(57)【要約】      （修正有）【課題】試験コストを増大させることなく、人工衛星の制御ソフトウェアの試験を行う模擬装置を提供する。【解決手段】特有の状況下における衛星状態を設定し各模擬部に反映する機能（衛星状態設定部１０に対応）、アクチュエータ模擬部１１の出力結果を衛星の姿勢の制御の模擬に反映させる機能（入出力変換部１２に対応）、コンポーネントをすべて結合した衛星全体としての姿勢や軌道の制御を模擬し、センサ模擬部１５に反映する機能（衛星軌道模擬部１３、衛星姿勢模擬部１４に対応）を備える。【選択図】図１
2018184087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工衛星の姿勢や軌道を制御するための制御ソフトウェアの試験を行う人工衛星及び宇宙空間模擬装置であって、衛星状態設定部と、複数の模擬部と、入出力変換部と、からなり、
前記衛星状態設定部は、人工衛星の各フェーズに対応した、衛星の質量、衛星の慣性モーメント、衛星に搭載されるコンポーネントの取付け角度や位置の少なくとも１つを設定し、
前記複数の模擬部は、
衛星に搭載するリアクションホイールの動作を再現するアクチュエータ模擬部と、
衛星に搭載するスタートラッカの動作を再現するセンサ模擬部と、
宇宙空間における衛星の位置、速度を計算する衛星軌道模擬部と、
宇宙空間における衛星の姿勢を計算する衛星姿勢模擬部と、
を備え、
前記入出力変換部は、前記衛星状態設定部で設定された情報を前記模擬部に入力可能なデータ形式に変換して前記模擬部に出力し、また、前記複数の模擬部のそれぞれの模擬部で生成した情報を、他の模擬部に入力できるデータ形式に変換し、適切なタイミングで前記他の模擬部に出力する、ことを特徴とする人工衛星及び宇宙空間模擬装置。
【請求項２】
前記入出力変換部は、前記アクチュエータ模擬部の出力を前記衛星姿勢模擬部に入力できるデータ形式に変換し、前記衛星姿勢模擬部が処理するタイミングで前記衛星姿勢模擬部に出力することを特徴とする請求項１記載の人工衛星及び宇宙空間模擬装置。
【請求項３】
前記入出力変換部は、前記衛星姿勢模擬部に入力できるデータ形式として、アクチュエータトルクに変換することを特徴とする請求項２記載の人工衛星及び宇宙空間模擬装置。
【請求項４】
前記複数の模擬部はさらに、宇宙空間における太陽輻射圧、大気圧、重力のいずれかの外乱を模擬する外乱模擬部を備え、
前記入出力変換部は、前記外乱により発生するトルクを前記他の模擬部に出力することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の人工衛星及び宇宙空間模擬装置。
【請求項５】
前記複数の模擬部はさらに、スラスタ模擬部を備え、
前記入出力変換部は、前記スラスタ模擬部で得られたアクチュエータトルクを、衛星の外部で発生するトルクとして、前記衛星軌道模擬部に適切なタイミングで出力することを特徴とする請求項４記載の人工衛星及び宇宙空間模擬装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、人工衛星及び宇宙空間を模擬する模擬装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星（以下、衛星と示す。）には、衛星の姿勢や、衛星の軌道を制御するためのソフトウェア（制御ソフトウェアと示す。）が搭載される。また、衛星には、それらの制御を実現するためのセンサやアクチュエータなどが取り付けられる。センサは、宇宙空間における衛星の位置や姿勢を検出するコンポーネントである。アクチュエータは、衛星が目標とする姿勢の変更や、軌道の修正を目的として搭載されるコンポーネントである。制御ソフトウェアは、センサが出力した情報を基に適切な制御量を算出し、アクチュエータにフィードバックすることで、衛星の姿勢と軌道を制御している。
【０００３】
制御ソフトウェアの試験では、上述のような適切な制御量を算出しアクチュエータにフィードバックするようなフィードバック制御を試験できる構成が必要とされる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
具体的には、センサ、アクチュエータ、及び制御ソフトウェアを搭載した装置を、図５に示すような電気的に接続した構成で実施される。
以下、図５に従って、制御ソフトウェアの従来の試験方法を述べる。
【０００５】
信号送信端末１は、試験実施者が制御ソフトウェア３に対して命令信号を送信するための装置である。命令信号には、コンポーネントの起動を指示する信号などがある。信号送信端末１から出力する命令信号は、電気信号出力装置２を通して電気信号に変換され、試験対象ソフトウェア搭載装置４に入力される。
制御ソフトウェア３は、命令信号を受信した後、スタートラッカ５、リアクションホイール６に対して、コンポーネントの起動信号を出力する。
【０００６】
スタートラッカ５は、内蔵した光検出器で検出した、指向方向における光の分布や光の強度から、星座標とその座標に対応した星光度を算出し、内部にもつ宇宙空間の星座標及び星光度の情報と、算出した結果を照らし合わせることで、宇宙空間における衛星の姿勢を表すクォタニオンを制御ソフトウェア３に出力する装置である。
ここで、クォタニオンとは、三次元空間の回転を表す四元数において物体の姿勢、または、回転状態を表す数学表現である。
また、スタートラッカ制御装置８は、ある宇宙空間の位置から観測した際の恒星の位置や光度を表す天体マップ情報と、スタートラッカ５に覆い被せて天体マップ情報に従った恒星位置を光度と共に表示するパネルを備えており、そのパネルに表示する天体マップの角度や位置を変更させ、宇宙空間で衛星がどのような姿勢にあるかを再現している。
【０００７】
制御ソフトウェア３では、衛星が目標とする姿勢に変更するために必要なリアクションホイール６の制御信号を算出する。ここで、リアクションホイール６の制御信号は、制御トルク量、及び回転方向を表す制御トルク信号がある。制御トルク信号とは、リアクションホイール６の回転軸周りに作用する力を示すトルクと、回転方向を表す信号である。この算出した制御トルク信号をリアクションホイール６に出力する。
【０００８】
リアクションホイール６は、回転軸まわりに円盤を回転させることで衛星の角運動量を変化させ、その変化量分だけ発生したトルクによって衛星の姿勢を制御するコンポーネントである。リアクションホイール６では、入力された制御トルク信号から回転を開始する。
【０００９】
リアクションホイール出力測定装置７は、リアクションホイール６と電気的に接続され、リアクションホイール６の回転数を測定する装置である。測定した回転数をスタートラッカ制御装置８の制御量に変換し、スタートラッカ５の指向方向の変更を目的とした、制御信号をスタートラッカ制御装置８に入力する。
【００１０】
スタートラッカ制御装置８は、リアクションホイール出力測定装置７から入力された制御信号を基に、スタートラッカ５に被せたパネルに表示する天体マップ情報を変更する。
【００１１】
スタートラッカ５は、初期に検知した星座標及び星光度の情報と、リアクションホイール６によって衛星の姿勢を変更した後の情報からクォタニオンを算出する。算出した結果は、制御ソフトウェア３に出力する。
【００１２】
制御ソフトウェア３は、受信したクォタニオンと目標とする姿勢方向を表すクォタニオンを比較し、衛星が目標とする姿勢に到達するまでに必要なリアクションホイール６の制御トルク量と回転方向を算出する。それらの情報から制御トルク信号を生成し、リアクションホイール６に出力する。
【００１３】
背景技術では、上述した動作を繰り返し、スタートラッカ５とリアクションホイール６の振る舞いを確認することで制御ソフトウェア３を試験している。
リアクションホイール出力測定装置７、スタートラッカ制御装置８は、リアクションホイール６の出力をスタートラッカ５にフィードバックするために必要な装置であり、制御ソフトウェアの試験において不可欠な装置である（以下、フィードバック制御装置と示す。）。
また、フィードバック制御装置は、試験構成に含むコンポーネントに依存する装置である。そのため、図５に示したスタートラッカ５とリアクションホイール６を他のコンポーネントに変更した場合、同時にフィードバック制御装置も変更して、試験構成を構築する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０１１−２１３３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
図５に示すように、制御ソフトウェア３は、スタートラッカ５が出力した情報から適切なリアクションホイール６の制御トルク信号を生成し、リアクションホイール６にフィードバックしている。
そのため、制御ソフトウェア３の試験構成には、衛星の姿勢と軌道の制御を試験するためのフィードバック制御装置が必要となるという課題があった。これは、試験コストの増大を引き起こす要因のひとつであった。
【００１６】
図５に示すスタートラッカ制御装置８は、リアクションホイール出力測定装置７の出力結果を基として、パネルに表示する天体マップ情報を変更する装置である。そのため、スタートラッカに与えられる星座情報、光度の精度は、パネルの表示能力に依存するため、高精度な衛星制御を再現することができない。
【００１７】
衛星は、打ち上げ時や軌道上の様々な状況下で衛星の質量や慣性モーメントが時間に応じて変化する。例えば、衛星の質量は、衛星に搭載される推薬量が打ち上げ時から消費され続けることから変動（減少）する。また、これに連動して、衛星の慣性モーメントも変化する。上述したことは、図５に示す制御ソフトウェア３の試験において、衛星状態の変化を加味することが必要であることを示している。
しかしながら図５の試験構成では、衛星の質量や慣性モーメントの変化に対応した試験を実施することは困難であり、試験の難易度を高め、試験期間の長期化や試験コスト増大の要因となる。
【００１８】
衛星のコンポーネントの取り付け角度や位置のずれは、衛星全体の重心位置の誤差を発生させる要因のひとつとなる。そのため、図５に示す制御ソフトウェア３の試験では、コンポーネントの取り付け角度や位置のずれを加味し、衛星の姿勢と軌道の制御を果たしているかを確認する必要がある。
しかしながら、図５の試験構成では、衛星にコンポーネントを取り付ける前に、取り付け角度や位置のずれを反映させて制御ソフトウェア３を試験することができない。これは、制御ソフトウェア３の試験の難易度を高める要因となり、試験期間の長期化や試験コストの増大を引き起こす。
【００１９】
衛星の状態と同様に、宇宙空間の環境も常に変化し続けており、太陽輻射圧、大気圧、重力などの外乱が衛星の姿勢や軌道の制御に影響を及ぼす。ここで、太陽輻射圧は、太陽が放出する光によって与えられる圧力である。外乱は、衛星の外部から圧力を加えることで意図しない力を発生させ、衛星の姿勢と軌道の制御に誤差を発生させる。そのため、図５に示す制御ソフトウェア３の試験では、上述したような宇宙空間の外乱を加味した再現が必要となる。外乱を発生させる装置は、高度な技術を駆使しても技術的に再現が難しく、試験コストの増大を引き起こす要因となる。
【００２０】
衛星に搭載するコンポーネントには、図５で示したスタートラッカ５、リアクションホイール６の他にもある。図５に示す試験構成では、スタートラッカ５、リアクションホイール６の例を示しているが、その他のセンサやアクチュエータを利用した場合には、フィードバック制御装置の変更も必要とされる。これは、コンポーネントごとに依存した試験構成の必要性を示しており、試験コストの増大を引き起こす課題となる。
【００２１】
この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、試験コストを増大させることなく、人工衛星の制御ソフトウェアの試験を行う模擬装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
この発明に係る人工衛星及び宇宙空間模擬装置は、人工衛星の姿勢や軌道を制御するための制御ソフトウェアの試験を行う人工衛星及び宇宙空間模擬装置であって、
衛星状態設定部と、複数の模擬部と、入出力変換部と、からなり、
前記衛星状態設定部は、人工衛星の各フェーズに対応した、衛星の質量、衛星の慣性モーメント、衛星に搭載されるコンポーネントの取付け角度や位置の少なくとも１つを設定し、
前記複数の模擬部は、
衛星に搭載するリアクションホイールの動作を再現するアクチュエータ模擬部と、
衛星に搭載するスタートラッカの動作を再現するセンサ模擬部と、
宇宙空間における衛星の位置、速度を計算する衛星軌道模擬部と、
宇宙空間における衛星の姿勢を計算する衛星姿勢模擬部と、
を備え、
前記入出力変換部は、前記衛星状態設定部で設定された情報を前記模擬部に入力可能なデータ形式に変換して前記模擬部に出力し、また、前記複数の模擬部のそれぞれの模擬部で生成した情報を、他の模擬部に入力できるデータ形式に変換し、適切なタイミングで前記他の模擬部に出力する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、従来の試験構成で必要であったフィードバック制御装置を排除することができる。これにより、試験構成を簡略化することができ、制御ソフトウェア試験におけるコストの増大を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施の形態１である人工衛星及び宇宙空間模擬装置を用いた試験構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１である人工衛星及び宇宙空間模擬装置の処理の流れを示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２である外乱模擬を追加した人工衛星及び宇宙空間模擬装置の処理の流れを示す図である。
【図４】この発明の実施の形態３である入出力変換部に処理経路決定部処理と反映順序決定部処理を備えた人工衛星及び宇宙空間模擬装置の処理の流れを示す図である。
【図５】この発明の背景技術である制御ソフトウェアの従来の試験構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における人工衛星及び宇宙空間模擬装置９を用いた試験構成１００を示すものである。
実施の形態１では、従来の試験構成（図５）に対して、人工衛星及び宇宙空間模擬装置９を追加し、また、従来の試験構成で具えていたスタートラッカ５、リアクションホイール６、リアクションホイール出力測定装置７、及びスタートラッカ制御装置８を除いた構成である。
【００２６】
次に、人工衛星及び宇宙空間模擬装置９を用いた試験構成１００の動作を説明する。
試験実施者は、信号送信端末１から電気信号出力装置２に対して、スタートラッカ及びリアクションホイールの起動を指示する命令信号を送信する。
同時に、試験実施者は、信号送信端末１から電気信号出力装置２に対して、人工衛星及び宇宙空間模擬装置９の起動を指示する命令信号を送信する。
【００２７】
電気信号出力装置２は、信号送信端末１から受信したスタートラッカ及びリアクションホイールの起動を指示する命令信号を電気信号に変換し、試験対象ソフトウェア搭載装置４に出力する。
同時に、電気信号出力装置２は、人工衛星及び宇宙空間模擬装置９の起動を指示する命令信号を電気信号に変換し、人工衛星及び宇宙空間模擬装置９に出力する。
【００２８】
人工衛星及び宇宙空間模擬装置９は、電気信号出力装置２から起動信号を受信し、衛星の各種模擬の開始前に衛星状態設定部１０の処理を実行する。具体的には、模擬する衛星状態のフェーズ（打ち上げ時、軌道上時など）を選択し、それに対応した衛星の質量、衛星の慣性モーメント、及びコンポーネントの取り付け角度や位置などの情報が入出力変換部１２を通して、衛星軌道模擬部１３、衛星姿勢模擬部１４に設定される。
ここで、模擬する衛星状態のフェーズ（打ち上げ時、軌道上時など）と、それに対応した衛星の質量、衛星の慣性モーメント、及びコンポーネントの取り付け角度や位置などの情報の情報は予め関連付けされて、衛星状態設定部１０が具える記憶部に記憶されている。模擬する衛星状態のフェーズの選択は、人工衛星及び宇宙空間模擬装置９の起動を指示する命令信号に含まれていてもよいし、順番に自動で選択されるようになっていてもよい。
【００２９】
人工衛星及び宇宙空間模擬装置９は、衛星状態設定部１０、アクチュエータ模擬部１１、入出力変換部１２、衛星軌道模擬部１３、衛星姿勢模擬部１４、センサ模擬部１５を備える。なお、アクチュエータ模擬部１１と衛星軌道模擬部１３と衛星姿勢模擬部１４とセンサ模擬部１５の、複数の模擬部を全体として、模擬ユニットという。
アクチュエータ模擬部１１は、衛星の姿勢や軌道に変化を与えうる駆動装置であり、一例として、リアクションホイール模擬部１６を備える。
また、センサ模擬部１５は、衛星の姿勢や位置の検出に資するセンサであり、一例としてスタートラッカ模擬部１７を備える。
これらの模擬部（アクチュエータ模擬部１１、衛星軌道模擬部１３、衛星姿勢模擬部１４、センサ模擬部１５）、設定部（衛星状態設定部１０）、及び変換部（入出力変換部１２）によって、スタートラッカ５とリアクションホイール６の動作、宇宙空間における衛星の姿勢と軌道の制御を模擬している。
【００３０】
実施の形態１に係る試験構成（図１）では、従来のスタートラッカ５及びリアクションホイール６を排除し、人工衛星及び宇宙空間模擬装置９のアクチュエータ模擬部１１及びセンサ模擬部１５で代替している。
なお、図１には示さないが、アクチュエータ模擬部１１、センサ模擬部１５の代わりに、スタートラッカ５、リアクションホイール６を構成に含めて試験することも可能である。
【００３１】
衛星状態設定部１０は、入出力変換部１２を通して、衛星の打ち上げ時や軌道上時などの状態によって変化する情報をそれぞれの模擬部に反映する機能部である。具体的には、様々な状況下における衛星の質量、衛星の慣性モーメント、及びコンポーネントの取り付け角度や位置などがある。
上述の通り、衛星状態設定部１０は記憶部１０ａ（図示せず）を備え、記憶部１０ａは、衛星の打ち上げ時や軌道上時などの状態と、衛星の質量、衛星の慣性モーメント、及びコンポーネントの取り付け角度や位置などを関連付けして保存している。
衛星状態設定部１０は記憶部１０ａにアクセスすることにより、模擬する衛星状態のフェーズに応じた衛星の質量、衛星の慣性モーメント、及びコンポーネントの取り付け角度や位置などの情報を取得可能である。
【００３２】
アクチュエータ模擬部１１、センサ模擬部１５はそれぞれ、衛星に搭載するコンポーネントの動作を再現する機能部である。
アクチュエータ模擬部１１とセンサ模擬部１５には、コンポーネントごとに模擬部が備えられる。図１に示す試験では、アクチュエータ模擬部１１のリアクションホイール模擬部１６がリアクションホイール６の動作を模擬しており、センサ模擬部１５のスタートラッカ模擬部１７がスタートラッカ５の動作を模擬している。
【００３３】
衛星軌道模擬部１３、衛星姿勢模擬部１４は、宇宙空間における衛星の位置、速度、及び姿勢を計算し、衛星の振る舞いを再現する機能部である。具体的には衛星軌道模擬部１３は宇宙空間における衛星の位置、速度を計算し、衛星姿勢模擬部１４は衛星の姿勢を計算する。例えば、リアクションホイール６によって変更した衛星の姿勢を衛星姿勢模擬部１４で再現している。
【００３４】
入出力変換部１２は、それぞれの模擬部で生成した情報を他の模擬部に入力できる形式に変換し、その情報を適切なタイミングで反映する機能部である。
例えば、リアクションホイール６の出力を衛星姿勢模擬部１４に入力できるデータ形式に変換し、衛星姿勢模擬部１４が処理するタイミングでその情報を反映している。
【００３５】
試験対象ソフトウェア搭載装置４は、受信した命令信号を制御ソフトウェア３に伝える信号に変換して出力する。
制御ソフトウェア３は、人工衛星及び宇宙空間模擬装置９にスタートラッカ５とリアクションホイール６の起動信号を出力する。これらの起動信号は、人工衛星及び宇宙空間模擬装置９内にあるリアクションホイール模擬部１６及びスタートラッカ模擬部１７に入力される。
これは、制御ソフトウェア３からスタートラッカ５及びリアクションホイール６に起動信号を出力する動作に対応する。
【００３６】
スタートラッカは、前述の通り、内蔵した光検出器で検出した、指向方向における光の分布や光の強度から、星座標とその座標に対応した星光度を算出し、内部にもつ宇宙空間の星座標及び星光度の情報と、算出した結果を照らし合わせることで、宇宙空間における衛星の姿勢を表すクォタニオンを制御ソフトウェア３に出力する装置である。
スタートラッカの起動信号を受信したスタートラッカ模擬部１７は、初期の指向方向での星座標及び星光度と、スタートラッカ５が内部にもつ星座標の情報等と比較して初期の姿勢でのクォタニオンを算出し、制御ソフトウェア３に出力する。
【００３７】
制御ソフトウェア３は、スタートラッカ模擬部１７から得たクォタニオン情報から、衛星が目標とする姿勢に変更するために必要なリアクションホイール制御トルク信号を算出する。
算出した制御トルク信号は、制御ソフトウェア３から、人工衛星及び宇宙空間模擬装置９のリアクションホイール模擬部１６に出力される。
【００３８】
リアクションホイール模擬部１６では、制御ソフトウェア３から受信した制御トルク信号から回転数などの情報を算出する。算出した回転数などの情報は、衛星姿勢模擬部１４に入力できるデータ形式に変換するため、入出力変換部１２に出力される。
【００３９】
入出力変換部１２は、回転数などの情報を衛星姿勢模擬部１４に入力できるデータ形式としてアクチュエータトルクに変換したのち、衛星姿勢模擬部１４出力する。
アクチュエータトルクに変換する際は、選択された模擬する衛星状態のフェーズ（打ち上げ時、軌道上時など）に応じた衛星の質量、衛星の慣性モーメント、コンポーネントの取り付け角度や位置などの情報を踏まえて算出する。
入出力変換部１２は、このようにして算出したアクチュエータトルクと衛星の状態に対応した情報を衛星姿勢模擬部１４に出力する。
【００４０】
衛星軌道模擬部１３では、衛星状態設定部１０で設定した衛星の状態を表す情報と、軌道の修正を目的としたアクチュエータの出力情報を基に、衛星の軌道の制御を模擬する。宇宙空間における衛星の位置や、その位置における天体方向を算出し、入出力変換部１２を通して衛星姿勢模擬部１４に出力する。
【００４１】
衛星姿勢模擬部１４では、入出力変換部１２から入力された衛星の質量、衛星の慣性モーメント、コンポーネントの取り付け状況の情報を基に、初期の衛星の姿勢を算出する。その算出した初期の姿勢に対して、アクチュエータトルクによって変更した姿勢を表すクォタニオンを算出し、衛星の姿勢の制御を模擬している。
衛星姿勢模擬部１４は、算出したクォタニオンを、入出力変換部１２を通してスタートラッカ模擬部１７に出力する。
【００４２】
スタートラッカ模擬部１７では、処理を実行するタイミングで入出力変換部１２からクォタニオンの情報を入力する。スタートラッカ５が内部にもつ星座標及び星光度の情報と、入力されたクォタニオンの情報を整合させる。
また、初期の指向方向で算出したクォタニオンと比較し、リアクションホイールの回転によって変更した姿勢の情報をまとめて制御ソフトウェア３に出力する。
【００４３】
このように実施の形態１に係る試験構成１００（図１）は、上述の動作を繰り返し処理することで、制御ソフトウェア３の試験を実施する。
【００４４】
このようにして実施の形態１に係る試験構成１００は、従来の試験構成のスタートラッカ５、リアクションホイール６、リアクションホイール出力測定装置７、スタートラッカ制御装置８を、人工衛星及び宇宙空間模擬装置９と代替することで、試験構成に含む装置を削減し、人為的な操作によるフィードバック制御を排除することができる。
従来のリアクションホイール出力測定装置７やスタートラッカ制御装置８のフィードバック制御装置の間で生じた操作を省くことでそれを起因とする誤差を低減し、リアクションホイール６の回転量を過不足なく、スタートラッカ５の指向制御量に変換できる。
【００４５】
また、本発明によれば、人工衛星及び宇宙空間模擬装置９は、衛星状態設定部１０を有することより、様々な状況下での衛星の姿勢と軌道の制御を模擬した試験ができる。宇宙空間における衛星の状態や、コンポーネントの状態を加味した試験が可能となり、地上では技術面で困難であった試験を行うことができる。これにより、制御ソフトウェア３の試験の難易度を高める要因を排除でき、制御ソフトウェアの試験の長期化とコストの増大を防止できる。
【００４６】
図２は、この発明の実施の形態１である人工衛星及び宇宙空間模擬装置９の処理フローを示す図である。
処理フローは、衛星状態設定部処理（Ｓ０１）、リアクションホイール模擬部処理（Ｓ０２）、衛星軌道模擬部処理（Ｓ０３）、入出力変換部処理（Ｓ０４）、衛星姿勢模擬部処理（Ｓ０５）、スタートラッカ模擬部処理（Ｓ０６）から構成される。
図１に示す人工衛星及び宇宙空間模擬装置９は、信号送信端末１から模擬終了の命令信号を受信しない限り、図２に示す処理（Ｓ０１〜Ｓ０６）を開始から終了まで繰り返し、実時間における衛星の振る舞いを模擬する構成となっている。
【００４７】
衛星状態設定部処理（Ｓ０１）では、模擬を開始する前に各模擬部で処理を実行するための衛星状態を設定する。また、初期に設定した衛星の状態を更新することもできる。設定した情報は、入出力変換部処理（Ｓ０４）を通して各模擬部処理に反映される。
【００４８】
リアクションホイール模擬部処理（Ｓ０２）とスタートラッカ模擬部処理（Ｓ０６）は、制御ソフトウェア３から起動信号を受信する。
スタートラッカ模擬部処理（Ｓ０６）では、衛星状態設定部処理（Ｓ０１）で設定した衛星の状態を基に、初期の指向方向での星座標及び星光度を算出する。内部にもつ情報と比較して初期のクォタニオンを算出し、スタートラッカ出力信号として制御ソフトウェア３に出力する。
【００４９】
制御ソフトウェア３は、スタートラッカ模擬部処理（Ｓ０６）で出力された初期のクォタニオンを受信する。目標とする姿勢に変更するための必要な制御トルク信号を算出し、リアクションホイール模擬部処理（Ｓ０２）に出力する。
【００５０】
リアクションホイール模擬部処理（Ｓ０２）では、制御トルク信号を基に、リアクションホイール５の回転に関する情報を算出して出力する。リアクションホイール５による衛星の姿勢の変更を反映するために、衛星姿勢模擬部処理（Ｓ０５）より早い段階で処理している。リアクションホイール模擬部処理（Ｓ０２）で算出した情報は、入出力変換部処理（Ｓ０４）に出力される。
【００５１】
衛星軌道模擬部処理（Ｓ０３）では、入出力変換部処理（Ｓ０４）を通して、衛星状態設定部処理（Ｓ０１）で設定したある状況下での衛星状態の情報が入力される。具体的には、模擬の開始日時及び経過時刻を設定することで、衛星軌道模擬部処理（Ｓ０３）で宇宙空間における太陽や月などの天体位置を算出する。また、衛星状態設定部処理（Ｓ０１）で設定した軌道の情報を入力することで、模擬開始日時での衛星の位置、衛星の速度を算出する。これらの算出結果は、入出力変換部処理（Ｓ０４）に出力される。
【００５２】
入出力変換部処理（Ｓ０４）は、衛星状態設定部（Ｓ０１）で設定した衛星状態を踏まえて、Ｓ０２で算出したリアクションホイール５の回転に関する情報を衛星内部で生じるアクチュエータトルクとして算出する。
また、Ｓ０３で算出した衛星の位置、衛星の速度とともに、衛星姿勢模擬部処理（Ｓ０５）に出力する。軌道の修正を目的としたアクチュエータを構成に含む場合は、衛星の外部で生じるアクチュエータトルクとして算出し、衛星軌道模擬部（Ｓ０３）にフィードバックする。
【００５３】
衛星姿勢模擬部処理（Ｓ０５）では、入出力変換部処理（Ｓ０４）から入力されたアクチュエータトルクの情報を基に、衛星の姿勢角や衛星の姿勢を表すクォタニオンなどの衛星姿勢情報を算出する。算出結果は、入出力変換部処理２１に出力し、次の衛星軌道模擬部処理（Ｓ０３）の実行タイミングで反映する。
【００５４】
スタートラッカ模擬部処理（Ｓ０６）は、内部にもつ星座標及び星光度の情報と衛星の内部トルクによって変化したクォタニオンを整合させ、Ｓ０６で算出した初期の指向方向のクォタニオンと比較する。比較した差分のクォタニオンを算出し、衛星の姿勢角などの情報をまとめたスタートラッカ出力情報を制御ソフトウェア３に出力する。
【００５５】
このように、実施の形態１に係る人工衛星及び宇宙空間模擬装置９は、信号送信端末１から模擬終了の命令信号を受信しない限り、Ｓ０１からＳ０６までの各処理を繰り返し実行する。
これにより、実時間における宇宙空間を模擬し、それぞれの模擬部の情報を確認することによって衛星全体としての振る舞いを試験できる。
【００５６】
実施の形態２．
図３は、実施の形態２に係る人工衛星及び宇宙空間模擬装置の処理フローを示す図である。実施の形態２では、実施の形態１で示した処理フロー（図２）に新たに、外乱模擬部処理（Ｓ０７）を追加している。
外乱模擬部処理（Ｓ０７）は、宇宙空間における太陽輻射圧、大気圧、重力などの外乱影響情報を他の模擬部に反映させて動作させるための機能部である。図３に示す処理フローでは、スタートラッカ模擬部処理（Ｓ０６）の後に実行している。衛星状態設定部処理（Ｓ０１）と同様に、他の模擬部処理と比べて長い周期で実行され、処理順序に影響を及ぼさない模擬部である。そのため、図３で示す外乱模擬部処理（Ｓ０７）は、どの模擬部処理の間で実行しても構わないものとする。
【００５７】
具体的に、外乱模擬部処理（Ｓ０７）では、太陽輻射圧、大気圧、重力などの外乱が衛星に影響を与える情報を設定し、入出力変換部２１を通して、それらの外乱により発生するトルクを各模擬部に出力する。外乱によるトルクは、衛星を３次元の面からなる要素として定義し、それらの面の要素ごとに作用するトルク量として算出する。算出した結果は、入出力変換部２１に入力し、リアクションホイール模擬部１９で発生したトルクと併せて衛星軌道模擬部２０と衛星姿勢模擬部処理２２に入力する。
【００５８】
このように実施の形態２によれば、従来の試験構成（図５）で再現できなかった宇宙空間の外乱を各コンポーネントの動作、衛星の姿勢や軌道の制御に反映できる。
これにより、従来の試験構成では困難であった地上における宇宙空間の外乱影響の模擬を容易に実施することが可能となる。
【００５９】
実施の形態３．
図４は、処理経路決定部処理（Ｓ０９）と反映順序決定部処理（Ｓ１０）を備えた入出力変換部処理（Ｓ０４）における一部の情報の流れを示している。
実施の形態３では、実施の形態２で示した処理フロー（図３）に新たに、スラスタ模擬部処理（Ｓ０８）をリアクションホイール模擬部処理（Ｓ０２）の後に追加している。
ここで、スラスタ模擬部処理（Ｓ０８）は、衛星軌道模擬部処理（Ｓ０３）と衛星姿勢模擬部処理（Ｓ０５）より前に実行し、リアクションホイール模擬部処理（Ｓ０２）の前に実行しても構わない。
【００６０】
入出力変換部処理（Ｓ０４）では、リアクションホイール模擬部処理（Ｓ０２）、スラスタ模擬部処理（Ｓ０８）から、衛星の姿勢、または、軌道を制御するために動作した情報を得る。また、衛星状態設定部処理（Ｓ０１）で設定したある状況下での衛星状態の情報と、外乱模擬部処理（Ｓ０７）で設定した外乱が衛星に影響を与える情報が入力される。ここで、衛星状態の情報には、各コンポーネントの取り付け角度や位置、衛星の質量や慣性モーメントなどがある。これらの入力情報から、処理経路決定部処理（Ｓ０９）と反映順序決定部処理（Ｓ１０）を通して、衛星軌道模擬部処理（Ｓ０３）、または、衛星姿勢模擬部処理（Ｓ０５）に適切なデータ形式とタイミングで反映する。
【００６１】
処理経路決定部処理（Ｓ０９）では、入力されたアクチュエータの情報を衛星の内部、または、外部で発生するトルクを算出する経路を決める。例えば、スラスタ模擬部処理（Ｓ０８）から得たアクチュエータトルクＦ(i)は、衛星の外部で発生するトルクと判断し、以下の計算式（１）で算出する。
【００６２】
【数１】
2018184087.tif 000003
【００６３】
ここで、i は衛星に搭載するスラスタの台数、Ｔiはスラスタiの駆動信号、Ｆiはスラスタiの推力、ｒiはスラスタiの取付け位置、ｒcは衛星の重心位置、Ｌiはスラスタiの推力方向ベクトルを表している。
【００６４】
上述したアクチュエータトルクＦ(i)は、スラスタ模擬部処理（Ｓ０８）で使用する計算式であり、各アクチュエータに対応した計算式がある。それぞれのアクチュエータによって衛星の外部で発生するトルク、及び外乱模擬部処理（Ｓ０７）から得た情報を基に算出した外乱トルクと合算する。算出した外部トルクは、反映順序決定部処理（Ｓ１０）で衛星軌道模擬部処理（Ｓ０３）に反映したいタイミングで出力する。
【００６５】
リアクションホイール模擬部処理（Ｓ０２）から得た情報は、処理経路決定部（Ｓ１０）で衛星の内部で発生するトルクの計算に入力される。同様に、リアクションホイール模擬部処理（Ｓ０２）のアクチュエータトルクを計算する処理経路を選択し、他のトルクを合算して衛星内部で発生するトルクを算出する。算出した内部トルクは、反映順序決定部処理（Ｓ１０）で衛星姿勢模擬部（Ｓ０５）に反映したいタイミングで出力する。
【００６６】
衛星軌道模擬部処理（Ｓ０３）では、反映順序決定部処理（Ｓ１０）で設定したタイミングで衛星の外部で発生するトルクが入力され、衛星の軌道の修正や外乱による制御への影響を模擬する。また、衛星姿勢模擬部処理（Ｓ０３）では、反映順序決定部処理（Ｓ１０）で設定したタイミングで衛星の内部で発生するトルクが入力され、衛星の姿勢の変更を模擬する。
【００６７】
反映順序決定部処理（Ｓ１０）では、各模擬部に情報を反映する順序を管理している。図４では、衛星軌道模擬部処理（Ｓ０３）から入力した情報を設定したタイミングで衛星姿勢模擬部処理（Ｓ０５）に出力する。また、衛星軌道模擬部処理（Ｓ０３）から入力した情報は、設定したタイミングで衛星軌道模擬部処理（Ｓ０３）とスタートラッカ模擬部処理（Ｓ０６）に反映する。
【００６８】
図４のスラスタ模擬部処理（Ｓ０８）のように、コンポーネントを追加した場合は、入出力変換部（Ｓ０４）の処理経路決定部処理（Ｓ０９）と反映順序決定部処理（Ｓ１０）を変更することで他の模擬部とのインタフェースが可能となる。これにより、図１で使用していたスタートラッカ模擬部（Ｓ０６）、リアクションホイール模擬部（Ｓ０２）を変更した場合も同一の構成で試験が可能である。
【００６９】
従来の試験構成（図５）では、スタートラッカ５、リアクションホイール６の変更に対して、フィードバック制御装置の変更も必要とされた。
本発明によれば、図４に示す入出力変換部処理２１により、コンポーネントの追加に柔軟に対応し、統一した試験構成で制御ソフトウェア３の試験が実施できる。
具体的には、図４に示すスラスタ模擬部処理２５を追加した際に、入出力変換部処理２１に属する処理経路決定部処理（Ｓ０９）、反映順序決定部処理（Ｓ１０）を改修するだけで、実施の形態１（図１）と同一の構成で試験することが可能となる。これにより、新規の試験装置の調達、及び試験構成の構築に係るコストを削減できる。
【符号の説明】
【００７０】
１  信号送信端末、２  電気信号出力装置、３  制御ソフトウェア、４  試験対象ソフトウェア搭載装置、５  スタートラッカ、６  リアクションホイール、７  リアクションホイール出力測定装置、８  スタートラッカ制御装置、９  人工衛星及び宇宙空間模擬装置、１０  衛星状態設定部、１１  アクチュエータ模擬部、１２  センサ模擬部、１３  衛星軌道模擬部、１４  入出力変換部、１５  衛星姿勢模擬部、１６  リアクションホイール模擬部、１７  スタートラッカ模擬部、Ｓ０１  衛星状態設定部処理、Ｓ０２  リアクションホイール模擬部処理、Ｓ０３  衛星軌道模擬部処理、Ｓ０４  入出力変換部処理、Ｓ０５  衛星姿勢模擬部処理、Ｓ０６  スタートラッカ模擬部処理、Ｓ０７  外乱模擬部処理、Ｓ０８  スラスタ模擬部処理、Ｓ０９  処理経路決定部処理、Ｓ１０  反映順序決定部、１００  試験構成
【図１】
2018184087.tif 000004
【図２】
2018184087.tif 000005
【図３】
2018184087.tif 000006
【図４】
2018184087.tif 000007
【図５】
2018184087.tif 000008