JP2023020151A - 衛星コンステレーション維持方法、地上設備、コマンド送信方法、および、コマンド送信プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】衛星コンステレーション維持方法において、ランダムな軌道面のランダムな軌道位置に発生する欠落衛星を補充するための後継衛星を、多数の衛星の一括打上げによって低コストで軌道投入したい。
【解決手段】衛星コンステレーション維持方法は、１００機以上の衛星により構成され、かつ、３層以上の衛星群から成る衛星メガコンステレーションにおいて、衛星メガコンステレーションを構成する層のうち最下層ではない層である欠落層において衛星欠落が発生した場合に、欠落層よりも軌道高度が１段階低い層に属する衛星である補充衛星が軌道高度を欠落層の軌道高度まで上昇させて衛星欠落を補う方法である。
【選択図】図１

Description

本開示は、衛星コンステレーション維持方法、地上設備、コマンド送信方法、および、コマンド送信プログラムに関する。

メガコンステレーション衛星群では、初期整備段階には同一軌道面を飛翔する衛星群を一括して打ち上げることができるので、ロケットの打上げ回数を抑制することにより低コスト化が可能である。なお、法線ベクトルが異なる多数の軌道面の経度方向相対角度を分散させるためには多大な時間と推薬とが通常必要であるため、メガコンステレーションの初期整備段階において軌道面毎に衛星を一括で打上げるのが一般的である。具体例として、ＳＰＡＣＥ－Ｘ社のＳｔａｒｌｉｎｋ（登録商標）では、軌道高度３４０ｋｍ近傍の３種類の軌道高度の各々に約２５００機の衛星を配備して、合計約７５００機のメガコンステレーションを軌道高度３４０ｋｍ近傍に形成する計画を発表している。

特開２０２１－０５４１６７号公報

初期衛星群整備後における衛星故障または寿命完遂等に伴う衛星欠落は、ランダムな軌道面のランダムな軌道位置で発生する。そのため、衛星欠落を補う後継衛星を一括打上げにより軌道投入することができないという課題があった。

本開示は、１００機以上の衛星により構成される衛星コンステレーションにおける初期衛星群整備後に衛星故障ないし寿命完遂等に伴い後継衛星を軌道投入する衛星コンステレーション維持方法であって、ランダムな軌道面のランダムな軌道位置に発生する欠落衛星を補充するための後継衛星を、多数の衛星の一括打上げによって低コストで軌道投入する衛星コンステレーション維持方法を提供することを目的とする。

本開示に係る衛星コンステレーション維持方法は、
１００機以上の衛星により構成され、かつ、３層以上の衛星群から成る衛星メガコンステレーションにおいて、
前記衛星メガコンステレーションを構成する層のうち最下層ではない層である欠落層において衛星欠落が発生した場合に、前記欠落層よりも軌道高度が１段階低い層に属する衛星である補充衛星が軌道高度を前記欠落層の軌道高度まで上昇させて前記衛星欠落を補う方法である。

本開示によれば、１００機以上の衛星により構成される衛星コンステレーションにおける初期衛星群整備後に衛星故障ないし寿命完遂等に伴い後継衛星を軌道投入する衛星コンステレーション維持方法であって、ランダムな軌道面のランダムな軌道位置に発生する欠落衛星を補充するための後継衛星を、多数の衛星の一括打上げによって低コストで軌道投入する衛星コンステレーション維持方法を提供することができる。

実施の形態１に係る衛星コンステレーション維持システム１００の概略を示す図。 実施の形態１に係る衛星コンステレーション維持システム１００の構成例を示す図。 実施の形態１に係る衛星３０の構成例を示す図。 実施の形態１に係る地上設備５００の構成例を示す図。 実施の形態１に係る衛星コンステレーション維持システム１００の構成例を示す図。 ロケットと衛星３０との衝突リスクを示す図。 最下層に衛星３０を軌道投入する様子を示す図。 ロケットから衛星３０を分離する様子を示す図。 ロケットから衛星３０を分離する様子を示す図。 実施の形態１に係る衛星コンステレーション維持システム１００が欠落衛星を補充する様子を示す図。 実施の形態１の変形例に係る地上設備５００の構成例を示す図。

以下、本開示の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付している。実施の形態の説明において、同一または相当する部分については、説明を適宜省略または簡略化する。また、以下の図面では各構成の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。図中の矢印はデータの流れまたは処理の流れを主に示している。また、実施の形態の説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」、「表」、「裏」といった方向あるいは位置が示されている場合がある。それらの表記は、説明の便宜上、そのように記載しているだけであって、装置、器具、あるいは部品といった構成の配置および向きを限定するものではない。
また、「部」を、「回路」、「工程」、「手順」、「処理」、「手段」または「サーキットリー」に適宜読み替えてもよい。

実施の形態１．
以下、本実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション維持システム１００の概略を示している。
衛星コンステレーション維持システム１００は、本図に示すように、衛星コンステレーション２０と、地上設備５００とを備える。本明細書では、人工衛星を単に衛星と表記することもある。
なお、本実施の形態は、多数の軌道面に多数の衛星３０を飛翔させるメガコンステレーション衛星群が複数存在した場合に、高高度衛星群の欠損を容易に下層衛星群から補充することができる性質に着目したものである。さらに、本実施の形態は、ロケットを打上げて衛星３０を軌道投入する場合には最下層衛星群へ軌道投入する手法が飛行安全確保の観点で合理的である性質に着目したものである。本実施の形態では、これらの性質に着目し、複数の軌道高度の衛星群の欠損を低軌道高度から順送りに補充し、最下層の欠損について、新規にロケットを打上げることにより補充衛星を軌道投入する。

衛星コンステレーション２０は、典型的には１００機以上の衛星３０を備える衛星メガコンステレーションである。衛星コンステレーション２０の具体例は［参考文献１］および［参考文献２］に開示されている。メガコンステレーションの具体例は［参考文献３］に開示されている。衛星コンステレーション維持システム１００は、これらの参考文献に開示されている機能を適宜備える。
衛星コンステレーション２０は、具体例として、低高度帯衛星群２１と中高度帯衛星群２２と高高度帯衛星群２３とから成る。低高度帯衛星群２１と中高度帯衛星群２２と高高度帯衛星群２３との各々は、典型的には１００機以上の衛星３０により構成される衛星メガコンステレーションであり、層として捉えることができる。なお、本明細書において衛星コンステレーション２０が３層の衛星メガコンステレーションから構成される具体例を説明するが、衛星コンステレーション２０は４層以上の衛星メガコンステレーションから構成されてもよい。高高度帯衛星群２３が含む各衛星３０は、具体例として、地上に存在する利用者に通信サービス等を提供する。中高度帯衛星群２２を構成する各衛星３０は、高高度帯衛星群２３の軌道高度よりも低い軌道高度において待機している。低高度帯衛星群２１を構成する各衛星３０は、中高度帯衛星群２２の軌道高度よりも低い軌道高度において待機している。高高度帯衛星群２３は軌道高度が最も高い層に当たり、中高度帯衛星群２２は軌道高度が２番目に高い層に当たり、低高度帯衛星群２１は軌道高度が最も低い層に当たる。各層において、各層を構成する衛星３０の軌道は適宜分散されている。

［参考文献１］
特開２０２１－０５４１６７号公報
［参考文献２］
特開２０２１－０７０３４２号公報
［参考文献３］
国際公開第２０２１／０６０４９２号パンフレット

地上設備５００は、通信装置９５０と衛星制御装置５０１とを備え、各衛星３０と通信することによって衛星コンステレーション２０を制御する。
衛星制御装置５０１は、各衛星３０を制御するための各種コマンドを生成するコンピュータであり、処理回路および入出力インタフェース等のハードウェアを備える。処理回路は各種コマンドを生成する。入出力インタフェースには入力装置および出力装置が接続される。衛星制御装置５０１は、入出力インタフェースを介して、通信装置９５０に接続される。
通信装置９５０は、各衛星３０と通信を行う。具体的には、通信装置９５０は、各種コマンドを各衛星３０へ送信する。

図２は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション維持システム１００の構成例を示している。
衛星コンステレーション維持システム１００は、コンピュータを備える。図２では、１つのコンピュータの構成を示しているが、実際には、衛星コンステレーション２０を構成する複数の衛星の各衛星３０、および、衛星３０と通信する地上設備５００の各々にコンピュータが備えられる。そして、複数の衛星の各衛星３０、および、衛星３０と通信する地上設備５００の各々に備えられたコンピュータが連携して、本実施の形態に係る衛星コンステレーション維持システム１００の機能を実現する。以下において、衛星コンステレーション維持システム１００の機能を実現するコンピュータの構成の一例について説明する。

衛星コンステレーション維持システム１００は、衛星３０と地上設備５００とを備える。衛星３０は、地上設備５００の通信装置９５０と通信する衛星通信装置３２を備える。

衛星コンステレーション維持システム１００は、プロセッサ９１０を備えるとともに、メモリ９２１、補助記憶装置９２２、入力インタフェース９３０、出力インタフェース９４０、および通信装置９５０といった他のハードウェアを備える。プロセッサ９１０は、信号線を介して他のハードウェアと接続され、これら他のハードウェアを制御する。

衛星コンステレーション維持システム１００は、機能要素として、衛星コンステレーション維持部１１０を備える。衛星コンステレーション維持部１１０の機能は、ハードウェアあるいはソフトウェアにより実現される。

衛星コンステレーション維持部１１０は、衛星コンステレーション２０を維持するための処理を実行する機能を有する。

プロセッサ９１０は、衛星コンステレーション維持プログラムを実行する装置である。衛星コンステレーション維持プログラムは、衛星コンステレーション維持部１１０の機能を実現するプログラムである。
プロセッサ９１０は、演算処理を行うＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。プロセッサ９１０の具体例は、ＣＰＵ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。

メモリ９２１は、データを一時的に記憶する記憶装置である。メモリ９２１の具体例は、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、あるいはＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）である。
補助記憶装置９２２は、データを保管する記憶装置である。補助記憶装置９２２の具体例は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）である。また、補助記憶装置９２２は、ＳＤ（登録商標）（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ）メモリカード、ＣＦ（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ（登録商標））、ＮＡＮＤフラッシュ、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ブルーレイ（登録商標）ディスク、またはＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）といった可搬記憶媒体であってもよい。

入力インタフェース９３０は、マウス、キーボード、あるいはタッチパネルといった入力装置と接続されるポートである。入力インタフェース９３０は、具体的には、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）端子である。なお、入力インタフェース９３０は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）と接続されるポートであってもよい。
出力インタフェース９４０は、ディスプレイといった出力機器のケーブルが接続されるポートである。出力インタフェース９４０は、具体的には、ＵＳＢ端子またはＨＤＭＩ（登録商標）（Ｈｉｇｈ Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）端子である。ディスプレイは、具体的には、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）である。

通信装置９５０は、レシーバとトランスミッタを有する。通信装置９５０は、具体的には、通信チップまたはＮＩＣ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｃａｒｄ）である。衛星コンステレーション維持システム１００は、通信装置９５０を介して、地上設備５００と衛星３０との通信を行う。

衛星コンステレーション維持プログラムは、プロセッサ９１０に読み込まれ、プロセッサ９１０によって実行される。メモリ９２１には、衛星コンステレーション維持プログラムだけでなく、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）も記憶されている。プロセッサ９１０は、ＯＳを実行しながら、衛星コンステレーション維持プログラムを実行する。衛星コンステレーション維持プログラムおよびＯＳは、補助記憶装置に記憶されていてもよい。補助記憶装置に記憶されている衛星コンステレーション維持プログラムおよびＯＳは、メモリ９２１にロードされ、プロセッサ９１０によって実行される。なお、衛星コンステレーション維持プログラムの一部または全部がＯＳに組み込まれていてもよい。

衛星コンステレーション維持システム１００は、プロセッサ９１０を代替する複数のプロセッサを備えていてもよい。これら複数のプロセッサは、衛星コンステレーション維持プログラムの実行を分担する。それぞれのプロセッサは、プロセッサ９１０と同じように、衛星コンステレーション維持プログラムを実行する装置である。

衛星コンステレーション維持プログラムにより利用、処理または出力されるデータ、情報、信号値および変数値は、メモリ９２１、補助記憶装置９２２、または、プロセッサ９１０内のレジスタあるいはキャッシュメモリに記憶される。

衛星コンステレーション維持プログラムは、衛星コンステレーション維持部１１０の「部」を「処理」、「手順」あるいは「工程」に読み替えた各処理、各手順あるいは各工程を、コンピュータに実行させる。また、衛星コンステレーション維持方法は、衛星コンステレーション維持システム１００が衛星コンステレーション維持プログラムを実行することにより行われる方法である。
本明細書に記載のいずれのプログラムも、コンピュータ読取可能な記録媒体あるいは記憶媒体に格納されて提供されてもよい。また、本明細書に記載のいずれのプログラムも、プログラムプロダクトとして提供されてもよい。

図３は、本実施の形態に係る衛星３０の構成例を示している。
衛星３０は、衛星制御装置３１と衛星通信装置３２と推進装置３３と姿勢制御装置３４と電源装置３５とを備える。衛星３０は、その他、各種の機能を実現する構成要素を備えるが、図３に関して、衛星制御装置３１と衛星通信装置３２と推進装置３３と姿勢制御装置３４と電源装置３５とについて説明する。
衛星制御装置３１は、推進装置３３と姿勢制御装置３４とを制御するコンピュータであり、処理回路を備える。具体的には、衛星制御装置３１は、地上設備５００から送信される各種コマンドに従って、推進装置３３と姿勢制御装置３４とを制御する。
衛星通信装置３２は、地上設備５００と通信する装置である。具体的には、衛星通信装置３２は、自衛星に関する各種データを地上設備５００へ送信する。また、衛星通信装置３２は、地上設備５００から送信される各種コマンドを受信する。
推進装置３３は、衛星３０に推進力を与える装置であり、衛星３０の速度を変化させる。具体的には、推進装置３３は電気推進機である。具体的には、推進装置３３は、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３４は、衛星３０の姿勢と衛星３０の角速度と視線方向（Ｌｉｎｅ Ｏｆ Ｓｉｇｈｔ）といった姿勢要素を制御するための装置である。姿勢制御装置３４は、各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３４は、各姿勢要素を所望の方向に維持する。姿勢制御装置３４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、スラスタおよび磁気センサといった装置である。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およびコントロール・モーメント・ジャイロといった装置である。コントローラは、姿勢センサの計測データまたは地上設備５００からの各種コマンドにしたがって、アクチュエータを制御する。
電源装置３５は、太陽電池、バッテリおよび電力制御装置といった機器を備え、衛星３０に搭載される各機器に電力を供給する。

衛星制御装置３１に備わる処理回路について説明する。
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、一部の機能が専用のハードウェアで実現されて、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、具体的には、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（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）またはこれらの組み合わせである。

図４は、本実施の形態に係る地上設備５００の構成例を示している。
地上設備５００は、全ての軌道面の多数の衛星３０をプログラム制御する。地上設備５００は、地上装置の例である。地上装置は、地上アンテナ装置、地上アンテナ装置に接続された通信装置、あるいは電子計算機といった地上局と、地上局にネットワークで接続されたサーバあるいは端末としての地上設備から構成される。また、地上装置には航空機、自走車両、あるいは移動端末といった移動体に搭載された通信装置を含んでもよい。

地上設備５００は、各衛星３０と通信することによって衛星コンステレーション２０を形成する。地上設備５００は、衛星コンステレーション維持システム１００に備えられる。地上設備５００は、プロセッサ９１０を備えるとともに、メモリ９２１、補助記憶装置９２２、入力インタフェース９３０、出力インタフェース９４０、および通信装置９５０といった他のハードウェアを備える。プロセッサ９１０は、信号線を介して他のハードウェアと接続され、これら他のハードウェアを制御する。地上設備５００のハードウェアについては、図２に示す衛星コンステレーション維持システム１００で説明したものと同様である。図２および図４では、地上設備５００に備えられるハードウェアについて説明した。しかし、同様の機能を有するハードウェアは、衛星３０および地上設備５００以外の、システム、衛星、装置、あるいは設備に備えられていてもよい。

地上設備５００は、機能要素として、軌道制御コマンド生成部５１０と、衛星解析部５２０とを備える。軌道制御コマンド生成部５１０および衛星解析部５２０の機能は、ハードウェア、ソフトウェア、あるいはこれらの組み合わせにより実現される。

通信装置９５０は、衛星コンステレーション２０を構成する衛星群の各衛星３０を追跡管制する信号を送受信する。また、通信装置９５０は、軌道制御コマンド５１を各衛星３０に送信する。

衛星解析部５２０は、衛星コンステレーション２０の状態と、衛星３０の状態等を解析する。具体例として、衛星解析部５２０は、低高度帯衛星群２１を構成する衛星３０が欠落しているかを判定し、また、低高度帯衛星群２１を構成する衛星３０が正常であるか否かを判定する。

軌道制御コマンド生成部５１０は、衛星３０に送信する軌道制御コマンド５１を生成する。具体的には、軌道制御コマンド生成部５１０は、衛星コンステレーション維持方法を実現するための処理を実行することを指示するコマンドを衛星３０に適宜送信する。なお、軌道制御コマンド生成部５１０がコマンドを送信する方法はコマンド送信方法に相当する。軌道制御コマンド生成部５１０にコマンドを送信させるプログラムはコマンド送信プログラムに相当する。コマンド送信プログラムは衛星コンステレーション維持プログラムの一部であってもよい。地上設備５００が備えるコンピュータがコマンド送信プログラムを実行する。コマンド送信プログラムは、地上設備５００に、衛星コンステレーション維持方法を実現するためのコマンドを衛星３０に適宜送信させる。
このようにして軌道制御コマンド生成部５１０および衛星解析部５２０は、衛星コンステレーション維持部１１０の機能を実現する。すなわち、軌道制御コマンド生成部５１０および衛星解析部５２０は、衛星コンステレーション維持部１１０の機能の具体例に相当する。

図５は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション維持システム１００の機能構成例を示す図である。
衛星３０は、さらに、衛星コンステレーション２０を形成する衛星コンステレーション維持部１１０ｂを備える。そして、複数の衛星の各衛星３０の衛星コンステレーション維持部１１０ｂと、地上設備５００の各々に備えられた衛星コンステレーション維持部１１０とが連携して、本実施の形態に係る衛星コンステレーション維持システム１００の機能を実現する。なお、衛星３０の衛星コンステレーション維持部１１０ｂは、衛星制御装置３１に備えられていてもよい。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
図６に示すように、３層以上の衛星群から成る衛星コンステレーション２０が形成されている場合において、各層が形成されている高度帯を新規に打上げたロケットが通過することには、ロケットと衛星コンステレーション２０を構成する衛星３０との衝突リスクがある。図６に示す危険領域は衝突リスクがある領域である。
そこで、衛星コンステレーション維持システム１００では、図７に示すように、衛星コンステレーション２０が形成された後において、衛星コンステレーション２０の最下層に対してのみ、ロケット打上げにより衛星３０を軌道投入する。このとき、軌道投入する衛星３０の数はいくつであってもよい。

ここで、ロケット打上げによって最下層に衛星３０を軌道投入する手法について説明する。この際、ロケット打上げによって最下層よりも低い軌道高度に衛星３０を軌道投入し、軌道投入された各衛星３０が、軌道高度を上昇させて最下層に属する衛星３０となる。

図８は、打上げられたロケットから衛星３０を分離する様子の具体例を示している。本図を用いてロケットから衛星３０を分離する手順を説明する。
まず、ロケットは、ロケットの打上げ後しばらくの間、衛星搭載部が飛翔方向前方に位置する向きで飛翔する。ここで、衛星搭載部はロケットの打上げ時においてフェアリングで覆われており、衛星搭載部には分離衛星群として複数の衛星３０が搭載されている。
次に、ロケットはある時点においてフェアリングを開頭する。
次に、ロケットは、衛星搭載部が飛翔方向後方に位置するようロケットの向き変更する。
次に、ロケットは、衛星搭載部に搭載されている衛星３０を１つずつ分離する。この際、ロケットは、飛翔方向後方の方向における先頭に存在する衛星３０を順に分離する。また、ロケットは、ロケットの軌道高度を考慮して衛星３０を分離するか否かを決定してもよい。

図９は、各衛星３０がロケットから分離された後の様子を示している。各衛星３０がロケットから分離された時点において、各衛星３０の軌道高度が互いに異なるため、各衛星３０の軌道面の公転周期は互いに異なる。また、各衛星３０は所定の軌道高度まで上昇するが、各衛星３０が所定の軌道高度に達するまでの間に軌道面の相対角度が変わる。各衛星３０はこのような性質を適宜利用して相対角度を調整する。
なお、ロケットを打上げて衛星コンステレーション２０の最下層を構成する衛星３０の少なくとも一部を軌道投入する方法は、ロケット打上げ方法に相当する。ロケットは、具体例として多数の衛星３０を搭載することができる大型ロケットである。多数の衛星３０は、具体例として４０機以上の衛星３０である。
衛星コンステレーション２０を構成する層のうち最も低い層の軌道高度よりも低い軌道高度にロケットを打上げることにより衛星３０を軌道投入し、軌道投入された各衛星３０が、軌道高度を上昇させて最も低い層に属する衛星３０となることにより最も低い層に衛星３０を補充する方法は、衛星コンステレーション維持方法に相当する。

なお、隣接軌道間の移動については、衛星３０毎に軌道高度を変えることにより、公転周期が異なる効果を使って所望の軌道まで移動することが可能である。
衛星３０が欠落した軌道面がランダムであっても、隣接軌道の複数の欠落箇所に代替衛星を一括打上げすることは合理的である。また、軌道面内の衛星３０の欠落位置がランダムであっても、軌道面内の位相調整により、軌道面内の衛星３０の順番に拘らずに軌道投入が容易な位置に衛星３０を軌道投入してもよいし、所望の軌道位置に衛星３０を軌道投入してもよい。

図１０を用いて、高高度帯衛星群２３において欠落衛星が発生した場合における衛星コンステレーション維持システム１００の動作を説明する。なお、欠落衛星は故障または寿命完遂等に伴って発生する。まず、中高度帯衛星群２２に属する衛星３０のうち、欠落衛星が飛翔していた位置に相対的に近い位置を飛翔している衛星３０が補充衛星として選択される。次に、選択された補充衛星は、軌道高度を高高度帯衛星群２３の軌道高度まで上げ、適宜軌道を調整して欠落衛星を補充する。ここで、選択された補充衛星は中高度帯衛星群２２に属する衛星３０ではなくなったので、中高度帯衛星群２２において欠落衛星が発生した。次に、同様にして、低高度帯衛星群２１に属する衛星３０は、補充衛星として、中高度帯衛星群２２において発生した欠落衛星を補充する。このように、衛星コンステレーション維持システム１００では、高高度帯衛星群２３への軌道投入はバケツリレー方式で下層から中層へ、中層から高層へと高度を順送りに衛星を補充することにより衛星コンステレーション２０を維持する。なお、複数の層の各々に属する衛星３０が同時に軌道高度を上昇させる等、１段階高い層において欠落衛星が発生することを待たずに補充衛星が軌道高度を上昇させてもよい。
衛星コンステレーション２０を構成する層のうち最下層ではない層である欠落層において衛星欠落が発生した場合に、欠落層よりも軌道高度が１段階低い層に属する衛星３０である補充衛星が軌道高度を欠落層の軌道高度まで上昇させて衛星欠落を補う方法は、衛星コンステレーション維持方法に相当する。また、衛星コンステレーション維持方法において、欠落層の軌道高度よりも軌道高度が低い層の各々において、いずれかの衛星３０が補充衛星として選択され、選択された補充衛星は、補充衛星が属する層よりも１段階高い層の軌道高度まで軌道高度を上昇させてもよい。

＊＊＊実施の形態１の効果の説明＊＊＊
以上のように、本実施の形態によれば、ランダムな軌道面で衛星３０の欠落が発生した場合であっても、衛星３０の欠落が発生した軌道面が属する層よりも低層に多数の軌道面の衛星群が分散配備されて飛翔している。そのため、本実施の形態によれば、低層に属する衛星３０が軌道高度を上昇して欠落した衛星３０を補充することができ、また、補充用の衛星３０として、衛星３０が欠落した位置等を考慮して最適な近傍軌道面の衛星３０を選択することができる。
また、本実施の形態では、複数の軌道高度を飛翔する衛星群でランダムかつ順次発生する欠損を、まとめて最下層からロケット打上げして補充していく。そのため、本実施の形態によれば、ロケットの打上げによって多数の衛星３０を一括で打上げることができるので、衛星３０の補充に要するコストを低くすることができる。さらに、本実施の形態によれば、Ｓｔａｒｌｉｎｋ（登録商標）のような計画において後継機を合理的に補充することができる。

＊＊＊他の構成＊＊＊
＜変形例１＞
本実施の形態では、衛星コンステレーション維持部１１０の機能がソフトウェアで実現される。変形例として、衛星コンステレーション維持部１１０の機能がハードウェアで実現されてもよい。図１１は、本変形例を示している。

地上設備５００は、プロセッサ９１０に替えて電子回路９０９を備える。
電子回路９０９は、衛星コンステレーション維持部１１０の機能を実現する専用の電子回路である。
電子回路９０９は、具体的には、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、ロジックＩＣ、ＧＡ（Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、ＡＳＩＣ、または、ＦＰＧＡである。
衛星コンステレーション維持部１１０の機能は、１つの電子回路で実現されてもよいし、複数の電子回路に分散して実現されてもよい。
別の変形例として、衛星コンステレーション維持部１１０の一部の機能が電子回路９０９で実現され、残りの機能がソフトウェアで実現されてもよい。

プロセッサ９１０と電子回路９０９とメモリ９２１と補助記憶装置９２２とを総称して、プロセッシングサーキットリとも呼ばれる。つまり、衛星コンステレーション維持システム１００において、衛星コンステレーション維持部１１０の機能は、プロセッシングサーキットリにより実現される。

＊＊＊他の実施の形態＊＊＊
実施の形態１について説明したが、本実施の形態のうち、複数の部分を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、本実施の形態を部分的に実施しても構わない。その他、本実施の形態は、必要に応じて種々の変更がなされても構わず、全体としてあるいは部分的に、どのように組み合わせて実施されても構わない。
なお、前述した実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、本開示と、その適用物と、用途の範囲とを制限することを意図するものではない。説明した手順は、適宜変更されてもよい。

２０ 衛星コンステレーション、２１ 低高度帯衛星群、２２ 中高度帯衛星群、２３ 高高度帯衛星群、３０ 衛星、３１ 衛星制御装置、３２ 衛星通信装置、３３ 推進装置、３４ 姿勢制御装置、３５ 電源装置、５１ 軌道制御コマンド、１００ 衛星コンステレーション維持システム、１１０，１１０ｂ 衛星コンステレーション維持部、５００ 地上設備、５０１ 衛星制御装置、５１０ 軌道制御コマンド生成部、５２０ 衛星解析部、９０９ 電子回路、９１０ プロセッサ、９２１ メモリ、９２２ 補助記憶装置、９３０ 入力インタフェース、９４０ 出力インタフェース、９５０ 通信装置。

Claims (6)

1. １００機以上の衛星により構成され、かつ、３層以上の衛星群から成る衛星メガコンステレーションにおいて、
   前記衛星メガコンステレーションを構成する層のうち最下層ではない層である欠落層において衛星欠落が発生した場合に、前記欠落層よりも軌道高度が１段階低い層に属する衛星である補充衛星が軌道高度を前記欠落層の軌道高度まで上昇させて前記衛星欠落を補う衛星コンステレーション維持方法。
2. 前記欠落層の軌道高度よりも軌道高度が低い層の各々において、いずれかの衛星が補充衛星として選択され、選択された補充衛星は、補充衛星が属する層よりも１段階高い層の軌道高度まで軌道高度を上昇させる請求項１に記載の衛星コンステレーション維持方法。
3. 前記衛星メガコンステレーションを構成する層のうち最も低い層の軌道高度よりも低い軌道高度にロケットを打上げることにより衛星を軌道投入し、軌道投入された各衛星が、軌道高度を上昇させて前記最も低い層に属する衛星となることにより前記最も低い層に衛星を補充する請求項１または２に記載の衛星コンステレーション維持方法。
4. １００機以上の衛星により構成され、かつ、３層以上の衛星群から成る衛星メガコンステレーションを構成する衛星と通信する地上設備であって、
   前記衛星メガコンステレーションを構成する層のうち最下層ではない層である欠落層において衛星欠落が発生した場合に、前記欠落層よりも軌道高度が１段階低い層に属する衛星である補充衛星が軌道高度を前記欠落層の軌道高度まで上昇させて前記衛星欠落を補うことを指示するコマンドを前記補充衛星に送信する地上設備。
5. １００機以上の衛星により構成され、かつ、３層以上の衛星群から成る衛星メガコンステレーションを構成する衛星と通信する地上設備が実行するコマンド送信方法であって、
   前記衛星メガコンステレーションを構成する層のうち最下層ではない層である欠落層において衛星欠落が発生した場合に、前記欠落層よりも軌道高度が１段階低い層に属する衛星である補充衛星が軌道高度を前記欠落層の軌道高度まで上昇させて前記衛星欠落を補うことを指示するコマンドを前記補充衛星に送信するコマンド送信方法。
6. １００機以上の衛星により構成され、かつ、３層以上の衛星群から成る衛星メガコンステレーションを構成する衛星と通信する地上設備が備えるコンピュータが実行するコマンド送信プログラムであって、
   前記地上設備に、前記衛星メガコンステレーションを構成する層のうち最下層ではない層である欠落層において衛星欠落が発生した場合に、前記欠落層よりも軌道高度が１段階低い層に属する衛星である補充衛星が軌道高度を前記欠落層の軌道高度まで上昇させて前記衛星欠落を補うことを指示するコマンドを前記補充衛星に送信させるコマンド送信プログラム。

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