(57)【要約】【課題】  予備衛星を予備衛星用の待機軌道に配置しておき、衛星システムに故障した衛星が発生したときには、故障した衛星を予備衛星で置き換るこれまでの方法では、多量の燃料が必要であり、また、衛星の置き換えに長期間を要する【解決手段】  衛星システムのひとつの運用軌道にある衛星を、ひとつの予備衛星で置き換る場合に、運用軌道の近地点高度よりも小さい遠地点高度をもった予備衛星軌道に配置した予備衛星を、前記の運用軌道にある衛星の機能が発揮できるように再配置する方法で、予備衛星軌道面において、前記予備衛星に搭載された加速装置を用いて前記の予備衛星を、上記の運用軌道には内接し、上記の予備衛星軌道には外接する高高度遷移軌道に再配置して、上記の運用軌道との接点である高高度遷移軌道の遠地点において、前記予備衛星に搭載された加速装置を用いて前記の予備衛星を加速して運用軌道に投入する。【選択図】図１
2005145251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の異なる運用軌道面にあるそれぞれの運用軌道に各々１機以上の衛星を配置し、予め１機以上の予備衛星を軌道傾斜角が概略０で高度２，０００ｋｍ以下の低高度軌道である予備衛星軌道に配置して運用する衛星システムにおいて、上記の衛星システムのひとつの運用軌道にある衛星を、ひとつの予備衛星で置き換える場合に、
前記の予備衛星が前記の運用軌道の昇交点または降交点の直下近傍を横切る時間帯に、上記の予備衛星を、
進行方向に増速して、遠地点高度が運用軌道の近地点と遠地点の間の高度となる第１の遷移軌道に引き上げ、
次に、上記の第１の遷移軌道の遠地点において、軌道面変換と近地点引き上げの制御とを行なって運用軌道面に投入し、
上記の運用軌道面内での制御を行なって上記の運用軌道に投入することを特長とする複数軌道面衛星システムへの予備衛星の軌道投入方法。
【請求項２】
複数の異なる運用軌道面にあるそれぞれの運用軌道に各々１機以上の衛星を配置し、予め１機以上の予備衛星を軌道傾斜角がその打ち上げ地点の緯度に近似的に等しく高度２，０００ｋｍ以下の低高度軌道である予備衛星軌道に配置して運用する衛星システムにおいて、上記の衛星システムのひとつの運用軌道にある衛星を、ひとつの予備衛星で置き換える場合に、
前記の予備衛星が前記の運用軌道面を横切る時間帯に、上記の予備衛星を、
進行方向に増速して、遠地点高度が運用軌道の近地点と遠地点の間の高度となる第１の遷移軌道に引き上げて、
上記の第１の遷移軌道の遠地点で軌道面変換と近地点引き上げとの両方の制御を行って運用軌道面に投入し、
上記の運用軌道面内での制御を行なって上記の運用軌道に投入することを特長とする複数軌道面衛星システムへの予備衛星の軌道投入方法。
【請求項３】
複数の異なる運用軌道面にあるそれぞれの運用軌道に各々１機以上の衛星を配置し、予め１機以上の予備衛星を軌道傾斜角が概略０あるいはその打ち上げ地点の緯度に近似的に等しく高度２，０００ｋｍ以下の低高度軌道である予備衛星軌道に配置して運用する衛星システムにおいて、上記の衛星システムのひとつの運用軌道にある衛星を、ひとつの予備衛星で置き換える場合に、
前記の予備衛星が前記の運用軌道面を横切る時間帯に、上記の予備衛星を、
進行方向に増速して、その遠地点高度が運用軌道の遠地点の高度となる第１の遷移軌道に引き上げて、
上記の第１の遷移軌道の遠地点で軌道面変換と近地点引き上げとの両方の制御を行って前記近地点の高度が第１の遷移軌道の遠地点の高度に等しい円軌道である第２の遷移軌道に投入し、
上記の運用軌道の遠地点の近傍点において進行方向と逆方向の加速を行って減速してその近地点高度を運用軌道の近地点高度に近似的に等しくなるようにすることにより、上記の予備衛星を上記の運用軌道に投入することを特長とする複数軌道面衛星システムへの予備衛星の軌道投入方法。
【請求項４】
複数の異なる運用軌道面にあるそれぞれの運用軌道に各々１機以上の衛星を配置し、予め１機以上の予備衛星を軌道傾斜角が概略０あるいはその打ち上げ地点の緯度に近似的に等しく高度２，０００ｋｍ以下の低高度軌道である予備衛星軌道に配置して運用する衛星システムにおいて、上記の衛星システムのひとつの運用軌道にある衛星を、ひとつの予備衛星で置き換える場合に、
前記の予備衛星が前記の運用軌道面を横切る時間帯に、上記の予備衛星を、
進行方向に増速して、その遠地点高度が運用軌道の近地点の高度となる第１の遷移軌道に引き上げて、
上記の第１の遷移軌道の遠地点で、軌道面変換と近地点引き上げとの両方の制御を行って、前記近地点の高度が第１の遷移軌道の遠地点の高度に等しい円軌道である第２の遷移軌道に投入し、
上記の運用軌道の近地点の近傍点において進行方向に増速を行って、その遠地点高度を運用軌道の遠地点高度に近似的に等しくなるようにすることにより、上記の予備衛星を上記の運用軌道に投入することを特長とする複数軌道面衛星システムへの予備衛星の軌道投入方法。
【請求項５】
複数の異なる運用軌道面にあるそれぞれの運用軌道に各々１機以上の衛星を配置し、予め１機以上の予備衛星を軌道傾斜角が概略０で高度２，０００ｋｍ以下の低高度軌道である予備衛星軌道に配置して運用する衛星システムにおいて、上記の衛星システムのひとつの運用軌道にある衛星を、ひとつの予備衛星で置き換える場合に、
前記の予備衛星が前記の運用軌道の昇交点または降交点の高度の直下を横切る時間帯に、上記の予備衛星を、
進行方向に増速して、遠地点高度が上記の運用軌道の昇交点または降交点となり、その遠地点において、運用軌道と交差する第１の遷移軌道に引き上げ、
第１の遷移軌道の遠地点において、軌道面変換と軌道面内の速度成分の調整とをおこなうことにより、上記の予備衛星を上記の運用軌道に投入することを特長とする複数軌道面衛星システムへの予備衛星の軌道投入方法。
【請求項６】
複数の異なる運用軌道面にあるそれぞれの運用軌道に各々１機以上の衛星を配置し、予め１機以上の予備衛星を軌道傾斜角がその打ち上げ地点の緯度に近似的に等しく高度２，０００ｋｍ以下の低高度軌道である予備衛星軌道に配置して運用する衛星システムにおいて、上記の衛星システムのひとつの運用軌道にある衛星を、ひとつの予備衛星で置き換える場合に、
前記の予備衛星が前記の運用軌道面を横切る時間帯に、上記の予備衛星を、
進行方向に増速して、遠地点高度が上記の運用軌道と上記の予備衛星の軌道面との交点の高度になり、その遠地点において運用軌道と交差する第１の遷移軌道に引き上げて、
上記の予備衛星の軌道面と運用軌道との交点の高度を遠地点の高度とし、その遠地点において運用軌道と交差する遷移軌道に引き上げて、
前記の遠地点で軌道面変換と同時に軌道面内の速度成分の調整をおこなうことにより、上記の予備衛星を上記の運用軌道に投入することを特長とする複数軌道面衛星システムへの予備衛星の軌道投入方法。
【請求項７】
複数の異なる運用軌道面にあるそれぞれの運用軌道に各々１機以上の衛星を配置し、予め１機以上の予備衛星を軌道傾斜角が概略０で高度２，０００ｋｍ以下の低高度軌道である予備衛星軌道に配置して運用する衛星システムにおいて、上記の衛星システムのひとつの運用軌道にある衛星を、ひとつの予備衛星で置き換える場合に、
前記の予備衛星が上記の運用軌道の昇交点または降交点の直下を横切る時間帯に、上記の予備衛星を進行方向に増速して、上記の運用軌道の遠地点高度よりも高い遠地点高度をもつ第１の遷移軌道に再配置し、
上記の遷移軌道の遠地点で、軌道面変換と近地点引き上げの制御を行って、上記の運用軌道面内の第２の遷移軌道に投入し、
その後、第２の遷移軌道の遠地点を引き下げる減速操作、あるいは軌道面内制御を行って、上記の予備衛星を運用軌道に投入することを特長とする複数軌道面衛星システムへの予備衛星の軌道投入方法。
【請求項８】
複数の異なる運用軌道面にあるそれぞれの運用軌道に各々１機以上の衛星を配置し、軌道傾斜角が打ち上げ地点の緯度に近似的に等しく高度２，０００ｋｍ以下の低高度軌道である予備衛星軌道に予め１機以上の予備衛星を配置して運用する衛星システムにおいて、上記の衛星システムのひとつの運用軌道にある衛星を、ひとつの予備衛星で置き換える場合に、
前記の予備衛星が上記の運用軌道面を横切る時間帯に、前記の予備衛星を、進行方向に増速して上記の運用軌道の遠地点高度よりも高い遠地点高度をもつ第１の遷移軌道に再配置し、
上記の第１の遷移軌道の遠地点で、軌道面変換と近地点引き上げの制御を行って、上記の運用軌道面内の第２の遷移軌道に投入し、
その後、第２の遷移軌道の遠地点を引き下げる減速操作、あるいは軌道面内制御を行って、上記の予備衛星を運用軌道に投入することを特長とする複数軌道面衛星システムへの予備衛星の軌道投入方法。
【請求項９】
複数の異なる運用軌道面にあるそれぞれの運用軌道に各々１機以上の衛星を配置し、軌道傾斜角が概略０、あるいは打ち上げ地点の緯度に近似的に等しく、高度２，０００ｋｍ以下の低高度軌道である予備衛星軌道に予め１機以上の予備衛星を配置して運用する衛星システムにおいて、上記の衛星システムのひとつの運用軌道にある衛星を、ひとつの予備衛星で置き換える場合に、
前記の予備衛星が上記の運用軌道面を横切る時間帯に、前記の予備衛星を、進行方向に増速して上記の運用軌道の遠地点高度よりも高い遠地点高度をもつ第１の遷移軌道に再配置し、
上記の第１の遷移軌道の遠地点で、軌道面変換と近地点引き上げの制御を行って、上記の運用軌道面内の第２の遷移軌道に投入する際の近地点高度を運用軌道の遠地点高度とし、第２の遷移軌道の遠地点高度を運用軌道の遠地点高度まで引き下げて円軌道である第３の遷移軌道に投入し、その後、第３の遷移軌道上の衛星が運用軌道の遠地点に最近接する地点に達したときに、その衛星の進行方向と逆方向の加速を行って減速することにより第３の遷移軌道の近地点を引き下げ、上記の予備衛星を運用軌道に投入することを特長とする複数軌道面衛星システムへの予備衛星の軌道投入方法。
【請求項１０】
複数の異なる運用軌道面にあるそれぞれの運用軌道に各々１機以上の衛星を配置し、軌道傾斜角が概略０、あるいは打ち上げ地点の緯度に近似的に等しく、高度２，０００ｋｍ以下の低高度軌道である予備衛星軌道に予め１機以上の予備衛星を配置して運用する衛星システムにおいて、上記の衛星システムのひとつの運用軌道にある衛星を、ひとつの予備衛星で置き換える場合に、
前記の予備衛星が上記の運用軌道面を横切る時間帯に、前記の予備衛星を、進行方向に増速して上記の運用軌道の遠地点高度よりも高い遠地点高度をもつ第１の遷移軌道に再配置し、
上記の第１の遷移軌道の遠地点で、軌道面変換と近地点高度が運用軌道の近地点高度に近似的に等しくなる近地点引き上げの制御とを行って、上記の予備衛星を上記の運用軌道面内の第２の遷移軌道に投入し、
次に遠地点高度の引き下げを行なって、近似的に円軌道である第３の遷移軌道に投入し、
その後、運用軌道の近地点に最近接する地点に達したときに、進行方向に増速してその遠地点を引き上げ、上記の予備衛星を運用軌道に投入することを特長とする複数軌道面衛星システムへの予備衛星の軌道投入方法。
【請求項１１】
複数の異なる運用軌道面にあるそれぞれの運用軌道に各々１機以上の衛星を配置し、軌道傾斜角が概略０で高度２，０００ｋｍ以下の低高度軌道である予備衛星軌道に予め１機以上の予備衛星を配置して運用する衛星システムにおいて、上記の衛星システムのひとつの運用軌道にある衛星を、ひとつの予備衛星で置き換える場合に、
前記の予備衛星が上記の運用軌道の昇交点または降交点の直下を横切る時間帯に、上記の予備衛星を進行方向に増速して、上記の運用軌道の遠地点高度よりも高い遠地点高度をもつ第１の遷移軌道に再配置し、
上記の遷移軌道の遠地点で、軌道面変換と近地点高度が上記の運用軌道の昇交点あるいは降交点の高度に近似的に等しくまたその近地点で上記の運用軌道と交差する軌道となる近地点引き上げの制御とを行って、上記の運用軌道面内の第２の遷移軌道に投入し、
第２の遷移軌道の近地点で、軌道面変換を行い、同時に軌道面内の速度成分を調整して、前記の予備衛星を運用軌道に投入することを特長とする複数軌道面衛星システムへの予備衛星の軌道投入方法。
【請求項１２】
複数の異なる運用軌道面にあるそれぞれの運用軌道に各々１機以上の衛星を配置し、軌道傾斜角が打ち上げ地点の緯度に近似的に等しく高度２，０００ｋｍ以下の低高度軌道である予備衛星軌道に予め１機以上の予備衛星を配置して運用する衛星システムにおいて、上記の衛星システムのひとつの運用軌道にある衛星を、ひとつの予備衛星で置き換える場合に、
前記の予備衛星が上記の運用軌道面を横切る時間帯に、前記の予備衛星を、進行方向に増速して上記の運用軌道の遠地点高度よりも高い遠地点高度をもつ第１の遷移軌道に再配置し、
上記の第１の遷移軌道の遠地点で加速して、軌道面変換と予備衛星の軌道面と上記の運用軌道との交点の高度が近地点高度となる近地点引き上げの制御を行って、運用軌道面内の近地点において運用軌道と交差するような第２の遷移軌道に投入し、
上記の第２の遷移軌道の近地点での速度成分を調整して、
第２の遷移軌道面内の上記の予備衛星を運用軌道に投入することを特長とする複数軌道面衛星システムへの予備衛星の軌道投入方法。
【請求項１３】
複数の異なる運用軌道面にあるそれぞれの運用軌道に各々１機以上の衛星を配置し、軌道傾斜角が概略０、あるいは打ち上げ地点の緯度に近似的に等しく、高度２，０００ｋｍ以下の低高度軌道である予備衛星軌道に予め１機以上の予備衛星を配置して運用する衛星システムにおいて、上記の衛星システムのひとつの運用軌道にある衛星を、ひとつの予備衛星で置き換える場合に、
前記の予備衛星が上記の運用軌道面を横切る時間帯に、前記の予備衛星を、進行方向に増速して上記の運用軌道の遠地点高度よりも高い遠地点高度をもつ第１の遷移軌道に再配置し、
上記の第１の遷移軌道の遠地点で、軌道面変換と近地点引き上げの制御を行って、上記の運用軌道面内で運用軌道と２点の交点をもつ第２の遷移軌道に投入し、
その後、前記の２点の交点のいずれかを通過する際に軌道面内の速度成分を調整して、上記の予備衛星を運用軌道に投入することを特長とする複数軌道面衛星システムへの予備衛星の軌道投入方法。
【請求項１４】
複数の異なる運用軌道面にあるそれぞれの運用軌道に各々１機以上の衛星を配置し、軌道傾斜角が概略０、あるいは打ち上げ地点の緯度に近似的に等しく、高度２，０００ｋｍ以下の低高度軌道である予備衛星軌道に予め１機以上の予備衛星を配置して運用する衛星システムにおいて、上記の衛星システムのひとつの運用軌道にある衛星を、ひとつの予備衛星で置き換える場合に、
前記の予備衛星が上記の運用軌道面を横切る時間帯に、前記の予備衛星を、進行方向に増速して上記の運用軌道の遠地点高度よりも高い遠地点高度をもつ第１の遷移軌道に再配置し、
上記の第１の遷移軌道の遠地点で、軌道面変換と近地点引き上げの制御を行って、上記の運用軌道面内で運用軌道に概略外接する第２の遷移軌道に投入し、
その外接点近傍を通過する際に進行方向と逆方向の加速を行って減速することにより、上記の予備衛星を運用軌道に投入することを特長とする複数軌道面衛星システムへの予備衛星の軌道投入方法。
【請求項１５】
運用軌道上での衛星位相（平均近点離角）について予備衛星と置き換えられる運用軌道にある衛星と同一にするために、遷移軌道間の軌道変換制御、あるいは遷移軌道から運用軌道に投入する制御を、２回以上の制御操作に分割して実施することを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の複数軌道面衛星システムへの予備衛星の軌道投入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の衛星を用いるシステムにおいて、その複数の衛星のいずれかに置き換え可能な予備衛星を予備衛星用の待機軌道上に配置し、上記のシステムの衛星が故障した場合に、その故障した衛星を予備衛星で置き換えて、短期間でシステムを復旧させるための複数軌道面衛星システムの予備衛星配置と軌道投入方法に関している。
【背景技術】
【０００２】
予備衛星を予備衛星用の待機軌道に配置しておき、衛星システムに故障した衛星が発生したときには、故障した衛星を予備衛星で置き換えることによって、衛星システムの復旧を短期間で行なう方法が提案されている。このための予備衛星用の待機軌道として求められる要件は、上記の置き換えを短期間で終了できること、と、衛星軌道を変更するための燃料の消費が少なくてすむことである。
【０００３】
複数の軌道面からの角度が等しい静止軌道上、または、運用軌道の近地点（ぺリジ点）と同じ高度の傾斜角０の円軌道上に予備衛星を配置し、運用中の衛星故障時には軌道面変換を行って、故障衛星と同じ運用軌道に投入する方法が特許文献１に開示されている。この方法は、静止軌道高度（約３６，０００ｋｍ）またはそれに近い高い軌道を用いることに特徴があり、傾斜角０の予備衛星軌道に投入するだけで多くの燃料が必要である。この軌道からさらに大角度の軌道面変換を行うため、再度大量の燃料が必要で、運用軌道に投入可能な衛星は相当小さいものに限られる。
【０００４】
また、運用軌道と傾斜角の等しいＬＥＯパーキング軌道（低高度軌道）に予備衛星を配置し、運用中の衛星が故障した場合には、地球による軌道の摂動を利用して予備衛星の軌道面が故障した衛星の軌道直と一致するまで待ち、その段階で遠地点、近地点を順次引き上げて故障衛星と同じ運用軌道に投入する方法が特許文献２に開示されている。この方法は、軌道面変換が不要なため、燃料は非常に少なくて済むという利点があるが、復旧までに長期間を要し、最大３ケ月程度かかるという欠点がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１５６６９６号公報
【特許文献１】特開２００２−３０８１９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の様に、予備衛星を予備衛星用の待機軌道に配置しておき、衛星システムに故障した衛星が発生したときには、故障した衛星を予備衛星で置き換えるこれまでの方法では、多量の燃料が必要であり、また、衛星の置き換えに長期間を要する、という問題があった。
【０００７】
本発明においては、特許文献１の方法における燃料の大量消費の問題を解決するため、特許文献１の方法に比べて予備衛星の待機軌道は低軌道であり、運用軌道投入時に遠地点高度を引き上げ、速度の小さい遷移楕円軌道の遠地点で軌道面変換を行う点で異っている。
【０００８】
また、特許文献２の方法における問題である長い復旧時間を大幅に短縮するため、特許文献２の方法とは異なって、予備衛星軌道面と運用軌道面の交点において軌道面変換を行う方法とし、このため、摂動による軌道面変化を待つ必要が無く、数日で復旧ができる様になった。
【０００９】
また、本発明は、燃料消費を極力少なく投入する方法を提案している。従来の技術例では、予備衛星軌道から楕円の運用軌道への投入方法が明確になっていなかった。さらに、本発明では、一旦、高高度の遷移軌道に投入した後で軌道面変換を行う方法で、燃料消費をさらに低減するとともに、楕円軌道に適した投入方法を提案している。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の、複数軌道面衛星システムの予備衛星配置と軌道投入方法を用いることにより、予備衛星の軌道変換に用いる燃料を、従来の場合にくらべて減らすことができる。また、予備衛星軌道から、運用軌道に投入してトラブルの発生した衛星を予備衛星で置き換えることにより衛星システムを復旧させるために要する時間を、従来の場合に比べて短縮することができる。また、予備衛星のための軌道として用いることができる軌道の自由度を、従来のものに比べて拡大することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
衛星システムのひとつの運用軌道にあって、例えば故障により置き換えることが必要な衛星を、ひとつの予備衛星で置き換える場合に必要な燃料消費については、以下の事項が成り立つことを確認することができる。
【００１２】
１）まず、赤道上（軌道傾斜角０）の低高度軌道に予備衛星を配置することにより、全ての運用軌道面との成す角が近似的に等しくなり、任意の一定の前記の角について、運用軌道と上記の予備衛星の待機軌道との関係において、最悪ケースでの軌道面変換に必要な増速量（燃料）を最小化できる。
【００１３】
２）また、近地点が低い長楕円軌道である遷移軌道の遠地点においては、衛星の速度が小さくなり、軌道面変換に必要な増速量は少なくて済む。
【００１４】
３）また、予備衛星は、低高度軌道上を半周するごとに運用軌道の昇交点または降交点の直下を通過するため、約１時間ごとに遷移軌道投入の機会があり、速やかに復旧のための軌道投入に着手できる。
【００１５】
４）また、平均近点離角を合わせるために中間軌道を利用すると、本発明としては比較的長期間を要するが、この場合でさえ、２〜３日程度で故障衛星と同じ軌道に投入可能であり、置き換えを短期間でおこなうことができる。
【００１６】
５）一般に、ロケットで衛星を低軌道に打ち上げる場合、真東に打ち上げるのが効率的で、標準的な打上げシーケンスはこれに基づいている。この場合、衛星の軌道傾斜角は、打上げ地点の緯度とほぼ近似的に等しくなる。概略軌道傾斜角０の低軌道に打ち上げるためには、打上げ場所や使える口ケツトが極めて限定される。従来の方法では、円軌道への衛星の投入は、遷移軌道の遠地点高度を運用軌道の高度と近似的に等しくし、遷移軌道の遠地点で軌道面変換を行うとともに近地点高度を同一高度まで引き上げるような制御を行うことによって可能であるが、軌道の近地点引数が指定された楕円の運用軌道に衛星を投入する場合には、このような軌道変更では、衛星の投入は不十分である。しかし、運用軌道の遠地点または近地点を通る円軌道にいったん投入し、その後、任意の位置で減速または増速制御を行うことにより、いかなる近地点引数を持つ楕円軌道へも、衛星の投入が可能である。
【００１７】
６）また、遷移軌道の遠地点において、従来のように軌道面変換と近地点引き上げの増速を行うのみならず、半径方向の速度成分をも与えるような３次元速度制御を行うことにより、運用軌道への直接投入が可能になる。このように直接投入することは、これらを別々に実施するよりも効率的であり、必要な制御量（燃料）を減らすことができる。また、直接投入を行うことから、復旧に要する時間も短縮可能である。
【００１８】
７）また、遷移軌道の遠地点を運用軌道よりもさらに高い高度までいったん引き上げることにより、遠地点での衛星の運動速度はさらに小さくなり、軌道面変換に要する制御量は大幅に減少する。高高度まで引き上げるためと、引き上げた遠地点を運用軌道の高度まで戻すために追加の制御が必要になるが、軌道面制御のための制御量節約の方が大きいため、合計としての制御量は少なくて済む。一方で、高い高度まで引き上げることにより、復旧に要する時間は長くなるが、それでも５日〜１０日程度で復旧可能であり、従来技術と比較して大幅に短い。
【００１９】
８）予備衛星の待機軌道として、軌道傾斜角０の軌道を選択した場合には、一般に、軌道面変換での変換角度は、運用軌道の軌道傾斜角に等しい。しかしながら、０でない軌道傾斜角をもつ予備衛星軌道を選択すると、最悪の場合には、運用軌道の軌道傾斜角と予備衛星軌道の軌道傾斜角を加算した角度の軌道面変換が必要になる。軌道面変換角度が大きいほど、上記の本発明のように高高度の遠地点をもつ遷移軌道を使用すると、軌道変換のための燃料の節約効果は大きくなる。
【００２０】
９）上記の方法での軌道面変換後に、予備衛星を楕円軌道に投入する場合には、上に示した方法で運用軌道の遠地点または近地点を通る円軌道にいったん投入し、その後、任意の位置で減速または増速制御を行うことにより、いかなる近地点引数を持つ楕円軌道へも投入が可能である。
【００２１】
１０）運用面内遷移軌道から運用軌道に投入する際に、一旦、運用面内遷移軌道の近地点において運用軌道と交差するようにしておき、そこで減速と同時に半径方向の速度成分をも与えるような２次元速度制御を行うことにより、運用軌道への直接投入が可能である。この方法は、これらを別々に実施するよりも効率的であり、必要な制御量（燃料）を減らすことができる。また、直接投入を行うことから、復旧に要する時間も短縮可能である。
【００２２】
１１）さらに、運用面内遷移軌道と運用軌道の交点位置を最適化するように運用面内遷移軌道の近地点高度をとり、交点において減速と同時に半径方向の速度成分をも与えるような２次元速度制御を行えば、前記の方法よりも制御量が少なくなる場合があり、この場合は、燃料をさらに節約できる。
【００２３】
１２）また、一旦、運用面内遷移軌道を運用軌道に外接させ、接点において減速して運用軌道に投入すれば、さらに制御量が少なくなる場合がある。この場合は単なる減速制御であるため、制御自体も容易である。
【００２４】
１３）上記のいずれかの方法で軌道投入を行う場合、故障衛星と同じ形の軌道に投入することはできても、軌道上での位相（平均近点離角）は必ずしも一致しない。最短期間のシーケンスで衛星を投入した場合、投人後に位相調整の制御が必要となる。この制御を、遠地点での制御を２分割し、１回目の制御で中間軌道に投入し、故障衛星が制御点に達するまでの時間と中間軌道の周期を一致させれば、中間軌道を１周した段階で、位相を合わせることが可能である。たとえば図１５のような位置に故障衛星があるときに、予備衛星が遷移軌道の遠地点に達していた場合、ここで直接投入すると、全く異なる位相で投入されてしまい、故障衛星の代替ができなくなる。しかし、遠地点での制御を２回に分けて、例えば、１回目の制御で中間軌道に投入する。故障衛星が制御点に達するまでの時間と中間軌道の周期を一致させれば、中間軌道を１周した段階で位相が合う。次に、２回目の制御を実施して運用軌道に投入すればよい。同一点で同一方向に制御するため、分割しても合計の制御量は変化しない。
【００２５】
上記の事項が成り立つことから、本発明の第１の要件は、例えば、故障の発生や耐用年数の超過により、複数の運用軌道をもった衛星システムのひとつの運用軌道にある衛星のひとつあるいは複数を、ひとつの予備衛星で置き換えて、置き換える前の機能に類似の機能を発揮させようとする場合に、予備衛星を低い高度に配置しておき、換言すれば、運用軌道の近地点高度よりも小さい遠地点高度をもった予備衛星軌道に予備衛星を配置しておき、前記の運用軌道にある複数の衛星の機能が発揮できるように再配置するための複数軌道面衛星システムへの予備衛星の軌道投入方法で、
前記の予備衛星が前記の運用軌道の昇交点または降交点の直下を横切る時間帯に、上記の予備衛星を、
進行方向に増速して、遠地点高度が運用軌道の近地点と遠地点の間の高度となる第１の遷移軌道に引き上げ、
次に、上記の第１の遷移軌道のほぼ遠地点において、軌道面変換と近地点引き上げの制御とを行なって運用軌道面に投入し、
上記の運用軌道面内での制御を行なって上記の運用軌道に投入することである。ここで、衛星の操作は、衛星内部からの指令により自動的に行なっても良いし、地上からの指令で行なっても良い。
【００２６】
また、本発明の第２の要件は、予め１機以上の予備衛星をロケットで真東に打ち上げ軌道傾斜角がその打ち上げ地点の緯度に近似的に等しく高度２，０００ｋｍ以下の低高度軌道である予備衛星軌道に配置しておくものであり、複数の運用軌道をもった衛星システムのひとつの運用軌道にある衛星のひとつあるいは複数を、上記の衛星軌道にあるひとつの予備衛星で置き換えて、置き換える前の機能に類似の機能を発揮させようとする場合に、予備衛星を上記の様に低い高度に配置しておき、前記の運用軌道にある複数の衛星の機能が発揮できるように再配置するための複数軌道面衛星システムへの予備衛星の軌道投入方法で、
前記の予備衛星が前記の運用軌道面を横切る時間帯に、上記の予備衛星を、
進行方向に増速して、遠地点高度が運用軌道の近地点と遠地点の間の高度となる第１の遷移軌道に引き上げて、
上記の第１の遷移軌道の遠地点近傍で軌道面変換と近地点引き上げとの両方の制御を行って運用軌道面に投入し、
上記の運用軌道面内での制御を行なって上記の運用軌道に投入することである。
【００２７】
また、本発明の第３の要件は、複数の異なる運用軌道面にあるそれぞれの運用軌道に各々１機以上の衛星を配置し、予め１機以上の予備衛星を軌道傾斜角が概略０あるいはその打ち上げ地点の緯度に近似的に等しく高度２，０００ｋｍ以下の低高度軌道である予備衛星軌道に配置して運用する衛星システムにおいて、上記の衛星システムのひとつの運用軌道にある衛星を、ひとつの予備衛星で置き換える場合について、
前記の予備衛星が前記の運用軌道面を横切る時間帯に、上記の予備衛星を、
進行方向に増速して、その遠地点高度が運用軌道のほぼ遠地点の高度となる第１の遷移軌道に引き上げて、
上記の第１の遷移軌道の遠地点で軌道面変換と近地点引き上げとの両方の制御を行って前記近地点の高度が第１の遷移軌道の遠地点の高度にほぼ等しい円軌道である第２の遷移軌道に投入し、
上記の運用軌道の遠地点の近傍点において進行方向と逆方向の加速を行って減速してその近地点高度を運用軌道の近地点高度に近似的に等しくなるようにすることにより、上記の予備衛星を上記の運用軌道に投入することである。
【００２８】
また、本発明の第４の要件は、複数の異なる運用軌道面にあるそれぞれの運用軌道に各々１機以上の衛星を配置し、予め１機以上の予備衛星を軌道傾斜角が概略０あるいはその打ち上げ地点の緯度に近似的に等しく高度２，０００ｋｍ以下の低高度軌道である予備衛星軌道に配置して運用する衛星システムにおいて、上記の衛星システムのひとつの運用軌道にある衛星を、ひとつの予備衛星で置き換える場合について、
前記の予備衛星が前記の運用軌道面を横切る時間帯に、上記の予備衛星を、
進行方向に増速して、その遠地点高度が運用軌道の近地点の高度にほぼ等しくなる第１の遷移軌道に引き上げて、
上記の第１の遷移軌道の遠地点近傍で、軌道面変換と近地点引き上げとの両方の制御を行って、前記近地点の高度が第１の遷移軌道の遠地点の高度にほぼ等しい円軌道である第２の遷移軌道に投入し、
上記の運用軌道の近地点の近傍点において進行方向に増速を行って、その遠地点高度を運用軌道の遠地点高度に近似的に等しくなるようにすることにより、上記の予備衛星を上記の運用軌道に投入することである。
【００２９】
また、本発明の第５の要件は、予め１機以上の予備衛星を軌道傾斜角が概略０で高度２，０００ｋｍ以下の低高度軌道である予備衛星軌道に配置して運用する衛星システムにおいて、上記の衛星システムのひとつの運用軌道にある衛星を、ひとつの予備衛星で置き換えて、置き換える前の機能に類似の機能を発揮させようとする場合に、予備衛星を上記の様に低い高度に配置しておき、前記の運用軌道にある複数の衛星の機能が発揮できるように再配置するための複数軌道面衛星システムへの予備衛星の軌道投入方法についてのものであるが、
前記の予備衛星が前記の運用軌道の昇交点または降交点の高度の直下を横切る時間帯に、上記の予備衛星を、
進行方向に増速して、遠地点高度がほぼ上記の運用軌道の昇交点または降交点となり、その遠地点近傍において、運用軌道と交差する第１の遷移軌道に引き上げ、
第１の遷移軌道の遠地点近傍において、軌道面変換と軌道面内の速度成分の調整とを行うことにより、上記の予備衛星を上記の運用軌道に投入することである。
【００３０】
また、本発明の第６の要件は、第２の要件と同様に、予め１機以上の予備衛星を軌道傾斜角がその打ち上げ地点の緯度に近似的に等しく高度２，０００ｋｍ以下の低高度軌道である予備衛星軌道に配置して運用する衛星システムにおいて、上記の衛星システムのひとつの運用軌道にある衛星を、ひとつの予備衛星で置き換える場合のものであり、
前記の予備衛星が前記の運用軌道面を横切る時間帯に、上記の予備衛星を、
進行方向に増速して、遠地点高度が上記の運用軌道と上記の予備衛星の軌道面との交点の高度にほぼ等しくなり、その遠地点において運用軌道と交差する第１の遷移軌道に引き上げて、
上記の予備衛星の軌道面と運用軌道との交点の高度を遠地点の高度とほぼ等しくなるようにし、その遠地点において運用軌道と交差する遷移軌道に引き上げて、
前記の遠地点で軌道面変換と同時に軌道面内の速度成分の調整をおこなうことにより、上記の予備衛星を上記の運用軌道に投入することである。
【００３１】
また、本発明の第７の要件は、第２の要件と同様に、予め１機以上の予備衛星を軌道傾斜角が概略０で高度２，０００ｋｍ以下の低高度軌道である予備衛星軌道に配置しておくものであり、複数の運用軌道をもった衛星システムのひとつの運用軌道にある衛星のひとつあるいは複数を、上記の衛星軌道にあるひとつの予備衛星で置き換えて、置き換える前の機能に類似の機能を発揮させようとする場合に、予備衛星を上記の様に低い高度に配置しておき、前記の運用軌道にある複数の衛星の機能が発揮できるように再配置するための複数軌道面衛星システムへの予備衛星の軌道投入方法についてのものであるが、
一旦、予備衛星の１機が上記の運用軌道のほぼ昇交点または降交点の直下を横切る時間帯に、上記の予備衛星を進行方向に増速して、上記の運用軌道の遠地点高度よりも高い遠地点高度をもつ第１の遷移軌道に再配置し、
上記の遷移軌道の遠地点近傍で、軌道面変換と近地点引き上げの制御を行って、上記の運用軌道面内の第２の遷移軌道に投入し、
その後、第２の遷移軌道の遠地点を引き下げる減速操作、あるいは軌道面内制御を行って、上記の予備衛星を運用軌道に投入することである。
【００３２】
また、本発明の第８の要件は、予め１機以上の予備衛星をロケットで真東に打ち上げ軌道傾斜角が打ち上げ地点の緯度に近似的に等しく高度２，０００ｋｍ以下の低高度軌道である予備衛星軌道に配置しておくものであり、複数の運用軌道をもった衛星システムのひとつの運用軌道にある衛星のひとつあるいは複数を、上記の衛星軌道にあるひとつの予備衛星で置き換えて、置き換える前の機能に類似の機能を発揮させようとする場合に、予備衛星を上記の様に低い高度に配置しておき、前記の運用軌道にある複数の衛星の機能が発揮できるように再配置するための複数軌道面衛星システムへの予備衛星の軌道投入方法についてのものであるが、
予備衛星の１機が上記の運用軌道面を横切る時刻近くに、前記の予備衛星を、進行方向に増速して上記の運用軌道の遠地点高度よりも高い遠地点高度をもつ第１の遷移軌道に再配置し、
上記の第１の遷移軌道の遠地点近傍で、軌道面変換と近地点引き上げの制御を行って、上記の運用軌道面内の第２の遷移軌道に投入し、
その後、第２の遷移軌道の遠地点を引き下げる減速操作、あるいは軌道面内制御を行って、上記の予備衛星を運用軌道に投入することである。
【００３３】
また、本発明の第９の要件は、予め１機以上の予備衛星を軌道傾斜角が概略０、あるいは打ち上げ地点の緯度に近似的に等しく、高度２，０００ｋｍ以下の低高度軌道である予備衛星軌道に配置しておくものであり、複数の運用軌道をもった衛星システムのひとつの運用軌道にある衛星のひとつあるいは複数を、上記の衛星軌道にあるひとつの予備衛星で置き換えて、置き換える前の機能に類似の機能を発揮させようとする場合に、予備衛星を上記の様に低い高度に配置しておき、前記の運用軌道にある複数の衛星の機能が発揮できるように再配置するための複数軌道面衛星システムへの予備衛星の軌道投入方法についてのものであるが、
まず、予備衛星の１機が上記の運用軌道面を横切る時点近傍で、前記の予備衛星を進行方向に増速して上記の運用軌道の遠地点高度よりも高い遠地点高度をもつ第１の遷移軌道に再配置し、
次に、上記の第１の遷移軌道の遠地点近傍で、軌道面変換と近地点引き上げの制御を行って、上記の運用軌道面内の第２の遷移軌道に投入する際の近地点高度を運用軌道の遠地点高度とし、
次に、第２の遷移軌道の遠地点高度を運用軌道の遠地点高度まで引き下げて円軌道である第３の遷移軌道に投入し、
その後、第３の遷移軌道上の衛星が運用軌道の遠地点に最近接する地点に達したときに、その衛星の進行方向と逆方向の加速を行って減速することにより第３の遷移軌道の近地点を引き下げ、上記の予備衛星を運用軌道に投入することである。
【００３４】
また、本発明の第１０の要件は、第９の要件と同様に、予め１機以上の予備衛星を軌道傾斜角が概略０、あるいは打ち上げ地点の緯度に近似的に等しく、高度２，０００ｋｍ以下の低高度軌道である予備衛星軌道に配置しておくものであり、複数の運用軌道をもった衛星システムのひとつの運用軌道にある衛星のひとつあるいは複数を、上記の衛星軌道にあるひとつの予備衛星で置き換えて、置き換える前の機能に類似の機能を発揮させようとする場合に、予備衛星を上記の様に低い高度に配置しておき、前記の運用軌道にある複数の衛星の機能が発揮できるように再配置するための複数軌道面衛星システムへの予備衛星の軌道投入方法についてのものであるが、
まず、予備衛星の１機が上記の運用軌道面を横切る時点近傍で、前記の予備衛星を進行方向に増速して上記の運用軌道の遠地点高度よりも高い遠地点高度をもつ第１の遷移軌道に再配置し、
上記の第１の遷移軌道の遠地点で、軌道面変換と近地点高度が運用軌道の近地点高度に近似的に等しくなる近地点引き上げの制御とを行って、上記の予備衛星を上記の運用軌道面内の第２の遷移軌道に投入し、
次に遠地点高度の引き下げを行なって、円軌道である第３の遷移軌道に投入し、
その後、運用軌道の近地点に最近接する地点にほぼ達したときに、進行方向に増速してその遠地点を引き上げ、上記の予備衛星を運用軌道に投入するものである。
【００３５】
また、本発明の第１１の要件は、軌道傾斜角が概略０で高度２，０００ｋｍ以下の低高度軌道である予備衛星軌道に予め１機以上の予備衛星を配置して運用する衛星システムにおいて、上記の衛星システムのひとつの運用軌道にある衛星を、ひとつの予備衛星で置き換える場合についてのものであり、
運用軌道の近地点高度よりも小さい遠地点高度をもった予備衛星軌道に配置した予備衛星を、前記の運用軌道にある衛星の機能が発揮できるように再配置する方法で、
予備衛星の１機が上記の運用軌道の昇交点または降交点の直下を横切る時間帯に、上記の予備衛星を進行方向に増速して、上記の運用軌道の遠地点高度よりも高い遠地点高度をもつ第１の遷移軌道に再配置し、
上記の遷移軌道の遠地点で、軌道面変換と近地点高度が上記の運用軌道の昇交点あるいは降交点の高度に近似的に等しくまたその近地点で上記の運用軌道と交差する軌道となる近地点引き上げの制御とを行って、上記の運用軌道面内の第２の遷移軌道に投入し、
第２の遷移軌道の近地点で、軌道面変換を行い、同時に軌道面内の速度成分の調整して、前記の予備衛星を加速して運用軌道に投入することである。
【００３６】
また、本発明の第１２の要件は、第８に要件と同様に、予め１機以上の予備衛星を軌道傾斜角が打ち上げ地点の緯度に近似的に等しく高度２，０００ｋｍ以下の低高度軌道である予備衛星軌道に配置しておくものであり、複数の運用軌道をもった衛星システムのひとつの運用軌道にある衛星のひとつあるいは複数を、上記の衛星軌道にあるひとつの予備衛星で置き換えて、置き換える前の機能に類似の機能を発揮させようとする場合に、予備衛星を上記の様に低い高度に配置しておき、前記の運用軌道にある複数の衛星の機能が発揮できるように再配置するための複数軌道面衛星システムへの予備衛星の軌道投入方法についてのものであるが、
まず、予備衛星の１機が上記の運用軌道面を横切る時点近傍で、前記の予備衛星を進行方向に増速して上記の運用軌道の遠地点高度よりも高い遠地点高度をもつ第１の遷移軌道に再配置し、
次に、上記の第１の遷移軌道の遠地点近傍で加速して、軌道面変換と予備衛星の軌道面と上記の運用軌道との交点の高度が概略近地点高度となる近地点引き上げの制御を行って、運用軌道面内のほぼ近地点において運用軌道と交差するような第２の遷移軌道に投入し、
上記の第２の遷移軌道の近地点での速度成分を調整して、
第２の遷移軌道面内の上記の予備衛星を運用軌道に投入することである。
【００３７】
また、本発明の第１３の要件は、第９の要件と同様に、予め１機以上の予備衛星を軌道傾斜角が概略０、あるいは打ち上げ地点の緯度に近似的に等しく、高度２，０００ｋｍ以下の低高度軌道である予備衛星軌道に配置しておくものであり、複数の運用軌道をもった衛星システムのひとつの運用軌道にある衛星のひとつあるいは複数を、上記の衛星軌道にあるひとつの予備衛星で置き換えて、置き換える前の機能に類似の機能を発揮させようとする場合に、予備衛星を上記の様に低い高度に配置しておき、前記の運用軌道にある複数の衛星の機能が発揮できるように再配置するための複数軌道面衛星システムへの予備衛星の軌道投入方法についてのものであるが、
まず、予備衛星の１機が上記の運用軌道面を横切る時点近傍で、前記の予備衛星を進行方向に増速して上記の運用軌道の遠地点高度よりも高い遠地点高度をもつ第１の遷移軌道に再配置し、
次に、上記の第１の遷移軌道の遠地点近傍で、軌道面変換と近地点引き上げの制御を行って、上記の運用軌道面内で運用軌道と２点の交点をもつ第２の遷移軌道に投入し、
その後、前記の２点の交点のいずれかを通過する際に軌道面内の速度成分を調整して、上記の予備衛星を運用軌道に投入することである。
【００３８】
また、本発明の第１４の要件は、第９の要件と同様に、予め１機以上の予備衛星を軌道傾斜角が概略０、あるいは打ち上げ地点の緯度に近似的に等しく、高度２，０００ｋｍ以下の低高度軌道である予備衛星軌道に配置しておくものであり、複数の運用軌道をもった衛星システムのひとつの運用軌道にある衛星のひとつあるいは複数を、上記の衛星軌道にあるひとつの予備衛星で置き換えて、置き換える前の機能に類似の機能を発揮させようとする場合に、予備衛星を上記の様に低い高度に配置しておき、前記の運用軌道にある複数の衛星の機能が発揮できるように再配置するための複数軌道面衛星システムへの予備衛星の軌道投入方法についてのものであるが、
まず、予備衛星の１機が上記の運用軌道面を横切る時点近傍で、前記の予備衛星を進行方向に増速して上記の運用軌道の遠地点高度よりも高い遠地点高度をもつ第１の遷移軌道に再配置し、
次に、上記の第１の遷移軌道の遠地点近傍で、軌道面変換と近地点引き上げの制御を行って、上記の運用軌道面内で運用軌道に概略外接する第２の遷移軌道に投入し、
その外接点付近を通過する際に進行方向と逆方向の加速を行って減速することにより、上記の予備衛星を運用軌道に投入することである。
【００３９】
また、本発明の第１５の要件は、第１ないし第１４の要件のいずれかの特徴をもった複数軌道面衛星システムへの予備衛星の軌道投入方法で、
運用軌道にある衛星と同一にするために、遷移軌道間の軌道変換制御あるいは遷移軌道から運用軌道に投入する制御を、２回以上の制御操作に分割して実施することである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明では、具体的な数値を挙げるが、これらは、説明のためのものであって、この値に限定すべき理由は無く、他の条件でも、請求項にかかわる要件を満たすことができることは明らかである。また、運用軌道の衛星を、予備衛星で置き換えるに当たっては、予め、置き換えられるべき衛星を運用軌道から移動させておくことが望ましい。
【実施例１】
【００４１】
静止衛星は、赤道上にあって地球の自転と同じ周期で公転する衛星であるが、準天頂衛星は、地球の自転と同じ周期で公転する衛星であるが、赤道に対して傾いた軌道面上にある衛星である。このような準天頂衛星を、地上のサービスエリアから見た位置は、刻々と変化し、見通しの利かない位置にある時間帯が発生するので、複数の準天頂衛星を用いて衛星システムが構成される。また、このような衛星システムの軌道面は、複数である。
【００４２】
以下の説明において、より具体的な比較を行なうため、以下の衛星システムに属する衛星に故障が発生し、この衛星を、予備軌道にある予備衛星で置き換える場合を説明する。また、以下では、便宜上、衛星システムには、予備衛星が含まれないものとして説明するが、実際の運用においては、衛星システムには、予備衛星を備えており、運用軌道にあって、例えば故障した衛星を予備衛星で置き換えるものである。
【００４３】
まず、準天頂衛星システムの運用軌道にある衛星を予備衛星で置き換える場合について、それぞれの配置と軌道投入を以下に説明する。
【００４４】
また、ロケットで初期投入されるパーキング軌道はは、高度185ｋｍの円軌道であるとする。また、準天頂衛星の軌道パラメータを以下のとおりとする。
【表１】
2005145251.tif 000003
【００４５】
また、上記のパーキング軌道を経て予備衛星軌道に投入された衛星で、上記の準天頂衛星システムの運用軌道にある衛星を置き換えるものとし、比較のために、パーキング軌道からの増速（減速）量の合計として評価（単位はm/s）する。
【００４６】
例えば、特許文献１に記載の方法では、以下の制御が必要である。
【００４７】
（１）静止軌道待機の場合  （ベストケースとして赤道上からの打上げを仮定）
遷移軌道投入  ２，４５９
静止軌道投入  １，４７９
静止軌道投入まで  計３，９３８ｍ／ｓ
面内調整              ８
軌道面変換    ２，３８８
軌道変更制御        ２，３９６ｍ／ｓ
合計制御量          ６，３３４ｍ／ｓ
【００４８】
（２）静止軌道待機の場合  （北緯２８．５度からの打上げを仮定）
遷移軌道投入  ２，４５９
静止軌道投入  １，８３７
静止軌道投入まで  計４，２９６ｍ／ｓ
面内調整              ８
軌道面変換    ２，３８８
軌道変更制御        ２，３９６ｍ／ｓ
合計制御量          ６，６９２ｍ／ｓ
【００４９】
（３）ペリジ高度軌道待機の場合  （ペストケースとして赤道上からの打上げを仮定）
遷移軌道投入  ２，３８４
静止軌道投入  １，４８１
静止軌道投入まで  計３，８６５ｍ／ｓ
軌道面変換    ２，４７９
遠地点上げ        １５７
軌道変更制御        ２，６３６ｍ／ｓ
合計制御量          ６，５０１ｍ／ｓ
【００５０】
以上の結果から、特許文献１の方法では、少なくとも６、３３４ｍ/sの制御が必要であることが分かる。
【００５１】
以下の実施例では、予備衛星を待機させる軌道を、高度１，０００ｋｍの円軌道と仮定している。
【００５２】
図１、図３は、それぞれ本発明の第１、第３の要件を備えた場合の１例を示す模式図である。これらの第１、第３の要件を満たす実施例として、次の例をあげることができる。この場合の予備衛星軌道からの増速（減速）量の合計として評価（単位はm/s）は、以下のようになる。
口ケツトで予備衛星軌道投入                              ４４３
遠地点高度を３９，９６０ｋｍに引き上げ              ２，３０４
軌道面を４５度変換し、
高度３９，９６０ｋｍの円軌道に投入    ２，１４２
準天頂軌道遠地点位置で減速し、準天頂軌道に投入          １４９
合計制御量            ５，０３８ｍ／ｓ
【００５３】
また、図４は、本発明の第４の要件を備えた場合の１例を示す模式図である。第１、第４の要件を満たす実施例として、次の例をあげることができる。
口ケットで予備衛星軌道投入                                ４４３
遠地点高度を３１，６１２ｋｍに引き上げ                ２，１６２
軌道面を４５度変換し、高度３１，６１２ｋｍの
円軌道に投入        ２，３３３
準天頂軌道近地点位置で加速し、準天頂軌道に投入            １５７
合計制御量              ５，０９５ｍ／ｓ
【００５４】
また、図５は、本発明の第５の要件を備えた場合の１例を示す模式図である。第１、第５の要件を満たす実施例として、次の例をあげることができる。
ロケットで予備衛星軌道投入                                ４４３
遠地点高度を３５，３７３ｋｍに引き上げ                ２，２３２
（準天偵軌道の昇交点高度：３５，３７３ｋｍ）
軌道面を４５度変換し、直接準天頂軌道に投入            ２，２６０
（３次元速度制御）
合計制御量              ４，９３５ｍ／ｓ
【００５５】
また、図２は、本発明の第２の要件を備えた場合の１例を示す模式図である。
第２、第３の要件を満たす実施例として、次の例をあげることができる。これは、軌道面の関係が最悪の場合に相当する。
口ケツトで予備衛星軌道投入                                ４４３
（軌道傾斜角２８，５度）
遠地点高度を３９，９６０ｋｍに引き上げ                ２，３０４
軌道面を７３．５度変換し、
高度３９，９６０ｋｍの円軌道に投入  ２，８９９
準天頂軌道遠地点位置で減速し、準天頂軌道に投入            １４９
合計制御量              ５，７９５ｍ／ｓ
【００５６】
次に、第２、第４の要件の要件を満たす実施例として、次の例をあげることができる。これも軌道面の関係が最悪の場合に相当する。
ロケットで予備衛星軌道投入                                ４４３
（軌道傾斜角２８．５度）
遠地点高度を３１、６１２ｋｍに引き上げ                ２，１６２
軌道面を７３．５度変換し、                    
高度３１，６１２ｋｍの円軌道に投入        ３，２４１
準天頂軌道近地点位置で加速し、準天頂軌道に投入            １５７
合計制御量              ６，００３ｍ／ｓ
【００５７】
また、図５は、本発明の第６の要件を備えた場合の１例を示す模式図でもある。
第２、第６の要件の要件を満たす実施例として、次の例をあげることができる。これも軌道面の関係が最悪の場合に相当する。
ロケットで予備衛星軌道投入                                ４４３
（軌道傾斜角２８，５度）
遠地点高度を３５，３７３ｋｍに引き上げ                ２，２３２
（準天偵軌道との交点高度：３５，３７３ｋｍ）
軌道面を７３．５度変換し、直接準天頂軌道に投入        ３，０８８
（３次元速度制御）
合計制御量              ５，７６３ｍ／ｓ
【００５８】
また、図６、図８は、それぞれ本発明の第７、第９の要件を備えた場合の１例を示す模式図である。これらの第７、第９の要件を満たす実施例として、次の例をあげることができる。
ロケットで予備衛星軌道投入                                ４４３
遠地点高度を１００，０００ｋｍに引き上げ              ２，７０２
軌道面を４５度変換し、
近地点高度３９，９６０ｋｍに引き上げ      １，１２８
遠地点を引き下げ、高度３９，９６０ｋｌｎの円軌道に投入    ５２９
準天頂軌道遠地点位置で減速し、準天頂軌道に投入            １４９
合計制御量              ４，９５１ｍ／ｓ
この合計制御量の結果は、上記の、第１、第３の要件を備えた場合の値に比べて、−８７ｍ／ｓ、となっていることが分かる。
【００５９】
また、図９は、第１０の要件を備えた場合の１例を示す模式図である。第７、第１０の要件を満たす実施例として、次の例をあげることができる。
（７）、（１０）の実施例
口ケツトで予備衛星軌道投入                                ４４３
遠地点高度をＩ００，０００ｋｍに引き上げ              ２，７０２
軌道面を４５度変換し、
近地点高度３１，６１２ｋｍに引き上げ  １，０３６
遠地点を引き下げ、高度３１，６１２ｋｍの円軌道に投入      ６９３
準天頂軌道近地点位置で加速し、準天頂軌道に投入            １５７
合計制御量              ５，０３１ｍ／ｓ
この合計制御量の結果は、上記の、第１、第４の要件を備えた場合の値に比べて、−６４ｍ／ｓ、となっていることが分かる。
【００６０】
また、図１０は、第１１の要件を備えた場合の１例を示す模式図である。第７、第１１の要件を満たす実施例として、次の例をあげることができる。
ロケットで予備衛星軌道投入                                ４４３
遠地点高度を１００，０００ｋｍに引き上げ              ２，７０２
軌道面を４５度変換し、
近地点高度３５，３７３ｋｍに引き上げ  １，０８０
（準天頂軌道の昇交点高度：３５，３７３ｋｍ）
近地点（準天頂軌道との交点）で準天頂軌道に直接投入        ６８５
（２次元速度制御）
合計制御量              ４，９１０ｍ／ｓ
この合計制御量の結果は、上記の、第１、第５の要件を備えた場合の値に比べて、−２５ｍ／ｓ、となっていることが分かる。
【００６１】
また、図１２は、第１４の要件を備えた場合の１例を示す模式図である。第７、第１４の要件を満たす実施例として、次の例をあげることができる。
口ケツトで予備衛星軌道投入                                ４４３
遠地点高度を１００，０００ｋｍに引き上げ              ２，７０２
軌道面を４５度変換し、外接軌道に投入                  １，０８７
軌道の接点で減速し、準天頂軌道に直接投入                  ６１７
合計制御量              ４，８４９ｍ／ｓ
この合計制御量の結果は、上記の、第７、第１１の要件を備えた場合の値に比べて、−６１ｍ／ｓ、となっていることが分かる。
【００６２】
また、図７は、第８の要件を備えた場合の１例を示す模式図である。第７、第９の要件を満たす実施例として、次の例をあげることができる。この場合も、軌道面の関係が最悪の場合である。
口ケットで予備衛星軌道投入                                ４４３
（軌道傾斜角２８，５度）
遠地点高度を１００，０００ｋｍに引き上げ              ２，７０２
軌道面を７３．５度変換し近地点高度
３９，９６０ｋｍに引き上げ  １，４７１
遠地点を引き下げ、高度３９，９６０ｋｍの円軌道に投入      ５２９
準天頂軌道遠地点位置で減速し、準天頂軌道に投入            １４９
合計制御量              ５，２９４ｍ／ｓ
この合計制御量の結果は、上記の、第２、第３の要件を備えた場合の値に比べて、−５０１ｍ／ｓ、となっていることが分かる。
【００６３】
また、図１２は、第１４の要件を備えた場合の１例を示す模式図である。第８、第１２の要件を満たす実施例として、次の例をあげることができる。この場合も、軌道面の関係が最悪の場合である。
口ケツトで予備衛星軌道投入                                ４４３
（軌道傾斜角２８．５度）
遠地点高度を１００，０００ｋｍに引き上げ              ２，７０２
軌道面を７３．５度変換し近地点高度
３５，３７３ｋｍに引き上げ  １，４２２
（準天頂軌道との交点高度：３５，３７３ｋｍ）
近地点（準天頂軌道との交点）で準天頂軌道に直接投入        ６８５
（２次元速度制御）
合計制御量              ５，２５２ｍ／ｓ
この合計制御量の結果は、上記の、第２、第６の要件を備えた場合の値に比べて、−５１１ｍ／ｓ、となっていることが分かる。
【００６４】
次に、第８、第１２の要件を満たす他の実施例として、次の例をあげることができる。この場合も、軌道面の関係が最悪の場合である。
口ケツトで予備衛星軌道投入                                ４４３
（軌道傾斜角２８．５度）
遠地点高度を３００，０００ｋｍに引き上げ              ２，９２２
軌道面を７３，５度変換し近地点高度３５，３７３ｋｍに引き上げ
（準天頂軌道との交点高度：３５，３７３ｋｍ）            ５４３
近地点（準天頂軌道との交点）で準天頂軌道に直接投入    １，０５５
（２次元速度制御）
合計制御量              ４，９６３ｍ／ｓ
この合計制御量の結果は、上記の、第２、第６の要件を備えた場合の値に比べて、−８００ｍ／ｓ、となっていることが分かる。
【００６５】
次に、第８、第１４の要件を満たす実施例として、次の例をあげることができる。この場合も、軌道面の関係が最悪の場合である。
（８）、（１４）の実施例１  （軌道面の関係が最悪のケース）
ロケツトで予備衛星軌道投入                                ４４３
（軌道傾斜角２８．５度）
遠地点高度を１００，０００ｋｍに引き上げ              ２，７０２
軌道面を７３．５度変換し、外接軌道に投入              １，４３０
軌道の接点で減速し、準天頂軌道に直接投入                  ６１７
合計制御量              ５，１９２ｍ／ｓ
この合計制御量の結果は、上記の、第８、第１２の要件を備えた場合の値に比べて、−６０ｍ／ｓ、となっていることが分かる。
【００６６】
次に、第８、第１４の要件を満たす他の実施例として、次の例をあげることができる。この場合も、軌道面の関係が最悪の場合である。
口ケツトで予備衛星軌道投入                                ４４３
（軌道傾斜角２８．５度）
遠地点高度を３００，０００ｋｍに引き上げ              ２，９２２
軌道面を７３，５度変換し、外接軌道に投入                  ５４５
軌道の接点で減速し、準天頂軌道に直接投入              １，０１１
合計制御量              ４，９２１ｍ／ｓ
この合計制御量の結果は、上記の、第８、第１２の要件を備えた場合の値に比べて、−４２ｍ／ｓ、となっていることが分かる。
【００６７】
上記したように、本発明により合計制御量を減少させることができ、衛星に搭載すべき推薬の重量を減らすことができる。例えば、合計制御量を４，９００ｍ／ｓ程度に削減すれば、先例の静止軌道待機に比べて、衛星の実効的な軌道投入重量を５０％程度増加させることができるので、本発明の工業的価値は十分に大きいといえる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、準天頂衛星に適用することができるが、準天頂衛星に限らず、ＧＰＳのように複数の軌道面に複数の衛星を配置することによって構成される中高度軌道衛星システムや長楕円軌道衛星システムに利用でき、そのシステムの衛星が故障した場合に、その故障した衛星を予備衛星で置き換えて、短期間でシステムを復旧させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１の要件を含む模式図である。
【図２】本発明の第２の要件を含む模式図である。
【図３】本発明の第３の要件を含む模式図である。
【図４】本発明の第４の要件を含む模式図である。
【図５】本発明の第５、第６の要件を含む模式図である。
【図６】本発明の第７の要件を含む模式図である。
【図７】本発明の第８の要件を含む模式図である。
【図８】本発明の第９の要件を含む模式図である。
【図９】本発明の第１０の要件を含む模式図である。
【図１０】本発明の第１１、第１２の要件を含む模式図である。
【図１１】本発明の第１３の要件を含む模式図である。
【図１２】本発明の第１４の要件を含む模式図である。
【図１３】本発明の第１５の要件を含む模式図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  運用軌道
１ｐ  運用軌道面
２  予備衛星軌道
２ｐ  予備衛星軌道面
３  第１の遷移軌道
３ｆ  第１の遷移軌道の遠地点
４  第２の遷移軌道
【図１】
2005145251.tif 000004
【図２】
2005145251.tif 000005
【図３】
2005145251.tif 000006
【図４】
2005145251.tif 000007
【図５】
2005145251.tif 000008
【図６】
2005145251.tif 000009
【図７】
2005145251.tif 000010
【図８】
2005145251.tif 000011
【図９】
2005145251.tif 000012
【図１０】
2005145251.tif 000013
【図１１】
2005145251.tif 000014
【図１２】
2005145251.tif 000015
【図１３】
2005145251.tif 000016