JP7479316B2 - 観測衛星 - Google Patents
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Description
地球ないし宇宙物体を観測する観測衛星においては、高分解能で精細な観測情報を取得することが求められている。
そのため、特許文献1の方法では、観測衛星の費用を抑えることが困難である。
静止衛星と同じ軌道周期を持つ楕円軌道を飛翔し、
地球ないし宇宙物体を観測する観測装置と推進装置を具備する観測衛星であって、
前記楕円軌道の近地点が、観測対象の位置する経度帯上空において地球自転と同期するよう前記推進装置を動作させる。
実施の形態1.
図1を用いて、本実施の形態に係る観測システム100の構成例について説明する。
観測システム100は、地球101あるいは宇宙物体110を観測するためのシステムである。
「観測」は「監視」または「撮影」といった概念を含む。
宇宙物体110は、宇宙に存在する物体である。例えば、宇宙物体110は、静止軌道103を飛行して地球101を周回する。
観測衛星200は、地球101を周回する人工衛星である。
観測衛星200は、静止軌道103または静止軌道103の近傍を飛行して地球101を周回する。例えば、観測衛星200は、静止衛星と同じ軌道周期を持つ、楕円軌道104、傾斜軌道105、および傾斜楕円軌道106といった軌道を飛翔する。あるいは、観測衛星200は、地球を1日に2周回する楕円軌道107を飛翔する。これらの楕円軌道104、傾斜軌道105、傾斜楕円軌道106、および楕円軌道107については後述する。
静止軌道103の高度は、約36000キロメートルである。
静止衛星と呼ばれる人工衛星は、地球101の自転と同期して静止軌道103を周回する。つまり、静止衛星は、静止軌道103を1日あたり1周回する。言い換えると、静止衛星は、24時間で静止軌道103を1周する。
宇宙物体110は、静止衛星と同じく、静止軌道103を1日あたり1周回する。
観測衛星200は、静止軌道103または静止軌道103の近傍を1日あたり1周回する。
宇宙物体110と観測衛星200とのそれぞれが周回する方向は、静止衛星が周回する方向と同じである。
地球101のうち太陽光が当たる側を、地球101の表側と称する。
地球101のうち太陽光が当たらない側を、地球101の裏側と称する。
図1において、宇宙物体110と観測衛星200とのそれぞれは、地球101の表側を周回している。
観測衛星200は、観測装置201と衛星制御装置202と通信装置203と推進装置204と姿勢制御装置205と電源装置206とを備える。
観測装置201は、地球101、あるいは観測衛星200の軌道高度と異なる高度を飛行する宇宙物体110を光学で撮影する。具体的には、観測装置201は可視光学センサである。観測装置201は光学観測装置ともいう。
観測装置201は、観測データを生成する。観測データは、観測装置201が行う観測によって得られるデータである。例えば、観測データは、地球101あるいは宇宙物体110が映った画像を表すデータに相当する。観測データは観測情報ともいう。
衛星制御装置202は、既定の手順、または、後述する地上設備500から送信される各種コマンドにしたがって、観測装置201と推進装置204と姿勢制御装置205とを制御する。
通信装置203は、観測データを地上設備500へ送信する。また、通信装置203は、地上設備500から送信される各種コマンドを受信する。
具体的には、推進装置204は電気推進機である。例えば、推進装置204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205は、観測衛星200の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205は、観測衛星200の姿勢要素を所望の方向に維持する。
具体的には、観測衛星200の姿勢要素は、観測衛星200の姿勢、観測衛星200の角速度、および、観測装置201の視線方向(Line Of Sight)である。
姿勢制御装置205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、あるいは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またはコントロール・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、姿勢センサによって得られる計測データに基づいて、または、地上設備500からの制御コマンドにしたがって、制御プログラムを実行することによって、アクチュエータを制御する。
衛星制御装置202は処理回路を備える。
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。処理回路は、推進装置204を制御する観測制御部として機能する。
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、例えば、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、FPGAまたはこれらの組み合わせである。
ASICは、Application Specific Integrated Circuitの略称である。
FPGAは、Field Programmable Gate Arrayの略称である。
観測衛星200は、観測方向を観測対象へ向けるためのポインティング機能を有する。
例えば、観測衛星200はリアクションホイールを備える。リアクションホイールは、観測衛星200の姿勢を制御するための装置である。リアクションホイールによって観測衛星200の姿勢が制御され、ボディポインティングが実現される。
例えば、観測装置201はポインティング機構を備える。ポインティング機構は、観測装置201の視線方向を変えるための機構である。ポインティング機構には、例えば、駆動ミラーが利用される。
観測装置201は、分解能可変機能およびオートフォーカス機能を有する。
分解能可変機能は、観測時の分解能を変える機能である。
オートフォーカス機能は、観測対象に焦点を合わせる機能である。
地上設備500は、例えば、観測衛星200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良い。
解析予測部520は、観測衛星200の軌道を解析予測する。
軌道制御コマンド生成部510は、観測衛星200に送信する軌道制御コマンド55を生成する。
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(Central Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、GPU(Graphics Processing Unit)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である。また、補助記憶装置922は、SD(登録商標)メモリカード、CF、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、DVDといった可搬の記憶媒体であってもよい。なお、HDDは、Hard Disk Driveの略語である。SD(登録商標)は、Secure Digitalの略語である。CFは、CompactFlash(登録商標)の略語である。DVDは、Digital Versatile Diskの略語である。
出力インタフェース940は、ディスプレイといった表示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。
制御プログラムは、地上設備の各部の「部」を「処理」、「手順」、「手段」、「段階」、「工程」、あるいは「サーキットリ」に読み替えた各処理、各手順、各手段、各段階、各工程、各サーキットリを、コンピュータに実行させる。また、制御方法は、地上設備が制御プログラムを実行することにより行われる方法である。
制御プログラムは、コンピュータ読取可能な記録媒体に格納されて提供されてもよい。また、各プログラムは、プログラムプロダクトとして提供されてもよい。
本実施の形態では、静止衛星と同じ軌道周期を持つ楕円軌道104を飛翔する観測衛星200が、推進装置204を適切に制御することにより高分解能で精細な観測情報を取得可能とする態様について説明する。
楕円軌道104は長径が面内で回転する。慣性空間で回転を止めるのが凍結軌道である。
観測衛星200は、静止衛星と同じ軌道周期を持つ楕円軌道104を飛翔する。観測衛星200は、地球101ないし宇宙物体110を観測する観測装置201と、推進装置204を具備する。
近地点では、対地速度が高いため、観測衛星200が西から東に相対的に移動する。観測衛星200は、近地点において楕円軌道104の長径の面内回転を地球自転と同期制御しつつ観測を行う。
遠地点では、対地速度が低いため、観測衛星200が東から西に相対的に移動する。観測衛星200は、遠地点において楕円軌道104の長径の面内回転を地球自転と同期制御しつつ観測を行う。
このため日本から中国あるいはインドにかけてアジア域全域を毎日観測できるという効果がある。
本実施の形態では、主に、実施の形態1との相違点あるいは追加点について説明する。なお、実施の形態1と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
本実施の形態では、静止衛星と同じ軌道周期を持つ傾斜軌道105を飛翔する観測衛星200が、推進装置204を適切に制御することにより高分解能で精細な観測情報を取得可能とする態様について説明する。
傾斜軌道105は、軌道面の法線ベクトルが南北軸回りに回転する。傾斜軌道105は、公転と同期すると太陽同期軌道となる。
観測衛星200は、静止衛星と同じ軌道周期を持つ傾斜軌道105を飛翔する。
観測衛星200は、傾斜軌道105の法線ベクトルが、地球101の自転と同期して経度方向に回転するよう推進装置204を動作させる。
軌道傾斜角に応じて推進装置204の推力と推薬が必要となるが、小さな軌道傾斜角であれば、電気推進装置でも法線ベクトルを地球自転と同期させることが可能である。
本実施の形態では、主に、実施の形態1,2との相違点あるいは追加点について説明する。なお、実施の形態1,2と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
本実施の形態では、静止衛星と同じ軌道周期を持つ傾斜楕円軌道106を飛翔する観測衛星200が、推進装置204を適切に制御することにより高分解能で精細な観測情報を取得可能とする態様について説明する。
傾斜楕円軌道106は、長径が面内で回転する。また、傾斜楕円軌道106は、軌道面の法線ベクトルが南北軸回りに回転する。これらの両回転を同期するには人為制御が必要である。
観測衛星200は、静止衛星と同じ軌道周期を持つ傾斜楕円軌道106を飛翔する。
観測衛星200は、傾斜楕円軌道106の法線ベクトルと楕円の長軸が、地球101の自転と同期して経度方向に回転するよう推進装置204を動作させる。
観測衛星200は、長径の面内回転と法線ベクトルの南北軸回り回転とを、地球自転と同期制御しつつ観測を行う。
本実施の形態では、主に、実施の形態1から3との相違点あるいは追加点について説明する。なお、実施の形態1から3と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
本実施の形態では、地球を1日に2周回する楕円軌道107を飛翔する観測衛星200が、推進装置204を適切に制御することにより高分解能で精細な観測情報を取得可能とする態様について説明する。
観測衛星200は、地球を1日に2周回する楕円軌道107を飛翔する。
観測衛星200は、遠地点が軌道面最北端となるよう凍結軌道化制御しつつ観測を行う。
また、楕円軌道107の法線ベクトルの経度方向離角が180°となる軌道面で同様の観測衛星を同期運用することにより、長時間の観測が可能になるという効果がある。
例えば、軌道高度約2万kmの円軌道が1日に2周回することがわかっており、軌道周期は概ね長径に依存する。このため、遠地点高度約36000km、近地点高度約4000kmの楕円軌道として、日本上空経度上で遠地点となる場合は、日本上空を通過する時間帯において、静止軌道と同様に疑似的に静止した観測が可能となる。
また、実施の形態1から4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、これらの実施の形態のうち、1つの部分を実施しても構わない。その他、これらの実施の形態を、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しても構わない。
すなわち、実施の形態1から4では、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
Claims (4)
- 静止衛星と同じ軌道周期を持つ楕円軌道を飛翔し、
地球ないし宇宙物体を観測する観測装置と推進装置を具備する観測衛星であって、
前記楕円軌道の遠地点において前記観測衛星が軌道面を飛翔する角速度が地球の自転速度よりも遅くなり、前記観測衛星が東から西へ相対的に移動するよう前記推進装置を動作させ、近地点において経度方向の相対角速度が地球自転より高速となるよう前記推進装置を動作させて翌日に再び東から西への観測領域の観測が可能とする観測衛星。 - 静止衛星と同じ軌道周期を持つ傾斜軌道を飛翔し、
地球ないし宇宙物体を観測する観測装置と推進装置を具備する観測衛星であって、
前記傾斜軌道の法線ベクトルが、地球の自転と同期して経度方向に回転するよう前記推進装置を動作させる
観測衛星。 - 静止衛星と同じ軌道周期を持つ傾斜楕円軌道を飛翔し、
地球ないし宇宙物体を観測する観測装置と推進装置を具備する観測衛星であって、
前記傾斜楕円軌道の法線ベクトルと楕円の長軸が、地球の自転と同期して経度方向に回転するよう前記推進装置を動作させる
観測衛星。 - 地球を1日に2周回する楕円軌道を飛翔し、
地球ないし宇宙物体を観測する観測装置と推進装置を具備する観測衛星であって、
遠地点が軌道面最北端となるよう楕円軌道の長軸を凍結軌道化させるよう前記推進装置を動作させる
観測衛星。
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