(57)【要約】      （修正有）【課題】人工衛星に対し、太陽フレアからの回避行動を取らせる太陽フレア回避装置を提供する。【解決手段】衛星運用計画立案システム３４は、太陽フレアによって影響を受ける地球周回衛星５をより正確に特定し、太陽電池パドル６０を回転する、またはミッション機器５９をＯＦＦにするような太陽フレアへの回避運用の実施を最小限とする。これにより地球周回衛星５全体としての衛星ミッション運用への影響を軽減することができる。衛星識別システム３２は、データ管理システム３５に格納した地球磁気圏内の高エネルギー荷電粒子の分布モデルを用いて高エネルギー荷電粒子の密度分布を求め、求めた密度分布と判定閾値の比較により上記影響度の評価を行い、選択する地球周回衛星を決定し、決定した地球周回衛星の中から優先順位を設定し、優先順位に基づき、太陽フレアに対して回避行動を取るための回避行動コマンドを生成する衛星運用計画立案システムを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽風磁場ベクトル及び太陽フレアの規模を示す情報に基づき地球磁気圏内の高エネルギー荷電粒子の分布を予測し、当該予測情報と地球周回衛星の予測軌道情報に基づき太陽フレアに対する影響度を評価して、当該評価に応じて太陽フレアに対する回避運用を行う地球周回衛星を選択する衛星識別システムを備えた太陽フレア回避装置。
【請求項２】
衛星識別システムは、地球磁気圏内の高エネルギー荷電粒子の分布モデルを用いて高エネルギー荷電粒子の密度分布を求め、求めた密度分布と判定閾値の比較により、上記選択する地球周回衛星の優先順位を決定する請求項１記載の太陽フレア回避装置。
【請求項３】
衛星識別システムの設定した優先順位に基づき、太陽フレアに対して回避行動を取るための回避行動コマンドを生成する衛星運用計画立案システムを備えた請求項２記載の太陽フレア回避装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、人工衛星に対し、太陽フレアからの回避行動を取らせる太陽フレア回避装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の太陽フレア回避装置は、軌道上の太陽観測衛星の太陽フレア観測情報と、ユーザ衛星の軌道状態及び機器状態に基づいて、複数のユーザ衛星の中から太陽フレアへの回避行動を取るべきユーザ衛星を識別し、衛星識別装置により識別されたユーザ衛星に対して、太陽フレアへの回避行動を指示するコマンドを生成していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−５１４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
太陽フレア回避装置は、軌道上の太陽観測衛星の太陽フレア観測情報に基づき、太陽観測衛星と軌道上周回衛星との距離を影響度の関数として、影響度の高いものから地上側で軌道上周回衛星の回避運用を立案する。この太陽フレアの回避運用においては、太陽電池パドルの回転及び衛星搭載機器のＯＮ／ＯＦＦ制御等を行なう。このためミッション運用に影響を及ぼすこととなり、衛星回避運用を実施する軌道上周回衛星を最小限に絞る必要がある。
【０００５】
従来の太陽フレア回避装置は、太陽観測衛星と軌道上周回衛星の相対距離のみに依存して優先度を判定していた。しかしながら地球磁気圏内の軌道上周回衛星については、太陽観測衛星と軌道上周回衛星の相対距離と太陽フレアの影響度とが必ずしも一致しない。これは、太陽フレアに伴って地球に到達する高エネルギー粒子が必ずしも地球磁気圏内に到達するわけではなく、地球磁気圏内の高エネルギー荷電粒子の分布変化が、太陽風磁場の方向及び太陽フレアの規模によって異なることに起因する。この結果、太陽フレア回避装置が適切な優先度判定を実施することができず、実際は影響が少ない衛星に対しても、優先的にＯＮ／ＯＦＦ制御を行なってしまうことが課題となっていた。
【０００６】
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って、より適切な優先度判定を行うことのできる太陽フレア回避装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明による太陽フレア回避装置は、太陽風磁場ベクトル及び太陽フレアの規模を示す情報に基づき地球磁気圏内の高エネルギー荷電粒子の分布を予測し、当該予測情報と地球周回衛星の予測軌道情報に基づき太陽フレアに対する影響度を評価して、当該評価に応じて、太陽フレアに対する回避運用を行う地球周回衛星を選択する衛星識別システムを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、太陽フレアの回避運用をより適切に行うことが可能となって、太陽フレアの影響の少ない軌道上周回衛星に対する回避運用を不要とし、衛星ミッションを継続的に運用可能とすることができるので、衛星運用負荷の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１による太陽フレア回避システムの構成を示す図である。
【図２】実施の形態１による太陽フレア回避装置の構成を示す図である。
【図３】実施の形態１による太陽フレア回避運用フローを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態１の太陽フレア回避システムについて説明する。図１は、実施の形態１による太陽フレア回避システムの構成を示す図である。図２は、実施の形態１による太陽フレア回避装置の構成を示す図である。図３は、実施の形態１による太陽フレア回避運用フローを説明するための図である。
【００１１】
図１において、実施の形態１による太陽フレア回避システムは、太陽観測衛星４と、複数の地球周回衛星５と、地上局３から構成される。太陽観測衛星４は、衛星搭載通信装置４１と観測機４２を備えて、太陽１の地球指向面側に面して太陽周回軌道上を周回する。太陽観測衛星４の観測機４２は、太陽１の太陽風、太陽フレア、及び太陽の活動度を示す太陽パラメータを観測し、太陽の活動状態を示す観測データを取得する。太陽観測衛星４の衛星搭載通信装置４１は、観測機４２により取得した太陽の観測データを地上局３に送信する。地球周回衛星５は、衛星搭載通信装置５８とミッション機器５９と太陽電池パドル６０を備えて、地球２の周回軌道上で周囲を周回し、ミッション機器５９を用いて地球の観測を行う。地球周回衛星５の衛星搭載通信装置５８は、ミッション機器５９により取得した太陽の観測データを地上局３に送信する。
【００１２】
地上局３は、衛星通信装置３１と、衛星識別システム３２と、衛星軌道管理システム３３と、衛星運用計画立案システム３４と、データ管理システム３５を備えて太陽フレア回避装置を構成している。地上局３の衛星通信装置３１は、地球周回衛星５の衛星搭載通信装置５８からミッション機器５９の取得した観測データを受信する。また、地上局３の衛星通信装置３１は、太陽観測衛星４の衛星搭載通信装置４１から観測機４２の取得した観測データを受信する。衛星軌道管理システム３３は、衛星識別システム３２から軌道情報要求があると、各地球周回衛星５の軌道上の位置を示す軌道位置情報を用いて予測軌道歴を算出し、算出した予測軌道歴を軌道情報として衛星識別システム３２へ提供する。データ管理システム３５は、太陽フレアによる地球磁気圏内の高エネルギー粒子分布変動を予測するための地球磁気圏内高エネルギー粒子分布モデルが予め組み込まれて、格納されている。
【００１３】
衛星識別システム３２は、衛星通信装置３１を介して、太陽観測衛星４の観測した観測データを取得し、当該取得した観測データに含まれる太陽風の磁場情報と太陽フレアの規模を示す強度情報を得る。また、衛星軌道管理システム３３から各地球周回衛星５の予測軌道歴の情報提供を受ける。衛星識別システム３２は、取得した太陽風の磁場情報と太陽フレアの強度情報と各地球周回衛星５の予測軌道歴を用いて、高エネルギー荷電粒子の分布変化モデルを参照し、太陽フレアによる地球磁気圏内の高エネルギー粒子分布変動を予測して、高エネルギー粒子が増加する可能性が高い領域として高エネルギー粒子分布領域を特定する。これによって各地球周回衛星５に対する太陽フレアによる影響度を評価し、高エネルギー粒子が増加する可能性が高い領域に到達する影響度の大きい地球周回衛星５を、優先度の高い衛星として選択する。衛星識別システム３２は、選択した優先度の高い地球周回衛星５を識別するための優先順位情報を設定し、設定した優先順位情報を衛星運用計画立案システム３４に送る。
【００１４】
衛星運用計画立案システム３４は、優先順位情報に基づいて、優先度の高い地球周回衛星５が太陽フレアに対して回避行動を取るように、回避行動コマンドを生成する。衛星運用計画立案システム３４は、生成した回避行動コマンドを、衛星通信装置３１を介して地球周回衛星５に送信する。地球周回衛星５は、回避行動コマンドを受信すると、太陽電池パドル６０を駆動して、太陽フレアが収束するまでの間、例えば太陽光の入射角が太陽電池パネルの法線方向に対し垂直になるように太陽電池パドル６０を回転することで、太陽フレアを回避する動作を行う。また、地球周回衛星５は、回避行動コマンドを受信すると、衛星搭載機器のＯＮ／ＯＦＦ制御を行い、例えばミッション機器５９の電源がＯＦＦとなるように制御することで、太陽フレアを回避する動作を行う。図３の例では、太陽フレアの影響度が大きいと評価される地球周回衛星５として地球周回衛星５１、５２を選択し、地球周回衛星５１、５２に対してそれぞれ回避行動コマンドＣ１、Ｃ２を送信する。
【００１５】
次に、太陽観測衛星４及び地上局３の動作について更に説明する。
まず、太陽観測衛星４の観測機４２が太陽フレアの発生を観測した場合、太陽観測衛星４は地球に対して、太陽フレア発生の情報とともに、発生確認時点での太陽風磁場方向Ｈ、太陽フレアの規模Ｍの情報を地上局３へ送信する。
【００１６】
地上局３の衛星識別システム３２は、太陽フレア発生の情報を受信した場合に、太陽フレアによる地球磁気圏内の高エネルギー粒子分布変動を予測し、高エネルギー粒子が増加する可能性が高い領域を特定する。また、衛星識別システム３２は、各地球周回衛星３の軌道上位置を、衛星軌道管理システム３３より入手し、各地球周回衛星３の予測軌道情報から、予測軌道歴を作成する。
【００１７】
ここで衛星識別システム３２は、地球磁気圏内高エネルギー粒子分布情報として、各地球周回衛星５ｉ（ｉ＝１，２，３，４）の予測軌道歴（位置（Ｘｉ（ｔ）、Ｙｉ（ｔ）、Ｚｉ（ｔ））、太陽風磁場ベクトルＨ及び太陽フレアの規模Ｍを変数とした粒子分布変動の短期変動モデルを用いて、地球周回衛星毎の軌道座標における高エネルギー粒子密度分布ρｉ（ｔ）＝ｆ（ｔ、Ｍ、Ｈ、Ｘｉ（ｔ）、Ｙｉ（ｔ）、Ｚｉ（ｔ）））を算出する。
なお、太陽フレアに伴う分布変動は２〜３日のオーダであることから、算出期間ｔは例えば３日分とする。
【００１８】
ここで、軌道上座標における高エネルギー荷電粒子密度ρｉ（ｔ）の導出方法を説明する。高エネルギー荷電粒子は地球中心に対して対称に分布していると仮定すると、軌道上座標における高エネルギー荷電粒子密度ρｉ（ｔ）は、数１に示すように軌道面の２次元座標系（ｂ，Ｌ）で定義できる。
【００１９】
【数１】
2019055728.tif 000003
【００２０】
軌道面の２次元（ｂ，Ｌ）座標系は、地球固定座標系（Ｘｉ（ｔ）、Ｙｉ（ｔ）、Ｚｉ（ｔ））により表現できる。ｍ、Ｋは各Ｌ値の領域における係数で、表１の通り設定する。また、ｆｃ（ｂ，Ｌ）は磁気赤道面での電子フラックスであり、数２により定義できる。
【００２１】
【数２】
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とする。ａ（Ｌ）、ｂ（Ｌ）は各Ｌ値の領域における係数であって、数３により表現できる。
【００２２】
【数３】
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【００２３】
ａ０、ａ１、ｂ０、ｂ１、ｂ２は、Ｌ値によって表２に示す通りに設定する。Dstaveは地磁場変動を表すDst指数の年平均値の絶対値を示す。ここでは磁場変化の瞬時値を適用するため、Dst（ｔ）を磁場解析により求めた（Ｍ,Ｈ）による表現関数に置き換えることで、Dstaveの予測値を算出する。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
【表２】
2019055728.tif 000007
【００２６】
衛星識別システム３２は、地球周回衛星５毎の地球周回衛星毎の軌道上高エネルギー粒子密度分布ρｉ（ｔ）に基づいて、太陽フレアに対する影響度の評価を行う。
【００２７】
衛星識別システム３２は、算出した地球周回衛星ｉに対応する軌道上高エネルギー粒子密度分布ρｉ（ｔ）の最大値Ｍａｘ（ρｉ（ｔ））を求める。求めたＭａｘ（ρｉ（ｔ））を判定閾値ρｌと比較して、Ｍａｘ（ρｉ（ｔ））が判定閾値ρｌより大きくなる場合に、太陽フレアに対する影響有りと評価する。例えば、判定閾値ρｌを超えたＭａｘ（ρｉ（ｔ））に対して、その中からρｉ（ｔ）の大きい順に優先順位を付与し、衛星運用計画立案システム３４に付与した優先順位情報を送る。
【００２８】
ここで、優先順位としては、判定閾値ρｌを超えたｔが小さい地球周回衛星ｉを優先順位の上位とする。例えば、ｔ＝ｔ１においてＭａｘ（ρｉ（ｔ１））＝ρ１（ｔ１）＞ρｌ、ｔ＝ｔ２（＞ｔ１）においてＭａｘ（ρｉ（ｔ２））＝ρ２（ｔ２）＞ρｌとなった場合、地球周回衛星５１を優先順位第１位、地球周回衛星５２を優先順位第２位とする優先順位情報を送る。なお、地球周回衛星５３、５４に対応したρ３（ｔ）、ρ４（ｔ）は判定閾値ρｌを超えないので、優先順位が低いと見做して、地球周回衛星５３、５４に対応した優先順位情報を送付しない。
【００２９】
衛星運用計画立案システム３４は、衛星識別システム３２から優先順位情報を受けると、優先順位の高い地球周回衛星５に対応した回避行動コマンドを生成する。例えば地球周回衛星５１、地球周回衛星５２が優先順位第１位、第２位であった場合、最初に地球周回衛星５１に対応した回避行動コマンドを生成し、次に地球周回衛星５１に対応した回避行動コマンドを生成する。また、地球周回衛星５３、５４に対する回避行動コマンドを生成しない。衛星運用計画立案システム３４は、生成した回避コマンドを、衛星通信装置３１を介してそれぞれ対応する地球周回衛星５に送信する。
【００３０】
かくして、衛星運用計画立案システム３４は、太陽フレアによって影響を受ける地球周回衛星５をより正確に特定し、太陽電池パドル６０を回転する、またはミッション機器５９をＯＦＦにするような太陽フレアへの回避運用の実施を最小限とする。これにより地球周回衛星５全体としての衛星ミッション運用への影響を軽減することができる。
【００３１】
このように実施の形態１による太陽フレア回避装置は、太陽風磁場ベクトル及び太陽フレアの規模を示す情報に基づき地球磁気圏内の高エネルギー荷電粒子の分布を予測し、当該予測情報と地球周回衛星５の予測軌道情報に基づき太陽フレアに対する影響度を評価して、当該評価に応じて太陽フレアに対する回避運用を行う地球周回衛星５を選択する衛星識別システム３２を備えたことを特徴とする。
【００３２】
また、衛星識別システム３２は、データ管理システム３５に格納した地球磁気圏内の高エネルギー荷電粒子の分布モデルを用いて高エネルギー荷電粒子の密度分布を求め、求めた密度分布と判定閾値の比較により上記影響度の評価を行って、選択する地球周回衛星を決定し、決定した地球周回衛星の中から優先順位を設定することを特徴とする。
【００３３】
さらに、衛星識別システム３２の設定した優先順位に基づき、太陽フレアに対して回避行動を取るための回避行動コマンドを生成する衛星運用計画立案システム３４を備えたことを特徴とする。
【００３４】
これによって、太陽フレアの回避運用をより適切に行うことが可能となって、太陽フレアの影響の少ない軌道上周回衛星に対する回避運用を不要とし、衛星ミッションを継続的に運用可能とすることができるので、衛星運用負荷の低減を図ることができる。また、太陽フレアの影響の少ない領域で運用されている衛星については、不要な機器のＯＮ／ＯＦＦ制御を行なうことなく、定常通りの運用を継続することが可能となる。
【００３５】
なお、衛星の単価は年々下がりつつあるものの、数十億〜数百億円規模の衛星が多く、また機能の高集積化に伴い衛星帯電による破壊リスクが高まりつつある。この実施の形態１による太陽フレア回避装置を用いることで、耐放射線シールド等の衛星自身への帯電対策ではなく、運用上ミッションを行うべき地球周回衛星５を適切に選択することによって、衛星帯電の発生を回避することができるようになる。かくして、耐放射線シールドの重量を削減でき、地球周回衛星５のコスト削減や衛星帯電による衛星喪失リスクの低減を図ることが可能となる。
【符号の説明】
【００３６】
３  地上局、４  太陽観測衛星、５  地球周回衛星、３１  衛星通信装置、３２  衛星識別システム、３３  衛星軌道管理システム、３４  衛星運用計画立案システム、３５  データ管理システム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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