JPS63160431A - デ−タ中継衛星システム - 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〕 この発明は、軌道上の任意の位置にある人工衛星のデー
タ授受を、他の人工衛星であるデータ中継衛星を経由し
、常時地球上の特定個所と行えるデータ中継衛星システ
ムに関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は従来のデータ中継衛星システムを示す図であり
、図において、１は地球、２は地球周回衛星、３′は静
止軌道、４．５はデータ中継衛星、６と７は管制局の送
受信アンテナ、８．　９．１０゜１１はデータ中継術Ｊ
！４．５と管制局の送受信アンテナ６．７を結ぶフィー
ダリンク回線、１２．１３はデータ中継衛星４．５と地
球周回衛星２を結ぶデータ伝送回線、１４は地球周回衛
星の軌道である。

一般に地球周回衛星２は近距離より地球表面の観測を行
うのに用いられているので、衛星の取得データは常時膨
大になる。このデータを地球上に伝送するには、予め衛
星からの可視範囲内に地球局を設置し、常時そこにデー
タを伝送するか、一時データを蓄積し限定された地球局
に短時間で伝送する。

しかし、いずれの場合も多数の地球局が必要になったり
、大量データの蓄積装置や広帯域のデータ伝送が必要に
なる。そこでこれらの難点を除くため、静止軌道３′に
データ中継衛星４，５を投入する。データ中継器ｘ４，
５は該衛星上から地球表面をなるべく広く見えるように
し、且つ管制局の送受信アンテナ６．７からのフィーダ
リンクが組めるような静止位置に投入する。地球上の管
制局ではフィーダリンク８．　９．１０．１１のアワプ
リンク、ダウンリンクを通じデータ中継衛星４゜５を管
制すると共に、ダウンリンク９．１１を通じデータ中継
衛星４．５が取得したデータを常時管制局に伝送する。

データ中継器ｘ４．５が静止軌道にあって、周回衛星の
通常の衛星２が１１０００ｋ内外の軌道にあるため、こ
の両者間の距離が静止軌道に相当する程長いので、伝ば
ん損失が大きい、したがってデータ中継衛星４．５は、
これを克服すべくアンテナの利得を上げるために、より
大型のアンテナを持ち、且つ送信電力をより大きくする
必要がある。

このためにデータ中継衛星はより大型になり、且つ消費
電力を供給するため大きな太陽電池パドルが必要になっ
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように、低高度の観測衛星で大量に取得した画像
データ等のデータ中継用にデータ中継衛星を用いた従来
の方法においては、静止軌道にデータ中継衛星を打ち上
げていたので、低軌道から静止位置にデータを伝送し、
再び地球上にデータの伝送を行わねばならず、伝ばん損
失が大きく、それを克服するためには大型の中継器が必
要となり、衛星の大型化、大電力化が要求されるという
問題点があった。

この発明は、このような従来の問題点を改善するために
なされたもので、低軌道にデータ中継衛星を投入し、該
衛星間においてレーザ回線で情報伝送を行うことにより
データ中継器の送信電力を低減すると共にアンテナを小
型化し、省力化したデータ中継衛星を適用することがで
きるデータ中継衛星システムを提供することを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るデータ中継衛星システムは、ほぼ１２時
間の軌道周期を有する同一の軌道面に、ほぼ等しい間隔
で３つ以上の複数のデータ中継衛星を配置し、地球上の
一個所に設置された管制局の可視範囲にある一つの上記
データ中継衛星と上記管制局の間にデータ伝送が可能に
なるフィーダリンクを構成し、それぞれのデータ中継衛
星に上記の可視範囲内にあるデータ中継衛星と上記の他
のデータ中継衛星の間にレーザ光線を媒体とするデータ
伝送を行う手段を具備するものである。

〔作　用〕

この発明においてはデータ中継衛星の軌道高度を低下さ
せているので、従来の静止軌道の場合に比べて管制局か
ら見える衛星の個数は少なくなるが、軌道上にある衛星
間の距離が短（なり、且つこの間には大気のような光の
減衰を生ぜしめるような媒体が存在しないので、管制局
の可視範囲外にあるデータ中継衛星と可視範囲内にある
データ中継衛星の間はレーザ通信で効率よ（情報伝送を
行い、可視範囲内にあるデータ中継衛星が他のデータ中
継衛星のデータを全て集めた後、フィーダリンクを通じ
管制局との間でデータ伝送を行う。

これにより管制局はレーザ通信を通じ、全てのデータ中
継衛星のデータを取り扱うことができ、しかもデータ中
継衛星の低電力化と小型化を計ることができる。

〔実施例〕

第１図はこの発明に係るデータ中継衛星システムを示す
図で、第２図はデータ中継衛星を示す図である０図にお
いて、１は地球、２は地球周回衛星、３は周期がほぼ１
２時間の軌道、４．５．１５はほぼ１２時間の軌道３に
ほぼ等しい間隔で配置されたデータ中継衛星、１４は地
球周回衛星２の軌道、１６、１７はフィーダリンク、１
８．１９．２０．２１はデータ中継術Ｍ４．５．１５間
のレーザによるデータ伝送回線、２２．２３はデータ伝
送回線、２４は管制局、２５はデータ中継衛星４．５．
１５の本体、２６はフィーダリンク用アンテナ、２７は
データ伝送用アンテナ、２８．２９はレーザのデータ伝
送用の送受信機、３０は太陽電池パドルである。

一般にデータ伝送回線の伝ばん損失は距離の２乗に比例
して増大するので、データ中継衛星と地球周回衛星の間
の距離が近いと損失は小さくなる。

ところが静止軌道から外れると地球上から見て衛星が移
動するという欠点と、−個所の管制局から見えるデータ
中継衛星の範囲が狭くなるという欠点がある。しかしな
がら衛星が移動しても、軌道が正確に予測できていれば
衛星をアクイジシヨンすることに困難はなく、且つ一度
アクイジシゴンした後は衛星からの電波に管制局のアン
テナが自動追尾することが可能である。また管制局から
の視野が狭い点は、１つのデータ中継衛星が管制局の視
野から外れた時点で、他のデータ中継衛星が視野に入る
ようにし、且つデータ中継衛星間のレーザによるデータ
伝送により、複数の衛星を使ってデータ中継網を全地球
規模で構成することが可能である。

本発明は、かかる考え方に基づくものであり、次に第１
図に示した実施例の動作について説明する。今、データ
中継衛星４は管制局２４の可視範囲にあり、地球上の管
制局２４のアンテナと衛星４の間は上り、下りのフィー
ダリンク１６と１７で接続されているものとする０時間
の経過と共にデータ中継衛星４は移動し管制局２４の視
野外に外れていくが、その時点で次のデータ中継衛星５
が視野内に入り始め、フィーダリンクを構成するデータ
中継衛星が４から５へと移っていく、最初の時点で視野
内にあるデータ中継衛星４と視野外にあるデータ中継衛
星５，１５との間においてはレーザによるデータ伝送を
行う、レーザは宇宙空間では大気に　　　　　″よる減
衰が無く、且つビームを細く絞ることかできるので、方
向の安定が得られるところでは省エネルギーのメリット
が大きい、すなわちデータ中継衛星５と１５と管制局２
４はレーザのデータ伝送回線１８．１９．２０．２１と
フィーダリンク１６．１７によって接続されて、管制局
２４はこの回線を通じてデータ中継衛星を制御する。デ
ータ中継衛星は軌道３上において自ら姿勢制御を行い、
０．１度程度の精度で姿勢が安定する。データ中継衛星
５と１５は自らの姿勢精度の変動に影響されない程度に
幅のある光のビーコンをデータ中継衛星４に向ける。デ
ータ中継衛星４はこの光ビーコンを受信し追尾する。デ
ータ中継衛星４は前記光ビーコンの追尾を行うことによ
り安定してレーザにより２つのデータ中継衛１５．１５
の間に安定したデータ伝送ができる。

いずれのデータ中継衛星でも、互いにレーザで回線が構
成されなければならないが、衛星自身の姿勢安定度によ
り初期捕捉が十分なようにレーザビーコン波の発振及び
光受信機の方向を設定することは容易である。もし何ら
かの不都合が発生した場合は、各々のデータ中継衛星が
管制局２４の可視範囲にある間、フィーダリンク１６．
１７を通じ規定の設定を行わせることが、可能である。

データ中継衛星４が管制局２４のアンテナの可視範囲に
ある時、該衛星４は全てフィーダリンク１６゜１７を通
じ管制局２４により制御される。この時のデータ中継衛
星４の役割は、自らデータ中継衛星としての機能を果た
すことである。すなわち管制局２４の指示を受け、他の
衛星との間にホアード、リターンの回線を構成し、デー
タ中継衛星と他の衛星との間でテレメトリ、コマンドの
情報伝送と、距離及び距離変化率の計測を行い、その他
の衛星からの高速データの伝送を行う、このようにデー
タ中継衛星と他の衛星間で伝送される情報は、全てフィ
ーダリンク１６．１７を通じ管制局２４との間で情報伝
送を行う。

データ中継衛星５，１５は、前述のようにデータ中継衛
星４と同様に自らデータ中継衛星の役割を果たすが、そ
のために管制局２４との間で必要な全ての情報の伝送は
、レーザ回線１Ｂ、　１９．２０．２１とデータ中継衛
星４で中継し、フィーダリンク１６゜１７をｉｌｌして
行われる。

データ中継衛星のデータ中継機能以外に衛星自身の諸機
能を果たすため衛星及び管制局の間で情報伝送がためさ
れなければならない、その機能は衛星のハウスキーピン
グ、ステーション・キーピング、姿勢キーピングや、こ
の発明に係るレーザ回線用送受信８１２８．２９のアク
イジション及び追尾などである。これらの諸機能は軌道
に投入された後は、フィーダリンク１６．１７の回線の
一部を使用して行うことができるが、投入以前において
は通常衛星側に無指向性に近いアンテナを備え、固有の
トラッキング・テレメトリ及びコマンド（ＴＴ＆Ｃ）回
線を構成し、Ｓバンド等の周波数帯を使用し、このｍＰ
、を行う、固有のＴＴ＆Ｃ回線は軌道投入後は冗長回線
として使用できる。

データ中継衛星５と１５も軌道投入される以前は可視範
囲内にある衛星と同じであるが、管制局２４のアンテナ
の可視外にある時は、管制局２４はフィー９”Ｊ　：ｚ
／ｙ１６．１７とレーｆ回Ｍ１８．１９．２０．２１テ
全て制御するので、可視範囲内にあるデータ中継衛星４
と可視外にある衛星５．１５は、全く同様に扱うことが
可能である。

この発明に係るデータ中継衛星の軌道周期をほぼ１２時
間と定めたが、衛星の軌道の選択に当たってはパンアレ
ン帯の強い放射能の影響を避けるようにしなければなら
ない、しかし、この軌道はＧｌｏｖａｌ　Ｐｏｓｉｔｉ
ｏｎｉｎｇ　５ａｔｅｌｌｉｔｅ（Ｇ　Ｐ　Ｓ衛星）に
も採用されており無難な軌道といえる。

この発明に係るデータ中継衛星システムでは、管制局２
４のアンテナはデータ中継衛星が可視範囲にある間該衛
星を追尾し、また新たにデータ中継衛星が可視範囲内に
入ってきた時は、予測された方向への仕向けやアクイジ
ションが必要であるが、これらの動作は管制局で軌道決
定、軌道予測を行つておれば、特に難しい動作ではない
。

次に第２図に示したこの発明に係るデータ中継衛星の構
成、動作を説明する。

衛星本体２５は三輪姿勢制御衛星と想定しである。

勿論スピン型の衛星によってもデータ中継衛星を構成す
ることが可能である。衛星本体２５はフィーダリンク用
アンテナ２６を備え、管制局２４との情報伝送が可能に
なるようにしている。

他の衛星との間では、ホアード回線やリターン回線をデ
ータ伝送用アンテナ２７により構成する。

データ伝送用アンテナ２７は管制局２４からの制御信号
によりその方向を制御したり、他の衛星の信号を送受信
したりすることができる。

他のデータ中継衛星との間はレーザ回線を用いるが、そ
のためにレーザ回線用送受信機２８．２９を使用する。

レーザ送受信機２８．２９は地上の管制局の指示により
他のレーザ中継衛星の方向に方位を向け、アクイジショ
ン並びにデータの伝送を行う。

データ伝送アンテナ２７及びレーザ送受信機２８．２９
で情報伝送される情報は、衛星本体２５の中に備えた中
継器を経由し、全てフィーダリンク用アンテナ２６によ
り管制局２４との間で伝送される。衛星に必要な全ての
電力は太陽電池パドル３０により供給される。

〔発明の効果〕

この発明は低軌道に３つ以上のデータ中継衛星を投入し
、該衛星間においてレーザ回線により情報伝送を行うこ
とによって、静止衛星を用いたシステムに比較し、必要
となるデータ中継器の送信電力やアンテナを小型化し省
力化したデータ中継衛星を用いたシステムを実現するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係るデータ中継衛星システムの一
実施例の構成図、第２図は、このシステムに用いるデー
タ中継衛星を示す構成図、第３図は従来のデータ中継衛
星システムの構成を示す図である。 図において、１は地球、２は地球周回衛星、３は周期が
ほぼ１２時間の軌道、４．５．１５はデータ中継衛星、
１６．１７はフィーダリンク、１８．１９．２０゜２１
はデータ中継衛星間のレーザによる伝送回線、２２、２
３はデータ伝送回線、２４は管制局、２５は衛星本体、
２６はフィーダリンク用アンテナ、２７はデータ伝送用
アンテナ、２８．２９はレーザのデータ伝送用の送受信
機、３０は太陽電池パドルである。 なお図中同一あるいは相当部分には同一符号を付して示
しである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ほぼ１２時間の軌道周期を有する同一の軌道面にほぼ等
   しい間隔で３つ以上のデータ中継衛星を配置し、地球上
   の一個所に設置された管制局の可視範囲にある一つの上
   記データ中継衛星と上記管制局の間にデータ伝送が可能
   となるフィーダリンクを構成し、それぞれのデータ中継
   衛星に上記の可視範囲内にあるデータ中継衛星と上記の
   他のデータ中継衛星の間にレーザ光線を媒体とするデー
   タ伝送を行う手段を具備したことを特徴とするデータ中
   継衛星システム。