WO2022137341A1 - 衛星コンステレーション、飛翔体監視システム、人工衛星、傾斜軌道衛星システム、傾斜軌道衛星およびハイブリッドコンステレーション - Google Patents

衛星コンステレーション、飛翔体監視システム、人工衛星、傾斜軌道衛星システム、傾斜軌道衛星およびハイブリッドコンステレーション Download PDF

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久幸 迎
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三菱電機株式会社
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    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/242Orbits and trajectories

Definitions

  • a satellite information transmission system has a large number of communication satellites and has a large number of orbital planes in which a plurality of communication satellites fly. Then, each communication satellite forms a communication crosslink with a communication satellite having the same orbital plane and a communication satellite having an adjacent orbital plane, thereby forming a mesh communication network.
  • the surveillance satellite group and the communication satellite group are configured as separate systems, the total cost will be enormous. Further, in order to transfer the monitoring information acquired at an arbitrary point between the monitoring satellite group and the communication satellite group whose flight position changes from moment to moment, the transmission plan is complicated and laborious. Therefore, the algorithm for searching for the optimum communication route becomes complicated, and analysis time is required. Further, it is technically difficult because one communication satellite needs to establish and maintain a communication line at the same time as separate communication satellites with four types of communication devices in front, back, left and right.
  • Patent Document 1 discloses a system for observing an observation target area using a plurality of observation satellite groups orbiting the earth.
  • the purpose of this disclosure is to enable information to be transmitted to any point with as few artificial satellites as possible.
  • the satellite constellation of the present disclosure includes a plurality of artificial satellites having a common orbital inclination angle and having the azimuth components of the normal vector displaced in the east-west direction from each other in six or more orbital planes, each of which flies in an inclined circular orbit.
  • the plurality of artificial satellites include eight or more artificial satellites per orbital plane.
  • Each artificial satellite is provided with a front-rear communication device for communicating with the front in the flight direction and the rear in the flight direction. For each orbital plane, the front-rear communication device forms a communication network between the artificial satellites flying in front of the flight direction and the artificial satellites flying behind the flight direction.
  • each artificial satellite in each orbital plane passes through each of the northern end of the orbital plane and the southern end of the orbital plane in synchronization with the artificial satellites of other orbital planes and passes through the northern end of the orbital plane.
  • a communication network with an artificial satellite that passes through the northern end of the adjacent orbital plane which is an orbital plane adjacent to the orbital plane, is formed by the front-rear communication device, and when passing through the southern end of the orbital plane, the southern end of the adjacent orbital plane is formed.
  • a communication network with an artificial satellite passing through is formed by the front-rear communication device.
  • FIG. 1 The block diagram of the inclined orbit satellite system 100 in Embodiment 1.
  • the side view of the artificial satellite 200 in Embodiment 4. The plan view which shows the field of view of the artificial satellite 200 in Embodiment 4.
  • Embodiment 1 The tilted orbit satellite system 100 will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
  • the configuration of the inclined orbit satellite system 100 will be described with reference to FIG.
  • the tilted orbit satellite system 100 includes a satellite constellation 110 and ground equipment 120.
  • the six or more orbital planes have a common orbital inclination angle, and the azimuth components of the normal vector of the orbital planes are arranged so as to be displaced from each other in the east-west direction.
  • the angle of the raceway inclination angle is 40 degrees or more and 60 degrees or less.
  • the orbital inclination is an elevation component of the normal vector of the orbital plane.
  • the plurality of artificial satellites 200 include eight or more artificial satellites 200 for each orbital plane. For example, if eight artificial satellites 200 fly on each of the six orbital planes, the satellite constellation 110 includes 48 artificial satellites 200.
  • the configuration of the artificial satellite 200 will be described with reference to FIG.
  • the artificial satellite 200 includes a control device 201, a propulsion device 202, an attitude control device 203, a power supply device 204, an intersatellite communication device 210, a ground communication device 220, and a monitoring device 230.
  • the artificial satellite 200 provided with the monitoring device 230 is also referred to as a “surveillance satellite”.
  • the propulsion device 202 is a device that gives a propulsive force to the artificial satellite 200, and changes the speed of the artificial satellite 200.
  • the propulsion device 202 is a chemical propulsion machine or an electric propulsion machine.
  • the propulsion device 202 is a two-component thruster, an ion engine or a Hall thruster.
  • the attitude control device 203 is a device for controlling the attitude elements of the artificial satellite 200.
  • the attitude control device 203 changes the attitude element of the artificial satellite 200 in a desired direction.
  • the attitude control device 203 maintains the attitude element of the artificial satellite 200 in a desired direction.
  • the attitude elements of the artificial satellite 200 are the attitude of the artificial satellite 200, the angular velocity of the artificial satellite 200, and the line-of-sight direction (Line Of Site) of the monitoring device 230.
  • the attitude control device 203 includes an attitude sensor, an actuator, and a controller.
  • the attitude sensor is a gyroscope, an earth sensor, a sun sensor, a star tracker, a thruster, a magnetic sensor, or the like.
  • the actuator may be an attitude control thruster, momentum wheel, reaction wheel or control moment gyro.
  • the controller controls the actuator based on the measurement data obtained by the attitude sensor or by executing the control program according to the command signal from the ground equipment 120.
  • the power supply device 204 includes a solar cell, a battery, a power control device, and the like, and supplies power to each device of the artificial satellite 200.
  • the intersatellite communication device 210 is a device for communicating with another artificial satellite 200, and includes a front-rear communication device 211.
  • the front-rear communication device 211 is a device for communicating in the flight direction of the artificial satellite 200 by directing the front in the flight direction and the rear in the flight direction.
  • the communication device includes a transmitter and a receiver.
  • the ground communication device 220 is a device for communicating with the ground. Specifically, the ground communication device 220 communicates with the ground equipment 120.
  • the monitoring device 230 is a device for monitoring the observation target. Specifically, the monitoring device 230 is an infrared monitoring device.
  • the infrared monitoring device is a monitoring device that uses infrared rays. Observation targets include space objects and flying objects launched from the ground. Space objects are objects that fly in space.
  • the control device 201 is supplemented.
  • the control device 201 includes a processing circuit.
  • the processing circuit may be dedicated hardware or a processor that executes a program stored in a memory.
  • some functions may be realized by dedicated hardware and the remaining functions may be realized by software or firmware. That is, the processing circuit can be realized by hardware, software, firmware or a combination thereof.
  • Dedicated hardware is, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC, an FPGA or a combination thereof.
  • ASIC is an Application Special Integrated C It is an abbreviation for ircuit.
  • FPGA is an abbreviation for Field Programmable Gate Array.
  • the artificial satellite 200 has a pointing function for directing the monitoring direction to the monitoring target.
  • the artificial satellite 200 is equipped with a reaction wheel.
  • the reaction wheel is a device for controlling the attitude of the artificial satellite 200.
  • the attitude of the artificial satellite 200 is controlled by the reaction wheel, and body pointing is realized.
  • the monitoring device 230 includes a pointing mechanism.
  • the pointing mechanism is a mechanism for changing the line-of-sight direction of the artificial satellite 200.
  • a drive mirror or the like is used.
  • the ground equipment 120 is equipment provided on the ground. Specifically, the ground equipment 120 is provided within the range of latitude 40 degrees north or more and latitude 60 degrees north or less, or latitude 40 degrees south or more and latitude 60 degrees south or less.
  • the ground equipment 120 includes a satellite communication device 121 and a satellite control device 122.
  • the satellite communication device 121 is a device for communicating with each artificial satellite 200.
  • the satellite control device 122 is a device for controlling each artificial satellite 200, and generates various command signals.
  • the various command signals include a command signal for instructing communication, a command signal for instructing monitoring, a command signal for instructing a phase change in the raceway plane, and the like.
  • the satellite control device 122 includes a processing circuit like the control device 201 of the artificial satellite 200.
  • each artificial satellite 200 forms a communication network between the front artificial satellite 200 and the rear artificial satellite 200 by the front-rear communication device 211. That is, in each orbital plane, each artificial satellite 200 can communicate with each of the front artificial satellite 200 and the rear artificial satellite 200.
  • the forward artificial satellite 200 is an artificial satellite 200 that flies ahead in the flight direction on the same orbital plane. That is, the artificial satellite 200 in front is an artificial satellite 200 that is adjacent in front of the flight direction among the artificial satellites 200 that fly in the same orbital plane.
  • the rear artificial satellite 200 is an artificial satellite 200 that flies behind in the flight direction on the same orbital plane. That is, the rear artificial satellite 200 is an artificial satellite 200 that is adjacent to the rear in the flight direction among the artificial satellites 200 that fly in the same orbital plane.
  • Each artificial satellite 200 in each orbital plane passes through the northern end of the orbital plane in synchronization with the artificial satellites 200 in other orbital planes. Then, each artificial satellite 200 on each orbital plane forms a communication network with the artificial satellite 200 passing through the northern end of each adjacent orbital plane when passing through the northern end of the orbital plane by the front-rear communication device 211. That is, each artificial satellite 200 in each orbital plane can communicate with the artificial satellite 200 passing through the northern end of each adjacent orbital plane when passing through the northern end of the orbital plane.
  • Adjacent orbital planes are orbital planes adjacent to each other in the east-west direction.
  • the satellite constellation 110 has six orbital planes on which eight or more artificial satellites 200 fly in an inclined circular orbit with an orbital inclination angle of 50 ⁇ 10 deg.
  • Each artificial satellite 200 includes a monitoring device 230 and a communication device.
  • Each artificial satellite 200 includes a front-rear communication device 211 that directs forward and backward in the flight direction as a communication device.
  • the artificial satellites 200 in the same orbital plane form a cross-link communication with the artificial satellites 200 flying back and forth to form an annular communication network.
  • the artificial satellite 200 of the satellite constellation 110 synchronizes so that the artificial satellites 200 of all the orbital planes fly at the northernmost end of the orbital plane in synchronization with each other.
  • the artificial satellite 200 forms cross-link communication with the artificial satellite 200 flying in an adjacent orbit by the front-rear communication device 211.
  • All artificial satellites 200 are connected by a communication network by an annular communication network formed on each orbital plane and a communication network between adjacent orbits at the north and south ends of the orbital plane.
  • Embodiment 1 *** Effect of Embodiment 1 *** In an inclined circular orbit with an orbit inclination angle of 50 ⁇ 10 deg, the flight direction in the north-south direction is reversed at the north-south end of the orbital plane. Therefore, the artificial satellite 200 temporarily flies from the west to the east (a situation that does not include the north-south vector). Since all artificial satellites 200 fly from west to east when passing through the north-south end of the orbital plane, the phases in the orbital plane where the artificial satellites 200 of the adjacent orbital plane fly are synchronized when passing through the northernmost end of the orbital plane. Then, the front-rear communication device 211 makes it possible to form a communication cross-link with the artificial satellite 200 on the adjacent orbital plane.
  • the flight direction in the north-south direction is reversed at the north-south end of the orbital plane. Therefore, the artificial satellite 200 temporarily flies from the west to the east. Then, in the sky above the region of latitude 50 ⁇ 10 deg on the ground surface, a satellite dense zone in which the satellite group flies from the west to the east is formed. That is, the ground equipment 120 at latitude 50 ⁇ 10 deg north to latitude 50 ⁇ 10 deg south can frequently form a communication cross-link with the satellite constellation 110.
  • the communication viewing angle according to the change in the relative position of the satellite is set around the two axes of the azimuth corresponding to the lateral direction with respect to the satellite traveling direction and the elevation corresponding to the vertical direction with respect to the satellite traveling direction. Needless to say, secure it.
  • each orbital plane eight or more artificial satellites 200 are arranged in phase with each other at equal intervals. That is, eight or more artificial satellites 200 are arranged in the orbital plane in uniform topologies.
  • the timing at which the artificial satellite 200 orbiting in the first orbital plane of each orbital plane set passes through the northernmost end of the first orbital plane is synchronized with the timings (1) to (5).
  • the number of artificial satellites 200 included in eight or more artificial satellites 200 is an odd number. Since the satellite passage timing differs between the northernmost end of the orbital plane and the southernmost end of the orbital plane, the communication waiting time can be reduced by about half.
  • the front-rear communication device 211 is an optical communication device.
  • Optical communication devices communicate using light waves.
  • the optical communication device has the effect of having a large transmission capacity and the effect of being compact and lightweight.
  • the satellite constellation 110 the relative relationship between the artificial satellites 200 before and after flying in the same orbital plane is substantially maintained. Therefore, since the directional fluctuation is small in the front and rear artificial satellites 200, optical communication can be easily realized. This makes it possible to realize a small, lightweight and large-capacity communication line.
  • the configuration of the inclined orbit satellite system 100 will be described with reference to FIG. 7.
  • a communication satellite 130 is newly introduced into each orbital plane.
  • the communication satellite 130 is a kind of artificial satellite 200.
  • a communication network with the communication satellite 130 on the adjacent orbital plane is formed by the front-rear communication device 211, and the orbital plane is formed.
  • a communication network with the communication satellite 130 on the adjacent orbital plane is formed by the left and right communication devices except when passing through each of the north end of the plane and the south end of the orbital plane.
  • Each object in the frame represents the communication satellite 130.
  • the satellite constellation 110 maintains the relative phase between the artificial satellites in the orbital plane and the synchronous control between the artificial satellites between the orbital planes.
  • Communication satellites 130 that direct forward, backward, and left and right sides in the flight direction are added between the artificial satellites in the orbital plane, and the annular communication network in the orbital plane is reconstructed.
  • a communication satellite 130 is added to all orbital planes, and the passage timing of the northernmost end of all orbital planes is synchronized.
  • the communication satellite 130 forms a cross link with the communication satellite 130 in an adjacent orbit by a left-right communication device.
  • the annular communication networks can form a mesh-like communication network via the left and right communication devices, and the communication waiting time between adjacent orbits can be shortened.
  • Embodiment 3 The difference between the projectile monitoring system 300 and the first and second embodiments will be mainly described with reference to FIGS. 9 and 10.
  • the configuration of the flying object monitoring system 300 is an inclined orbit satellite system 100 for monitoring the flying object 301.
  • the projectile monitoring system 300 includes a satellite constellation 110 and ground equipment 120.
  • the configuration of the artificial satellite 200 will be described with reference to FIG.
  • the artificial satellite 200 includes a monitoring device 230.
  • the monitoring device 230 includes a first monitoring device 231 and a second monitoring device 232.
  • the first monitoring device 231 is a monitoring device for detecting the launch of the projectile 301 by pointing in the direction of the earth's center and using infrared rays.
  • the second monitoring device 232 is a monitoring device for monitoring the flight of the projectile 301 by pointing to the periphery of the earth and using infrared rays.
  • Each artificial satellite 200 has the first monitoring device 231 pointing in the direction of the earth's center to detect the launch of the projectile 301, and the second monitoring device 232 pointing toward the periphery of the earth to fly the flying object 301 in the space background. To monitor.
  • the information and data obtained about the projectile 301 by the first monitoring device 231 and the second monitoring device 232 are referred to as "flying object information".
  • Each artificial satellite 200 transmits the flying object information between the artificial satellites by the front-rear communication device 211. Then, the artificial satellite 200 at the transmission destination transmits the projectile information to the ground equipment 120 by the ground communication device 220.
  • the transmission destination artificial satellite 200 is an artificial satellite 200 that flies at a location capable of communicating with the ground equipment 120.
  • a flying object called a hypersonic Glide Fiber has appeared.
  • This projectile changes the flight path by intermittently injecting during the flight after the end of the injection at the time of launch. Therefore, in order to predict the flight path and arrival position, it is necessary to track the body of the projectile whose temperature has risen.
  • the flying object is buried in the background noise.
  • the projectile 301 can be monitored in the deep space background by rim observation. As a result, the projectile 301 is not buried in the background noise. Therefore, the projectile 301 can be tracked.
  • the launch of the projectile 301 launched from the mid-latitude zone can be detected by a plurality of artificial satellites 200, and the position coordinates of the projectile 301 can be derived. Further, by integrating the flying object information of the second monitoring device 232 for rim observation, the flying object 301 can be tracked while deriving the position coordinates of the flying object 301 in the middle of flight. Therefore, even if the flying object 301 intermittently injects during flight and the flight direction of the flying object 301 changes, the flying object 301 can be tracked without losing sight of the flying object 301.
  • each orbital plane eight or more artificial satellites 200 are arranged in phase with each other at equal intervals.
  • the satellite constellation 110 can constantly monitor the mid-latitude zone with the minimum configuration (for example, 12 orbital planes) by the first monitoring device 231 of each artificial satellite 200.
  • a plurality of artificial satellites 200 can monitor the projectile 301 at the same time.
  • the position coordinates of the projectile 301 can be derived by the principle of aerial triangulation.
  • eight or more artificial satellites 200 can establish a communication link with the front and rear artificial satellites 200 on the same orbital plane, it is possible to construct an annular communication network in one orbit.
  • FIGS. 11 and 12 are plan views
  • the traveling direction that is, the flying direction is represented by the plus X axis (+ X).
  • the direction of the earth that is, the direction of the earth's center is represented by the plus Z axis (+ Y).
  • the direction orthogonal to the traveling direction and the earth direction is represented by the plus Z axis (+ Z).
  • the artificial satellite 200 includes a front-rear communication device 211, a first monitoring device 231 and a second monitoring device 232.
  • the front-rear communication device 211 is composed of a communication device pointing forward and a communication device pointing backward.
  • the second monitoring device 232 includes a monitoring device pointing to the front right, a monitoring device pointing to the front left, a monitoring device pointing to the rear right, and a monitoring device pointing to the rear left.
  • the communication field of view and the monitoring field of view will be described with reference to FIGS. 13 and 14.
  • the linear shading represents the communication field of view of the front-rear communication device 211.
  • the shaded area of dots represents the monitoring field of view of the first monitoring device 231.
  • the broken line represents the monitoring field of view of the second monitoring device 232.
  • the front-rear communication device 211 communicates in the direction represented by + X (front) and the direction represented by -X (rear).
  • the first monitoring device 231 directs the direction (downward) represented by + Z and monitors.
  • the second monitoring device 232 is represented by the direction represented by + XY (front left), the direction represented by + XY (front right), the direction represented by -XY (rear left), and -XY. Monitoring is performed in each direction (right rear).
  • the second monitoring device 232 has a field of view range of 120 degrees centered on the direction (+ X + Y) of 45 degrees from the plus X axis to the plus Y axis side (see FIG. 13). Further, the second monitoring device 232 has a field of view in the range of 20 to 40 degrees from the plus X axis to the plus Z axis side (see FIG. 14). The second monitoring device 232 has a field of view of 120 degrees centered on the direction (+ XY) of 45 degrees from the plus X axis to the minus Y axis side. Further, the second monitoring device 232 has a field of view in the range of 20 to 40 degrees from the plus X axis to the plus Z axis side.
  • the second monitoring device 232 has a field of view of 120 degrees centered on the direction ( ⁇ X + Y) of 45 degrees from the minus X axis to the plus Y axis side. Further, the second monitoring device 232 has a field of view in the range of 20 to 40 degrees from the minus X axis to the plus Z axis side. The second monitoring device 232 has a field of view of 120 degrees centered on the direction (-XY) of 45 degrees from the minus X axis to the minus Y axis side. Further, the second monitoring device 232 has a field of view in the range of 20 degrees to plus 40 degrees from the minus X axis to the plus Z axis side.
  • the satellite constellation 110 may be a hybrid constellation.
  • the hybrid constellation includes a communication constellation and a mission satellite.
  • the communication constellation includes a plurality of artificial satellites 200 flying in the same orbital plane.
  • the mission satellite is an artificial satellite 200 that performs a specific mission, and is inserted between the artificial satellites of the communication constellation.
  • Each of the plurality of artificial satellites 200 includes a front-rear communication device 211.
  • the mission satellite includes a front-rear communication device 211 and a mission device.
  • a mission device is a device for performing a specific mission.
  • each artificial satellite 200 forms a communication network between the artificial satellite 200 in the front in the flight direction and the artificial satellite 200 in the rear in the flight direction by using the front-rear communication device 211.
  • an annular communication network is formed.
  • the plurality of artificial satellites 200 are formed by reconstructing an annular communication network including the mission satellite after the mission satellites start to fly between the artificial satellites of the communication constellation.
  • the mission device is a communication device such as an observation device, a positioning device, and an information collecting device.
  • the mission device may be a data relay device or a communication device that communicates with various ground assets (including mobile objects). Further, the mission device may be another device.
  • the satellite constellation 110 may be a hybrid constellation.
  • the hybrid constellation includes a communication constellation and a mission satellite.
  • the communication constellation includes a plurality of artificial satellites 200 that fly in the same orbital plane with respect to each of the plurality of orbital planes.
  • the mission satellite is an artificial satellite 200 that performs a specific mission, and is launched between the artificial satellites in one of a plurality of orbital planes.
  • Each of the plurality of artificial satellites 200 includes a front-rear communication device 211 and a left-right communication device 212.
  • the mission satellite includes a front-rear communication device 211 and a mission device.
  • a mission device is a device for performing a specific mission.
  • each artificial satellite 200 forms a communication network between the artificial satellite 200 in the flight direction and the artificial satellite 200 in the flight direction by using the front-rear communication device 211 for each orbital plane.
  • an annular communication network is formed.
  • each artificial satellite 200 forms a communication network with the artificial satellites 200 on the left and right adjacent orbital planes in the flight direction by using the left and right communication devices 212.
  • a mesh-like communication network is formed.
  • the communication constellation is formed by reconstructing the annular communication network including the mission satellite and then reconstructing the mesh-like communication network after the mission satellites start to fly between artificial satellites.
  • Application Example 2 enables information transmission of various missions in a global manner. Further, if the mission device is a monitoring device and the flying object information obtained by detecting the launch of the flying object 301 is transmitted via the communication network formed by the hybrid constellation, the hybrid constellation is a flying object monitoring system. Will be. Further, if artificial satellites having different orbital planes are synchronously controlled, communication between adjacent orbits at the north and south ends of the orbital plane becomes possible.
  • 100 tilted orbit satellite system 110 satellite constellation, 120 ground equipment, 121 satellite communication device, 122 satellite control device, 130 communication satellite, 200 artificial satellite, 201 control device, 202 propulsion device, 203 attitude control device, 204 power supply device, 210 satellite communication device, 211 front / rear communication device, 212 left / right communication device, 220 ground communication device, 230 monitoring device, 231 first monitoring device, 232 second monitoring device, 300 flying object monitoring system, 301 flying object.

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Abstract

衛星コンステレーション(110)は、軌道傾斜角が共通して南北軸が互いに東西方向にずれた6つ以上の軌道面でそれぞれに傾斜円軌道を飛翔する複数の人工衛星を備える。複数の人工衛星は、軌道面ごとに8機以上の人工衛星を含む。各人工衛星は前後通信装置を備える。軌道面ごとに、各人工衛星が前後の人工衛星との通信網を前後通信装置によって形成する。それぞれの軌道面の各人工衛星が、軌道面の南北端を他の軌道面の人工衛星と同期して通過して、その人工衛星との通信網を前後通信装置によって形成する。

Description

衛星コンステレーション、飛翔体監視システム、人工衛星、傾斜軌道衛星システム、傾斜軌道衛星およびハイブリッドコンステレーション
 本開示は、データ通信を行う衛星コンステレーションに関するものである。
 多数の監視衛星を有し、複数の監視衛星が飛翔する多数の軌道面を有し、特定領域を常時監視する衛星監視システムの構想が知られている。また、衛星監視システムで取得された監視情報を即座に任意の地点に伝送するための衛星情報伝送システムの構想が知られている。
 衛星情報伝送システムは、多数の通信衛星を有し、複数の通信衛星が飛翔する多数の軌道面を有する。そして、各通信衛星が同一軌道面の通信衛星と隣接軌道面の通信衛星と通信クロスリンクを形成することによって、メッシュ通信網が構成される。
 このように、監視衛星群と通信衛星群を別システムとして構成すると、総コストが膨大になってしまう。
 また、任意の地点で取得された監視情報を時事刻々と飛翔位置が変化する監視衛星群と通信衛星群の間で授受するには、伝送計画が煩雑で労力を要してしまう。
 そのため、最適な通信ルート探索をするアルゴリズムが複雑になり、解析時間を要してしまう。
 さらに、1機の通信衛星が前後左右4式の通信装置で別々の通信衛星と同時に通信回線を確立して維持する必要があり、技術的に難度が高い。
 特許文献1は、地球を周回する複数の観測衛星群を用いて観測目標地域を観測するシステムを開示している。
特開2008-126876号公報
 本開示は、なるべく少ない人工衛星で任意の地点に情報を伝送できるようにすることを目的とする。
 本開示の衛星コンステレーションは、軌道傾斜角が共通して法線ベクトルのアジマス成分が互いに東西方向にずれた6つ以上の軌道面でそれぞれに傾斜円軌道を飛翔する複数の人工衛星を備える。
 前記複数の人工衛星は、軌道面ごとに8機以上の人工衛星を含む。
 それぞれの人工衛星は、飛翔方向の前方と前記飛翔方向の後方とを指向して通信するための前後通信装置を備える。
 軌道面ごとに、それぞれの人工衛星が前記飛翔方向の前方を飛翔する人工衛星と前記飛翔方向の後方を飛翔する人工衛星との通信網を前記前後通信装置によって形成する。
 それぞれの軌道面の各人工衛星が、前記軌道面の北端と前記軌道面の南端とのそれぞれを他の軌道面の人工衛星と同期して通過し、前記軌道面の前記北端を通過するときに前記軌道面と隣り合う軌道面である隣接軌道面の北端を通過する人工衛星との通信網を前記前後通信装置によって形成し、前記軌道面の前記南端を通過するときに前記隣接軌道面の南端を通過する人工衛星との通信網を前記前後通信装置によって形成する。
 本開示によれば、なるべく少ない人工衛星で任意の地点に情報を伝送することが可能となる。
実施の形態1における傾斜軌道衛星システム100の構成図。 実施の形態1における人工衛星200の構成図。 実施の形態1における衛星コンステレーション110の全体概要図。 実施の形態1における衛星コンステレーション110の部分概要図。 実施の形態1における衛星コンステレーション110の部分概要図。 実施の形態1における衛星コンステレーション110の部分概要図。 実施の形態2における傾斜軌道衛星システム100の構成図。 実施の形態2における傾斜軌道衛星システム100の全体概要図。 実施の形態3における飛翔体監視システム300の構成図。 実施の形態3における人工衛星200の構成図。 実施の形態4における人工衛星200の平面図。 実施の形態4における人工衛星200の側面図。 実施の形態4における人工衛星200の視野を表す平面図。 実施の形態4における人工衛星200の視野を表す側面図。
 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.
 傾斜軌道衛星システム100について、図1から図6に基づいて説明する。
***構成の説明***
 図1に基づいて、傾斜軌道衛星システム100の構成を説明する。
 傾斜軌道衛星システム100は、衛星コンステレーション110と、地上設備120と、を備える。
 衛星コンステレーション110は、複数の人工衛星200を備える。
 複数の人工衛星200は、6つ以上の軌道面でそれぞれに傾斜円軌道を飛翔する。
 傾斜円軌道は傾斜軌道であり且つ円軌道である。傾斜軌道を飛翔する人工衛星200は「傾斜軌道衛星」ともいう。
 6つ以上の軌道面は、軌道傾斜角が共通して、軌道面の法線ベクトルのアジマス成分が互いに東西方向にずれるように配置される。
 各軌道面において、軌道傾斜角の角度は40度以上60度以下である。
 軌道傾斜角は、軌道面の法線ベクトルのエレベーション成分である。
 複数の人工衛星200は、軌道面ごとに8機以上の人工衛星200を含む。
 例えば、6つの軌道面のそれぞれを8機の人工衛星200が飛翔する場合、衛星コンステレーション110は、48機の人工衛星200を備える。
 図2に基づいて、人工衛星200の構成を説明する。
 人工衛星200は、制御装置201と、推進装置202と、姿勢制御装置203と、電源装置204と、衛星間通信装置210と、対地通信装置220と、監視装置230と、を備える。
 監視装置230を備える人工衛星200は「監視衛星」ともいう。
 制御装置201は、人工衛星200の各装置を制御するためのコンピュータである。
 制御装置201は、地上設備120からの各種指令信号に従って、推進装置202と衛星間通信装置210と対地通信装置220と監視装置230とのそれぞれを制御する。
 推進装置202は、人工衛星200に推進力を与える装置であり、人工衛星200の速度を変化させる。
 具体的には、推進装置202は、化学推進機または電気推進機である。例えば、推進装置202は、2液式スラスタ、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203は、人工衛星200の姿勢要素を制御するための装置である。
 姿勢制御装置203は、人工衛星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203は、人工衛星200の姿勢要素を所望の方向に維持する。
 具体的には、人工衛星200の姿勢要素は、人工衛星200の姿勢、人工衛星200の角速度、および、監視装置230の視線方向(Line Of Sight)である。
 姿勢制御装置203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、スラスタまたは磁気センサ等である。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・ジャイロ等である。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120からの指令信号にしたがって、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。
 電源装置204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200の各装置に電力を供給する。
 衛星間通信装置210は、他の人工衛星200と通信するための装置であり、前後通信装置211を含む。
 前後通信装置211は、人工衛星200の飛翔方向において飛翔方向の前方と飛翔方向の後方とを指向して通信するための装置である。
 通信装置は、トランスミッタとレシーバとを含む。
 対地通信装置220は、地上と通信するための装置である。具体的には、対地通信装置220は地上設備120と通信する。
 監視装置230は、観測対象を監視するための装置である。具体的には、監視装置230は赤外監視装置である。赤外監視装置は赤外線を使用する監視装置である。
 観測対象は、宇宙物体および地上から発射された飛翔体などである。宇宙物体は宇宙を飛翔する物体である。
 制御装置201について補足する。
 制御装置201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 C
ircuitの略称である。
 FPGAは、Field Programmable Gate Arrayの略称で
ある。
 人工衛星200について補足する。
 人工衛星200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、人工衛星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人工衛星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、監視装置230はポインティング機構を備える。ポインティング機構は、人工衛星200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、駆動ミラー等が利用される。
 図1に戻り、地上設備120について説明する。
 地上設備120は、地上に設けられる設備である。具体的には、地上設備120は、北緯40度以上北緯60度以下の範囲内または南緯40度以上南緯60度以下の範囲内に設けられる。
 地上設備120は、衛星通信装置121と、衛星管制装置122と、を備える。
 衛星通信装置121は、それぞれの人工衛星200と通信するための装置である。
 衛星管制装置122は、それぞれの人工衛星200を制御するための装置であり、各種指令信号を生成する。
 各種指令信号には、通信を指示するための指令信号、監視を指示するための指令信号、および、軌道面内での位相の変化を指示するための指令信号などが含まれる。
 衛星管制装置122は、人工衛星200の制御装置201と同じく、処理回路を備える。
***動作の説明***
 図3から図5に基づいて、衛星コンステレーション110の動作を説明する。
 地図上に記された各曲線は各軌道面の軌道を表している。
 各軌道上の各物体は人工衛星200を表している。
 人工衛星200間の矢印は人工衛星200間の通信を表している。
 なお、一部の人工衛星200を記載し、人工衛星200の符号を省略する。
 図3は、衛星コンステレーション110の全体の動作を表している。
 以下に、衛星コンステレーション110の動作を、各軌道面における動作、軌道面の北端における動作および軌道面の南端における動作に分けて説明する。
 図4に基づいて、各軌道面における動作を説明する。
 各軌道面において、それぞれの人工衛星200は、前方の人工衛星200と後方の人工衛星200との通信網を前後通信装置211によって形成する。つまり、各軌道面において、それぞれの人工衛星200は、前方の人工衛星200と後方の人工衛星200とのそれぞれと通信することができる。
 前方の人工衛星200は、同一の軌道面において飛翔方向の前方を飛翔する人工衛星200である。つまり、前方の人工衛星200は、同一の軌道面を飛翔する人工衛星200のうち飛翔方向の前方において隣接する人工衛星200である。
 後方の人工衛星200は、同一の軌道面において飛翔方向の後方を飛翔する人工衛星200である。つまり、後方の人工衛星200は、同一の軌道面を飛翔する人工衛星200のうち飛翔方向の後方において隣接する人工衛星200である。
 図5に基づいて、軌道面の北端における動作を説明する。
 それぞれの軌道面の各人工衛星200は、軌道面の北端を他の軌道面の人工衛星200と同期して通過する。
 そして、それぞれの軌道面の各人工衛星200は、軌道面の北端を通過するときに各隣接軌道面の北端を通過する人工衛星200との通信網を前後通信装置211によって形成する。つまり、それぞれの軌道面の各人工衛星200は、軌道面の北端を通過するときに各隣接軌道面の北端を通過する人工衛星200と通信することができる。
 隣接軌道面は、東西方向において互いに隣り合う軌道面である。
 図6に基づいて、軌道面の南端における動作を説明する。
 それぞれの軌道面の各人工衛星200は、軌道面の南端を他の軌道面の人工衛星200と同期して通過する。
 そして、それぞれの軌道面の各人工衛星200は、軌道面の南端を通過するときに各隣接軌道面の南端を通過する人工衛星200との通信網を前後通信装置211によって形成する。つまり、それぞれの軌道面の各人工衛星200は、軌道面の南端を通過するときに各隣接軌道面の南端を通過する人工衛星200と通信することができる。
***実施の形態1の特徴***
 衛星コンステレーション110は、軌道傾斜角が50±10degの傾斜円軌道に8機以上の人工衛星200が飛翔する軌道面を6軌道面以上有する。各人工衛星200は監視装置230と通信装置とを具備する。各人工衛星200は、通信装置として、飛翔方向の前方と後方を指向する前後通信装置211を具備する。
 同一軌道面内の人工衛星200は、互いに前後を飛翔する人工衛星200とクロスリンク通信を形成して円環状の通信網を形成する。
 衛星コンステレーション110の人工衛星200は、軌道面の最北端において全ての軌道面の人工衛星200が同期して最北端を飛翔するよう同期する。
 軌道面の最北端近傍において、人工衛星200は、前後通信装置211により、隣接軌道を飛翔する人工衛星200とクロスリンク通信を形成する。
 各軌道面に形成される円環状通信網と、軌道面南北端における隣接軌道間の通信網と、により、全ての人工衛星200が通信網で接続される。
***実施の形態1の効果***
 軌道傾斜角50±10degの傾斜円軌道では、軌道面の南北端において南北方向の飛翔方向が反転する。そのため、人工衛星200が一時的に西から東に飛翔する状況(南北のベクトルを含まない状況)となる。
 全ての人工衛星200が軌道面の南北端通過時に西から東に飛翔しているので、隣接軌道面の人工衛星200が飛翔する軌道面内の位相が軌道面の最北端の通過時に同期していれば、前後通信装置211により、隣接軌道面の人工衛星200とも通信クロスリンクを形成することが可能となる。
 実施の形態1によれば、監視と通信を1式の衛星コンステレーション110で実現できる。また、前後通信装置211だけで隣接軌道間の通信が可能である。そのため、トータル衛星数が少なく、低コストで特定領域の常時監視が可能なシステムが実現できる。
 また、観測と通信で煩雑な情報授受をする必要がなく、最適な通信ルート探索が容易になり、短時間で通信を実施できる。
 さらに、1機の人工衛星200が同時に4式の通信回線を確立して維持する必要もないので、煩雑で難度の高い技術が不要になる。
 軌道傾斜角50±10degの傾斜円軌道では、軌道面の南北端において南北方向の飛翔方向が反転する。そのため、人工衛星200が一時的に西から東に飛翔する状況となる。そして、地表面の緯度50±10degの領域上空において、衛星群が西から東に飛翔する衛星密集ゾーンが形成される。つまり、北緯50±10degないし南緯50±10degにある地上設備120では、高頻度に衛星コンステレーション110と通信クロスリンクを形成できる。
***実施の形態1の補足***
 軌道面の南北端の通過時において、衛星進行方向に対する横方向に相当するアジマスと衛星進行方向に対する縦方向に相当するエレベーションとの2軸周りに衛星相対位置の変化に応じた通信視野角を確保することは言うまでもない。
***実施例の説明***
 傾斜軌道衛星システム100の実施例について説明する。
 それぞれの軌道面において、8機以上の人工衛星200は等間隔で位相をずらして配置される。つまり、8機以上の人工衛星200が軌道面内に均等位相で配置される。
 6つ以上の軌道面に含まれる軌道面の数は6の倍数である。
 衛星コンステレーション110は、機数が6の倍数である複数の人工衛星200を備える。
 複数の人工衛星200のそれぞれは、傾斜円軌道を1日に複数周回する。
 複数の人工衛星200に対応する複数の軌道面は、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。
 複数の軌道面は、6つの軌道面から成る1つ以上の軌道面組を構成する。
 各軌道面組の6つの軌道面で6機の人工衛星200が周回するタイミングが同期される。
 各軌道面組の1番目の軌道面で周回する人工衛星200が1番目の軌道面の最北端を通過するタイミングが(1)から(5)のタイミングと同期される。
 (1)各軌道面組の3番目の軌道面で周回する人工衛星200が3番目の軌道面の最北端から面内位相がプラス120度ずれた地点を通過するタイミング。
 (2)各軌道面組の5番目の軌道面で周回する人工衛星200が5番目の軌道面の最北端から面内位相がプラス240度ずれた地点を通過するタイミング。
 (3)各軌道面組の4番目の軌道面で周回する人工衛星200が4番目の軌道面の最南端を通過するタイミング。
 (4)各軌道面組の6番目の軌道面で周回する人工衛星200が6番目の軌道面の最南端から面内位相がプラス120度ずれた地点を通過するタイミング。
 (5)各軌道面組の2番目の軌道面で周回する人工衛星200が2番目の軌道面の最南端から面内位相がプラス240度ずれた地点を通過するタイミング。
 これにより、各軌道面に1機の人工衛星200しかなくても、軌道高度と監視装置230の視野範囲を適切に選択することで、中緯度帯を網羅的に監視することが可能となる。
 また、6つの軌道面から成る1つ以上の軌道面組において、各軌道面組の6つの軌道面で6機の人工衛星200が周回するタイミングが同期され、複数の人工衛星200が各軌道面に飛翔する。これにより、複数の人工衛星200が中緯度帯を同時に監視でき、空間三角測量の原理に基づいて立体視が可能となる。
 また、同時に複数の飛翔体が発射されても、それぞれの発射を探知することが可能となる。
 また、赤道近傍の低緯度帯も網羅的に監視可能となり、中緯度帯で網羅できる緯度が高緯度側に広がるという効果がある。
 6つ以上の軌道面に含まれる軌道面の数は12である。
 また、8機以上の人工衛星200に含まれる人工衛星200の数は8機である。
 つまり、衛星コンステレーション110は合計96機の人工衛星200を備える。
 100機以下の人工衛星200で中緯度帯を網羅的に常時監視でき、監視された飛翔体の情報を地上設備120に伝送することできる。したがって、低コストで飛翔体監視システムを実現できる。
 さらに、監視範囲の網羅性と複数の人工衛星200による同時監視に加えて、監視装置230の取得した情報を円環状通信網と南北端の隣接軌道間通信網を経由して即座に伝送できるという効果がある。
 8機以上の人工衛星200に含まれる人工衛星200の数は奇数である。
 軌道面の最北端と軌道面の最南端で衛星通過タイミングが異なることになるため、通信待ち時間を約半分に短縮できる。
 6つ以上の軌道面に含まれる軌道面の数は18である。
 また、8機以上の人工衛星200に含まれる人工衛星200の数は9機である。
 つまり、衛星コンステレーション110は合計162機の人工衛星200を備える。
 軌道面の南北端で隣接軌道間の通信ができる衛星数が多くなり、かつ、最北端と最南端で衛星通過タイミングが異なることになる。そのため、通信待ち時間を約半分に短縮でき、さらに、隣接軌道間の通信容量も増える。
 前後通信装置211は光通信装置である。光通信装置は光波を使って通信を行う。
 光通信装置には、伝送容量が大きいという効果、および、小型軽量に実現できるという効果がある。ただし、相互に通信する人工衛星同士が高精度で光通信ビームの指向制御を行う必要がある。
 しかし、衛星コンステレーション110では、同一軌道面を飛翔する前後の人工衛星200の相対関係がほぼ維持される。そのため、前後の人工衛星200において、指向変動が小さいので、光通信を容易に実現できる。これにより、小型軽量で大容量の通信回線を実現できる。
 前後通信装置211は電波通信装置である。電波通信装置は電波を使って通信を行う。
 隣接軌道間の通信では人工衛星同士の相対位置と進行方向の相違が大きい。そのため、大角度の視野変動があっても通信回線を維持しやすい電波通信が有利となる。
 前後通信装置211が電波通信装置であれば、軌道面の南北端における隣接軌道間の通信時間を長く確保し、大容量の通信を行うことができる。
 軌道面の南北端の通過前後では軌道面の交差が発生するため、隣接軌道の人工衛星200との通信では通信方向が大角度で変化する。そのため、光通信では通信途絶が課題となる。これに対して、電波通信では通信途絶を起こさずに隣接軌道間の通信を継続できる。この結果、大容量の通信を衛星飛来の待ち時間なしで継続できる。
 電波通信装置において、電波をスペクトル拡散して拡散符号を付与すれば、隣接軌道を超えて、更に隣の軌道の人工衛星200を識別して通信することもできる。
 相対関係がほぼ維持される同一軌道面を飛翔する前後の人工衛星200では光通信装置を利用し、通信方向が大角度で変化する隣接軌道の人工衛星200との通信では電波通信装置を利用すれば、同一軌道面の通信を維持したままで、隣接軌道との通信も可能となる。
 実施の形態2.
 傾斜軌道衛星システム100について、主に実施の形態1と異なる点を図7および図8に基づいて説明する。
***構成の説明***
 図7に基づいて、傾斜軌道衛星システム100の構成を説明する。
 傾斜軌道衛星システム100において、それぞれの軌道面に通信衛星130が新たに投入される。通信衛星130は、人工衛星200の一種である。
 通信衛星130の構成は、人工衛星200の構成と同様である。但し、通信衛星130は監視装置230を備えなくてもよい。
***動作の説明***
 それぞれの通信衛星130の投入後に、軌道面ごとに、それぞれの人工衛星200(通信衛星130を含む)は前方の人工衛星200と後方の人工衛星200との通信網を前後通信装置211によって形成する。
 それぞれの通信衛星130の投入後に、それぞれの軌道面の通信衛星130は、軌道面の北端と軌道面の南端とのそれぞれを他の軌道面の通信衛星130と同期して通過する。そして、それぞれの軌道面の通信衛星130は、軌道面の北端と軌道面の南端とのそれぞれを通過するときに隣接軌道面の通信衛星130との通信網を前後通信装置211によって形成する。
***実施の形態2の特徴***
 衛星コンステレーション110は、軌道面内の人工衛星同士の相対位相と軌道面間の人工衛星同士の同期制御を維持する。
 通信衛星130が軌道面の人工衛星間に追加され、軌道面内の円環状通信網が再構築される。
 全軌道面に通信衛星130が追加され、全軌道面の最北端の通過タイミングが同期される。
***実施の形態2の効果***
 同一軌道面において、人工衛星200が軌道面の最北端を通過してから後続の人工衛星200が最北端に飛来するまで、通信待ち時間が発生する。例えば、10機の人工衛星200が同一軌道面を飛翔し、各人工衛星200が約100分で地球を1周回する場合、人工衛星200が軌道面の最北端を通過してから後続の人工衛星200が最北端に飛来するまで10分の待ち時間が発生する。前後通信装置211の通信視野範囲を広く確保して南北端において2分程度の通信時間を確保するとしても、最大8分の通信待ち時間が発生する。
 実施の形態2では、任意の数量の通信衛星130を投入することができるため、隣接軌道間の通信待ち時間を低減できる。また、前後の人工衛星200と通信する単機能の通信衛星130は低コストで実現できる。
***実施例の説明***
 傾斜軌道衛星システム100の実施例について説明する。
 それぞれの通信衛星130は、前後通信装置211と、左右通信装置と、を備える。左右通信装置は、飛翔方向の左方と飛翔方向の右方とを指向して通信するための装置である。
 それぞれの通信衛星130の投入後に、軌道面ごとに、それぞれの人工衛星200(通信衛星130を含む)は、前方の人工衛星と後方の人工衛星200との通信網を前後通信装置211によって形成する。
 それぞれの通信衛星130の投入後に、それぞれの軌道面の通信衛星130は、軌道面の北端と軌道面の南端とのそれぞれを他の軌道面の通信衛星130と同期して通過する。そして、それぞれの軌道面の通信衛星130は、軌道面の北端と軌道面の南端とのそれぞれを通過するときに隣接軌道面の通信衛星130との通信網を前後通信装置211によって形成し、軌道面の北端と軌道面の南端とのそれぞれを通過するとき以外で隣接軌道面の通信衛星130との通信網を左右通信装置によって形成する。
 図8に基づいて、上記実施例の特徴を説明する。枠線の中の各物体は通信衛星130を表している。
 衛星コンステレーション110は、軌道面内の人工衛星同士の相対位相と軌道面間の人工衛星同士の同期制御を維持する。
 飛翔方向の前方と後方と左右の側方を指向する通信衛星130が軌道面の人工衛星間に追加され、軌道面内の円環状通信網が再構築される。
 全軌道面に通信衛星130が追加され、全軌道面の最北端の通過タイミングが同期される。
 通信衛星130は、隣接軌道の通信衛星130とは左右通信装置でクロスリンクを形成する。
 これにより、円環状通信網同士が左右通信装置を経由してメッシュ状通信網を形成し、隣接軌道間の通信待ち時間を短縮することができる。
 実施の形態3.
 飛翔体監視システム300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9および図10に基づいて説明する。
***構成の説明***
 図9に基づいて、飛翔体監視システム300の構成を説明する。
 飛翔体監視システム300は、飛翔体301を監視するための傾斜軌道衛星システム100である。
 飛翔体監視システム300は、衛星コンステレーション110と、地上設備120と、を備える。
 図10に基づいて、人工衛星200の構成を説明する。
 人工衛星200は、監視装置230を備える。
 監視装置230は、第一監視装置231と、第二監視装置232と、を含む。
 第一監視装置231は、地心方向を指向して赤外線を使って飛翔体301の発射を探知するための監視装置である。
 第二監視装置232は、地球周縁を指向して赤外線を使って飛翔体301の飛翔を監視するための監視装置である。
***動作の説明***
 それぞれの人工衛星200は、第一監視装置231によって地心方向を指向して飛翔体301の発射を探知すると共に、第二監視装置232によって地球周縁を指向して宇宙背景で飛翔体301の飛翔を監視する。第一監視装置231および第二監視装置232によって飛翔体301に関して得られる情報およびデータを「飛翔体情報」と称する。
 それぞれの人工衛星200は、前後通信装置211によって飛翔体情報を人工衛星間で伝送する。そして、伝送先の人工衛星200は、対地通信装置220によって飛翔体情報を地上設備120に伝送する。
 伝送先の人工衛星200は、地上設備120と通信が可能な箇所を飛翔する人工衛星200である。
***実施の形態3の効果***
 監視装置230は、飛翔体301の発射および飛翔途中の飛翔体301を監視する。
 つまり、監視対象が飛翔体301である場合に発射探知と追跡との両方を行うことができる。
 近年、極超音速滑空体(Hypersonic Glide Vehicle:HGV)と呼ばれる飛翔体が登場している。この飛翔体は、発射時の噴射終了後に飛翔途中で間欠的に噴射をして飛行経路を変更する。そのため、飛行経路と到着位置を予測するには、温度が上昇した飛翔体の本体を追跡する必要がある。しかし、地心方向を指向する監視装置による監視では、背景ノイズに飛翔体が埋もれてしまう。
 一方、実施の形態3は、リム観測により、深宇宙背景で飛翔体301を監視できる。これにより、飛翔体301が背景ノイズに埋もれない。そのため、飛翔体301を追跡することができる。
 実施の形態3により、中緯度帯から発射される飛翔体301の発射を複数の人工衛星200で探知して飛翔体301の位置座標を導出できる。
 また、リム観測を行う第二監視装置232の飛翔体情報を統合することにより、飛翔途中の飛翔体301の位置座標を導出しながら、飛翔体301を追跡することができる。
 このため、飛翔体301が飛翔途中で間欠的に噴射をして飛翔体301の飛翔方向が変化しても、飛翔体301を見失うことなく飛翔体301を追跡することができる。
***実施例の説明***
 飛翔体監視システム300の実施例について説明する。
 それぞれの軌道面において、8機以上の人工衛星200は等間隔で位相をずらして配置される。
 衛星コンステレーション110は、各人工衛星200の第一監視装置231により、最小構成(例えば12軌道面)で中緯度帯を常時監視できる。
 さらに、各軌道面に8機以上の人工衛星200が配備されるため、同時に複数の人工衛星200が飛翔体301を監視できる。そして、空中三角測量の原理で飛翔体301の位置座標を導出できる。
 また、同一軌道面で8機以上の人工衛星200が前後の人工衛星200と通信リンクを確立できるため、軌道1周回の円環状通信網を構築できる。
 実施の形態4.
 人工衛星200について図11から図14に基づいて説明する。
***構成の説明***
 図11および図12に基づいて、人工衛星200の構成を説明する。図11は平面図であり、図12は側面図である。
 進行方向すなわち飛翔方向をプラスX軸(+X)で表す。
 地球方向すなわち地心方向をプラスZ軸(+Y)で表す。
 進行方向と地球方向とに直交する方向をプラスZ軸(+Z)で表す。
 人工衛星200は、前後通信装置211と、第一監視装置231と、第二監視装置232と、を備える。
 前後通信装置211は、前方を指向する通信装置と、後方を指向する通信装置と、で構成される。
 第二監視装置232は、右前方を指向する監視装置と、左前方を指向する監視装置と、右後方を指向する監視装置と、左後方を指向する監視装置と、で構成される。
***機能の説明***
 図13および図14に基づいて、通信視野および監視視野を説明する。
 直線の網掛けは、前後通信装置211の通信視野を表す。
 ドットの網掛けは、第一監視装置231の監視視野を表す。
 破線は、第二監視装置232の監視視野を表す。
 前後通信装置211は、+Xで表される方向(前方)と-Xで表される方向(後方)とのそれぞれを指向して通信を行う。
 第一監視装置231は、+Zで表される方向(下方)を指向して監視を行う。
 第二監視装置232は、+X+Yで表される方向(左前方)と+X-Yで表される方向(右前方)と-X+Yで表される方向(左後方)と-X-Yで表される方向(右後方)とのそれぞれを指向して監視を行う。
 第二監視装置232は、プラスX軸からプラスY軸側に45度の方向(+X+Y)を中心にして120度の視野範囲を有する(図13を参照)。また、第二監視装置232は、プラスX軸からプラスZ軸側に20度から40度の範囲で視野範囲を有する(図14を参照)。
 第二監視装置232は、プラスX軸からマイナスY軸側に45度の方向(+X-Y)を中心にして120度の視野範囲を有する。また、第二監視装置232は、プラスX軸からプラスZ軸側に20度から40度の範囲で視野範囲を有する。
 第二監視装置232は、マイナスX軸からプラスY軸側に45度の方向(-X+Y)を中心にして120度の視野範囲を有する。また、第二監視装置232は、マイナスX軸からプラスZ軸側に20度から40度の範囲で視野範囲を有する。
 第二監視装置232は、マイナスX軸からマイナスY軸側に45度の方向(-X-Y)を中心にして120度の視野範囲を有する。また、第二監視装置232は、マイナスX軸からプラスZ軸側に20度からプラス40度の範囲で視野範囲を有する。
 実施の形態5.
 応用例について説明する。各応用例は互いに組み合わせてもよい。
***応用例1の説明***
 衛星コンステレーション110は、ハイブリッドコンステレーションであってもよい。
 ハイブリッドコンステレーションは、通信コンステレーションと、ミッション衛星と、を備える。
 通信コンステレーションは、同一軌道面を飛翔する複数の人工衛星200を備える。
 ミッション衛星は、特定のミッションを行う人工衛星200であり、通信コンステレーションの人工衛星間に投入される。
 複数の人工衛星200のそれぞれは、前後通信装置211を備える。
 ミッション衛星は、前後通信装置211と、ミッション装置と、を備える。ミッション装置は、特定のミッションを行うための装置である。
 複数の人工衛星200において、それぞれの人工衛星200が飛翔方向の前方の人工衛星200と飛翔方向の後方の人工衛星200との通信網を前後通信装置211を使って形成する。これにより、円環状通信網が形成される。
 複数の人工衛星200は、ミッション衛星が通信コンステレーションの人工衛星間を飛翔し始めた後に、ミッション衛星を含めて円環状通信網を再構築して形成する。
 応用例1により、通信以外の情報、具体的にはミッションに関する情報、をリアルタイムに円環状通信網を経由して伝送できる。
 例えば、ミッション装置は、観測装置、測位装置、情報収集装置などの通信装置である。また、ミッション装置は、データ中継装置であってもよいし、各種地上アセット(移動体を含む)との通信を行う通信装置であってもよい。さらに、ミッション装置は、それ以外の装置であってもよい。
***応用例2の説明***
 衛星コンステレーション110は、ハイブリッドコンステレーションであってもよい。
 ハイブリッドコンステレーションは、通信コンステレーションと、ミッション衛星と、を備える。
 通信コンステレーションは、複数の軌道面のそれぞれに対して同一軌道面を飛翔する複数の人工衛星200を備える。
 ミッション衛星は、特定のミッションを行う人工衛星200であり、複数の軌道面のいずれかの人工衛星間に投入される。
 複数の人工衛星200それぞれは、前後通信装置211と、左右通信装置212と、を備える。
 ミッション衛星は、前後通信装置211と、ミッション装置と、を備える。ミッション装置は、特定のミッションを行うための装置である。
 通信コンステレーションにおいて、軌道面ごとに、それぞれの人工衛星200が飛翔方向の前方の人工衛星200と飛翔方向の人工衛星200との通信網を前後通信装置211を使って形成する。これにより、円環状通信網が形成される。
 複数の軌道面において、それぞれの人工衛星200が飛翔方向の左右それぞれの隣接軌道面の人工衛星200との通信網を左右通信装置212を使って形成する。これにより、メッシュ状通信網が形成される。
 通信コンステレーションは、ミッション衛星が人工衛星間を飛翔し始めた後に、ミッション衛星を含めて円環状通信網を再構築して形成する共に、メッシュ状通信網を再構築して形成する。
 応用例2により、全球網羅的に各種ミッションの情報伝送が可能になる。
 また、ミッション装置が監視装置であり、飛翔体301の発射を検知して得られた飛翔体情報をハイブリッドコンステレーションが形成する通信網を経由して伝送すれば、ハイブリッドコンステレーションは飛翔体監視システムとなる。
 また、異なる軌道面の人工衛星同士が同期制御されていれば、軌道面の南北端における隣接軌道間の通信が可能になる。
***実施の形態の補足***
 各実施の形態は、好ましい形態の例示であり、本開示の技術的範囲を制限することを意図するものではない。各実施の形態は、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 傾斜軌道衛星システム、110 衛星コンステレーション、120 地上設備、121 衛星通信装置、122 衛星管制装置、130 通信衛星、200 人工衛星、201 制御装置、202 推進装置、203 姿勢制御装置、204 電源装置、210 衛星間通信装置、211 前後通信装置、212 左右通信装置、220 対地通信装置、230 監視装置、231 第一監視装置、232 第二監視装置、300 飛翔体監視システム、301 飛翔体。

Claims (25)

  1.  軌道傾斜角が共通して法線ベクトルのアジマス成分が互いに東西方向にずれた6つ以上の軌道面でそれぞれに傾斜円軌道を飛翔する複数の人工衛星を備え、
     前記複数の人工衛星は、軌道面ごとに8機以上の人工衛星を含み、
     それぞれの人工衛星は、飛翔方向の前方と前記飛翔方向の後方とを指向して通信するための前後通信装置を備え、
     軌道面ごとに、それぞれの人工衛星が前記飛翔方向の前方を飛翔する人工衛星と前記飛翔方向の後方を飛翔する人工衛星との通信網を前記前後通信装置によって形成し、
     それぞれの軌道面の各人工衛星が、前記軌道面の北端と前記軌道面の南端とのそれぞれを他の軌道面の人工衛星と同期して通過し、前記軌道面の前記北端を通過するときに前記軌道面と隣り合う軌道面である隣接軌道面の北端を通過する人工衛星との通信網を前記前後通信装置によって形成し、前記軌道面の前記南端を通過するときに前記隣接軌道面の南端を通過する人工衛星との通信網を前記前後通信装置によって形成する
    衛星コンステレーション。
  2.  前記軌道傾斜角の角度が40度以上60度以下である
    請求項1に記載の衛星コンステレーション。
  3.  それぞれの軌道面において前記8機以上の人工衛星が等間隔で位相をずらして配置される
    請求項1または請求項2に記載の衛星コンステレーション。
  4.  前記6つ以上の軌道面に含まれる軌道面の数が6の倍数である
    請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の衛星コンステレーション。
  5.  前記6つ以上の軌道面に含まれる軌道面の数が12であり、
     前記8機以上の人工衛星に含まれる人工衛星の数が8機であり、
     前記衛星コンステレーションが合計96機の人工衛星を備える
    請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の衛星コンステレーション。
  6.  前記8機以上の人工衛星に含まれる人工衛星の数が奇数である
    請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の衛星コンステレーション。
  7.  前記6つ以上の軌道面に含まれる軌道面の数が18であり、
     前記8機以上の人工衛星に含まれる人工衛星の数が9機であり、
     前記衛星コンステレーションが合計162機の人工衛星を備える
    請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の衛星コンステレーション。
  8.  前記前後通信装置が光通信装置である
    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。
  9.  前記前後通信装置が電波通信装置である
    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。
  10.  それぞれの人工衛星が、地心方向を指向して飛翔体の発射を探知する第一監視装置と、地球周縁を指向して前記飛翔体の飛翔を監視する第二監視装置と、を備える
    請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の衛星コンステレーション。
  11.  それぞれの人工衛星が、北緯40度以上北緯60度以下の範囲内または南緯40度以上南緯60度以下の範囲内に設けられる地上設備と通信するための対地通信装置を備える
    請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の衛星コンステレーション。
  12.  それぞれの人工衛星が、地心方向を指向して飛翔体の発射を探知すると共に地球周縁を指向して前記飛翔体の飛翔を監視する監視装置を備え、
     それぞれの人工衛星の前記監視装置によって得られる飛翔体情報が、それぞれの人工衛星の前記前後通信装置によって人工衛星間で伝送され、伝送先の人工衛星の前記対地通信装置によって前記地上設備に伝送される
    請求項11に記載の衛星コンステレーション。
  13.  前記衛星コンステレーションは、前記前後通信装置を備える通信衛星がそれぞれの軌道面に新たに投入され、
     それぞれの通信衛星の投入後に、軌道面ごとに、それぞれの人工衛星が前記飛翔方向の前方を飛翔する人工衛星と前記飛翔方向の後方を飛翔する人工衛星との通信網を前記前後通信装置によって形成し、
     それぞれの通信衛星の投入後に、それぞれの軌道面の通信衛星が、前記軌道面の北端と前記軌道面の南端とのそれぞれを他の軌道面の通信衛星と同期して通過し、前記軌道面の前記北端と前記軌道面の前記南端とのそれぞれを通過するときに前記隣接軌道面の通信衛星との通信網を前記前後通信装置によって形成する
    請求項12に記載の衛星コンステレーション。
  14.  前記衛星コンステレーションは、通信衛星がそれぞれの軌道面に新たに投入され、
     それぞれの通信衛星は、前記前後通信装置と、前記飛翔方向の左方と前記飛翔方向の右方とを指向して通信するための左右通信装置と、を備え、
     それぞれの通信衛星の投入後に、軌道面ごとに、それぞれの人工衛星が前記飛翔方向の前方を飛翔する人工衛星と前記飛翔方向の後方を飛翔する人工衛星との通信網を前記前後通信装置によって形成し、
     それぞれの通信衛星の投入後に、それぞれの軌道面の通信衛星が、
     前記軌道面の北端と前記軌道面の南端とのそれぞれを他の軌道面の通信衛星と同期して通過し、
     前記軌道面の前記北端と前記軌道面の前記南端とのそれぞれを通過するときに前記隣接軌道面の通信衛星との隣接軌道間通信網を前記前後通信装置によって形成し、
     前記軌道面の前記北端と前記軌道面の前記南端とのそれぞれを通過するとき以外で前記隣接軌道面の通信衛星との隣接軌道間通信網を前記左右通信装置によって形成する
    請求項12に記載の衛星コンステレーション。
  15.  請求項12から請求項14のいずれか1項に記載の衛星コンステレーションと、
     北緯40度以上北緯60度以下の範囲内または南緯40度以上南緯60度以下の範囲内に設けられる地上設備と、
    を備える飛翔体監視システム。
  16.  請求項10に記載の衛星コンステレーションに備わる人工衛星。
  17.  地心方向を指向する第一監視装置と、
     地球周縁を指向してリム観測を行う第二監視装置と、
     飛翔方向の前方と前記飛翔方向の後方とを指向して通信するための前後通信装置と、
    を備える人工衛星。
  18.  前記第二監視装置は、前記飛翔方向を+Xで表して前記飛翔方向と前記地心方向とに直交する方向を+Yで表した場合に、+X+Yで表される方向と、+X-Yで表される方向と、-X+Yで表される方向と、-X-Yで表される方向と、を指向する
    請求項16または請求項17に記載の人工衛星。
  19.  請求項1から請求項14のいずれか1項に記載の衛星コンステレーションを備える傾斜軌道衛星システム。
  20.  請求項19に記載の傾斜軌道衛星システムに備わる衛星コンステレーションの人工衛星として傾斜円軌道を飛翔する傾斜軌道衛星。
  21.  同一軌道面を飛翔する複数の人工衛星を備える通信コンステレーションと、
     前記通信コンステレーションの人工衛星間に投入されるミッション衛星と、
    を備え、
     前記複数の人工衛星のそれぞれは、飛翔方向の前方と前記飛翔方向の後方とを指向して通信するための前後通信装置を備え、
     前記ミッション衛星は、前後通信装置と、ミッション装置と、を備え、
     前記複数の人工衛星は、
     それぞれの人工衛星が前記飛翔方向の前方の人工衛星と前記飛翔方向の後方の人工衛星との通信網を前記前後通信装置を使って形成することによって、円環状通信網を形成し、
     前記ミッション衛星が前記通信コンステレーションの前記人工衛星間を飛翔し始めた後に、前記ミッション衛星を含めて前記円環状通信網を再構築して形成する
    ハイブリッドコンステレーション。
  22.  複数の軌道面のそれぞれに対して同一軌道面を飛翔する複数の人工衛星を備える通信コンステレーションと、
     前記複数の軌道面のいずれかの人工衛星間に投入されるミッション衛星と、
    を備え、
     前記複数の人工衛星のそれぞれは、飛翔方向の前方と前記飛翔方向の後方とを指向して通信するための前後通信装置と、前記飛翔方向の左方と前記飛翔方向の右方とを指向して通信するための左右通信装置と、を備え、
     前記ミッション衛星は、前後通信装置と、ミッション装置と、を備え、
     前記通信コンステレーションは、
     軌道面ごとに、それぞれの人工衛星が前記飛翔方向の前方の人工衛星と前記飛翔方向の人工衛星との通信網を前記前後通信装置を使って形成することによって、円環状通信網を形成し、
     前記複数の軌道面において、それぞれの人工衛星が前記飛翔方向の左右それぞれの隣接軌道面の人工衛星との通信網を前記左右通信装置を使って形成することによって、メッシュ状通信網を形成し、
     前記ミッション衛星が前記人工衛星間を飛翔し始めた後に、前記ミッション衛星を含めて前記円環状通信網を再構築して形成する共に、前記メッシュ状通信網を再構築して形成する
    ハイブリッドコンステレーション。
  23.  同一軌道面を飛翔する複数の人工衛星を備える通信コンステレーションと、
     前記通信コンステレーションの人工衛星間に投入される監視衛星と、
    を備え、
     前記複数の人工衛星のそれぞれは、飛翔方向の前方と前記飛翔方向の後方とを指向して通信するための前後通信装置を備え、
     前記ミッション衛星は、前後通信装置と、監視装置と、を備え、
     前記複数の人工衛星は、
     それぞれの人工衛星が前記飛翔方向の前方の人工衛星と前記飛翔方向の後方の人工衛星との通信網を前記前後通信装置を使って形成することによって、円環状通信網を形成し、
     前記監視衛星が前記通信コンステレーションの前記人工衛星間を飛翔し始めた後に、前記監視衛星を含めて前記円環状通信網を再構築して形成する
    飛翔体監視システム。
  24.  複数の軌道面のそれぞれに対して同一軌道面を飛翔する複数の人工衛星を備える通信コンステレーションと、
     前記複数の軌道面のいずれかの人工衛星間に投入される監視衛星と、
    を備え、
     前記複数の人工衛星のそれぞれは、飛翔方向の前方と前記飛翔方向の後方とを指向して通信するための前後通信装置と、前記飛翔方向の左方と前記飛翔方向の右方とを指向して通信するための左右通信装置と、を備え、
     前記監視衛星は、前後通信装置と、監視装置と、を備え、
     前記通信コンステレーションは、
     軌道面ごとに、それぞれの人工衛星が前記飛翔方向の前方の人工衛星と前記飛翔方向の人工衛星との通信網を前記前後通信装置を使って形成することによって、円環状通信網を形成し、
     前記複数の軌道面において、それぞれの人工衛星が前記飛翔方向の左右それぞれの隣接軌道面の人工衛星との通信網を前記左右通信装置を使って形成することによって、メッシュ状通信網を形成し、
     前記監視衛星が前記人工衛星間を飛翔し始めた後に、前記監視衛星を含めて前記円環状通信網を再構築して形成する共に、前記メッシュ状通信網を再構築して形成する
    飛翔体監視システム。
  25.  異なる軌道面の人工衛星同士が同期制御される
    請求項21または請求項22に記載のハイブリッドコンステレーション。
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