JP7313571B2 - 監視システム、監視衛星、通信衛星 - Google Patents
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Description
地球表面を指向する第一の監視装置と、地球周縁を指向する第二の監視装置とを有する複数の監視衛星と、
地上設備と、
を備え、
12機以上の監視衛星が、
軌道傾斜角10度以上80度以下の傾斜軌道を飛翔する傾斜軌道衛星群により、衛星コンステレーションを形成する監視システムであって、
前記第二の監視装置が、
右手直交座標でプラス方向を向く+X軸の方向を前記監視衛星の衛星進行方向+X、右手直交座標でプラス方向を向く+Z軸の方向を前記監視衛星の地心方向+Zとした場合に、前記+X軸に対して前記+Z軸のまわりに、
+45度を指向する+X+Yセンサと、
-45度を指向する+X-Yセンサと、
+135度を指向する-X+Yセンサと、
-135度を指向する-X-Yセンサと、
を有し、
前記第二の監視装置は、
北東向きに飛翔する際に、
前記+X-Yセンサで北半球高緯度上空を監視し、
前記-X+Yセンサで南半球高緯度上空を監視し、
南東向きに飛翔する際に、
前記-X-Yセンサで北半球高緯度上空を監視し、
前記+X+Yセンサで南半球高緯度上空を監視する。
***構成の説明***
右手直交座標でプラス方向を向く+X軸の方向を衛星の衛星進行方向+X、
右手直交座標でプラス方向を向く+Z軸の方向を衛星の地心方向+Zとする。
図1から図7を参照して監視システム501を説明する。
監視システム501では、監視衛星101は傾斜軌道を飛翔する。
図1は、監視システム501の備える監視衛星101の3面図である。
図2は、監視衛星101をYZ平面でみた図である。
図3は、監視衛星101が、赤道上空を北方へ飛翔する際の監視視野を示す。
図4は、監視衛星101が、赤道上空を南方へ飛翔する際の監視視野を示す。
図5は、監視衛星101が赤道上空、及び軌道面の最北端に位置する状態を示す。
図6は、二つの傾斜軌道のそれぞれを複数の監視衛星101が飛翔する状態を示す。
図7は、地球周縁を指向する監視視野の軌道高度と緯度の関係を示す。
図1に示すように、
監視システム501では、第二の監視装置120が、
右手直交座標でプラス方向を向く+X軸の方向を監視衛星101の衛星進行方向+X、右手直交座標でプラス方向を向く+Z軸の方向を監視衛星101の地心方向+Zとした場合に、
+X軸に対して+Z軸のまわりに、
+45度を指向する+X+Yセンサ11Sと、
-45度を指向する+X-Yセンサ12Sと、
+135度を指向する-X+Yセンサ13Sと、
-135度を指向する-X-Yセンサ14Sと、
を有する。
第二の監視装置120は、
北東向きに飛翔する際に、
+X-Yセンサ12Sで北半球高緯度上空を監視し、
-X+Yセンサ13Sで南半球高緯度上空を監視し、
南東向きに飛翔する際に、
-X-Yセンサ14Sで北半球高緯度上空を監視し、
+X+Yセンサ11Sで南半球高緯度上空を監視する。
傾斜軌道コンステレーションは、少ない衛星数で中緯度帯を常時監視できるシステムを構築できるメリットがある。地球周縁を指向して、飛翔体が発射された後の温度を検知して追跡する監視衛星では、地球周縁を地心方向に対して全周に渡りリング状に監視する監視装置があれば、少ない衛星で全球監視することも可能となる。
HGV(Hypersonic Guided Vehicle)と呼ばれる新しい飛翔体では、発射における噴射終了後の追跡のために、温度上昇した機体を赤外線で検知することが有効な手段となる。HGVの監視において背景信号が雑音とならないためには、宇宙を背景とする地球周縁監視が有効であり、第二の監視装置120が合理的な監視手段である。原理的には魚眼カメラにより地球の全周をリング状に監視できる。但し魚眼カメラでは空間分解能や監視性能などの制約があるという課題がある。
そこで、複数の広視野を使って地心方向に対して全周に渡り監視視野を確保すると、空間分解能や監視性能の実現性が高くなる。
但し、一方傾斜軌道では赤道上空飛翔時と軌道面最北端ないし最南端で監視装置の視野方向が大きく変動するという特徴がある。また衛星発生電力の効率的活用の観点では、衛星コンステレーションを形成する衛星群の視野範囲の重複領域を適切に管理することが合理的である。
衛星進行方向+Xに対して地心方向の+Z軸のまわりに
+45度を指向する+X+Yセンサ11Sと、
-45度を指向する+X-Yセンサ12Sと、
+135度を指向する-X+Yセンサ13Sと、
-135度を指向する-X-Yセンサ14Sと、
の合計4式を備える。
第二の監視装置120は、
北東向きに飛翔する際に
+X-Yセンサ12Sで北半球高緯度上空を監視し、
-X+Yセンサ13Sで南半球高緯度上空を監視し、
南東向きに飛翔する際に
-X-Yセンサ14Sで北半球高緯度上空を監視し、
+X+Yセンサ11Sで南半球高緯度上空を監視する。
+X+Yセンサ11Sの監視視野11、+X-Yセンサ12Sの監視視野12、
-X+Yセンサ13Sの監視視野13、-X-Yセンサ14Sの監視視野14を示している。
そこで監視システム501では、図1のXY座標に示すように、4式の第二の監視装置120の監視視野を、衛星進行方向+Xから約45度傾斜する。これにより極域のような高緯度上空監視と、赤道上空監視とを合理的に実現し、かつ重複の多い緯度帯において、衛星リソースを節約できる。
なお傾斜軌道では、赤道上空を北東向きに飛翔した衛星は、軌道面の最北端で東向き飛翔した後に南東向きに飛翔方向が変わる。同様に赤道上空を南東向きに飛翔した衛星は、軌道面の最南端で東向き飛翔した後に北東向きに飛翔方向が変わる。このため4式の第二の監視装置120の視野方向が東西南北の方向に対して大きく変動する。
図3に示すように、監視衛星101が赤道上空を北東方向に通過する際は、-45度を指向する+X-Yセンサ12Sが北半球中緯度から高緯度の上空を監視し、
図4に示すように、監視衛星101が赤道上空を南東方向に通過する際は、-135度を指向する-X-Yセンサ14Sが北半球中緯度から高緯度の上空を監視する。同様に図3に示すように、監視衛星101が赤道上空を北東方向に通過する際は+135度を指向する-X+Yセンサ13Sが南半球中緯度から高緯度の上空を監視し、図4に示すように、監視衛星101が赤道上空を南東方向に通過する際は、+45度を指向する+X+Yセンサ11Sが南半球中緯度から高緯度の上空を監視する。
図7を参照して説明する。軌道高度1000kmから地球周縁監視をする場合、南北軸北方向に対してElevation方向に30度視線ベクトルが傾斜すると、北緯30度近傍を接線方向に指向することになる。軌道高度2000kmから地球周縁監視をする場合、南北軸北方向に対してElevation方向に40度視線ベクトルが傾斜すると、北緯40度近傍を接線方向に指向することになる。従って、第二の監視装置120の視線ベクトルは、XY平面に対してElevation20度から40度の視野範囲を持てば、軌道高度1000kmから2000kmの監視衛星から地球周縁監視ができる。図1のXZ平面の図に示す20deg,40degは、この視野範囲を示す。
図8は監視システム502の備える監視衛星102の4面図である。図8を参照して監視システム502を説明する。
図8に示すように、監視システム502では、
第二の監視装置120が、
右手直交座標でプラス方向を向く+X軸の方向を監視衛星102の衛星進行方向+X、
右手直交座標でプラス方向を向く+Z軸の方向を監視衛星102の地心方向+Zとした場合に、
+X軸に対して+Z軸のまわりに、
+90度を指向する+Yセンサ21Sと、
-90度を指向する-Yセンサ22Sと、
を有する。
第二の監視装置は、
+Yセンサ21Sで南半球中緯度上空を監視し、
-Yセンサ22Sで北半球中緯度上空を監視する。
図9は、監視システム503の備える監視衛星103の4面図である。図9を参照して監視システム503を説明する。
を備える。6機以上の監視衛星103が、軌道傾斜角80度以上の極軌道を飛翔する極軌道衛星群により、衛星コンステレーションを形成する。監視システム503は、図6と同様に地上設備300を備える。監視衛星103が、太陽同期軌道のドーンダスク軌道を飛翔する。
第二の監視装置120が、
右手直交座標でプラス方向を向く+X軸の方向を監視衛星103の衛星進行方向+X、
右手直交座標でプラス方向を向く+Z軸の方向を監視衛星の地心方向+Zとした場合に、+X軸の方向を指向する+Xセンサ31Sと、
+X軸に対して+Z軸のまわりに、
+90度を指向する+Yセンサ32Sと、
-90度を指向する-Yセンサ33Sと、
を有する。
第二の監視装置120は、
+Xセンサ31Sで+X軸方向を監視し、
+Yセンサ32Sで東側地球上空を監視し、
-Yセンサ33Sで西側地球上空を監視する。
監視衛星101、監視衛星102及び監視衛星103は、通信装置41Cを備えている。
図10は、通信装置41Cを備える監視衛星101を示す。
図11は、通信装置41Cを備える監視衛星102を示す。
図12は、通信装置41Cを備える監視衛星103を示す。図10から図12には通信装置41Cの通信視野41を示している。以下では、監視衛星101、102、103を区別しない場合は、監視衛星100と表記する。
通信装置41Cは、+Z軸に対して+X軸のまわりに±60度以上、
かつ、
+Z軸に対して+Y軸のまわりに±60度以上の通信視野41を持つ。
通信装置41Cは、監視衛星100が取得した監視情報を、地上設備300へ直接伝送し、または、衛星情報を中継する通信衛星を経由して地上設備300に伝送する。
通信衛星は後述する。
衛星コンステレーションを形成する監視衛星100は、軌道高度800Km以下に形成される伝送システムであって、監視衛星100と地上設備300との間の衛星情報を中継して伝送する伝送システムである衛星情報伝送システムを経由して、取得した監視情報を地上設備300に伝送する。衛星情報伝送システムは後述する。
衛星コンステレーションは低高度ほど伝送遅延が少ないというメリットがある。
軌道高度300kmら700kmに衛星情報伝送システムを形成する構想が知られている。監視衛星の地球指向面側に通信視野を持つ監視システムの軌道高度が1000km程度であっても、軌道高度800km以下の衛星情報伝送システムを経由して監視情報を伝送できる。
監視システム501、監視システム502あるいは監視システム503の備える複数の監視衛星100によって形成される衛星コンステレーションは、軌道高度1200km以上に形成される。
衛星コンステレーションを形成する監視衛星100は、軌道高度1000km以下に形成される伝送システムであって、監視衛星100と地上設備300との間の衛星情報を中継して伝送する伝送システムである衛星情報伝送システムを経由して、取得した監視情報を地上設備300に伝送する。
衛星コンステレーションは高高度ほど少ない衛星機数で広い視野範囲を確保できるというメリットがある。一方、軌道高度1000km付近に衛星情報伝送システムを形成する構想が知られており、監視衛星の地球指向面側に通信視野を持つ監視システムの軌道高度が1200km以上であれば、軌道高度1000km付近の衛星情報伝送システムを経由して監視情報を伝送できる。
図13から図17を参照して、衛星情報伝送システム600を説明する。
図13は、衛星情報伝送システム600の備える通信衛星201の4面図である。
通信衛星201は反地球方向の監視衛星と通信する通信装置55Cを備えている。図13の2つのXY座標の図では、裏側にあって実際には見えない通信装置を白丸で示しており、実際に存在する通信装置を黒丸で示している。図13では地球側の面には二つの通信装置が配置され、反地球側の面には三つの通信装置が配置されている。
図14は、衛星情報伝送システム600の備える通信衛星202の4面図である。
図14における黒丸、白丸の意味も図13と同じである。図14は、地上設備300と通信する通信装置56Cが、地球側に面する面に配置されている。
図15は、衛星情報伝送システム600が監視システム501の衛星情報を伝送することを示している。
図16は、衛星情報伝送システム600が監視システム502の衛星情報を伝送することを示している。
図17は、衛星情報伝送システム600が監視システム503の衛星情報を伝送することを示している。
通信衛星201である1機以上の通信衛星が、
右手直交座標でプラス方向を向く+X軸の方向を通信衛星201の衛星進行方向+X、
右手直交座標でプラス方向を向く+Z軸の方向を通信衛星201の地心方向+Zとした場合に、
赤道上空を北方に通過する際に、
同一軌道面で飛翔方向前方の衛星と光通信する第一の光通信装置51Cと、
同一軌道面で飛翔方向後方の衛星と光通信する第二の光通信装置52Cと、
右手直交座標でプラス方向を向く+Y軸に対して、東側(+Y方向)の隣接軌道の北東(+X+Y)を飛翔する衛星と光通信する第三の光通信装置53Cと、
西側(-Y)の隣接軌道の南西(-X-Y)を飛翔する衛星と光通信する第四の光通信装置54Cと、
+Z軸の向きの反対方向(-Z)に指向して監視衛星100と通信する監視間通信装置である通信装置55Cと、
を有する。
第三の光通信装置53CのAzimuth通信視野は、+X軸の方向に対して±90度以上である。
第四の光通信装置54CのAzimuth通信視野は、+X軸の反対方向に対して±90度以上である。通信装置55Cの監視衛星100との通信視野が、+Z軸の反対方向に対して+X軸のまわりに±60度以上、+Y軸のまわりに±60度以上である。図13には、各通信装置の通信視野を記載している。通信視野の符号は通信装置の符号からアルファベットのCを除いた数字である。
また、衛星情報伝送システム600は、図14に示す通信衛星202を備える。
通信衛星202は、通信衛星201に対して、通信装置56Cが地球側の面に配置されている点が異なる。図14の通信装置56Cは、+X軸の方向に指向して、地上設備300と通信する。図14には、各通信装置の通信視野を記載している。通信視野の符号は通信装置の符号からアルファベットのCを除いた数字である。通信装置56Cは、地上設備300との通信視野56が、+Z軸に対して+X軸のまわりに±60度以上、+Z軸に対して+Y軸のまわりに±60度以上である。
図15を説明する。衛星情報伝送システム600には通信衛星201、通信衛星202,通信衛星203を示している。通信衛星203は通信衛星201に対して通信装置55Cを持たない。監視衛星101の取得した監視情報が、通信衛星201、通信衛星203、通信衛星202、地球400の地上設備300の順に伝送される状況を示している。
図16を説明する。衛星情報伝送システム600には通信衛星201、通信衛星202,通信衛星203を示している。監視衛星102の取得した監視情報が、通信衛星201、通信衛星203、通信衛星202、地上設備300の順に伝送される状況を示している。
図17を説明する。衛星情報伝送システム600には通信衛星201、通信衛星202,通信衛星203を示している。北極上空の監視衛星103の取得した監視情報は、北極位置の通信衛星201、地上設備300へと伝送される。北極上空の監視衛星103の右側に位置する監視衛星103の取得した監視情報は、通信衛星201、通信衛星202、地上設備300へと伝送される。
実施の形態1の監視システムによれば、少ない衛星数で全球常時監視が可能であり、空間分解能及び監視性能の高い監視システムの提供を提供できる。
また、実施の形態1の衛星情報伝送システムによれば、監視衛星100の取得した監視情報を、効率的に地上設備300まで伝送できる。
図18から図40を参照して実施の形態2を説明する。実施の形態2は、飛翔体対応システム700に関する。飛翔体対応システム700は、実施の形態1の監視システムと、衛星情報伝送システムとを融合した形態である。
図18は、飛翔体対応システム700を示す。
複数の監視衛星100である監視衛星群が、地上から発射されて飛翔する飛翔体333の監視情報を取得し、データ中継衛星211,212を経由して対処装置310,320に監視情報を伝送する。対処装置310,320は、伝送された監視情報を用いて、飛翔体333に対する対処行動を実施する。
(1)第一のデータ中継衛星211同士の組と、第二のデータ中継衛星212同士の組と、第一のデータ中継衛星211と第二のデータ中継衛星212との組のうちの少なくともいずれかの組が、光通信71する。
図19は、電波通信72の様子を示す。図の左側から、データ中継衛星212と監視衛星100とが電波通信72し、データ中継衛星212と別の監視衛星100とが電波通信72し、データ中継衛星211と監視衛星100とが電波通信72し、第一のデータ中継衛星211と対処装置310とが電波通信72している。
図20は、光通信71、電波通信72及び通信回線330を用いた伝送を示す。図の左側から、データ中継衛星212と監視衛星100とが電波通信72し、データ中継衛星212と別の監視衛星100とが電波通信72し、データ中継衛星211と監視衛星100とが電波通信72している。第一のデータ中継衛星211は、対処装置320及び第二のデータ中継衛星212と光通信71している。図20は複数の対処装置320が通信回線330で接続されている。対処装置320どうしは通信回線330でデータをやり取り可能である。
図21は、データ中継衛星211、212が備える光通信装置220CのAzimuth及びElevationの通信視野の変更範囲を示す。第一のデータ中継衛星211と第二のデータ中継衛星212との少なくとも一方が、
光通信装置220Cを備える。図21に示すように、
光通信装置220Cは、
右手直交座標でプラス方向を向く+X軸の方向をデータ中継衛星の衛星進行方向+X、
右手直交座標でプラス方向を向く+Z軸の方向をデータ中継衛星の地心方向+Zとした場合に、+Z軸の方向に対してAzimuth(XY平面)に360度、及び、+X軸に対して+Z軸の方向に0度から80度のElevationの通信視野方向の変更ができる。図21ではこの変更範囲221を示している。左側の三角形の領域222は、変更範囲221を+Z軸のまわりに回転した状態である。つまり領域222は、変更範囲221のAzimuth(XY平面)の変更状態を示している。図21に示すように、Azimuth及びElevationの変更可能なことにより、地球400に対してデータ中継衛星211,212は遠方衛星と光通信が可能となる。
図23は、赤道上空衛星である第一のデータ中継衛星211から、極軌道衛星である第二のデータ中継衛星212への、光通信装置220Cの通信視野の変更を示している。
通信視野を示す領域225は、Elevationを変化させたのちにAzimuth方向、つまり地心方向である+Z軸のまわりに回転してよい。図23は、その通信視野変更による通信視野の効果を示している。
図25は、図22に対して、+Z軸の方向に対してAzimuth(XY平面)に360度、及び、+X軸に対して+Z軸の方向に0度から60度のElevationの通信視野方向の変更ができることを示す。図24、図25は図22と同様であるので説明は省略する。
図26の通信装置230Cは、
右手直交座標でプラス方向を向く+X軸の方向をデータ中継衛星の衛星進行方向+X、
右手直交座標でプラス方向を向く+Z軸の方向をデータ中継衛星の地心方向+Zとした場合に、
+Z軸に対して+X軸のまわりに±10度、
及び、
+Z軸に対して、右手直交座標でプラス方向を向く+Y軸のまわりに±10度の視野方向変更できる。飛翔体対応システム700は、通信装置230Cを用いて、大気圏の空域ないし陸上ないし海上を移動する対処装置310、または地上に固定された対処装置320と通信する。+Z軸に対して+X軸のまわりに±10度、及び+Z軸に対して+Y軸のまわりに±10度とは、図26の第一のデータ中継衛星211の場合、+Z軸に対して+X軸のまわりに±10度は、地球400の縦方向に±10度の通信視野が変化し、+Z軸に対して+Y軸のまわりに±10度は、地球400の水平方向に±10度の通信視野が変化する。図26には±10度の範囲で変化する通信視野231,232を示している。
図28は、図26に対して、通信装置230Cが+Z軸に対して+X軸のまわりに±30度、及び+Z軸に対して+Y軸のまわりに±30度の通信視野の変更ができることを示している。図27、図28は図26と同様であるので説明は省略する。
このデータ中継衛星は、さらに、
右手直交座標でプラス方向を向く+X軸の方向をデータ中継衛星の衛星進行方向+X、右手直交座標でプラス方向を向く+Z軸の方向を衛星の地心方向+Zとした場合に、+Z軸に対して+X軸のまわりに±40度、及び+Z軸に対して、右手直交座標でプラス方向を向く+Y軸のまわりに±40度の指向方向変更する光通信装置を備えてもよい。
実施の形態2によれば、第一のデータ中継衛星211と第二のデータ中継衛星212とを連携させて監視情報を対処装置310,320に伝送するので、少ない通信衛星数で、通信遮断のない情報伝送が可能になる。飛翔体対応システム700の通信衛星は、通信視野を変更可能なため、少ない通信衛星数で、通信遮断のない情報伝送が可能になる。飛翔体対応システム700は光通信71と電波通信72とを組み合わせて監視情報を伝送するので、容量の大きいデータを円滑に伝送できる。
実施の形態2によれば、発射後に間欠的にブーストして飛翔方向を変更する飛翔体に対する対処行動が可能になるという効果がある。また地上設備を介さずに監視衛星から宇宙空間のデータ伝送のみで対処装置にデータ送信できるので、リアルタイムの対処行動ができるという効果がある。発射地点から長距離移動して着弾地点が離れている場合に、遠距離大容量光通信によりデータ伝送するので、遠隔地点の対処行動ができるという効果がある。更に光通信をデータ中継衛星間に限定利用することで、通信途絶のリスクがないという効果がある。
背景技術でも述べたように、HGV対応システムが待望されている。HGVでは打上げ後に上空大気と宇宙の境界付近を間欠的にブーストして飛翔するために、飛行経路と着弾位置の推定が困難であり、着弾直前まで飛行経路を監視し、ほぼリアルタイムで対処装置に伝送する必要がある。従来の飛翔体では、ブースト時にプルームと呼ばれる高温気体が拡散するので、静止軌道からの遠距離でも赤外線で飛翔体を温度検知することが可能であった。
しかしHGVでは、ブースト終了後の飛行経路を追跡する必要がある。この追跡の場合、温度上昇した機体を赤外線で温度検知する。温度上昇した機体はプルーム程温度が高温ではなく、かつ高温化する面積も狭域であるため、静止軌道のような遠距離からではHGVの探知が困難という課題がある。
中緯度衛星では、バンアレン帯の悪影響を受けない軌道選定が必要となるが、少なくとも軌道高度20000km付近でGPS衛星群などの運用実績があり、軌道高度8000km付近で赤道上空通信衛星群の運用実績がある。
軌道高度は高いほど大気圏の通信視野が広がるので、少ない衛星数で全球を網羅できるというメリットがあるが、距離が遠いため通信に要する待ち時間に当たるレイテンシが大きいという課題がある。また打ち上げて所定高度に到達するまでに必要となる推薬量が多くなるため、衛星重量が重くなり、推薬タンクを装備した衛星が大型となり、同時打上げできる衛星数が少ないという課題がある。
図29は、軌道高度20000kmの赤道上空に6機のデータ中継衛星を配備した場合、極域が六角形で示される通信不能領域となることを示している。そこで、図27に示すように、極軌道の1軌道面に同様に6機のデータ中継衛星を配備すれば、常に全球の常時通信回線が確保可能となる。
図30は、太陽同期条件を維持する軌道高度と軌道傾斜とを示している。図30には太陽810を示した。図30には以下の(1)から(5)の5組を示している。
(1)軌道高度 約5000km、軌道傾斜角 約139度、緯度 約41度、
(2)軌道高度 約4000km、軌道傾斜角 約123度、緯度 約57度
(3)軌道高度 約3000km、軌道傾斜角 約112度、緯度 約68度
(4)軌道高度 約2000km、軌道傾斜角 約105度、緯度 約75度
(5)軌道高度 約1000km、軌道傾斜角 約100度、緯度 約80度。
実施の形態3は、極軌道6機以上、赤道上空軌道6機以上、傾斜軌道12機以上の合計24機以上のシステムに関する。
図31は、第二の監視装置による監視を概念的に示す。
図32,図33は、第一の監視装置の網羅性を示す。地表の赤道付近を網羅的に監視する目的で、赤道上空軌道に6機の衛星を均等配備する場合、地心方向を指向する第一の監視装置により、1機当たり経度60度の監視範囲を網羅すれば地表赤道付近を常時監視することが可能となる。軌道高度が1000kmであれば、地心方向に対して経度方向に±60度の視野範囲を持つ第一の監視装置を具備すればよい。経度60度の中で、特定監視地点を限定できる場合には、視線方向の変更範囲が±60度となる視野方向変更機能を具備してもよい。また経度60度の全域を常時監視する必要がある場合には、複数の監視装置を1機の衛星に搭載してもよいし、衛星数を6機に限定せずに、監視装置の視野範囲に応じて同一軌道面の衛星機数を増やしてもよい。地表面の赤道付近を面的に網羅して常時監視を実現するためには同一軌道の前後を飛翔する衛星との監視領域のオーバーラップも必要になることから、8機以上の衛星を配備すればシステム構築が容易になる。また軌道高度を高高度にすれば、監視装置の視野範囲を狭めた成立解も見出すことができる。
図37,図38は、第二の監視装置の網羅性を説明する図である。次に地球周縁を指向する第二の監視装置の視野範囲の網羅性を示す。赤道上空衛星では、北半球の中緯度帯と南半球の中緯度帯が視野範囲となり、赤道を周回することにより中緯度帯がリング状に監視領域として網羅される。
監視システム3000は、地球表面を指向する第一の監視装置と、地球周縁を指向する第二の監視装置を具備する複数の監視衛星と地上設備とを備える。6機以上の監視衛星が、軌道傾斜角10度未満で赤道上空を飛翔する赤道上空衛星群として衛星コンステレーションを形成する。この監視システム3000では、軌道が楕円軌道であって、第二の監視装置の監視範囲を遠地点付近で高緯度側に拡大し、近地点付近で低緯度側に拡大する。
図44、図45は、軌道緯度と地球接線との関係を示す。
この監視システム3000によれば、
軌道高度約400kmで北緯20度の接線方向を、
軌道高度約1000kmで北緯30度の接線方向を、
軌道高度約2000kmで北緯40度の接線方向を、
軌道高度約3600kmで北緯50度の接線方向を、
軌道高度約12800kmで北緯60度の接線方向を、
それぞれ宇宙背景で監視することができる。
そこで赤道上空で楕円軌道を採用して、高緯度上限を遠地点で、低緯度下限を近地点で監視するよう設定すれば、所望の監視範囲を網羅できることになる。赤道上空衛星群を順番に番号を付与した場合に、奇数号機を遠地点、偶数号機を近地点となるよう軌道面を交互に設定すれば、合理的に観測範囲を拡大できる。なお楕円軌道の長径は軌道面内で回転するので、特定監視領域を特定の地方時(LST:Local Sun Time)で監視するためには、当該LSTにおいて適切な位置に長径を配置し、凍結軌道化することにより監視範囲を維持できる。なお凍結軌道化を自然現象のみで実現するのは軌道パラメータの制約が大きいが、推進系を動作させることで、自由度の高いパラメータ設定が可能となる。
Claims (10)
- 地球表面を指向する第一の監視装置と、地球周縁を指向する第二の監視装置とを有する複数の監視衛星と、
地上設備と、
を備え、
12機以上の監視衛星が、
軌道傾斜角10度以上80度以下の傾斜軌道を飛翔する傾斜軌道衛星群により、衛星コンステレーションを形成する監視システムであって、
前記第二の監視装置が、
右手直交座標でプラス方向を向く+X軸の方向を前記監視衛星の衛星進行方向+X、右手直交座標でプラス方向を向く+Z軸の方向を前記監視衛星の地心方向+Zとした場合に、前記+X軸に対して前記+Z軸のまわりに、
+45度を指向する+X+Yセンサと、
-45度を指向する+X-Yセンサと、
+135度を指向する-X+Yセンサと、
-135度を指向する-X-Yセンサと、
を有し、
前記第二の監視装置は、
北東向きに飛翔する際に、
前記+X-Yセンサで北半球高緯度上空を監視し、
前記-X+Yセンサで南半球高緯度上空を監視し、
南東向きに飛翔する際に、
前記-X-Yセンサで北半球高緯度上空を監視し、
前記+X+Yセンサで南半球高緯度上空を監視する
監視システム。 - 地球表面を指向する第一の監視装置と、地球周縁を指向する第二の監視装置とを有する複数の監視衛星と、
地上設備と、
を備え、
6機以上の監視衛星が、
軌道傾斜角10度以下の赤道上空軌道を飛翔する赤道軌道衛星群により、衛星コンステレーションを形成する監視システムであって、
前記第二の監視装置が、
右手直交座標でプラス方向を向く+X軸の方向を前記監視衛星の衛星進行方向+X、
右手直交座標でプラス方向を向く+Z軸の方向を前記監視衛星の地心方向+Zとした場合に、
前記+X軸に対して前記+Z軸のまわりに、
+90度を指向する+Yセンサと、
-90度を指向する-Yセンサと、
を有し、
前記第二の監視装置は、
前記+Yセンサで南半球中緯度上空を監視し、
前記-Yセンサで北半球中緯度上空を監視する、
監視システム。 - 地球表面を指向する第一の監視装置と、地球周縁を指向する第二の監視装置とを有する複数の監視衛星と、
地上設備と、
を備え、
6機以上の監視衛星が、
軌道傾斜角80度以上の極軌道を飛翔する極軌道衛星群により、衛星コンステレーションを形成する監視システムであって、
前記監視衛星が、
太陽同期軌道のドーンダスク軌道を飛翔し、
前記第二の監視装置が、
右手直交座標でプラス方向を向く+X軸の方向を前記監視衛星の衛星進行方向+X、
右手直交座標でプラス方向を向く+Z軸の方向を前記監視衛星の地心方向+Zとした場合に、
前記+X軸の方向を指向する+Xセンサと、
前記+X軸に対して前記+Z軸のまわりに、
+90度を指向する+Yセンサと、
-90度を指向する-Yセンサと、
を有し、
前記第二の監視装置は、
前記+Xセンサで前記+X軸方向を監視し、
前記+Yセンサで東側地球上空を監視し、
前記-Yセンサで西側地球上空を監視する
監視システム。 - 前記監視衛星は、さらに、通信装置を有し、
前記通信装置は、
前記+Z軸に対して前記+X軸のまわりに±60度以上、
かつ、
前記+Z軸に対して右手直交座標でプラス方向を向く+Y軸のまわりに±60度以上の通信視野を持ち、
前記監視衛星が取得した監視情報を、地上設備へ直接伝送し、または、衛星情報を中継する通信衛星を経由して前記地上設備に伝送する
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の監視システム。 - 前記衛星コンステレーションは、
軌道高度1000km以上に形成され、
前記衛星コンステレーションを形成する監視衛星は、
軌道高度800km以下に形成される伝送システムであって、前記監視衛星と前記地上設備との間の衛星情報を中継して伝送する伝送システムである衛星情報伝送システムを経由して、取得した監視情報を前記地上設備に伝送する
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の監視システム。 - 前記衛星コンステレーションは、
軌道高度1200km以上に形成され、
前記衛星コンステレーションを形成する監視衛星は、
軌道高度1000km以下に形成される伝送システムであって、前記監視衛星と前記地上設備との間の衛星情報を中継して伝送する伝送システムである衛星情報伝送システムを経由して、取得した監視情報を前記地上設備に伝送する
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の監視システム。 - 請求項1に記載の監視システムの傾斜軌道を飛翔する監視衛星。
- 請求項2に記載の監視システムの赤道上空軌道を飛翔する監視衛星。
- 請求項3に記載の監視システムの極軌道を飛翔する監視衛星。
- 請求項4の監視システムに使用される通信衛星。
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