５２ ：観測機体
５３ ：指令センター装置
５４ ：ＧＰＳ衛星
６１ ：レーザ発振器
６１ａ ：照射レーザ光
６２ ：照射光学系
６３ ：通信装置
６４ ：制御演算装置
７１ ：受光光学系
７２ ：レーザ光受光部
７３ ：通信装置
７４ ：制御演算装置

Claims (19)

1. 宇宙空間に位置する宇宙物体を観測する宇宙物体観測システムであって、
   大気圏内に設けられた、照射レーザ光を出射するように構成されたレーザ装置と、
   前記照射レーザ光の前記宇宙物体による反射によって生成された反射レーザ光を受光して観測する受光部と、
   前記宇宙物体の観測によって得られた事前観測情報を取得する事前観測情報取得手段と、
   制御手段
   とを具備し、
   前記制御手段は、前記事前観測情報に基づいて、ある観測時刻において前記宇宙物体が位置すると推定される領域である宇宙物体推定位置領域を算出し、前記観測時刻において前記宇宙物体に照射される前記照射レーザ光の広がり角を前記宇宙物体推定位置領域に基づいて設定する
   宇宙物体観測システム。
2. 請求項１に記載の宇宙物体観測システムであって、
   前記事前観測情報取得手段は、前記宇宙物体の観測を行って前記事前観測情報を取得する事前観測局を具備する
   宇宙物体観測システム。
3. 請求項２に記載の宇宙物体観測システムであって、
   前記事前観測局は、
   宇宙空間に向かって電波を放射し、前記電波が前記宇宙物体によって反射されて発生した反射波を観測する電波観測装置と、
   前記宇宙物体からの太陽光の反射光を観測する光学観測装置
   とを含み、
   前記事前観測情報は、前記電波観測装置による前記反射波の観測によって得られる第１事前観測情報と、前記光学観測装置による前記反射光の観測によって得られる第２事前観測情報とのうちの少なくとも一方を含む
   宇宙物体観測システム。
4. 請求項３に記載の宇宙物体観測システムであって、
   前記第１事前観測情報は、前記電波観測装置によって得られた前記宇宙物体までの距離を示す距離情報を含み、
   前記第２事前観測情報は、前記光学観測装置によって得られた前記宇宙物体の方位角及び仰角を示す第１方位角／仰角情報を含み、
   前記宇宙物体推定位置領域が、前記距離情報と前記第１方位角／仰角情報とに基づいて算出される
   宇宙物体観測システム。
5. 請求項４に記載の宇宙物体観測システムであって、
   前記第１事前観測情報は、更に、前記電波観測装置によって得られた前記宇宙物体の方位角及び仰角を示す第２方位角／仰角情報を含み、
   前記宇宙物体推定位置領域が、前記距離情報と前記第１方位角／仰角情報と前記第２方位角／仰角情報に基づいて算出される
   宇宙物体観測システム。
6. 請求項２に記載の宇宙物体観測システムであって、
   前記制御手段は、前記事前観測情報に加え、当該宇宙物体観測装置システムの外部から得られた前記宇宙物体の軌道に関する情報である外部事前観測情報に基づいて、前記宇宙物体推定位置領域を算出する
   宇宙物体観測システム。
7. 請求項６に記載の宇宙物体観測システムであって、
   前記制御手段は、前記事前観測情報と前記外部事前観測情報とに対して重み付けを行って前記宇宙物体推定位置領域を算出する
   宇宙物体観測システム。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の宇宙物体観測システムであって、
   更に、前記受光部によって受光された前記反射レーザ光に基づいて、レーザ測距により前記宇宙物体の３次元位置を特定する演算手段を具備する
   宇宙物体観測システム。
9. 請求項８に記載の宇宙物体観測システムであって、
   前記制御手段は、前記宇宙物体推定位置領域に基づいて前記レーザ測距における距離測定の測定範囲を設定する
   宇宙物体観測システム。
10. 請求項２に記載の宇宙物体観測システムであって、
    前記事前観測局は、前記宇宙物体からの太陽光の反射光を観測する光学観測装置を含み、
    前記光学観測装置は、前記受光部として前記反射レーザ光の光学観測を行う
    宇宙物体観測システム。
11. 請求項１に記載の宇宙物体観測システムであって、
    更に、少なくとも一の中継衛星を含み、
    前記制御手段は、前記宇宙物体推定位置領域に基づいて観測領域を設定し、
    前記中継衛星は、前記レーザ装置から出射される前記照射レーザ光の方向を変えて前記観測領域に導光するように構成された導光光学系を備え、
    前記受光部が、前記中継衛星に搭載された
    宇宙物体観測システム。
12. 請求項１１に記載の宇宙物体観測システムであって、
    前記中継衛星は複数であり、
    前記制御手段は、前記観測領域に基づいて前記複数の中継衛星のうちから選択中継衛星を選択し、
    前記レーザ装置は、前記選択中継衛星に向けて前記照射レーザ光を出射し、
    前記選択中継衛星は、前記レーザ装置から出射される前記照射レーザ光の方向を変えて前記観測領域に導光する
    宇宙物体観測システム。
13. 請求項１２に記載の宇宙物体観測システムであって、
    前記レーザ装置は複数であり、
    前記制御手段は、前記観測領域に基づいて前記複数のレーザ装置のうちから選択レーザ装置を選択し、
    前記選択レーザ装置は、前記選択中継衛星に向けて前記照射レーザ光を出射する
    宇宙物体観測システム。
14. 請求項１１に記載の宇宙物体観測システムであって、
    前記中継衛星は蓄電装置を備えており、
    前記中継衛星は、前記宇宙物体の観測を行わないときに、前記レーザ装置から受け取った前記照射レーザ光から光電変換装置によって電力を発生して前記蓄電装置を充電するように構成された
    宇宙物体観測システム。
15. 請求項１に記載の宇宙物体観測システムであって、
    更に、大気圏内を移動可能に構成された第１及び第２移動体を具備し、
    前記レーザ装置が前記第１移動体に搭載され、
    前記受光部が前記第２移動体に搭載された
    宇宙物体観測システム。
16. 請求項１に記載の宇宙物体観測システムであって、
    更に、大気圏内を移動可能に構成された移動体を具備し、
    前記レーザ装置及び前記受光部が、前記移動体に搭載された
    宇宙物体観測システム。
17. 請求項１に記載の宇宙物体観測システムであって、
    前記制御手段は、前記宇宙物体推定位置領域に基づいて観測領域を設定し、前記照射レーザ光が前記観測領域を走査するように前記レーザ装置を制御する
    宇宙物体観測システム。
18. レーザ装置から出射される照射レーザ光の方向を変えて観測領域に導光するように構成された導光光学系と、
    前記照射レーザ光の宇宙物体による反射によって生成された反射レーザ光を受光して観測する受光部
    とを具備し、
    前記導光光学系は、前記導光光学系から出射されて前記観測領域に照射される前記照射レーザ光の広がり角を調節可能に構成された
    中継衛星。
19. 宇宙空間に位置する宇宙物体を観測する宇宙物体観測方法であって、
    前記宇宙物体の事前観測情報を得るステップと、
    前記事前観測情報に基づいて、ある観測時刻において前記宇宙物体が位置すると推定される領域である宇宙物体推定位置領域を算出するステップと、
    大気圏内に設けられたレーザ装置から照射レーザ光を出射するステップと、
    前記照射レーザ光の前記宇宙物体による反射によって生成された反射レーザ光を受光して観測するステップ
    とを具備し、
    前記観測時刻において前記宇宙物体に照射される前記照射レーザ光の広がり角が、前記宇宙物体推定位置領域に基づいて設定される
    宇宙物体観測方法。

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