(57)【要約】【課題】  地上局および高エネルギー電子数を測定する人工衛星を介することなく、その時の人工衛星周囲の高エネルギー電子数に対応して高エネルギー電子をしゃへいする効果を有する双極子磁場を生成する。【解決手段】  本発明に係わる磁場生成装置は、磁場を生成するコイルと、前記コイルに流す電流を制御する電流制御装置と、地球磁場を測定する磁力計と、前記磁力計を保持するアームと、前記磁力計により測定された地球磁場から高エネルギー電子数の予測値を計算し、前記コイルに流す電流値を決定する磁場データ処理装置と、を備え、前記電流制御装置は前記磁場データ処理装置により決定された電流を発生するものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場を生成するコイルと、
前記コイルに流す電流を制御する電流制御装置と、
地球磁場を測定する磁力計と、
前記磁力計を保持するアームと、
前記磁力計により測定された地球磁場から高エネルギー電子数の予測値を計算し、前記コイルに流す電流値を決定する磁場データ処理装置と、を備え、
前記電流制御装置は前記磁場データ処理装置により決定された電流を発生する磁場生成装置。
【請求項２】
自己の姿勢角を計算する姿勢制御系計算機と、を備え、
前記磁場データ処理装置は、前記姿勢制御系計算機により計算された自己の姿勢角から演算される南北方向の地球磁場に基づき、高エネルギー電子数の予測値を計算する請求項１に記載の磁場生成装置。
【請求項３】
前記磁場データ処理装置は、過去６日間の地球磁場データを保持し、前記保持された地球磁場データから高エネルギー電子数の予測値を計算する請求項１または請求項２に記載の磁場生成装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の磁場生成装置を備え、前記コイルにより生成される磁場により太陽からの高エネルギー電子が遮蔽される衛星。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、人工衛星に搭載した磁力計で地球磁場を測定し、地球磁場の南北方向成分の変動を測定することにより、太陽から放出され、人工衛星に到達する高エネルギー電子数を予測し、予測した高エネルギー電子数に応じてコイルに電流を流すことにより双極子磁場を生成させ、人工衛星筐体外部に搭載された電子回路に到達する高エネルギー電子をしゃへいする効果を高める処置を人工衛星自身の判断で実施することを目的とした磁場生成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来の人工衛星の高エネルギー電子に対するしゃへい対策として、電子機器を搭載した人工衛星を示す構成図である（例えば特許文献１）。
【０００３】
図６において、１は太陽から放出された高エネルギー電子、２は人工衛星の構体、３は人工衛星構体２の外部に搭載された電子機器の筐体、４は電子回路、５は電子部品、６は電流が流れることにより磁場を生成するコイル、７はコイル内部に存在し、コイルが生成した磁場で磁化することによってさらに磁場を生成する磁性体、８はコイルと磁性体に所望の磁場を生成させるためにコイルに流す電流を制御する電流制御装置、９はコイルと磁性体が生成する磁力線である。
【０００４】
電流制御装置８によりコイル６に電流が流れると、コイル６は磁石になり磁場を生成する。コイル６が磁場を生成すると磁性体７は磁化され、コイル６が生成した磁場を強めるように磁場９を生成する。この磁場は近似的に双極子磁場とみなすことができる。双極子磁場は太陽から放出された高エネルギー電子を跳ね返す性質を有するため、双極子磁場を生成することにより高エネルギー電子は人工衛星構体外部の電子回路に到達しにくくなり、しゃへい効果を高めることができる。
【０００５】
図７は、図６で説明した電子機器を有する人工衛星が太陽から放出される高エネルギー電子をしゃへいする効果を高めるまでの動作の過程を示す構成図である。
【０００６】
図７において、５５は地上局、５６は太陽から放出された高エネルギー電子数を測定する人工衛星、５７は高エネルギー電子をしゃへいする効果を高めるため従来の電子機器を有する人工衛星、５８は人工衛星５６から送信された高エネルギー電子数測定データ、６０は地上局５５から人工衛星５７に送信され、人工衛星５７の周囲に所望の双極子磁場を生成させるための電流制御コマンド、５９は人工衛星５７の周囲に生成された双極子磁場である。
【０００７】
地上局５５では人工衛星５６が測定し送信した高エネルギー電子数の測定データ５８を受信した後、人工衛星５７の周囲にどの程度強さの双極子磁場を生成させ、太陽から放出された高エネルギー電子１をしゃへいする効果を高める必要があるか解析する。解析後、地上局５５から人工衛星５７に対し、所望の双極子磁場を生成させるためにコイル６に流す電流を制御するためのコマンド６０を送信する。人工衛星５７がコマンド６０を受信した後、電流制御装置８はコイル６に電流を流し、人工衛星５７の周囲に所望の双極子磁場５９を生成する。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−２２３６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の電子機器を有する人工衛星の高エネルギー電子対策は以上のようにとられており、人工衛星の周囲に所望の双極子磁場を生成するためには、地上局において高エネルギー電子数を測定する人工衛星から測定データを受信し、測定データが解析された後、地上局から送信される電流制御コマンドを人工衛星が受信する構成である。この構成では高エネルギー電子数を測定する人工衛星および地上局の存在が不可欠である。もし、高エネルギー電子数を測定する人工衛星での不具合または地上局側での不具合が発生した場合、従来の電子機器を有する人工衛星では電流制御コマンドを受信できず、高エネルギー電子対策を正常に実施することができない。高エネルギー電子数を測定する人工衛星が正常な場合でも、測定場所と従来の電子機器を有する人工衛星の場所とで相当の距離がある時には高エネルギー電子数に差異がある可能性があり、電流制御コマンドを受信しても所望の双極子磁場を生成できるとは限らない。
【００１０】
本発明は、かかる課題を解決するものであり、人工衛星単独で高エネルギー電子数を測定し、人工衛星の周囲に所望の双極子磁場を生成するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係わる磁場生成装置は、磁場を生成するコイルと、前記コイルに流す電流を制御する電流制御装置と、地球磁場を測定する磁力計と、前記磁力計を保持するアームと、前記磁力計により測定された地球磁場から高エネルギー電子数の予測値を計算し、前記コイルに流す電流値を決定する磁場データ処理装置と、を備え、前記電流制御装置は前記磁場データ処理装置により決定された電流を発生するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、人工衛星単独で高エネルギー電子数を測定し、人工衛星の周囲に所望の双極子磁場を生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態を示す構成図であり、１から９は図６に示す従来の構成と同様である。１０は磁場データ処理装置、１１は磁力計、１２は衛星構体自身が生成する磁場およびコイルが生じる磁場を測定することを回避し、地球磁場を高精度で測定するために磁力計を衛星構体から離すためのアームである。
【００１４】
図２は図１で示した磁力計１１の取付け向きと取付け位置について示した図である。１２は図１で示した磁力計取付けアームである。１３は地球、１４は北極、１５は南極、１６は赤道、１７は北極と南極を結んだ線、１８は静止衛星、１９は地球の中心と静止衛星の中心を結んだ線、２０は静止衛星での測定磁場方向Ｘ、２１は静止衛星での測定磁場方向Ｙ、２２は静止衛星での測定磁場方向Ｚ、２３は周回衛星、２４は地球の中心と周回衛星の中心を結んだ線、２５は周回衛星での測定磁場方向Ｘ、２６は周回衛星での測定磁場方向Ｙ、２７は周回衛星での測定磁場方向Ｚ、２８は静止衛星１８の機体軸、２９は周回衛星２３の機体軸である。
【００１５】
図３は地球磁場を測定し南北方向成分の変動を測定した結果から予測された高エネルギー電子数と測定された高エネルギー電子数の時間変動おける典型的なパターンを示した図である。３０は測定された地球磁場の南北方向成分、３１は測定された地球磁場の南北方向成分３０の変動から予測された高エネルギー電子数、３２は測定された高エネルギー電子数である。ここで横軸の単位は時間である。縦軸は、地球磁場の南北成分の変動については［ｎＴ］（ナノテスラー）、高エネルギー電子数については［電子数／（ｃｍ２・ｓ・ｓｔｒ）］である。
【００１６】
図４は地球磁場を測定してからコイルに電流を流すまでに係る各装置について電気的な繋がりを示した図である。コイル６、電流制御装置８、磁場データ処理装置１０、磁力計１１は図１で説明したものである。３３は測定磁場データ、３４は人工衛星の姿勢角データ、３５は衛星情報、３６は電流制御コマンド、３７はコイルに流す電流、３８は姿勢制御系計算機である。
【００１７】
図５は磁場データ処理装置１０の構成を示した図である。測定磁場データ３３、人工衛星の姿勢角データ３４、衛星情報３５、電流制御コマンド３６は図４で説明したものである。３９はデータ分割処理回路、４０は磁場Ｚ軸データ、４１は磁場Ｘ軸データ、４２は磁場Ｙ軸データ、４３は南北方向磁場演算処理回路、４４は南北方向磁場データ出力部、４５は南北方向磁場データ、４６は正規化演算処理回路、４７はメモリ１、４８はメモリ２、４９はメモリ３、５０はメモリ４、５１はメモリ５、５２はメモリ６、５３は予測演算処理回路、５４は電流制御コマンド生成処理回路である。
【００１８】
図１において、１から９は図６で説明した従来の電子機器の動作と同様である。アーム１２により衛星構体から離れた場所に取り付けられた磁力計１１は地球磁場を測定する。磁力計１１は測定した地球磁場データを磁場データ処理装置１０に出力する。磁場データ処理装置１０は入力した磁場データを基に地球磁場の南北方向成分の変動量を検出し、太陽から放出され人工衛星に到達する高エネルギー電子数を予測し、高エネルギー電子をしゃへいする効果を高める双極子磁場を生成させるため、電流制御装置８に対して電流制御コマンドを出力する。電流制御装置８が電流制御コマンドに従いコイル６に電流を流すことにより、所望の双極子磁場が生成される。
【００１９】
次に図２において地球磁場の南北方向成分を測定するため、磁力計１１の取付け向きと取付け位置について説明する。
【００２０】
磁力計１１に関して、既に一般的に人工衛星で搭載、使用されているフラックスゲート磁力計の場合、直交する３軸方向の磁場をそれぞれ検出できるため、磁力計１１は３軸方向の磁場をそれぞれ検出できるものとする。
【００２１】
静止衛星１８において磁力計１１により地球磁場の南北方向成分を測定する場合、静止衛星の機体軸２８と北極１４、南極１５および赤道１６を含めた地球１３に対する相対位置関係は基本的に一定である。つまり静止衛星１８の姿勢角は一定である。この時静止衛星の機体軸２８のうち１つの軸は北極と南極を結ぶ線１７と平行になっている。一方、北極と南極を結ぶ線１７は地球磁場の南北方向とほぼ平行であるから、例えば静止衛星での測定磁場方向Ｚ ２２を北極と南極を結ぶ線１７と平行になるような向きに磁力計１１を静止衛星１８に取付ければ地球磁場の南北方向成分を直接測定することができる。これは静止衛星での測定磁場方向Ｚ ２２を静止衛星の機体軸２８のうち北極と南極を結ぶ線１７と平行にある軸と平行になるように磁力計１１を取付けることと等価である。この時、静止衛星での測定磁場方向Ｘ ２０および静止衛星での測定磁場方向Ｙ ２１は地球磁場の南北方向とは直交の関係にあり地球磁場の南北方向成分とは無関係となるため無視できる。
【００２２】
周回衛星２３において磁力計１１により地球磁場の南北方向成分を測定する場合、周回衛星の機体軸２９と北極１４、南極１５および赤道１６を含めた地球１３に対する相対位置関係、つまり姿勢角は時々刻々と変動する。さらに周回衛星での測定磁場Ｘ ２５、周回衛星での測定磁場Ｙ ２６、周回衛星での測定磁場Ｚ ２７はそれぞれ地球磁場の南北方向成分を含み時々刻々と変動する。ここで、上述の静止衛星１８の場合と同様の向きに磁力計１１を取付けても、周回衛星２３での時々刻々と変化する姿勢角は人工衛星に予め備わっている姿勢計測センサおよび姿勢制御系計算機により検出されているので、姿勢角の情報と周回衛星での測定磁場Ｘ ２５、周回衛星での測定磁場Ｙ ２６、周回衛星での測定磁場Ｚ ２７の情報から計算により容易に地球磁場の南北方向成分を求めることができる。
【００２３】
一方、静止衛星１８は打上げ後から静止軌道に到達するまでは周回衛星と同様に姿勢角が時々刻々と変化するので、上述の周回衛星２３と同様の処理を行うことにより地球磁場の南北方向成分を求めることができる。
【００２４】
磁力計取付けアーム１２については、衛星構体自身が生成する磁場およびコイルが生じる磁場を測定することを回避し、地球磁場を高精度で測定できる位置に磁力計１１を設置できる長さとする。また、磁力計取付けアーム１２自身も磁化して磁場を生じると磁力計１１での測定に影響があるので、磁力計取付けアーム１２は磁化しない材質を使用する。
【００２５】
次に図３において、地球磁場の南北方向成分の変動量を測定することにより、太陽から放出され、人工衛星に到達する高エネルギー電子数を予測できる根拠を説明する。
【００２６】
図３において、測定された高エネルギー電子数３２の時間変動パターンは、測定された地球磁場の南北方向成分３０の時間変動パターンと相関があることを示している。測定された高エネルギー電子数３２は地球磁場の南北方向成分３０の変動に追従し、磁場の変動が大きく（小さく）なるにつれ高エネルギー電子数は増加（減少）することを示している。人工衛星による実際の宇宙での測定結果から高エネルギー電子数３２と地球磁場の南北方向成分３０の変動は常に上述の関係にあることが分かっている。
【００２７】
ここで、測定された地球磁場の南北方向成分３０の変動と測定された高エネルギー電子数３２の相関について、測定データを統計的に評価することにより、測定された地球磁場の南北方向成分３０の時間変動パターンと測定された高エネルギー電子数３２の時間変動パターンの間には約２日の時間的なずれがあることがわかっている。つまり、例えば測定した磁場の変動量が極大を示した場合、その約２日後に高エネルギー電子数は極大になることを意味しており、これは磁場の変動量をアプリオリ情報として、定性的に高エネルギー電子数の変動の傾向を予測できることを意味している。
【００２８】
また、上述の高エネルギー電子数と地球磁場の南北方向成分の変動の相関については数学的にモデル化されており、測定された地球磁場の南北成分３０のデータを使用することで、高エネルギー電子数を計算できる。図３において、予測された高エネルギー電子数３１がこの計算結果を示すものであり、測定された高エネルギー電子数３２とほぼ等しくなることが分かっている。つまり、上述の相関を表す数学モデルをアプリオリ情報とすることで、定量的にも高エネルギー電子数を予測できることを意味している。なお、高エネルギー電子数の予測計算を実施するにあたり、過去６日間の地球磁場の南北方向のデータを基にすると現実の高エネルギー電子数に最も近くなることがわかっている。
【００２９】
次に図４において、磁場測定からコイルに電流を流し磁場を生成するまで、各装置の電気的な繋がりについて説明する。なお、人工衛星搭載機器は一般的に故障に備えて冗長構成を取っており、本発明においても各装置は冗長構成を取ることになるが、冗長構成の仕方については本発明とは無関係であるため説明を省略する。
【００３０】
磁力計１１からは測定した磁場データ３３が磁場データ処理装置１０に出力される。磁場データ３３には図２で説明したX、Y、Z各軸方向の磁場データが含まれている。磁場データ処理装置１０は姿勢制御系計算機３８から静止衛星なのか周回衛星なのかを判断するための衛星情報３５を入力する。また人工衛星の姿勢角データ３４を入力する。静止衛星であれば磁場データ３３のうちZ軸方向の磁場データを南北方向の磁場とする。周回衛星であればX、Y、Z各軸方向の磁場データと人工衛星の姿勢角データ３４から南北方向の磁場を算出する。磁場データ処理装置１０は算出された南北方向の磁場データを過去６日間分蓄え、その６日間分の磁場データを基に高エネルギー電子数の予測値を計算する。さらに、その予測値に対応してコイル６に流す電流値を決め、電流制御装置８へ電流制御コマンド３６を出力する。電流制御装置８は電流制御コマンド３６を入力し、指示された電流をコイル６へ流す。
【００３１】
次に図５において、磁場データ処理装置１０の仕組みおよび動作の詳細について説明する。
【００３２】
磁力計から入力した測定磁場データ３３はデータ分割処理回路３９により磁場Ｚ軸データ４０、磁場Ｘ軸データ４１、磁場Ｙ軸データ４２に分離され、分離された各データは南北方向磁場演算処理回路４３に入力される。南北方向磁場演算処理回路４３は姿勢制御系計算機から人工衛星の姿勢角データ３４を入力し、その姿勢角データを用いて南北方向磁場を算出し、南北方向磁場データ出力部４４に出力する。南北方向磁場データ出力部４４は磁場Ｚ軸データ４０も別途に入力する。
【００３３】
衛星情報３５は人工衛星自身が静止衛星であるか否かを表す信号であり、南北方向磁場データ出力部４４は、衛星情報３５が静止衛星であることを示す場合は磁場Ｚ軸データ４０を南北方向磁場データ４５とし、静止衛星でないことを示す場合は南北方向磁場演算処理回路４３から出力されたデータを南北方向磁場データ４５とし、正規化演算処理回路４６に出力する。
【００３４】
なお、磁力計から測定磁場データ３３を入力し、南北方向磁場データ４５を正規化演算処理回路４６に出力するまで処理は、磁力計のサンプリングレートに依存し、磁力計から測定磁場データ３３が入力される毎に実施される。サンプリングレートは、大きい場合後段での予測計算において精度を高めることができるが処理時間および回路規模の増大に繋がり、小さい場合は上述の逆となるので、適宜設定することとなるが、図３で説明した通り６日間の磁場データ変動から予測計算を行うため、サンプリングレートは１日間に複数回となる。
【００３５】
正規化演算処理回路４６はあるサンプリングレートに基づいて入力される南北方向磁場データ４５に対して、フィルタリングを行いノイズ成分を除去する。さらに、１日間の平均値を算出し、メモリに保存する。１日間の平均値を算出するため、本処理は１日に１回実施される。１日毎に正規化演算処理回路４６から出力されたデータはメモリに保存される。メモリは、メモリ１からメモリ６まであり、過去６日間分に対応する６個のデータを保存する。
【００３６】
予測演算処理回路５３はメモリ１からメモリ６に保存された過去６日分のデータを読み込み、線形近似により翌日の南北方向の磁場の大きさを算出する。さらに、算出した南北方向の磁場を基に対応する高エネルギー電子数を算出し、発生させる双極子磁場の強さ、つまりコイルに流す電流値を決定し、電流制御コマンド生成処理回路５４に出力する。
【００３７】
電流制御コマンド生成処理回路５４は予測演算処理回路５３から入力した電流値に基づき電流制御コマンド３６を電流制御装置に出力する。
【００３８】
以上より、高エネルギー電子数を測定する人工衛星および地上局を介することなく、地球磁場の南北方向成分の変動を検知し、太陽から放出され人工衛星に到達する高エネルギー電子数を予測することにより、予測した高エネルギー電子数に対応して高エネルギー電子をしゃへいする効果を有する双極子磁場を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明による地球磁場を測定し、人工衛星に到達する高エネルギー電子数を予測し、所望の双極子磁場を生成させる人工衛星の実施の形態の構成を示す図である。
【図２】磁力計の取付け向きと取付け位置について示した図である。
【図３】測定された地球磁場の南北方向成分の変動、予測された高エネルギー電子数および測定された高エネルギー電子数の関係を示した図である。
【図４】地球磁場を測定してからコイルに電流を流すまでに係る各装置について電気的な繋がりを示した図である。
【図５】磁場データ処理装置の構成を示した図である。
【図６】双極子磁場を生成するため、従来の電子機器を搭載した人工衛星を示した図である。
【図７】従来の電子機器を搭載した人工衛星が太陽から放出された高エネルギー電子に対するしゃへい効果を増強させるために所望の双極子磁場を生成するまでの過程を示した図である。
【符号の説明】
【００４０】
１． 太陽から放出された高エネルギー電子
２． 人工衛星の構体
３． 人工衛星構体外部に搭載された電子機器の筐体
４． 電子回路
５． 電子部品
６． コイル
７． 磁性体
８． 電流制御装置
９． コイルと磁性体が生成する磁力線
１０． 磁場データ処理装置
１１． 磁力計
１２． 磁力計取付けアーム
１３． 地球
１４． 北極
１５． 南極
１６． 赤道
１７． 北極と南極を結んだ線
１８． 静止衛星
１９． 地球の中心と静止衛星の中心を結んだ線
２０． 静止衛星での測定磁場方向Ｘ
２１． 静止衛星での測定磁場方向Ｙ
２２． 静止衛星での測定磁場方向Ｚ
２３． 周回衛星
２４． 地球の中心と周回衛星の中心を結んだ線
２５． 周回衛星での測定磁場方向Ｘ
２６． 周回衛星での測定磁場方向Ｙ
２７． 周回衛星での測定磁場方向Ｚ
２８． 静止衛星の機体軸
２９． 周回衛星での機体軸
３０． 地球磁場の南北方向成分の変動
３１． 予測された高エネルギー電子数
３２． 測定された高エネルギー電子数
３３． 測定磁場データ
３４． 人工衛星の姿勢角データ
３５． 衛星情報
３６． 電流制御コマンド
３７． コイルに流す電流
３８． 姿勢制御系計算機
３９． データ分割処理回路
４０． 磁場Ｚ軸データ
４１． 磁場Ｘ軸データ
４２． 磁場Ｙ軸データ
４３． 南北方向磁場演算処理回路
４４． 南北方向磁場データ出力部
４５． 南北方向磁場データ
４６． 正規化演算処理回路
４７． メモリ１
４８． メモリ２
４９． メモリ３
５０． メモリ４
５１． メモリ５
５２． メモリ６
５３． 予測演算処理回路
５４． 電流制御コマンド生成処理回路
５５． 地上局
５６． 太陽から放出された高エネルギー電子数を測定する人工衛星
５７． 従来の電子機器を有する人工衛星
５８． 高エネルギー電子数測定データ
５９． 双極子磁場
６０． 地上局から送信された電流制御コマンド。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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