JP5557674B2 - スペースデブリ焼滅装置、スペースデブリ焼滅システムおよびスペースデブリ焼滅方法 - Google Patents

Description

本発明は、スペースデブリを大気圏で燃やして消滅させるスペースデブリ焼滅装置、スペースデブリ焼滅システムおよびスペースデブリ焼滅方法に関するものである。

近年、スペースデブリ（宇宙ゴミ）の増加が国際問題になっている。
スペースデブリは高速（例えば、秒速７〜８キロメートル）で移動するため、スペースデブリの大きさが数センチメートルまたは数ミリメートルであっても、スペースデブリの衝突により人工衛星や宇宙船に重大な損傷を与えてしまう可能性があるからである。

スペースデブリとは、人工衛星、ロケットまたは宇宙船の破片、宇宙飛行士が落とした工具など、地球を周回している宇宙ゴミ（特に人工物）のことである。

スペースデブリは、人工衛星などの打ち上げ以外にも、他のスペースデブリまたは人工衛星などに衝突することによって連鎖的に自己増殖してしまう。
一方で、スペースデブリは、人工衛星などと異なる軌道（墓場軌道）へ移動し、または破砕することにより、危険性を失う。また、スペースデブリは、大気圏に突入して燃え尽きることにより、消滅する。
近年は、スペースデブリの増殖速度が消滅速度（危険性の消失を含む）を上回ってスペースデブリが増え続けてしまうケスラーシンドロームが始まっているとも言われている。

現在は、人工衛星などとスペースデブリとの衝突を防ぐため、アメリカ、ロシア、日本などが、スペースデブリの情報をカタログ化している。
そして、人工衛星などとスペースデブリとの衝突が予測される場合、人工衛星などの軌道を修正することにより、スペースデブリとの衝突を回避している。

特開２０１０−６９９７３号公報 特開２００２−３０５０９８号公報 特開２００３−１９７１４５号公報

現在、危険なスペースデブリの数を減少させる、という根本的な対策は取られていない。
このため、将来、ケスラーシンドロームによりスペースデブリが増殖し続けて人工衛星などを安全に打ち上げられなくなってしまう可能性が有る。

また、特許文献１に開示されているスペースデブリ除去方法は網状帯電体を用いる方法であり、除去することが可能なスペースデブリが直径１ミリメートル以下の微粒子に限られる。

本発明は、スペースデブリの数を減少させることができるようにすることを目的とする。

本発明のスペースデブリ焼滅装置は、
地球を周回する人工衛星に搭載され、地球を周回するスペースデブリを地球の大気圏で焼滅させる。
前記スペースデブリ焼滅装置は、
地球を周回するスペースデブリを帯電させるために前記スペースデブリに向けて電子ビームを照射する電子ビーム発生装置と、
前記電子ビームによって帯電したスペースデブリを静電反発作用によって地球の大気圏に向けて押し出す電場を発生する電場発生装置とを備える。

前記スペースデブリ焼滅装置は、さらに、
前記スペースデブリの軌道情報と前記スペースデブリ焼滅装置を搭載した人工衛星の軌道情報とを記憶する軌道情報記憶部と、
前記軌道情報記憶部に記憶された前記スペースデブリの軌道情報と前記人工衛星の軌道情報とに基づいて電子ビームを照射するビーム照射タイミングと電場を発生させる電場発生タイミングとを算出するタイミング算出部と、
前記タイミング算出部により算出されたビーム照射タイミングに前記電子ビーム発生装置に電子ビームを照射させ、前記タイミング算出部により算出された電場発生タイミングに前記電場発生装置に電場を発生させる装置制御部とを備える。

前記スペースデブリ焼滅装置は、さらに、
前記軌道情報記憶部に記憶された前記スペースデブリの軌道情報と前記人工衛星の軌道情報とに基づいて電子ビームを照射するビーム照射方向を算出し、電場の静電力の向きを電場方向として算出する方向算出部を備え、
前記装置制御部は、前記方向算出部により算出されたビーム照射方向に向けて前記電子ビーム発生装置に電子ビームを照射させ、前記方向算出部により算出された電場方向に向けて前記電場発生装置に電場を発生させる。

前記軌道情報記憶部は、前記スペースデブリの大きさ情報を記憶し、
前記スペースデブリ焼滅装置は、さらに、
前記軌道情報記憶部に記憶された前記スペースデブリの大きさ情報に基づいて電子ビームの強さと電場の強さとを算出する強度算出部を備え、
前記装置制御部は、前記強度算出部により算出された電子ビームの強さを有する電子ビームを前記電子ビーム発生装置に照射させ、前記強度算出部により算出された電場の強さを有する電場を前記電場発生装置に発生させる。

前記軌道情報記憶部は、複数のスペースデブリそれぞれの軌道情報と前記人工衛星の軌道情報とを記憶し、
前記スペースデブリ焼滅装置は、さらに、
複数のスペースデブリそれぞれの軌道情報と前記人工衛星の軌道情報とに基づいて複数のスペースデブリから焼滅させる対象のスペースデブリを決定する対象デブリ決定部を備え、
前記タイミング算出部は、前記対象デブリ決定部により決定されたスペースデブリを対象にしてビーム照射タイミングと電場発生タイミングとを算出する。

前記スペースデブリ焼滅装置は、さらに、
電子ビームを照射するビーム照射タイミングと電場を発生させる電場発生タイミングとを含んだ装置制御情報を受信する制御情報受信部と、
前記制御情報受信部により受信された装置制御情報に基づいて前記ビーム照射タイミングに前記電子ビーム発生装置に電子ビームを照射させ、前記電場発生タイミングに前記電場発生装置に電場を発生させる装置制御部とを備える。

本発明のスペースデブリ焼滅システムは、
前記スペースデブリ焼滅装置と、
前記スペースデブリ焼滅装置を搭載する人工衛星と、
前記スペースデブリ焼滅装置に電子ビームを照射するビーム照射タイミングと電場を発生させる電場発生タイミングとを含んだ装置制御情報を送信する地上管制装置とを有する。

本発明のスペースデブリ焼滅方法は、
地球を周回する人工衛星に電子ビーム発生装置と電場発生装置とを搭載し、地球を周回するスペースデブリを地球の大気圏で焼滅させるスペースデブリ焼滅方法であって、
電子ビーム発生装置が、地球を周回するスペースデブリを帯電させるために前記スペースデブリに向けて電子ビームを照射し、
電場発生装置が、前記電子ビームによって帯電したスペースデブリを静電反発作用によって地球の大気圏に向けて押し出す電場を発生する。

本発明によれば、スペースデブリを地球の大気圏で焼滅させ、スペースデブリの数を減少させることができる。

地球２９１の低軌道を周回する多数のスペースデブリ２９０を表した図。 実施の形態１における人工衛星２１０とスペースデブリ２９０との関係図。 実施の形態１におけるスペースデブリ焼滅方法の概要図。 実施の形態１におけるスペースデブリ焼滅システム２００の構成図。 実施の形態１におけるスペースデブリ焼滅システム２００のスペースデブリ焼滅方法を示すフローチャート。 実施の形態１における装置制御データ生成処理（Ｓ１１０）を示すフローチャート。 実施の形態１におけるスペースデブリ焼滅装置１００および地上管制装置２３０のハードウェア資源の一例を示す図。 実施の形態２におけるスペースデブリ焼滅システム２００の構成図。 実施の形態２におけるスペースデブリ焼滅システム２００のスペースデブリ焼滅方法を示すフローチャート。

実施の形態１．
図１は、地球２９１の低軌道を周回する多数のスペースデブリ２９０を表した図である。
図２は、実施の形態１における人工衛星２１０とスペースデブリ２９０との関係図である。

図１に示すように、人工衛星、ロケットまたは宇宙船の破片、宇宙飛行士が落とした工具などの多数のスペースデブリ２９０が地球２９１の低軌道を周回している。
図２において、人工衛星２１０とスペースデブリ２９０とはそれぞれに異なる軌道で地球２９１を周回している。

実施の形態１では、人工衛星２１０を利用してスペースデブリ２９０を減少させる形態について説明する。

図３は、実施の形態１におけるスペースデブリ焼滅方法の概要図である。
実施の形態１におけるスペースデブリ焼滅方法について、図３に基づいて説明する。

人工衛星２１０は、電子ビームを照射する電子ビーム発生装置１０１と電場を発生させる電場発生装置１０２とを備える。

（１）人工衛星２１０の電子ビーム発生装置１０１はスペースデブリ２９０に向けて電子ビーム２９３を照射し、スペースデブリ２９０は電子ビーム２９３を受けて負に帯電する。
（２）人工衛星２１０の電場発生装置１０２は地球２９１に向けて負の電場２９４を発生させる。スペースデブリ２９０は負の電場２９４から静電力を受けて、静電反発作用により軌道を変更し、地球２９１に向けて移動する。
（３）そして、スペースデブリ２９０は地球２９１の大気圏２９２に突入し、大気との摩擦熱によって燃えて無くなる。

図４は、実施の形態１におけるスペースデブリ焼滅システム２００の構成図である。
実施の形態１におけるスペースデブリ焼滅システム２００の構成について、図４に基づいて説明する。

スペースデブリ焼滅システム２００は、地上に設けられた地上管制センター２２０と地球を周回する複数の人工衛星２１０とを有する。但し、人工衛星２１０は１機のみ図示する。

地上管制センター２２０は、人工衛星２１０を監視・制御するための施設である。
地上管制センター２２０は、人工衛星２１０と通信して人工衛星２１０を制御する地上管制装置２３０を備える。

地上管制装置２３０は、管制装置記憶部２３９を備える。

管制装置記憶部２３９は、地上管制装置２３０で使用する各種データを記憶装置を用いて記憶する。
スペースデブリカタログデータ２３９Ａ、衛星軌道データ２３９Ｂおよび後述する装置制御データ１９１は、管制装置記憶部２３９に記憶されるデータの一例である。

スペースデブリカタログデータ２３９Ａは、複数のスペースデブリについてスペースデブリ毎に軌道を示す情報や大きさを示す情報などを含む。
衛星軌道データ２３９Ｂは、複数の人工衛星２１０について人工衛星２１０毎に当該人工衛星２１０の軌道を示す情報を含む。

地上管制装置２３０は、さらに、対象デブリ決定部２３１、タイミング算出部２３２、方向算出部２３３、強度算出部２３４および制御データ生成部２３５を備える。

対象デブリ決定部２３１は、スペースデブリカタログデータ２３９Ａに含まれる複数のスペースデブリそれぞれの軌道情報と、衛星軌道データ２３９Ｂに含まれる複数の人工衛星２１０それぞれの軌道情報とに基づいて、焼滅させる対象のスペースデブリと、対象のスペースデブリを消滅させる対象の人工衛星２１０とを決定する。

以下、対象のスペースデブリを「対象デブリ」といい、対象の人工衛星２１０を「対象衛星」という。

タイミング算出部２３２は、スペースデブリカタログデータ２３９Ａに含まれる対象デブリの軌道情報と衛星軌道データ２３９Ｂに含まれる対象衛星の軌道情報とに基づいて、電子ビーム２９３を照射するビーム照射タイミングと、電場２９４を発生させる電場発生タイミングとを算出する。

方向算出部２３３は、スペースデブリカタログデータ２３９Ａに含まれる対象デブリの軌道情報と衛星軌道データ２３９Ｂに含まれる対象衛星の軌道情報とに基づいて、電子ビーム２９３を照射するビーム照射方向を算出する。
方向算出部２３３は、スペースデブリカタログデータ２３９Ａに含まれる対象デブリの軌道情報と衛星軌道データ２３９Ｂに含まれる対象衛星の軌道情報とに基づいて、電場２９４の静電力の向きを電場方向として算出する。

強度算出部２３４は、スペースデブリカタログデータ２３９Ａに含まれる対象デブリの大きさ情報に基づいて、電子ビーム２９３の強さと電場２９４の強さとを算出する。
以下、電子ビーム２９３の強さを「ビーム強度」といい、電場２９４の強さを「電場強度」という。

制御データ生成部２３５は、ビーム照射タイミング、ビーム照射方向、ビーム強度、電場発生タイミング、電場方向および電場強度（装置制御情報の一例）を含んだデータを装置制御データ１９１として生成する。

地上管制装置２３０は、さらに、管制装置通信部２３６を備える。

管制装置通信部２３６は、地上管制センター２２０のアンテナ（図示省略）を介して人工衛星２１０のスペースデブリ焼滅装置１００と各種データを電波によって通信する。
例えば、管制装置通信部２３６は、対象衛星のスペースデブリ焼滅装置１００へ装置制御データ１９１を送信する。

人工衛星２１０は、スペースデブリを焼滅させるためのスペースデブリ焼滅装置１００を備える。

スペースデブリ焼滅装置１００は、地球を周回する人工衛星２１０に搭載され、地球を周回するスペースデブリを地球の大気圏で焼滅させる装置である。

スペースデブリ焼滅装置１００は、電子ビーム発生装置１０１と電場発生装置１０２とを備える。

電子ビーム発生装置１０１は、地球を周回するスペースデブリを帯電させるためにスペースデブリに向けて電子ビーム２９３を照射する装置である。

電場発生装置１０２は、電子ビーム２９３によって帯電したスペースデブリを静電反発作用によって地球の大気圏に向けて押し出す電場２９４を発生する装置である。

スペースデブリ焼滅装置１００は、さらに、焼滅装置通信部１１０（制御情報受信部の一例）を備える。

焼滅装置通信部１１０は、人工衛星２１０のアンテナ（図示省略）を介して地上管制センター２２０の地上管制装置２３０と各種データを電波によって通信する。
例えば、焼滅装置通信部１１０は、地上管制センター２２０の地上管制装置２３０から装置制御データ１９１を受信する。

スペースデブリ焼滅装置１００は、さらに、装置制御部１２０を備える。

装置制御部１２０は、装置制御データ１９１に基づいて電子ビーム発生装置１０１と電場発生装置１０２とを制御する。

例えば、装置制御部１２０は、装置制御データ１９１に示されるビーム照射タイミングに電子ビーム発生装置１０１に電子ビーム２９３を照射させ、装置制御データ１９１に示される電場発生タイミングに電場発生装置１０２に電場２９４を発生させる。
また、装置制御部１２０は、装置制御データ１９１に示されるビーム照射方向に向けて電子ビーム発生装置１０１に電子ビーム２９３を照射させ、装置制御データ１９１に示される電場方向に向けて電場発生装置１０２に電場２９４を発生させる。
また、装置制御部１２０は、装置制御データ１９１に示されるビーム強度を有する電子ビーム２９３を電子ビーム発生装置１０１に照射させ、装置制御データ１９１に示される電場強度を有する電場２９４を電場発生装置１０２に発生させる。

スペースデブリ焼滅装置１００は、さらに、焼滅装置記憶部１９０（軌道情報記憶部の一例）を備える。

焼滅装置記憶部１９０は、スペースデブリ焼滅装置１００で使用される各種データを記憶装置を用いて記憶する。
装置制御データ１９１は焼滅装置記憶部１９０に記憶されるデータの一例である。

図５は、実施の形態１におけるスペースデブリ焼滅システム２００のスペースデブリ焼滅方法を示すフローチャートである。
実施の形態１におけるスペースデブリ焼滅方法の処理の流れについて、図５に基づいて説明する。

Ｓ１１０において、地上管制装置２３０の制御データ生成部２３５は、スペースデブリカタログデータ２３９Ａと衛星軌道データ２３９Ｂとに基づいて装置制御データ１９１を生成する。
例えば、装置制御データ１９１は「ビーム照射タイミング」「ビーム照射方向」「ビーム強度」「電場発生タイミング」「電場方向」および「電場強度」を示す。
装置制御データ１９１の生成方法については後述する。
Ｓ１１０の後、Ｓ１２０に進む。

Ｓ１２０において、地上管制装置２３０の管制装置通信部２３６は、地上管制センター２２０のアンテナから装置制御データ１９１を電波を用いて対象衛星のスペースデブリ焼滅装置１００へ送信する。
Ｓ１２０の後、Ｓ１３０に進む。

Ｓ１３０において、スペースデブリ焼滅装置１００の焼滅装置通信部１１０は、人工衛星２１０のアンテナにより装置制御データ１９１を地上管制装置２３０から受信する。
Ｓ１３０の後、Ｓ１４０に進む。

Ｓ１４０において、スペースデブリ焼滅装置１００の装置制御部１２０は、装置制御データ１９１に基づいて電子ビーム発生装置１０１を制御する。

例えば、装置制御部１２０は、「ビーム照射タイミング」「ビーム照射方向」および「ビーム強度」を含んだ装置制御データ１９１に基づいて、「ビーム照射方向」と「ビーム強度」とを含む制御命令を「ビーム照射タイミング」に電子ビーム発生装置１０１へ入力する。

Ｓ１４０の後、Ｓ１５０に進む。

Ｓ１５０において、スペースデブリ焼滅装置１００の電子ビーム発生装置１０１は、装置制御部１２０により制御され、電子ビーム２９３を照射する。
そして、電子ビーム発生装置１０１から照射された電子ビーム２９３は対象デブリを負に帯電させる。

例えば、電子ビーム発生装置１０１は、「ビーム照射方向」と「ビーム強度」とを含んだ制御命令を装置制御部１２０から「ビーム照射タイミング」に入力する。
電子ビーム発生装置１０１は、入力した制御命令に基づいて、電子ビーム２９３を照射するビーム照射口を「ビーム照射方向」へ向け、所定の照射時間、「ビーム強度」に応じた出力で電子ビーム２９３をビーム照射口から照射する。

Ｓ１５０の後、Ｓ１６０に進む。

Ｓ１６０において、スペースデブリ焼滅装置１００の装置制御部１２０は、装置制御データ１９１に基づいて電場発生装置１０２を制御する。

例えば、装置制御部１２０は、「電場発生タイミング」「電場方向」および「電場強度」を含んだ装置制御データ１９１に基づいて、「電場方向」と「電場強度」とを含む制御命令を「電場発生タイミング」に電場発生装置１０２へ入力する。

Ｓ１６０の後、Ｓ１７０に進む。

Ｓ１７０において、スペースデブリ焼滅装置１００の電場発生装置１０２は、装置制御部１２０により制御され、負の電場２９４を発生させる。
電場発生装置１０２から発生した負の電場２９４はＳ１５０で負に帯電した対象デブリを静電力で地球の大気圏に向けて押し出す。
そして、地球の大気圏に向けて押し出された対象デブリは地球の大気圏に突入し、大気との摩擦熱で燃えて無くなる。

例えば、電場発生装置１０２は、「電場方向」と「電場強度」とを含んだ制御命令を装置制御部１２０から「電場発生タイミング」に入力する。
電場発生装置１０２は、入力した制御命令に基づいて、電場２９４を発生する電場発生面を「電場方向」へ向け、所定の発生時間、「電場強度」に応じた出力で電場２９４を電場発生面から発生させる。

Ｓ１７０により、スペースデブリ焼滅方法の処理は終了する。

図６は、実施の形態１における装置制御データ生成処理（Ｓ１１０）を示すフローチャートである。
実施の形態１における装置制御データ生成処理（Ｓ１１０）について、図６に基づいて説明する。

Ｓ１１１において、地上管制装置２３０の対象デブリ決定部２３１は、スペースデブリカタログデータ２３９Ａと衛星軌道データ２３９Ｂとに基づいて、焼滅させる対象のスペースデブリ（対象デブリ）と、対象のスペースデブリを焼滅させる対象の人工衛星２１０（対象衛星）とを決定する。

スペースデブリカタログデータ２３９Ａには複数のスペースデブリそれぞれの軌道情報が含まれ、衛星軌道データ２３９Ｂには複数の人工衛星２１０それぞれの軌道情報が含まれる。

例えば、対象デブリ決定部２３１は、複数のスペースデブリそれぞれの軌道情報と複数の人工衛星２１０それぞれの軌道情報とに基づいて、スペースデブリと人工衛星２１０との組み合わせ毎に当該スペースデブリと当該人工衛星２１０とが最も近づく距離を算出する。以下、算出した距離を「最接近距離」という。
対象デブリ決定部２３１は、スペースデブリと人工衛星２１０との組み合わせ毎に当該組み合わせの最接近距離と所定の距離閾値とを比較し、最接近距離が所定の距離閾値以下の距離である組み合わせを特定する。特定した組み合わせのスペースデブリおよび人工衛星２１０が「対象デブリ」および「対象衛星」である。
但し、対象デブリは対象衛星と地球との間を通過するものに限る。

Ｓ１１１の後、Ｓ１１２に進む。

Ｓ１１２において、地上管制装置２３０のタイミング算出部２３２は、スペースデブリカタログデータ２３９Ａと衛星軌道データ２３９Ｂとに基づいて、電子ビーム２９３を照射させるタイミング（ビーム照射タイミング）と、電場２９４を発生させるタイミング（電場発生タイミング）とを算出する。

例えば、タイミング算出部２３２は、Ｓ１１１で決定された対象デブリの軌道情報とＳ１１１で決定された対象衛星の軌道情報とに基づいて、対象デブリと対象衛星とが最も近づく時刻を「ビーム照射タイミング」として算出する。
また、タイミング算出部２３２は、Ｓ１１１で決定された対象デブリの軌道情報とＳ１１１で決定された対象衛星の軌道情報とに基づいて、対象デブリが対象衛星と地球との間を通過する時刻を「電場発生タイミング」として算出する。
但し、ビーム照射タイミングは電場発生タイミング以前の時刻である。

Ｓ１１２の後、Ｓ１１３に進む。

Ｓ１１３において、地上管制装置２３０の方向算出部２３３は、スペースデブリカタログデータ２３９Ａと衛星軌道データ２３９Ｂとに基づいて、電子ビーム２９３を照射させる方向（ビーム照射方向）と、電場２９４を発生させる方向（静電力が作用する方向）（電場発生方向）とを算出する。

例えば、方向算出部２３３は、Ｓ１１１で決定された対象デブリの軌道情報とＳ１１１で決定された対象衛星の軌道情報とＳ１１２で算出されたビーム照射タイミングとに基づいて、ビーム照射タイミング時の対象衛星から対象デブリへの方向を「ビーム照射方向」として算出する。
また、方向算出部２３３は、Ｓ１１１で決定された対象デブリの軌道情報とＳ１１１で決定された対象衛星の軌道情報とＳ１１２で算出された電場発生タイミングとに基づいて、電場発生タイミング時の対象衛星から対象デブリへの方向を「電場発生方向」として算出する。

Ｓ１１３の後、Ｓ１１４に進む。

Ｓ１１４において、地上管制装置２３０の強度算出部２３４は、スペースデブリカタログデータ２３９Ａに基づいて、電子ビーム２９３の強度（ビーム強度）と、電場２９４の強度（電場強度）とを算出する。

スペースデブリカタログデータ２３９Ａには複数のスペースデブリそれぞれの大きさ情報が含まれる。

例えば、強度算出部２３４は、Ｓ１１１で決定された対象デブリの大きさ情報とＳ１１１で算出された対象デブリと対象衛星との最接近距離とに基づいて、対象デブリが大きくて最接近距離が長いほど大きく、対象デブリが小さくて最接近距離が短いほど小さい強度を「ビーム強度」として算出する。
また、強度算出部２３４は、Ｓ１１１で決定された対象デブリの軌道情報とＳ１１１で決定された対象衛星の軌道情報とＳ１１２で算出された電場発生タイミングとに基づいて、電場発生タイミング時の対象デブリの対象衛星との距離（電場距離）を算出する。強度算出部２３４は、算出した電場距離と対象デブリの大きさ情報とに基づいて、対象デブリが大きくて電場距離が長いほど大きく、対象デブリが小さくて電場距離が短いほど小さい強度を「電場強度」として算出する。

Ｓ１１４の後、Ｓ１１５に進む。

Ｓ１１５において、地上管制装置２３０の制御データ生成部２３５は、ビーム照射タイミング、ビーム照射方向、ビーム強度、電場発生タイミング、電場発生方向および電場強度を含んだ装置制御データ１９１を生成する。
Ｓ１１５により、装置制御データ生成処理（Ｓ１１０）は終了する。

図７は、実施の形態１におけるスペースデブリ焼滅装置１００および地上管制装置２３０のハードウェア資源の一例を示す図である。
図７において、スペースデブリ焼滅装置１００および地上管制装置２３０は、ＣＰＵ９１１（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を備えている。ＣＰＵ９１１は、バス９１２を介してＲＯＭ９１３、ＲＡＭ９１４、通信装置９１５、磁気ディスク装置９２０と接続され、これらのハードウェアデバイスを制御する。スペースデブリ焼滅装置１００は、その他に電子ビーム発生装置１０１と電場発生装置１０２とを備える。地上管制装置２３０は、その他にディスプレイ装置、キーボード、マウスなどを備える。これらのハードウェアデバイスもバス９１２を介してＣＰＵ９１１と接続し、ＣＰＵ９１１により制御される。

磁気ディスク装置９２０には、ＯＳ９２１（オペレーティングシステム）、プログラム群９２３、ファイル群９２４が記憶されている。

プログラム群９２３には、実施の形態において「〜部」として説明する機能を実行するプログラムが含まれる。プログラムは、ＣＰＵ９１１により読み出され実行される。すなわち、プログラムは、「〜部」としてコンピュータを機能させるものであり、また「〜部」の手順や方法をコンピュータに実行させるものである。

ファイル群９２４には、実施の形態において説明する「〜部」で使用される各種データ（入力、出力、判定結果、計算結果、処理結果など）が含まれる。

実施の形態において構成図およびフローチャートに含まれている矢印は主としてデータや信号の入出力を示す。

実施の形態において「〜部」として説明するものは「〜回路」、「〜装置」、「〜機器」であってもよく、また「〜ステップ」、「〜手順」、「〜処理」であってもよい。すなわち、「〜部」として説明するものは、ファームウェア、ソフトウェア、ハードウェアまたはこれらの組み合わせのいずれで実装されても構わない。

電子ビーム発生装置１０１は電子銃とも呼ばれる。電子ビーム発生装置１０１は特許文献２などに開示されている。
また、電場発生装置１０２は特許文献３などに開示されている。

実施の形態１において、スペースデブリ焼滅装置１００の電子ビーム発生装置１０１は、スペースデブリに電子を撃ち込んでスペースデブリを負に帯電させる。
また、スペースデブリ焼滅装置１００の電場発生装置１０２は、地球（大気圏）に対してほぼ鉛直方向に向けて電界（負の電場）を発生し、負に帯電したスペースデブリの軌道を地球方向に変化させ、スペースデブリを大気圏で焼滅させる。

スペースデブリとスペースデブリ焼滅装置１００との位置関係やスペースデブリの大きさに応じて電子ビームの照射タイミング、照射方向または照射強度を調整することにより、他の人工衛星や宇宙船に対する電子ビームの影響を抑止しながら、ある程度大きなスペースデブリ（例えば、直径１ミリメートル以上）を大気圏で焼滅させることができる。
また、スペースデブリとスペースデブリ焼滅装置１００との位置関係やスペースデブリの大きさに応じて電場の発生タイミング、発生方向または発生強度を調整することにより、他の人工衛星や宇宙船に対する電場の影響を抑止しながら、ある程度大きなスペースデブリ（例えば、直径１ミリメートル以上）を大気圏で焼滅させることができる。

但し、実施の形態１において、ビーム照射タイミングや電場発生タイミングを定めずに、電子ビームを照射し続け又は電場を発生し続けても構わない。また、電子ビームの照射と電場の発生とを所定の周期で行っても構わない。
また、ビーム照射方向や電場発生方向を定めずに、所定の方向に向けて電子ビームを照射し又は電場を発生しても構わない。
また、ビーム強度や電場強度を定めずに、所定の強度で電子ビームを照射し又は電場を発生しても構わない。

実施の形態２．
電子ビーム発生装置１０１および電場発生装置１０２を制御するための装置制御データ１９１を地上管制装置２３０ではなくスペースデブリ焼滅装置１００が生成する形態について説明する。
以下、実施の形態１と異なる事項について主に説明する。説明を省略する事項については実施の形態１と同様である。

図８は、実施の形態２におけるスペースデブリ焼滅システム２００の構成図である。
実施の形態２におけるスペースデブリ焼滅システム２００の構成について、図８に基づいて説明する。

地上管制装置２３０は、装置制御データ１９１を生成するための機能構成を備えない。

スペースデブリ焼滅装置１００は、装置制御データ１９１を生成するために対象デブリ決定部１３１、タイミング算出部１３２、方向算出部１３３、強度算出部１３４および制御データ生成部１３５を備える。
これらの機能構成は、実施の形態１（図４参照）で説明した地上管制装置２３０の機能構成に相当する。

地上管制装置２３０の管制装置通信部２３６は、スペースデブリカタログデータ２３９Ａと衛星軌道データ２３９Ｂとを地上管制センター２２０のアンテナ（図示省略）から電波を用いてスペースデブリ焼滅装置１００へ送信する。

スペースデブリ焼滅装置１００の焼滅装置通信部１１０は、スペースデブリカタログデータ２３９Ａと衛星軌道データ２３９Ｂとを人工衛星２１０のアンテナ（図示省略）により地上管制装置２３０から受信する。

スペースデブリ焼滅装置１００の対象デブリ決定部１３１は、実施の形態１（図４参照）で説明した地上管制装置２３０の対象デブリ決定部２３１と同様に、スペースデブリカタログデータ２３９Ａと衛星軌道データ２３９Ｂとに基づいて対象デブリを決定する。

スペースデブリ焼滅装置１００のタイミング算出部１３２は、実施の形態１（図４参照）で説明した地上管制装置２３０のタイミング算出部２３２と同様に、スペースデブリカタログデータ２３９Ａと衛星軌道データ２３９Ｂとに基づいてビーム照射タイミングと電場発生タイミングとを算出する。

スペースデブリ焼滅装置１００の方向算出部１３３は、実施の形態１（図４参照）で説明した地上管制装置２３０の方向算出部２３３と同様に、スペースデブリカタログデータ２３９Ａと衛星軌道データ２３９Ｂとに基づいてビーム照射方向と電場発生方向とを算出する。

スペースデブリ焼滅装置１００の強度算出部１３４は、実施の形態１（図４参照）で説明した地上管制装置２３０の強度算出部２３４と同様に、スペースデブリカタログデータ２３９Ａと衛星軌道データ２３９Ｂとに基づいてビーム強度と電場強度とを算出する。

スペースデブリ焼滅装置１００の制御データ生成部１３５は、実施の形態１（図４参照）で説明した地上管制装置２３０の制御データ生成部１３５と同様に、ビーム照射タイミング、ビーム照射方向、ビーム強度、電場発生タイミング、電場発生方向および電場強度を含んだ装置制御データ１９１を生成する。

スペースデブリ焼滅装置１００の焼滅装置記憶部１９０は、スペースデブリカタログデータ２３９Ａ、衛星軌道データ２３９Ｂおよび装置制御データ１９１を記憶する。

図９は、実施の形態２におけるスペースデブリ焼滅システム２００のスペースデブリ焼滅方法を示すフローチャートである。
実施の形態２におけるスペースデブリ焼滅方法の処理の流れについて、図９に基づいて説明する。

Ｓ２１０において、地上管制装置２３０の管制装置通信部２３６は、スペースデブリカタログデータ２３９Ａと衛星軌道データ２３９Ｂとを地上管制センター２２０のアンテナから電波を用いて複数の人工衛星２１０それぞれのスペースデブリ焼滅装置１００へ送信する。
Ｓ２１０の後、Ｓ２２０に進む。

Ｓ２２０以降の処理は、複数の人工衛星２１０それぞれのスペースデブリ焼滅装置１００によって実行される。

Ｓ２２０において、スペースデブリ焼滅装置１００の焼滅装置通信部１１０は、スペースデブリカタログデータ２３９Ａと衛星軌道データ２３９Ｂとを人工衛星２１０のアンテナにより地上管制装置２３０から受信する。
Ｓ２２０の後、Ｓ２３０に進む。

Ｓ２３０において、スペースデブリ焼滅装置１００の制御データ生成部１３５は、スペースデブリカタログデータ２３９Ａと衛星軌道データ２３９Ｂとに基づいて装置制御データ１９１を生成する。
装置制御データ１９１の生成方法は、実施の形態１で説明した装置制御データ生成処理（Ｓ１１０）（図６参照）と同様である。但し、実施の形態２では、地上管制装置２３０の機能構成ではなく、スペースデブリ焼滅装置１００の機能構成が装置制御データ１９１を生成する。また、Ｓ１１１では、自己が搭載された人工衛星２１０を対象衛星として対象デブリを決定する。
Ｓ２３０の後、Ｓ２４０に進む。

Ｓ２４０において、スペースデブリ焼滅装置１００の装置制御部１２０は、装置制御データ１９１に基づいて電子ビーム発生装置１０１を制御する。
Ｓ２４０の後、Ｓ２５０に進む。

Ｓ２５０において、スペースデブリ焼滅装置１００の電子ビーム発生装置１０１は、装置制御部１２０により制御され、電子ビーム２９３を照射する。
そして、電子ビーム発生装置１０１から照射された電子ビーム２９３は対象デブリを負に帯電させる。
Ｓ２５０の後、Ｓ２６０に進む。

Ｓ２６０において、スペースデブリ焼滅装置１００の装置制御部１２０は、装置制御データ１９１に基づいて電場発生装置１０２を制御する。
Ｓ２６０の後、Ｓ２７０に進む。

Ｓ２７０において、スペースデブリ焼滅装置１００の電場発生装置１０２は、装置制御部１２０により制御され、負の電場２９４を発生させる。
電場発生装置１０２から発生した負の電場２９４は負に帯電している対象デブリを静電力で地球の大気圏に向けて押し出す。
そして、地球の大気圏に向けて押し出された対象デブリは地球の大気圏に突入し、大気との摩擦熱で燃えて無くなる。
Ｓ２６０により、スペースデブリ焼滅方法の処理は終了する。

Ｓ２４０〜Ｓ２７０は、実施の形態１で説明したＳ１４０〜Ｓ１７０（図５参照）と同じである。

実施の形態２により、実施の形態１と同じく、他の人工衛星や宇宙船に対する電子ビームや電場の影響を抑止しながら、ある程度大きなスペースデブリを大気圏で焼滅させることができる。
さらに、地上管制装置２３０の処理負荷を軽減することができる。

また、実施の形態１と同じく、ビーム照射タイミング、ビーム照射方向、ビーム強度、電場発生タイミング、電場発生方向または電場強度を定めなくても構わない。

１００ スペースデブリ焼滅装置、１０１ 電子ビーム発生装置、１０２ 電場発生装置、１１０ 焼滅装置通信部、１２０ 装置制御部、１３１ 対象デブリ決定部、１３２ タイミング算出部、１３３ 方向算出部、１３４ 強度算出部、１３５ 制御データ生成部、１９０ 焼滅装置記憶部、１９１ 装置制御データ、２００ スペースデブリ焼滅システム、２１０ 人工衛星、２２０ 地上管制センター、２３０ 地上管制装置、２３１ 対象デブリ決定部、２３２ タイミング算出部、２３３ 方向算出部、２３４ 強度算出部、２３５ 制御データ生成部、２３６ 管制装置通信部、２３９ 管制装置記憶部、２３９Ａ スペースデブリカタログデータ、２３９Ｂ 衛星軌道データ、２９０ スペースデブリ、２９１ 地球、２９２ 大気圏、２９３ 電子ビーム、２９４ 電場、９１１ ＣＰＵ、９１２ バス、９１３ ＲＯＭ、９１４ ＲＡＭ、９１５ 通信装置、９２０ 磁気ディスク装置、９２１ ＯＳ、９２３ プログラム群、９２４ ファイル群。

Claims (8)

1. 地球を周回する人工衛星に搭載され、地球を周回するスペースデブリを地球の大気圏で焼滅させるスペースデブリ焼滅装置であって、
   地球を周回するスペースデブリを帯電させるために前記スペースデブリに向けて電子ビームを照射する電子ビーム発生装置と、
   前記電子ビームによって帯電したスペースデブリを静電反発作用によって地球の大気圏に向けて押し出す電場を発生する電場発生装置と
   を備えたことを特徴とするスペースデブリ焼滅装置。
2. 前記スペースデブリ焼滅装置は、さらに、
   前記スペースデブリの軌道情報と前記スペースデブリ焼滅装置を搭載した人工衛星の軌道情報とを記憶する軌道情報記憶部と、
   前記軌道情報記憶部に記憶された前記スペースデブリの軌道情報と前記人工衛星の軌道情報とに基づいて電子ビームを照射するビーム照射タイミングと電場を発生させる電場発生タイミングとを算出するタイミング算出部と、
   前記タイミング算出部により算出されたビーム照射タイミングに前記電子ビーム発生装置に電子ビームを照射させ、前記タイミング算出部により算出された電場発生タイミングに前記電場発生装置に電場を発生させる装置制御部と
   を備えたことを特徴とする請求項１記載のスペースデブリ焼滅装置。
3. 前記スペースデブリ焼滅装置は、さらに、
   前記軌道情報記憶部に記憶された前記スペースデブリの軌道情報と前記人工衛星の軌道情報とに基づいて電子ビームを照射するビーム照射方向を算出し、電場の静電力の向きを電場方向として算出する方向算出部を備え、
   前記装置制御部は、前記方向算出部により算出されたビーム照射方向に向けて前記電子ビーム発生装置に電子ビームを照射させ、前記方向算出部により算出された電場方向に向けて前記電場発生装置に電場を発生させる
   ことを特徴とする請求項２記載のスペースデブリ焼滅装置。
4. 前記軌道情報記憶部は、前記スペースデブリの大きさ情報を記憶し、
   前記スペースデブリ焼滅装置は、さらに、
   前記軌道情報記憶部に記憶された前記スペースデブリの大きさ情報に基づいて電子ビームの強さと電場の強さとを算出する強度算出部を備え、
   前記装置制御部は、前記強度算出部により算出された電子ビームの強さを有する電子ビームを前記電子ビーム発生装置に照射させ、前記強度算出部により算出された電場の強さを有する電場を前記電場発生装置に発生させる
   ことを特徴とする請求項２または請求項３記載のスペースデブリ焼滅装置。
5. 前記軌道情報記憶部は、複数のスペースデブリそれぞれの軌道情報と前記人工衛星の軌道情報とを記憶し、
   前記スペースデブリ焼滅装置は、さらに、
   複数のスペースデブリそれぞれの軌道情報と前記人工衛星の軌道情報とに基づいて複数のスペースデブリから焼滅させる対象のスペースデブリを決定する対象デブリ決定部を備え、
   前記タイミング算出部は、前記対象デブリ決定部により決定されたスペースデブリを対象にしてビーム照射タイミングと電場発生タイミングとを算出する
   ことを特徴とする請求項２から請求項４いずれかに記載のスペースデブリ焼滅装置。
6. 前記スペースデブリ焼滅装置は、さらに、
   電子ビームを照射するビーム照射タイミングと電場を発生させる電場発生タイミングとを含んだ装置制御情報を受信する制御情報受信部と、
   前記制御情報受信部により受信された装置制御情報に基づいて前記ビーム照射タイミングに前記電子ビーム発生装置に電子ビームを照射させ、前記電場発生タイミングに前記電場発生装置に電場を発生させる装置制御部とを備える
   ことを特徴とする請求項１記載のスペースデブリ焼滅装置。
7. 請求項６記載のスペースデブリ焼滅装置と、
   前記スペースデブリ焼滅装置を搭載する人工衛星と、
   前記スペースデブリ焼滅装置に電子ビームを照射するビーム照射タイミングと電場を発生させる電場発生タイミングとを含んだ装置制御情報を送信する地上管制装置と
   を有することを特徴とするスペースデブリ焼滅システム。
8. 地球を周回する人工衛星に電子ビーム発生装置と電場発生装置とを搭載し、地球を周回するスペースデブリを地球の大気圏で焼滅させるスペースデブリ焼滅方法であって、
   電子ビーム発生装置が、地球を周回するスペースデブリを帯電させるために前記スペースデブリに向けて電子ビームを照射し、
   電場発生装置が、前記電子ビームによって帯電したスペースデブリを静電反発作用によって地球の大気圏に向けて押し出す電場を発生する
   ことを特徴とするスペースデブリ焼滅方法。

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