JPS638100A - 人工衛星の軌道制御方式 - 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、人工衛星の軌道制御をガスジェットスラスタ
を用いて行う人工衛星の軌道制御方式に関する。

（従来の技術） 人工衛星の軌道制御をガスジェットスラスタを用いて行
う軌道制御方式としては、例えば特開昭５８−１６１６
９９号公報記載のものが知、られている、この従来の軌
道制御方式は、軌道制御の開始時および終了時に生ずる
外乱トルクに起因する衛星姿勢のトランジェントを低減
するために、第４図（ａ）に示すように、軌道制御開始
時点ｔ１から所定時間のＭ間、また軌道制御開始時点ｔ
２前の所定時間の期間において、軌道制御用スラスタの
オン、オフの繰り返し周期Ｔ（一定間隔である）に占め
る噴射時間τを徐々に変化させるもので、周期Ｔと噴射
時間τの比は、第４図（ｂ）に示すように、予め定めら
れた一定のパターンで変化するようになっている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、このような従来の軌道制御方式にあっては、外
乱の状態を予め想定し、この想定に基づき噴射時間を固
定的に設定するものであり、現実の衛星姿勢との関連付
けがなされていないので、予想外の外乱に対しては全く
無防備で、初期の目的を達成できないという問題点があ
る。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたもの
で、その目的は、現実の衛星姿勢との関係において軌道
制御が行えるようにし、以て軌道′制御開始初期等にお
ける衛星姿勢のトランジェントの低減を確実になし得る
人工衛星の軌道制御方式を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 前記目的を達成するために、本発明の人工衛星の軌道制
御方式は次の如き構成を有する。

即ち、本発明の人工衛星の軌道制御方式は、人工衛星の
姿勢を検出する検出手段と；　この検出手段の出力を受
けて所定の評価値を設定する設定手段と；　少なくとも
軌道制御開始後の所定期間において値が徐々に変化して
いる閾値Ａのある値を前記評価値が越えたとき、軌道制
御用のガスジェットスラスタをオフ作動させるオフ作動
制御手段と；　少なくとも軌道制御開始後の所定期間に
おいて値が徐々に変化している閾値Ｂのある値よりも、
ガスジェットスラスタの前記オフ生動後における前記評
価値が小さくなったとき、ガスジェットスラスタをオン
作動させるオン作動制御手段と；　を備え、前記閾値Ａ
および同Ｂは同一または異なるものであることを特徴と
する。

（作　用） 次に、本発明の人工衛星の軌道制御方式の印用を説明す
る。

例えば、軌道制御を行うために、ガスジェットスラスタ
がオン生動し、ガスの噴射を開始したとする。すると、
ガスジェットスラスタの噴射ガスが太陽電池パネルや衛
星本体などの衛星の一部に衝突し、あるいはガスジェッ
トスラスタの推力ベクトルが衛星の重心を通らない（製
造上の誤差等に起因する）等の理由により、大きなレベ
ルのステップ状の外乱が発生する。この外乱は衛星姿勢
制御機能が吸収するのであるが、その際に衛星姿勢に大
きなトランジェント誤差角を生ずる。

そこで、本発明では、検出手段が人工衛星の姿勢を検出
し、それを設定手段へ送出する。

設定手段はこの検出手段の出力を受けて所定の評価値を
設定し、それをオフ作動制御手段とオン作動制御手段と
へそれぞれ送出する。ここに、評価値は衛星の姿勢制御
の実情を評価するに好適なパラメータを数値化したもの
で、例えば姿勢角または姿勢角速度もしくはこれらを線
形的に結合したものとして得られる。つまり、評価値は
前記トランジェント誤差角に基づき設定される。

そして、軌道制御開始によるガス噴射に起因する外乱に
よって評価値が閾値Ａのある値を越えたときには、オフ
作動制御手段がガス噴射を中止する。その結果、外乱の
原因が消滅し評価値が閾値Ｂのある値以下となったとき
、オン作動制御手段がガス噴射を再開する０以上の動作
は少なくとも軌道制御開始後の所定期間において行われ
る。

この所定期間においては、閾値Ａおよび同Ｂは。

例えば直線的にあるいは階段状に、徐々に変化するよう
になっており、これによってガス噴射のタイミング制御
がなされ、ガス噴射の効率化が図られている。なお、閾
値Ａおよび同日は、制御性等との関連で同一または異な
るものとすることができる。その結果、軌道制御の開始
初期において、予想外の外乱が発生したとしても、これ
に左右されることなく、つまり衛星姿勢に大きな変動を
生じさせずに円滑に軌道修正等の所定の軌道制御が行え
ることになる。

なお、ガス噴射の中止はそれまで存在していた外乱の急
激な減少を招来し、これも一種の外乱である。しかし、
この場合の外乱はその発生時点とその内容が予測可能で
あり、例えば姿勢制御系の構成によっても対処できる。

従って、前述した本発明の軌道制御方式は、少なくとも
軌道制御の開始初期の所定期間において適用すれば良く
、その後の例えば軌道制御の終了時における外乱対策は
別の方式に依っても良い、この意味で閾値Ａ、同Ｂの値
が変化する領域を少なくとも軌道制御開始後の所定期間
としたのである。

このように、本発明の人工衛星の軌道制御方式によれば
、人工衛星の実際の姿勢を検出し、それに基づき設定し
た評価値と適切に変化する閾値との大小関係によってガ
スジェットスラスタによるガス噴射をオン、オフ制御す
るようにしたので、つまり現実の衛星姿勢との関連にお
いて外乱が大きいときはガス噴射を中止し外乱の原因を
消滅させるようにしたので、外乱が予想外に大きいもの
であってもそれに左右されることなく、少なくとも軌道
制御開始初期における衛星姿勢のトランジェントの低減
を確実になし得る。また、閾値を変化させガス噴射のタ
イミング制御を行うのでガスジェットスラスタのガス噴
射の効率化を図ることができるという優れた効果が得ら
れる。

（実　施　例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。第１
図は本発明の一実施例に係る人工衛星の軌道制御方式の
制御系統図である。

本実施例に係る軌道制御方式の制御系は、衛星本体１の
姿勢を検出するセンサ２と、センサ２の出力を受けて軌
道制御用スラスタ３と姿勢ホ制御用アクチュエータ４と
を制御し、もって衛星本体１の軌道および姿勢を制御す
るコントローラ５とで構成される。

周知のように、人工衛星では、軌道制御に関してはガス
ジェットスラスタを用いるが、姿勢制御に関してはアク
チュエータとして種々のらのがあり、ガスジェットスラ
スタを用いる方式の他に、リアクションホイール方式、
磁気トルク方式、モーメンタムホイール方式等がある。

その中で、本実施例が対象とする人工衛星は、第２図に
例示するように、軌道制御と姿勢制御を共にガスジェッ
トスラスタを用いる方式のらのである。従って、前記姿
勢制御用アクチュエータ４は姿勢制御用スラスタという
ことになる。

第２図において、符号２１、同２２は太陽電池パネルで
あり、この太陽電池パネル２１、同２２は衛星本体１の
重心２３に対して例えば南北方向に対称に配置されてい
る。なお、この太陽電池パネル２１、同２２は衛星本体
１内に設けられる図示しない駆動系でもって常時太陽を
指向するように制御され、太陽電池パネル２１、同２２
およびその駆動系を含めた全体を太陽電池パドルと称し
ている。また、符号６〜同１９はガスジェットスラスタ
であり、これらのガスジェットスラスタの内、例えば符
号６、同７は軌道制御用、残余のものは姿勢制御用（一
部が軌道制御用を兼ねることらある）である。なお、図
示する個数および配置態様は例示である６通常、軌道制
御用スラスタ６と同７はその推力ベクトルの合成ベクト
ルが重心２３を通るように配置される（実際には、製造
誤差等に起因して、合成ベクトルが重心２３を通過せず
外乱トルクの発生原因の１つとなっている）。

さらに、符号２４、同２５はスラスタ噴射プルームであ
り、これらのスラスタ噴射プルーム２４、同２５は例え
ば太陽電池パネル２１、同２２や衛星本体１などに衝突
し、外乱トルクの発生原因となる。つまり、姿勢制御に
対する外乱の大部分は軌道制御に基づくもので、軌道制
御用スラスタ６、同７のガス噴射を中止すれば、外乱も
消滅するのである６本発明はこの点に着目したのである
。

センサ２は、衛星本体１内に設けられ、太陽や星、地球
等の位置に基づき衛星本体１自身の姿勢を検出し、同じ
く衛星本体１が搭載するコントローラ５へその検出信号
を出力する。検出ｇ様はその機種により、姿勢誤差角の
み、姿勢誤差角速度の検出も行えるもの等種々あり、こ
の実施例では姿勢誤差角のみを検出するものである。

コントローラ５は、コンピュータを中心に構成されるも
ので、姿勢制御用アクチュエータ４としてのガスジェッ
トスラスタ９〜同１つの噴射側脚をして所要の姿勢制御
勤（％を行うとともに、本発明の軌道制御動作を行う。

即ち、このコントローラ５は、検出手段である前記セン
サ２の出力を受けて所定の評価値（姿勢誤差角または姿
勢誤差角速度もしくはこれらの線形結合からなり、セン
サ２の検出態様を勘案して定める）設定する設定手段の
動作と、前記評価値が閾値Ａのある値を越えたとき軌道
制御用スラスタ３をオフ作動させるオフ作動制御手段の
動１ヤと、軌道制御用スラスタ３のオフ作動後における
前記評価値が閾値Ｂのある値以下となったとき軌道制御
用スラスタ３をオン作動させるオン作動制御手段の動作
とをそれぞれ行う、なお、閾値Ａおよび閾値Ｂはその値
が少なくとも軌道制御開始後の所定期間において徐々に
変化したものとなるように、予め設定される。

また、両者は同一または異なるもののいずれか一方とな
る。

次に、コントローラ５が行う本発明の軌道制御動作を第
３図を参照して説明する。第３図は軌道制御開始初期の
所定期間における様子を示している。第３図（ａ）は閾
値（前記閾値Ａと同Ｂが同一の場合を示す）が軌道制御
開始時点ｔ４からの時間経過とともに直線的に榎やかに
上昇し、所定の時点ｔ５以降は定値となる様子を示して
いる。

この閾値はその値と変化態様；土制御系の構成や経験等
に基づき定められる。第３図（ｂ）は評価値を姿勢誤差
角とした場合の変化態様（実線）を第３図（ａ）に示し
た閾値（破線）と関連付けて示している。第３図（ｃ）
は、評価値と閾値の関ｊ系が第３図（ｂ）に示すように
なる場合の軌道制御用スラスタ３のオンオフ制御の態様
を示している。

第３図において、軌道制御が開始し、時点ｔ４で軌道制
御用スラスタ３がオン作動すると、外乱により姿勢誤差
角が増大する０時点ｔ６で姿勢誤差角がある閾値に達し
それを超えると、軌道制御用スラスタ３をオフ作動させ
、ガス噴射を中止する。すると、外乱が急激に減少消滅
するので、姿勢誤差角の増大速度は鈍化しやがて時点ｔ
７で姿勢誤差角はある閾値に達しそれよりも小さくなる
ので、再び軌道制御用スラスタ３をオン作動しガス噴射
を再開する０以上の動作を繰り返しながら、姿勢制御系
は次第に外乱を吸収し、姿勢誤差角は小さくなり、軌道
制御用スラスタ３の噴射も連続的になる。その際、閾値
の値は姿勢誤差角が大きくなりすぎぬよう、また軌道制
御用スラスタ３の噴射も十分効率よくなされるよう適切
なシーケンスにもとづき変化させるようになっている。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明の人工衛星の軌道制御方式
によれば、人工衛星の実際の姿勢を検出し、それに基づ
き設定した評価値と適切に変化する閾値との大小関係に
よってガスジェットスラスタによるガス噴射をオン、オ
フ制御するようにしたので、つまり現実の衛星姿勢との
関連において外乱が大きいときはガス噴射を中止し外乱
の原因を消滅させるようにしたので、外乱が予想外に大
きいものであってもそれに左右されることなく、少なく
とも軌道制御開始初期における衛星姿勢のトランジェン
トの低減を確実になし得る。

また、閾値を変化させガス噴射のタイミング制御をアう
のでガスジェットスラスタのガス噴射の効率化を図るこ
とができるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る人工衛星の軌道制御方
式の制御系統図、第２図は制御対象として例示する人工
衛星の外観概略図、第３図は本発明の軌道制御動作を説
明するための図、第４図は従来の軌道制御方式を示す図
である。 １・・・・・・衛星本体、　２・・・・・・センサ、　
３・・・・・・軌道制御用スラスタ、　４・・・・・・
姿勢制御用アクチュエータ、　　５・・・・・・コント
ローラ。 代理人　弁理士　　八　幡　　義　博 ネ禿咽り較３１制！Ｒσ戊θ制梢１４【図第　／　図 ど、７−−〜・−を差制ネ叩哨スラス７８〜１２−−−
・−マ【ト歇Ｕ咋用スラスグオく６明θ彰コｔ＃Ｊ４＃
ｌｌ方式１ズ先吋ろメツ：律ｒＬシー伊ｊｉ−茫明の救
」睦Ｊ御方式の説明図 算３　図 Ｔ−ｍ−・−オンオフ／）＆り返し周廁（一定）ｔ・−
−−−−１七埼蘭 炙犬／ｌ杭埋制御方大 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 人工衛星の姿勢を検出する検出手段と；この検出手段の
   出力を受けて所定の評価値を設定する設定手段と；少な
   くとも軌道制御開始後の所定期間において値が徐々に変
   化している閾値Ａのある値を前記評価値が越えたとき、
   軌道制御用のガスジェットスラスタをオフ作動させるオ
   フ作動制御手段と；少なくとも軌道制御開始後の所定期
   間において値が徐々に変化している閾値Ｂのある値より
   も、ガスジェットスラスタの前記オフ作動後における前
   記評価値が小さくなったとき、ガスジェットスラスタを
   オン作動させるオン作動制御手段と；を備え、前記閾値
   Ａおよび同Ｂは同一または異なるものであることを特徴
   とする人工衛星の軌道制御方式。