WO2022137622A1 - 通信衛星システム、地球側制御設備、地上設備、人工衛星、通信地上センター及び伝送ルート探索装置 - Google Patents

通信衛星システム、地球側制御設備、地上設備、人工衛星、通信地上センター及び伝送ルート探索装置 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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    • H04B7/195—Non-synchronous stations

Definitions

  • This disclosure relates to a communication satellite system that transmits information.
  • Patent Document 1 there is disclosure of virtual routing by a communication satellite constellation in an inclined orbit.
  • the following communication satellite constellations can be considered.
  • the present disclosure is a communication satellite system capable of communicating between each orbital plane by providing a front-rear communication device for each communication satellite flying in each orbital plane to communicate with a communication satellite flying in front of and behind the communication satellite. For the purpose of provision.
  • the communication satellite system related to this disclosure is It is equipped with multiple artificial satellites that have a common orbital inclination angle and fly in an inclined circular orbit on each of the six orbital planes in which the azimuth components of the normal vector of the orbital plane are offset in the east-west direction.
  • the plurality of artificial satellites Each of the orbital planes contains eight or more artificial satellites.
  • Each artificial satellite for each orbital plane A front-rear communication device, which is a communication device that directs forward in the flight direction and rearward in the flight direction on the orbital plane, is provided.
  • Each artificial satellite for each orbital plane The first that covers the entire circumference of the inclined circular orbit by forming cross-link communication between the artificial satellite flying in the front of the flight direction and the artificial satellite flying in the rear of the flight direction by the front-rear communication device.
  • Form a communication network Each artificial satellite for each orbital plane Passing each of the northern end of the inclined circular orbit and the southern end of the inclined circular orbit in synchronization with the artificial satellites on other orbital planes, Cross-link communication with an artificial satellite that passes through the northern end of the inclined circular orbit included in the adjacent orbital surface that is adjacent to the orbital surface including the inclined circular orbit when passing through the northern end of the inclined circular orbit.
  • a third communication network by forming cross-link communication with an artificial satellite included in the adjacent orbital plane and passing through the southern end of the inclined circular orbit when passing through the southern end of the inclined circular orbit by the anteroposterior communication device. To form.
  • each communication satellite flying in each orbit surface forms cross-link communication with the communication satellite 20 in an adjacent orbit at the north end and the south end of the orbit by using a front-rear communication device. Therefore, communication between each track is possible only with the front-rear communication device.
  • FIG. 1 is a diagram showing an annular communication network 1, a north end communication network 2, and a south end communication network 3 in a ground trace.
  • FIG. 1 is a diagram showing cross-link communication in the left-right direction of the communication satellite system 10.
  • FIG. 4 is a four-view view of the communication satellite 20 in the figure of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a four-view view of a left-right directional satellite in the figure of the first embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing an annular communication network 1, a north end communication network 2, and a south end communication network 3 in a ground trace.
  • FIG. 1 is a diagram showing cross-link communication in the left-right direction of the communication satellite system 10.
  • FIG. 4 is a four-view view of the communication satellite 20 in the figure of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a four-view view of a left-right directional satellite in the figure of the first embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing an annular communication network 1, a north end communication network
  • FIG. 1 is a four-view view of a communication satellite 20 including a ground-to-ground communication device 61C in the figure of the first embodiment.
  • FIG. 1 is a four-view view of a communication satellite 20 including a ground-to-ground communication device 61C and a user satellite communication device 62C in the figure of the first embodiment.
  • the figure which shows the earth side control equipment 520 arranged on the earth In the figure of Embodiment 1, the figure which shows the hardware composition of the earth side control equipment 520.
  • FIG. 1 is a diagram of the first embodiment, wherein the communication satellite system 10 includes a mission satellite 20M.
  • FIG. 1 is a diagram showing a mission satellite 20M provided with a mission device 90 in the figure of the first embodiment.
  • FIG. 1 is another diagram in which the communication satellite system 10 includes a mission satellite 20M.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration in which distributed computing processing is performed in orbit.
  • FIG. 1 is a diagram showing a satellite constellation 11 including a mission satellite 20M. The figure which shows the position of the ground equipment 510 in the figure of Embodiment 1.
  • FIG. 1 is another diagram in which the communication satellite system 10 includes a mission satellite 20M.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration in which distributed computing processing is performed in orbit.
  • FIG. 1 is a diagram showing a satellite constellation 11 including a mission satellite 20M. The figure which shows the position of the ground equipment 510 in the figure of Embodiment 1.
  • part may be appropriately read as “circuit”, “process”, “procedure”, “processing” or “circuit Lee”.
  • Embodiment 1 *** Explanation of configuration ***
  • the traveling direction and the geocentric direction of the communication satellite are defined as follows in FIGS. 5 to 8.
  • the + X-axis direction in the right-hand Cartesian coordinates is the satellite travel direction + X
  • the + Z-axis direction in the right-hand Cartesian coordinates is the satellite geocentric direction + Z.
  • the communication satellite system 10 will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
  • the orbit included in the orbital plane 12 is assumed to be an inclined circular orbit.
  • FIG. 1 shows a communication satellite system 10.
  • the communication satellite system 10 is a system that relays and transmits transmission information to be transmitted.
  • the communication satellite system 10 is a plurality of artificial satellites having a common orbital inclination angle and flying in an inclined circular orbit on each of six orbital planes 12 in which the azimuth components of the normal orbital planes are displaced in the east-west direction from each other. It is equipped with.
  • FIG. 1 shows the relationship between the earth 600 and a plurality of orbital planes 12.
  • the plurality of artificial satellites included in the communication satellite system 10 is the communication satellite 20.
  • FIG. 2 is a view of a communication satellite system 10 having 24 orbital planes 12 as viewed from the North Pole side of the earth 600.
  • the plurality of communication satellites 20 included in the communication satellite system 10 include eight or more communication satellites 20 for each orbital plane 12. In FIG. 1, about 30 communication satellites 20 are arranged on one orbital plane 12, but at least eight communication satellites 20 may be arranged on the same orbital plane 12. In the communication satellite system 10, eight or more communication satellites 20 are arranged on the same orbital plane 12, and the satellite constellation 11 flies over a plurality of orbital planes 12 having six or more orbital planes arranged adjacent to each other. To form.
  • FIG. 3 shows the annular communication network 1, the north end communication network 2, and the south end communication network 3 in the ground trace.
  • the annular communication network 1 is the first communication network
  • the north end communication network 2 is the second communication network
  • the south end communication network 3 is the third communication network.
  • FIG. 3 shows traces A to F. In the following, the trace A may be referred to as the orbit A. The same is true for other traces.
  • Each of the 6 or more orbital planes 12 of the communication satellite system 10 has a common orbit inclination angle. When there are six raceway surfaces 12, the raceway inclination angle of one raceway surface 12 is 50 degrees, and the raceway inclination angles of the other five raceway surfaces 12 are also 50 degrees.
  • the orbital inclination angle of the other five orbital planes 12 is also 50 degrees, which does not mean that it is completely the same as the "orbital inclination angle of one orbital plane 12," and it is natural that an error is included.
  • the orbit inclination angle is 40 degrees or more and 60 degrees or less. That is, when there are six raceway surfaces 12, when the raceway inclination angle of one raceway surface 12 is the lower limit of 40 degrees, the raceway inclination angles of the other five raceway surfaces 12 are also 40 degrees, and one raceway surface 12 When the orbital inclination angle of is the upper limit of 60 degrees, the orbital inclination angles of the other five orbital planes 12 are also 60 degrees.
  • Each communication satellite 20 for each orbital plane 12 includes a front-rear communication device which is a communication device for directing the front of the flight direction 81 and the rear of the flight direction 81 on the orbital plane 12.
  • the front-rear communication device is realized by the first communication device 51C and the second communication device 52C, which will be described later.
  • An optical communication device can be used as the front-rear communication device. That is, an optical communication device can be used for the first communication device 51C and the second communication device 52C.
  • Optical communication has a large transmission capacity and has the effect of making the device smaller and lighter. In optical communication, it is necessary for communication satellites that communicate with each other to control the direction of the optical communication beam with high accuracy.
  • FIG. 3 a total of nine communication satellites 20 exist in the orbit D from the position 1D to the position 9D. In other orbits, some of the nine communication satellites 20 are omitted.
  • orbit D the flight direction 81 of the communication satellite 20 is shown. The flight direction 81 is the northeast direction. The flight direction of the other orbits is the same as the flight direction 81. As shown in FIG.
  • each communication satellite 20 for each orbital plane indicated by the orbit A or the like forms an annular communication network 1 as follows. That is, each communication satellite 20 for each orbital plane forms cross-link communication between the communication satellite 20 flying in front of the flight direction 81 and the communication satellite 20 flying behind the flight direction 81 using the front-rear communication device. By doing so, an annular communication network 1 that covers the entire circumference of the inclined circular orbit is formed. This will be described in detail. Focus on orbit D. In orbit D, the communication satellite 20 at position 4D uses a front-rear communication device to cross-link the communication satellite 20 at position 5D flying in front of the flight direction 81 and the communication satellite 20 at position 3D flying behind the flight direction 81. Form. This is common to all communication satellites 20 flying in orbit D.
  • the range 71 shown by the dotted line indicates cross-link communication between the front and rear satellites in the same orbital plane. Double-headed arrows in range 71 indicate cross-link communication.
  • a circular communication network 1 covering the entire circumference of the inclined circular orbit is formed by cross-link communication of each communication satellite 20 flying in the inclined circular orbit of the orbital surface 12.
  • the annular communication network 1 is formed in the other orbits.
  • Range 72 shows the communication between adjacent orbits at the northernmost end of the inclined circular orbit of each orbital plane.
  • Range 72 indicates the northern end communication network 2.
  • the range 73 shown by the dotted line in FIG. 3 shows the communication between adjacent orbits at the southernmost end of the inclined circular orbit of each orbital plane.
  • Range 73 indicates the southernmost communication network 3.
  • each communication satellite 20 for each orbital surface 12 passes through each of the northern end of the inclined circular orbit and the southern end of the inclined circular orbit in synchronization with the artificial satellites of the other orbital surfaces.
  • Synchronous passage means that the communication satellite 20 flies at the north end of the orbit at the same time in any orbit such as orbits A, B, C ... As shown in the range 72 with respect to the north end. means. With respect to the southern end, as shown in range 73, it means that the communication satellite 20 flies at the southern end of the orbit at the same time in any orbit such as orbits A, B, C ....
  • the communication satellite 20 from the position 9A to the position 9F is shown at the northern end.
  • the alphabet matches the alphabet that displays the orbit.
  • the position of the communication satellite 20 to the left of the position 9A is omitted.
  • positions 1D, 1E, and 1F are shown at the southern end. The position of the communication satellite 20 to the left of the position 1F is omitted.
  • the northern end communication network 2 will be described.
  • the front-rear communication device forms cross-link communication with the communication satellite 20 passing through the northern end of the inclined circular orbit included in the adjacent orbital plane.
  • the northern end communication network 2 is formed.
  • the adjacent raceway plane is a raceway plane adjacent to the raceway plane including the inclined circular orbit.
  • the adjacent orbital planes of the orbit D are the orbital plane including the orbit C and the orbital plane including the orbit E.
  • Each communication satellite 20 in orbit D forms cross-link communication with the communication satellite 20 passing through the north end of the orbit C of the adjacent orbital plane and the orbit E of the adjacent orbital plane when passing through the position 9D at the northern end of the orbit D. do.
  • the communication satellite 20 passing through the northern end of each orbit forms cross-link communication with the communication satellite 20 passing through the northern end of the adjacent orbit.
  • the formation of these cross-link communications at the northern end forms the northern end communication network 2.
  • the southern end communication network 3 will be described.
  • the front-rear communication device forms cross-link communication with the communication satellite 20 passing through the southern end of the inclined circular orbit included in the adjacent orbital plane.
  • the southern end communication network 3 is formed.
  • the communication satellite 20 passing through the southern end of the orbit D of the adjacent orbital plane and the orbit F of the adjacent orbital plane forms cross-link communication with the communication satellite 20 passing through the southern end of the adjacent orbit.
  • the formation of these cross-link communications at the southern end forms the southern end communication network 3.
  • the north end communication network 2 and the south end communication network 3 will be further described.
  • Mesh communication by having a large number of orbital surfaces having a large number of communication satellites, and a communication satellite flying on a certain orbital surface forms a communication crosslink with another communication satellite on the same orbital surface and another communication satellite in an adjacent orbit.
  • the communication satellite constellation concept that constitutes the network is known. In such a communication satellite constellation, it is necessary for one communication satellite 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 at the same time. However, it is technically difficult to establish and maintain such a communication line.
  • a radio wave communication device can be used for communication between communication satellites 20 in adjacent orbits.
  • a radio wave communication device can be used for cross-link communication for forming the north end communication network 2 and the south end communication network 3. Further, a radio wave communication device may be used for left-right communication in the range 74 of FIG. 4, which will be described later.
  • the cross-link communication for forming the north end communication network 2 and the south end communication network 3 is as follows. That is, a radio wave communication device can be used for the first communication device 51C and the second communication device 52C.
  • a radio communication device forms a radio cross-link with a communication satellite in an adjacent orbit.
  • radio wave communication device In communication between adjacent orbits, there is a large difference between the relative position of the communication satellites and the traveling direction, so radio communication that makes it easy to maintain the communication line even if the communication field of view fluctuates at a large angle is advantageous. Therefore, the use of a radio wave communication device has an effect of ensuring a long communication time between adjacent orbits at the north and south ends of the orbital plane and enabling large-capacity communication.
  • the communication in the north end communication network 2 and the south end communication network 3 there is an intersection of the orbital planes before and after the communication satellite 20 passes through the north and south ends of the orbital plane. For this reason, the communication direction changes at a large angle, and communication blackout becomes a problem in optical communication.
  • radio communication has the effect that communication between adjacent orbits can be continued without interruption of communication. As a result, there is an effect that large-capacity communication can be continued without waiting for satellite arrival.
  • FIG. 4 shows cross-link communication in the left-right direction of the communication satellite system 10.
  • FIG. 4 is a diagram in which a range 74 is added to FIG. In FIG. 4, the range 71 is omitted.
  • the communication satellite system 10 is a communication device that directs the west side, which is the left side of the flight direction 81, and the east side, which is the right side of the flight direction 81, among eight or more communication satellites 20 flying in the same orbital plane.
  • the left-right directional satellite 30 is also a communication satellite 20.
  • the left-right directional satellites 30 for each orbital plane include another left-right directional satellite 30 flying on the left adjacent orbital plane in the flight direction 81 and another left-right directional satellite 30 flying on the right adjacent orbital plane in the flight direction 81.
  • Cross-link communication is formed and communicated by the left and right communication devices.
  • the left-right communication device is realized by the third communication device 53C and the fourth communication device 54C, which will be described later.
  • at least one of eight or more communication satellites 20 is a left-right directional satellite 30.
  • the left-right directional satellite 30 will be described later.
  • the range 74 shown by the dotted line in FIG. 4 shows left and right cross-link communication between adjacent orbits. Double-headed arrows indicate cross-link communication.
  • the range 74 shows a state in which the left-right directional satellite 30 is flying from the position 5A to the position 5I with respect to the position 5A of the orbit A.
  • the left-right directional satellite 30 at position 5B cross-links with the left-right directional satellite 30 at position 5A in orbit A of the adjacent orbit, and left and right of position 5C in orbit C of the adjacent orbit.
  • the left-right directional satellites 30 at positions 5 in all orbits perform cross-link communication with the left-right directional satellites 30 in adjacent orbits.
  • left and right directional satellites 30 that point forward, backward, and left and right in the flight direction are added between the satellites in the orbital plane, and the annular communication network in the orbital plane is reconstructed. Will be done.
  • left-right directional satellites 30 are added to all orbital planes, and the northernmost passage timing and the southernmost passage timing of all orbital planes are synchronized.
  • the left-right directional satellites 30 flying in adjacent orbits point left and right.
  • FIG. 5 is a four-view view of the communication satellite 20.
  • the communication satellite 20 includes a first communication device 51C and a second communication device 52C. As shown in the XZ plane of FIG. 5, the first communication device 51C and the second communication device 52C are arranged on the earth-oriented surface 18 facing the earth 600. The first communication device 51C and the second communication device 52C realize the front-rear communication device.
  • the first communication device 51C is arranged in front of the communication satellite 20 in the traveling direction.
  • the first communication device 51C has a communication field of view 51 in the traveling direction of the communication satellite 20.
  • the second communication device 52C is arranged behind the first communication device 51C with respect to the traveling direction of the communication satellite 20.
  • the second communication device 52C has a communication field of view 52 in the direction opposite to the traveling direction of the communication satellite 20.
  • the first communication device 51C can change the communication field of view 51 in the azimuth field of view change range 51B.
  • the second communication device 52C can also change the communication field of view 52 within the azimuth field of view change range 52B. As shown in the XZ plane of FIG. 5, the first communication device 51C can rotate the Elevation around the + Y axis in the Elevation field of view change range 51D. The second communication device 52C has an Elevation field of view change range 52D, and can rotate the Elevation around the + Y axis.
  • FIG. 6 is a four-view view of the left-right directional satellite 30.
  • the left-right directional satellite 30 further includes a third communication device 53C and a fourth communication device 54C with respect to the communication satellite 20.
  • the third communication device 53C and the fourth communication device 54C are the back surfaces of the earth-oriented surface 18, and the anti-earth-oriented surface facing the opposite direction of the earth-center direction + Z. It is arranged at 19.
  • the third communication device 53C and the fourth communication device 54C realize a left-right communication device.
  • the third communication device 53C is arranged in front of the traveling direction of the left-right directional satellite.
  • the third communication device 53C has a communication field of view 53 in front of the traveling direction of the left-right direction satellite.
  • the third communication device 53C forms cross-link communication with a left-right directional satellite flying in an adjacent orbit on the east side on the right side and a right-hand communication direction 53A on the northeast communication direction.
  • the fourth communication device 54C is arranged behind the third communication device 53C with respect to the traveling direction of the left-right direction satellite.
  • the fourth communication device 54C has a communication field of view 54 in the direction opposite to the traveling direction of the left-right direction satellite.
  • the fourth communication device 54C forms cross-link communication with a left-right directional satellite flying in an adjacent orbit on the west side on the left side and a left communication direction 54A in the southwest communication direction.
  • the azimuth communication field of view of the third communication device 53C is ⁇ 90 degrees or more with respect to the satellite traveling direction + X. That is, as shown in the XY plane on the right side of FIG. 6, the azimuth field of view change range 53B of the third communication device 53C is ⁇ 90 degrees or more with respect to the satellite traveling direction + X. Further, the Azimuth communication field of view of the fourth communication device 54C is ⁇ 90 degrees or more with respect to the direction opposite to the satellite traveling direction + X. That is, the Azimuth field of view change range 54B of the fourth communication device 54C is ⁇ 90 degrees or more with respect to the direction opposite to the satellite traveling direction + X.
  • ⁇ Number of communication satellites flying in orbital plane The number of eight or more communication satellites 20 flying in the same orbital plane may be an odd number larger than eight. If the number of communication satellites 20 flying in the same orbital plane is an odd number larger than 8, and if multiple communication satellites 20 fly in a circular orbit at equal intervals, the communication satellites 20 will be at the northernmost and southernmost ends of the orbital plane. The passing timing will be different. Therefore, there is an effect that the communication waiting time can be reduced to about half.
  • Each communication satellite 20 for each orbital plane is a communication device for communicating with the ground equipment 510 provided within the range of latitude 40 degrees north or latitude 60 degrees north latitude or latitude 40 degrees south or latitude 60 degrees south latitude.
  • a communication device may be provided.
  • the flight direction in the north-south direction is reversed at the north-south end of the orbital plane, so that the communication satellite 20 temporarily flies from west to east.
  • a dense satellite zone is formed in which the satellite group flies from the west to the east over the region of the ground surface in the range of latitude 40 degrees or more and 60 degrees or less. Therefore, ground equipment located in the range of latitude 40 degrees or more and 60 degrees or less north latitude or latitude 40 degrees or more and 60 degrees or less south latitude can frequently form cross-link communication with the satellite constellation 11.
  • the terrestrial communication device 61C is a ground communication device.
  • FIG. 1 shows the ground equipment 510.
  • FIG. 7 is a four-view view of the communication satellite 20 including the ground-to-ground communication device 61C.
  • the communication satellite 20 of FIG. 7 is provided with a terrestrial communication device 61C with respect to the communication satellite 20 of FIG.
  • the terrestrial communication device 61C is arranged in the + X direction with respect to the first communication device 51C and the third communication device 53C.
  • the communication field of view 61 of the ground-to-ground communication device 61C is directed toward the earth center.
  • the ground-to-ground communication device 61C that communicates with the ground equipment 510 may be either a radio wave communication device or an optical communication device.
  • the communication satellite 20 can include a user communication device that communicates with the user's communication device via a communication line for the user.
  • FIG. 8 is a four-view view of the communication satellite 20 including the terrestrial communication device 61C and the user satellite communication device 62C.
  • the communication satellite 20 of FIG. 8 includes a user satellite communication device 62C with respect to the communication satellite 20 of FIG. 7.
  • the terrestrial communication device 61C and the user satellite communication device 62C can be used as a user communication device that communicates with the user's communication device via a communication line for the user.
  • the ground-to-ground communication device 61C communicates with a user communication device existing in the land, sea and air of the earth 600.
  • the user satellite communication device 62C communicates with a user communication device mounted on the user satellite 40 such as a surveillance satellite existing in outer space.
  • the user satellite communication device 62C is arranged on the side of the anti-earth facing surface 19, and the communication field of view 62 of the user satellite communication device 62C points in the ⁇ Z direction on the anti-earth side.
  • the communication satellite 20 includes a user communication device that communicates with the communication line user.
  • the user communication device can communicate with mobile objects such as observation satellites, aircraft, ships, and vehicles, and ground equipment at any position on the ground.
  • the user communication device enables communication with any object in outer space and on the ground.
  • FIG. 9 shows an earth-side control facility 520 located on the earth, which controls a plurality of communication satellites 20 included in the communication satellite system 10.
  • FIG. 1 shows the earth side control equipment 520.
  • the earth-side control facility 520 can control a plurality of communication satellites 20 by using the annular communication network 1, the north end communication network 2, and the south end communication network 3 formed by the communication satellite system 10.
  • FIG. 10 shows the hardware configuration of the earth side control equipment 520.
  • the earth-side control facility 520 controls a plurality of communication satellites 20 included in the communication satellite system 10.
  • FIG. 9 shows an earth-side control facility 520 located on the earth, which controls a plurality of communication satellites 20 included in the communication satellite system 10.
  • FIG. 1 shows the earth side control equipment 520.
  • the earth-side control facility 520 can control a plurality of communication satellites 20 by using the annular communication network 1, the north end communication network 2, and the south end communication network 3 formed by the communication satellite system 10.
  • FIG. 10 shows the hardware configuration of the
  • the earth-side control equipment 520 includes hardware such as a processor 520A, a main storage device 520B, an auxiliary storage device 520C, and a communication interface 520D.
  • the communication interface 520D is connected to the communication antenna 520F.
  • the processor 520A is connected to other hardware by a signal line 520E.
  • the communication ground center 530 uses one or more communication satellites 20 via which transmission information is transmitted as a transmission route of transmission information transmitted by at least one communication satellite 20 among a plurality of communication satellites 20 included in the communication satellite system 10.
  • a transmission route search device for selecting from a plurality of communication satellites 20 is provided.
  • the transmission route search device can be realized by the earth-side control equipment 520 shown in FIG.
  • the satellite control unit 521 sets one or more communication satellites 20 via the transmission information as a transmission route of the transmission information transmitted by at least one communication satellite 20 among the plurality of communication satellites 20 included in the communication satellite system 10. Select from a plurality of communication satellites 20.
  • the satellite control unit 521 sets the transmission start time of the transmission information, the position information of the transmission source of the transmission information, and the position information of the transmission destination of the transmission information.
  • the optimum route which is the transmission route with the shortest transmission time, is searched for, and the transmission time of the target information by each communication satellite included in the optimum route is determined.
  • the communication ground center 530 operates the communication satellite system 10 by transmitting a command signal for controlling the communication satellite 20.
  • the communication ground center 530 is equipped with a communication route search device.
  • the communication route search device determines the transmission order of the communication satellites passing from the information transmission source to the information transmission destination and the communication satellite 20.
  • the communication route search device uses the communication start time and position coordinates, and the position coordinates of the other party to transmit the transmitted information as input data.
  • the satellite control unit 521 of the earth-side control facility 520 which is a communication route search device, searches for the optimum route for transmission in which the satellite IDs of the communication satellites to which the transmission information should be transmitted are continuously arranged.
  • the satellite control unit 521 includes a series of satellite IDs, a list listing the predicted times when the communication satellite transmits the transmission information to the next communication satellite, and a command for giving a communication command to the communication satellite group transmitting the transmission information. Generate as a product.
  • the satellite control unit 521 has a prediction error of the actual orbit with respect to the planned orbit of the flight position of the communication satellite 20, a predicted time error of passing through a specific position coordinate, a delay due to transmission of transmission information, a prediction error, and a satellite due to a delay time.
  • the optimum route for transmitting the transmission information in the shortest time is searched for by including the movement distance and the relative position change of the nearby passing satellite due to the satellite movement as the analysis target of the route search.
  • FIG. 11 shows a configuration in which the communication satellite system 10 shown in FIG. 3 includes a mission satellite 20M among a plurality of communication satellites 20.
  • the communication satellite system 10 may include at least one mission satellite 20M among the plurality of communication satellites 20.
  • FIG. 11 shows a state in which the mission satellite 20M is flying at the position 6D of the orbit D.
  • the mission satellite 20M is a communication satellite 20.
  • the mission satellite 20M is a communication satellite 20 that performs a specific mission, and is inserted between artificial satellites flying in the same orbit in the satellite constellation 11.
  • the mission satellite 20M further includes a mission device 90 in addition to the front-rear communication device. That is, the artificial satellite provided with the front-rear communication device is the communication satellite 20, but when the communication satellite 20 further includes the mission device 90, the communication satellite 20 becomes the mission satellite 20M.
  • the mission device 90 is a device for performing a specific mission.
  • an annular communication network is formed as described in FIG.
  • the plurality of communication satellites 20 are formed by reconstructing an annular communication network including the mission satellite 20M after the mission satellite 20M begins to fly between the plurality of communication satellites 200.
  • the mission device 90 is a communication device such as an observation device, a positioning device, and an information collecting device. Further, the mission device 90 may be a data relay device or a communication device that communicates with various ground assets (including mobile objects). Further, the mission device 90 may be any other device.
  • FIG. 12 shows the configuration of the mission satellite 20M.
  • the communication satellite 20 of FIG. 5 is provided with the mission device 90, so that it is a mission satellite 20M.
  • FIG. 13 shows a configuration in which the communication satellite system 10 shown in FIG. 4 includes a mission satellite 20M among a plurality of communication satellites 20.
  • the communication satellite system 10 may include at least one mission satellite 20M among the plurality of communication satellites 20.
  • FIG. 13 shows a state in which the mission satellite 20M is flying at the position 6D of the orbit D.
  • each communication satellite 20 in each orbit can form cross-link communication with the communication satellite 300 on the left and right adjacent orbit planes in the flight direction by using the left and right communication devices. As a result, a mesh-like communication network is formed.
  • FIG. 3 and 13 each communication satellite 20 in each orbit can form cross-link communication with the communication satellite 300 on the left and right adjacent orbit planes in the flight direction by using the left and right communication devices. As a result, a mesh-like communication network is formed.
  • FIG. 3 shows a configuration in which the communication satellite system 10 shown in FIG. 4 includes a mission satellite 20M among a plurality of communication satellites 20.
  • the satellite constellation 11 of the communication satellite system 10 is formed by reconstructing an annular communication network including the mission satellite 20M after the mission satellite 20M has started to fly between artificial satellites, and has a mesh shape. Reconstruct and form a communication network.
  • the communication satellite system 10 shown in FIG. 13 enables information transmission of various missions in a global manner.
  • each communication satellite 20 flying in each orbital plane forms cross-link communication with a communication satellite 20 in an adjacent orbit at the north end and the south end of the orbit by using a front-rear communication device. .. Therefore, communication between each track is possible only with the front-rear communication device.
  • the mission satellite 20M can transmit information about the mission in real time using the annular communication network.
  • the communication satellite system 10 described in the first embodiment can be grasped as a control method of the satellite constellation 11 by the earth side control equipment 520.
  • a modified example of the first embodiment (hereinafter referred to as a modified example) will be described with reference to FIGS. 14 to 16.
  • a variant relates to edge computing.
  • FIG. 14 shows a configuration in which an edge server 91 is provided on the satellite constellation side and distributed computing processing is performed in orbit.
  • the mission satellite 20M which is an artificial satellite shown in FIG. 11 or FIG. 13 having a mission device 90, is equipped with an edge server 91 and a computer 92 equipped with artificial intelligence as the mission device 90.
  • the mission satellite 20M uses artificial intelligence and the edge server 92 to perform edge computing in orbit.
  • the ground user terminal 93 can communicate with the mission satellite 20M.
  • all of the satellites are mission satellites 20M, but this is for the purpose of explanation.
  • the satellite constellation 11 may include one or more mission satellites 20M.
  • edge computing As a method for realizing a distributed architecture, edge computing having an edge server on the IoT (Internet of Things) side is attracting attention.
  • IoT Internet of Things
  • edge computing real-time and low-load data processing is realized by taking a mechanism to perform data processing in a distributed manner by the device itself or the edge server installed between the device and the cloud.
  • the increase in power consumption and measures against heat exhaust have become issues.
  • increasing the power consumption of supercomputers and large-scale data centers and taking measures against waste heat have become serious issues.
  • a satellite located in outer space is provided with a ground data center 511 in a ground facility 510 via an annular communication network or a mesh communication network. It has the effect of realizing low latency and centralized data management by exchanging information with the cloud.
  • the purposes of processing by distributed computing are as follows (1) to (4). (1) The burden of ground processing is reduced by performing distributed computing processing in orbit on the contents that were conventionally processed by cloud computing on the ground.
  • the amount of data transmitted to the ground is reduced by performing distributed computing processing on the satellite information acquired by the mission satellite in orbit.
  • the information acquired in orbit is processed quickly, and the information that should be autonomously judged and reflected in the next process in orbit is distributed computing on the ground. Eliminate the exchange of information with the system to speed up decisions.
  • the following (1) to (4) are the effects of distributed computing by satellites that are regarded as IoT devices in orbit. (1) Solving the problem of waste heat due to increased power consumption and concentration of ground equipment. (2) Reduction of ground processing load by reducing the amount of satellite information transmitted to the ground. Reduction of ground processing load by autonomous system management of satellite constellation. (3) Speeding up response in emergencies. As an effect of reducing the burden of ground treatment in (2) and (3), there is an effect of reducing greenhouse gas emissions and contributing to SDGs on the ground.
  • the satellite constellation 11 described with reference to FIG. 11 or 13 is composed of a group of satellites composed of artificial satellites for each orbital plane.
  • the edge server 91 mounted on the mission satellite 20M stores the orbit information of the satellite group constituting the satellite constellation 11.
  • the computer 92 mounted on the mission satellite 20M analyzes the danger of collision between artificial satellites constituting the satellite constellation 11 by artificial intelligence using the orbit information stored in the edge server 91.
  • an edge server 91 for storing orbital information of the satellites constituting the constellation 11 and a computer 92 for analyzing the collision risk between the satellites are arranged in the constituent satellites of the communication satellite system. If there is a satellite for which a collision is predicted by the analysis result, the computer 92 gives an instruction to operate the propulsion device of the satellite in orbit. This makes it possible to avoid collisions between satellites and ensure flight safety.
  • the satellite constellation 11 is composed of a group of satellites composed of artificial satellites for each orbital plane.
  • the group of satellites constituting the satellite constellation can include a surveillance satellite equipped with a surveillance device for acquiring flying object information.
  • all the satellites are mission satellites 20M, in which a surveillance satellite equipped with a surveillance device is arranged.
  • the edge server 91 mounted on the mission satellite 20M stores the orbit information of the satellite group constituting the satellite constellation 11 and the projectile information acquired by the surveillance satellite.
  • the computer 92 mounted on the mission satellite 20M refers to the orbital information, and the flying object information stored in the edge server 91 is artificially configured to form the satellite constellation 11 via the annular communication network or the mesh communication network. Send to satellite.
  • a surveillance satellite equipped with a monitoring device as a mission device acquires launch detection information of a flying object and transmits the launch detection information to a satellite equipped with an edge server 91.
  • the computer 92 of the satellite provided with the edge server 91 selects a monitoring satellite capable of tracking and monitoring the flying object by referring to the flying object information and the orbit information, and transmits the flying object information to the selected monitoring satellite. This makes it possible to track the projectile.
  • the satellite constellation 11 is composed of a group of satellites composed of artificial satellites for each orbital plane.
  • the satellite group constituting the satellite constellation 11 is It can include multiple surveillance satellites equipped with surveillance devices that acquire flying object information.
  • all the satellites are mission satellites 20M, in which a surveillance satellite equipped with a surveillance device is arranged.
  • the edge server 91 mounted on the mission satellite 20M acquires and stores the projectile information from a plurality of surveillance satellites, and also stores the foresight information which is the projectile attribute information.
  • the computer 92 mounted on the mission satellite 20M calculates the predicted flight path of the flying object by executing the flight path analysis by artificial intelligence using the flying object information and the foresight information stored in the edge server 91.
  • the computer 92 transmits the flying object information stored in the edge server 91 to a monitoring satellite capable of tracking the predicted flight path.
  • the edge server 91 stores the flying object model including the flying object type, the type of propellant, the flying distance, and the typical flying profile as the foresight information.
  • the edge server 91 acquires and stores tracking information (flying object information) of a flying object acquired by a monitoring satellite equipped with a monitoring device as a mission device from a plurality of satellites.
  • the computer 92 performs flight path prediction analysis by inference by AI machine learning with reference to the flight object model which is the foresight information.
  • the computer 92 transmits the projectile information to a monitoring satellite capable of tracking the predicted flight path, which is the result of the flight path prediction analysis. This makes it possible to track the projectile.
  • the satellite constellation 11 is composed of a group of satellites composed of artificial satellites for each orbital plane.
  • the group of satellites constituting the satellite constellation 11 can include a plurality of monitoring satellites equipped with a monitoring device for acquiring flying object information.
  • the edge server 91 mounted on the mission satellite 20M acquires and stores the projectile information from a plurality of surveillance satellites, and also stores the foresight information which is the projectile attribute information.
  • the computer 92 mounted on the mission satellite 20M executes the prediction of the landing of the projectile by artificial intelligence using the projectile information and the foresight information stored in the edge server 91.
  • the computer 92 selects a satellite capable of transmitting the projectile information to the ground assets that can be dealt with by referring to the prediction result of the projectile landing from the satellite group constituting the satellite constellation 11.
  • the computer 92 causes the selected satellite to transmit the projectile information to the ground assets that can be dealt with.
  • the edge server 91 stores the position information in which the projectile countermeasure asset is deployed as the foresight information, the computer 92 estimates the landing position by opportunity learning, and the projectile information is stored in the ground asset located near the predicted landing position. To send. This makes it possible to deal with flying objects.
  • FIG. 15 shows a satellite constellation 11 including a mission satellite 20M.
  • the mission satellite 20M which is an artificial satellite equipped with a mission device, is equipped with at least one of a supercomputer 94 and a data center 95 as the mission device.
  • a mission satellite 20M equipped with a supercomputer 94 and a data center 95 for realizing a cloud environment is arranged on the satellite constellation 11 side. Then, after the supercomputer 94 or the data center 95 performs arithmetic processing in orbit, the mission satellite 20M transmits only the necessary data to the ground user terminal 93 or the ground data center 511.
  • FIG. 16 shows the position of the ground equipment 510.
  • the ground equipment 510 comprises at least one of a supercomputer 94 and a data center 95.
  • the ground equipment 510 is installed in a high latitude area having a latitude of 50 degrees or more, and exchanges information via the communication satellite system 10.

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Abstract

通信衛星システム（１０）では、軌道（Ａ）、軌道（Ｂ）、軌道（Ｃ）等の各軌道面を飛翔するそれぞれの通信衛星（２０）がこの通信衛星（２０）の前後を飛翔する他の通信衛星（２０）と通信するための前後通信装置を備えている。各軌道を飛翔するそれぞれの通信衛星（２０）が、範囲（７２）で示される軌道の北端及び範囲（７３）で示される南端で、前後通信装置を用いて隣接軌道の通信衛星（２０）とクロスリンク通信を形成する。よって前後通信装置のみで各軌道間の通信が可能になる。

Description

通信衛星システム、地球側制御設備、地上設備、人工衛星、通信地上センター及び伝送ルート探索装置
　本開示は、情報を伝送する通信衛星システムに関する。
　従来技術には、傾斜軌道の通信衛星コンステレーションによるバーチャルルーティングの開示がある（例えば特許文献１）。
　傾斜軌道の通信衛星コンステレーションに関して、以下の通信衛星コンステレーションが考えられる。複数の通信衛星を有する傾斜円軌道の軌道面を多数有し、一機の通信衛星が同一軌道面及び隣接軌道の通信衛星と通信クロスリンクを形成してメッシュ通信網を構成する、通信衛星コンステレーションである。しかし、１機の通信衛星が同時に前後左右４式の通信装置で別々の４機の通信衛星と同時通信回線を確立して維持するのは技術的に難度が高い。
特開２０１９－２０５１５６号公報
　本開示は、各軌道面を飛翔するそれぞれの通信衛星がこの通信衛星の前後を飛翔する通信衛星と通信するための前後通信装置を備えることで、各軌道間の通信が可能な通信衛星システムの提供を目的とする。
　本開示に係る通信衛星システムは、
　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た６つ以上の軌道面のそれぞれで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、
　前記軌道面ごとに８機以上の人工衛星を含み、
　前記軌道面ごとのそれぞれの人工衛星は、
　前記軌道面における飛翔方向の前方と前記飛翔方向の後方とを指向する通信装置である前後通信装置を備え、
　前記軌道面ごとのそれぞれの人工衛星は、
　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クロスリンク通信を前記前後通信装置によって形成することにより前記傾斜円軌道の全周を網羅する第一の通信網を形成し、
　前記軌道面ごとのそれぞれの人工衛星は、
　前記傾斜円軌道の北端と前記傾斜円軌道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、
　前記傾斜円軌道の前記北端を通過するときに前記傾斜円軌道を含む前記軌道面と隣り合う軌道面である隣接軌道面に含まれる前記傾斜円軌道の北端を通過する人工衛星とのクロスリンク通信を前記前後通信装置によって形成することにより第二の通信網を形成し、
　前記傾斜円軌道の前記南端を通過するときに前記隣接軌道面に含まれる前記傾斜円軌道の南端を通過する人工衛星とのクロスリンク通信を前記前後通信装置によって形成することにより第三の通信網を形成する。
　本開示の通信衛星システムは、各軌道面を飛翔するそれぞれの通信衛星が、軌道の北端及び南端で、前後通信装置を用いて隣接軌道の通信衛星２０とクロスリンク通信を形成する。よって前後通信装置のみで各軌道間の通信が可能になる。
実施の形態１の図で、通信衛星システム１０を示す図。 実施の形態１の図で、２４面の軌道面１２の傾斜円軌道を北極側からみた図。 実施の形態１の図で、グランドトレースにおける円環状通信網１、北端通信網２及び南端通信網３を示す図。 実施の形態１の図で、通信衛星システム１０の左右方向のクロスリンク通信を示す図。 実施の形態１の図で、通信衛星２０の４面図。 実施の形態１の図で、左右指向衛星の４面図。 実施の形態１の図で、地上間通信装置６１Ｃを備える通信衛星２０の４面図。 実施の形態１の図で、地上間通信装置６１Ｃ及びユーザ衛星通信装置６２Ｃを備える通信衛星２０の４面図。 実施の形態１の図で、地球に配置された地球側制御設備５２０を示す図。 実施の形態１の図で、地球側制御設備５２０のハードウェア構成を示す図。 実施の形態１の図で、通信衛星システム１０がミッション衛星２０Ｍを備える図。 実施の形態１の図で、ミッション装置９０を備えるミッション衛星２０Ｍを示す図。 実施の形態１の図で、通信衛星システム１０がミッション衛星２０Ｍを備える別の図。 実施の形態１の図で、軌道上で分散コンピューティング処理を行う構成を示す図。 実施の形態１の図で、ミッション衛星２０Ｍを含む衛星コンステレーション１１を示す図。 実施の形態１の図で、地上設備５１０の位置を示す図。
　実施の形態の説明及び図面において、同じ要素及び対応する要素には同じ符号を付している。同じ符号が付された要素の説明は、適宜に省略又は簡略化する。以下の実施の形態では、「部」を、「回路」、「工程」、「手順」、「処理」又は「サーキットリー」に適宜読み替えてもよい。
　実施の形態１．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
　以下の実施の形態では、図５から図８において、通信衛星の進行方向及び地心方向を以下のように定める。右手直交座標でプラス方向を向く＋Ｘ軸の方向を衛星の衛星進行方向＋Ｘ、右手直交座標でプラス方向を向く＋Ｚ軸の方向を衛星の地心方向＋Ｚとする。
　図１から図４を参照して，通信衛星システム１０を説明する。通信衛星システム１０では、軌道面１２に含まれる軌道は、傾斜円軌道を想定する。
＜通信衛星システム１０＞
　図１は、通信衛星システム１０を示す。通信衛星システム１０は、伝送対象の伝送情報を中継して伝送するシステムである。
　通信衛星システム１０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た６つ以上の軌道面１２のそれぞれで傾斜円軌道を飛翔する複数の人工衛星を備えている。図１では、地球６００と複数の軌道面１２との関係を示している。通信衛星システム１０の備える複数の人工衛星は、通信衛星２０である。
　図２は、２４面の軌道面１２を有する通信衛星システム１０を地球６００の北極側からみた図である。通信衛星システム１０の備える複数の通信衛星２０は、軌道面１２ごとに８機以上の通信衛星２０を含む。図１では一つの軌道面１２に３０機程度の通信衛星２０が配置されているが、同一の軌道面１２には少なくとも８機の通信衛星２０が配置されればよい。通信衛星システム１０では、通信衛星２０が、同一の軌道面１２に８機以上配置され、かつ、隣接して配置される６軌道面以上の複数の軌道面１２を飛翔することで衛星コンステレーション１１を形成する。
　図３は、グランドトレースにおける円環状通信網１、北端通信網２及び南端通信網３を示す。円環状通信網１は第一の通信網であり、北端通信網２は第二の通信網であり、南端通信網３は第三の通信網である。図３では、トレースＡからトレースＦを示している。以下ではトレースＡを軌道Ａという場合がある。他のトレースも同様である。通信衛星システム１０の６以上の各軌道面１２は、軌道傾斜角が共通する。軌道面１２が６つある場合、一つの軌道面１２の軌道傾斜角が５０度の場合、他の５つの軌道面１２の軌道傾斜角も５０度である。他の５つの軌道面１２の軌道傾斜角も５０度とは、「一つの軌道面１２の軌道傾斜角」と完全同一であることを意味するものではなく、誤差を含むことは当然である。通信衛星システム１０では、軌道傾斜角の角度が４０度以上６０度以下である。つまり、軌道面１２が６つある場合、一つの軌道面１２の軌道傾斜角が下限の４０度の場合、他の５つの軌道面１２の軌道傾斜角も４０度であり、一つの軌道面１２の軌道傾斜角が上限の６０度の場合、他の５つの軌道面１２の軌道傾斜角も６０度である。
＜円環状通信網１＞
　軌道面１２ごとのそれぞれの通信衛星２０は、軌道面１２における飛翔方向８１の前方と飛翔方向８１の後方とを指向する通信装置である前後通信装置を備えている。前後通信装置は、後述する第一の通信装置５１Ｃ及び第二の通信装置５２Ｃによって実現される。前後通信装置には光通信装置を使用することができる。つまり、第一の通信装置５１Ｃ及び第二の通信装置５２Ｃには、光通信装置を使用することができる。光通信は伝送容量が大きく、装置の小型軽量化が可能という効果がある。光通信では相互に通信する通信衛星同士が高精度で光通信ビームの指向制御をする必要がある。しかし、通信衛星が同一軌道面を飛翔する前後の人工衛星と通信する場合、通信衛星の相対関係がほぼ維持されるため指向変動が小さい。よって、同一軌道面における前後通信では光通信を比較的容易に実現できるので、この前後通信は光通信の効果を享受できる。図３では軌道Ｄには位置１Ｄから位置９Ｄには合計で９台の通信衛星２０が存在する。他の軌道では９台の通信衛星２０のうち一部を省略している。軌道Ｄでは、通信衛星２０の飛翔方向８１を示している。飛翔方向８１は北東方向である。他の軌道の飛翔方向も飛翔方向８１に同じである。
　図３に示すように、軌道Ａ等で示される軌道面ごとのそれぞれの通信衛星２０は、以下のように円環状通信網１を形成する。つまり、軌道面ごとのそれぞれの通信衛星２０は、飛翔方向８１の前方を飛翔する通信衛星２０と、飛翔方向８１の後方を飛翔する通信衛星２０とのクロスリンク通信を前後通信装置を用いて形成することで、傾斜円軌道の全周を網羅する円環状通信網１する。
　具体的に説明する。軌道Ｄに着目する。軌道Ｄでは、位置４Ｄの通信衛星２０は、飛翔方向８１の前方を飛翔する位置５Ｄの通信衛星２０と飛翔方向８１の後方を飛翔する位置３Ｄの通信衛星２０とのクロスリンクを前後通信装置によって形成する。これは軌道Ｄを飛翔する全部の通信衛星２０に共通する。点線で示す範囲７１は、同一軌道面内における前後衛星間のクロスリンク通信を示す。範囲７１における両矢印は、クロスリンク通信を示す。軌道Ｄによって示される軌道面１２には、軌道面１２の傾斜円軌道を飛翔する各通信衛星２０のクロスリンク通信により、傾斜円軌道の全周を網羅する円環状通信網１が形成される。他の軌道にも同様に円環状通信網１が形成される。
＜範囲７２，範囲７３＞
　図３の点線で示す範囲７２は、各軌道面の傾斜円軌道における最北端での、隣接軌道間の通信を示している。範囲７２は北端通信網２を示している。図３の点線で示す範囲７３は、各軌道面の傾斜円軌道における最南端での、隣接軌道間の通信を示している。範囲７３は南端通信網３を示している。通信衛星システム１０では、軌道面１２ごとのそれぞれの通信衛星２０は、傾斜円軌道の北端と傾斜円軌道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する。同期して通過するとは、北端に関しては、範囲７２に示すように、軌道Ａ，Ｂ，Ｃ・・・のようなどの軌道においても、通信衛星２０が同じ時刻に軌道の北端を飛翔することを意味する。南端に関しては、範囲７３に示すように、軌道Ａ，Ｂ，Ｃ・・・のようなどの軌道においても、通信衛星２０が同じ時刻に軌道の南端を飛翔することを意味する。図３では北端には、位置９Ａから位置９Ｆの通信衛星２０を表記している。アルファベットは軌道を表示するアルファベットに一致している。位置９Ａよりも左の通信衛星２０の位置は省略している。図３では南端には、位置１Ｄ，１Ｅ，１Ｆを表記している。位置１Ｆよりも左の通信衛星２０の位置は省略している。
＜北端通信網２＞
　北端通信網２について説明する。軌道面ごとのそれぞれの通信衛星２０は、傾斜円軌道の北端を通過するときに、隣接軌道面に含まれる傾斜円軌道の北端を通過する通信衛星２０とのクロスリンク通信を前後通信装置によって形成することにより北端通信網２を形成する。隣接軌道面とは、傾斜円軌道を含む軌道面と隣り合う軌道面である。例えば軌道Ｄの隣接軌道面は、軌道Ｃを含む軌道面及び軌道Ｅを含む軌道面である。軌道Ｄのそれぞれの通信衛星２０は、軌道Ｄの北端の位置９Ｄを通過するときに、隣接軌道面の軌道Ｃ及び隣接軌道面の軌道Ｅの北端を通過する通信衛星２０とクロスリンク通信を形成する。同様に、各軌道の北端を通過する通信衛星２０が隣接軌道の北端を通過する通信衛星２０とクロスリンク通信を形成する。
北端におけるこれらのクロスリンク通信の形成により、北端通信網２が形成される。
＜南端通信網３＞
　南端通信網３について説明する。軌道面ごとのそれぞれの通信衛星２０は、傾斜円軌道の南端を通過するときに、隣接軌道面に含まれる傾斜円軌道の南端を通過する通信衛星２０とのクロスリンク通信を前後通信装置によって形成することにより南端通信網３を形成する。例えば軌道Ｅのそれぞれの通信衛星２０は、軌道Ｅの南端の位置１Ｅを通過するときに、隣接軌道面の軌道Ｄ及び隣接軌道面の軌道Ｆの南端を通過する通信衛星２０とクロスリンク通信を形成する。同様に、各軌道の南端を通過する通信衛星２０が隣接軌道の南端を通過する通信衛星２０とクロスリンク通信を形成する。南端におけるこれらのクロスリンク通信の形成により、南端通信網３が形成される。
　北端通信網２及び南端通信網３について、さらに説明する。多数の通信衛星を有する軌道面を多数有し、ある軌道面を飛翔する通信衛星が同一軌道面の他の通信衛星及び隣接軌道の他の通信衛星と通信クロスリンクを形成することで、メッシュ通信網を構成する通信衛星コンステレーション構想が知られている。このような通信衛星コンステレーションでは、１機の通信衛星が同時に前後左右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る。しかし、このような通信回線を確立して維持するのは技術的に難度が高い。
　一方、軌道傾斜角４０度以上６０度の範囲の傾斜円軌道では、軌道面の北端及び南端において、通信衛星の南北方向の飛翔方向が反転する。このため、通信衛星は一時的に西から東に飛翔する状況となる。隣接軌道面の通信衛星が飛翔する軌道面内位相が、軌道面の最北端通過時及び最南端通過時に同期していれば、全ての軌道面の通信衛星が、軌道面の南北端通過時には西から東に飛翔している状態となる。
よって南北端通過時には、進行方向の前方と後方とを指向する通信装置により、隣接軌道の通信衛星とクロスリンク通信を形成可能となる。つまり北端通信網２及び南端通信網３では、前後を指向する通信装置だけで隣接軌道間との通信が可能となるので、トータル衛星数の少ない、低コストの通信衛星システムを実現できる。
また１機の通信衛星が同時に前後左右の４式の通信回線を確立、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。なお通信衛星が軌道面の南北端通過時において、図５で後述するように、述べたように、ＡｚｉｍｕｔｈとＥｌｅｖａｔｉｏｎの２軸周りに、衛星相対位置変化に応じた通信視野角を通信装置に対して確保することは言うまでもない。
　隣接軌道の通信衛星２０どうしの通信には、電波通信装置を使用することができる。北端通信網２及び南端通信網３の形成のためのクロスリンク通信には電波通信装置を使用することができる。また、後述する図４の範囲７４の左右通信に電波通信装置を使用してもよい。北端通信網２及び南端通信網３の形成のためのクロスリンク通信については以下のようである。つまり第一の通信装置５１Ｃ及び第二の通信装置５２Ｃには電波通信装置を使用することができる。電波通信装置が隣接軌道の通信衛星と電波クロスリンクを形成する。隣接軌道間の通信では通信衛星どうしの相対位置と進行方向との相違が大きいため、大角度の通信視野の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である。
　このため、電波通信装置の使用は、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、大容量通信を可能とする効果がある。北端通信網２及び南端通信網３における通信では、通信衛星２０が軌道面の南北端を通過する前後では、軌道面の交差がある。このために、通信方向が大角度で変化するため、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によれば通信途絶せず隣接軌道間の通信を継続できるという効果がある。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効果がある。
＜左右方向のクロスリンク通信＞
　図４は、通信衛星システム１０の左右方向のクロスリンク通信を示す。図４は図３に範囲７４を追加した図である。図４では範囲７１は省略している。通信衛星システム１０は、同一軌道面を飛翔する８機以上の通信衛星２０のなかに、飛翔方向８１の左方である西側と、飛翔方向８１の右方である東側とを指向する通信装置である左右通信装置を備える左右指向衛星３０を含む。左右指向衛星３０は通信衛星２０でもある。軌道面ごとの左右指向衛星３０は、飛翔方向８１の左方の隣接軌道面を飛翔する別の左右指向衛星３０及び飛翔方向８１の右方の隣接軌道面を飛翔する別の左右指向衛星３０と、左右通信装置によってクロスリンク通信を形成して通信する。左右通信装置は後述する第三の通信装置５３Ｃ及び第四の通信装置５４Ｃによって実現される。各軌道では、８機以上の通信衛星２０のうち、少なくとも１機が左右指向衛星３０である。左右指向衛星３０については後述する。図４の点線で示す範囲７４は、隣接軌道間の左右のクロスリンク通信を示している。両矢印がクロスリンク通信を示す。範囲７４では、軌道Ａの位置５Ａについて、位置５Ａから位置５Ｉを、左右指向衛星３０が飛翔している状態を示している。例えば位置５Ｂの左右指向衛星３０に注目すれば、位置５Ｂの左右指向衛星３０は隣接軌道の軌道Ａの位置５Ａの左右指向衛星３０とクロスリンク通信し、隣接軌道の軌道Ｃの位置５Ｃの左右指向衛星３０とクロスリンク通信する。図４に示す通信衛星システム１０では、すべて軌道における位置５の左右指向衛星３０が隣接軌道の左右指向衛星３０とクロスリンク通信を行う。
　上記のように、通信衛星システム１０は、飛翔方向の前方と後方と左右の側方を指向する左右指向衛星３０を軌道面の衛星間に追加され、軌道面内の円環状通信網が再構築される。通信衛星システム１０では、全部の軌道面に左右指向衛星３０が追加され、全部の軌道面の最北端通過タイミング及び最南端通過タイミングが同期される。通信衛星システム１０では、隣接軌道を飛翔する左右指向衛星３０どうしは、左右を指向する。左右通信装置で隣接軌道の間にクロスリンクを形成することで、隣接軌道間の通信待ち時間を短縮する効果がある。
＜通信衛星２０＞
　図５は、通信衛星２０の４面図である。通信衛星２０は第一の通信装置５１Ｃ及び第二の通信装置５２Ｃを備えている。図５のＸＺ平面に示すように、第一の通信装置５１Ｃと、第二の通信装置５２Ｃとは、地球６００に面する地球指向面１８に配置されている。第一の通信装置５１Ｃ及び第二の通信装置５２Ｃが前後通信装置を実現する。
　図５において、ＸＹ面における黒丸は、実際にその通信装置が見えることを示し、白丸は通信装置が実際には見えないことを示す。第一の通信装置５１Ｃは、通信衛星２０の進行方向の前方に配置される。第一の通信装置５１Ｃは、通信衛星２０の進行方向に通信視野５１を持つ。第二の通信装置５２Ｃは、通信衛星２０の進行方向に対して第一の通信装置５１Ｃの後方に配置される。第二の通信装置５２Ｃは、通信衛星２０の進行方向の反対方向に通信視野５２を持つ。図５の左側のＸＹ平面に示すように、第一の通信装置５１Ｃは、Ａｚｉｍｕｔｈ視野変更範囲５１Ｂで通信視野５１の変更が可能である。第二の通信装置５２Ｃも、Ａｚｉｍｕｔｈ視野変更範囲５２Ｂで通信視野５２の変更が可能である。図５のＸＺ平面に示すように、第一の通信装置５１Ｃは、Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ視野変更範囲５１Ｄで、＋Ｙ軸まわりにＥｌｅｖａｔｉｏｎ回転が可能である。第二の通信装置５２Ｃは、Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ視野変更範囲５２Ｄで、＋Ｙ軸まわりにＥｌｅｖａｔｉｏｎ回転が可能である。
＜左右指向衛星３０＞
　図６は、左右指向衛星３０の４面図である。左右指向衛星３０は通信衛星２０に対して、さらに、第三の通信装置５３Ｃ及び第四の通信装置５４Ｃを備えている。図６のＸＺ平面に示すように、第三の通信装置５３Ｃと、第四の通信装置５４Ｃとは、地球指向面１８の裏面であり地心方向＋Ｚの反対方向に向いている反地球指向面１９に配置されている。第三の通信装置５３Ｃ及び第四の通信装置５４Ｃは、左右通信装置を実現する。第三の通信装置５３Ｃは、左右指向衛星の進行方向の前方に配置される。第三の通信装置５３Ｃは、左右指向衛星の進行方向の前方に通信視野５３を持つ。第三の通信装置５３Ｃは、右方である東側で隣接する軌道を飛翔する左右指向衛星と北東通信方向である右方通信方向５３Ａでクロスリンク通信を形成する。第四の通信装置５４Ｃは、左右指向衛星の進行方向に対して第三の通信装置５３Ｃの後方に配置される。第四の通信装置５４Ｃは、左右指向衛星の進行方向の反対方向に通信視野５４を持つ。第四の通信装置５４Ｃは、左方である西側で隣接する軌道を飛翔する左右指向衛星と南西通信方向である左方通信方向５４Ａでクロスリンク通信を形成する。
＜アジマス＞
　第三の通信装置５３ＣのＡｚｉｍｕｔｈ通信視野は、衛星進行方向＋Ｘに対して±９０度以上である。つまり、図６の右側のＸＹ平面に示すように、第三の通信装置５３ＣのＡｚｉｍｕｔｈ視野変更範囲５３Ｂは、衛星進行方向＋Ｘに対して±９０度以上である。また、第四の通信装置５４ＣのＡｚｉｍｕｔｈ通信視野は、衛星進行方向＋Ｘの逆方向に対して±９０度以上である。つまり、第四の通信装置５４ＣのＡｚｉｍｕｔｈ視野変更範囲５４Ｂは、衛星進行方向＋Ｘの逆方向に対して±９０度以上である。
＜軌道面を飛翔する通信衛星の数＞
　同一の軌道面を飛翔する８機以上の通信衛星２０の数は、８よりも大きい奇数としてもよい。同一の軌道面を飛翔する通信衛星２０の数が８よりも大きい奇数の場合、円軌道を複数の通信衛星２０が等間隔で飛翔する場合、軌道面の最北端と最南端で通信衛星２０の通過タイミングが異なることになる。このため、通信待ち時間が約半分に短縮できる効果がある。
＜対地通信装置＞
　軌道面ごとのそれぞれの通信衛星２０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５１０と通信するための通信装置である対地通信装置を備えてもよい。軌道傾斜角４０度以上６０度以下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ため、通信衛星２０は一時的に西から東に飛翔する状況となる。この場合、地表面の緯度４０度以上６０度以下の範囲の領域上空に、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。このため北緯４０度以上６０度以下の範囲、または、南緯４０度以上６０度以下の範囲に位置する地上設備では、高頻度に衛星コンステレーション１１とクロスリンク通信を形成できる。
　地上間通信装置６１Ｃは対地通信装置である。図１には地上設備５１０を示している。
　図７は、地上間通信装置６１Ｃを備える通信衛星２０の４面図である。図７の通信衛星２０は、図５の通信衛星２０に対して地上間通信装置６１Ｃを備えている。
　図７に示すように地上間通信装置６１Ｃは、第一の通信装置５１Ｃ及び第三の通信装置５３Ｃよりも＋Ｘ方向に配置されている。地上間通信装置６１Ｃの通信視野６１は地心方向に向かう。地上設備５１０と通信する地上間通信装置６１Ｃは電波通信装置と光通信装置とのいずれでもよい。
　通信衛星２０は、ユーザ用の通信回線を介してユーザの通信装置と通信するユーザ通信装置を備えることができる。
　図８は、地上間通信装置６１Ｃ及びユーザ衛星通信装置６２Ｃを備える通信衛星２０の４面図である。図８の通信衛星２０は図７の通信衛星２０に対してユーザ衛星通信装置６２Ｃを備える。地上間通信装置６１Ｃ及びユーザ衛星通信装置６２Ｃは、ユーザ用の通信回線を介してユーザの通信装置と通信するユーザ通信装置として利用可能である。地上間通信装置６１Ｃは地球６００の陸海空に存在するユーザ通信装置と通信する。ユーザ衛星通信装置６２Ｃは宇宙空間に存在する監視衛星のようなユーザ衛星４０に搭載されるユーザ通信装置と通信する。ユーザ衛星通信装置６２Ｃは、反地球指向面１９の側に配置され、ユーザ衛星通信装置６２Ｃの通信視野６２は、反地球側の－Ｚ方向を指向する。このように通信衛星２０は、通信回線ユーザと通信するユーザ通信装置を備えている。ユーザ通信装置によって、観測衛星、航空機、艦船、車両等の移動体、及び地上の任意の位置にある地上設備との通信が可能である。また、ユーザ通信装置によって、宇宙空間及び地上の任意の対象との通信が可能となる。
＜地球側制御設備５２０＞
　図９は、通信衛星システム１０の備える複数の通信衛星２０を制御する、地球に配置された地球側制御設備５２０を示す。図１に地球側制御設備５２０を示した。地球側制御設備５２０は、通信衛星システム１０の形成する円環状通信網１、北端通信網２及び南端通信網３を用いて、複数の通信衛星２０を制御することができる。
　図１０は、地球側制御設備５２０のハードウェア構成を示す。図９に示すように、地球側制御設備５２０は、通信衛星システム１０の備える複数の通信衛星２０を制御する。図１０に示すように、地球側制御設備５２０は、プロセッサ５２０Ａ、主記憶装置５２０Ｂ、補助記憶装置５２０Ｃ、通信インタフェース５２０Ｄのようなハードウェアを備えている。通信インタフェース５２０Ｄは通信アンテナ５２０Ｆに接続している。プロセッサ５２０Ａは信号線５２０Ｅによって他のハードウェアと接続している。
＜通信地上センター５３０＞
　通信地上センター５３０は、通信衛星システム１０の備える複数の通信衛星２０のうちの少なくとも一つの通信衛星２０によって伝送される伝送情報の伝送ルートとして、伝送情報を経由させる１つ以上の通信衛星２０を複数の通信衛星２０から選択する伝送ルート探索装置を備える。図１０に示す地球側制御設備５２０によって伝送ルート探索装置を実現することができる。
　衛星制御部５２１は、通信衛星システム１０の備える複数の通信衛星２０のうちの少なくとも一つの通信衛星２０によって伝送される伝送情報の伝送ルートとして、伝送情報を経由させる１つ以上の通信衛星２０を複数の通信衛星２０から選択する。地球側制御設備５２０で実現される伝送ルート探索装置では、衛星制御部５２１は、伝送情報の伝送開始時刻と、伝送情報の伝送元の位置情報と、伝送情報の伝送先の位置情報と、を入力にして、伝送時間が最短となる伝送ルートである最適ルートを探索すると共に、最適ルートに含まれる各通信衛星による対象情報の伝送時刻を決定する。
　通信地上センター５３０は、通信衛星２０を制御する指令信号を送信して、通信衛星システム１０の運用を行う。通信地上センター５３０は、通信ルート探索装置を備える。通信ルート探索装置は、情報伝送元から情報伝送先までに経由する通信衛星と、通信衛星２０の伝送順番を決定する。通信ルート探索装置は、通信開始時刻と位置座標、及び伝送される伝送情報を伝送する相手の位置座標を、入力データとする。通信ルート探索装置である地球側制御設備５２０の衛星制御部５２１は、伝送情報を伝送するべき通信衛星の衛星ＩＤを連続並びにした伝送の最適ルートを探索する。衛星制御部５２１は、一連の衛星ＩＤと、通信衛星が次の通信衛星に伝送情報を伝送する予報時刻を列挙したリストと、伝送情報を伝送する通信衛星群に通信指令を与えるコマンドと、を生成物として生成する。衛星制御部５２１は、通信衛星２０の飛翔位置の計画軌道に対する実軌道の予測誤差、特定の位置座標を通過する予測時刻誤差、伝送情報の伝送に起因する遅延、予測誤差及び遅延時間に伴う衛星移動距離、衛星移動に伴う近傍通過衛星の相対位置変化、をルート探索の解析対象に含め、最短時間で伝送情報を伝送するべき最適ルートを探索する。
＜ミッション衛星２０Ｍ＞
　図１１は、図３に示す通信衛星システム１０が、複数の通信衛星２０のなかに、ミッション衛星２０Ｍを含む構成を示す。通信衛星システム１０は複数の通信衛星２０の中に、少なくも１機のミッション衛星２０Ｍを備えればよい。図１１では軌道Ｄの位置６Ｄをミッション衛星２０Ｍが飛翔している状態を示している。ミッション衛星２０Ｍは通信衛星２０である。ミッション衛星２０Ｍは、特定のミッションを行う通信衛星２０であり、衛星コンステレーション１１おいて同一軌道を飛翔する人工衛星間に投入される。ミッション衛星２０Ｍは、前後通信装置に加え、さらにミッション装置９０を備える。つまり、前後通信装置を備える人工衛星が通信衛星２０であるが、通信衛星２０が、さらにミッション装置９０を備えた場合、通信衛星２０はミッション衛星２０Ｍとなる。ミッション装置９０は、特定のミッションを行うための装置である。
　図１１では図３で述べたように円環状通信網が形成される。複数の通信衛星２０は、ミッション衛星２０Ｍが複数の通信衛星２００の間を飛翔し始めた後に、ミッション衛星２０Ｍを含めて円環状通信網を再構築して形成する。
　図１１に示すように、図３の通信衛星システム１０の構成に対してミッション衛星２０Ｍを投入することにより、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９０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９０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９０は、それ以外の装置であっても。
　図１２は、ミッション衛星２０Ｍの構成を示す。図１２は図５の通信衛星２０がミッション装置９０を備えることで、ミッション衛星２０Ｍとなっている。
　図１３は、図４に示す通信衛星システム１０が、複数の通信衛星２０のなかに、ミッション衛星２０Ｍを含む構成を示す。通信衛星システム１０は複数の通信衛星２０の中に、少なくも１機のミッション衛星２０Ｍを備えればよい。図１３では軌道Ｄの位置６Ｄをミッション衛星２０Ｍが飛翔している状態を示している。図３及び図１３では、各軌道のそれぞれの通信衛星２０が、飛翔方向の左右の隣接軌道面の通信衛星３００とのクロスリンク通信を左右通信装置を使って形成可能である。これにより、メッシュ状通信網が形成される。図１３では、通信衛星システム１０の衛星コンステレーション１１は、ミッション衛星２０Ｍが人工衛星間を飛翔し始めた後に、ミッション衛星２０Ｍ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。図１３に示す通信衛星システム１０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。
＊＊＊実施の形態１の効果の説明＊＊＊
　実施の形態１の通信衛星システム１０は、各軌道面を飛翔するそれぞれの通信衛星２０が、軌道の北端及び南端で、前後通信装置を用いて隣接軌道の通信衛星２０とクロスリンク通信を形成する。よって前後通信装置のみで各軌道間の通信が可能になる。また、ミッション衛星２０Ｍによって、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利用して伝送できる。
　実施の形態１で説明した通信衛星システム１０は、地球側制御設備５２０による衛星コンステレーション１１の制御方法として把握することも可能である。
＜実施の形態１の変形例＞
　図１４から図１６を参照して実施の形態１の変形例（以下、変形例）を説明する。変形例は、エッジコンピューティングに関する。
＜エッジサーバ＞
　図１４は、衛星コンステレーション側にエッジサーバ９１を具備し、軌道上で分散コンピューティング処理を行う構成を示している。図１４に示すように、ミッション装置９０を備える図１１あるいは図１３に示した、人工衛星であるミッション衛星２０Ｍは、ミッション装置９０として、エッジサーバ９１と人工知能を具備する計算機９２を搭載しており、ミッション衛星２０Ｍは、人工知能とエッジサーバ９２とを使用して、軌道上でエッジコンピューティングを実行する。地上のユーザ端末９３はミッション衛星２０Ｍと通信可能である。なお図１４は衛星の全部がミッション衛星２０Ｍであるが、これは説明のためである。衛星コンステレーション１１には１以上のミッション衛星２０Ｍが含まれればよい。
　分散型アーキテクチャを実現する手法としてＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｏｆ　Ｔｈｉｎｇｓ）側にエッジサーバを具備するエッジコンピューティングが着目されている。
従来のＩｏＴでは、センサで収集したデータをインターネット経由でクラウドへ送信し、分析を行う中央集中型の仕組みが一般的であった。
　これに対し、エッジコンピューティングでは、デバイス本体もしくはデバイスとクラウドの間に設置したエッジサーバで分散してデータ処理を行う仕組みをとることで、リアルタイムかつ低負荷なデータ処理を実現する。
また情報社会の高度化に伴う情報量の増大に伴い、消費電力の増大と排熱対策が課題となっている。特に中央集中型の仕組みではスーパーコンピュータや大規模データセンターの大電力化と排熱対策が深刻な課題になっている。
　一方、宇宙空間では放射冷却により深宇宙に排熱できるので、衛星コンステレーション側にエッジサーバを具備し、軌道上で分散コンピューターの処理をした後に必要データのみを地上に伝送するのが合理的である。図１１あるいは図１３に示す通信衛星システムによれば、宇宙空間に位置する衛星が、円環状通信網またはメッシュ通信網を経由して、地上設備５１０に地上データセンター５１１が具備されている形態のクラウドと情報授受して、低遅延（レーテンシ）とデータの一元管理を実現できるという効果がある。分散コンピューティングで処理する目的としては、以下の（１）から（４）がある。
（１）従来地上でクラウドコンピューティング処理していた内容を、軌道上分散コンピューティング処理することにより、地上処理の負担を軽減する。
（２）ミッション衛星が取得した衛星情報を、軌道上で分散コンピューティング処理することにより、地上に伝送するデータ量を軽減する。
（３）衛星コンステレーションの自システム内衝突防止のように、軌道上で自律的にシステム管理する。
（４）飛翔体追跡システムのように、緊急時において、軌道上取得情報を迅速に処理して、自律的に判断して軌道上次工程に反映すべき情報を分散コンピューティングすることにより、地上システムとの情報授受をなくして判断の迅速化を図る。軌道上でＩｏＴデバイスと見立てた衛星が分散コンピューティングする効果として、以下の（１）から（４）がある。
（１）地上設備の電力増大と集中による排熱問題の解決。
（２）地上に送信する衛星情報のデータ量低減による地上処理負荷の低減。
衛星コンステレーションの自律的システム管理による地上処理負荷の低減。
（３）緊急事態における対応の迅速化。
（２）及び（３）の地上処理の負担を低減する効果として、温室効果ガス排出量を減らし、地上のＳＤＧｓに貢献できるという効果がある。
＜衝突回避＞
　図１１あるいは図１３で述べた衛星コンステレーション１１は、軌道面ごとのそれぞれの人工衛星からなる衛星群によって構成されている。図１４において、ミッション衛星２０Ｍの搭載するエッジサーバ９１は、衛星コンステレーション１１を構成する衛星群の軌道情報を格納している。ミッション衛星２０Ｍの搭載する計算機９２は、衛星コンステレーション１１を構成する人工衛星同士の衝突の危険を、エッジサーバ９１に格納された軌道情報を用いて、人工知能によって解析する。
　法線ベクトルの異なる複数の軌道面において同一高度を衛星が飛翔する衛星コンステレーション１１では、軌道面の交線上で衝突するリスクがある。そこで、通信衛星システムの構成衛星の中に、コンステレーション１１を構成する衛星群の軌道情報を格納するエッジサーバ９１と、衛星どうしの衝突危険を解析する計算機９２を配置する。計算機９２は、解析結果によって衝突が予見された衛星があれば、軌道上でその衛星の推進装置を動作する指示を与える。これにより、衛星どうしの衝突を回避して飛行安全を確保することが可能となる
＜飛翔体情報の送信＞
　軌道面ごとのそれぞれの人工衛星からなる衛星群によって、衛星コンステレーション１１が構成されている。衛星コンステレーションを構成する衛星群は、飛翔体情報を取得する監視装置を搭載する監視衛星を含むことができる。図１４では、衛星はすべてミッション衛星２０Ｍを示しているが、この中に、監視装置を搭載する監視衛星が配置される。ミッション衛星２０Ｍに搭載されるエッジサーバ９１は、衛星コンステレーション１１を構成する衛星群の軌道情報と、監視衛星の取得した飛翔体情報とを格納している。
ミッション衛星２０Ｍに搭載される計算機９２は、軌道情報を参照することにより、エッジサーバ９１に格納された飛翔体情報を、円環状通信網あるいはメッシュ通信網を介して衛星コンステレーション１１を構成する人工衛星に送信する。
　ミッション装置として監視装置を具備する監視衛星が、飛翔体の発射探知情報を取得して、エッジサーバ９１を具備する衛星に発射探知情報を送信する。エッジサーバ９１を具備する衛星の計算機９２は、飛翔体情報と軌道情報とを参照して、飛翔体を追跡監視できる監視衛星を選択し、選択した監視衛星に飛翔体情報を送信する。これにより、飛翔体追跡が可能となる。
＜飛翔経路予測＞
　軌道面ごとのそれぞれの人工衛星からなる衛星群によって、衛星コンステレーション１１が構成されている。
衛星コンステレーション１１を構成する衛星群は、
　飛翔体情報を取得する監視装置を搭載する複数の監視衛星を含むことがでる。図１４では、衛星はすべてミッション衛星２０Ｍを示しているが、この中に、監視装置を搭載する監視衛星が配置される。ミッション衛星２０Ｍに搭載されるエッジサーバ９１は、複数の監視衛星から飛翔体情報を取得して格納するとともに、飛翔体属性情報である先見情報を格納している。ミッション衛星２０Ｍに搭載される計算機９２は、エッジサーバ９１に格納された飛翔体情報及び先見情報を用いて人工知能による飛翔経路解析を実行することにより飛翔体の予測飛翔経路を計算する。計算機９２は、予測飛翔経路を追跡可能な監視衛星に、エッジサーバ９１が格納する飛翔体情報を送信する。
　エッジサーバ９１が、先見情報として、飛翔体の型式と、推薬の種別と、飛翔可能距離と、典型的な飛翔プロファイルを含む飛翔体モデルを格納している。エッジサーバ９１は、ミッション装置として監視装置を具備する監視衛星が取得した飛翔体の追跡情報（飛翔体情報）を、複数の衛星から取得して、格納する。計算機９２は、先見情報である飛翔体モデルを参照してＡＩ機械学習による推論により飛翔経路予測解析を実施する。計算機９２は、飛翔経路予測解析の結果である予測飛翔経路を追跡可能な監視衛星に飛翔体情報を送信する。これにより、飛翔体追跡が可能となる。
＜着弾予測＞
　前記軌道面ごとのそれぞれの人工衛星からなる衛星群によって、衛星コンステレーション１１が構成されている。衛星コンステレーション１１を構成する衛星群は、飛翔体情報を取得する監視装置を搭載する複数の監視衛星を含むことができる。ミッション衛星２０Ｍに搭載されるエッジサーバ９１は、複数の監視衛星から飛翔体情報を取得して格納するとともに、飛翔体属性情報である先見情報を格納している。ミッション衛星２０Ｍに搭載される計算機９２は、エッジサーバ９１に格納された飛翔体情報及び先見情報を用いて人工知能による飛翔体着弾の予測を実行する。計算機９２はこの着弾予測から、対処可能な地上アセットに飛翔体情報を送信できる衛星を、衛星コンステレーション１１を構成する衛星群のなかから飛翔体着弾の予測結果を参照して選択する。計算機９２は、選択した衛星に、対処可能な地上アセットまで飛翔体情報を伝送させる。
 　エッジサーバ９１が、先見情報として、飛翔体対処アセットの配備された位置情報を格納し、計算機９２が機会学習により着弾位置を推定して、予測着弾位置の近傍に位置する地上アセットに飛翔体情報を送信する。これにより、飛翔体対処が可能になる。
＜データセンター＞
　図１５は、ミッション衛星２０Ｍを含む衛星コンステレーション１１を示す。図１５では、ミッション装置を備える人工衛星であるミッション衛星２０Ｍは、ミッション装置として、スーパーコンピュータ９４とデータセンター９５との少なくともいずれかを搭載する。
　情報社会の高度化に伴う情報量の増大に伴い、消費電力の増大と排熱対策が課題となっており、特に中央集中型の仕組みではスーパーコンピュータや大規模データセンターの大電力化と排熱対策が深刻な課題になっている。一方、宇宙空間では放射冷却により深宇宙に排熱できる。このため衛星コンステレーション１１側に、クラウド環境を実現するためのスーパーコンピュータ９４やデータセンター９５を具備するミッション衛星２０Ｍを配置する。そして、軌道上でスーパーコンピュータ９４またはデータセンター９５が演算処理をした後に、ミッション衛星２０Ｍは、必要データのみを、地上のユーザ端末９３あるいは地上データセンター５１１に伝送する。これにより、クラウド環境を維持し、地上のＳＤＧｓに貢献できるという効果がある。図１１あるいは図１３の通信衛星システム１０によれば、円環状通信網ないしメッシュ通信網を経由して、衛星と任意の地上ユーザとが情報授受ができる。また通信衛星システム１０を構成する各衛星をＩｏＴと見なした分散コンピューティングを、低レーテンシでデータ一元管理を実現できるという効果がある。
＜地上設備５１０＞
　図１６は地上設備５１０の位置を示す。地上設備５１０は、スーパーコンピュータ９４とデータセンター９５との少なくともいずれかを具備する。地上設備５１０は、緯度５０度以上の高緯度地域に設置され、通信衛星システム１０を経由して情報を授受する。
　スーパーコンピュータや大規模なデータセンターを構成する計算機は消費電力が大きく、発熱量も大きいため、従来は大規模な冷却設備を具備する地上設備内で稼働してきた。これは大電力の消費や外部に対する排熱はＳＤＧｓの観点のデメリットとなるという課題があった。クラウドコンピューティングの普及に伴い、スーパーコンピュータやデータセンターの設置場所はユーザにとっては制約条件にならなくなり、高速な通信回線が確保されれば、大電力を消費して高発熱の機器は寒冷地となる高緯度地域に配備するのが合理的である。
　一方、光ファイバー通信網などを地上で敷設する場合に、高緯度地域からユーザが密集する大都市部まで大容量通信網を張り巡らすのはコスト的にデメリットが大きいという課題があった。これに対して例えば軌道高度３００ｋｍ程度に形成されて、光通信端末で円環状ないしメッシュ状通信網を形成するハイブリッドコンステレーションによれば、高緯度地域から大都市部への情報通信網確保が容易であり、レーテンシも優れるという効果がある。
　また極軌道衛星は毎周回極域を通過するので、極域を含む高緯度地域に対して通信容量の拡大が容易にできるという効果がある。
　傾斜軌道衛星においても、南半球から北上する衛星は軌道面最北端において、衛星が西から東に飛翔して北半球から南下する方向に進行方向が変わり、北半球から南下する衛星は軌道面最南端において、衛星が西から東に飛翔して南半球から北上する方向に進行方向が変わる。このため、軌道傾斜角が５０度以上の軌道では衛星が西から東に飛翔する領域において軌道面の最北端及び最南端において極域を含む高緯度地域に設置された地上設備と通信容量を拡大しやすいという効果がある。
　また極域を含む高緯度地域に設置したデータセンターとの通信回線として、地上回線は排除して、堅牢なセキュリティ対策を施した衛星との通信回線に限定することにより、サイバー攻撃から遮断した、堅牢なセキュリティ環境のデータセンターを構築できるという効果がある。
　Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ　軌道、１　円環状通信網、２　北端通信網、３　南端通信網、１０　通信衛星システム、１１　衛星コンステレーション、１２　軌道面、２０　通信衛星、２０Ｍ　ミッション衛星、３０　左右指向衛星、４０　ユーザ衛星、５１　通信視野、５１Ｃ　第一の通信装置、５２　通信視野、５２Ｃ　第二の通信装置、５３　通信視野、５３Ａ　右方通信方向、５３Ｃ　第三の通信装置、５４　通信視野、５４Ａ　左方通信方向、５４Ｃ　第四の通信装置、６１Ｃ　地上間通信装置、６１　通信視野、７１，７２，７３，７４　範囲、６２Ｃ　ユーザ衛星通信装置、６２　通信視野、８１　飛翔方向、９０　ミッション装置、９１　エッジサーバ、９２　計算機、９３　ユーザ端末、９４　スーパーコンピュータ、９５　データセンター、５１０　地上設備、５１１　地上データセンター、５２０　地球側制御設備、５２０Ａ　プロセッサ、５２０Ｂ　主記憶装置、５２０Ｃ　補助記憶装置、５２０Ｄ　通信インタフェース、５２０Ｅ　信号線、５２０Ｆ　通信アンテナ、５２１　衛星制御部、５３０　通信地上センター、６００　地球。

Claims (20)

  1. 　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た６つ以上の軌道面のそれぞれで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、
    　前記軌道面ごとに８機以上の人工衛星を含み、
    　前記軌道面ごとのそれぞれの人工衛星は、
    　前記軌道面における飛翔方向の前方と前記飛翔方向の後方とを指向する通信装置である前後通信装置を備え、
    　前記軌道面ごとのそれぞれの人工衛星は、
    　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クロスリンク通信を前記前後通信装置によって形成することにより前記傾斜円軌道の全周を網羅する第一の通信網を形成し、
    　前記軌道面ごとのそれぞれの人工衛星は、
    　前記傾斜円軌道の北端と前記傾斜円軌道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、
    　前記傾斜円軌道の前記北端を通過するときに前記傾斜円軌道を含む前記軌道面と隣り合う軌道面である隣接軌道面に含まれる前記傾斜円軌道の北端を通過する人工衛星とのクロスリンク通信を前記前後通信装置によって形成することにより第二の通信網を形成し、
    　前記傾斜円軌道の前記南端を通過するときに前記隣接軌道面に含まれる前記傾斜円軌道の南端を通過する人工衛星とのクロスリンク通信を前記前後通信装置によって形成することにより第三の通信網を形成する、
    通信衛星システム。
  2. 　前記軌道傾斜角が４０度以上６０度以下である請求項１に記載の通信衛星システム。
  3. 　前記軌道面ごとの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通信装置である対地通信装置を備える請求項１または請求項２に記載の通信衛星システム。
  4. 　同一の軌道面を飛翔する前記８機以上の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項に記載の通信衛星システム。
  5. 　前記通信衛星システムは、
    　前記８機以上の人工衛星のなかに、前記飛翔方向の左方と前記飛翔方向の右方とを指向する通信装置である左右通信装置を備える左右指向衛星を含み、
    　前記軌道面ごとの前記左右指向衛星は、
    　前記飛翔方向の左方の前記隣接軌道面を飛翔する前記左右指向衛星及び前記飛翔方向の右方の前記隣接軌道面を飛翔する前記左右指向衛星と、前記左右通信装置によって通信する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の通信衛星システム。
  6. 　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５のいずれか１項に記載の通信衛星システム。
  7. 　前記前後通信装置が電波通信装置である請求項５に記載の通信衛星システム。
  8. 　前記複数の人工衛星の１以上の人工衛星は、
    　特定のミッションを行うためのミッション装置を備える請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の通信衛星システム。
  9. 　請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の通信衛星システムの備える前記複数の人工衛星を制御する、地球に配置された地球側制御設備。
  10. 　請求項３に記載の対地通信装置と通信する地上設備。
  11. 　ユーザ用の通信回線を介してユーザの通信装置と通信するユーザ通信装置を備える請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の人工衛星。
  12. 　請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の通信衛星システムの備える前記複数の人工衛星のうちの少なくとも一つの前記人工衛星によって伝送される伝送情報の伝送ルートとして、前記伝送情報を経由させる１つ以上の人工衛星を前記複数の人工衛星から選択する伝送ルート探索装置を備える通信地上センター。
  13. 　請求項１２に記載の通信地上センターの備える伝送ルート探索装置であって、
    　伝送情報の伝送開始時刻と、前記伝送情報の伝送元の位置情報と、前記伝送情報の伝送先の位置情報と、を入力にして、伝送時間が最短となる伝送ルートである最適ルートを探索すると共に、前記最適ルートに含まれる各人工衛星による前記伝送情報の伝送時刻を決定する伝送ルート探索装置。
  14. 　前記ミッション装置を備える前記人工衛星であるミッション衛星は、
    　前記ミッション装置として、エッジサーバと人工知能を具備する計算機を搭載し、
    軌道上でエッジコンピューティングを実行する請求項８記載の通信衛星システム。
  15. 　前記軌道面ごとのそれぞれの人工衛星からなる衛星群によって、衛星コンステレーションが構成されており、
    　前記ミッション衛星の搭載する前記エッジサーバは、
    　前記衛星コンステレーションを構成する衛星群の軌道情報を格納しており、
    　前記ミッション衛星の搭載する前記計算機は、
    　前記衛星コンステレーションを構成する前記人工衛星同士の衝突の危険を、前記軌道情報を用いて前記人工知能によって解析する請求項１４に記載の通信衛星システム。
  16. 　前記軌道面ごとのそれぞれの人工衛星からなる衛星群によって、衛星コンステレーションが構成されており、
    　前記衛星コンステレーションを構成する衛星群は、
    　飛翔体情報を取得する監視装置を搭載する監視衛星を含み、
    　前記ミッション衛星に搭載される前記エッジサーバは、
    　前記衛星コンステレーションを構成する衛星群の軌道情報と、前記監視衛星の取得した飛翔体情報とを格納しており、
    　前記ミッション衛星に搭載される前記計算機は、
    　前記軌道情報を参照することにより、前記エッジサーバに格納された前記飛翔体情報を、前記衛星コンステレーションを構成する人工衛星に送信する請求項１４に記載の通信衛星システム。
  17. 　前記軌道面ごとのそれぞれの人工衛星からなる衛星群によって、衛星コンステレーションが構成されており、
    　前記衛星コンステレーションを構成する衛星群は、
    　飛翔体情報を取得する監視装置を搭載する複数の監視衛星を含み、
    　前記ミッション衛星に搭載される前記エッジサーバは、
    　前記複数の監視衛星から前記飛翔体情報を取得して格納するとともに、飛翔体属性情報である先見情報を格納しており、
    　前記ミッション衛星に搭載される前記計算機は、
    　前記エッジサーバに格納された前記飛翔体情報及び前記先見情報を用いて前記人工知能による飛翔経路解析を実行することにより飛翔体の予測飛翔経路を計算し、前記予測飛翔経路を追跡可能な監視衛星に、前記エッジサーバが格納する前記飛翔体情報を送信する請求項１４または請求項１６に記載の通信衛星システム。
  18. 　前記軌道面ごとのそれぞれの人工衛星からなる衛星群によって、衛星コンステレーションが構成されており、
    　前記衛星コンステレーションを構成する衛星群は、
    　飛翔体情報を取得する監視装置を搭載する複数の監視衛星を含み、
    　前記ミッション衛星に搭載される前記エッジサーバは、
    　前記複数の監視衛星から前記飛翔体情報を取得して格納するとともに、飛翔体属性情報である先見情報を格納しており、
    　前記ミッション衛星に搭載される計算機は、
    　前記エッジサーバに格納された前記飛翔体情報及び前記先見情報を用いて前記人工知能による飛翔体着弾の予測を実行し、対処可能な地上アセットに飛翔体情報を送信できる衛星を、前記衛星コンステレーションを構成する衛星群のなかから飛翔体着弾の予測結果を参照して選択し、選択した衛星に、前記対処可能な地上アセットまで前記飛翔体情報を伝送させる請求項１４に記載の通信衛星システム。
  19. 　前記ミッション装置を備える前記人工衛星であるミッション衛星は、
    　前記ミッション装置として、スーパーコンピュータとデータセンターとの少なくともいずれかを搭載する請求項８に記載の通信衛星システム。
  20. 　スーパーコンピュータとデータセンターとの少なくともいずれかを具備し、
    　緯度５０度以上の高緯度地域に設置され、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、１４、１５、１６、１７、１８のいずれか１項に記載の通信衛星システムを経由して情報授受する地上設備。
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