JP6534867B2 - 人工衛星の電源異常監視方法及び電源異常監視プログラム - Google Patents

Description

本発明は、人工衛星の電源異常監視方法及び電源異常監視プログラムに関する。

地球を周回する人工衛星が地球の反対側にいる場合（人工衛星と地上管制局との間に地球が位置する場合）、人工衛星と地上管制局とは通信ができなくなる。このような状態になると、地上管制局は人工衛星の状態を把握することができなくなる。

また、惑星探査する人工衛星の場合、当該人工衛星が地上管制局から離れてしまい、データの送受信に長時間を要することがある。従って、地上管制局が人工衛星で異常が発生していることを認識しても、異常回避策が実行されるまで長時間を要してしまう。

電源の状態は、人工衛星の生死を左右するため、重要な管理項目となっている。このため、電源に何らかの異常が発生した場合には、迅速な対処が求められている。

特開２００９−１０７３９４号公報や特開平０６−１２１４７２号公報においては、かかる問題に対する解決技術が提案されている。例えば、特開２００９−１０７３９４号公報においては、太陽電池パドルと、この太陽電池パドルの発生電力を蓄電するバッテリと、太陽電池パドルから発生した電力をマイクロ波に変換するとともに、受信したマイクロ波から電力を得るマイクロ波送受信用アンテナと、バッテリまたは搭載機器への電力供給元を、太陽電池パドルまたはマイクロ波送受信用アンテナに切替える電力切替スイッチと、太陽電池パネルおよびマイクロ波送受信用アンテナを有した他の人工衛星と通信する衛星間通信装置と、電力切替スイッチの切替え動作を制御する電力制御部とを備えた、人工衛星が提案されている。

そして、電力制御部は、太陽電池パドルの発生電力またはバッテリの供給電力が所定の閾値以下となるとき、衛星間通信装置を介して、太陽光を受けている他の人工衛星に電力供給を要求し、他の人工衛星から電力供給が許可された場合に、電力供給元がマイクロ波送受信用アンテナに切替わるように電力切替スイッチを制御する。

特開２００９−１０７３９４号公報 特開平０６−１２１４７２号公報

特開２００９−１０７３９４号公報等の公報にかかる構成では、バッテリ等の電源における利用可能な電力量に応じて制御を切り替えている。しかし、かかる制御方法は、その前提として電源が正常であることを要求している。即ち、利用可能な電力量が少なくなった場合に、利用量が多かったのが原因か、充電量が少なかったのが原因か、電源がハードウェア的に故障（例えば、漏電）したことが原因か等の、電源が正常であるか否かの判断監視を行っていない。

従って、電源が故障（少なくとも、パーマネントな異常）している状況で、特開２００９−１０７３９４号公報等にかかる制御を行うと、なけなしの電力が消費されてしまい、人工衛星が制御不能に陥る危険がある。

一方で、地球を周回する人工衛星が地球の反対側にいる場合（人工衛星と地上管制局との間に地球が位置する場合）、人工衛星と地上管制局とは通信ができなくなる。このような状態になると、地上管制局は人工衛星の状態を把握することができなくなる。

また、惑星探査する人工衛星の場合、人工衛星が地上管制局から離れてしまい、データの送受信に長時間を要することがある。従って、地上管制局が人工衛星で異常が発生していることを認識しても、異常回避策が実行されるまで長時間を要してしまう。

そこで、本発明の主目的は、電源の状態や人工衛星におけるミッションの状況に応じて電力利用を制御できるようにする人工衛星の電源異常監視方法及び電源異常監視プログラムを提供することである。

上記課題を解決するため、地上管制局と通信可能に設けられた周回衛星である人工衛星に搭載された電源を監視する電源異常監視方法にかかる発明は、電源の利用可能電力量を、当該電源の稼働実績に基づき算出し、これを実績利用可能電力量とすると共に、該電源の端子電圧に基づき算出し、これを実測利用可能電力量とし、実績利用可能電力量と実測利用可能電力量との差分を利用電力差分（δ）とした際に、該利用電力差分（δ）と予め設定された電源異常判断閾値（Ｋ）とがδ≦Ｋの場合には電源の状態を示す電源フラグを正常にセットし、δ＞Ｋの場合には電源フラグを異常にセットし、人工衛星に搭載されたミッション機器の動作状況を収集して、当該ミッション機器が動作中である場合にはモードフラグを実行にセットし、該ミッション機器が停止中である場合にはモードフラグを停止にセットし、電源フラグとモードフラグとの組み合わせケースに対して、実行するコマンドのセットを電源監視制御情報として記憶し、電源フラグとモードフラグとの組み合わせケースに対応するコマンドを電源監視制御情報から取得して実行させる、ことを特徴とする。

また、地上管制局と通信可能に設けられた周回衛星である人工衛星に搭載された電源を監視する電源異常監視プログラムにかかる発明は、電源の利用可能電力量を、当該電源の稼働実績に基づき算出し、これを実績利用可能電力量とすると共に、該電源の端子電圧に基づき算出し、これを実測利用可能電力量とするステップと、実績利用可能電力量と実測利用可能電力量との差分を利用電力差分（δ）とした際に、該利用電力差分（δ）と予め設定された電源異常判断閾値（Ｋ）とがδ≦Ｋの場合には電源の状態を示す電源フラグを正常にセットし、δ＞Ｋの場合には電源フラグを異常にセットするステップと、人工衛星に搭載されたミッション機器の動作状況を収集して、当該ミッション機器が動作中である場合にはモードフラグを実行にセットし、該ミッション機器が停止中である場合にはモードフラグを停止にセットするステップと、電源フラグとモードフラグとの組み合わせケースに対して、実行するコマンドのセットを電源監視制御情報として記憶するステップと、電源フラグとモードフラグとの組み合わせケースに対応するコマンドを電源監視制御情報から取得して実行させるステップと、を含む、ことを特徴とする。

本発明に依れば、電源の状態や人工衛星におけるミッションの状況に応じて電力利用を制御できるようになり、人工衛星の制御の信頼性が向上する。

人工衛星システムのブロック図である。 電源の異常監視手順を示すフローチャートである 電源監視制御情報をテーブル化して例示した図である。

本実施形態を説明する。図１は、人工衛星システム２のブロック図である。なお、図１においては、地上管制局４も合わせて図示している。

人工衛星システム２には、地上管制局４と人工衛星システム２との間で送受信されるデータを生成・監視するデータ処理ユニット２０、地上管制局４とデータの送受信を担う通信ユニット１４、各種のミッション機器（天体観測機器等）を備えてミッションを実行するミッションユニット１５、人工衛星やミッション機器に電力を供給する電源ユニット１６が設けられている。

地上管制局４は、人工衛星システム２の動作状態を確認し、動作状態に適する運用や管理を行うために、通信ユニット１４を介して人工衛星システム２と通信する。

データ処理ユニット２０は、電源異常監視プログラム等の各種のプログラムを実行する制御部２１、ＩＦ部２２、メモリ２３を含んでいる。即ち、本発明にかかる電源異常監視方法は、既存の機器（データ処理ユニット２０）に電源異常監視プログラムを実行させることで実現される。

メモリ２３は、各種のプログラムが格納されたプログラムデータ２３ａ、コマンド選択閾値を格納するコマンド選択閾値格納部２３ｂ、実行コマンド識別番号に対応したコマンド群の内容を格納するコマンド群格納部２３ｃを含んでいる。

電源ユニット１６は、太陽光発電パネルやバッテリ等の電源１６ａ、これらを管理する電源管理部１６ｂを含んでいる。

ミッションユニット１５は、制御部２１からの指示に応じて各種のミッションを実行し、その実行結果を返す。なお、ミッションの実行状態（実行モード）における消費電力は、停止状態（停止モード）における消費電力より多い。そこで、モード毎に電源異常監視が行われる。即ち、実行モードにおいては実行時監視データにより、停止モードにおいては停止時監視データにより、電源１６ａの監視・管理が行われる。

そして、制御部２１は、地上管制局４から送信される人工衛星システム２の動作状態を設定するコマンドを受け取り、このコマンドに応じて人工衛星システム２を制御する。また、制御部２１は、人工衛星システム２の動作状態を収集して、定期的に地上管制局４にデータを送信する。さらに、制御部２１は、ミッションの実行モード／停止モードに応じた電源異常監視を行う。

制御部２１は、電源監視制御情報に従い制御部２１の電力供給能力の監視を行う。なお、図３は、電源監視制御情報をテーブル化して例示した図である。この電源監視制御情報は、電源１６ａがハードウェア的に正常であるか否か、ミッションが実行モード／停止モードか、また電源１６ａの利用可能電力量に応じて、実行すべきコマンドを規定している。

なお、電源１６ａの利用可能電力量は、コマンド選択閾値に区分けされている。即ち、コマンド選択閾値は、電源１６ａの利用可能電力量Ｑを範囲判断する閾値である。電源１６ａがバッテリの場合、フル充電の状態を「１００」としている。また、太陽光発電パネルの場合は、フル発電時の状態を「１００」としている。

従って、コマンド選択閾値がＱ≧３０であるとは、バッテリがフル充電されている「１００」の状態に対して、現在の利用可能電力が「３０」以上の場合を示している。そして、各コマンド選択閾値に対応して実行コマンド群識別番号が付与されている。これにより、例えば、利用可能電力量Ｑが「３０」以上の場合は、実行コマンド群識別番号「Ｉ−１」が選択されることになる。

今、電源１６ａが正常（Ｆ＿Ｐ＝０）で、ミッション実行モード（Ｆ＿Ｍ＝０）の場合に、利用可能電力量Ｑが「２５」であったとする。この場合、利用可能電力量Ｑは、コマンド選択閾値の３０＞Ｑ≧１０の範囲に該当する。従って、実行コマンド群識別番号は、「Ｉ−１」が選択されることになる。

実行コマンド群識別番号は、そのときの状態で実行が許可されている１つ以上のコマンドに関連付けされている。従って、例えば、実行コマンド群識別番号「Ｉ−２」が選択されると、ミッション機器Ａ、Ｂ、Ｃへの電源供給を停止するコマンドが実行されることになる。

次に、このような電源監視制御情報を用いて行う電源１６ａの異常監視手順を、図２に示すフローチャートに従い説明する。以下の説明では、電源１６ａとしてバッテリを例に説明し、バッテリと太陽光発電パネルとで手順が異なる場合には、その都度説明する。

ステップＳＡ１： 制御部２１は、ＩＦ部２２を介してミッションユニット１５に含まれている複数のミッション機器の動作状態を収集し、これをミッション機器動作情報とする。

ステップＳＡ２： 次に、制御部２１は、電源管理部１６ｂから利用可能な電力量に関する情報を取得する。例えば、電源１６ａがバッテリの場合には、バッテリの充電電流データ、放電電流データ、端子電圧を取得する。

バッテリの利用可能電力Ｑは、
Ｑ＝Σ（充電電流データ−放電電流データ）
の式に従い算出できる。但し、Σは時間積分を示す。このようにして算出された利用可能電力を、実績利用可能電力量と呼称する。即ち、実績利用可能電力量は、稼働実績に基づき算出される。

一方、バッテリの端子電圧は、蓄電量に比例するはずである。即ち、蓄電量が多ければ、端子電圧は高くなり、少なければ端子電圧は小さくなる。そこで、制御部２１は、予め記憶している端子電圧−蓄電量の関係に現在の端子電圧を適用して、現在の蓄電量を算出する。このようにして算出された利用可能電力を、実測利用可能電力量と呼称する。なお、ここで言う「実測」は蓄電量を実測したという意味ではなく、実測された端子電圧を用いて求めた利用可能電力量であることを意味する。

なお、電源１６ａが太陽光発電パネルの場合は、受光量から求めた電力量を実績利用可能電力量とし、端子電圧（パネル電圧）から求めた発電量を実測利用可能電力量とする。

ステップＳＡ３〜ＳＡ５： 制御部２１は、実績利用可能電力量と実測利用可能電力量との差分（利用電力差分）δを求める。そして、制御部２１は、この利用電力差分δが予め設定した電源異常判断閾値Ｋより小さい場合（δ≦Ｋ）には、電源１６ａは正常と判断する。逆に、利用電力差分δが電源異常判断閾値Ｋより大きい場合（δ＞Ｋ）には、制御部２１は、電源１６ａは異常であると判断する。

利用電力差分δが電源異常判断閾値Ｋより小さいことは、必ずしも電源１６ａの回復不可能な故障（パーマネントな故障）を意味しない。即ち、利用電力差分δが電源異常判断閾値Ｋより小さいことは、電源１６ａが回復不可能な故障を起こしている可能性を示唆しているに過ぎない。しかし、電源１６ａが回復不能な故障を起こして、利用可能な電力が無くなると、人工衛星が制御不能に陥る。そこで、利用電力差分δが電源異常判断閾値Ｋより小さいときは、電源１６ａは回復不能な故障を起こしていると仮定して、利用可能な電力が無くならないようにする。

制御部２１は、電源１６ａが正常であると判断した場合には電源フラグ（Ｆ＿Ｐ）を「０」にし（Ｆ＿Ｐ＝０）、異常と判断した場合には電源フラグを「１」にする（Ｆ＿Ｐ＝１）。

ステップＳＡ６〜ＳＡ８： 次に、制御部２１はミッション機器動作情報から各ミッション機器の動作モードを判断する。そして、ミッション機器が実行モードの場合にはモードフラグ（Ｆ＿Ｍ）を「０」にし（Ｆ＿Ｍ＝０）、停止モードの場合にはモードフラグを「１」にする（Ｆ＿Ｍ＝１）。

ステップＳＡ９： 制御部２１は、人工衛星が地上管制局４と通信できるか否かを判断する。即ち、地上管制局４の位置に対して人工衛星が地球の反対側に位置するか否かを判断する。なお、このように通信できない場合として、惑星探査する人工衛星と地上管制局４とが離れてしまい、データの送受信に時間を要してしまう場合を含む。

ステップＳＡ１０： 地上局管制局４と通信ができる場合には、制御部２１は、電源１６ａの状態を電源情報としてミッション機器動作情報と共に地上管制局４に送信する。地上管制局４は、これらの情報に基づき制御指示（実行するコマンド）を人工衛星に送信し、人工衛星は当該コマンドを実行する。

ステップＳＡ１１，ＳＡ１２： 一方、地上管制局４と通信ができない場合には、制御部２１は電源フラグ（Ｆ＿Ｐ）、ミッション機器の状態をモードフラグ（Ｆ＿Ｍ）のフラグ情報を用いて、図３に例示した電源監視制御情報を参照することにより、実行コマンド群を選択して、実行する。

このように、人工衛星と地上管制局４とが通信できない場合でも、自律的に電源１６ａの状態やミッション機器の状態に応じたコマンドを選択して実行する。これにより、電源１６ａ枯渇による人工衛星運用停止の事態を回避でき、高い信頼性を確保することができる。

また、消費電流が異なるミッション動作モードによって異常判定閾値を別に設定することが可能であり、また段階的な電源１６ａ異常監視が行えるので、動作モード毎の異常の程度によって人工衛星のミッションを継続したままの回避策が選択できる。従って、より高い信頼性を確保することができる。

以上、実施形態（及び実施例）を参照して本願発明を説明したが、本願発明は実施形態（及び実施例）に限定されものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

２ 人工衛星システム
４ 地上管制局
１４ 通信ユニット
１５ ミッションユニット
１６ 電源ユニット
１６ａ 電源
１６ｂ 電源管理部
２０ データ処理ユニット
２１ 制御部
２３ メモリ
２３ａ プログラムデータ
２３ｂ コマンド選択閾値格納部
２３ｃ コマンド群格納部

Claims (8)

1. 地上管制局と通信可能に設けられた周回衛星である人工衛星に搭載された電源を監視する電源異常監視方法であって、
   前記電源の利用可能電力量を、当該電源の稼働実績に基づき算出し、これを実績利用可能電力量とすると共に、該電源の端子電圧に基づき算出し、これを実測利用可能電力量とし、
   前記実績利用可能電力量と前記実測利用可能電力量との差分を利用電力差分（δ）とした際に、該利用電力差分（δ）と予め設定された電源異常判断閾値（Ｋ）とがδ≦Ｋの場合には前記電源の状態を示す電源フラグを正常にセットし、δ＞Ｋの場合には前記電源フラグを異常にセットし、
   人工衛星に搭載されたミッション機器の動作状況を収集して、当該ミッション機器が動作中である場合にはモードフラグを実行にセットし、該ミッション機器が停止中である場合にはモードフラグを停止にセットし、
   前記電源フラグと前記モードフラグとの組み合わせケースに対して、実行するコマンドのセットを電源監視制御情報として記憶し、
   前記電源フラグと前記モードフラグとの組み合わせケースに対応するコマンドを前記電源監視制御情報から取得して実行させる、
   ことを特徴とする電源異常監視方法。
2. 請求項１に記載の電源異常監視方法であって、
   前記電源は、太陽光発電パネル、バッテリの少なくとも１つを含む、
   ことを特徴とする電源異常監視方法。
3. 請求項１又は２に記載の電源異常監視方法であって、
   前記電源監視制御情報における前記電源フラグと前記モードフラグとの組み合わせケースに対応して設定されている実行するコマンドのセットは、前記利用可能電力量に応じて複数に分けて設定されている、
   ことを特徴とする電源異常監視方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源異常監視方法であって、
   前記人工衛星と前記地上管制局とが通信できるか否かを判断し、
   通信できない場合には、前記電源監視制御情報に設定されたコマンドを実行する、
   ことを特徴とする電源異常監視方法。
5. 地上管制局と通信可能に設けられた周回衛星である人工衛星に搭載された電源を監視する電源異常監視プログラムであって、
   前記電源の利用可能電力量を、当該電源の稼働実績に基づき算出し、これを実績利用可能電力量とすると共に、該電源の端子電圧に基づき算出し、これを実測利用可能電力量とするステップと、
   前記実績利用可能電力量と前記実測利用可能電力量との差分を利用電力差分（δ）とした際に、該利用電力差分（δ）と予め設定された電源異常判断閾値（Ｋ）とがδ≦Ｋの場合には前記電源の状態を示す電源フラグを正常にセットし、δ＞Ｋの場合には前記電源フラグを異常にセットするステップと、
   人工衛星に搭載されたミッション機器の動作状況を収集して、当該ミッション機器が動作中である場合にはモードフラグを実行にセットし、該ミッション機器が停止中である場合にはモードフラグを停止にセットするステップと、
   前記電源フラグと前記モードフラグとの組み合わせケースに対して、実行するコマンドのセットを電源監視制御情報として記憶するステップと、
   前記電源フラグと前記モードフラグとの組み合わせケースに対応するコマンドを前記電源監視制御情報から取得して実行させるステップと、
   を含む、ことを特徴とする電源異常監視プログラム。
6. 請求項５に記載の電源異常監視プログラムであって、
   前記電源は、太陽光発電パネル、バッテリの少なくとも１つを含む、
   ことを特徴とする電源異常監視プログラム。
7. 請求項５又は６に記載の電源異常監視プログラムであって、
   前記電源監視制御情報における前記電源フラグと前記モードフラグとの組み合わせケースに対応して設定されている実行するコマンドのセットは、前記利用可能電力量に応じて複数に分けて設定されている、
   ことを特徴とする電源異常監視プログラム。
8. 請求項５乃至７のいずれか１項に記載の電源異常監視プログラムであって、
   前記人工衛星と前記地上管制局とが通信できるか否かを判断するステップと、
   通信できない場合には、前記電源監視制御情報に設定されたコマンドを実行するステップと、
   を含む、ことを特徴とする電源異常監視プログラム。

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