JPH0231213A - 人工衛星自動捕捉装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、軌道上にある衛星の修理、燃料補給あるいは
状態の確認の為に運用される衛星に搭載され、目標とす
る衛星に対し必要な距離まで近接させる、あるいはドツ
キングを自動的に行なわせるための誘導制御装置及び姿
勢制御装置に適用されるものである。

（従来の技術） 人工衛星同士の接近あるいはドツキングといった運行に
は地上からの管制や衛星の乗組員の操縦が欠かせない、
衛星同士が接近あるいは、ドツキングする場合は相手の
衛星がそのことを前提としてビーコンなどを発信するよ
うに作られたものでなければならない、またビーコンや
レーダでは分解能が低く、特にマニピュレータが届く範
囲やドツキングといった至近距離への接近等の精密なコ
ントロールが必要となる場面では乗組員が目で確認しな
がら操縦しなければならない、また衛星に視覚センサ等
を取り付けて地上からの遠隔操作も考えられるが、通信
に要する時間遅れの問題から、こうしたことは不可能で
ある。また有人の衛星を打ち上げ、目標衛星に接近させ
るためには莫大なコストがかかるうえ、危険が伴うもの
である。近い将来、すでに打ち上げられた（接近あるい
はドツキングされることを前提としてつくられていない
衛星に対しても）衛星のごく簡単な修理、姿勢制御用の
燃料の補給、テレメトリデータ等では分からない外観検
査等といった作業に対するニーズが発生すると考えられ
る。このような作業を行なうことのできる作業衛星が登
場すれば、燃料切れの衛星や軽微な作業で修復させられ
る故障した衛星を再利用できるようになり、衛星の運用
コストを大幅に低減させることが可能となる。

この場合作業衛星はコストの点から必ず無人でなければ
ならず、したがって自動誘導装置が必要になる。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は上記のような衛星に搭載され、この衛星を任意
の目標衛星の任意の方向から接近あるいはドツキングさ
せるようにオンボード制御により誘導する装置を提供す
ることを目的とする。

（課題を解決するための手段） この目的を達成するための本発明の特徴は、目標衛星を
遠距離から捕えるレーダ装置と、目標衛星を近距離から
捕える複数のカメラと、地上から送出され、あるいは予
め記憶されている目標衛星に関する形状・寸法をふくむ
情報を記憶する記憶装置と、ガメラ及びレーダ装置で捕
えた画像情報を前記記憶装置の内容と共に解析し、その
結果を姿勢制御装置及び誘導制御装置に送る演算装置と
を有し、該演算装置は、目標衛星から遠距離にあっては
レーダ装置にて、目標位置をカメラで捕えられる距離に
あっては、１台のカメラの目標衛星の像の大きさから距
離を測り、より近傍にあっては複数台のカメラの同時動
作で得た３次元像から相対距離、相対角度、並びにそれ
らの変化率を算出する衛星搭載用の人工衛星自動捕捉装
置にある。

（作用） 本装置は超遠方から目標衛星を探すためのレーダ装置と
併用して、目標衛星の比較的近距離に近づいた場合に用
いるカメラ、目標衛星の形状等を記憶するためのメモリ
、及び衛星を誘導制御するために必要なデータをジェネ
レートする演算装置から成る。演算装置はカメラからの
視覚情報と予め記憶させた、あるいは地上から通信によ
り送った目標衛星の軌道位置、形状データをもとに。

（１）レーダ探査でカメラで補足可能な距離以内に目標
衛星への接近、（２）カメラに捕らえられるまで近づい
た時にそれが目標の衛星であるかどうかの判断と確認、
（３）目標衛星までの距離、方向、目標衛星の相対的な
動き、自機のいる軌道に関する情報等から目標衛星の所
望の方向から近づくための飛行経路を計算する。この装
置を用いることにより、無人の衛星に任意の目標衛星を
自動補足させ、さらに衛星を目標衛星に接近あるいはド
ツキングさせるように誘導することができるようになる
。

（実施例） 第１図は本装置のブロックダイアグラムを示したもので
、ｈはレーダ装置であり、目標衛星ａを遠距離から捕ら
える。ｂは２台のＣＯＤカメラであり、目標衛星ａを近
距離から捕らえる。目標衛星の特定点に着目するとそれ
ぞれの点のカメラｂの光軸との角度差が得られ、２つの
カメラｂの間の距離と併せて特定点の３次元座標を同定
できる。いくつかの特定点を同時測定すると相手衛星の
姿勢情報が得られ、また、ある時間差で測量することに
より、距離、姿勢の時間変化率を得る。

カメラｂはその運用中に必要に応じてモータｄとモータ
ドライバｅにて動かせるようにすることによって、より
近接した場合の距離測量にも応じることができる。この
場合カメラｂの相対位置関係、光軸の方向等はエンコー
ダＣで知り得る。カメラで捕らえた衛星の視覚情報は、
変換装置ｉにてディジタル信号に変換して演算装置ｆに
送る。

また同時に地上にカメラｂの視覚データを送信して確認
を取ることもできる。演算装置では地球局から送られ、
記憶装置ｇに記憶された目標衛星に関する輪郭等の情報
とカメラｂで補足した衛星の視覚情報との比較からカメ
ラｂで捕らえた衛星が目標衛星であるか否かを判断し、
次いで、ドツキングを予定している方向から接近するた
めの飛行経路等を計算し、姿勢制御装置に情報を送る。

さらにカメラｂからの情報を常に更新して姿勢制御装置
にフィードバックをかけリアルタイムの制御を行う。

カメラｂで捕らえた衛星が目標衛星であるか否かの確認
は、地上から行うとしてもよい。

なお、比較的遠距離では、１台のカメラで目標を捕捉し
、近距離に近づいてから複数のカメラで捕捉するように
してもよい、又、カメラの倍率を調節可能とすることも
可能である。

（発明の効果） 本装置を用いれば、無人の衛星と他の衛星とのドツキン
グあるいは打上時にランデブーを想定していない任意の
衛星に自動制御にてドツキングあるいはランデブーをす
ることができる。

衛星の姿勢制御用の燃料補給をしたり、軌道上で故障し
、簡単な作業で運用可能となるような衛星へのサービス
を行ったり（例えば太陽電池パドルやアンテナの展開が
途中で止まってしまった場合にマニピュレータ等で手助
けをしたり、振動を与えたりすることで回復できる場合
もある）、衛星の外観検査により宇宙環境が衛星に及ぼ
す影響等の貴重なデータを集めたりするといったサービ
スをする衛星が必要になりつつある。このような衛星は
有人であると限られた時間内で地上の往復が必要になる
ために、多くの衛星をサービスできない１本装置をこの
ような衛星に適用すれば、無人のサービス衛星が実現で
きるので、長時間にわたり衛星から他の衛星へと次々に
渡り歩いてサービスを行うことができる。無人である上
に、多くの衛星がある静止軌道でサービスを実施すれば
、−サービス当りのコストが下げられる。又、サービス
を受ける側からすれば、廃棄しなければならなかった衛
星の再利用ができるために運用コストが大幅に低減でき
ることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による人工衛星自動捕捉装置の構成図で
ある。 ａ・・・目標衛星、　　ｂ・・・ＣＣＤカメラ、Ｃ・・
・カメラ光軸の角度を読み取るエンコーダ、ｄ・・・モ
ータ、　　　　ｅ・・・モータドライバ、ｆ・・・演算
装置、　　ｇ・・・記憶装置、ｈ・・・レーダ装置、　
　ｉ・・・変換装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 目標衛星を遠距離から捕えるレーダ装置と、目標衛星を
   近距離から捕える複数のカメラと、地上から送出され、
   あるいは予め記憶されている目標衛星に関する形状・寸
   法をふくむ情報を記憶する記憶装置と、 カメラ及びレーダ装置で捕えた画像情報を前記記憶装置
   の内容と共に解析し、その結果を姿勢制御装置及び誘導
   制御装置に送る演算装置とを有し、 該演算装置は、目標衛星から遠距離にあってはレーダ装
   置にて、目標衛星をカメラで捕えられる距離にあっては
   、１台のカメラの目標衛星の像の大きさから距離を測り
   、より近傍にあっては複数台のカメラの同時動作で得た
   ３次元像から相対距離、相対角度、並びにそれらの変化
   率を算出することを特徴とする衛星搭載用の人工衛星自
   動捕捉装置。