JPWO2020261481A1 - 衛星コンステレーション、地上設備および人工衛星 - Google Patents

Abstract

衛星コンステレーション（１００）は複数の人工衛星（１１０）を備える。前記複数の人工衛星のそれぞれは、傾斜円軌道を１日に複数周回する。前記複数の人工衛星によって形成される複数の軌道面は、互いの法線がアジマス方向において均等な角度ずつずらされる。前記複数の人工衛星が各々の軌道面の最北端を通過するタイミングは同期される。

Description

本発明は、地球を監視するための衛星コンステレーションに関するものである。

広域を監視するための衛星システムとして、静止軌道衛星または高高度楕円軌道衛星によるＳＢＩＲＳが知られている。ＳＢＩＲＳはＳｐａｃｅ−Ｂａｓｅｄ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｙｓｔｅｍの略称である。
また、赤道上空を飛翔する複数の低軌道衛星によって地球周縁部を監視するシステムが考案されている。

特許文献１には、地球全球面内における特定緯度の地域を網羅的に監視するための監視衛星が開示されている。この監視衛星は赤道上空を飛翔する。

特許４９４６３９８号公報

監視範囲が広域であると、多数の衛星を同時に運用する必要があるため、コスト総額が高額になってしまう。また、静止軌道衛星および高高度楕円軌道衛星は、大型であり、コストが高い。また、赤道上空を飛翔する衛星は、地球から発射される飛翔体に対する探知精度および位置同定精度が悪い。

本発明は、より少ない数の衛星で監視性能が優れた監視システムを実現することを目的とする。

本発明の衛星コンステレーションは、
複数の人工衛星を備え、
前記複数の人工衛星のそれぞれは、傾斜円軌道を１日に複数周回し、
前記複数の人工衛星によって形成される複数の軌道面は、互いの法線がアジマス方向において均等な角度ずつずらされ、
前記複数の人工衛星が各々の軌道面の最北端を通過するタイミングが同期される。

本発明によれば、より少ない衛星で監視対象を高仰角から継続して監視するシステムを実現することが可能となる。

実施の形態１における衛星コンステレーション１００の構成図。 実施の形態１における人工衛星１１０Ａを例にして各人工衛星１１０の軌道を説明するための図。 実施の形態１における人工衛星１１０Ａの軌道を説明するための図。 実施の形態１における人工衛星１１０Ｂの軌道を説明するための図。 実施の形態１における人工衛星１１０Ｃの軌道を説明するための図。 実施の形態１における人工衛星１１０Ｄの軌道を説明するための図。 実施の形態１における人工衛星１１０Ｅの軌道を説明するための図。 実施の形態１における人工衛星１１０Ｆの軌道を説明するための図。 実施の形態１における人工衛星１１０Ｇの軌道を説明するための図。 実施の形態１における人工衛星１１０Ｈの軌道を説明するための図。 実施の形態１における各人工衛星１１０の監視時間帯を示す表。 実施の形態１における監視装置１１１の視野を示す図。 実施の形態２における衛星コンステレーション１００の構成図。 実施の形態２における人工衛星１１０Ａの軌道を説明するための図。 実施の形態２における人工衛星１１０Ｂの軌道を説明するための図。 実施の形態２における人工衛星１１０Ｃの軌道を説明するための図。 実施の形態２における人工衛星１１０Ｄの軌道を説明するための図。 実施の形態２における各人工衛星１１０の監視時間帯を示す表。 実施の形態３における監視システム２００の構成図。 実施の形態３における人工衛星１１０の構成図。 実施の形態３における人工衛星１１０について速度と高度との関係を示す図。 実施の形態３における軌道傾斜角の調整を示す図。

実施の形態および図面において、同じ要素または対応する要素には同じ符号を付している。説明した要素と同じ符号が付された要素の説明は適宜に省略または簡略化する。

実施の形態１．
衛星コンステレーション１００について、図１から図１２に基づいて説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１に基づいて、衛星コンステレーション１００の構成を説明する。
衛星コンステレーション１００は、複数の人工衛星（１１０Ａ〜１１０Ｇ）を備える。
人工衛星（１１０Ａ〜１１０Ｇ）を特定しない場合、それぞれを人工衛星１１０と称する。

各人工衛星１１０は、監視装置を備え、地球１０１の監視対象を監視する。
監視装置は観測装置または撮像装置ともいう。具体的には、監視装置は赤外線監視装置である。赤外線監視装置は、赤外線を使用して監視（観測、撮像）を行う装置であり、赤外光学センサともいう。但し、赤外線監視装置は監視装置の一例である。
監視対象は、監視の対象となる場所（地域）である。具体的には、監視対象は、北半球に位置する日本である。但し、日本は監視対象の一例である。

各人工衛星１１０が地球１０１を１日に周回する回数を「Ｎ」とする。
衛星コンステレーション１００は、Ｎ機の人工衛星１１０を備える。
各人工衛星１１０は、傾斜円軌道を移動し、地球１０１を１日にＮ周回する。各人工衛星１１０が移動する軌道が成す面を軌道面と称する。
Ｎ機の人工衛星１１０によって形成されるＮ個の軌道面は、互いの法線がアジマス方向においてＮ分の３６０度ずつずらされている。言い換えると、アジマス成分の相対角度がＮ分の３６０度ずつずれている。
アジマス方向は、人工衛星１１０の進行方向に相当する。つまり、アジマス方向は、経度方向、東西方向に相当する。

具体的には、衛星コンステレーション１００は、８機の人工衛星（１１０Ａ〜１１０Ｇ）を備え、８つの軌道面を形成する。
各人工衛星１１０は、地球１０１を１日に８周回する。
８つの軌道面の各法線は、互いにアジマス成分の相対角度が４５度ずつずれている。

Ｎ機の人工衛星（１１０Ａ〜１１０Ｈ）が各々の軌道面の最北端を通過するタイミングは同期されている。つまり、Ｎ機の人工衛星（１１０Ａ〜１１０Ｈ）は、各々の軌道面の最北端を同じ時刻に通過する。

図２に基づいて、人工衛星１１０Ａを例にして、各人工衛星１１０の軌道について説明する。軌道１０３Ａは人工衛星１１０Ａの軌道である。しかし、記載の便宜上、軌道１０３Ａからずれた位置に人工衛星１１０Ａを図示している。
各人工衛星１１０は、太陽同期傾斜円軌道を移動する。
太陽同期傾斜円軌道は、太陽同期軌道であり、且つ、傾斜円軌道である。
太陽同期軌道では、太陽１０２と軌道面との相対関係が維持される。

例えば、以下の２つの条件が満たされる場合、人工衛星１１０が地球１０１を１日に８周回する太陽同期傾斜円軌道が実現される。
（１）軌道高度が約４１６３キロメートルである。
（２）軌道傾斜角が約１２５度である。
この太陽同期傾斜円軌道において、１周回に要する時間は約３時間である。また、観測可能な緯度範囲は、おおよそ、マイナス５５度からプラス５５度までの範囲である。

図２は、人工衛星１１０Ａが、軌道面の最北端を正午に通過する様子を示している。
地球１０１の周囲に付した複数の時刻は、人工衛星１１０Ａが通過する時刻の目安である。
地球１０１の中に付した４つの時刻は、各時刻における日本の相対位置を示している。
図２に記された各時刻は日本標準時（ＪＳＴ）である。

人工衛星１１０Ａが正午（ＪＳＴ１２：００）に日本上空を飛翔すると仮定する。
この場合、各人工衛星１１０は、毎日、地球１０１を８周回し、正午に軌道面の最北端を通過する。
人工衛星１１０Ａは、正午前後の約１．５時間（おおよそ、ＪＳＴ１１：１５〜ＪＳＴ１２：４５）、継続して日本を監視することができる（一点鎖線を参照）。
また、人工衛星１１０Ａは、正午に日本上空を飛翔する周回の前の周回において、約４５分（おおよそ、ＪＳＴ０８：１５〜ＪＳＴ０９：００）、継続して日本を監視することができる（破線を参照）。
さらに、人工衛星１１０Ａは、正午に日本上空を飛翔する周回の後の周回において、約４５分（おおよそ、ＪＳＴ１５：００〜ＪＳＴ１５：４５）、継続して日本を監視することができる。
したがって、人工衛星１１０Ａは、１日に合計約３時間、日本を監視することができる。

図３から図１０に基づいて、８機の人工衛星（１１０Ａ〜１１０Ｇ）に対する８つの軌道について説明する。
図３から図１０のそれぞれは、各人工衛星１１０が、軌道面の最北端を正午（１２：００）に通過する様子を示している。
地球１０１の周囲に付した複数の時刻は、各人工衛星１１０が通過する時刻の目安である。
地球１０１の中に付した８つの時刻は、各時刻における日本の相対位置を示している。
図３から図１０に記された各時刻は日本標準時（ＪＳＴ）である。

各人工衛星１１０は、地球１０１を１日に８周回する。つまり、各人工衛星１１０は、約３時間で地球１０１を１周回する。
そのため、各人工衛星１１０が軌道面の最北端を正午（１２：００）に通過する場合、各人工衛星１１０は、軌道面の最北端を０時、３時、６時、９時、１２時、１５時、１８時および２１時に通過することとなる。

各人工衛星１１０の軌道面の法線は、互いにアジマス成分の相対角度が４５度ずつずれている。つまり、８つの軌道面が形成され、各軌道面の最北端の位置は地球１０１の自転方向に４５度ずつずれている。

各人工衛星１１０の軌道は、太陽同期軌道である。
太陽同期軌道では、軌道面に対する太陽光の入射角度が常に一定となるので、太陽と軌道面の相対関係が維持される。
地球１０１は太陽に対して自転するので、日本の上空には３時間毎に異なる人工衛星１１０が飛翔してくることになる。

監視時刻に日本上空を飛翔する人工衛星１１０以外にも、監視時刻の前後の時刻に日本上空を飛翔する人工衛星１１０が日本を監視することが可能である。

図１１に基づいて、各人工衛星１１０が日本を監視することが可能な時間帯について説明する。
例えば、基準となる監視時刻が１２時であると仮定する。
監視時刻（１２時）に日本上空を飛翔する人工衛星１１０は人工衛星１１０Ａである（図３参照）。人工衛星１１０Ａは、１１時１５分頃から１２時４５分頃まで、日本を監視することができる。
監視時刻の３時間後（１５時）に日本上空を飛翔する人工衛星１１０は人工衛星１１０Ｂである（図４参照）。人工衛星１１０Ｂは、１０時５３分頃から１２時２３分頃まで、日本を監視することが可能である。
監視時刻の６時間後（１８時）に日本上空を飛翔する人工衛星１１０は人工衛星１１０Ｃである（図５参照）。人工衛星１１０Ｃは、１０時３０分頃から１２時００分頃まで、日本を監視することが可能である。
監視時刻の３時間前（９時）に日本上空を飛翔する人工衛星１１０は人工衛星１１０Ｈである（図１０参照）。人工衛星１１０Ｈは、１１時３８分頃から１３時０８分頃まで、日本を監視することが可能である。
監視時刻の６時間前（６時）に日本上空を飛翔する人工衛星１１０は人工衛星１１０Ｇである（図９参照）。人工衛星１１０Ｇは、１２時００分頃から１３時３０分頃まで、日本を監視することが可能である。
このように、衛星コンステレーション１００は、Ｎ機の人工衛星（１１０Ａ〜１１０Ｈ）によって、日本を監視し続けることが可能である。

図１２に基づいて、各人工衛星１１０に搭載される監視装置１１１について説明する。
監視装置１１１は、赤外線監視装置である。
監視装置１１１は、アクイジションセンサ（Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｅｎｓｏｒ）とトラッキングセンサ（ｔｒａｃｋｉｎｇ ｓｅｎｓｏｒ）との両方または一方を備える。
アクイジションセンサは、地球表面を上空から監視する。
トラッキングセンサは、宇宙を背景にして地球周縁部を監視する。

＊＊＊実施の形態１の効果＊＊＊
衛星コンステレーション１００は、太陽同期傾斜円軌道を有する複数の人工衛星１１０で構成される。これにより、北半球の監視対象を常時監視、ないしは、それに準じて長時間の連続監視を実現することができる。

監視対象が位置する緯度帯を集中的に監視できるため、長時間監視が可能である。
静止軌道からの監視と比較して対地距離が短いため、赤外線監視装置の小型化および低コスト化が可能となる。
アクイジションセンサが地球表面を上空から監視することにより、飛翔体の発射探知ができる。さらに、トラッキングセンサが地球周縁部を宇宙背景で監視することにより、ポストブースト段階の飛翔体を監視できる。アクイジションセンサにより、発射探知と位置同定とのそれぞれの精度が高まる。
赤道上空から斜視する場合と比較して、高仰角でほぼ真上から監視を行うことができる。そのため、撮像性能に優れる。
衛星コンステレーション１００を少ない機数の衛星で構成できるので、総額コストが安価である。例えば、常時監視が可能な衛星コンステレーション１００を８機の人工衛星１１０で構成できる。
衛星コンステレーション１００を低軌道周回衛星で構成するので、コストが安価である。

＊＊＊実施の形態１の実施例＊＊＊
各人工衛星１１０の軌道が太陽非同期軌道であってもよい。赤外線観測装置は日照条件に依存せず撮像できるので、各人工衛星１１０が太陽非同期衛星であっても衛星コンステレーション１００を実現できる。太陽非同期の場合、衛星高度と軌道傾斜角とのそれぞれの制約が太陽同期の場合と比較して緩和される。そして、観測可能な緯度範囲の選択の自由度が広がる。

必ずしも、アクイジションセンサによって地平線下全球監視を行わなくてもよい。監視対象を限定する場合または赤外線監視装置を安価にしたい場合、視野範囲を限定することもできる。この場合、監視対象を撮像視野に収めるために、各人工衛星１１０の姿勢を変更して監視対象を指向してもよい。また、赤外線監視装置がポインティング機構等のように指向方向を変更することが可能な装置を具備してもよい。

実施の形態２．
衛星コンステレーション１００が（Ｎ×２）機の人工衛星１１０を備える形態について、主に実施の形態１と異なる点を図１３から図１８に基づいて説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１３に基づいて、衛星コンステレーション１００の構成を説明する。
衛星コンステレーション１００は、（Ｎ×２）機の人工衛星１１０を備える。
各人工衛星１１０は、傾斜円軌道を移動し、地球１０１を１日にＮ周回する。
（Ｎ×２）機の人工衛星１１０によって形成される（Ｎ×２）個の軌道面の法線は、互いにアジマス成分の相対角度がＮ分の１８０度ずつずれている。

具体的には、衛星コンステレーション１００は、４機の人工衛星（１１０Ａ〜１１０Ｄ）を備え、４つの軌道面を形成する。
各人工衛星１１０は、地球１０１を１日に２周回する。
４つの軌道面の各法線は、互いにアジマス成分の相対角度が９０度ずつずれている。

（Ｎ×２）機の人工衛星（１１０Ａ〜１１０Ｄ）が各々の軌道面の最北端を通過するタイミングは同期されている。つまり、（Ｎ×２）機の人工衛星（１１０Ａ〜１１０Ｄ）は、各々の軌道面の最北端を互いに規定時間だけずれた時刻に通過する。規定時間は、（Ｎ×２）分の２４時間である。

図１４から図１７に基づいて、４機の人工衛星（１１０Ａ〜１１０Ｄ）に対する４つの軌道について説明する。
図１４から図１７のそれぞれは、各人工衛星１１０が、軌道面の最北端を正午（１２：００）に通過する様子を示している。
地球１０１の周囲に付した複数の時刻は、各人工衛星１１０が通過する時刻の目安である。
地球１０１の中に付した４つの時刻は、各時刻における日本の相対位置を示している。
図１４から図１７に記された各時刻は日本標準時（ＪＳＴ）である。

各人工衛星１１０は、地球１０１を１日に２周回する。つまり、各人工衛星１１０は、約１２時間で地球１０１を１周回する。
人工衛星１１０Ａが軌道面の最北端を１２時と２４時に通過する場合、人工衛星１１０Ｂは軌道面の最北端を６時と１８時に通過する（図１４および図１５を参照）。また、人工衛星１１０Ｃは軌道面の最北端を１２時と２４時に通過し、人工衛星１１０Ｄは軌道面の最北端を６時と１８時に通過する（図１６および図１７を参照）。

各人工衛星１１０の軌道面の法線は、アジマス成分の相対角度が９０度ずつずれている。つまり、４つの軌道面が形成され、各軌道面の最北端の位置は地球１０１の自転方向に９０度ずつずれている。

各人工衛星１１０の軌道は、太陽同期軌道である。
太陽同期軌道では、軌道面に対する太陽光の入射角度が常に一定となるので、太陽と軌道面の相対関係が維持される。
地球１０１は太陽に対して自転するので、日本の上空には６時間毎に異なる人工衛星１１０が飛翔してくることになる。

監視時刻に日本上空を飛翔する人工衛星１１０以外にも、監視時刻の前後の時刻に日本上空を飛翔する人工衛星１１０が日本を監視することが可能である。

図１８に基づいて、各人工衛星１１０が日本を監視することが可能な時間帯について説明する。
例えば、基準となる監視時刻が１２時であると仮定する。
監視時刻（１２時）に日本上空を飛翔する人工衛星１１０は人工衛星１１０Ａである（図１４参照）。人工衛星１１０Ａは、９時００分頃から１５時００分頃まで、日本を監視することができる。
監視時刻の６時間後（１８時）に日本上空を飛翔する人工衛星１１０は人工衛星１１０Ｂである（図１５参照）。人工衛星１１０Ｂは、６時００分頃から１２時００分頃まで、日本を監視することが可能である。
監視時刻の６時間前（６時）に日本上空を飛翔する人工衛星１１０は人工衛星１１０Ｄである（図１７参照）。人工衛星１１０Ｄは、１２時００分頃から１８時００分頃まで、日本を監視することが可能である。
このように、衛星コンステレーション１００は、（Ｎ×２）機の人工衛星（１１０Ａ〜１１０Ｄ）によって、日本を監視し続けることが可能である。

＊＊＊実施の形態２の効果＊＊＊
常時監視が可能な衛星コンステレーション１００を、より少ない機数の衛星で実現することができる。例えば、４機の人工衛星１１０で人工衛星１１０を構成できる。

実施の形態３．
衛星コンステレーション１００を制御するための形態について、主に実施の形態１および実施の形態２と異なる点を図１９から図２２に基づいて説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１９に基づいて、監視システム２００の構成を説明する。
監視システム２００は、衛星コンステレーション１００と地上設備２１０とを備える。
地上設備２１０は、衛星通信装置２１１と衛星制御装置２１２とを備え、各人工衛星１１０と通信することによって衛星コンステレーション１００を制御する。
衛星制御装置２１２は、各人工衛星１１０を制御するための各種コマンドを生成するコンピュータであり、処理回路および入出力インタフェースなどのハードウェアを備える。処理回路は各種コマンドを生成する。入出力インタフェースには入力装置および出力装置が接続される。衛星制御装置２１２は、入出力インタフェースを介して、衛星通信装置２１１に接続される。
衛星通信装置２１１は、各人工衛星１１０と通信を行う。具体的には、衛星通信装置２１１は、各種コマンドを各人工衛星１１０へ送信する。また、衛星通信装置２１１は、各人工衛星１１０から送信される監視データを受信する。

図２０に基づいて、人工衛星１１０の構成を説明する。
人工衛星１１０は、監視装置１１１と監視制御装置１１２と通信装置１１３と推進装置１１４と姿勢制御装置１１５と電源装置１１６とを備える。
監視装置１１１は、監視を行うための装置であり、監視データを生成する。監視データは、監視対象が映った画像に相当するデータである。具体的には、監視装置１１１は、赤外線監視装置である。但し、監視装置１１１は、可視光学センサまたは合成開口レーダ（ＳＡＲ）などであってもよい。
監視制御装置１１２は、監視装置１１１と推進装置１１４と姿勢制御装置１１５とを制御するコンピュータであり、処理回路を備える。具体的には、監視制御装置１１２は、地上設備２１０から送信される各種コマンドにしたがって、監視装置１１１と推進装置１１４と姿勢制御装置１１５とを制御する。
通信装置１１３は、地上設備２１０と通信する装置である。具体的には、通信装置１１３は、監視データを地上設備２１０へ送信する。また、通信装置１１３は、地上設備２１０から送信される各種コマンドを受信する。
推進装置１１４は、人工衛星１１０に推進力を与える装置であり、人工衛星１１０の速度を変化させる。具体的には、推進装置１１４は電気推進機である。例えば、推進装置１１４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１１５は、人工衛星１１０の姿勢と人工衛星１１０の角速度と監視装置１１１の視線方向といった姿勢要素を制御するための装置である。姿勢制御装置１１５は、各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１１５は、各姿勢要素を所望の方向に維持する。姿勢制御装置１１５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、スラスタおよび磁気センサなどである。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およびコントロール・モーメント・ジャイロ等である。コントローラは、姿勢センサの計測データまたは地上設備２１０からの各種コマンドにしたがって、アクチュエータを制御する。
電源装置１１６は、太陽電池、バッテリおよび電力制御装置などを備え、人工衛星１１０に搭載される各機器に電力を供給する。

衛星制御装置２１２と監視制御装置１１２とのそれぞれに備わる処理回路について説明する。
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。

人工衛星１１０のポインティング機能について説明する。
人工衛星１１０は、監視方向を監視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、人工衛星１１０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、人工衛星１１０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が人工衛星１１０の姿勢を制御することによって、ボディポインティングが実現される。
例えば、人工衛星１１０は、ポインティング機構を備える。ポインティング機構は、監視装置１１１の視線方向を変えるための機構である。例えば、ポインティング機構として、駆動ミラーなどが利用される。

図２１および図２２に基づいて衛星高度および軌道傾斜角の調整について説明する。
各人工衛星１１０の軌道面の法線を北極側から見た相対角度は、衛星高度と軌道傾斜角との相関で成立する。
１日当たりの衛星周回数を維持する高度条件において、適切な軌道傾斜角を微調整することにより、軌道面間の相対角度を維持したまま、衛星コンステレーション１００の運用が可能となる。
衛星制御装置２１２は、各人工衛星１１０の高度を制御するためのコマンドを生成する。また、衛星制御装置２１２は、各人工衛星１１０の軌道傾斜角を制御するためのコマンドを生成する。そして、衛星通信装置２１１は、これらコマンドを各人工衛星１１０へ送信する。
各人工衛星１１０において、監視制御装置１１２は、これらのコマンドにしたがって、衛星高度と軌道傾斜角とのそれぞれを調整する。具体的には、監視制御装置１１２は、これらのコマンドにしたがって、推進装置１１４を制御する。推進装置１１４が衛星速度を変えることにより、衛星高度と軌道傾斜角とを調整することができる。

図２１において、地球１０１の中に記された黒丸は北極点を表している。
人工衛星１１０の飛行速度が増速すると、人工衛星１１０の高度が上昇する。そして、人工衛星１１０の高度が上昇すると、人工衛星１１０の対地速度が減速する。
人工衛星１１０の飛行速度が減速すると、人工衛星１１０の高度が下降する。そして、人工衛星１１０の高度が下降すると、人工衛星１１０の対地速度が増速する。

図２２に示すように、人工衛星１１０が赤道上空を横切る地点（分点）において推進装置１１４が軌道面と直交する方向へ推力を発生させれば、効果的に軌道傾斜角を微調整することができる。

監視対象の位置および各人工衛星１１０の位置は、共通の座標系を利用して管理することができる。そして、共通の座標系を利用することにより、監視対象の位置に応じて各人工衛星１１０を制御することができる。
共通の座標系の具体例は、地球固定座標系である。地球固定座標系は、日本の準天頂測位衛星および米国のＧＰＳが採用する座標系である。
ＧＰＳはＧｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍの略称である。

衛星制御装置２１２は、慣性空間における衛星姿勢条件を勘案して、監視対象を指向するために最適なポインティング条件を算出することができる。
衛星制御装置２１２は、各人工衛星１１０の最適なポインティング条件を示すコマンドを生成する。そして、衛星通信装置２１１は、生成されたコマンドを各人工衛星１１０へ送信する。

監視制御装置１１２は、地上設備２１０からのコマンドにしたがって、人工衛星１１０のポインティング機能を制御する。
監視制御装置１１２は、姿勢制御装置１１５を制御してもよいし、監視装置１１１のポインティング機構を制御してもよい。

＊＊＊実施の形態３の効果＊＊＊
各人工衛星１１０の監視方向を監視対象に効果的に向けることができる。例えば、アクイジションセンサの視野範囲が限定される場合であって、監視対象を効果的に指向できる。

＊＊＊実施の形態３の実施例＊＊＊
監視システム２００は、地球から発射される飛翔体を監視することができる。
各人工衛星１１０において、監視装置１１１は、地球から発射される飛翔体を監視し、飛翔体の発射位置情報または各飛翔段階における飛翔体の位置情報を示す監視データを生成する。そして、通信装置１１３は、監視データを地上設備２１０へ送信する。
地上設備２１０において、衛星通信装置２１１は、各人工衛星１１０から、飛翔体の発射位置情報または各飛翔段階における飛翔体の位置情報を示す監視データを受信する。そして、衛星制御装置２１２は、飛翔体の発射位置情報と各飛翔段階における飛翔体の位置情報とを統合して管理する。
さらに、地上設備２１０は、各人工衛星１１０によって検知された飛翔体の位置情報を他の人工衛星１１０へ伝達する。これにより、次のような効果を奏する。飛翔体の発射を探知した人工衛星１１０の視野範囲を飛翔体が通過すると、その人工衛星１１０は飛翔体を見失ってしまう。その場合、地上設備２１０は、後続の人工衛星１１０にいち早く飛翔体の位置情報を伝達する。これにより、後続の人工衛星１１０が、適切な監視方向を指向して飛翔体を発見し、飛翔体を追跡することができる。

実施の形態４．
衛星コンステレーション１００の運用について、主に実施の形態１から実施の形態３と異なる点を説明する。

衛星コンステレーション１００の実現性を検証するために、１機の人工衛星１１０が製造（開発）され、製造（開発）された１機の人工衛星１１０が軌道に投入される。地上設備２１０は、１機の人工衛星１１０を制御する。
衛星コンステレーション１００の実現性が検証された後、その他の人工衛星１１０が製造（開発）されて軌道に投入される。
そして、複数の人工衛星１１０による衛星コンステレーション１００が運用され、地上設備２１０が複数の人工衛星１１０を制御する。

衛星コンステレーション１００の整備途上において、１機から（Ｎ−１）機の人工衛星１１０が先行して整備されてもよい。地上設備２１０は、１機から（Ｎ−１）機の人工衛星１１０を制御する。

＊＊＊実施の形態の補足＊＊＊
実施の形態は、好ましい形態の例示であり、本発明の技術的範囲を制限することを意図するものではない。実施の形態は、部分的に実施してもよいし、他の形態と組み合わせて実施してもよい。

１００ 衛星コンステレーション、１０１ 地球、１０２ 太陽、１０３ 軌道、１１０ 人工衛星、１１１ 監視装置、１１２ 監視制御装置、１１３ 通信装置、１１４ 推進装置、１１５ 姿勢制御装置、１１６ 電源装置、２００ 監視システム、２１０ 地上設備、２１１ 衛星通信装置、２１２ 衛星制御装置。

Claims (12)

1. 複数の人工衛星を備え、
   前記複数の人工衛星のそれぞれは、傾斜円軌道を１日に複数周回し、
   前記複数の人工衛星によって形成される複数の軌道面は、互いの法線がアジマス方向において均等な角度ずつずらされ、
   前記複数の人工衛星が各々の軌道面の最北端を通過するタイミングが同期される
   衛星コンステレーション。
2. 前記衛星コンステレーションは、Ｎ機の人工衛星を備え、
   前記Ｎ機の人工衛星は、各々の傾斜円軌道を１日にＮ周回し、
   Ｎ個の軌道面は、互いの法線がアジマス方向においてＮ分の３６０度ずつずらされる
   請求項１に記載の衛星コンステレーション。
3. 前記衛星コンステレーションは、８機の人工衛星を備え、
   前記８機の人工衛星は、各々の傾斜円軌道を１日に８周回し、
   ８つの軌道面は、互いの法線がアジマス方向において４５度ずつずらされる
   請求項２に記載の衛星コンステレーション。
4. 前記衛星コンステレーションは、（Ｎ×２）機の人工衛星を備え、
   前記複数の人工衛星は、各々の傾斜円軌道を１日にＮ周回し、
   （Ｎ×２）個の軌道面は、互いの法線がアジマス方向においてＮ分の１８０度ずつずらされる
   請求項１に記載の衛星コンステレーション。
5. 前記衛星コンステレーションは、４機の人工衛星を備え、
   前記４機の人工衛星は、各々の傾斜円軌道を１日に２周回し、
   ４つの軌道面は、互いの法線がアジマス方向において９０度ずつずらされる
   請求項４に記載の衛星コンステレーション。
6. 各人工衛星の傾斜円軌道が太陽同期軌道である
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の衛星コンステレーション。
7. 各人工衛星が、赤外線監視装置を備え、地球の監視対象を監視する
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の衛星コンステレーション。
8. 請求項７に記載の衛星コンステレーションを運用するための地上設備であり、
   各人工衛星は、監視方向を変更するためのポインティング機能を有し、
   前記地上設備は、
   人工衛星毎にポインティング機能を制御するためのコマンドを生成する衛星制御装置と、
   生成されたコマンドを各人工衛星へ送信する衛星通信装置と、を備え、
   送信されたコマンドにしたがって各人工衛星のポインティング機能が制御されることによって、各人工衛星の監視方向が前記監視対象に向けられる
   地上設備。
9. 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運用するための地上設備であり、
   飛翔体の発射位置情報と各飛翔段階における前記飛翔体の位置情報とを各人工衛星から受信する衛星通信装置と、
   前記飛翔体の発射位置情報と各飛翔段階における前記飛翔体の位置情報とを管理する衛星制御装置と、
   を備える地上設備。
10. 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に備わる人工衛星であり、傾斜円軌道に投入される人工衛星。
11. 請求項１０に記載の人工衛星を備える衛星コンステレーションを運用するための地上設備。
12. 衛星コンステレーションを運用するための地上設備であり、
    前記衛星コンステレーションは、複数の人工衛星を備え、
    前記複数の人工衛星のそれぞれは、太陽同期軌道であり、且つ、傾斜円軌道である軌道を１日に複数周回し、
    前記複数の人工衛星によって形成される複数の軌道面は、互いの法線がアジマス方向において均等な角度ずつずらされ、
    前記複数の人工衛星が各々の軌道面の最北端を通過するタイミングが同期され、
    前記地上設備は、
    人工衛星毎に衛星高度と軌道傾斜角とのそれぞれを調整するためのコマンドを生成する衛星制御装置と、
    生成されたコマンドを各人工衛星へ送信する衛星通信装置と、を備え、
    送信されたコマンドにしたがって各人工衛星の衛星高度と軌道傾斜角とが調整されることによって、各傾斜円軌道の太陽同期性が維持され、且つ、アジマス方向における各軌道面の相対角度が維持される
    地上設備。

Images