JP2020032874A - System and method for controlling position and attitude of artificial satellite - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば超小型の人工衛星のフォーメーションフライト制御に好適な人工衛星の位置・姿勢制御システム及び人工衛星の位置・姿勢制御方式に関する。 The present invention relates to an artificial satellite position / attitude control system and an artificial satellite position / attitude control method suitable for, for example, formation flight control of a micro satellite.
2つの人工衛星間の相対位置・相対姿勢制御について、スラスタなどの推進装置やリアクションホイールなどの姿勢制御装置が用いられている。しかし、これらの装置は容量や重量が大きく、特に小型衛星には搭載するのが困難である。このようなリソースが不足する人工衛星では、磁気トルカや磁力発生装置を用いるなど、軽量・小型・簡素な装置への置き換えが行われている(例えば特許文献1参照)。 For controlling the relative position and relative attitude between two artificial satellites, a propulsion device such as a thruster and an attitude control device such as a reaction wheel are used. However, these devices have large capacities and weights, and are difficult to mount especially on small satellites. Artificial satellites that lack such resources have been replaced with lightweight, compact, and simple devices, such as using magnetic torquers and magnetic force generators (see Patent Document 1, for example).
特許文献1の如く相対位置・相対姿勢制御に磁力を用いる場合でも、相対位置・相対姿勢の全軸の制御は可制御ではなく、補助的に別途推進装置や姿勢制御装置を必要とする。 Even when magnetic force is used for relative position / relative attitude control as in Patent Document 1, control of all axes of relative position / relative attitude is not controllable, and a separate propulsion device or attitude control device is required.
磁気トルカについては、地磁気の存在する天体の周回軌道に用途が限定される。 Applications of magnetic torquers are limited to orbits of celestial bodies where geomagnetism exists.
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、上記の周回軌道に用途が限定されることなく、磁力だけで人工衛星間の相対位置及び相対姿勢制御が可能な人工衛星の位置・姿勢制御システム及び人工衛星の位置・姿勢制御方式を提供することにある。 In view of the circumstances described above, an object of the present invention is to control the position and attitude of an artificial satellite that can control the relative position and relative attitude between the artificial satellites only by magnetic force without being limited to the above-mentioned orbit. An object of the present invention is to provide a system and a position / attitude control method for an artificial satellite.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る人工衛星の位置・姿勢制御システムは、第1の人工衛星と第2の人工衛星との間の相対位置及び相対姿勢を制御するシステムにおいて、前記第1及び第2の人工衛星のそれぞれが3軸磁場発生源及び制御部を有し、各前記制御部は、前記第1の人工衛星と前記第2の人工衛星との間の相対位置及び相対姿勢に応じて、各前記3軸磁場発生源で発生する磁場の磁束密度ベクトルを制御する。
これにより、地磁気の存在する天体の周回軌道に用途が限定されることなく、磁力だけで人工衛星間の相対位置及び相対姿勢制御が可能となる。
In order to achieve the above object, a position / attitude control system for an artificial satellite according to one embodiment of the present invention is a system for controlling a relative position and an relative attitude between a first artificial satellite and a second artificial satellite, Each of the first and second satellites has a three-axis magnetic field source and a control unit, and each of the control units includes a relative position between the first and second satellites and A magnetic flux density vector of a magnetic field generated by each of the three-axis magnetic field sources is controlled according to the relative attitude.
Thereby, the relative position and relative attitude between the satellites can be controlled only by the magnetic force, without being limited to the orbit of the celestial body where the geomagnetism exists.
各前記制御部は、前記第2の人工衛星を前記第1の人工衛星に対して相対的に並進移動させる際に、前記第1の人工衛星と前記第2の人工衛星との間で発生するトルクを最小限に抑えるように、各前記3軸磁場発生源で発生する磁場の磁束密度ベクトルを時分割制御することが好ましい形態である。
これにより、磁場だけで安定して並進移動が可能となる。
Each of the control units is generated between the first artificial satellite and the second artificial satellite when the second artificial satellite is translated relative to the first artificial satellite. In a preferred embodiment, the magnetic flux density vector of the magnetic field generated by each of the three-axis magnetic field sources is time-divisionally controlled so as to minimize the torque.
Thereby, the translation can be stably performed only by the magnetic field.
各前記制御部は、前記第2の人工衛星を前記第1の人工衛星に対して相対的に並進移動させる際に、前記第2の人工衛星がタックを繰り返してジグザグに進むように、各前記3軸磁場発生源で発生する磁場の磁束密度ベクトルを時分割制御することが好ましい形態である。
これにより、磁場だけで任意の方向に安定して並進移動が可能となる。
Each of the control units is configured such that when the second artificial satellite is translated relative to the first artificial satellite, the second artificial satellite repeats a tack and moves in a zigzag manner. It is preferable that the magnetic flux density vector of the magnetic field generated by the three-axis magnetic field generation source be time-divisionally controlled.
Thus, the translation can be stably performed in an arbitrary direction only by the magnetic field.
前記第1及び第2の人工衛星の他に、前記3軸磁場発生源及び前記制御部を有する1又は2以上の第3の人工衛星を有し、各前記制御部は、前記第1の人工衛星と前記第2の人工衛星と前記第3の人工衛星との間の相対位置及び相対姿勢に応じて、各前記3軸磁場発生源で発生する磁場の磁束密度ベクトルを時分割制御することが好ましい形態である。
これにより、多数の衛星によるフォーメーションフライト制御が可能となる。
In addition to the first and second satellites, the satellite includes one or more third satellites having the three-axis magnetic field generation source and the control unit, and each of the control units includes the first artificial satellite. Time-division control of a magnetic flux density vector of a magnetic field generated by each of the three-axis magnetic field sources according to a relative position and a relative attitude between a satellite, the second artificial satellite, and the third artificial satellite. This is a preferred form.
Thereby, formation flight control by many satellites becomes possible.
前記第3の人工衛星の制御部は、前記第1の人工衛星と前記第2の人工衛星との間の相対位置及び相対姿勢の制御の際に、前記第3の人工衛星の3軸磁場発生源から磁場が発生しないように制御することが好ましい形態である。
これにより、多数の衛星による精度のよいフォーメーションフライト制御が可能となる。
The control unit of the third artificial satellite generates a three-axis magnetic field of the third artificial satellite when controlling a relative position and a relative attitude between the first artificial satellite and the second artificial satellite. It is a preferable mode to control so that a magnetic field is not generated from the source.
This enables accurate formation flight control by a large number of satellites.
本発明の一形態に係る人工衛星の位置・姿勢制御方式は、第1の人工衛星と第2の人工衛星との間の相対位置及び相対姿勢を制御する方式において、前記第1及び第2の人工衛星に搭載した各3軸磁場発生源のそれぞれが発生する3軸の磁束密度ベクトルを、前記第1の人工衛星と前記第2の人工衛星との間の相対位置及び相対姿勢に応じて制御することにより、前記第1の人工衛星に対する前記第2の人工衛星の相対位置ベクトル及び相対姿勢ベクトルを制御する。
これにより、地磁気の存在する天体の周回軌道に用途が限定されることなく、磁力だけで人工衛星間の相対位置及び相対姿勢制御が可能となる。
The position / attitude control method for an artificial satellite according to one embodiment of the present invention is a method for controlling the relative position and the relative attitude between a first artificial satellite and a second artificial satellite, A three-axis magnetic flux density vector generated by each of the three-axis magnetic field sources mounted on the artificial satellite is controlled according to a relative position and a relative attitude between the first artificial satellite and the second artificial satellite. By doing so, the relative position vector and the relative attitude vector of the second artificial satellite with respect to the first artificial satellite are controlled.
Thereby, the relative position and relative attitude between the satellites can be controlled only by the magnetic force, without being limited to the orbit of the celestial body where the geomagnetism exists.
前記第1の人工衛星及び前記第2の人工衛星の他に、前記3軸磁場発生源を搭載する1又は2以上の第3の人工衛星からなる人工衛星コンステレーションにおいて、前記第1の人工衛星と前記第2の人工衛星と前記第3の人工衛星との間で、相対位置及び相対姿勢を時分割制御することが好ましい形態である。
これにより、多数の衛星によるフォーメーションフライト制御が可能となる。
In a satellite constellation made up of one or more third satellites equipped with the three-axis magnetic field generation source in addition to the first satellite and the second satellite, the first satellite In a preferred embodiment, the relative position and the relative attitude between the second artificial satellite and the third artificial satellite are time-divisionally controlled.
Thereby, formation flight control by many satellites becomes possible.
天体を周回する軌道に前記第1の人工衛星を投入し、前記第2の人工衛星を前記第1の人工衛星との距離が軌道周回の周期で変動するレコード盤軌道に投入し、前記第2の人工衛星の相対位置及び相対姿勢を制御する感度を軌道周回の周期で変動させることが好ましい形態である。
これにより、2つの人工衛星による高精度の相対楕円軌道を簡単な制御で実現することができる。
The first artificial satellite is put into an orbit orbiting an celestial body, and the second artificial satellite is put into a record orbit in which the distance from the first artificial satellite fluctuates in a cycle of orbital rotation. It is a preferred embodiment that the sensitivity for controlling the relative position and relative attitude of the artificial satellite is changed in the period of the orbital orbit.
Thus, a highly accurate relative elliptical orbit by two artificial satellites can be realized with a simple control.
本発明により、地磁気の存在する天体の周回軌道に用途が限定されることなく、磁力だけで人工衛星間の相対位置及び相対姿勢制御が可能となる。 According to the present invention, it is possible to control relative positions and relative attitudes between artificial satellites only by magnetic force without being limited to applications in orbits of celestial bodies where geomagnetism exists.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
<人工衛星の位置・姿勢制御システムの構成>
図1は、本発明の一実施形態に係る人工衛星の位置・姿勢制御システムの構成を示す図である。
図1に示すように、人工衛星の位置・姿勢制御システム1は、第1の人工衛星(これを「親衛星」と呼ぶ。)2と第2の人工衛星(これを「子衛星」と呼ぶ。)3との間の相対位置及び相対姿勢を制御する。なお、以下では、人工衛星を単に衛星と呼ぶ場合もある。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<Configuration of satellite position and attitude control system>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a satellite position / attitude control system according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, an artificial satellite position / attitude control system 1 includes a first artificial satellite (this is called a "parent satellite") 2 and a second artificial satellite (this is called a "child satellite"). And 3) controlling the relative position and relative attitude with respect to 3. Hereinafter, the artificial satellite may be simply referred to as a satellite.
親衛星2は、3軸磁場発生源21と、スイッチ部22と、通信部23と、制御部24と、判定部25とを有する。
The
子衛星3も、同様に、3軸磁場発生源31と、スイッチ部32と、通信部33と、制御部34と、判定部35とを有する。
Similarly, the
3軸磁場発生源21、31は、図2に示すように、それぞれ、第1の軸方向を向く電磁石21a、31aと、第2の軸方向を向く電磁石21b、31bとを有する。なお、電磁石21a、31aと電磁石21b、31bとは、図中直交しているが、同軸でなければ、直交しなくてもよい。また、図中、説明を簡略化するためにそれぞれ2基の電磁石21a、31a及び電磁石21b、31bを示しているが、2基に限らない。3軸磁場発生源21、31は、3基以上の電磁石を有していてもよい。
As shown in FIG. 2, the three-axis
スイッチ部22、32は、それぞれ、制御部24、34による制御のもと、3軸磁場発生源21、31に対して選択的に通電するように構成される。
The
通信部23、33は、それぞれ、親衛星2と子衛星3との間での相対位置及び相対姿勢制御のため、相互に通信を行う。
The
制御部24、34は、それぞれ、親衛星2と子衛星3との間の相対位置及び相対姿勢を検出するセンサ及びセンサの検出結果である親衛星2と子衛星3との間の相対位置及び相対姿勢に応じて、各3軸磁場発生源21、31で発生する3軸の磁束密度ベクトルを制御する。これによって、親衛星2に対する子衛星3の相対3軸位置ベクトル及び相対3軸姿勢ベクトルの全て又は一部が制御される。
The
3軸磁場発生源21、31では、電磁石21a、21b及び電磁石31a、31bのそれぞれの通電をオン/オフ制御することにより、親衛星2の3軸磁場発生源21と子衛星3の3軸磁場発生源31とを引き合わせ、或いは反発させることができる。
In the three-axis
更に、図3に示すように、それぞれの3軸磁場発生源21、31において、第1の軸方向を向く電磁石21a、31a及び第2の軸方向を向く電磁石21b、31bの両方を同時にオンすることは、1つの斜めの仮想の電磁石21c、31cをオンにしたことと同じになる。これにより、電磁石を物理的に回転させることなく、斜めの磁束密度ベクトルを発生することが可能となる。
Further, as shown in FIG. 3, in each of the three-axis
図4に示すように、3軸磁場発生源21、31において、それぞれ斜めの磁束密度ベクトルを発生させる。ここで、各3軸磁場発生源を正負の磁極の対とみなせる。符号A,B,C,Dは3軸磁場発生源31の磁極における、3軸磁場発生源21の磁極と引き合う力及び反発する力を示し、符号41はこれらA,B,C,Dの合力を示している。符号E,F,G,Hは3軸磁場発生源21の磁極における、3軸磁場発生源31の磁極と引き合う力及び反発する力を示し、符号43はこれらE,F,G,Hの合力を示している。また、符号42は3軸磁場発生源21で発生するトルク、符号44は3軸磁場発生源31で発生するトルクを示している。
As shown in FIG. 4, oblique magnetic flux density vectors are generated in the triaxial
斜めの磁束密度ベクトルを発生させると、2つの3軸磁場発生源の間に、引き合う方向の力だけでなく横向きの力(並進力)とトルクが発生するが、斜めの磁束密度ベクトルの傾きを調整すると、トルクの発生を最小限に抑えることができる。すなわち、3軸磁場発生源21、31に働くトルクを最小化することで、並進力を発生させることができる。更に、トルクを適宜発生させることで、親衛星2と子衛星3との間で姿勢制御を行うことができる。
When an oblique magnetic flux density vector is generated, not only a force in the attracting direction but also a lateral force (translational force) and a torque are generated between the two three-axis magnetic field generating sources. When adjusted, the generation of torque can be minimized. That is, the translational force can be generated by minimizing the torque acting on the three-axis
図5に上記の磁束密度ベクトルの制御によってトルクの発生を最小限に抑えた場合に親衛星2と子衛星3との間で生じる力の範囲を示す。領域51,52,53,54の内部が親衛星2と子衛星3との間に生じる力の範囲である。領域51は親衛星2と子衛星3との3軸磁場発生源が大きな磁場を発生している場合、領域52は少し大きな場合、領域53はやや小さい場合、領域54は小さい場合である。斜線の範囲55、つまり、引き合う方向の力に対して並進力がある程度以上大きくなる範囲には力は生じない。そこで、本実施形態では、以下に示す時分割によるフォーメーションフライト制御を行う。
FIG. 5 shows a range of force generated between the
<時分割によるフォーメーションフライト制御>
図6Aの符号61は子衛星3が得たい移動ベクトルを示す。子衛星3は移動ベクトル61に沿って移動ベクトルがジグザグになるように時分割制御をすることで結果的にこの移動ベクトル61を得る。
図6Aの符号62aは上記の磁束密度ベクトルの制御によってトルクの発生を最小限に抑えた場合に子衛星3に生じる力の範囲を示し、初回は子衛星3がこの範囲62aの所定の位置に向けて移動ベクトル61aを得る。所定の位置は典型的には最初の子衛星3の位置から範囲62aの外周への接線のうち移動ベクトル61方向側の接線の接点である。
図6Bの符号62bは移動ベクトル61aの終点においてトルクの発生を最小限に抑えた場合に子衛星3に生じる力の範囲を示し、次は子衛星3がこの範囲62bの所定の位置に向けて移動ベクトル61bを得る。ここで、移動ベクトル61aは移動ベクトル61より離れる方向、移動ベクトル61bは移動ベクトル61に近づく方向を向いている。本発明では、移動ベクトル61aから移動ベクトル61bの方向にベクトルが変わることをタックと呼ぶ。タックを繰り返すことで子衛星3は移動ベクトル61に沿ってジグザグに移動する。
以上の時分割制御を繰り返すことで、図6Cに示すように、子衛星3は移動ベクトル61を得る。
<Formation flight control by time division>
By repeating the above time division control, the
時分割で制御を行うのは、磁力の場合、重ね合わせが効かない場合があるためである。
上記の軌道制御と同時に、親衛星2と子衛星3間のトルク63を並進力が生まれない方向に制御することで、姿勢制御も可能である。
The reason for performing the control in a time-division manner is that the superposition may not be effective in the case of the magnetic force.
At the same time as the above-mentioned orbit control, attitude control is also possible by controlling the
本発明では、このように磁力のみで相対的な軌道制御と姿勢制御を可能としている時分割制御を行うことで、多数の衛星でもフォーメーションフライト制御が可能である。
図7に多数の衛星によるフォーメーションフライト制御の例を示す。
近い衛星71a、71b同士や近い衛星72a、72b同士は磁束密度ベクトルによる制御ができるが、磁力は距離の二乗に反比例するので、遠い距離にある衛星71a、71bと衛星72a、72b間は影響しない。また、磁場を発生していない衛星73にはこれら衛星71a、71b、衛星72a、72bで発生する磁力は影響しない。
従って、本発明では、多数の衛星によるフォーメーションフライト制御を時分割で行うことで、多数の衛星の軌道制御や姿勢制御が可能である。
According to the present invention, the formation flight control is possible even for a large number of satellites by performing the time-division control that enables the relative orbit control and the attitude control only by the magnetic force.
FIG. 7 shows an example of formation flight control using a large number of satellites.
The
Therefore, in the present invention, orbit control and attitude control of a large number of satellites can be performed by performing formation flight control by a large number of satellites in a time division manner.
<衛星間の制御>
図8A及び図8Bに親衛星2と子衛星3との間の通信も含めた制御の一例を示す。なお、この例では、子衛星3が親衛星2に従属する制御の形態であるが、制御機能を有する別の衛星の制御によって2つの衛星(親衛星、子衛星)を制御してもよく、また別の形態で制御してもよい。
<Control between satellites>
8A and 8B show an example of control including communication between the
親衛星2の制御部24は、判定部25に当該親衛星2と子衛星3との間の距離を判定させる(ステップA1)。
制御部24は、その判定結果に基づき目標となる相対位置・速度・姿勢を計算で求める(ステップA2)。
制御部24は、地磁気を考慮し、最もトルクを生まず、目標となる並進運動をするのに一番近い磁束密度ベクトルを、予め内蔵した一覧表もしくは近似式で求める(ステップA3)。一覧表をもつことにより簡易な演算・記憶装置で概算の制御入力を与えることが可能である。また、近似式を用いることにより簡易な演算装置で概算の制御入力を与えることが可能である。いずれにしても演算の負荷を抑えることができる。
制御部24は、通信部23を介して子衛星3にステップA3で得た磁束密度ベクトルのデータを送信し(ステップA4)、その後所定のタイミングでスイッチ部22を制御して3軸磁場発生源21より所定の磁束密度ベクトルを発生させる(ステップA5)。
The
The
The
The
子衛星3の制御部34は、通信部33を介して上記の磁束密度ベクトルのデータを受信する(ステップB1)と、親衛星2と同期したタイミングでスイッチ部32を制御して3軸磁場発生源31より所定の磁束密度ベクトルを発生させる(ステップB2)。
Upon receiving the data of the magnetic flux density vector via the communication unit 33 (step B1), the
親衛星2の制御部24は、その後、判定部25に当該親衛星2と子衛星3とが目標に近づいたかどうかを判定させる(ステップA6)。
制御部24は、目標に近づけば、一連の制御動作を終了する。一方、制御部24は、目標に近づいていない場合には、ステップA1〜A5の処理を繰り返す。子衛星3は、これに応じてステップB1〜B2の処理を実行する。
Thereafter, the
When approaching the target, the
図9に3基以上の衛星による制御の一例を示す。なお、3基以上の衛星に対して制御する衛星(これを「制御衛星」と呼ぶ。)がこれら衛星のうちの1つであってもよいし、これらの衛星とは別の衛星であってもよい。
制御衛星は、隣接する2基の衛星のペアを選ぶ(ステップC1)。隣接する2基の衛星のペアは、図7の例でいうと、近い衛星71a、71b同士や近い衛星72a、72b同士である。なお、近い衛星71a、71b同士と近い衛星72a、72b同士との間の如く、ペア選択の際には、これらのペア間には、1つ以上の制御しない衛星73を挟むようにする。また、当該ペア選択の次のペア選択では、前回選ばれなかった衛星から優先して選ぶ方が好ましい。
制御衛星は、選ばれた衛星のペアに対しては(ステップC2)、これらの2基の衛星のペアに対して例えば図8A及び図8Bに示した制御を行わせる(ステップC3)。
一方、制御衛星は、選ばれなかった衛星のペアに対しては(ステップC2)、一切磁場を出さない制御を行わせる(ステップC4)。
FIG. 9 shows an example of control by three or more satellites. The satellite that controls three or more satellites (this is called a “control satellite”) may be one of these satellites, or may be a different satellite from these satellites. Is also good.
The control satellite selects a pair of two adjacent satellites (step C1). In the example of FIG. 7, the pair of two adjacent satellites is a pair of
For the selected satellite pair (step C2), the control satellite causes the two pairs of satellites to perform, for example, the control shown in FIGS. 8A and 8B (step C3).
On the other hand, the control satellite causes the pair of unselected satellites (step C2) to perform control not to generate any magnetic field (step C4).
その後、制御衛星は、しばらく、その状況を保持する(ステップC5)。この保持時間は、衛星の大きさなどの時定数で決まる。
制御衛星は、目標となる相対位置及び相対速度に十分近づくまで以上のステップC1〜C5を繰り返す(ステップC6)。なお、目標となる相対位置及び相対速度の判定には、各衛星からの判定結果を統合して用いてもよいし、制御衛星が撮像手段等の別の観測手段を備えていてもよい。
Thereafter, the control satellite keeps the situation for a while (step C5). This holding time is determined by a time constant such as the size of the satellite.
The control satellite repeats the above steps C1 to C5 until the target relative position and relative speed are sufficiently close to each other (step C6). The determination of the target relative position and relative speed may be performed by integrating the determination results from the respective satellites, or the control satellite may include another observation unit such as an imaging unit.
以上、本実施形態の人工衛星の位置・姿勢制御システム1では、磁力だけで人工衛星間の相対位置及び相対姿勢制御が可能となる。 As described above, in the position and attitude control system 1 of the satellite according to the present embodiment, the relative position and the relative attitude between the satellites can be controlled only by the magnetic force.
<その他>
本発明は、上記の実施形態で示した例には限定されず、様々な変形や応用が可能である。
例えば、人工衛星の位置・姿勢制御システム1において、天体を周回する軌道に親衛星2を投入し、子衛星3を親衛星2との距離が軌道周回の周期で変動するレコード盤軌道(Cartwheel型軌道)に投入し、子衛星3の相対位置及び相対姿勢を制御する感度を軌道周回の周期で変動させるように構成してもよい。これにより、フォーメーションフライトを行う親衛星2及び子衛星3による高精度の相対楕円軌道を簡単な制御で実現することができる。
<Others>
The present invention is not limited to the examples shown in the above embodiments, and various modifications and applications are possible.
For example, in the position and attitude control system 1 of the artificial satellite, the
多数の衛星によるフォーメーションフライト制御にも上記の感度制御を適用できる。この場合に、感度が周期変動する位相を複数の子衛星3間でずれるように軌道投入し、感度が高い状態にある子衛星3の相対位置及び相対姿勢を時分割制御するように構成してもよい。これにより、フォーメーションフライトを行う親衛星2及び複数の子衛星3による高精度の相対楕円軌道を簡単な制御で実現することができる。
The sensitivity control described above can be applied to formation flight control using a large number of satellites. In this case, the orbit is inserted so that the phase in which the sensitivity periodically fluctuates is shifted between the plurality of
親衛星2が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手段を別途具備し、親衛星2の絶対姿勢を制御した上で子衛星3の相対位置及び相対姿勢を制御してもよい。これにより、親衛星2が高利得通信を維持すべく姿勢を固定したい場合などに使える。
Even if the attitude control means is separately provided so that the
また、親衛星2が慣性空間に対して指定された向きを保つように親衛星2の慣性モーメントを子衛星3の慣性モーメントに対して充分大きくし、親衛星2の姿勢をほとんど変更することなく子衛星3の相対位置及び相対姿勢を制御してもよい。
Further, the moment of inertia of the
また、別途姿勢制御手段を具備しなくても、親衛星と子衛星のもつ3軸磁場発生源の磁束密度ベクトルを制御することで、地磁気との間にトルクを発生させ、親衛星2の絶対姿勢を制御した上で子衛星3の相対位置及び相対姿勢を制御してもよい。
In addition, even if a separate attitude control means is not provided, by controlling the magnetic flux density vector of the three-axis magnetic field generating source of the parent satellite and the child satellite, a torque is generated between the parent satellite and the geomagnetism, and the absolute After controlling the attitude, the relative position and relative attitude of the
親衛星2が軌道制御手段を別途具備し、親衛星2の軌道を維持した状態で子衛星3の相対位置及び相対姿勢を制御してもよい。
The
また、親衛星2の質量を子衛星3の質量に対して充分大きくし、親衛星2の軌道をほとんど変更することなく子衛星3の相対位置及び相対姿勢を制御してもよい。
Further, the mass of the
3軸磁場発生源は、3つの電磁石のコイルに流す電流を独立に制御することにより近似的に3軸磁場を発生させるように構成してもよい。 The three-axis magnetic field generation source may be configured to approximately generate the three-axis magnetic field by independently controlling the current flowing through the coils of the three electromagnets.
親衛星2が制御演算を行うのではなく、制御演算を親衛星2と子衛星3で分担してもよい。これにより、演算の負荷を分散することができる。
Instead of the
1 姿勢制御システム
2 親衛星(第1の人工衛星)
3 子衛星(第2の人工衛星)
21、31 3軸磁場発生源
24、34 制御部
1
3 satellites (second artificial satellite)
21, 31 3-axis
Claims (8)
前記第1及び第2の人工衛星のそれぞれが3軸磁場発生源及び制御部を有し、
各前記制御部は、前記第1の人工衛星と前記第2の人工衛星との間の相対位置及び相対姿勢に応じて、各前記3軸磁場発生源で発生する磁場の磁束密度ベクトルを制御する
人工衛星の位置・姿勢制御システム。 In a system for controlling a relative position and a relative attitude between a first satellite and a second satellite,
Each of the first and second satellites has a three-axis magnetic field source and a control unit,
Each of the control units controls a magnetic flux density vector of a magnetic field generated by each of the three-axis magnetic field sources according to a relative position and a relative attitude between the first artificial satellite and the second artificial satellite. Satellite position and attitude control system.
請求項1に記載の人工衛星の位置・姿勢制御システム。 Each of the control units is generated between the first artificial satellite and the second artificial satellite when the second artificial satellite is translated relative to the first artificial satellite. The position / attitude control system for an artificial satellite according to claim 1, wherein a magnetic flux density vector of a magnetic field generated by each of the three-axis magnetic field generation sources is controlled so as to minimize torque.
請求項2に記載の人工衛星の位置・姿勢制御システム。 Each of the control units is configured such that when the second artificial satellite is translated relative to the first artificial satellite, the second artificial satellite repeats a tack and moves in a zigzag manner. The position / attitude control system for an artificial satellite according to claim 2, wherein the magnetic flux density vector of the magnetic field generated by the three-axis magnetic field generation source is time-divisionally controlled.
各前記制御部は、前記第1の人工衛星と前記第2の人工衛星と前記第3の人工衛星との間の相対位置及び相対姿勢に応じて、各前記3軸磁場発生源で発生する磁場の磁束密度ベクトルを時分割制御する
請求項1に記載の人工衛星の位置・姿勢制御システム。 In addition to the first and second satellites, the satellite has one or more third satellites having the three-axis magnetic field generation source and the control unit,
Each of the control units controls a magnetic field generated by each of the three-axis magnetic field sources according to a relative position and a relative attitude between the first artificial satellite, the second artificial satellite, and the third artificial satellite. The position / attitude control system for an artificial satellite according to claim 1, wherein the magnetic flux density vector is time-divisionally controlled.
請求項4に記載の人工衛星の位置・姿勢制御システム。 The control unit of the third artificial satellite generates a three-axis magnetic field of the third artificial satellite when controlling a relative position and a relative attitude between the first artificial satellite and the second artificial satellite. The position / attitude control system for an artificial satellite according to claim 4, wherein control is performed so that a magnetic field is not generated from the source.
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---|---|---|---|---|
CN112269390A (en) * | 2020-10-15 | 2021-01-26 | 北京理工大学 | Small celestial body surface fixed-point attachment trajectory planning method considering bounce |
JP2021133057A (en) * | 2020-02-28 | 2021-09-13 | 株式会社大一商会 | Game machine |
JP2021133056A (en) * | 2020-02-28 | 2021-09-13 | 株式会社大一商会 | Game machine |
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JP2021133058A (en) * | 2020-02-28 | 2021-09-13 | 株式会社大一商会 | Game machine |
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Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6089510A (en) * | 1997-07-30 | 2000-07-18 | Hughes Electronics Corporation | Magnetic systems and methods for realizing spacecraft maneuvers |
US6634603B2 (en) * | 2001-11-29 | 2003-10-21 | The Boeing Company | Magnetic dipole tractor beam control system |
JP3880405B2 (en) * | 2002-01-21 | 2007-02-14 | 日本電気航空宇宙システム株式会社 | Relative 6-DOF control method for artificial satellite |
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CN106094854B (en) * | 2016-07-15 | 2019-03-01 | 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 | Electromagnetism formation satellite attitude and track relation control method |
CN108628345B (en) * | 2018-06-28 | 2020-03-27 | 北京航空航天大学 | Electromagnetic spacecraft formation hovering cooperative control method and system |
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Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021133057A (en) * | 2020-02-28 | 2021-09-13 | 株式会社大一商会 | Game machine |
JP2021133056A (en) * | 2020-02-28 | 2021-09-13 | 株式会社大一商会 | Game machine |
JP2021133054A (en) * | 2020-02-28 | 2021-09-13 | 株式会社大一商会 | Game machine |
JP2021133053A (en) * | 2020-02-28 | 2021-09-13 | 株式会社大一商会 | Game machine |
JP2021133058A (en) * | 2020-02-28 | 2021-09-13 | 株式会社大一商会 | Game machine |
JP2021133055A (en) * | 2020-02-28 | 2021-09-13 | 株式会社大一商会 | Game machine |
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CN112269390B (en) * | 2020-10-15 | 2021-09-21 | 北京理工大学 | Small celestial body surface fixed-point attachment trajectory planning method considering bounce |
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