JP2021172157A - 観測システム、通信衛星、観測衛星および地上設備 - Google Patents

Abstract

【課題】観測衛星が観測データの送信を行うことができる場所と時間が限定されないようにする。【解決手段】観測システム１００は観測衛星１１０と通信衛星１２０と地上設備１３０とを備える。観測衛星１１０は、監視装置と通信装置と推進装置とを備え、静止軌道に沿った軌道で地上設備１３０に対して位置を東西方向に移動させながら観測対象を観測する。通信衛星１２０は、観測衛星１１０と通信するための第１通信装置と、地上設備１３０と通信するための第２通信装置と、を備え、静止軌道を飛翔する。観測衛星１１０は、通信衛星１２０との距離が１００００キロメートル未満である領域内を飛翔するときに通信衛星１２０と通信する。【選択図】図１

Description

本開示は、人工衛星を利用した観測システムに関するものである。

観測衛星は、地球の物体または宇宙空間の物体を観測することが可能である。しかし、観測衛星が地上設備と通信することが認許される経度帯は限定される。そのため、観測衛星が観測データの送信を行うことができる場所と時間が限定される。

特許文献１は、太陽光が逆光になる空間でスペースデブリを観測するための方法を開示している。

特開２０１１−２１８８３４号公報

本開示は、観測衛星が観測データの送信を行うことができる場所と時間が限定されないようにすることを目的とする。

本開示の観測システムは、
通信装置を備える地上設備と、
監視装置と通信装置と推進装置とを備え、静止軌道に沿った軌道で前記地上設備に対して位置を東西方向に移動させながら観測対象を観測する観測衛星と、
前記観測衛星と通信するための第１通信装置と、前記地上設備と通信するための第２通信装置と、を備え、静止軌道を飛翔する通信衛星と、
を備える。
前記観測衛星が、前記通信衛星との距離が１００００キロメートル未満である領域内を飛翔するときに前記通信衛星と通信する。

本開示によれば、観測衛星は、静止軌道を飛翔する通信衛星を経由させて観測データを地上設備へ送信することができる。そのため、観測衛星が観測データの送信を行うことができる場所と時間が限定されない。

実施の形態１における観測システム１００の構成図。 実施の形態１における観測衛星１１０の構成図。 実施の形態１における通信衛星１２０の構成図。 実施の形態１における地上設備１３０の構成図。 実施の形態３における非狭ビームが他の静止衛星の通信に影響を与える例を示す図。 実施の形態３における狭ビームが他の静止衛星の通信に影響を与えない例を示す図。 実施の形態４における観測システム１００の構成図。 実施の形態４における狭ビームが他の静止衛星の通信に影響を与える例を示す図。 実施の形態４における狭ビームが他の静止衛星の通信に影響を与えない例を示す図。 実施の形態６における非狭ビームが他の静止衛星の通信に影響を与えない例を示す図。 実施の形態７における軌道面の法線ベクトルの経度方向成分が９０ｄｅｇずれた例を示す平面図。 実施の形態７における軌道面の法線ベクトルの経度方向成分が９０ｄｅｇずれた例を示す側面図。 実施の形態７における軌道面の法線ベクトルの経度方向成分が９０ｄｅｇずれた例を示す正面図。 実施の形態８における楕円軌道面の長径方向の経度方向成分が９０ｄｅｇずれた例を示す図。

実施の形態および図面において、同じ要素または対応する要素には同じ符号を付している。説明した要素と同じ符号が付された要素の説明は適宜に省略または簡略化する。

実施の形態１．
観測システム１００について、図１から図４に基づいて説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１に基づいて、観測システム１００の構成を説明する。
観測システム１００は、観測衛星１１０と通信衛星１２０と地上設備１３０とを備える。

観測衛星１１０は、観測を行うための人工衛星である。観測対象は、地球１０１の物体または宇宙空間の物体である。「観測」は「監視」または「撮影」といった概念を含む。
観測衛星１１０は、静止軌道（破線を参照）または静止軌道の近傍を飛翔して地球１０１を周回する。つまり、観測衛星１１０は、静止軌道に沿って飛翔して地球１０１を周回する。

通信衛星１２０は、衛星通信を行うための静止衛星である。静止衛星は、静止軌道を飛翔して地球１０１の自転周期と同じ周期で公転する人工衛星である。
通信衛星１２０は、地上設備１３０の上空に配置される。
通信衛星１２０は、観測衛星１１０から送信される観測データを受信し、観測データを地上設備１３０へ送信する。観測データは、観測によって得られるデータである。
通信衛星１２０は、地上設備１３０から送信される制御コマンドを受信し、制御コマンドを観測衛星１１０へ送信する。制御コマンドは、観測衛星１１０を制御するためのコマンドである。

地上設備１３０は、地上に設けられた設備である。例えば、
地上設備１３０が設けられる地域を「対象地域」と称する。
例えば、対象地域は日本であり、地上設備１３０は日本に設けられる。

図２に基づいて、観測衛星１１０の構成を説明する。
観測衛星１１０は、観測装置１１１と衛星制御装置１１２と通信装置１１３と推進装置１１４と姿勢制御装置１１５と電源装置１１６とを備える。

観測装置１１１は、観測用の装置である。例えば、観測装置１１１は可視光学センサまたは赤外線センサなどである。
観測装置１１１は、観測対象を観測して観測データを生成する。観測データは、観測対象が映った画像を表すデータに相当する。

衛星制御装置１１２は、観測衛星１１０の各装置を制御するためのコンピュータである。
衛星制御装置１１２は、既定の手順、または、地上設備１３０から送信される制御コマンドにしたがって、各装置を制御する。

通信装置１１３は、送信機と受信機とアンテナとを備える。
通信装置１１３は、観測データを送信する。また、通信装置１１３は、制御コマンドを受信する。

推進装置１１４は、観測衛星１１０に推進力を与える装置であり、観測衛星１１０の速度を変化させる。
具体的には、推進装置１１４は、化学推進機または電気推進機である。例えば、推進装置１１４は、２液式スラスタ、イオンエンジンまたはホールスラスタである。

姿勢制御装置１１５は、観測衛星１１０の姿勢要素を制御するための装置である。
姿勢制御装置１１５は、観測衛星１１０の姿勢要素を所望の方向に変化させる。もしくは、姿勢制御装置１１５は、観測衛星１１０の姿勢要素を所望の方向に維持する。
具体的には、観測衛星１１０の姿勢要素は、観測衛星１１０の姿勢、観測衛星１１０の角速度、および、観測装置１１１の視線方向（Ｌｉｎｅ Ｏｆ Ｓｉｇｈｔ）である。
姿勢制御装置１１５は、姿勢センサとアクチュエータとコントローラとを備える。姿勢センサは、ジャイロスコープ、地球センサ、太陽センサ、スター・トラッカ、スラスタまたは磁気センサ等である。アクチュエータは、姿勢制御スラスタ、モーメンタムホイール、リアクションホイールまたはコントロール・モーメント・ジャイロ等である。コントローラは、姿勢センサによって得られる計測データに基づいて、または、地上設備１３０からの制御コマンドにしたがって、制御プログラムを実行することによって、アクチュエータを制御する。

電源装置１１６は、太陽電池、バッテリおよび電力制御装置などを備え、観測衛星１１０の各装置に電力を供給する。

衛星制御装置１１２について補足する。
衛星制御装置１１２は処理回路を備える。
処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサであってもよい。
処理回路において、衛星制御装置１１２の一部の機能が専用のハードウェアで実現されて、衛星制御装置１１２の残りの機能がソフトウェアまたはファームウェアで実現されてもよい。つまり、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせで実現することができる。
専用のハードウェアは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡまたはこれらの組み合わせである。
ＡＳＩＣは、Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略称である。
ＦＰＧＡは、Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略称である。

観測衛星１１０のポインティング機能について補足する。
観測衛星１１０は、観測方向を観測対象へ向けるためのポインティング機能を有する。
例えば、観測衛星１１０はリアクションホイールを備える。リアクションホイールは、観測衛星１１０の姿勢を制御するための装置である。リアクションホイールによって観測衛星１１０の姿勢が制御され、ボディポインティングが実現される。
例えば、観測装置１１１はポインティング機構を備える。ポインティング機構は、観測衛星１１０の視線方向を変えるための機構である。ポインティング機構には、例えば、駆動ミラー等が利用される。

観測装置１１１の観測機能について補足する。
観測装置１１１は、分解能可変機能およびオートフォーカス機能を有する。
分解能可変機能は、観測時の分解能を変える機能である。
オートフォーカス機能は、観測対象に焦点を合わせる機能である。

図３に基づいて、通信衛星１２０の構成を説明する。
通信衛星１２０は、第１通信装置１２１と第２通信装置１２２と推進装置１２３と電源装置１２４と衛星制御装置１２５とを備える。

第１通信装置１２１と第２通信装置１２２とのそれぞれは、送信機と受信機とアンテナとを備える。
第１通信装置１２１は、観測衛星１１０と通信する。具体的には、第１通信装置１２１は、観測衛星１１０から観測データを受信する。また、第１通信装置１２１は、観測衛星１１０用の制御コマンドを観測衛星１１０へ送信する。
第２通信装置１２２は、地上設備１３０と通信する。具体的には、第２通信装置１２２は、観測データを地上設備１３０へ送信する。また、第２通信装置１２２は、観測衛星１１０用の制御コマンドおよび通信衛星１２０用の制御コマンドを地上設備１３０から受信する。

推進装置１２３は、通信衛星１２０に推進力を与える装置である。具体的には、推進装置１２３は、化学推進機または電気推進機である。例えば、推進装置１２３は、２液式スラスタ、イオンエンジンまたはホールスラスタである。

電源装置１２４は、太陽電池、バッテリおよび電力制御装置などを備え、通信衛星１２０の各装置に電力を供給する。

衛星制御装置１２５は、通信衛星１２０の各装置を制御するためのコンピュータである。
衛星制御装置１２５は、既定の手順、または、地上設備１３０から送信される制御コマンド
にしたがって、各装置を制御する。

衛星制御装置１２５について補足する。
衛星制御装置１２５は処理回路を備える。
処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサであってもよい。
処理回路において、衛星制御装置１２５の一部の機能が専用のハードウェアで実現されて、衛星制御装置１２５の残りの機能がソフトウェアまたはファームウェアで実現されてもよい。つまり、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせで実現することができる。

図４に基づいて、地上設備１３０の構成を説明する。
地上設備１３０は、通信装置１３１と衛星管制装置１３２とを備える。

通信装置１３１は、送信機と受信機とアンテナとを備える。
通信装置１３１は、観測データを受信する。また、通信装置１３１は、観測衛星１１０用の制御コマンドおよび通信衛星１２０用の制御コマンドを送信する。

衛星管制装置１３２は、観測衛星１１０を利用して観測対象を観測するためのコンピュータである。
衛星管制装置１３２は、観測データを処理する。また、衛星管制装置１３２は、観測衛星１１０用の制御コマンドおよび通信衛星１２０用の制御コマンドを生成する。

衛星管制装置１３２は、通信衛星１２０以外の静止衛星（他の静止衛星）が送受信する電波の波長帯を示す情報を記憶する。また、衛星管制装置１３２は、観測衛星１１０から通信衛星１２０への通信信号が他の静止衛星の電波に干渉して雑音とならない軌道位置で通信衛星１２０への通信信号の送信を観測衛星１１０に行わせるための制御コマンドを生成する。通信装置１３１は、その制御コマンドを通信衛星１２０を経由させて観測衛星１１０へ送信する。

衛星管制装置１３２について補足する。
衛星管制装置１３２は処理回路を備える。
処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサであってもよい。
処理回路において、衛星管制装置１３２の一部の機能が専用のハードウェアで実現されて、衛星管制装置１３２の残りの機能がソフトウェアまたはファームウェアで実現されてもよい。つまり、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせで実現することができる。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
観測システム１００の動作によって観測方法が実現される。観測方法は、観測対象を観測するための方法である。
図１に基づいて、観測システム１００の動作を説明する。
観測衛星１１０は、静止軌道に沿った軌道で地上設備１３０に対して位置を東西方向に移動させながら観測対象を観測する。

東西方向への観測衛星１１０の移動について説明する。
推進装置１１４は、観測衛星１１０の速度を変化させる。
観測衛星１１０の速度の変化に伴って、観測衛星１１０の軌道高度が変化する。
観測衛星１１０の軌道高度の変化に伴って、観測衛星１１０の対地速度が変化する。対地速度は、地表に対する観測衛星１１０の速度である。
観測衛星１１０の対地速度の変化に伴って、地上設備１３０に対して観測衛星１１０の位置が東西方向に移動する。
例えば、推進装置１１４が観測衛星１１０を増速する。すると、観測衛星１１０の軌道高度が上昇し、観測衛星１１０の対地速度が減速し、地上設備１３０に対して観測衛星１１０の位置が西方向へ移動する。
例えば、推進装置１１４が観測衛星１１０を減速する。すると、観測衛星１１０の軌道高度が下降し、観測衛星１１０の対地速度が増速し、地上設備１３０に対して観測衛星１１０の位置が東方向へ移動する。

観測装置１１１は、観測対象を観測して観測データを生成する。
通信装置１１３は、通信衛星１２０との距離が１００００キロメートル未満である領域内を観測衛星１１０が飛翔するときに、通信衛星１２０と通信する。具体的には、通信装置１１３は、観測データを通信衛星１２０へ送信する。また、通信装置１１３は、制御コマンドを通信衛星１２０から受信する。

観測装置１１１、通信装置１１３および推進装置１１４は、衛星制御装置１１２によって制御される。
衛星制御装置１１２は、既定の手順または制御コマンドにしたがって、観測装置１１１、通信装置１１３および推進装置１１４を制御する。

通信衛星１２０は、静止軌道を飛翔しながら、観測衛星１１０と地上設備１３０とのそれぞれと通信する。
第１通信装置１２１は、観測衛星１１０との距離が１００００キロメートル未満である領域内を通信衛星１２０が飛翔するときに観測衛星１１０と通信する。具体的には、第１通信装置１２１は、観測衛星１１０から観測データを受信する。また、第１通信装置１２１は、観測衛星１１０用の制御コマンドを観測衛星１１０へ送信する。
第２通信装置１２２は、地上設備１３０と通信する。具体的には、第２通信装置１２２は、観測データを地上設備１３０へ送信する。また、第２通信装置１２２は、観測衛星１１０用の制御コマンドおよび通信衛星１２０用の制御コマンドを地上設備１３０から受信する。

第１通信装置１２１および第２通信装置１２２は、衛星制御装置１２５によって制御される。
衛星制御装置１２５は、既定の手順または制御コマンドにしたがって、第１通信装置１２１および第２通信装置１２２を制御する。

地上設備１３０は、通信衛星１２０と通信する。なお、地上設備１３０は、通信衛星１２０を介して観測衛星１１０と通信する。
通信装置１３１は、観測データを通信衛星１２０から受信する。また、通信装置１３１は、観測衛星１１０用の制御コマンドおよび通信衛星１２０用の制御コマンドを通信衛星１２０へ送信する。
衛星管制装置１３２は、観測データを処理する。また、衛星管制装置１３２は、観測衛星１１０用の制御コマンドおよび通信衛星１２０用の制御コマンドを生成する。

＊＊＊実施の形態１の効果＊＊＊
観測衛星が地上設備と通信することが認許される経度帯は限定される。そのため、観測衛星が制御コマンドの受信と観測データの送信を行うことができる場所と時間が限定される。一方、静止衛星は、地上設備と常時通信することが可能である。
観測衛星１１０は、静止軌道または静止軌道の近傍の軌道を東西方向に移動しながら地球または宇宙空間を観測する。そして、観測衛星１１０は、静止衛星である通信衛星１２０を経由させて制御コマンドの受信および観測データの送信を行う。
これにより、制御コマンドの受信と観測データの送信を行うことができる場所と時間が限定されずに常時通信が可能となる。そして、災害の発生時または静止軌道へのデブリの接近時など、緊急対応を要する事態において、常時通信は、観測衛星１１０の観測計画を即時に変更することを可能とする。具体的には、監視対象を即時に変更することが可能となる。

従来、人工衛星の通信装置は、巨大なアンテナを具備し、通信電波（ビーム）を狭角に絞ることによって遠距離で且つ大容量の衛星間通信を実現している。但し、宇宙空間を相対的に移動する相手衛星を狭ビームの範囲内に捉える必要があるため、アンテナの指向方向を変更する手段と高精度な指向制御が必要である。そのような通信装置は高価である。そのため、通信衛星を人工衛星に実装すること、および、人工衛星を運用することには、制約が存在する。
一方、観測システム１００では、観測衛星１１０が通信衛星１２０の近傍を通過する際に、観測衛星１１０が通信衛星１２０と近距離で通信する。この衛星間通信は、固定アンテナを用いて指向制御なしで可能である。そのため、衛星間通信を低コストで実現することができる。また、通信装置の実装制約および人工衛星の運用制約を解消することができる。

実施の形態２．
他の静止衛星の通信に影響を与えないための形態について、主に実施の形態１と異なる点を説明する。他の静止衛星は、通信衛星１２０以外の静止衛星である。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
観測システム１００の構成は、実施の形態１における構成（図１参照）と同じである。

観測衛星１１０の構成は、実施の形態１における構成（図２参照）と同じである。但し、通信装置１１３は、以下のような特徴を有する。
通信装置１１３のアンテナは、固定アンテナである。固定アンテナは、機械的な駆動機構を具備しない非可動型のアンテナである。固定鏡面に対して複数フィードを具備すると、固定アンテナで通信方向を変更することも可能である。
通信装置１１３は、周波数拡散で変調された信号をＸバンドまたはＸバンドよりも低い周波数帯域の電波を使って通信衛星１２０の第１通信装置１２１と通信する。周波数帯域は周波数領域ともいう。

通信衛星１２０の構成は、実施の形態１における構成（図３参照）と同じである。但し、第１通信装置１２１は、以下のような特徴を有する。
第１通信装置１２１のアンテナは、固定アンテナである。
第１通信装置１２１は、周波数拡散で変調された信号をＸバンドまたはＸバンドよりも低い周波数帯域の電波を使って観測衛星１１０の通信装置１１３と通信する。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
観測衛星１１０において、通信装置１１３は以下のように動作する。
通信装置１１３の送信機は、観測信号を周波数拡散で変調し、変調された観測信号をＸバンドまたはＸバンドよりも低い周波数帯域の電波を使って送信する。観測信号は、観測データを表す信号である。
通信装置１１３の受信機は、周波数拡散で変調されてＸバンドまたはＸバンドよりも低い周波数帯域の電波を使って送信されたコマンド信号を受信し、受信したコマンド信号を復調し、復調されたコマンド信号から制御コマンドを抽出する。コマンド信号は、制御コマンドを表す信号である。

通信衛星１２０において、第１通信装置１２１は以下のように動作する。
第１通信装置１２１の送信機は、制御コマンド信号を周波数拡散で変調し、変調された制御コマンド信号をＸバンドまたはＸバンドよりも低い周波数帯域の電波を使って送信する。
第１通信装置１２１の受信機は、周波数拡散で変調されてＸバンドまたはＸバンドよりも低い周波数帯域の電波を使って送信された観測信号を受信し、受信した観測信号を復調し、復調された観測信号から観測データを抽出する。

Ｘバンドよりも低い周波数帯域は、Ｃバンド、Ｓバンド、Ｌバンド、Ｐバンド、ＧバンドまたはＩバンドである。
Ｘバンドは、８ギガヘルツから１２ギガヘルツまでの周波数帯域である。
Ｃバンドは、４ギガヘルツから８ギガヘルツまでの周波数帯域である。
Ｓバンドは、２ギガヘルツから４ギガヘルツまでの周波数帯域である。
Ｌバンドは、０．５ギガヘルツから１．５ギガヘルツまでの周波数帯域である。
Ｐバンドは、０．２５ギガヘルツから０．５ギガヘルツまでの周波数帯域である。ＰバンドはＵＨＦと呼ばれる。
Ｇバンドは、０．２ギガヘルツから０．２５ギガヘルツまでの周波数帯域である。ＧバンドはＶＨＦとも呼ばれる。
Ｉバンドは、０．２ギガヘルツまでの周波数帯域である。ＩバンドはＨＦとも呼ばれる。

＊＊＊実施の形態２の効果＊＊＊
実施の形態２により、観測システム１００において、他の静止衛星の通信に対して電波干渉を起こさない衛星間通信が可能となる。
通信衛星と地上設備との間の通信では、Ｌバンド、Ｓバンド、Ｃバンド、Ｘバンド、ＫｕバンドおよびＫａバンドなどが多用される。
そのため、観測衛星１１０と通信衛星１２０との間の通信において赤道上空の軌道面の面内方向に電波が照射されると、他の静止衛星の通信に対して電波干渉を起こす雑音を与えてしまう。
Ｌバンドは、衛星測位用の信号（測位信号）のために利用される。Ｌバンドにおいて、スペクトラム拡散で変調された信号は、他の静止衛星の通信に対して電波干渉を起こさずに利用することが可能である。
同様にＸバンドでもスペクトラム拡散を行えることがわかっているので、ＬバンドからＸバンドの間のＳバンドまたはＣバンドでも、スペクトラム拡散で変調された信号は、他の静止衛星の通信に対して電波干渉を起こさずに利用することが可能である。
利用される周波数帯が低いほど照射ビームの広がり角が大きくなるので、固定アンテナの使用が容易になる。

観測システム１００では、観測衛星１１０が通信衛星１２０の近傍を通過する際に、観測衛星１１０が通信衛星１２０と近距離で通信する。これにより、衛星間通信を低コストで実現することができる。また、通信装置の実装制約および人工衛星の運用制約を解消することができる。
ＸバンドまたはＸバンドよりも低い周波数帯域は、衛星間通信に使われないので、干渉の懸念がない。

実施の形態３．
他の静止衛星の通信に影響を与えずに大容量データの伝送を可能にする形態について、主に実施の形態１および実施の形態２と異なる点を図５および図６に基づいて説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊
観測システム１００の構成は、実施の形態１における構成（図１参照）と同じである。

観測衛星１１０の構成は、実施の形態１における構成（図２参照）と同じである。但し、通信装置１１３は、以下のような特徴を有する。
通信装置１１３のアンテナは指向方向変更手段を有する。指向方向変更手段は、反射鏡面または送信機を機械的に駆動することにより、指向方向を変更する機能を実現する。つまり、通信装置１１３のアンテナは、指向方向を変更する機能を有する。
通信装置１１３は、Ｘバンドよりも高い周波数帯域または光波の周波数帯域を使って観測信号を送信する。また、通信装置１１３は、ＸバンドまたはＸバンドよりも低い周波数帯域を使って観測信号以外の信号を送受信する。
観測信号以外の信号の具体例は、コマンド信号およびテレメトリ信号である。

通信衛星１２０の構成は、実施の形態１における構成（図３参照）と同じである。但し、第１通信装置１２１は、以下のような特徴を有する。
第１通信装置１２１のアンテナは指向方向変更手段を有する。指向方向変更手段は、反射鏡面または送信機を機械的に駆動することにより、指向方向を変更する機能を実現する。つまり、第１通信装置１２１のアンテナは、指向方向を変更する機能を有する。
第１通信装置１２１は、ＸバンドまたはＸバンドよりも低い周波数帯域を使って観測信号以外の信号を送受信する。また、第１通信装置１２１は、Ｘバンドよりも高い周波数帯域または光波の周波数帯域を使って観測信号を受信する。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
観測衛星１１０において、通信装置１１３は以下のように動作する。
通信装置１１３の送信機は、Ｘバンドよりも高い周波数帯域または光波の周波数帯域を使って観測信号を送信する。このとき、通信装置１１３のアンテナは、できるだけ狭い角度で通信衛星１２０を指向する。
通信装置１１３の送信機は、ＸバンドまたはＸバンドよりも低い周波数帯域を使ってテレメトリ信号を送信する。
通信装置１１３の受信機は、ＸバンドまたはＸバンドよりも低い周波数帯域を使ってコマンド信号を受信する。

通信衛星１２０において、第１通信装置１２１は以下のように動作する。
第１通信装置１２１の送信機は、ＸバンドまたはＸバンドよりも低い周波数帯域を使ってコマンド信号を送信する。
第１通信装置１２１の受信機は、ＸバンドまたはＸバンドよりも低い周波数帯域を使ってテレメトリ信号を受信する。
第１通信装置１２１の受信機は、Ｘバンドよりも高い周波数帯域または光波の周波数帯域を使って観測信号を受信する。

＊＊＊実施の形態３の効果＊＊＊
図５に、開口径が小さなアンテナから照射され広がり角度が大きい非狭ビームが他の静止衛星の通信に影響を与える例を示す。
図６に、開口径が大きなアンテナから照射され広がり角度が小さい狭ビームが他の静止衛星の通信に影響を与えない例を示す。
図５および図６において、黒い星は、他の静止衛星を表している。網掛けの円は通信衛星１２０の通信範囲を表している。網掛けの三角は観測衛星１１０の通信範囲を表している。
地上設備から観測衛星へのコマンド信号の送信および観測衛星から地上設備へのテレメトリ信号の送信は、データ量が限定的である。そのため、無指向性アンテナまたは固定アンテナによる近傍通信が可能である。
一方、観測データが大容量である場合、観測衛星から地上設備への観測信号の送信には、指向性アンテナによる大容量通信が有効である。
多数の静止衛星が赤道上空の静止軌道を飛翔する。そのため、静止衛星の通信に多用される高周波領域の電波が静止軌道面内の方向に照射されると、静止衛星の通信に対して電波干渉を起こす雑音を与えてしまう懸念がある。
そこで、大容量の観測データが伝送される場合のみ、観測衛星１１０は、通信衛星１２０に対して狭ビームを指向して観測データの送信を行う。これにより、通信衛星１２０の近傍を飛翔する他の静止衛星の通信に対して電波干渉の影響を与えずに大容量の観測データを伝送することが可能となる。
なお、アンテナの開口径とビームの広がり角は周波数帯域に依存するので、上記の条件を満たすアンテナの開口径は設計の結果で確定することになる。

実施の形態４．
静止衛星の通信に影響を与えないための形態について、主に実施の形態１から実施の形態３と異なる点を図７から図９に基づいて説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図７に基づいて、観測システム１００の構成を説明する。破線は静止軌道を表し、一点鎖線は傾斜軌道を表している。網掛けの円は通信衛星１２０の通信範囲を表している。
観測システム１００は、実施の形態１から実施の形態３と同じく、観測衛星１１０と通信衛星１２０と地上設備１３０とを備える。但し、通信衛星１２０は、以下のような特徴を有する。
通信衛星１２０は、静止軌道ではなく傾斜軌道を飛翔して地上設備１３０の経度の上空に滞留する。地上設備１３０の経度は、地上設備１３０が位置する場所の経度を意味する。
傾斜軌道の軌道傾斜角は、静止軌道に対して１度以上１０度未満である。

＊＊＊実施の形態４の補足＊＊＊
観測衛星１１０と通信衛星１２０との間の通信距離は、必ずしも１００００キロメートル未満に限定されない。
観測信号を通信するための周波数帯域は、必ずしもＸバンドよりも高い周波数帯域に限定されない。
コマンド信号およびテレメトリ信号を通信するための周波数帯域は、必ずしもＸバンドまたはＸバンドよりも低い周波数帯域に限定されない。

＊＊＊実施の形態４の効果＊＊＊
図８に、開口径が小さなアンテナから照射され広がり角度が大きい狭ビームが静止衛星の通信に影響を与える例を示す。
図９に、開口径が大きなアンテナから照射され広がり角度が小さい狭ビームが静止衛星の通信に影響を与えない例を示す。
図８および図９において、黒い星は、静止衛星を表している。
通信衛星１２０が静止軌道面内を飛翔する衛星である場合（図８参照）、観測衛星１１０が通信衛星１２０に対して狭ビームを指向したときに、狭ビームの範囲内に静止衛星が存在することがある。そのとき、観測衛星１１０の狭ビームが静止衛星の通信に対して干渉雑音信号を与えてしまう。
実施の形態４では、通信衛星１２０は、静止軌道に対して軌道傾斜角がある軌道に投入される（図９参照）。つまり、通信衛星１２０の軌道は、赤道上空の静止軌道面から法線方向に傾斜角を有する。そのため、観測衛星１１０が通信衛星１２０に対して狭ビームを指向したときに、狭ビームの範囲内に静止衛星が存在しない。これにより、観測衛星１１０の狭ビームが静止衛星の通信に対して干渉雑音信号を与えない、という効果が得られる。なお、アンテナの開口径とビームの広がり角は周波数帯域に依存するので、上記の条件を満たすアンテナの開口径は設計の結果で確定することになる。

観測衛星１１０が通信衛星１２０の近傍を通過するときに限定せずに通信を行うためには、観測衛星１１０は、約７２０００キロメートルという遠距離で通信衛星１２０と通信する必要がある。この距離は静止軌道の半径の倍に相当する。
そのため、観測衛星１１０の通信装置１１３と通信衛星１２０の第１通信装置１２１との両方が、指向方向を変更する機能を有する大型アンテナを備え、狭ビームの指向制御を行う必要がある。
但し、コマンド信号、観測信号およびテレメトリ信号が通信衛星１２０を経由して伝送されれば、観測衛星１１０は、通信衛星１２０の近傍を通過するときに限定せずに、いつでも地上設備１３０とこれらの信号を通信することが可能である。

実施の形態５．
静止衛星の通信に影響を与えないための形態について、主に実施の形態１から実施の形態４と異なる点を説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
観測システム１００は、実施の形態１から実施の形態４と同じく、観測衛星１１０と通信衛星１２０と地上設備１３０とを備える。但し、通信衛星１２０は、以下のような特徴を有する。
通信衛星１２０は、離心率が０．００１未満の楕円軌道を飛翔して地上設備１３０の経度の上空に滞留する。この楕円軌道は、静止軌道の近傍の軌道である。例えば、この楕円軌道は、静止軌道面内の軌道である。

＊＊＊実施の形態５の補足＊＊＊
観測衛星１１０と通信衛星１２０との間の通信距離は、必ずしも１００００キロメートル未満に限定されない。
観測信号を通信するための周波数帯域は、必ずしもＸバンドよりも高い周波数帯域に限定されない。
コマンド信号およびテレメトリ信号を通信するための周波数帯域は、必ずしもＸバンドまたはＸバンドよりも低い周波数帯域に限定されない。

＊＊＊実施の形態５の効果＊＊＊
実施の形態５において、通信衛星１２０は楕円軌道に投入される。そのため、通信衛星１２０の軌道は、赤道上空の静止軌道面に対して静止衛星の進行方向と直交する方向に傾斜角を有することとなる。そして、観測衛星１１０が通信衛星１２０に対して狭ビームを指向したときに、狭ビームの範囲内に静止衛星が存在しない。これにより、観測衛星１１０の狭ビームが静止衛星の通信に対して干渉雑音信号を与えない、という効果が得られる。

実施の形態６．
静止衛星の通信に影響を与えずに大容量通信を可能にする形態について、主に実施の形態４および実施の形態５と異なる点を図１０に基づいて説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
観測システム１００は、実施の形態４および実施の形態５と同じく、観測衛星１１０と通信衛星１２０と地上設備１３０とを備える。但し、観測衛星１１０と通信衛星１２０とのそれぞれは、以下の特徴を有する。
観測衛星１１０は、通信衛星１２０との距離が１００００キロメートル未満である領域内を飛翔するときに通信衛星１２０と通信する。この特徴は、実施の形態１における特徴と共通する。
観測衛星１１０の通信装置１１３は、指向方向を変更する機能を有するアンテナを備える。そして、通信装置１１３は、Ｘバンドよりも高い周波数帯域を使って観測信号を送信する。また、通信装置１１３は、ＸバンドまたはＸバンドよりも低い周波数帯域を使って観測信号以外の信号を送受信する。これらの特徴は、実施の形態３の特徴と共通する。
通信衛星１２０の第１通信装置１２１は、固定アンテナを備える。そして、第１通信装置１２１は、ＸバンドまたはＸバンドよりも低い周波数帯域を使って観測信号以外の信号を送受信する。また、第１通信装置１２１は、Ｘバンドよりも高い周波数帯域を使って観測信号を受信する。これらの特徴は、実施の形態２または実施の形態３の特徴と共通する。
通信衛星１２０は、静止軌道面に対して軌道傾斜角を有する傾斜軌道を飛翔する。通信衛星１２０の傾斜軌道は楕円軌道であってもよい。

＊＊＊実施の形態６の効果＊＊＊
図１０に、非狭ビームが静止衛星の通信に影響を与えない例を示す。黒い星は、静止衛星を表している。網掛けの円は、通信衛星１２０の通信範囲を表している。網掛けの三角は、観測衛星１１０の通信範囲を表している。
通信衛星１２０の第１通信装置１２１が一般の通信衛星（静止衛星）で多用される高周波帯域の電波を使って受信を行っても、一般の通信衛星の通信に対して干渉雑音を与える懸念がない。そのため、通信ビームを絞って狭ビームにする必要がない。これにより、近傍通信であれば、開口径が小さい固定アンテナを使って大容量通信を行うことができる。
観測衛星１１０は、狭ビームの指向制御を行って観測データを伝送することができる。通信衛星１２０は、静止軌道面に対して軌道傾斜角を有する軌道に投入される。つまり、通信衛星１２０の軌道は、赤道上空の静止軌道面から法線方向に傾斜角を有する。そのため、観測衛星１１０が通信衛星１２０に対して狭ビームを指向したときに、狭ビームの範囲内に静止軌道が存在しない。これにより、観測衛星１１０の狭ビームが静止衛星の通信に対して干渉雑音信号を与えない、という効果が得られる。

実施の形態７．
干渉抑制効果を高める形態について、主に実施の形態４と異なる点を図１１から図１３に基づいて説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１１から図１３に、軌道面の法線ベクトルの経度方向成分が９０ｄｅｇずれた例を示す。
観測システム１００は、複数の通信衛星１２０を備える。
複数の通信衛星１２０の複数の軌道面は、１８０度の範囲内で互いの法線ベクトルの経度方向成分が均等な角度ずつずらされる。例えば、Ｎ機の通信衛星１２０において、法線ベクトルの経度方向成分が互いに（１８０／Ｎ）ｄｅｇ程度離れる。
各通信衛星１２０の特徴は、実施の形態４における特徴と同じである。

＊＊＊実施の形態７の効果＊＊＊
赤道上空において通信衛星１２０が通過する箇所の近傍の領域では、法線ベクトルの軌道面外の成分が小さい。そのため、通信衛星１２０の数が１機である場合、静止衛星の通信に対する干渉抑制効果が小さい。
そこで、観測システム１００は、Ｎ機の通信衛星１２０を備える。そして、Ｎ機の通信衛星１２０において、法線ベクトルの経度方向成分が互いに（１８０／Ｎ）ｄｅｇ程度離れる。これにより、法線ベクトルの面外傾斜角を有する軌道を飛翔する通信衛星が存在するため、干渉を必ず回避できるという効果が得られる。

実施の形態８．
干渉抑制効果を高める形態について、主に実施の形態５と異なる点を図１４に基づいて説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１４に、楕円軌道面の長径方向の経度方向成分が９０ｄｅｇずれた例を示す。
観測システム１００は、複数の通信衛星１２０を備える。各々の通信衛星１２０は、実施の形態５で説明したように楕円軌道を飛翔する。
複数の通信衛星１２０の複数の軌道面は、１８０度の範囲内で互いの長径方向の経度方向成分が均等な角度ずつずらされる。例えば、Ｎ機の通信衛星１２０において、長径方向の経度方向成分が互いに（１８０／Ｎ）ｄｅｇ程度離れる。
各通信衛星１２０の特徴は、実施の形態５における特徴と同じである。

＊＊＊実施の形態８の効果＊＊＊
通信衛星１２０が楕円軌道を飛翔するため、近地点と遠地点とのそれぞれにおいて干渉回避効果が大きい。但し、近地点と遠地点との間では、干渉回避効果は小さい。
そこで、観測システム１００は、Ｎ機の通信衛星１２０を備える。そして、Ｎ機の通信衛星１２０において、楕円方向の経度方向成分が互いに（１８０／Ｎ）ｄｅｇ程度離れる。これにより、観測衛星１１０が通信衛星１２０に対して狭ビームを指向するときに赤道上空の静止軌道の軌道面から法線方向に傾斜角があるため、干渉を必ず回避できるという効果が得られる。

＊＊＊実施の形態の補足＊＊＊
各実施の形態は、好ましい形態の例示であり、本開示の技術的範囲を制限することを意図するものではない。各実施の形態は、部分的に実施してもよいし、他の形態と組み合わせて実施してもよい。

１００ 観測システム、１０１ 地球、１１０ 観測衛星、１１１ 観測装置、１１２ 衛星制御装置、１１３ 通信装置、１１４ 推進装置、１１５ 姿勢制御装置、１１６ 電源装置、１２０ 通信衛星、１２１ 第１通信装置、１２２ 第２通信装置、１２３ 推進装置、１２４ 電源装置、１２５ 衛星制御装置、１３０ 地上設備、１３１ 通信装置、１３２ 衛星管制装置。

Claims (18)

1. 通信装置を備える地上設備と、
   監視装置と通信装置と推進装置とを備え、静止軌道に沿った軌道で前記地上設備に対して位置を東西方向に移動させながら観測対象を観測する観測衛星と、
   前記観測衛星と通信するための第１通信装置と、前記地上設備と通信するための第２通信装置と、を備え、静止軌道を飛翔する通信衛星と、
   を備え、
   前記観測衛星が、前記通信衛星との距離が１００００キロメートル未満である領域内を飛翔するときに前記通信衛星と通信する
   観測システム。
2. 前記観測衛星の前記通信装置と前記通信衛星の前記第１通信装置とのそれぞれが、固定アンテナを備え、
   前記観測衛星の前記通信装置が、周波数拡散で変調された信号をＸバンドまたはＸバンドよりも低い周波数帯域の電波を使って前記通信衛星の前記第１通信装置と通信する
   請求項１に記載の観測システム。
3. 前記観測衛星の前記通信装置と前記通信衛星の前記第１通信装置とのそれぞれが、指向方向を変更する機能を有するアンテナを備え、
   前記観測衛星の前記通信装置が、Ｘバンドよりも高い周波数帯域または光波の周波数帯域を使って観測信号を送信し、ＸバンドまたはＸバンドよりも低い周波数帯域を使って観測信号以外の信号を送受信し、
   前記通信衛星の前記第１通信装置が、ＸバンドまたはＸバンドよりも低い周波数帯域を使って観測信号以外の信号を送受信し、Ｘバンドよりも高い周波数帯域または光波の周波数帯域を使って観測信号を受信する
   請求項１に記載の観測システム。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の観測システムで使用される通信衛星。
5. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の観測システムで使用される観測衛星。
6. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の観測システムで使用される地上設備。
7. 通信装置を備える地上設備と、
   監視装置と通信装置と推進装置とを備え、静止軌道に沿った軌道で前記地上設備に対して位置を東西方向に移動させながら観測対象を観測する観測衛星と、
   前記観測衛星と通信するための第１通信装置と、前記地上設備と通信するための第２通信装置と、を備え、静止軌道に対する軌道傾斜角が１度以上１０度未満である傾斜軌道を飛翔して前記地上設備の経度の上空に滞留する通信衛星と、
   を備える観測システム。
8. 前記観測衛星は、前記通信衛星との距離が１００００キロメートル未満である領域内を飛翔するときに前記通信衛星と通信し、
   前記観測衛星の前記通信装置が、指向方向を変更する機能を有するアンテナを備え、Ｘバンドよりも高い周波数帯域を使って観測信号を送信し、ＸバンドまたはＸバンドよりも低い周波数帯域を使って観測信号以外の信号を送受信し、
   前記通信衛星の前記第１通信装置が、固定アンテナを備え、ＸバンドまたはＸバンドよりも低い周波数帯域を使って観測信号以外の信号を送受信し、Ｘバンドよりも高い周波数帯域を使って観測信号を受信する
   請求項７に記載の観測システム。
9. 前記観測システムは、複数の通信衛星を備え、
   前記複数の通信衛星の複数の軌道面は、１８０度の範囲内で互いの法線ベクトルの経度方向成分が均等な角度ずつずらされる
   請求項７に記載の観測システム。
10. 請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の観測システムで使用される通信衛星。
11. 請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の観測システムで使用される観測衛星。
12. 請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の観測システムで使用される地上設備。
13. 通信装置を備える地上設備と、
    監視装置と通信装置と推進装置とを備え、静止軌道に沿った軌道で前記地上設備に対して位置を東西方向に移動させながら観測対象を観測する観測衛星と、
    前記観測衛星と通信するための第１通信装置と、前記地上設備と通信するための第２通信装置と、を備え、離心率が０．００１未満の楕円軌道を飛翔して前記地上設備の経度の上空に滞留する通信衛星と、
    を備える観測システム。
14. 前記観測衛星は、前記通信衛星との距離が１００００キロメートル未満である領域内を飛翔するときに前記通信衛星と通信し、
    前記観測衛星の前記通信装置が、指向方向を変更する機能を有するアンテナを備え、Ｘバンドよりも高い周波数帯域を使って観測信号を送信し、ＸバンドまたはＸバンドよりも低い周波数帯域を使って観測信号以外の信号を送受信し、
    前記通信衛星の前記第１通信装置が、固定アンテナを備え、ＸバンドまたはＸバンドよりも低い周波数帯域を使って観測信号以外の信号を送受信し、Ｘバンドよりも高い周波数帯域を使って観測信号を受信する
    請求項１３に記載の観測システム。
15. 前記観測システムは、複数の通信衛星を備え、
    前記複数の通信衛星の複数の軌道面は、１８０度の範囲内で互いの長径方向の経度方向成分が均等な角度ずつずらされる
    請求項１３に記載の観測システム。
16. 請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載の観測システムで使用される通信衛星。
17. 請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載の観測システムで使用される観測衛星。
18. 請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載の観測システムで使用される地上設備。

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