JP7418365B2

JP7418365B2 - 衛星コンステレーション、地球側制御設備及び人工衛星

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Publication number: JP7418365B2
Application number: JP2021001975A
Authority: JP
Inventors: 久幸迎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-01-08
Filing date: 2021-01-08
Publication date: 2024-01-19
Anticipated expiration: 2041-01-08
Also published as: JP2022107189A

Description

本開示は、情報を伝送する衛星コンステレーションに関する。

従来技術には、赤道軌道の通信衛星コンステレーションによる通信システムの開示がある（例えば特許文献１、２）。ところで、軌道高度約３６０００ｋｍを飛翔する静止衛星は特定の経度帯に設置された地上設備から常時可視範囲にあり、常時通信が可能である。しかし、軌道高度約３６０００Ｋｍ以外の軌道高度を飛翔する赤道上空の人工衛星と常時通信するためには、赤道付近の緯度帯に経度方向に網羅的に多数の地上設備が必要となるという課題がある。また、赤道近傍の緯度帯に地上設備を持たない国及び事業者は、赤道上空軌道の衛星コンステレーションを運用できないという課題がある。この課題について、従来技術には解決手段の開示は特にない。

特表２０１５－５２４６２９号公報特許４９４６３９８号

本開示は、運用しやすい赤道上空軌道の衛星コンステレーションの提供を目的とする。

本開示に係る衛星コンステレーションは、
６機以上の人工衛星が形成する衛星コンステレーションであって、
前記衛星コンステレーションを形成するすべての前記人工衛星が、
赤道上空軌道の同一軌道面を飛翔するとともに、
前記同一軌道面で隣接して前を飛翔する前記人工衛星である前方衛星及び
前記同一軌道面で隣接して後を飛翔する前記人工衛星である後方衛星と通信する前後通信装置を備えることで、地球を１周する周回通信網が形成されており、
前記衛星コンステレーションを形成するすべての前記人工衛星のうちの１以上の人工衛星は、
北緯２０度以上の北緯領域と、南緯２０度以上の南緯領域との少なくともいずれかに設置された地上設備と通信する対地通信装置を備えた対地衛星であり、
前記対地衛星では、
前記対地通信装置が前記地上設備から取得した情報を、前記前後通信装置が、前記周回通信網を介して、いずれかの前記人工衛星に送信し、前記前後通信装置が前記周回通信網を介して受信した情報を、前記対地通信装置が、前記地上設備に送信する。

本開示の衛星コンステレーションでは、周回通信網が形成され、かつ、周回通信網を形成する人工衛星の少なくも１機が対地衛星であるので、対地衛星が衛星コンステレーションを構成する全ての人工衛星の情報を一括して通信できるため、運用しやすい赤道上空軌道の衛星コンステレーションを提供できる。

実施の形態１の図で、衛星コンステレーション１１を示す図。実施の形態１の図で、赤道上空軌道１０を北極から見た図。実施の形態１の図で、人工衛星２００が前後通信装置５０Ｃを搭載する構成を説明する図。実施の形態１の図で、アジマス及びエレベーションを説明する図。実施の形態１の図で、北緯地上設備５１１と通信する対地衛星２１１の構成を示す図。実施の形態１の図で、南緯地上設備５１２と通信する対地衛星２１１の構成を示す図。実施の形態１の図で、赤外線監視装置７１Ｓを搭載する監視衛星２２１を示す図。実施の形態１の図で、監視装置７２Ｓを搭載する監視衛星２２２を示す図。実施の形態１の図で、監視装置７３Ｓを搭載する監視衛星２２３を示す図。実施の形態１の図で、衛星コンステレーション１１を形成する各人工衛星２００を制御する、地球に配置された地球側制御設備５２０を示す図。実施の形態１の図で、地球側制御設備５２０のハードウェア構成を示す図。

実施の形態の説明及び図面において、同じ要素及び対応する要素には同じ符号を付している。同じ符号が付された要素の説明は、適宜に省略又は簡略化する。以下の実施の形態では、「部」を、「回路」、「工程」、「手順」、「処理」又は「サーキットリー」に適宜読み替えてもよい。

実施の形態１．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
以下の実施の形態では、人工衛星の進行方向及び地心方向を以下のように定める。右手直交座標でプラス方向を向く＋Ｘ軸の方向を人工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軸の方向を人工衛星の地心方向＋Ｚとする。

図１及び図２を参照して、衛星コンステレーション１１の概要を説明する。衛星コンステレーション１１を構成する複数の人工衛星は、赤道上空軌道１０を飛翔する。

＜衛星コンステレーション１１＞
図１は、実施の形態１の衛星コンステレーション１１を示す。６機以上の人工衛星２００が衛星コンステレーション１１を形成する。図１では６機の人工衛星２００を示している。なお図１では説明のために、人工衛星２００－１から２００－６のように表記している。衛星コンステレーション１１を形成するすべての人工衛星２００が、赤道上空軌道１０の同一軌道面１０Ｐを飛翔する。衛星コンステレーション１１を形成するすべての人工衛星２００が、同一軌道面１０Ｐで隣接して前を飛翔する人工衛星２００である前方衛星及び同一軌道面１０Ｐで隣接して後を飛翔する人工衛星２００である後方衛星と通信する前後通信装置５０Ｃを備えることで、地球６００を１周する周回通信網１２が形成される。前後通信装置５０Ｃについては後述する。人工衛星２００－２に着目する。人工衛星２００－２ではＸ軸方向が進行方向であり、Ｚ軸方向が地心方向である。人工衛星２００－２に対して、人工衛星２００－１が後方衛星であり、人工衛星２００－３が前方衛星である。

＜周回通信網１２＞
図２は、赤道上空軌道１０を北極から見た図である。衛星コンステレーション１１では、人工衛星２００は前方衛星及び後方衛星と、それぞれの搭載する前後通信装置５０Ｃによって通信クロスリンク９を形成する。前後して隣接し飛翔する２機の人工衛星２００どうしの通信クロスリンク９により、図２に示すような、地球６００を１周する周回通信網１２が形成される。

＜対地衛星２１１＞
衛星コンステレーション１１を形成するすべての人工衛星２００のうちの１以上の人工衛星２００は、北緯２０度以上の北緯領域と南緯２０度以上の南緯領域との少なくともいずれかに設置された地上設備と通信する対地通信装置６１Ｃを備えた対地衛星２１１である。以下では、北緯領域に設置された地上設備を北緯地上設備５１１と表記し、南緯領域に設置された地上設備を南緯地上設備５１２と表記する。

対地衛星２１１では、対地通信装置６１Ｃが北緯地上設備５１１あるいは南緯地上設備５１２から取得した情報を、前後通信装置５０Ｃが、周回通信網１２を介して、いずれかの人工衛星２００に送信する。また、対地衛星２１１では、前後通信装置５０Ｃが周回通信網１２を介して受信した情報を、対地通信装置６１Ｃが、地上設備に送信する。図２で説明する人工衛星２００－１は対地衛星２１１である。対地衛星２１１である人工衛星２００－１は、対地通信装置６１Ｃが北緯地上設備５１１から取得した情報を、前後通信装置５０Ｃが、周回通信網１２を介して、いずれかの人工衛星２００、例えば人工衛星２００－５に送信する。また人工衛星２００－１では、前後通信装置５０Ｃが周回通信網１２を介して人工衛星２００－５から受信した情報を、対地通信装置６１Ｃが、北緯地上設備５１１に送信する。

＜前後通信装置５０Ｃ＞
図３は、人工衛星２００が前後通信装置５０Ｃを搭載する構成を説明する図である。図３では、前後通信装置５０Ｃを備える人工衛星２００の４面図を示している。人工衛星２００は第一の通信装置５１Ｃ及び第二の通信装置５２Ｃを備えている。図３のＸＺ平面に示すように、第一の通信装置５１Ｃと、第二の通信装置５２Ｃとは、地球６００に面する地球指向面１８に配置されている。第一の通信装置５１Ｃと第二の通信装置５２Ｃとが前後通信装置５０Ｃを実現する。

図３において、ＸＹ面における黒丸は、実際にその通信装置が見えることを示し、白丸は通信装置が実際には見えないことを示す。第一の通信装置５１Ｃは、人工衛星２００の進行方向の前方に配置される。第一の通信装置５１Ｃは、人工衛星２００の進行方向に通信視野５１を持つ。第二の通信装置５２Ｃは、人工衛星２００の進行方向に対して第一の通信装置５１Ｃの後方に配置される。第二の通信装置５２Ｃは、人工衛星２００の進行方向の反対方向に通信視野５２を持つ。図３の左側のＸＹ平面に示すように、第一の通信装置５１Ｃは、Ａｚｉｍｕｔｈ視野変更範囲５１Ｂで通信視野５１の変更が可能である。第二の通信装置５２Ｃも、Ａｚｉｍｕｔｈ視野変更範囲５２Ｂで通信視野５２の変更が可能である。図３のＸＺ平面に示すように、第一の通信装置５１Ｃは、Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ視野変更範囲５１Ｄで、＋Ｙ軸まわりにＥｌｅｖａｔｉｏｎ回転が可能である。第二の通信装置５２Ｃは、Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ視野変更範囲５２Ｄで、＋Ｙ軸まわりにＥｌｅｖａｔｉｏｎ回転が可能である。

軌道高度約３６０００ｋｍを飛翔する静止衛星は、特定の経度帯に設置された地上設備から常時可視範囲にあり、この地上設備と常時通信が可能である。しかし、軌道高度約３６０００ｋｍ外の軌道高度を飛翔する赤道上空衛星と常時通信するためには、この赤道上空衛星は静止衛星ではないので、赤道付近の緯度帯において経度方向に網羅的に多数の地上設備が必要となるという課題がある。この課題に対して、同一軌道面を飛翔する前後の人工衛星と通信クロスリンクして、地球６００を一周する周回通信網１２を形成する。この周回通信網１２によれば、経度方向に網羅的に地上設備が配置されていなくても、地上設備の付近を飛翔する衛星が代表して、同一軌道面の衛星情報を地上設備との間で授受できるという効果がある。しかしながら、中緯度から高緯度に位置する国では「赤道付近の緯度帯」に地上設備を地政学的に配置できない場合もある。そこで、敢えて衛星進行方向＋Ｘ軸に対して、地心方向＋Ｚ方向から、ＹＺ平面内でオフセット角を設けた視線ベクトルを有する対地通信装置６１Ｃを、人工衛星２００に配備具備する。対地通信装置６１Ｃを人工衛星２００に配備することで、周回通信網１２を形成する全ての人工衛星２００の衛星情報を、地上設備の設置された経度帯上空を飛翔する人工衛星２００が代表して授受する。これによって、赤道付近の緯度帯に地上設備を持たない国および事業者でも、赤道上空軌道１０の衛星コンステレーション１１を運用できるという効果がある。また、赤道上空軌道１０から赤道直下の地上設備と通信する場合と比較して、斜視効果により対地距離が大きくなるため、通信方向の視線ベクトルの変化速度が緩慢となり、視野範囲も広く確保できるという効果がある。

＜対地衛星２１１の構成＞
図４から図６を参照して、対地衛星２１１の具体的な構成を説明する。前後通信装置５０Ｃを備えている人工衛星２００が、さらに対地通信装置６１Ｃを備えた場合に、その人工衛星２００が対地衛星２１１である。
図４は、アジマス及びエレベーションを説明する図である。図４は、アジマス回転方向と、エレベーション回転方向を示す。アジマス回転方向は右手系座標の＋Ｚ軸まわりである。以下では＋Ｙ軸のプラス部分から＋Ｘ軸のプラス部分に向かう方向がプラス方向、反対方向がマイナス方向である。また、－Ｙ軸のマイナス部分から＋Ｘ軸のプラス部分に向かう方向がプラス方向、反対方向がマイナス方向である。Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ回転方向は、右手系座標のＸＹ平面から＋Ｚ軸のプラス部分に向かう方向をプラス方向とし、反対方向をマイナス方向とする。

図５は、北緯地上設備５１１と通信する対地衛星２１１の構成を示す。なお、以下に説明する対地衛星２１１、監視衛星２２１、監視衛星２２２、監視衛星２２３及びミッション衛星２９０はいずれも人工衛星２００であるので前後通信装置５０Ｃを備えている。しかし、これらの構成を示す図では前後通信装置５０Ｃは省略する。

図５の対地通信装置６１Ｃは、北緯領域に設置された北緯地上設備５１１と通信する光通信装置である。右手直交座標でプラス方向を向く＋Ｘ軸の方向を対地衛星２１１の衛星進行方向＋Ｘとし、右手直交座標でプラス方向を向く＋Ｚ軸の方向を対地衛星２１１の地心方向＋Ｚとする。対地通信装置６１Ｃである光通信装置は、＋Ｚ軸まわりのアジマスについて、右手直交座標でプラス方向を向く＋Ｙ軸の反対方向である－Ｙ方向を基準に９０度先の＋Ｘ軸へ向かう方向のプラス方向と、プラス方向の反対方向のマイナス方向とにそれぞれ３０度のアジマスの視野変更が可能である。また、対地通信装置６１Ｃである光通信装置は、ＸＹ平面を基準に＋Ｚ軸へ向かう方向をプラス方向としたときのエレベーションについて、＋２０度以上＋７０度以下の範囲でエレベーションの視野変更が可能である。

図６は、南緯地上設備５１２と通信する対地衛星２１１の構成を示す。対地通信装置６１Ｃは、南緯領域に設置された南緯地上設備５１２と通信する光通信装置である。右手直交座標でプラス方向を向く＋Ｘ軸の方向を対地衛星２１１の衛星進行方向＋Ｘとし、右手直交座標でプラス方向を向く＋Ｚ軸の方向を対地衛星２１１の地心方向＋Ｚとする。
対地通信装置６１Ｃである光通信装置は、＋Ｚ軸まわりのアジマスについて、右手直交座標でプラス方向を向く＋Ｙ軸を基準に９０度先の＋Ｘ軸へ向かう方向のプラス方向と、プラス方向の反対方向のマイナス方向とにそれぞれ３０度のアジマスの視野変更が可能である。
また、対地通信装置６１Ｃである光通信装置は、ＸＹ平面を基準に＋Ｚ軸へ向かう方向をプラス方向としたときのエレベーションについて、＋２０度以上＋７０度以下の範囲でエレベーションの視野変更が可能である。

図５及び図６では北緯地上設備５１１との通信、南緯地上設備５１２との通信を別々に説明したが、対地衛星２１１は、北緯地上設備５１１及び南緯地上設備５１２と通信できる構成でもよい。

図５及び図６の対地衛星２１１は以下の効果を有する。光通信装置では大容量通信ができるという効果がある。またエレベーションに＋２０度から＋７０度、アジマス、つまりＺ軸まわりに＋Ｙ軸ないし－Ｙ軸に対してプラス、マイナス３０度の視野変更を可能とすることにより、６機が対地通信装置６１Ｃを搭載することで、６機以上の人工衛星２００で常に特定の地上設備との通信を継続できるという効果がある。

＜監視衛星２２１＞
図７は、赤外線監視装置７１Ｓを搭載する監視衛星２２１を示す。前後通信装置５０Ｃを備えている人工衛星２００が、赤外線監視装置７１Ｓを備えた場合に、その人工衛星２００が監視衛星２２１である。衛星コンステレーション１１を形成するすべての人工衛星２００のうちの１以上の人工衛星２００は、赤外線監視装置７１Ｓを備える監視衛星２２１である。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２２１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２２１の地心方向＋Ｚとする。赤外線監視装置７１Ｓは、ＹＺ平面内で＋Ｘ軸回りに、＋Ｚ軸から＋Ｚ軸の９０度先の＋Ｙ軸に向かう＋Ｘ軸回りのプラス方向で＋Ｚ軸から２０度以上７０度以下の範囲と、ＹＺ平面内で＋Ｘ軸回りに、＋Ｘ軸回りのプラス方向の反対方向に向かう＋Ｘ軸回りのマイナス方向で２０度以上７０度以下の範囲との、少なくともいずれかの範囲で視線ベクトルの変更が可能である。

近年では間欠的に噴射を繰返す飛翔体もある。このような飛翔体については、静止軌道からの監視では、高温化した飛翔体本体の検知が難しいという課題がある。しかし、赤道上空の低軌道を飛翔する人工衛星が赤外線監視装置７１Ｓを具備して、地球周縁方向を指向して赤外線監視をすれば、中緯度帯で打ち上げられた飛翔体を、深宇宙背景で監視できるので、感度の高い監視ができるという効果がある。地球周縁監視はリム撮像とも呼ばれる。飛翔体発射を探知し、飛翔方向を追跡する場合に、準リアルタイムで地上設備と情報授受が必要となるが、個々の人工衛星が地上設備と通信するためには膨大な数の地上設備が必要になるという課題がある。そこで、衛星コンステレーション１１のように、同一軌道面を飛翔する人工衛星が周回通信網１２を形成して、直接中緯度帯に配置された地上設備と情報授受する。これにより、中緯度帯の国及び事業者が、赤道上空軌道を飛翔する衛星コンステレーション１１により、準リアルタイムで飛翔体の発射探知と追跡が可能になるという効果がある。

視線ベクトルの方向変更の制御可能な赤外線監視装置７１Ｓを搭載する監視衛星２２１によって以下の衛星コンステレーションが可能になる。
（１）衛星コンステレーション１１を形成するすべての人工衛星２００のうちの２以上の人工衛星２００は、監視方向を示す視線ベクトルの向きを制御によって変更可能な赤外線監視装置７１Ｓを備える監視衛星２２１である。
（２）監視衛星２２１では、赤外線監視装置７１Ｓが探知対象の飛翔体を探知したとき、飛翔体を探知したことを示す探知情報を、前後通信装置５０Ｃが周回通信網１２へ送信する。
（３）対地衛星２１１では、前後通信装置５０Ｃが周回通信網１２を介して探知情報を受信したとき、対地通信装置６１Ｃが探知情報を地上設備へ送信する。
（４）対地通信装置６１Ｃは、探知情報の送信に対する応答として、飛翔体を探知した監視衛星２２１とは異なる監視衛星２２１を指定するコマンドであって視線ベクトルの目標値を指示するコマンドである視線ベクトルコマンドを地上設備から対地通信装置６１Ｃが受信する。
（５）対地通信装置６１Ｃは、受信した視線ベクトルコマンドを、前後通信装置５０Ｃによって周回通信網１２へ送信する。
（６）視線ベクトルコマンドによって指定されている監視衛星２２１では、前後通信装置５０Ｃが周回通信網１２から視線ベクトルコマンドを受信し、受信した視線ベクトルコマンドを、赤外線監視装置へ入力する。
（７）視線ベクトルコマンドが入力された赤外線監視装置は視線ベクトルコマンドにしたがって、視線ベクトルの方向を変更する。

上記（１）から（７）により以下の効果がある。リム撮像と呼ばれる地球周縁監視方式では、飛翔体を高感度で監視できるが、発射位置座標の導出が難しいという課題がある。予め飛翔体の発射場や、移動式発射台の整備状況を情報収取して地上設備に保有しておく。これにより、飛翔体発射を探知した人工衛星の飛翔位置と監視装置の視線ベクトルから、発射位置座標を推測できる。よって、後続衛星に対して適切に監視装置の視線ベクトルを向けさせることができるという効果がある。

リム撮像では奥行き方向の距離の推定が難しいという課題があるため、発射位置座標を起点として、後続衛星の位置座標と視線ベクトルから導出した飛翔体位置と、発射位置が整合する飛翔経路を推定することにより監視装置の視線ベクトルを適切に指令できるという効果がある。

なお、衛星コンステレーション１１を形成するすべての人工衛星２００のうちの１以上の人工衛星２００は、特定のミッションを行うためのミッション装置９０を備えるミッション衛星２９０である。図３には、人工衛星２００がミッション装置９０を備える場合を示している。通信以外のミッション装置９０の情報をリアルタイムに周回通信網１２を経由して伝送できるという効果がある。ミッション装置は各種あり、観測装置、測位装置、情報収集装置など、通信装置以外のミッション装置でもよいし、データ中継装置、移動体を含む各種地上アセットとの通信装置のような通信装置でもよい。

図８は、監視装置７２Ｓを搭載する監視衛星２２２を示す。前後通信装置５０Ｃを備えている人工衛星２００が、監視装置７２Ｓを備えた場合に、その人工衛星２００が監視衛星２２２である。衛星コンステレーション１１を形成するすべての人工衛星２００のうちの１以上の人工衛星は、地心方向を指向する監視装置７２Ｓを備える監視衛星２２２である。監視装置７２Ｓは、制御によって監視視野の変更が可能である。

監視衛星２２２によれば以下の効果がある。地心方向を指向する広域視野観測装置の代用として、視野変更可能であり、かつ地表面を指向する狭域視野監視装置によれば、広域視野範囲を網羅した上で、更に高分解能監視が可能になるという効果がある。なお視野変更する監視目標位置を予め指定する必要があるため、例えば飛翔体発射探知をする場合は、先見情報として発射領域の候補地の位置座標をデータベース化して、監視目標位置座標として指定するのが合理的である。

図９は、監視装置７３Ｓを搭載する監視衛星２２３を示す。衛星コンステレーション１１を形成するすべての人工衛星２００のうちの１以上の人工衛星２００は、地心方向を指向する赤外線監視装置７３Ｓを備える監視衛星２２３である。赤外線監視装置７３Ｓは、大気の窓を構成する、０．２μｍ以上１．２μｍ以下の範囲と、１．６μｍ以上１．８μｍ以下の範囲と、２．０μｍ以上２．５μｍ以下の範囲と、３．４μｍ以上４．２μｍ以下の範囲と、４．４μｍ以上５．５μｍ以下の範囲と、８．０μｍ以上１４．０μｍ以下の範囲との、どの範囲にも属さない外波長を検知する。

宇宙からの地球観測では大気の窓と呼ばれる、０．２μｍ以上１．２μｍ以下の範囲と、１．６μｍ以上１．８μｍ以下の範囲と、２．０μｍ以上２．５μｍ以下の範囲と、３．４μｍ以上４．２μｍ以下の範囲と、４．４μｍ以上５．５μｍ以下の範囲と、８．０μｍ以上１４．０μｍ以下の範囲の波長を検知する各種の地球観測装置が知られている。観測対象の物理量が大気に吸収されずに宇宙から検知できるので有効活用されている一方、大気圏上層部を滑空飛翔する飛翔体を宇宙から赤外線監視する場合に、大気の窓の波長を検知すると、クラッタと呼ばれる地表面の赤外放射に埋もれて、飛翔体を識別できないという課題がある。そこで、大気の窓以外の赤外波長を検知することにより、クラッタの影響を受けずに飛翔体を検知できるという効果がある。

対地衛星２１１について補足しておく。対地衛星２１１は、赤道上空の同一軌道面１０Ｐで隣接して前を飛翔する人工衛星２００である前方衛星及び同一軌道面１０Ｐで隣接して後を飛翔する人工衛星２００である後方衛星と通信する前後通信装置５０Ｃを備えている。また、対地衛星２１１は、北緯２０度以上の北緯領域と南緯２０度以上の南緯領域との少なくともいずれかの領域に設置された地上設備と通信する対地通信装置６１Ｃとを備えている。前後通信装置５０Ｃは、赤道上空の同一軌道面１０Ｐに存在する５機以上の他の人工衛星２００と共に、地球を１周する周回通信網１２を形成する対地通信装置６１Ｃは、周回通信網１２を介して、他の人工衛星２００と地上設備との通信を中継する。

地上設備について補足しておく。地上設備は対地衛星２１１に対して、北緯領域と、南緯領域との少なくともいずれかに配置され、対地衛星２１１の有する対地通信装置６１Ｃと通信する。ここで対地衛星２１１は、赤道上空の同一軌道面１０Ｐで隣接して前を飛翔する人工衛星２００である前方衛星及び同一軌道面１０Ｐで隣接して後を飛翔する人工衛星２００である後方衛星と通信する前後通信装置５０を備える。また、対地衛星２１１は、北緯２０度以上の北緯領域と南緯２０度以上の南緯領域との少なくともいずれかの領域を指向する対地通信装置６１Ｃを備える。前後通信装置５０Ｃは、赤道上空の同一軌道面１０Ｐに存在する５機以上の他の人工衛星２００と共に、地球を１周する周回通信網１２を形成する。対地通信装置６１Ｃは、周回通信網１２を介して、他の人工衛星２００と、北緯領域と南緯領域との少なくともいずれかの領域との通信を中継する。

地上設備は、対地通信装置６１Ｃから、飛翔体を探知したことを示す探知情報を受信したとき、視線ベクトルの方向を変更可能な赤外線監視装置の視線ベクトルの目標値を指示するコマンドである視線ベクトルコマンドを生成し、生成した視線ベクトルコマンドを、対地通信装置へ送信する。

また地上設備は、移動式の飛翔体発射装置の移動ルートと飛翔体発射装置の代表点の位置座標とが登録されているデータベースを備えている。地上設備はこのデータベースを用いて、視線ベクトルコマンドを生成する。視野方向変更の可能な監視装置で発射探知するためには、先見情報として発射領域の候補地の位置座標を監視目標位置座標として指定する必要がある。輸送起立発射機または潜水艦から飛翔体が発射される場合には、発射領域の指定が難しいという課題がある。しかしながら別途先見情報により輸送起立発射機または潜水艦の行動範囲及び行動パターンを把握することは可能であり、地政学的知見を含めて発射領域となる可能性が高い場所を代表点としてデータベースに登録することは可能である。

＜地球側制御設備５２０＞
図１０は、衛星コンステレーション１１を形成する各人工衛星２００を制御する、地球に配置された地球側制御設備５２０を示す。地球側制御設備５２０は、対地衛星２１１及び周回通信網１２を利用して、各人工衛星２００を制御できる。
図１１は、地球側制御設備５２０のハードウェア構成を示す。図１０に示すように、地球側制御設備５２０の衛星制御部５２１が、衛星コンステレーション１１の各人工衛星２００を制御する。図１１に示すように、地球側制御設備５２０は、プロセッサ５２０Ａ、主記憶装置５２０Ｂ、補助記憶装置５２０Ｃ、通信インタフェース５２０Ｄのようなハードウェアを備えている。通信インタフェース５２０Ｄは通信アンテナ５２０Ｆに接続している。プロセッサ５２０Ａは信号線５２０Ｅによって他のハードウェアと接続している。
＊＊＊実施の形態１の効果の説明＊＊＊
実施の形態１の衛星コンステレーション１１では、衛星コンステレーション１１を形成する複数の人工衛星２００が周回通信網１２を形成し、複数の人工衛星２００には対地衛星２１１が含まれる。よって、経度方向に網羅的に地上設備が配置されていなくても、地上設備周辺を飛翔する人工衛星が代表して同一軌道面の衛星情報を授受できる。また、対地通信装置６１Ｃは、北緯２０度以上の北緯領域と南緯２０度以上の南緯領域との少なくともいずれかに設置された地上設備と通信する。よって、周回通信網１２を形成する全ての衛星情報を、地上設備の設置された経度帯上空を飛翔する衛星が代表して授受することで、赤道近傍緯度帯に地上設備を持たない国や事業者でも赤道上空軌道の衛星コンステレーションを運用できるという効果がある。

９通信クロスリンク、１０赤道上空軌道、１０Ｐ同一軌道面、１１衛星コンステレーション、１２周回通信網、５０Ｃ前後通信装置、５１Ｃ第一の通信装置、５１通信視野、５２Ｃ第二の通信装置、５２通信視野、６１Ｃ対地通信装置、６１通信視野、７１Ｓ赤外線監視装置、７２Ｓ監視装置、８１飛翔方向、９０ミッション装置、２００人工衛星、２１１対地衛星、２２１，２２２，２３監視衛星、２９０ミッション衛星、５１０地上設備、５１１北緯地上設備、５１２南緯地上設備、５２０地球側制御設備、５２０Ａプロセッサ、５２０Ｂ主記憶装置、５２０Ｃ補助記憶装置、５２０Ｄ通信インタフェース、５２０Ｅ信号線、５２０Ｆ通信アンテナ、５２１衛星制御部、６００地球、６０１赤道、６０２北極。

Claims

６機以上の人工衛星が形成する衛星コンステレーションであって、
前記衛星コンステレーションを形成するすべての前記人工衛星が、
赤道上空軌道の同一軌道面を飛翔するとともに、
前記同一軌道面で隣接して前を飛翔する前記人工衛星である前方衛星及び
前記同一軌道面で隣接して後を飛翔する前記人工衛星である後方衛星と通信する前後通信装置を備えることで、地球を１周する周回通信網が形成されており、
前記衛星コンステレーションを形成するすべての前記人工衛星のうちの１以上の人工衛星は、
北緯２０度以上の北緯領域と、南緯２０度以上の南緯領域との少なくともいずれかに設置された地上設備と通信する対地通信装置を備えた対地衛星であり、
前記対地衛星では、
前記対地通信装置が前記地上設備から取得した情報を、前記前後通信装置が、前記周回通信網を介して、いずれかの前記人工衛星に送信し、前記前後通信装置が前記周回通信網を介して受信した情報を、前記対地通信装置が、前記地上設備に送信する衛星コンステレーションであって、
前記対地通信装置は、前記北緯領域に設置された前記地上設備と通信する光通信装置であり、
前記光通信装置は、
右手直交座標でプラス方向を向く＋Ｘ軸の方向を前記対地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軸の方向を前記対地衛星の地心方向＋Ｚとした場合に、
＋Ｚ軸まわりのアジマスについて、
右手直交座標でプラス方向を向く＋Ｙ軸の反対方向である－Ｙ方向を基準に９０度先の＋Ｘ軸へ向かう方向のプラス方向と、前記プラス方向の反対方向のマイナス方向とにそれぞれ３０度のアジマスの視野変更が可能であり、
かつ、
ＸＹ平面を基準に＋Ｚ軸へ向かう方向をプラス方向としたときのエレベーションについて、
＋２０度以上＋７０度以下の範囲でエベレーションの視野変更が可能である衛星コンステレーション。
６機以上の人工衛星が形成する衛星コンステレーションであって、
前記衛星コンステレーションを形成するすべての前記人工衛星が、
赤道上空軌道の同一軌道面を飛翔するとともに、
前記同一軌道面で隣接して前を飛翔する前記人工衛星である前方衛星及び
前記同一軌道面で隣接して後を飛翔する前記人工衛星である後方衛星と通信する前後通信装置を備えることで、地球を１周する周回通信網が形成されており、
前記衛星コンステレーションを形成するすべての前記人工衛星のうちの１以上の人工衛星は、
北緯２０度以上の北緯領域と、南緯２０度以上の南緯領域との少なくともいずれかに設置された地上設備と通信する対地通信装置を備えた対地衛星であり、
前記対地衛星では、
前記対地通信装置が前記地上設備から取得した情報を、前記前後通信装置が、前記周回通信網を介して、いずれかの前記人工衛星に送信し、前記前後通信装置が前記周回通信網を介して受信した情報を、前記対地通信装置が、前記地上設備に送信する衛星コンステレーションであって、
前記対地通信装置は、前記南緯領域に設置された前記地上設備と通信する光通信装置であり、
前記光通信装置は、
右手直交座標でプラス方向を向く＋Ｘ軸の方向を前記対地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軸の方向を前記対地衛星の地心方向＋Ｚとした場合に、
＋Ｚ軸まわりのアジマスについて、
右手直交座標でプラス方向を向く＋Ｙ軸を基準に９０度先の＋Ｘ軸へ向かう方向のプラス方向と、前記プラス方向の反対方向のマイナス方向とにそれぞれ３０度のアジマスの視野変更が可能であり、
かつ、
ＸＹ平面を基準に＋Ｚ軸へ向かう方向をプラス方向としたときのエレベーションについて、
＋２０度以上＋７０度以下の範囲でエベレーションの視野変更が可能である衛星コンステレーション。
前記衛星コンステレーションを形成するすべての前記人工衛星のうちの１以上の人工衛星は、
赤外線監視装置を備える監視衛星であり、
前記赤外線監視装置は、
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、
ＹＺ平面内で＋Ｘ軸回りに、＋Ｚ軸から＋Ｚ軸の９０度先の＋Ｙ軸に向かう＋Ｘ軸回りのプラス方向で＋Ｚ軸から２０度以上７０度以下の範囲、
と、
ＹＺ平面内で＋Ｘ軸回りに、＋Ｘ軸回りの前記プラス方向の反対方向に向かう＋Ｘ軸回りのマイナス方向で２０度以上７０度以下の範囲との、
少なくともいずれかの範囲で視線ベクトルの変更が可能である請求項１または請求項２に記載の衛星コンステレーション。
前記衛星コンステレーションを形成するすべての前記人工衛星のうちの２以上の人工衛星は、
監視方向を示す視線ベクトルの向きの変更可能な赤外線監視装置を備える監視衛星であり、
前記監視衛星では、
前記赤外線監視装置が探知対象の飛翔体を探知したとき、前記飛翔体を探知したことを示す探知情報を、前記前後通信装置が前記周回通信網へ送信し、
前記対地衛星では、
前記前後通信装置が前記周回通信網を介して前記探知情報を受信したとき、前記対地通信装置が前記探知情報を前記地上設備へ送信し、前記探知情報の送信に対する応答として、前記飛翔体を探知した前記監視衛星とは異なる監視衛星を指定するコマンドであって視線ベクトルの目標値を指示するコマンドである視線ベクトルコマンドを前記地上設備から前記対地通信装置が受信し、受信した前記視線ベクトルコマンドを、前記前後通信装置によって前記周回通信網へ送信し、
前記視線ベクトルコマンドによって指定されている前記監視衛星では、
前記前後通信装置が前記周回通信網から前記視線ベクトルコマンドを受信し、受信した前記視線ベクトルコマンドを、前記赤外線監視装置へ入力する請求項１または請求項２に記載の衛星コンステレーション。
前記衛星コンステレーションを形成するすべての前記人工衛星のうちの１以上の人工衛星は、
特定のミッションを行うためのミッション装置を備えるミッション衛星である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の衛星コンステレーション。
前記衛星コンステレーションを形成するすべての前記人工衛星のうちの１以上の人工衛星は、
地心方向を指向する監視装置を備える監視衛星であり、
前記監視装置は、
監視視野の変更が可能である請求項１または請求項２に記載の衛星コンステレーション。
前記衛星コンステレーションを形成するすべての前記人工衛星のうちの１以上の人工衛星は、
地心方向を指向する赤外線監視装置を備える監視衛星であり、
前記赤外線監視装置は、
大気の窓を構成する、０．２μｍ以上１．２μｍ以下の範囲と、１．６μｍ以上１．８μｍ以下の範囲と、２．０μｍ以上２．５μｍ以下の範囲と、３．４μｍ以上４．２μｍ以下の範囲と、４．４μｍ以上５．５μｍ以下の範囲と、８．０μｍ以上１４．０μｍ以下の範囲との、どの範囲にも属さない外波長を検知する請求項１または請求項２に記載の衛星コンステレーション。
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の衛星コンステレーションを形成する複数の人工衛星の各人工衛星を制御する、地球に配置された地球側制御設備。
赤道上空の同一軌道面で隣接して前を飛翔する人工衛星である前方衛星及び前記同一軌道面で隣接して後を飛翔する人工衛星である後方衛星と通信する前後通信装置と、
北緯２０度以上の北緯領域または南緯２０度以上の南緯領域に設置された地上設備と通信する対地通信装置と
を備え、
前記前後通信装置は、
赤道上空の同一軌道面に存在する５機以上の他の人工衛星と共に、地球を１周する周回通信網を形成し、
前記対地通信装置は、
前記周回通信網を介して、前記他の人工衛星と前記地上設備との通信を中継する人工衛星であって、
前記対地通信装置は、前記北緯領域に設置された前記地上設備と通信する光通信装置であり、
前記光通信装置は、
右手直交座標でプラス方向を向く＋Ｘ軸の方向を前記人工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軸の方向を前記人工衛星の地心方向＋Ｚとした場合に、
＋Ｚ軸まわりのアジマスについて、
右手直交座標でプラス方向を向く＋Ｙ軸の反対方向である－Ｙ方向を基準に９０度先の＋Ｘ軸へ向かう方向のプラス方向と、前記プラス方向の反対方向のマイナス方向とにそれぞれ３０度のアジマスの視野変更が可能であり、
かつ、
ＸＹ平面を基準に＋Ｚ軸へ向かう方向をプラス方向としたときのエレベーションについて、
＋２０度以上＋７０度以下の範囲でエベレーションの視野変更が可能である人工衛星。
赤道上空の同一軌道面で隣接して前を飛翔する人工衛星である前方衛星及び前記同一軌道面で隣接して後を飛翔する人工衛星である後方衛星と通信する前後通信装置と、
北緯２０度以上の北緯領域または南緯２０度以上の南緯領域に設置された地上設備と通信する対地通信装置と
を備え、
前記前後通信装置は、
赤道上空の同一軌道面に存在する５機以上の他の人工衛星と共に、地球を１周する周回通信網を形成し、
前記対地通信装置は、
前記周回通信網を介して、前記他の人工衛星と前記地上設備との通信を中継する人工衛星であって、
前記対地通信装置は、前記南緯領域に設置された前記地上設備と通信する光通信装置であり、
前記光通信装置は、
右手直交座標でプラス方向を向く＋Ｘ軸の方向を前記人工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軸の方向を前記人工衛星の地心方向＋Ｚとした場合に、
＋Ｚ軸まわりのアジマスについて、
右手直交座標でプラス方向を向く＋Ｙ軸を基準に９０度先の＋Ｘ軸へ向かう方向のプラス方向と、前記プラス方向の反対方向のマイナス方向とにそれぞれ３０度のアジマスの視野変更が可能であり、
かつ、
ＸＹ平面を基準に＋Ｚ軸へ向かう方向をプラス方向としたときのエレベーションについて、
＋２０度以上＋７０度以下の範囲でエベレーションの視野変更が可能である人工衛星。