(57)【要約】      （修正有）【課題】効果的であるが燃料効率に優れた、新しい改良された衛星の軌道保持のための装置及び方法を提供する【解決手段】衛星は、天頂側に設置された北電気スラスタ及び南電気スラスタを含む。軌道コントローラが、降交点４１４の近くでの南電気スラスタの噴射９０４の期間とは異なる、昇交点４１２の近くでの北電気スラスタの噴射９０２の期間を選択する。軌道コントローラは、降交点の近くでの南電気スラスタの噴射のオフセット９１４とは異なる、昇交点の近くでの北電気スラスタの噴射のオフセット９１２を選択するように設定される。【選択図】図９
2017061292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地球周りの軌道を周回するように構成された衛星を備える装置であって、前記衛星が、
地球に向き合う天底側及び前記天底側の反対の天頂側を有する衛星バス、
前記天頂側の北領域に向かって設置され、下向きに方向付けられ、前記衛星の質量の中心を通る推力を生み出す、北電気スラスタ、
前記天頂側の南領域に向かって設置され、上向きに方向付けられ、前記衛星の前記質量の中心を通る推力を生み出す、南電気スラスタ、及び
前記衛星の軌道保持の手順を制御する軌道コントローラを備え、
前記軌道コントローラが、降交点の近くでの前記南電気スラスタの噴射の期間とは異なる昇交点の近くでの前記北電気スラスタの噴射の期間を選択するように設定され、
前記軌道コントローラが、前記降交点に関する前記南電気スラスタの前記噴射のオフセットとは異なる前記昇交点に関する前記北電気スラスタの前記噴射のオフセットを選択するように設定される、装置。
【請求項２】
前記衛星が、       
前記衛星バスの東側に設置され、前記衛星の前記質量の中心を通る推力を生み出す、東化学スラスタと、
前記衛星バスの西側に設置され、前記衛星の前記質量の中心を通る推力を生み出す、西化学スラスタとを備え、
前記軌道コントローラが、前記昇交点及び前記降交点のうちの１以上の近くで、前記西化学スラスタ又は前記東化学スラスタのうちの１以上の噴射を制御するように設定される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記電気スラスタのための噴射期間における差異、及び前記電気スラスタの前記噴射の前記オフセットにおける差異が、前記衛星の正味の半径方向速度変化を生み出し、前記正味の半径方向速度変化が、前記電気スラスタの前記噴射による前記衛星の前記軌道に対するデルタ離心率成分を生み出し、
前記軌道コントローラが、前記衛星の第１及び第２の接線方向速度変化のうちの少なくとも一方を生み出す、前記衛星の前記軌道に沿った１以上の位置に沿った第１の位置における前記東化学スラスタ又は前記西化学スラスタのうちの１以上の噴射を制御するように設定され、前記第１の接線方向速度変化が、前記１以上の化学スラスタの前記噴射による１以上のデルタ離心率成分を生み出し、
前記１以上の化学スラスタの前記噴射による前記デルタ離心率成分が、前記電気スラスタの前記噴射による前記デルタ離心率成分に追加されるように、前記軌道コントローラが、前記１以上の化学スラスタの前記噴射の前記第１及び第２の位置のうちの少なくとも一方を選択するように設定される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記軌道コントローラが、前記衛星の軌道面の傾斜を決定し、前記傾斜に基づいて、前記北電気スラスタの前記噴射及び前記南電気スラスタの前記噴射による全噴射時間を決定するように設定される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記軌道コントローラが、年の時期に基づいて地心座標系内の太陽の位置を決定し、前記北電気スラスタの前記噴射の前記期間及び前記オフセット及び前記南電気スラスタの前記噴射の前記期間及び前記オフセットを選択し、太陽の前記位置の後９０°±５°を指すターゲット離心率変化を生み出すように設定される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記北電気スラスタが、前記衛星の北南軸に対して第１の角度で方向付けられ、前記第１の角度が、３５°±２５°であり、
前記南電気スラスタが、前記衛星の前記北南軸に対して第２の角度で方向付けられ、前記第２の角度が、３５°±２５°である、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記北電気スラスタ及び前記南電気スラスタが、推進剤としてキセノンを使用する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
衛星の軌道保持の手順を制御する方法であって、前記衛星が、地球に向き合う天底側及び前記天底側の反対の天頂側を有する衛星バス、前記天頂側の北領域に向かって設置され、下向きに方向付けられ、前記衛星の質量の中心を通る推力を生み出す北電気スラスタ、及び前記天頂側の南領域に向かって設置され、上向きに方向付けられ、前記衛星の前記質量の中心を通る推力を生み出す南電気スラスタを備え、前記方法が、
降交点の近くでの前記南電気スラスタの噴射の期間とは異なる、昇交点の近くでの前記北電気スラスタの噴射の期間を選択すること、及び
前記降交点に関する前記南電気スラスタの前記噴射のオフセットとは異なる、前記昇交点に関する前記北電気スラスタの前記噴射のオフセットを選択することを含む、方法。
【請求項９】
前記衛星が、前記衛星バスの東側に設置され、前記衛星の前記質量の中心を通る推力を生み出す、東化学スラスタ、及び
前記衛星バスの西側に設置され、前記衛星の前記質量の中心を通る推力を生み出す、西化学スラスタを更に備え、前記方法が、
前記昇交点の近くでの前記西化学スラスタ又は前記東化学スラスタのうちの一方の噴射を制御することを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記降交点の近くでの前記西化学スラスタ又は前記東化学スラスタのうちの他方の噴射を制御することを更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記衛星が、前記衛星バスの東側に設置され、前記衛星の前記質量の中心を通る推力を生み出す、東化学スラスタ、及び前記衛星バスの西側に設置され、前記衛星の前記質量の中心を通る推力を生み出す、西化学スラスタを更に備え、
前記電気スラスタのための噴射期間における差異及び前記電気スラスタの前記噴射の前記オフセットにおける差異が、前記衛星の正味の半径方向速度変化を生み出し、前記正味の半径方向速度変化が、前記電気スラスタの前記噴射による前記衛星の軌道に対するデルタ離心率成分を生み出し、前記方法が、
前記衛星の第１の接線方向速度変化を生み出す前記衛星の前記軌道に沿った第１の位置における前記東化学スラスタ又は前記西化学スラスタのうちの一方の噴射を制御することであって、前記第１の接線方向速度変化が、前記一方の化学スラスタの前記噴射によるデルタ離心率成分を生み出す、制御することを更に含み、
前記一方の化学スラスタの前記噴射による前記デルタ離心率成分が、前記電気スラスタの前記噴射による前記デルタ離心率成分に追加されるように、前記一方の化学スラスタの前記噴射の前記第１の位置が選択される、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記衛星の第２の接線方向速度変化を生み出す前記衛星の前記軌道に沿った第２の位置における前記東化学スラスタ又は前記西化学スラスタのうちの他方の噴射を制御することであって、前記第２の接線方向速度変化が、前記他方の化学スラスタの前記噴射によるデルタ離心率成分を生み出す、制御することを更に含み、
前記他方の化学スラスタの前記噴射による前記デルタ離心率成分が、前記電気スラスタの前記噴射による前記デルタ離心率成分及び前記一方の化学スラスタの前記噴射による前記デルタ離心率成分に追加されるように、前記他方の化学スラスタの前記噴射の前記第２の位置が選択される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記衛星の軌道面の傾斜を決定すること、及び
前記傾斜に基づいて、前記北電気スラスタの前記噴射及び前記南電気スラスタの前記噴射による全噴射時間を決定することを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
年の時期に基づいて地心座標系内の太陽の位置を決定すること、及び
前記北電気スラスタの前記噴射の前記期間及び前記オフセット及び前記南電気スラスタの前記噴射の前記期間及び前記オフセットを選択し、太陽の前記位置の後９０°±５°を指すターゲット離心率変化を生み出すことを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
衛星の軌道保持の手順を制御するように設定された軌道コントローラを備える装置であって、前記衛星が、
地球に向き合う天底側及び前記天底側の反対の天頂側を有する衛星バス、
前記天頂側の北領域に向かって設置され、下向きに方向付けられ、前記衛星の質量の中心を通る推力を生み出す、北電気スラスタ、
前記天頂側の南領域に向かって設置され、上向きに方向付けられ、前記衛星の前記質量の中心を通る推力を生み出す、南電気スラスタ、
前記衛星バスの東側に設置され、前記衛星の前記質量の中心を通る推力を生み出す、東化学スラスタ、及び
前記衛星バスの西側に設置され、前記衛星の前記質量の中心を通る推力を生み出す、西化学スラスタを備え、
前記軌道コントローラが、降交点の近くでの前記南電気スラスタの噴射の期間とは異なる昇交点の近くでの前記北電気スラスタの噴射の期間を選択するように設定され、
前記軌道コントローラが、前記降交点に関する前記南電気スラスタの前記噴射のオフセットとは異なる前記昇交点に関する前記北電気スラスタの前記噴射のオフセットを選択するように設定される、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、衛星の分野に関し、特に、衛星の軌道保持に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球同期衛星は、地球周りの軌道を周回し、地球の回転の方向に追従する衛星である。地球を周回する地球同期衛星の１回転は約２４時間かかり、それは、地球がその軸の周りを一度回転するために必要な時間量と同じである。これらのタイプの衛星は、地球上の特定の位置から見られる場合に静止しているように見えるので、地球に同期しているとみなされ、一般的に通信衛星として使用される。
【０００３】
地球同期衛星は、地球の赤道上の軌道が割り当てられ、したがって、それらは、互いに衝突することがなく、又は互いの通信と干渉することがない。地球同期衛星は、地球の中心から約４２，１６４キロメートルの半径において軌道を周回する。この半径における衛星は、地球の重力のために、約２４時間（恒星日）で地球を一回転する。衛星の軌道は、太陽及び月からの重力、地球の非球形状、太陽輻射圧などの、摂動によって影響され得る。摂動を無効にし、衛星をその割り当てられた軌道に保持するために、衛星の推進システムが、「軌道保持」の手順（ｍａｎｅｕｖｅｒ）と呼ばれる動作手順を実行する。地球上の位置から観察した場合に、衛星の位置は、所定の寸法を有する割り当てられた軌道ステーション又は「ボックス（ｂｏｘ）」の範囲内に維持される。軌道保持は、衛星の経度、その軌道の離心率、及び地球の赤道面からのその軌道面の傾斜の制御を含む。
【０００４】
軌道保持の一実施例が、２０００年１月１８日に発行された米国特許番号６，０１５，１１６の中で説明されている。‘１１６の中で説明されている推進システムは、衛星の裏（天頂）側の対角線上に配置された４つのスラスタを使用する。スラスタの１つのペアは、衛星の質量の中心を通るように向けられた推力線を有し、一方、他のペアは、質量の中心からの運動量アームによって間隔を空けられたスラスタ力を有する。軌道保持の別の一実施例が、２０１１年４月５日に発行された米国特許番号７，９１８，４２０の中で説明されている。両方の特許は、本明細書に完全に含まれるように、参照することによって組み込まれている。
【０００５】
効果的であるが燃料効率に優れた、新しい改良された軌道保持の手順を特定することが望ましい。
【発明の概要】
【０００６】
本明細書で説明される実施形態は、衛星の軌道保持の手順を提供する。本明細書で議論される衛星は、地球と向き合う天底側、及び天底側と反対にある天頂側を有する、衛星バスを含む。北電気スラスタは、天頂側の北の領域に向かって設置され、衛星の質量の中心を通る推力を生み出すように、下向きに方向付けられている。南電気スラスタは、天頂側の南の領域に向かって設置され、衛星の質量の中心を通る推力を生み出すように、上向きに方向付けられている。軌道コントローラは、衛星の軌道保持の手順を制御する。軌道コントローラは、降交点の近くでの南電気スラスタの噴射の期間とは異なる、昇交点の近くでの北電気スラスタの噴射の期間を選択するように設定される。噴射期間の間の差異は、地心座標系のｘ軸に実質的に沿った離心率の変化を生成する。軌道コントローラは、降交点に関する南電気スラスタの噴射のオフセットとは異なる、昇交点に関する北電気スラスタの噴射のオフセットを選択するように設定される。噴射のオフセットの間の差異は、地心座標系のｙ軸に実質的に沿った離心率の変化を生成する。昇交点及び降交点での噴射における差異のために、ターゲット離心率の変化（Δｅ）が、これらの手順によって生み出され得る。したがって、ターゲットΔｅは、太陽輻射圧及び他の摂動によってもたらされた離心率に対する埋め合わせを行うために使用され得る。
【０００７】
一実施形態では、衛星が、衛星バスの東側に設置され、衛星の質量の中心を通る推力を生み出す、東化学スラスタ、及び衛星バスの西側に設置され、衛星の質量の中心を通る推力を生み出す、西化学スラスタを更に含む。
【０００８】
別の一実施形態では、軌道コントローラが、昇交点の近くでの西化学スラスタ又は東化学スラスタのうちの一方の噴射を制御し、降交点の近くでの西化学スラスタ又は東化学スラスタのうちの他方の噴射を制御するように設定される。化学スラスタの噴射は、更なるΔｅ成分を生成する。
【０００９】
別の一実施形態では、電気スラスタのための噴射期間における差異、及び電気スラスタの噴射のオフセットにおける差異が、衛星の正味の半径方向速度変化を生み出し、正味の半径方向速度変化は、電気スラスタの噴射による衛星の軌道に対するデルタ離心率成分を生み出す。軌道コントローラは、衛星の第１の接線方向速度変化を生み出す衛星の軌道に沿った第１の位置における東化学スラスタ又は西化学スラスタのうちの一方の噴射を制御するように設定され、第１の接線方向速度変化は、一方の化学スラスタの噴射によるデルタ離心率成分を生み出す。軌道コントローラは、一方の化学スラスタの噴射によるデルタ離心率成分が、電気スラスタの噴射によるデルタ離心率成分に追加されるように、一方の化学スラスタの噴射の第１の位置を選択するように設定される。別の一実施形態では、軌道コントローラが、衛星の第２の接線方向速度変化を生み出す衛星の軌道に沿った第２の位置における東化学スラスタ又は西化学スラスタのうちの他方の噴射を制御するように設定され、第２の接線方向速度変化は、他方の化学スラスタの噴射によるデルタ離心率成分を生み出す。軌道コントローラは、他方の化学スラスタの噴射によるデルタ離心率成分が、電気スラスタの噴射によるデルタ離心率成分及び一方の化学スラスタの噴射によるデルタ離心率成分に追加されるように、他方の化学スラスタの噴射の第２の位置を選択するように設定される。
【００１０】
別の一実施形態では、軌道コントローラが、衛星の軌道面の傾斜を決定し、傾斜に基づいて、北電気スラスタの噴射及び南電気スラスタの噴射による全噴射時間を決定するように設定される。
【００１１】
別の一実施形態では、軌道コントローラが、年の時期に基づいて地心座標系内の太陽の位置を決定し、北電気スラスタの噴射の期間及びオフセット並びに南電気スラスタの噴射の期間及びオフセットを選択し、太陽の位置の後９０°±５°を指すターゲット離心率変化を生み出すように設定される。
【００１２】
別の一実施形態では、北電気スラスタが、衛星の北南軸に対して第１の角度で方向付けられ、第１の角度は３５°±２５°である。南電気スラスタは、衛星の北南軸に対して第２の角度で方向付けられ、第２の角度は３５°±２５°である。
【００１３】
別の一実施形態では、北電気スラスタ及び南電気スラスタが、推進剤としてキセノンを使用する。
【００１４】
別の一実施形態は、上述のような衛星の軌道保持の手順を制御する方法を含む。該方法は、降交点の近くでの南電気スラスタの噴射の期間とは異なる、昇交点の近くでの北電気スラスタの噴射の期間を選択することを含む。該方法は、降交点に関する南電気スラスタの噴射のオフセットとは異なる、昇交点に関する北電気スラスタの噴射のオフセットを選択することを更に含む。
【００１５】
別の一実施形態は、上述のような衛星の軌道保持の手順を制御するように設定された軌道コントローラを含む。軌道コントローラは、降交点の近くでの南電気スラスタの噴射の期間とは異なる、昇交点の近くでの北電気スラスタの噴射の期間を選択するように設定される。軌道コントローラは、降交点に関する南電気スラスタの噴射のオフセットとは異なる、昇交点に関する北電気スラスタの噴射のオフセットを選択するように設定される。
【００１６】
上述の特徴、機能、及び利点は、様々な実施形態において独立に実現することが可能であり、また別の実施形態において組み合わせることも可能である。これらの実施形態について、以下の説明及び添付図面を参照して更に詳細に説明する。
【００１７】
本発明のある実施形態は、今度は、例示目的のみで、且つ添付の図面を参照しながら説明される。全ての図面において、同じ参照番号は同じ要素又は同じタイプの要素を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】例示的な一実施形態における衛星を示す。
【図２】例示的な一実施形態における衛星バスの天頂側を示す。
【図３】例示的な一実施形態における衛星バスの側面図である。
【図４】例示的な一実施形態における衛星の軌道を示す。
【図５】例示的な一実施形態におけるスラスタの噴射からもたらされた速度ベクトルを示す。
【図６】衛星の軌道の離心率を示す。
【図７】太陽輻射圧によってもたらされた離心率を示す。
【図８】例示的な一実施形態における昇交点と降交点の近くでの噴射期間における差異を示す。
【図９】例示的な一実施形態における昇交点の近くでの噴射のオフセット及び降交点の近くでの噴射のオフセットを示す。
【図１０】例示的な一実施形態における軌道保持の手順によって生み出されたターゲットΔｅを示す。
【図１１】例示的な一実施形態における昇交点及び／又は降交点の近くでの化学スラスタの噴射を示す。
【図１２】例示的な一実施形態における衛星の軌道に沿った位置における化学スラスタの噴射を示す。
【図１３】例示的な一実施形態における衛星の軌道保持の手順を制御する方法を示すフローチャートである。
【図１４】例示的な一実施形態における衛星の軌道保持の手順を制御する方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図面及び以下の説明は、具体的な例示的実施形態を解説する。当業者は、本明細書の中においてはっきりとは説明され又は示されていないが、本明細書の中において説明される原理を具現化し、且つこの説明に続く特許請求の範囲の熟慮された領域の中に含まれる、様々な変形例を発想することができる、ということが理解されるだろう。更に、本明細書の中において説明される任意の実施例は、本開示の原理を理解することにおいて助けとなるように意図され、且つ限定的なものではないと解釈されるべきである。結果として、本開示は、以下に説明される具体的な実施形態又は実施例によって限定されるものではないが、特許請求の範囲及びそれらの等価物によって限定される。
【００２０】
図１は、例示的な一実施形態における衛星１００を示す。衛星１００は、衛星のペイロード（ｐａｙｌｏａｄ）を運ぶ主要な本体を含み、それは、衛星バス１０２と呼ばれる。地球から見た場合に、衛星バス１０２は、天底側１０４（又は前側）及び反対の天頂側１０５（又は裏側）を含む。「側」又は「面」という用語は、衛星バス１０２について議論する場合に、相互交換可能に使用され得る。衛星１００は、衛星バス１０２に取り付けられた太陽電池翼１０８、１０９も含み、太陽電池翼１０８、１０９は、衛星１００上の種々の構成要素に電力供給するために、太陽から電力を生み出すように使用され得る。衛星１００は、通信のために使用され得る１以上のアンテナ１１２も含む。図１で示される衛星１００の構成は、一実施例であり、望ましいように変形され得る。
【００２１】
衛星１００は、静止軌道などにおいて、地球の周りの軌道を回るように設定される。その割り当てられた軌道において衛星１００を保持するために、軌道コントローラ１２０が、衛星１００に結合されている。軌道コントローラ１２０は、衛星１００の軌道保持の手順を制御する、（ハードウェア、ソフトウェア、又はハードウェアとソフトウェアの組み合わせを含む）装置、構成要素、又はモジュールを備える。軌道コントローラ１２０は、地球上に配置されてもよく、無線信号を介して衛星１００と通信することができる。軌道コントローラ１２０は、代替的に、衛星１００上に配置されてもよい。軌道コントローラ１２０は、地球上に配置された軌道コントローラ１２０の一部分、及び衛星１００上に局所的に配置された一部分を用いて、モジュール方式で構成されてもよい。
【００２２】
衛星１００は、起動保持の手順のために使用される推進システムを含む。図２は、例示的な一実施形態における衛星バス１０２の天頂側１０５を示す。衛星バス１０２の上端側は、（「Ｎ」によって示される）北側と呼ばれ、衛星バス１０２の下端側は、（「Ｓ」によって示される）南側と呼ばれる。図２の衛星バス１０２の左側は、（「Ｗ」によって示される）西側と呼ばれ、図２の衛星バス１０２の右側は、（「Ｅ」によって示される）東側と呼ばれる。衛星バス１０２の天頂側１０５は、推進システムの部分である電気スラスタ２１０、２１１の１つのペアを含む。電気スラスタは、イオンを加速させることによって電気的な推力を生み出すスラスタの１つのタイプである。典型的な電気スラスタでは、推進剤（例えば、キセノン）が、イオン化チャンバの中へ注入され、電子衝撃によってイオン化される。イオンは、その後、電磁場によって加速され、推力を生み出す排気としてスラスタから放出される。電気スラスタの一例は、コロラド州オーロラのＬ‐３Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓによって製造されたキセノンイオン推進システム（ＸＩＰＳ(c)）である。
【００２３】
電気スラスタ２１０は、天頂側１０５の北領域に向かって設置され、本明細書で北電気スラスタと呼ばれる。電気スラスタ２１１は、天頂側１０５の南領域に向かって設置され、本明細書で南電気スラスタと呼ばれる。この実施形態において、北電気スラスタ２１０及び南電気スラスタ２１１は、衛星バス１０２の北南軸２３０に沿って、天頂側１０５の中心に置かれている。他の実施形態では、北電気スラスタ２１０及び南電気スラスタ２１１が、中心から外れていてもよい。
【００２４】
図３は、例示的な一実施形態における衛星バス１０２の側面図である。北電気スラスタ２１０は、衛星１００の質量の中心３０２を通る推力を生み出すように下向きに方向付けられ又は傾けられている。線３１０は、質量の中心３０２を通過する北電気スラスタ２１０の推力線を表している。北電気スラスタ２１０の方向は、推力線３１０と衛星バス１０２の北南軸２３０との間の斜角（ｃａｎｔ  ａｎｇｌｅ）θＮを形成する。斜角θＮは、３５°±２５°であり得る。北電気スラスタ２１０は、望ましい角度に固定され、又は軌道コントローラ１２０が、北電気スラスタ２１０の斜角θＮを望ましく調整できるように、ジンバルに接続されてもよい。北電気スラスタ２１０の方向のために、南向き（図３の下向き）且つ地球に向かって半径方向の推力を生み出すことができる。
【００２５】
南電気スラスタ２１１は、衛星１００の質量の中心３０２を通る推力を生み出すように上向きに方向付けられ又は傾けられている。線３１１は、質量の中心３０２を通過する南電気スラスタ２１１の推力線を表している。南電気スラスタ２１１の方向は、推力線３１１と衛星バス１０２の北南軸２３０との間の斜角θＳを形成する。斜角θＳは、３５°±２５°であり得る。南電気スラスタ２１１は、望ましい角度に固定され、又は軌道コントローラ１２０が、南電気スラスタ２１１の斜角θＳを望ましく調整できるように、ジンバルに接続されてもよい。南電気スラスタ２１１の方向のために、北向き（図３の上向き）且つ地球に向かって半径方向の推力を生み出すことができる。
【００２６】
図２、図３で示されている電気スラスタ２１０、２１１の数又は位置は、例示的な一構成を提供する。本明細書で議論される軌道保持の手順は、電気スラスタが、面外（ｏｕｔ‐ｏｆ‐ｐｌａｎｅ）の速度変化（又は法線速度変化）及び半径方向速度変化を生み出すあらゆる構成に適用される。
【００２７】
図２では、化学スラスタ２２０が衛星バス１０２の西側に設置され、化学スラスタ２２１が衛星バス１０２の東側に設置される。化学スラスタは、液体推進剤を噴射して推力を生み出すスラスタの１つのタイプである。化学スラスタの１つのタイプは、燃焼器内で液体燃料及び液体酸化剤を燃焼させる、二元推進剤（又はバイプロップ）スラスタと呼ばれる。化学スラスタ２２０は、衛星バス１０２の西側の中心に置かれ、衛星１００の質量の中心３０２を通る推力を生み出し得る（図３参照）。同様に、化学スラスタ２２１は、衛星バス１０２の東側の中心に置かれ、衛星１００の質量の中心３０２を通る推力を生み出し得る。
【００２８】
一実施形態では、化学スラスタ２２４が、衛星バス１０２の北側に設置され、化学スラスタ２２５が衛星バス１０２の南側に設置され得る。北及び南化学スラスタ２２４、２２５は、オプションである。北及び南化学スラスタ２２４、２２５が設置される場合に、それらの位置は、アンテナ、太陽電池パネル、並びに衛星バス１０２の北及び南側に取り付けられた他のペイロードに依存し得る。
【００２９】
衛星１００の推進システムは、図２、図３で示されていない他のスラスタを含み得る。例えば、北電気スラスタ２１０が故障した場合のために、余剰の電気スラスタが天頂側１０５の北領域に設置され得る。同様に、南電気スラスタ２１１が故障した場合のために、余剰の電気スラスタが天頂側１０５の南領域に設置され得る。更なる化学スラスタが、天頂側１０５、並びに北、南、東、及び西側の任意の組み合わせにも設置され得る。スラスタ及び推進剤は高価なので、軌道保持の手順のために使用されるスラスタの数を低減させること、及び軌道保持の間に実行される手順の数を低減させることが望ましいだろう。
【００３０】
図４は、例示的な一実施形態における衛星１００の軌道を示している。点線の楕円は、地球４０４の赤道面４０２を表し、それは、地球４０４の赤道を通過する平面である。点線の矢印は、赤道面が太陽の中心を通過する春分点４０６を表している。実線の楕円は、衛星１００が地球４０４周りの軌道を周回する、衛星１００の軌道面４０８を表している。
【００３１】
地球４０４が、完全な球形状であり、太陽系内の他の物体から孤立しているならば、そのとき、衛星の軌道は、その方向が固定されたままであるところの平面内の一定のサイズ及び形状の楕円となり得る。しかしながら、種々の力が衛星１００の軌道に摂動を与え、それは、軌道の形状が変化し、軌道面４０８の方向が赤道面４０２から異なることをもたらす。例えば、太陽及び月の重力、地球４０４の非球形状、太陽輻射圧などが、衛星１００の軌道に影響を与え得る。摂動は、衛星１００の軌道面４０８が、赤道面４０２に対して傾くことをもたらし、それは傾斜（ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ）と呼ばれる。傾斜は、衛星の軌道面と赤道面との間の角度を表す軌道要素である。赤道面４０２に対して軌道面４０８が傾く場合に、軌道面４０８と赤道面４０２との間の関係は、その交点によって表され得る。昇交点は、南から北へ移動する際に、軌道面４０８が赤道面４０２と交差する所である。図４では、昇交点４１２が、春分点４０６から約９０°のところにある。降交点は、北から南へ移動する際に、軌道面４０８が赤道面４０２と交差する所である。図４では、降交点４１４が、春分点４０６から約２７０°のところにあり、又は昇交点４１２から１８０°のところにある。
【００３２】
摂動は、衛星１００の軌道が円形状よりも楕円形状となることももたらし、それは、離心率とよばれる。離心率は、軌道の円形状からの逸脱を示す軌道要素である。０となる離心率の値は、円形状の軌道を示し、０と１との間の値が楕円形状の軌道を表す。軌道の離心率は、離心率ベクトルによって特徴付けられ、それは、近地点（ｐｅｒｉｇｅｅ）に向かって指し、軌道のスカラー離心率（その大きさは、０と１との間であり、単位がない）と等しい大きさを有するベクトルである。軌道が０よりも大きい離心率を有する場合に、軌道の形状は、円形状よりもむしろ地球の周りの楕円形状となる。楕円軌道に対して、楕円の中心を通って引かれ得る最も長い線及び最も短い線は、それぞれ、主軸及び短軸と呼ばれる。準主軸は、主軸の半分であり、衛星から地球への平均距離を表す。近地点は、地球に最も近い軌道上の点であり、近地点の反対は、遠地点であり、地球から最も離れた軌道上の点である。楕円軌道を表す場合に、離心率ベクトルは、近地点を指し、楕円の離心率（ｅ）（０＜ｅ＜１）と等しい大きさを有する。
【００３３】
以下の実施形態は、衛星の軌道の傾斜及び離心率に対して埋め合わせを行う軌道保持の手順を表す。軌道保持の手順は、衛星１００が地球４０４周りの軌道を周回する際の、衛星１００の１以上のスラスタの噴射を含む。スラスタの噴射は、衛星１００の速度における変化（ΔＶ）を生成し又は生み出す。図５は、例示的な一実施形態におけるスラスタの噴射からもたらされた速度ベクトルを示す。スラスタの噴射は、法線方向、接線方向、及び／又は半径方向におけるΔＶを生み出し得る。法線方向は衛星１００の軌道面から外へ出る方向であり、接線方向はその軌道に沿った衛星１００の移動の方向であり、半径方向は地球４０４に向かう方向である。電気スラスタ２１０、２１１は、図５では見えていないが、北電気スラスタ２１０の噴射は、その斜角（図３参照）のために半径方向（ΔＶｒａｄｉａｌ）及び法線方向（ΔＶｎｏｒｍａｌ）におけるΔＶを生み出す。南電気スラスタ２１１の噴射は、その斜角（図３参照）のために半径方向及び法線方向におけるΔＶを生み出す。西化学スラスタ２２０又は東化学スラスタ２２１の噴射は、接線方向（ΔＶｔａｎ）におけるΔＶを生み出す。
【００３４】
法線方向におけるΔＶは、軌道面４０８（図４参照）の傾斜に対する埋め合わせを行うために使用され得る。交点における又は交点の近くでの手順は、傾斜に対する最も効果的な埋め合わせを提供する。例えば、昇交点４１２の近くでの北電気スラスタ２１０の噴射は、法線方向におけるΔＶを生み出し、降交点４１４の近くでの南電気スラスタ２１１の噴射も、法線方向におけるΔＶを生み出す。全ΔＶｎｏｒｍａｌは、軌道面４０８の傾斜に対する埋め合わせを行う。これらの噴射の各々は、半径方向におけるΔＶも生み出す。噴射の期間が等しい場合に、昇交点４１２及び降交点４１４において生み出されたΔＶｒａｄｉａｌは、互いにキャンセルし、それによって正味のΔＶｒａｄｉａｌは存在しない。
【００３５】
電気スラスタ２１０、２１１は、このやり方で傾斜に対する埋め合わせを行うように効果的に使用されるが、衛星の軌道の離心率に対する埋め合わせを行うようには従来から使用されていない。本明細書で説明される実施形態は、傾斜に加えて、離心率に対する埋め合わせを行うように電気スラスタ２１０、２１１を使用する。
【００３６】
図６は、衛星１００の軌道の離心率を示している。図６の衛星１００の軌道は、一実施例として、地心座標系で示されている。ｘ軸（すなわち、Ｋ１軸）は、春分点４０６に対応し、ｙ軸（すなわち、Ｈ１軸）は、ｘ軸から９０°の方向として示されている。地心座標系のｚ軸は、地球４０４の極に沿った北南方向であり、それは、図６のページに垂直である。軌道の離心率は、離心率ベクトルによって表され得る。離心率ベクトル（￣ｅ）は、ｘ軸に沿ったｘ成分（ｅＸ）及びｙ軸に沿ったｙ成分（ｅＹ）を含む。離心率ベクトルは、近地点６０４を指し、大きさＭＡＧを有する。
【００３７】
図６で示される離心率は、太陽輻射圧及び／又は他の摂動によってもたらされ得る。図７は、太陽輻射圧によってもたらされた離心率を示す。地球中心モデルでは、太陽７０２の位置が年の時期に依存する。例えば、春分では、太陽７０２が春分点４０６にあり、それは０°である。一年を経て、太陽７０２は、日毎に約１°だけ地球４０４を「周回」する（３６０°÷３６５≒１°／日）。図７では、太陽７０２が、約３００°において示されている。太陽７０２からの太陽輻射圧は、衛星１００が軌道を周回する際に衛星１００を圧す。この圧力は、太陽７０２から離れる方向においてΔＶを生み出す。図７は、４つの異なる軌道位置において生み出されたΔＶを示すが、圧力は全体の軌道に沿って衛星１００に影響し得ることが、理解される。
【００３８】
衛星１００の速度における変化（ΔＶ）は、ΔＶに垂直な離心率（Δｅ）における変化を生み出す。図７で示されるように、各ΔＶは、ΔＶの後９０°を指す対応するΔｅ成分をもたらす。Δｅ成分が、太陽輻射圧によってもたらされた軌道に対する離心率ベクトルを生み出すために追加される。図７で見られ得るように、太陽輻射圧によってもたらされた離心率は、太陽７０２の前９０°を指す。したがって、衛星の軌道に対する近地点は、太陽７０２を９０°だけリードする。太陽７０２がゼロ度（３月２１日辺り）にあるならば、そのとき、太陽輻射圧によってもたらされる離心率は９０°を指すだろう。太陽７０２が９０°にあるならば、そのとき、太陽輻射圧によってもたらされる離心率は１８０°を指すだろう。太陽７０２が１８０°にあるならば、そのとき、太陽輻射圧によってもたらされる離心率は２７０°を指すだろう。太陽が２７０°にあるならば、そのとき、太陽輻射圧によってもたらされる離心率は０°を指すだろう。
【００３９】
本明細書で説明される軌道保持の手順は、太陽輻射圧及び他の摂動によってもたらされた離心率に対する埋め合わせを行うことができる。軌道保持の手順は、太陽輻射圧及び他の摂動によって生み出された離心率と反対の向きにターゲットΔｅを生み出す。ターゲットΔｅを生み出すために、昇交点４１２の近くでの噴射の期間は、降交点４１４の近くでの噴射の期間とは異なる。図８は、例示的な一実施形態における昇交点４１２と降交点４１４の近くでの噴射期間における差異を示す。この実施形態では、北電気スラスタ２１０の噴射期間８０２が、昇交点４１２の近くで示されており、南電気スラスタ２１１の噴射期間８０４が、降交点４１４の近くで示されている。スラスタ２１０、２１１の全噴射時間すなわち組み合わされた噴射時間は、少なくとも部分的に、軌道面４０８の傾斜に対する埋め合わせを行うように決定される。噴射期間８０２及び８０４における差異は、ｘ軸に沿ったΔｅ成分を生み出す。例えば、全噴射時間が６時間であるならば、そのとき、噴射期間８０２は４時間が割り当てられ、一方、噴射期間８０４は２時間が割り当てられ得る。北電気スラスタ２１０の噴射が、南電気スラスタ２１１の噴射によって生み出されたΔＶｒａｄｉａｌよりも大きいΔＶｒａｄｉａｌを生成する。２つの手順によって生み出された正味のΔＶｒａｄｉａｌは、実質的にｙ軸に沿っており、ｘ軸に沿ったΔｅ成分をもたらす。半径方向速度は、噴射が同じ期間ならばキャンセルし合う。北電気スラスタ２１０と南電気スラスタ２１１との噴射期間の間の差異が存在する場合に、交点におけるΔＶｒａｄｉａｌはキャンセルし合わず、正味のΔＶｒａｄｉａｌは残り続ける。図８で示されている実施例では、昇交点４１２におけるΔＶｒａｄｉａｌの大きさが、降交点４１４におけるΔＶｒａｄｉａｌの大きさよりも大きい。なぜならば、噴射期間が、昇交点４１２において（より）長いからである。２つの交点での噴射期間における差異は、負のｘ軸に沿ったΔｅ成分をもたらす。
【００４０】
手順に基づいてターゲットΔｅを更に生み出すために、昇交点４１２と降交点４１４の近くでの噴射は、それらのそれぞれの交点に関して時間においてシフトされ得る。図９は、例示的な一実施形態における昇交点４１２の近くでの噴射のオフセット及び降交点４１４の近くでの噴射のオフセットを示す。この実施形態では、北電気スラスタ２１０の噴射９０２が、昇交点４１２の近くで示されており、南電気スラスタ２１１の噴射９０４が、降交点４１４の近くで示されている。噴射９０２の中心は、オフセット９１２によって昇交点４１２からシフトされる。噴射９０２の中心は、昇交点４１２の後で示されているが、他の実施例では、それが昇交点４１２の前であり得る。噴射９０４の中心は、オフセット９１４によって降交点４１４からシフトされる。噴射９０４の中心は、降交点４１４の前で示されているが、他の実施例では、それが降交点４１４の後であり得る。オフセット９１２及び９１４は、時間、度（ｄｅｇｒｅｅ）などにおけるシフトによって規定され得る。
【００４１】
噴射９０２と９０４のオフセットにおける差異は、実質的にｙ軸に沿ったΔｅ成分を生み出す。北電気スラスタ２１０の噴射９０２は、ΔＶｒａｄｉａｌを生み出し、南電気スラスタ２１１の噴射９０４は、ΔＶｒａｄｉａｌを生み出す。正味のΔＶｒａｄｉａｌは、２つの手順によって生み出され、それは、ｙ軸に沿ったΔｅ成分をもたらす。半径方向の速度は、噴射の中心が交点４１２と交点４１４に置かれるならば、キャンセルし合う。北電気スラスタ２１０と南電気スラスタ２１１とのオフセットの間の変動が存在する場合に、交点におけるΔＶｒａｄｉａｌはキャンセルし合わず、正味のΔＶｒａｄｉａｌは残り続ける。
【００４２】
ターゲットΔｅを生み出すために、軌道コントローラ１２０が、交点の間の噴射期間を変化させ、ｘ軸に沿って（又は実質的にｘ軸に沿って）Δｅ成分を生み出す。軌道コントローラ１２０は、交点の近くでの噴射のオフセットも変化させ、ｙ軸に沿って（又は実質的にｙ軸に沿って）Δｅ成分を生み出す。これらの２つの変動の組み合わせは、正味のΔＶｒａｄｉａｌを生み出すことができ、今度は、それが、太陽輻射圧及び他の摂動によって生み出された離心率に対する埋め合わせを行うことができる、ターゲットΔｅ（Δｅｔａｒｇｅｔ＝Δｅｘ＋Δｅｙ）を生み出す。図１０は、例示的な一実施形態における軌道保持の手順によって生み出されたターゲットΔｅを示す。図１０に対して、噴射期間の間の差異がΔｅｘ成分を生み出し、噴射のオフセットにおける差異がΔｅｙ成分を生み出すと仮定する。Δｅｘ及びΔｅｙ成分は、ターゲットΔｅを生成するために追加される。軌道コントローラは、ターゲットΔｅが、図７において示されたように、太陽輻射圧及び他の摂動によって生み出された離心率ベクトルの方向の反対向きを指すように、手順を調整し得る。したがって、起動保持の手順は、太陽７０２によって生み出された離心率に対する埋め合わせを行うことができる。
【００４３】
電気スラスタ２１０、２１１によって実行された手順が、ターゲットΔｅを生み出すのに十分なΔＶｒａｄｉａｌを提供しない場合に、軌道コントローラ１２０は、西化学スラスタ２２０及び／又は東化学スラスタ２２１を点火して、ターゲットΔｅを生み出す助けとなり得る。化学スラスタ２２０、２２１の噴射は、交点において又は交点の近くで実行され、又はターゲットΔｅの望ましい方向に基づいて、衛星１００の軌道に沿った他の位置において実行され得る。電気スラスタ２１０、２１１の噴射によって生み出されたΔｅ成分を増加させるために、軌道コントローラ１２０は、衛星１００のΔＶｔａｎを生み出す衛星１００の軌道に沿った位置における東化学スラスタ２２１の噴射を制御し得る。ΔＶｔａｎは、東化学スラスタ２２１の噴射によるΔｅ成分を生み出す。軌道コントローラ１２０は、衛星１００の別のΔＶｔａｎを生み出す衛星１００の軌道に沿った位置における西化学スラスタ２２０の噴射も制御し得る。ΔＶｔａｎは、西化学スラスタ２２０の噴射によるΔｅ成分を生み出す。軌道コントローラ１２０は、これらの噴射からのΔｅ成分が、電気スラスタ２１０、２１１の噴射からのΔｅ成分に追加され、ターゲットΔｅを生み出すように、化学スラスタ２２０、２２１の噴射の位置を選択する。
【００４４】
図１１は、例示的な一実施形態における昇交点４１２及び／又は降交点４１４の近くでの化学スラスタの噴射を示す。東化学スラスタ２２１の噴射は、接線方向におけるΔＶを生み出す。このΔＶは、衛星１００の軌道運動に対抗し、逆向きの噴射と呼ばれる。昇交点４１２の近くでのΔＶｔａｎは、ｘ軸に沿っており、それは、質的にｙ軸に沿ったΔｅ成分を生成する。このΔｅｙ成分は、電気スラスタ２１０、２１１の噴射によるΔｅ成分に追加され、ターゲットΔｅを生み出す。西化学スラスタ２２０の噴射は、接線方向におけるΔＶを生み出す。このΔＶは、衛星１００の軌道運動と同じ向きであり、順向き（ｐｒｏｇｒａｄｅ）の噴射と呼ばれる。降交点４１４の近くでのΔＶｔａｎは、ｘ軸に沿っており、それは、実質的にｙ軸に沿ったΔｅ成分を生成する。このΔｅｙ成分は、電気スラスタ２１０、２１１の噴射によるΔｅ成分及び東化学スラスタ２２１の噴射によるΔｅｙ成分に追加され、ターゲットΔｅを生み出す。図１１で示される手順は、化学スラスタ２２０、２２１の１以上の噴射が、いかにして電気スラスタ２１０、２２１の噴射によって生み出されたΔｅ成分を増加させ得るかを示す、一つの実施例に過ぎない。
【００４５】
図１２は、例示的な一実施形態における衛星１００の軌道に沿った位置における化学スラスタの噴射を示す。西化学スラスタ２２０の噴射及び／又は東化学スラスタ２２１の噴射は、事実上、軌道に沿ったいかなる位置においても行われ得る。東化学スラスタ２２１の噴射は、位置１２０２におけるΔＶｔａｎを生み出し、それは、Δｅｘ成分及びΔｅｙ成分を生成する。このΔｅｘ及びΔｅｙ成分は、電気スラスタ２１０、２１１の噴射によるΔｅ成分に追加され、ターゲットΔｅを生み出す。同様に、西化学スラスタ２２０の噴射は、位置１２０４におけるΔＶｔａｎを生み出し、それは、Δｅｘ成分及びΔｅｙ成分を生成する。このΔｅｘ及びΔｅｙ成分は、電気スラスタ２１０、２１１の噴射によるΔｅ成分及び東化学スラスタ２２１の噴射によるΔｅｘ及びΔｅｙ成分に追加され、ターゲットΔｅを生み出す。位置１２０２及び１２０４は、典型的には１８０°離れているが、それらの位置は、望ましいΔｅ成分に応じて１８０°から離れて変動し得る。図１２で示される手順は、化学スラスタ２２０、２２１の１以上の噴射が、いかにして電気スラスタ２１０、２２１の噴射によって生み出されたΔｅ成分を増加させ得るかを示す、一つの実施例に過ぎない。
【００４６】
軌道コントローラ１２０は、上述の手順の任意の組み合わせを実施し、ターゲットΔｅを生み出し得る。軌道コントローラ１２０によって実施される軌道保持のための例示的なプロセスが、図１３、図１４で示されている。図１３、図１４は、例示的な一実施形態における衛星１００の軌道保持の手順を制御する方法１３００を示すフローチャートである。方法１３００のステップは、図１〜図３の衛星１００に関して説明されるが、当業者は、本明細書で説明される方法が、示されていない他の衛星又はシステムによって実行され得ることを理解するだろう。本明細書で説明される方法のステップは、包括的なものではなく、且つ示されていない他のステップを含み得る。本明細書で示されるフローチャートのステップは、代替的な順序でも実施され得る。
【００４７】
軌道保持の手順を開始する場合に、軌道コントローラ１２０は、衛星１００の軌道面４０８の傾斜を決定又は特定し得る（ステップ１３０２）。軌道コントローラ１２０は、太陽輻射圧などの摂動によって生み出された離心率も、決定、特定、又は推定し得る（ステップ１３０４）。上述のように、太陽輻射圧からの離心率は、太陽の位置に基づいて方向を変える。したがって、軌道コントローラ１２０は、年の時期に基づいて、太陽輻射圧によって生み出された離心率の方向及び大きさを推定することができる。
【００４８】
軌道コントローラ１２０は、その後、軌道保持の手順のためのパラメータを決定し、太陽輻射圧などの摂動によって生み出された軌道面４０８の傾斜及び／又は離心率に対する埋め合わせを行う。パラメータを決定することにおいて、軌道コントローラ１２０は、北電気スラスタ２１０と南電気スラスタ２１１を組み合わせた全体の噴射時間を決定する（ステップ１３０８）。北電気スラスタ２１０と南電気スラスタ２１１の全噴射時間は、軌道面４０８の傾斜に対する埋め合わせを行うために計算される。軌道コントローラ１２０は、その後、全噴射時間を、昇交点４１２と降交点４１４の近くでの区別された噴射時間へ分割する。噴射が交点の「近く」である場合に、噴射は交点の近くであるか又は近接している。軌道コントローラ１２０は、降交点４１４の近くでの南電気スラスタ２１１の噴射の期間とは異なる、昇交点４１２の近くでの北電気スラスタ２１０の噴射の期間を選択する（ステップ１３１０）。昇交点と降交点の近くでの噴射期間における差異は、実質的にｘ軸に沿ったΔｅ成分を生成する（図８参照）。
【００４９】
軌道コントローラ１２０は、噴射が交点に関して何時実行されるかも決定する。軌道コントローラ１２０は、降交点４１４に関する南電気スラスタ２１１の噴射のオフセットとは異なる、昇交点４１２に関する北電気スラスタ２１０の噴射のオフセットを選択する（ステップ１３１２）。オフセットは、交点からの噴射の中心のシフトを示す。従来の軌道保持の手順において、噴射は、昇交点と降交点の付近に中心が置かれていた。この実施形態では、北電気スラスタ２１０と南電気スラスタ２１１の噴射の中心が、時間、度などにおいて交点から外れたところへシフトされ得る。噴射のうちの一方に対する最小オフセットはゼロであり、最大オフセットは、噴射の期間及び望ましい傾斜の補正の量によって限定される。昇交点と降交点の近くでの噴射のオフセットにおける差異は、実質的にｙ軸に沿ったΔｅ成分を生成する（図９参照）。
【００５０】
軌道コントローラ１２０は、その後、昇交点４１２の近くでの北電気スラスタ２１０の噴射を制御し（ステップ１３１４）、降交点４１４の近くでの南電気スラスタ２１１の噴射を制御する（ステップ１３１６）。電気スラスタ２１０、２１１の噴射は、毎日（又は一年以上の期間にわたりほぼ毎日）実行され得る。
【００５１】
電気スラスタの噴射が十分なΔｅ成分を提供しない場合に、そのとき、軌道コントローラ１２０は、図１４で示されるように、西化学スラスタ２２０及び／又は東化学スラスタ２２１の噴射を制御し得る。軌道コントローラ１２０は、衛星１００の軌道に沿った位置において東化学スラスタ２２１の噴射を制御し（ステップ１３１８）、それは、衛星１００のΔＶｔａｎを生み出し得る。ΔＶｔａｎは、東化学スラスタ２２１の噴射によるΔｅ成分を生み出す。軌道コントローラ１２０は、更に又は代替的に、衛星１００の軌道に沿った位置において西化学スラスタ２２０の噴射を制御し（ステップ１３２０）、それは、衛星１００のΔＶｔａｎを生み出す。ΔＶｔａｎは、西化学スラスタ２２０の噴射によるΔｅ成分を生み出す。軌道コントローラ１２０は、東化学スラスタ２２１の噴射の位置及び／又は西化学スラスタ２２０の噴射の位置を選択し、それによって、それらのΔｅ成分が、電気スラスタ２１０、２１１の噴射によるΔｅ成分に追加される。これらのΔｅ成分の追加は、摂動による離心率に対する埋め合わせを行う。
【００５２】
上述された噴射の組み合わせは、ターゲットΔｅを生み出し、摂動に対する埋め合わせを行うことができる。例えば、太陽によってもたらされた離心率に対抗するために、上述の軌道保持の手順は、太陽の後約９０°を指すターゲットΔｅを生み出すことができる。ターゲットΔｅは、太陽によってもたらされた離心率ベクトルとは反対の向きを指す。一年の間で太陽の位置が変化する際に、軌道コントローラ１２０は、ターゲットΔｅが太陽の後約９０°を指し続けるように、軌道保持の手順を調整することができる。
【００５３】
本明細書に記載の図面で示される又は説明される様々な要素のうちの任意のものが、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの何らかの組み合わせとして実装され得る。例えば、ある要素が専用ハードウェアとして実装され得る。専用ハードウェア要素は、「プロセッサ」、「コントローラ」、又は同様の何らかの用語で称され得る。プロセッサによって提供される場合、単一の専用プロセッサによって、単一の共有プロセッサによって、又はそのうちの幾つかが共有であり得る複数の個別のプロセッサによって、機能が提供され得る。更に、「プロセッサ」又は「コントローラ」の語の明確な使用は、ソフトウェアの実行が可能なハードウェアのみを表すと解釈されるべきでなく、非限定的に、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ハードウェア、ネットワークプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）若しくは他の回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ソフトウェア記憶用のリードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、不揮発性ストレージ、ロジック、又は何らかの他の物理的ハードウェア構成要素若しくはモジュールなどを黙示的に含み得る。
【００５４】
また、ある要素が、その要素の機能を実施するためにプロセッサ又はコンピュータによって実行可能な指示命令として実装され得る。指示命令の幾つかの例は、ソフトウェア、プログラムコード、及びファームウェアである。指示命令は、その要素の機能を実施するようにプロセッサに指示命令するためにプロセッサによって実行されるとき、動作可能である。指示命令はプロセッサが可読な記憶デバイスに記憶され得る。記憶デバイスの幾つかの例は、デジタル若しくはソリッドステートメモリ、磁気ディスク及び磁気テープなどの磁気記憶媒体、ハードドライブ、又は光学可読デジタルデータ記憶媒体である。
【００５５】
更に、本開示は、以下の条項のための実施形態を含む。
条項１
地球周りの軌道を周回するように構成された衛星を備える装置であって、前記衛星が、
地球に向き合う天底側及び前記天底側の反対の天頂側を有する衛星バス、
前記天頂側の北領域に向かって設置され、下向きに方向付けられ、前記衛星の質量の中心を通る推力を生み出す、北電気スラスタ、
前記天頂側の南領域に向かって設置され、上向きに方向付けられ、前記衛星の前記質量の中心を通る推力を生み出す、南電気スラスタ、及び
前記衛星の軌道保持の手順を制御する軌道コントローラを備え、
前記軌道コントローラが、降交点の近くでの前記南電気スラスタの噴射の期間とは異なる昇交点の近くでの前記北電気スラスタの噴射の期間を選択するように設定され、
前記軌道コントローラが、前記降交点に関する前記南電気スラスタの前記噴射のオフセットとは異なる前記昇交点に関する前記北電気スラスタの前記噴射のオフセットを選択するように設定される、装置。
条項２
前記衛星が、       
前記衛星バスの東側に設置され、前記衛星の前記質量の中心を通る推力を生み出す、東化学スラスタ、及び
前記衛星バスの西側に設置され、前記衛星の前記質量の中心を通る推力を生み出す、西化学スラスタを備える、条項１に記載の装置。
条項３
前記軌道コントローラが、前記昇交点の近くでの前記西化学スラスタ又は前記東化学スラスタのうちの一方の噴射を制御するように設定される、条項２に記載の装置。
条項４
前記軌道コントローラが、前記降交点の近くでの前記西化学スラスタ又は前記東化学スラスタのうちの他方の噴射を制御するように設定される、条項３に記載の装置。
条項５
前記電気スラスタのための噴射期間における差異、及び前記電気スラスタの前記噴射の前記オフセットにおける差異が、前記衛星の正味の半径方向速度変化を生み出し、前記正味の半径方向速度変化が、前記電気スラスタの前記噴射による前記衛星の前記軌道に対するデルタ離心率成分を生み出し、
前記軌道コントローラが、前記衛星の第１の接線方向速度変化を生み出す前記衛星の前記軌道に沿った第１の位置における前記東化学スラスタ又は前記西化学スラスタのうちの一方の噴射を制御するように設定され、前記第１の接線方向速度変化が、前記一方の化学スラスタの前記噴射によるデルタ離心率成分を生み出し、
前記一方の化学スラスタの前記噴射による前記デルタ離心率成分が、前記電気スラスタの前記噴射による前記デルタ離心率成分に追加されるように、前記軌道コントローラが、前記一方の化学スラスタの前記噴射の前記第１の位置を選択するように設定される、条項２に記載の装置。
条項６
前記軌道コントローラが、前記衛星の第２の接線方向速度変化を生み出す前記衛星の前記軌道に沿った第２の位置における前記東化学スラスタ又は前記西化学スラスタのうちの他方の噴射を制御するように設定され、前記第２の接線方向速度変化が、前記他方の化学スラスタの前記噴射によるデルタ離心率成分を生み出し、
前記他方の化学スラスタの前記噴射による前記デルタ離心率成分が、前記電気スラスタの前記噴射による前記デルタ離心率成分及び前記一方の化学スラスタの前記噴射による前記デルタ離心率成分に追加されるように、前記軌道コントローラが、前記他方の化学スラスタの前記噴射の前記第２の位置を選択するように設定される、条項５に記載の装置。
条項７
前記軌道コントローラが、前記衛星の軌道面の傾斜を決定し、前記傾斜に基づいて、前記北電気スラスタの前記噴射及び前記南電気スラスタの前記噴射による全噴射時間を決定するように設定される、条項１に記載の装置。
条項８
前記軌道コントローラが、年の時期に基づいて地心座標系内の太陽の位置を決定し、前記北電気スラスタの前記噴射の前記期間及び前記オフセット及び前記南電気スラスタの前記噴射の前記期間及び前記オフセットを選択し、太陽の前記位置の後９０°±５°を指すターゲット離心率変化を生み出すように設定される、条項１に記載の装置。
条項９
前記北電気スラスタが、前記衛星の北南軸に対して第１の角度で方向付けられ、前記第１の角度が、３５°±２５°であり、
前記南電気スラスタが、前記衛星の前記北南軸に対して第２の角度で方向付けられ、前記第２の角度が、３５°±２５°である、条項１に記載の装置。
条項１０
前記北電気スラスタ及び前記南電気スラスタが、推進剤としてキセノンを使用する、条項１に記載の装置。
条項１１
衛星の軌道保持の手順を制御する方法であって、前記衛星が、地球に向き合う天底側及び前記天底側の反対の天頂側を有する衛星バス、前記天頂側の北領域に向かって設置され、下向きに方向付けられ、前記衛星の質量の中心を通る推力を生み出す北電気スラスタ、及び前記天頂側の南領域に向かって設置され、上向きに方向付けられ、前記衛星の前記質量の中心を通る推力を生み出す南電気スラスタを備え、前記方法が、
降交点の近くでの前記南電気スラスタの噴射の期間とは異なる、昇交点の近くでの前記北電気スラスタの噴射の期間を選択すること、及び
前記降交点に関する前記南電気スラスタの前記噴射のオフセットとは異なる、前記昇交点に関する前記北電気スラスタの前記噴射のオフセットを選択することを含む、方法。
条項１２
前記衛星が、前記衛星バスの東側に設置され、前記衛星の前記質量の中心を通る推力を生み出す、東化学スラスタ、及び
前記衛星バスの西側に設置され、前記衛星の前記質量の中心を通る推力を生み出す、西化学スラスタを更に備え、前記方法が、
前記昇交点の近くでの前記西化学スラスタ又は前記東化学スラスタのうちの一方の噴射を制御することを更に含む、条項１１に記載の方法。
条項１３
前記降交点の近くでの前記西化学スラスタ又は前記東化学スラスタのうちの他方の噴射を制御することを更に含む、条項１２に記載の方法。
条項１４
前記衛星が、前記衛星バスの東側に設置され、前記衛星の前記質量の中心を通る推力を生み出す、東化学スラスタ、及び前記衛星バスの西側に設置され、前記衛星の前記質量の中心を通る推力を生み出す、西化学スラスタを更に備え、
前記電気スラスタのための噴射期間における差異及び前記電気スラスタの前記噴射の前記オフセットにおける差異が、前記衛星の正味の半径方向速度変化を生み出し、前記正味の半径方向速度変化が、前記電気スラスタの前記噴射による前記衛星の軌道に対するデルタ離心率成分を生み出し、前記方法が、
前記衛星の第１の接線方向速度変化を生み出す前記衛星の前記軌道に沿った第１の位置における前記東化学スラスタ又は前記西化学スラスタのうちの一方の噴射を制御することであって、前記第１の接線方向速度変化が、前記一方の化学スラスタの前記噴射によるデルタ離心率成分を生み出す、制御することを更に含み、
前記一方の化学スラスタの前記噴射による前記デルタ離心率成分が、前記電気スラスタの前記噴射による前記デルタ離心率成分に追加されるように、前記一方の化学スラスタの前記噴射の前記第１の位置が選択される、条項１１に記載の方法。
条項１５
前記衛星の第２の接線方向速度変化を生み出す前記衛星の前記軌道に沿った第２の位置における前記東化学スラスタ又は前記西化学スラスタのうちの他方の噴射を制御することであって、前記第２の接線方向速度変化が、前記他方の化学スラスタの前記噴射によるデルタ離心率成分を生み出す、制御することを更に含み、
前記他方の化学スラスタの前記噴射による前記デルタ離心率成分が、前記電気スラスタの前記噴射による前記デルタ離心率成分及び前記一方の化学スラスタの前記噴射による前記デルタ離心率成分に追加されるように、前記他方の化学スラスタの前記噴射の前記第２の位置が選択される、条項１４に記載の方法。
条項１６
前記衛星の軌道面の傾斜を決定すること、及び
前記傾斜に基づいて、前記北電気スラスタの前記噴射及び前記南電気スラスタの前記噴射による全噴射時間を決定することを更に含む、条項１１に記載の方法。
条項１７
年の時期に基づいて地心座標系内の太陽の位置を決定すること、及び
前記北電気スラスタの前記噴射の前記期間及び前記オフセット及び前記南電気スラスタの前記噴射の前記期間及び前記オフセットを選択し、太陽の前記位置の後９０°±５°を指すターゲット離心率変化を生み出すことを更に含む、条項１１に記載の装置。
条項１８
衛星の軌道保持の手順を制御するように設定された軌道コントローラを備える装置であって、前記衛星が、
地球に向き合う天底側及び前記天底側の反対の天頂側を有する衛星バス、
前記天頂側の北領域に向かって設置され、下向きに方向付けられ、前記衛星の質量の中心を通る推力を生み出す、北電気スラスタ、
前記天頂側の南領域に向かって設置され、上向きに方向付けられ、前記衛星の前記質量の中心を通る推力を生み出す、南電気スラスタ、
前記衛星バスの東側に設置され、前記衛星の前記質量の中心を通る推力を生み出す、東化学スラスタ、及び
前記衛星バスの西側に設置され、前記衛星の前記質量の中心を通る推力を生み出す、西化学スラスタを備え、
前記軌道コントローラが、降交点の近くでの前記南電気スラスタの噴射の期間とは異なる昇交点の近くでの前記北電気スラスタの噴射の期間を選択するように設定され、
前記軌道コントローラが、前記降交点に関する前記南電気スラスタの前記噴射のオフセットとは異なる前記昇交点に関する前記北電気スラスタの前記噴射のオフセットを選択するように設定される、装置。
条項１９
前記電気スラスタのための噴射期間における差異、及び前記電気スラスタの前記噴射の前記オフセットにおける差異が、前記衛星の正味の半径方向速度変化を生み出し、前記正味の半径方向速度変化が、前記電気スラスタの前記噴射による前記衛星の軌道に対するデルタ離心率成分を生み出し、
前記軌道コントローラが、前記衛星の第１の接線方向速度変化を生み出す前記衛星の前記軌道に沿った第１の位置における前記東化学スラスタ又は前記西化学スラスタのうちの一方の噴射を制御するように設定され、前記第１の接線方向速度変化が、前記一方の化学スラスタの前記噴射によるデルタ離心率成分を生み出し、
前記一方の化学スラスタの前記噴射による前記デルタ離心率成分が、前記電気スラスタの前記噴射による前記デルタ離心率成分に追加されるように、前記軌道コントローラが、前記一方の化学スラスタの前記噴射の前記第１の位置を選択するように設定される、条項１８に記載の装置。
条項２０
前記軌道コントローラが、前記衛星の第２の接線方向速度変化を生み出す前記衛星の前記軌道に沿った第２の位置における前記東化学スラスタ又は前記西化学スラスタのうちの他方の噴射を制御するように設定され、前記第２の接線方向速度変化が、前記他方の化学スラスタの前記噴射によるデルタ離心率成分を生み出し、
前記他方の化学スラスタの前記噴射による前記デルタ離心率成分が、前記電気スラスタの前記噴射による前記デルタ離心率成分及び前記一方の化学スラスタの前記噴射による前記デルタ離心率成分に追加されるように、前記軌道コントローラが、前記他方の化学スラスタの前記噴射の前記第２の位置を選択するように設定される、条項１９に記載の装置。
【００５６】
具体的な実施形態が本明細書の中において説明されたが、本発明の範囲は、それらの具体的な実施形態に限定されるものではない。むしろ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲及びそれらの任意の等価物によって画定される。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【外国語明細書】
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2017061292000002.pdf
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