(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星であって、
ハウジングと、
電気回路を含み、前記ハウジングに配置された回路基板と、
前記ハウジングに配置され、前記回路基板に電気的に接続されたバッテリと、
前記ハウジングに配置され、且つ前記ハウジングの中心から離れて配置される１又は２以上の重りと、
前記ハウジング上にあり、前記回路基板に電気的に接続された１又は２以上のソーラーパネルと、
前記回路基板に電気的に接続され、前記ハウジングから外に延びる少なくとも１つのセグメントを含むアンテナと、
を備え、
前記アンテナの少なくとも１つのセグメントが、第１の方向で前記ハウジングから外に長手方向に延びる第１のセグメントと、前記第１の方向とは反対の第２の方向で前記ハウジングから外に長手方向に延びる第２のセグメントと、を含み、
前記１又は２以上の重りが、長さが細長であり、前記第１及び第２の方向に平行な第３の方向で前記ハウジングの片側に沿って長手方向に延びる、衛星。
【請求項２】
前記バッテリが、前記ハウジングの中心から離れて配置される、請求項１に記載の衛星。
【請求項３】
前記中心は、前記ハウジングの圧力中心である、請求項１に記載の衛星。
【請求項４】
前記中心は、前記ハウジングの幾何学的中心である、請求項１に記載の衛星。
【請求項５】
前記ハウジングは、
フレームと、
前記フレームに装着された対向する上部及び底部パネルと、
前記上部及び底部パネルの間に配置され、前記フレームに装着されたサイドパネルと、
を含む、請求項１に記載の衛星。
【請求項６】
前記上部及び底部パネルの各々は、前記サイドパネルの各々の表面積よりも大きな表面積を有する、請求項５に記載の衛星。
【請求項７】
前記１又は２以上のソーラーパネルが前記上部パネル上にある、請求項５に記載の衛星。
【請求項８】
前記底部パネル上に１又は２以上のソーラーパネルを更に備える、請求項７に記載の衛星。
【請求項９】
前記１又は２以上の重りが、前記サイドパネルのうちの１つに隣接し、前記サイドパネルのうちの１つに沿って延びる、請求項５に記載の衛星。
【請求項１０】
前記ハウジングに装着され、前記上部パネルの上方に配置された折り畳み位置と、前記上部パネルから少なくとも部分的に離れて延びて配置された拡張位置との間で回転可能な第１のパネルと、
前記ハウジングに装着され、前記底部パネルの上方に配置された折り畳み位置と、前記底部パネルから少なくとも部分的に離れて延びて配置された拡張位置との間で回転可能な第２のパネルと、
を更に備える、請求項５に記載の衛星。
【請求項１１】
前記バッテリが、長さが細長であり、前記第３の方向に平行に長さ方向に延びる、請求項１に記載の衛星。
【請求項１２】
前記１又は２以上の重りが、金属及びセラミックのうちの少なくとも１又は２以上を含む材料の１又は２以上のプレートを含む、請求項１に記載の衛星。
【請求項１３】
前記１又は２以上のプレートの材料が、鋼鉄、ステンレス鋼、鉛、鉄、銅、タングステン、劣化ウラン、ニッケル及びセラミックのうちの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の衛星。
【請求項１４】
衛星であって、
ハウジングと、
電気回路を含み、前記ハウジングに配置された回路基板と、
前記ハウジングに配置され、前記回路基板に電気的に接続されたバッテリと、
前記ハウジングに配置され、且つ前記ハウジングの中心から離れて配置される１又は２以上の重りと、
前記ハウジング上にあり、前記回路基板に電気的に接続された１又は２以上のソーラーパネルと、
前記回路基板に電気的に接続され、前記ハウジングから外に延びる少なくとも１つのセグメントを含むアンテナと、
を備え、
前記回路基板に含まれる前記電気回路以外には、前記ハウジング内に電気回路が配置されない、衛星。
【請求項１５】
複数の衛星を配備する方法であって、前記複数の衛星の各々が、
ハウジングと、
電気回路を含み、前記ハウジングに配置された回路基板と、
前記ハウジングに配置され、前記回路基板に電気的に接続されたバッテリと、
前記ハウジングに配置され、且つ前記ハウジングの中心から離れて配置される１又は２以上の重りと、
前記ハウジング上にあり、前記回路基板に電気的に接続された１又は２以上のソーラーパネルと、
前記回路基板に電気的に接続され、前記ハウジングから外に延びる少なくとも１つのセグメントを含むアンテナと、
を備え、
前記複数の衛星のうちの第１の衛星における１又は２以上の重りが第１の質量体を有し、  前記複数の衛星のうちの第２の衛星における１又は２以上の重りが、前記第１の質量体を上回る第２の質量体を有し、
前記方法が、
前記複数の衛星を地球の周りの軌道に打ち上げるステップであって、前記第１及び第２の衛星は、少なくとも部分的に前記第２の質量体が前記第１の質量体を上回ることに起因して前記軌道において互いから離れるように移動するステップを含む、方法。
【請求項１６】
前記複数の衛星の各々が更に、
フレームと、
前記フレームに装着された対向する上部及び底部パネルと、
前記上部及び底部パネルの間に配置され、前記フレームに装着されたサイドパネルと、
前記ハウジングに装着され、前記上部パネルの上方に配置された折り畳み位置と、前記上部パネルに直交して配置された拡張位置との間で回転可能な第１のパネルと、
前記ハウジングに装着され、前記底部パネルの上方に配置された折り畳み位置と、前記底部パネルに直交して配置された拡張位置との間で回転可能な第２のパネルと、
を備え、
前記第１の衛星の第１及び第２のパネルが、前記第２の衛星の第１及び第２のパネルとは異なるサイズを有し、
前記方法が更に、前記打ち上げステップの後で、前記複数の衛星の各々に対する前記第１及び第２のパネルを前記折り畳み位置から前記拡張位置に移動させるステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
衛星を配備する方法であって、
前記衛星が、ハウジングを備え、該ハウジングが、
フレームと、
前記フレームに装着された対向する上部及び底部パネルと、
前記上部及び底部パネルの間に配置され、前記フレームに装着されたサイドパネルと、
を含み、前記上部及び底部パネルの各々は、前記サイドパネルの各々の表面積よりも大きな表面積を有し、
前記衛星が更に、
電気回路を含み、前記ハウジングに配置された回路基板と、
前記ハウジングに配置され、前記回路基板に電気的に接続されたバッテリと、
前記ハウジングに配置され、且つ前記ハウジングの中心から離れて配置される１又は２以上の重りと、
前記ハウジング上にあり、前記回路基板に電気的に接続された１又は２以上のソーラーパネルと、
前記回路基板に電気的に接続され、前記ハウジングから外に延びる少なくとも１つのセグメントを含むアンテナと、
を備え、
前記アンテナの少なくとも１つのセグメントが、第１の方向で前記ハウジングから外に長手方向に延びる第１のセグメントと、前記第１の方向とは反対の第２の方向で前記ハウジングから外に長手方向に延びる第２のセグメントと、を含み、
前記１又は２以上の重りが、長さが細長であり、前記第１及び第２の方向に平行な第３の方向で前記ハウジングの片側に沿って長手方向に延び、
前記方法が、
前記衛星を地球の周りの軌道に打ち上げるステップであって、前記軌道において、前記衛星が空気力学的ドラグトルク及び重力傾斜トルクを受けるようにするステップを含む、方法。
【請求項１８】
衛星を配備する方法であって、
前記衛星が、ハウジングを備え、該ハウジングが、
フレームと、
前記フレームに装着された対向する上部及び底部パネルと、
前記上部及び底部パネルの間に配置され、前記フレームに装着されたサイドパネルと、
を含み、前記上部及び底部パネルの各々は、前記サイドパネルの各々の表面積よりも大きな表面積を有し、
前記衛星が更に、
電気回路を含み、前記ハウジングに配置された回路基板と、
前記ハウジングに配置され、前記回路基板に電気的に接続されたバッテリと、
前記ハウジングに配置され、且つ前記ハウジングの中心から離れて配置される１又は２以上の重りと、
前記ハウジング上にあり、前記回路基板に電気的に接続された１又は２以上のソーラーパネルと、
前記回路基板に電気的に接続され、前記ハウジングから外に延びる少なくとも１つのセグメントを含むアンテナと、
を備え、
前記方法が、
前記衛星を地球の周りの軌道に打ち上げるステップであって、前記軌道において、前記衛星が空気力学的ドラグトルク及び重力傾斜トルクを受けるようにするステップを含み、
前記アンテナの前記少なくとも１つのセグメントが、前記アンテナの少なくとも１つのセグメントが、第１の方向で前記ハウジングから外に長手方向に延びる第１のセグメントと、前記第１の方向とは反対の第２の方向で前記ハウジングから外に長手方向に延びる第２のセグメントと、を含み、空気力学的ドラグトルク及び重力傾斜トルクの組み合わせにより、前記アンテナの前記第１のセグメントが地球に向かって延び、前記アンテナの第２のセグメントが地球から離れて延びるように前記衛星を方向付ける、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２０１７年６月１日出願の米国特許仮出願第６２／５１３，９４１号及び２０１８年５月３０日出願の米国特許出願第１５／９９３，３９１号の利益を主張し、これらは引用により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、人工衛星に関し、より詳細には小型の人工衛星に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来、人工衛星は、地球の表面を観測するため又は通信リピータ用として指向性アンテナを搭載した地球の周りの軌道に配備された比較的大型の装置であった。このような衛星は、効果的に機能するために地球に対して方向付けられなければならない。これまでに提案された衛星オリエンテーション技術は、地球上の衛星軌道として感知デバイスに応答して所望の方位に衛星を回転させるための反動ジェット又は回転フライホイールに依存していた。感知デバイスは、衛星から見たときの地球の水平円の位置を感知する電磁放射感応デバイス、地球の垂直方向の重力を決定するジャイロスコープデバイス、太陽センサ、水平センサ、及びスタートラッカーを含んでいる。しかしながら、反動ジェットオリエンテーションシステムの有効寿命は、衛星に搭載されるジェット燃料の量と、衛星の摂動の安定化に必要な燃料の消費率によって制限される。フライホイールの配置は本質的に重く、トルクを加えて内部ホイールを回転させることにより方向付けられた衛星内で利用可能な限られた電力を大量に消費し、軸受を使用することに対して破壊点を提供する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
最近になって、より小型で単回使用の衛星が企図されている。しかしながら、衛星のサイズがより小型化されているので、衛星を方位付けるのに使用されるデバイスのサイズ及び電力／燃料消費量を縮小すること、又は衛星の方位付けを維持することが困難になる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の問題及び要求は、ハウジングと、電気回路を含み、ハウジングに配置された回路基板と、ハウジングに配置され、回路基板に電気的に接続されたバッテリと、ハウジングに配置され、且つハウジングの中心から離れて配置される１又は２以上の重りと、ハウジング上にあり、回路基板に電気的に接続された１又は２以上のソーラーパネルと、回路基板に電気的に接続され、ハウジングから外に延びる少なくとも１つのセグメントを含むアンテナと、を備える衛星によって対処される。
【０００６】
複数の衛星を配備する方法であって、複数の衛星の各々が、ハウジングと、電気回路を含み、ハウジングに配置された回路基板と、ハウジングに配置され、回路基板に電気的に接続されたバッテリと、ハウジングに配置され且つハウジングの中心から離れて配置される１又は２以上の重りと、ハウジング上にあり、回路基板に電気的に接続された１又は２以上のソーラーパネルと、回路基板に電気的に接続され、ハウジングから外に延びる少なくとも１つのセグメントを含むアンテナと、を備え、複数の衛星のうちの第１の衛星における１又は２以上の重りが第１の質量体を有し、複数の衛星のうちの第２の衛星における１又は２以上の重りが、第１の質量体を上回る第２の質量体を有する。本方法は、複数の衛星を地球の周りの軌道に打ち上げるステップであって、第１及び第２の衛星は、少なくとも部分的に第２の質量体が第１の質量体を上回ることに起因して軌道において互いから離れるように移動するステップを含む。
【０００７】
衛星を配備する方法であって、該衛星が、ハウジングを備え、該ハウジングが、フレームと、フレームに装着された対向する上部及び底部パネルと、上部及び底部パネルの間に配置され、フレームに装着されたサイドパネルと、を含み、上部及び底部パネルの各々は、サイドパネルの各々の表面積よりも大きな表面積を有し、上記衛星が更に、電気回路を含み、ハウジングに配置された回路基板と、ハウジングに配置され、回路基板に電気的に接続されたバッテリと、ハウジングに配置され且つハウジングの中心から離れて配置される１又は２以上の重りと、ハウジング上にあり、回路基板に電気的に接続された１又は２以上のソーラーパネルと、回路基板に電気的に接続され、前記ハウジングから外に延びる少なくとも１つのセグメントを含むアンテナと、を備える。上記方法が、衛星を地球の周りの軌道に打ち上げるステップであって、軌道において、衛星が空気力学的ドラグトルク及び重力傾斜トルクを受けるようにするステップを含む。
【０００８】
本発明の他の目的及び特徴は、明細書、請求項の範囲及び添付図面を精査することにより明らかになるであろう
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】衛星の斜視図である。
【図１Ｂ】衛星のフレームの斜視図である。
【図１Ｃ】上部パネルが取り外された状態の衛星の上面図である。
【図１Ｄ】上部パネルが取り外された状態の衛星の斜視図である。
【図１Ｅ】衛星の上面図である。
【図１Ｆ】衛星の斜視図である。
【図１Ｇ】スタックした衛星の側面図である。
【図２】軌道周回衛星と地球基地との間の通信を例示する図である。
【図３】単一の軌道面にて配備及び分散された衛星１０のコンステレーションを例示する図である。
【図４Ａ】軌道周回衛星の速度ベクトルを例示する図である。
【図４Ｂ】軌道周回衛星に対する空気力学的ドラグ力ＡＤＦ及び空気力学的ドラグトルクＡＤＴを例示する図である。
【図４Ｃ】軌道周回衛星に対する重力傾斜トルクＧＧＴを例示する図である。
【図５】展開可能ドラグフラップが拡張位置にある衛星の斜視図である。
【図６】全ての軸での回転速度の減衰を例示するグラフである。
【図７】衛星に配置された様々な重り又は重り値からの弾道係数の変化に起因する高度による軌道拡散を例示するグラフである。
【図８】衛星に配置された様々な重り又は重り値からの弾道係数の変化に起因する角度分離による軌道拡散を例示するグラフである。
【図９】少なくとも１つの回転軸における衛星の安定化を示す衛星の地上レーダー測定のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、単一の回路基板上の電気回路を用いてその主要な機能（例えば、双方向通信）を全て又は実質的に全て達成する小型衛星に関する。本衛星は、何らかの能動的姿勢制御システムを必要とせず、またこのような衛星システムに共通する一般的なサイズ（大型）のバッテリ及びソーラーパネルも必要ではない。衛星は、地球低軌道（ＬＥＯ）において自己安定化することができ、このような衛星のグループは、電力又は能動的制御システムを使用することなく、軌道内で互いに分散することができる。
【００１１】
図１Ａ〜１Ｇに示すように、衛星１０は、対向する上部及び底部パネル１３及びサイドパネル１４で作られ、好ましくはアルミニウム合金（例えば、アルミニウム７０７５、６０６１、５００５、及び／又は５０５２）のような軽量金属製のフレーム１６に装着されたハウジング１２を含む。１又は２以上の高密度重り１８は、フレーム１６の片側（すなわち、ハウジング１２の中心から離れて）に装着される。重り１８は、鋼鉄、ステンレス鋼、鉛、鉄、銅、タングステン、劣化ウラン、ニッケル及びセラミック、又は他の何れかの比較的高密度の材料のうちの１又は２以上とすることができる。プリント回路基板（ＰＣＢ）２０は、ハウジング１２の内部に配置され、衛星１０の稼働機能を実行する電気回路２２と、これら稼働機能に給電する電源２４（例えば、リチウムイオンバッテリ）とを含む。好ましくは、バッテリ２４は、質量体の非対称分布に寄与するよう、ＰＣＢの１つの縁部の近傍で、重り１８に隣接して位置付けられる。ダイポールアンテナ２６は、ＰＣＢ２０に装着され、第１の方向でハウジング１２から外に延びる第１のセグメント２６ａと、第１の方向とは反対の方向でハウジング１２から外に延びる第２のセグメント２６ｂと、を含む。好ましくは、アンテナは、質量体の非対称分布に更に寄与するよう、重り１８に隣接したＰＣＢの同じ縁部に近接して装着される。電気回路２２の機能の１つは、以下で更に検討するように、アンテナ２６を用いた通信である。１又は２以上のソーラーパネル２８が、上部及び底部パネル１３の一方又は両方の上に形成され、ＰＣＢ２０に接続されて、電気回路２２及び／又は充電式バッテリ２４に電力を供給する。
【００１２】
非限定的な実施例において、好ましくは、衛星１０は、サイズが１／４Ｕ（ここで１Ｕは、ＣｕｂｅＳａｔ規格１０ｃｍ×１０ｃｍ×１０ｃｍとして定義される）又はそれよりも小さく、質量体は、１．３３ｋｇ未満である。従って、衛星の好ましい寸法（およそ１０ｃｍ×１０ｃｍ×２．５ｃｍ）は、標準的なキャリアコンテナ（例えば、Ｐ−ＰＯＤ）と互換性がある。単一打ち上げ機による配備用に図１に示されるようにスタック状態にされたときには、複数の衛星１０が、キャリアの内部の標準ＣｕｂｅＳａｔ配備レールに沿って滑動し、従って、カスタマイズされた配備システムを必要としない。衛星のプリント回路基板（ＰＣＢ）の面積は、９．５ｃｍ×９．５ｃｍであり、各衛星を従来の電子機器ピック＆プレース機械を用いて製造することができる。衛星の電気部品の全て又は実質的に全てが単一の回路基板上にあるので、低コストで大量生産を達成することができる。衛星が製造されて、全ての構成部品が組み立てられると、搭載のソーラーパネル２８を含む衛星全体は、２８０立方センチメートの体積を占有する。衛星電子機器は、宇宙に面する表面のＰＣＢ材料により、低エネルギーのトータルイオンドーズ（ＴＩＤ）空間放射から大部分がシールドされており、電気回路２２によって動作するソフトウェアは、ウオッチドッグタイマー並びにシングル・イベント・アップセット（ＳＥＵ）のための冗長ソフトウェアブートローダを用いた追加の冗長層を提供する。
【００１３】
好ましくは、電気回路２２は、集電、電源管理、センサ、双方向無線機、その他を含む、衛星機能の全てとはいかずとも、ほとんどを実施する。電気回路２２は、単一のプリント回路基板ＰＣＢ２０上に配置される。これにより、非常に高品質のビルド、迅速な製造時間、及び現場での簡単な認定試験が可能になる。衛星１０の設計は、大量生産に最適であり、現在の従来技術の衛星製造プロセスと比較して生産時間を何桁も短縮する（通常の６か月から３年のビルド時間ではなく、２４時間）。
【００１４】
衛星１０は、典型的な双方向通信衛星の機能の全てを提供し、従来の通信衛星のサイズ及びコストの何分の１かで地上から宇宙、宇宙から宇宙間、及び宇宙から地上へのデータ中継をサポートする。これにより、衛星は、類似の通信衛星の１／１０，０００の質量体であり、１／１，０００未満のコストで製造することができ、この質量体が小さいことに起因して１／１０，０００のコストで打ち上げることができることになる。電気回路２２によって実行される衛星の機能には、データの受信、データの処理、データの保存、データの送信、宇宙における他の衛星又は地上の他の通信ノードとのネットワーク接続、及び電力消費とデータ転送を最適化するオンボードスケジューリングによる全てのイベントの実行が含まれる。図２は、衛星１０、ゲートウェイ３０（データ集約及び衛星との双方向通信を可能にする）及び地上局３２（衛星との双方向通信を可能にし、インターネットに接続される）を接続するネットワーク通信アーキテクチャを表している。図２は、ネットワークアーキテクチャを示すと共に、衛星が地上及び宇宙ノードから互いにどのように通信するかを示しており、ここではデータは、地球全域にわたってほぼリアルタイムで中継することができる。図２は、３つの実施例を示しており、第１の実施例は、ゲートウェイ３０及び衛星１０ａの一方への地上集約がゲートウェイ−衛星−ゲートウェイ間の通信に使用されており、第２の実施例は、衛星１０ｂがゲートウェイ−衛星−地上局通信に使用され、及び第３の実施例は、衛星１０ｃがインターネットに接続された２つの地上局間の通信中継として使用されることに関連している。
【００１５】
更に以下で説明するように、重り１８を含むことによる衛星の非対称な重りは、ドラグ（drag）と重力傾斜の安定化を提供する。更に、同じ打ち上げ機を用いて軌道に打ち上げられる衛星１０のグループでは、プレートの数、重りに使用されるサイズ及び／又は材料は様々とすることができ、重り１８の総質量は、様々な衛星間で異なることになる。この衛星間の質量のばらつきは、衛星の弾道係数の差異（１〜６０％）をもたらし、共に打ち上げられ、異なるように重み付けされた衛星のグループが、その後経時的に軌道内に分散されることになる。図３は、衛星１０のコンステレーションを示しており、衛星の全てが同じ軌道面に配備されて分散される。コンステレーションは、複数の軌道面から構成されて、低コストの双方向通信を用いて地球のほとんどをカバーすることができる。１００個のこのような衛星で、ほぼ大域的に連続したカバレッジ（coverage）を得ることができる。単一軌道面の衛星の分布は、各衛星１０の異なる重み付けにより達成され、これは、好ましくは１〜６０％が異なる弾道係数をもたらす。複数の軌道面は、地上カバレッジを増大させるのに好ましい。
【００１６】
衛星１０は、図４Ａ〜４Ｃに示すように、完全に受動的で電力を必要としない、新しい姿勢制御方式（ＡＣＳ）を利用する。衛星１０は、重心Ｃｇが圧力中心Ｃｐからオフセットするように重み付けされる。具体的には、重心Ｃｇは、重り１８を含む衛星１０の縁部に近接して位置し、圧力中心Ｃｐは、ボックス型衛星１０のほぼ幾何学的中心に位置する。軌道において、衛星１０は、速度ベクトルＶで移動している状態ではドラグ力ＡＤＦを生じて、空気力学的ドラグトルクＡＤＴを引き起こし、これにより衛星が図４Ａ〜４Ｂで示すように回転を生じるようになる。大気ドラグトルクＡＤＴは、１つの回転軸（上部及び底部パネル１３のより長いパネル寸法に平行）の周りで衛星１０を安定化する。大気ドラグは、減衰力／トルクであり、従って、回転速度は、経時的に減少することになる。衛星１０はまた、質量体分布（長細の重り及び長細のバッテリ）から生じた重力傾斜トルクを活用して、図４Ｃに示すように第２及び第３の回転軸の周りで自己安定化する。具体的には、重り１８に対する重力Ｆ１及びＦ２（ここでＦ１はＦ２よりも大きい）の差異により、重力傾斜トルクＧＧＴが衛星を回転させるようになる。このトルクは減衰せず、衛星は、これらの軸の周りで永久に微小振動を生じ続けることになる。最終的には、これらの回転速度は、大気力によって減衰する。質量分布が重力傾斜静的安定性の基準に適合するので、これらの微小振動が増大することはなく、従って、重力傾斜トルクが、小擾乱の存在下で衛星を安定化させるのを助ける。
【００１７】
これらの結合された受動的安定化技術（重力傾斜の安定化及び空気力学的ドラグ安定化）の使用によって、衛星１０は、地球に対して優先的な方位に安定化する。重力傾斜トルクは、最終的には、大気ドラグトルクとの結合された慣性モーメントを介して減衰される。衛星が安定化すると、ダイポールアンテナセグメント２６ａ、２６ｂは、それぞれ地球に向けて及び地球から離れるように常に向けられたままとなり、水平線で高いゲインパターンを提供し、１つの衛星が宇宙内の他の衛星と又は地上ターミナルと通信できる時間を最大化する。地上のほとんどの位置について、衛星は、高仰角よりも水平線の上方の低仰角にてより多くの時間を費やすので、この衛星の方位とゲインパターン全体が、ネットワークのデータ転送能力を最大化する。衛星は姿勢制御システムに電力を供給しないので、パネル２８から収集されたソーラーパワーとバッテリ２４に蓄積されたエネルギーの全てをオンボード通信システム及び低電力オンボードプロセッサ（回路２２の一部）に提供することができる。
【００１８】
このＡＣＳ方式は、ソーラーパネル２８を太陽に向かう有利な方向に自然に向けるので、太陽同期軌道を占める衛星軌道に理想的に好適であるが、全ての地球軌道で有益とすることができる。ＡＣＳ方式は、宇宙船の質量の大部分を構成する、ＰＣＢ２０上の重り１８、バッテリ２４、及び／又は他の大きな質量構成要素の最適な配置と、ＬＥＯにおける自然重力、ドラグ力及びモーメントを活用することによって実施される。
【００１９】
図４Ｂに示すドラグ安定化は、バッテリの質量と、衛星の１つの縁部（サイドパネル１４の隣接するもの）に配置された重り（衛星への主要な質量要因）とにより達成され、質量中心及び圧力中心が衛星の異なる箇所に配置されるようになる。重心は、衛星の縁部近傍に位置し、圧力中心は、衛星の幾何学的中心付近に位置するのが好ましい。これは、ドラグ力による受動的安定性を提供する。図５は、展開可能なドラグフラップ３４を使用することにより、圧力中心が重りから更に遠く離れて拡張される代替の実施形態を示し、ここで展開ドラッグフラップ３４は、展開後にハウジング１２のより長い寸法を含む平面から少なくとも部分的に離れて延びる拡張位置にまで回転するパネルである。展開前には、ドラグフラップ３４は、上部及び底部パネル１３の上方に配置される格納位置に折り畳まれている。図５のドラグフラップ３４は、重り１８を含むハウジングの反対側の端部に装着される。拡張位置において、ドラグフラップ３４は、圧力中心Ｃｐを更に後方に（重り１８を含むハウジングの前縁から離れ、且つ他のボックス型衛星の幾何学的中心から離れて）移動させ、衛星が安定化する期間を短くする。ドラグフラップは、バネ、アクチュエータ又はモータにより拡張位置まで移動することができる。
【００２０】
図６〜９は、衛星１０の性能データを示す。図６は、重力傾斜トルクに対する慣性モーメントに結合される、減衰ドラグ力からの全ての軸で減衰する回転速度を示している。図７は、衛星１０に配置された様々な重り又は重り値からの弾道係数の変化に起因する高度による軌道拡散を例示している。図８は、衛星に配置された様々な重り又は重り値からの弾道係数の変化に起因する角度分離による軌道拡散を例示している。同じ軌道内での９０度位相整合（ＲＡＡＮの変化）は、弾道係数の差違に応じて、およそ１〜６ヶ月内に生じる。図９は、高度５０２ｋｍでの地球低軌道（ＬＥＯ）において衛星１０の地上レーダー測定が、ランダムに回転せず、少なくとも1つの回転軸で安定していることを示している。レーダーユニットの７０秒長のオーバヘッドパスにわたって、衛星からの大きな回転速度は観測されず、少なくとも７０秒間は安定性が達成されたことを示している。
【００２１】
衛星１０の設計は、電力を用いることなく受動的姿勢制御を提供する。具体的には、本設計は、受動的であり、電力を必要とせず、残りの衛星に対して追加の体積を必要としない、３軸の位置合わせのための宇宙空間における衛星の姿勢（姿勢制御システムすなわち、ＡＣＳ）の制御を提供し、２つの安定化技術（重力傾斜安定化とドラグ安定化）を同時に使用することで安定化される。１０度／秒の初期ランダム回転速度（展開中に典型的である）では、５５０ｋｍの高度にて数週間以内に回転がほぼ完全に減衰される（図６を参照）。
【００２２】
重力傾斜安定化は、図４Ｃ及び図９に示される。この安定化は、バッテリ１８の形状と、１又は２以上の重り１８（衛星に対する主要質量寄与）で実現され、該重り１８は、細長い形状を備えた高アスペクト比を有する（すなわち、各々が４つのサイドパネル１４の何れかよりも大きい表面積を各々有する対向する上部及び底部パネル１３）。細長形状は、アンテナセグメント２６ａが地球の中心に向かって半径方向に延びるサイドパネル１４（及びアンテナセグメント２６ａ自体）と、アンテナセグメント２６ｂ（及びアンテナセグメント２６ｂ自体）が地球から離れて半径方向に延びるサイドパネル１４を指すように安定化する整列トルクの影響を受ける（図４Ａを参照）。重力傾斜は、非減衰トルクであるが、このトルクは、最終的には、ドラグ力／トルクを介して減衰される。この重力傾斜軸の周りのほとんどの回転は、二次軸の不安定性（剛体運動のオイラー方程式）と主軸定理の両方、及び運動エネルギー損失により他の軸に迅速に伝達される。図９はこのような安定化を示している。
【００２３】
受動ＡＣＳシステムにより、衛星は、粗いポインティングを達成することができる。従って、取り付けられた通信アンテナセグメント２６ａ及び２６ｂは、地球に対して所望のゲインパターンを提供するために、地球に対しておおよそ半径方向に向いていることになる。これにより、通信アンテナは、地球に向けられた高ゲインビームスポット用、又は長距離通信の通信ゲイン／距離／ビットレートを最適化する地球の地平線に沿った高ゲイン用に設計することができる。
【００２４】
また、受動ＡＣＳシステムにより、衛星の少なくとも一方の面とその上に装着されたソーラーパネルのセットがおおよそ太陽を指すように、衛星が粗い指向を実現することができる。好ましくは、衛星のより大きな対向する上部及び底部パネル１３の両方に装着されたソーラーパネル２６が存在する。終端装置にほぼ近い太陽同期軌道では、衛星が安定化された後の軌道期間の大部分の間、衛星の一方の面、及びひいては１つのソーラーパネルアレイが常に、太陽にほぼ向けられる。他の地球軌道では、ソーラーパネルは、太陽に向かって何らかの非垂直に面する方向を有するが、ＡＣＳ方式は、ソーラーパネルの面をほぼ太陽に向けるのに依然として効果的である。
【００２５】
より高い精度の指向が必要な場合、又はアクティブな制御が必要な場合、単一の磁気トルカを使用して、初期回転速度を下げ、衛星を軌道上で望ましい姿勢に向けることができる。衛星は地球によって生成される不均一な磁場を通過するので、より正確な姿勢制御を実現するために、衛星の軌道中の便宜的な時期に単一の磁気トルカを使用することができる。磁気トルカは、当技術分野で周知であり、本質的に、拡張領域にわたって回転非対称（異方性）磁場を生成するように並置された電磁石である。この場は、通常はコンピュータ化されたフィードバック制御の下で、コイルを流れる電流をオン又はオフに切り換えることによって制御される。磁石自体が人工衛星１０に機械的に係止されているので、磁石が周囲磁場に及ぼす磁力は、磁気的な逆方向の力につながり、衛星の重心に機械的トルクをもたらすことになる。これにより、電気エネルギーのみを使用することで、磁場の既知の局所勾配において宇宙船を自在に旋回させることができる。小型にするために、磁気トルカをＰＣＢ２０の周辺の配線（trace）に組み込むことができる。
【００２６】
軌道拡散は、図７及び８に示すように、同じ軌道に打ち上げられた衛星に異なる重りを使用することにより、弾道係数を変化させることで実現される。重りは各衛星のほぼ同じ場所に配置され、極めて高密度の材料で作られている（質量あたりの体積が小さい）ので、衛星内のＣｇ位置にほとんど影響を与えずに、全体の質量のわずかな差異を実施することができる。弾道係数を変えると、大気ドラグに影響し、衛星の軌道高度が低下し、これにより、衛星が互いに拡散される。この軌道の拡散は、同時に軌道に打ち上げられる他の衛星とは異なる質量を各衛星に与えるために使用される可変数の重り又は総質量によって達成される。典型的な質量の差異は、衛星毎に５％とすることができ、最小の差異は１％、最大の差異は最も軽量の衛星と最重量の衛星との間で最大６０％である。また、各衛星の異なる質量の代替形態として、可変ドラグ増加装置を使用して、有効弾道係数及び従って拡散速度を変更することができる。例えば、様々なサイズのドラグフラップ３４を使用でき、該ドラグフラップ３４は、衛星の有効面積を変更し、従って、様々な衛星間のドラグエクスペリエンスを変更し、衛星の互いからの緩やかな拡散を生じさせる。
【００２７】
衛星１０は、地上と宇宙との間の一方向及び双方向通信に理想的であり、１ｋＨｚ〜１００ＧＨｚの間の無線周波数を用いることができる。衛星は、地上から宇宙への通信、宇宙から地上への通信、衛星間（宇宙での）クロスリンク通信、地上から地上への通信、インターネットから地上への通信、地上からインターネットへの通信を含む、１又は複数の双方向通信を実現することができる。複数の衛星１０を軌道に乗せて、より大きな衛星配備機構（Ｐ−ＰＯＤ又はＱｕａｄＰａｃｋと呼ばれる）から同時に配備することができる。
【００２８】
本発明は、本明細書で上述及び例示された実施形態に限定されず、何れかの請求項の範囲内にあるあらゆる変形形態を包含することを理解されたい。例えば、本明細書における本発明への言及は、何れかの請求項の範囲又は請求項内の用語を限定するものではなく、請求項の１又は２以上によって保護することができる１又は２以上の特徴について言及しているに過ぎない。上記で記載された材料、プロセス及び数値上の例は、単に例証に過ぎず、請求項を限定するものとみなすべきではない。ハードウェア、ソフトウェア及び／又はファームウェアを用いて、衛星１０の機能を実施することができる。この機能は、ＣＤもしくはＤＶＤ（書換可能なＣＤ及びＤＶＤを含む）、フラッシュ又は他の不揮発性メモリ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ディスクドライブ、半導体ドライブ、その他など、非一時的コンピュータ可読媒体上に格納されたコンピュータ実行可能命令として実施することができることを理解されたい。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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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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