(57)【要約】【課題】地上の観測対象を観測する観測衛星において、推薬の搭載量を減らすことなく、センサの観測精度を高くする。【解決手段】観測衛星８００は、衛星本体１００と、センサ本体２００と、テザー３００とを有する。衛星本体１００は、推薬タンク１６２と、軌道制御装置１６１とを有する。推薬タンク１６２は、推薬１９０を収納する。軌道制御装置１６１は、上記推薬タンク１６２が収納した推薬１９０を噴射することにより、衛星本体１００の軌道を制御する。センサ本体２００は、観測対象を観測するセンサを有する。テザー３９９は、紐状であり、衛星本体１００とセンサ本体２００との間を接続している。【選択図】図２
2009137428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星本体と、センサ本体と、テザーとを有し、
上記衛星本体は、推薬タンクと、軌道制御装置とを有し、
上記推薬タンクは、推薬を収納し、
上記軌道制御装置は、上記推薬タンクが収納した推薬を噴射することにより、上記衛星本体の軌道を制御し、
上記センサ本体は、センサを有し、
上記センサは、観測対象を観測し、
上記テザーは、紐状であり、上記衛星本体と上記センサ本体との間を接続している
ことを特徴とする観測衛星。
【請求項２】
上記センサ本体は、更に、位置姿勢検出装置と、姿勢制御装置とを有し、
上記位置姿勢検出装置は、上記センサ本体の位置及び姿勢を検出し、
上記姿勢制御装置は、上記位置姿勢検出装置が検出したセンサ本体の位置及び姿勢に基づいて、上記センサが上記観測対象を観測できるよう、上記センサ本体の姿勢を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の観測衛星。
【請求項３】
上記衛星本体は、更に、テザー格納部と、テザー制御装置とを有し、
上記テザー格納部は、上記テザーの一部を格納し、
上記テザー制御装置は、上記テザー格納部に格納されるテザーの長さを制御することにより、上記テザーの送り出し長さを制御し、上記センサが上記観測対象を観測する場合に、上記テザーが自由に送り出せるよう制御する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の観測衛星。
【請求項４】
上記衛星本体は、更に、センサ結合装置を有し、
上記テザー制御装置は、上記センサが観測をしない場合に、上記テザーの送り出し長さを短くして、上記センサ本体を引き寄せ、
上記センサ結合装置は、上記テザー制御装置が引き寄せたセンサ本体を把持して、上記衛星本体とセンサ本体とを結合する
ことを特徴とする請求項３に記載の観測衛星。
【請求項５】
上記衛星本体は、更に、テザー格納部と、テザー制御装置と、センサ結合装置とを有し、
上記テザー格納部は、上記テザーの一部を格納し、
上記テザー制御装置は、上記テザー格納部に格納されるテザーの長さを制御することにより、上記テザーの送り出し長さを制御し、上記センサが上記観測対象を観測する場合に、上記テザーが自由に送り出せるよう制御し、上記センサが観測をしない場合に、上記テザーの送り出し長さを短くして、上記センサ本体を引き寄せ、
上記センサ結合装置は、上記テザー制御装置が引き寄せたセンサ本体を把持して、上記衛星本体とセンサ本体とを結合し、
上記軌道制御装置は、上記センサ結合装置が上記センサ本体を把持している場合に、上記位置姿勢検出装置が検出したセンサ本体の位置及び姿勢に基づいて、上記衛星本体の軌道を制御する
ことを特徴とする請求項２に記載の観測衛星。
【請求項６】
上記テザーは、更に、電力伝送線を有し、
上記電力伝送線は、電力を伝送し、
上記衛星本体は、更に、発電装置と、送電装置とを有し、
上記発電装置は、電力を発生し、
上記送電装置は、上記発電装置が発生した電力を、上記電力伝送線を介して送電し、
上記センサは、上記送電装置が送電した電力を、上記電力伝送線を介して受電し、受電した電力により観測する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の観測衛星。
【請求項７】
上記テザーは、更に、信号伝送線を有し、
上記信号伝送線は、信号を伝送し、
上記センサ本体は、更に、観測結果送信装置を有し、
上記観測結果送信装置は、上記センサが観測した観測結果を表わす信号を、上記信号伝送線を介して送信し、
上記衛星本体は、更に、観測結果受信装置を有し、
上記観測結果受信装置は、上記観測結果送信装置が送信した信号を、上記信号伝送線を介して受信する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の観測衛星。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地上の観測対象を観測する観測衛星に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星から地上の観測対象を観測する場合、人工衛星と観測対象との相対位置が変化するので、観測中に人工衛星の姿勢（向き）を変える必要がある。
人工衛星は、軌道制御や姿勢制御の際に消費する推薬（推進剤）がなくなると、軌道制御や姿勢制御ができなくなり、寿命を迎える。このため、大量の推薬を積載すれば、人工衛星の寿命を延ばすことができる。
【特許文献１】特開２００５−２２５３２２号公報
【特許文献２】特開２００５−２３１４５９号公報
【特許文献３】特開２００３−２９５９６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
人工衛星の姿勢を容易に変えられるようにするには、人工衛星を小型化し、人工衛星の質量を軽くすればよい。しかし、人工衛星の質量を軽くすると、推薬の積載量が減るので、人工衛星の寿命が短くなる。
また、人工衛星内で発生する振動の影響で、観測の精度を高めることができない場合がある。
この発明は、例えば、上記のような課題を解決するためになされたものであり、人工衛星が搭載する推薬の量を減らすことなく、精度の高い観測を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明にかかる観測衛星は、
衛星本体と、センサ本体と、テザーとを有し、
上記衛星本体は、推薬タンクと、軌道制御装置とを有し、
上記推薬タンクは、推薬を収納し、
上記軌道制御装置は、上記推薬タンクが収納した推薬を噴射することにより、上記衛星本体の軌道を制御し、
上記センサ本体は、センサを有し、
上記センサは、観測対象を観測し、
上記テザーは、紐状であり、上記衛星本体と上記センサ本体との間を接続していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
この発明にかかる観測衛星によれば、衛星本体とセンサ本体とがテザーを介して接続しているので、センサ本体に軌道を制御するための装置を搭載する必要がなく、衛星本体の軌道を制御するために推薬を噴射しても、その振動がセンサ本体へ伝わらないので、センサによる観測の精度を高くすることができるいう効果を奏する。また、衛星本体に積載する推薬の量を増やしても、センサ本体の可動性に影響せず、センサによる観測の精度を高くすることができるいう効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
実施の形態１．
実施の形態１について、図１〜図４を用いて説明する。
【０００７】
図１は、この実施の形態における観測衛星８００の外観の一例を示す図である。
【０００８】
観測衛星８００は、地上の様子を撮影する人工衛星である。
観測衛星８００は、地上局装置４００からの指令により地上の観測対象５００を撮影し、撮影した映像を地上局装置４００に対して送信する。
観測衛星８００は、衛星本体１００、センサ本体２００、テザー３００を有する。
【０００９】
衛星本体１００は、太陽電池パドル１２０、センサ結合部１４０、通信アンテナ１７１などを有する。
太陽電池パドル１２０は、観測衛星８００の動作に必要な電力を生成する太陽電池などを搭載している。
センサ結合部１４０は、センサ本体２００とドッキングする際、センサ本体２００と結合する部分である。
通信アンテナ１７１は、地上局装置４００と交信するためのアンテナである。
衛星本体１００は、観測衛星８００の主要部であり、観測衛星８００の質量の大部分を占める。
【００１０】
センサ本体２００は、撮像装置２２０、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）受信装置２３１、リアクションホイール２６５などを有する。
撮像装置２２０（センサ）は、視野方向６１０を撮影する。
ＧＰＳ受信装置２３１は、ＧＰＳ衛星が送信した電波（ＧＰＳ信号）を受信する。
リアクションホイール２６５は、内蔵したはずみ車を回転することにより、センサ本体２００の角運動量を調整する。これにより、センサ本体２００の姿勢（向き）を変えて、撮像装置２２０の視野方向６１０を観測対象５００に向けることができる。
センサ本体２００は、観測衛星８００のうち、撮像装置２２０及び撮像装置２２０が観測対象５００を観測するために最低限必要な装置のみから構成される。
【００１１】
テザー３００は、紐状であり、一方の端を衛星本体１００に接続し、他方の端をセンサ本体２００に接続して、衛星本体１００とセンサ本体２００との間を接続している。
【００１２】
図２は、この実施の形態における衛星本体１００及びテザー３００の内部構成の一例を示す構成図である。
【００１３】
テザー３００は、ロープ３１０、電力伝送線３２０、信号伝送線３３０、被覆３４０を有する。
ロープ３１０は、例えば、ケブラー繊維などの強靭かつ軽量な繊維を撚り合わせたものであり、電力伝送線３２０や信号伝送線３３０が切れないよう、テザー３００に加わる張力を受け止める。
電力伝送線３２０は、例えば、銅線であり、衛星本体１００で発電した電力を、センサ本体２００に伝送する。
信号伝送線３３０は、例えば、光ファイバや同軸ケーブルであり、衛星本体１００とセンサ本体２００との間でやり取りされる信号を伝送する。
被覆３４０は、ロープ３１０・電力伝送線３２０・信号伝送線３３０を覆い、宇宙線などからロープ３１０・電力伝送線３２０・信号伝送線３３０を守る。
【００１４】
衛星本体１００は、衛星制御装置１１０、発電装置１２１、蓄電池１２２、姿勢検出部１３０、センサ結合装置１４１、テザー制御装置１４２、テザー格納部１４３、送電装置１５１、対センサ通信装置１５２、軌道制御部１６０、通信アンテナ１７１、対地通信装置１７２を有する。
【００１５】
衛星制御装置１１０は、観測衛星８００全体を制御する。衛星制御装置１１０は、例えば、マイクロコンピュータがあらかじめ記憶したプログラムを実行することにより、衛星制御装置１１０として機能するものである。
発電装置１２１は、例えば、太陽電池パネルであり、太陽電池パドル１２０に設置されている。発電装置１２１は、電力を発生し、発生した電力を出力する。
蓄電池１２２は、発電装置１２１が出力した電力を入力し、蓄電する。蓄電池１２２に蓄電された電力は、衛星本体１００の各装置に供給され、衛星本体１００の各装置の動作エネルギーとなる。また、蓄電池１２２に蓄電された電力は、送電装置１５１を介して、センサ本体２００に送電され、センサ本体２００の各装置の動作エネルギーとなる。
【００１６】
姿勢検出部１３０は、衛星本体１００の位置や姿勢を検出する。姿勢検出部１３０は、例えば、地球の中心を原点とした直交座標系あるいは極座標系で表わされる衛星本体１００の位置及び姿勢を検出する。
姿勢検出部１３０は、ＧＰＳ受信装置１３１、恒星センサ１３２、慣性基準装置１３３、姿勢検出装置１３５を有する。
ＧＰＳ受信装置１３１は、ＧＰＳ衛星が送信したＧＰＳ信号を受信する。ＧＰＳ受信装置１３１は、受信したＧＰＳ信号を解析して、ＧＰＳ信号の伝播時間を求める。ＧＰＳ受信装置１３１は、求めた伝播時間に基づいて、ＧＰＳ受信装置１３１とＧＰＳ衛星との間の擬似距離を算出する。ＧＰＳ受信装置１３１は、複数（通常は４以上）のＧＰＳ衛星が送信した電波を受信し、算出した複数のＧＰＳ衛星との間の擬似距離に基づいて、ＧＰＳ受信装置１３１の位置（及び受信時刻）を算出する。ＧＰＳ受信装置１３１は、算出したＧＰＳ受信装置１３１の位置を表わす信号を出力する。
恒星センサ１３２（スターセンサ）は、例えば、望遠鏡であり、衛星本体１００に対して固定された方向を観測する。恒星センサ１３２は、観測した映像を表わす信号を出力する。
慣性基準装置１３３（ＩＲＵ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｕｎｉｔ）は、例えば、ジャイロであり、衛星本体１００の角速度を検出する。慣性基準装置１３３は、検出した衛星本体１００の角速度を表わす信号を出力する。
【００１７】
姿勢検出装置１３５は、衛星本体１００の位置及び姿勢を算出する。姿勢検出装置１３５は、例えば、衛星制御装置１１０を実現するマイクロコンピュータがあらかじめ記憶したプログラムを実行することにより、姿勢検出装置１３５として機能するものである。
姿勢検出装置１３５は、ＧＰＳ受信装置１３１が出力した信号を入力する。姿勢検出装置１３５は、入力した信号が表わすＧＰＳ受信装置１３１の位置と、それまでの観測結果から推定した衛星本体１００の軌道とに基づいて、衛星本体１００の（重心の）位置を推定する。姿勢検出装置１３５は、推定した衛星本体１００の位置に基づいて衛星本体１００の軌道を推定する。姿勢検出装置１３５が推定した衛星本体１００の軌道は、次に、衛星本体１００の位置を推定するときに利用する。
なお、ＧＰＳ受信装置１３１は、ＧＰＳ受信装置１３１の位置を表わす信号を出力するのではなく、ＧＰＳ受信装置１３１とＧＰＳ衛星との間の擬似距離を表わす信号や、その前段階のデータ（受信したＧＰＳ信号の位相など）を表わす信号を出力してもよい。その場合、姿勢検出装置１３５が、ＧＰＳ受信装置１３１に代わって、擬似距離などのデータに基づいて、ＧＰＳ受信装置１３１（あるいは衛星本体１００）の位置を算出する。
【００１８】
また、姿勢検出装置１３５は、恒星センサ１３２が出力した信号を入力する。姿勢検出装置１３５は、入力した信号が表わす恒星センサ１３２が観測した映像に基づいて、恒星センサ１３２が観測した映像に写っている恒星の明るさや見える方向を算出する。姿勢検出装置１３５は、あらかじめ記憶した恒星図と、算出した恒星の明るさや見える方向とを比較して、恒星センサ１３２が観測した映像に写っている恒星を特定する。
姿勢検出装置１３５は、慣性基準装置１３３が出力した信号を入力する。姿勢検出装置１３５は、入力した信号が表わす衛星本体１００の角速度に基づいて、衛星本体１００の姿勢の変化量を算出する。
姿勢検出装置１３５は、特定した恒星が見える方向と、算出した衛星本体１００の姿勢の変化量とに基づいて、衛星本体１００の姿勢を算出する。例えば、姿勢検出装置１３５は、二つ以上の恒星を特定できた場合、特定した恒星が見える方向に基づいて衛星本体１００の姿勢を算出し、恒星センサ１３２が観測した方向に太陽や地球があるなどして恒星を観測できなかった場合などは、前回の衛星本体１００の姿勢と、算出した衛星本体１００の姿勢の変化量とに基づいて、現在の衛星本体１００の姿勢を算出する。
【００１９】
姿勢検出装置１３５は、算出した衛星本体１００の位置、軌道及び姿勢を表わす信号を衛星制御装置１１０に対して出力する。
【００２０】
なお、姿勢検出部１３０が衛星本体１００の位置や姿勢を検出する方式は、他の方式であってもよい。例えば、姿勢検出部１３０は、三つのＧＰＳ受信装置１３１を有し、三つのＧＰＳ受信装置１３１の位置関係に基づいて、衛星本体１００の姿勢を算出してもよい。あるいは、姿勢検出部１３０は、恒星センサ１３２と、地球の見える方向を観測する地球センサと、太陽の見える方向を観測する太陽センサとを有し、恒星センサ１３２が観測した恒星の見える方向と、地球センサが観測した地球の見える方向と、太陽センサが観測した太陽が見える方向とに基づいて、衛星本体１００の位置及び姿勢を算出してもよい。
【００２１】
センサ結合装置１４１は、センサ結合部１４０の中あるいは近傍にあり、センサ本体２００を把持することにより、衛星本体１００とセンサ本体２００とをドッキング（結合）する。センサ結合装置１４１は、衛星制御装置１１０からの指示にしたがって、センサ本体２００を把持したり、把持したセンサ本体２００を離したりする。
【００２２】
テザー格納部１４３は、テザー３００の一部を格納する。テザー格納部１４３は、例えば、モータ１４４、テザー巻取りリール１４５を有する。
テザー巻取りリール１４５は、テザー３００の一端が固定され、回転可能なリールであり、テザー３００を巻き取ることにより、テザー３００の一部を格納する。
モータ１４４は、テザー巻取りリール１４５を回転させる動力源である。モータ１４４は、テザー巻取りリール１４５を順逆両方向に回転させることができる。テザー巻取りリール１４５を順方向に回転すると、テザー３００を送り出す。また、テザー巻取りリール１４５を逆方向に回転すると、テザー３００を巻き取る。また、モータ１４４は、テザー巻取りリール１４５を自由回転可能にしておくこともできる。テザー巻取りリール１４５を自由回転可能にしておくと、衛星本体１００とセンサ本体２００とが離れていくとき、センサ本体２００がテザー３００を引っ張り、テザー３００が送り出される。
【００２３】
テザー制御装置１４２は、テザー格納部１４３に格納されたテザー３００の長さを制御することにより、テザー３００の送り出し長さを制御する。テザー制御装置１４２は、例えば、衛星制御装置１１０を実現するマイクロコンピュータがあらかじめ記憶したプログラムを実行することにより、テザー制御装置１４２として機能するものである。
テザー制御装置１４２は、衛星制御装置１１０からの指令に基づいて、モータ１４４を制御し、テザー巻取りリール１４５を順方向もしくは逆方向に回転させ、あるいは、テザー巻取りリール１４５を自由回転可能にする。
【００２４】
送電装置１５１は、発電装置１２１が発電した電力を、電力伝送線３２０を通して、センサ本体２００に送電する。送電装置１５１は、発電装置１２１が発電した電力を入力し、テザー格納部１４３を介して、入力した電力を電力伝送線３２０に伝達する。例えば、送電装置１５１は、発電装置１２１が発電した電力を交流に変換する変換回路と、テザー巻取りリール１４５の軸を芯とする一次巻線（テザー巻取りリール１４５の軸が回転しても回転しない）及び二次巻線（テザー巻取りリール１４５の軸とともに回転し、電力伝送線３２０に電気的に接続している）からなるトランスとを有し、変換回路が変換した交流電力を、トランスを介して電力伝送線３２０へ伝達する。
【００２５】
対センサ通信装置１５２（指令送信装置、観測結果受信装置）は、信号伝送線３３０を介して、センサ本体２００と信号のやり取りをする。対センサ通信装置１５２は、衛星制御装置１１０からの指令に基づいて、衛星制御装置１１０が出力したセンサ本体２００に対する指令などを表わす信号を入力し、信号伝送線３３０を介して、入力した信号をセンサ本体２００へ送信する。また、対センサ通信装置１５２は、センサ本体２００が送信した撮像装置２２０の観測結果などを表わす信号を、信号伝送線３３０を介して受信し、受信した信号を衛星制御装置１１０に対して出力する。対センサ通信装置１５２は、例えば、信号伝送線３３０が光ファイバである場合、信号伝送線３３０の端に接続した集光装置（テザー巻取りリール１４５の軸の中心に位置し、テザー巻取りリール１４５とともに回転するが、位置は変わらない）と、集光装置に対面して設けられた発光ダイオード及びフォトトランジスタ（テザー巻取りリール１４５とは離れていて、テザー巻取りリール１４５が回転しても移動しない）とを有し、衛星制御装置１１０から入力した信号に基づいて発光ダイオードが発光して、発光した光を集光装置が集めて信号伝送線３３０に信号を伝達し、センサ本体２００が送信した信号をフォトトランジスタが受光して、電気信号に変換し、衛星制御装置１１０に対して出力する。
【００２６】
軌道制御部１６０は、衛星本体１００の軌道や姿勢を制御する。軌道制御部１６０は、軌道制御装置１６１、推薬タンク１６２、複数の制御弁１６３、複数のスラスタ１６４、複数のリアクションホイール１６５を有する。
軌道制御装置１６１は、衛星制御装置１１０からの指令に基づいて、制御弁１６３の開閉やリアクションホイール１６５の回転を制御する。軌道制御装置１６１は、例えば、衛星制御装置１１０を実現するマイクロコンピュータがあらかじめ記憶したプログラムを実行することにより、軌道制御装置１６１として機能するものである。
推薬タンク１６２は、推薬１９０（推進剤）を収納するタンクである。
制御弁１６３は、推薬タンク１６２とスラスタ１６４との間にあり、軌道制御装置１６１からの指令により開閉する。制御弁１６３が開くと、推薬タンク１６２に収納された推薬１９０がスラスタ１６４に供給される。
スラスタ１６４は、推薬タンク１６２から供給された推薬１９０を燃焼するなどして噴射し、噴射した推薬１９０の反作用によって衛星本体１００の軌道や姿勢を変える力を発生させる。
リアクションホイール１６５は、軌道制御装置１６１からの指令により、内蔵したはずみ車を回転することにより、衛星本体１００の角運動量を調整する。これにより、衛星本体１００の姿勢を変えることができる。
【００２７】
なお、軌道制御部１６０が衛星本体１００の軌道及び姿勢を制御する方式は、他の方式であってもよい。
【００２８】
対地通信装置１７２（対地送信装置、対地受信装置）は、通信アンテナ１７１を介して、地上局装置４００と通信する。
対地通信装置１７２は、地上局装置４００が送信した信号を、通信アンテナ１７１を介して受信し、衛星制御装置１１０に対して出力する。また、対地通信装置１７２は、衛星制御装置１１０が出力した信号を入力し、通信アンテナ１７１を介して、地上局装置４００に対して送信する。対地通信装置１７２が受信する信号には、例えば、地上局装置４００から観測衛星８００に対する指令（軌道の変更や、観測対象５００の指示、制御プログラムの更新など）を表わす信号などがある。対地通信装置１７２が送信する信号には、例えば、観測衛星８００から地上局装置４００への報告内容（観測衛星８００の現在位置や軌道、撮像装置２２０が撮影した映像など）を表わす信号などがある。
【００２９】
図３は、この実施の形態におけるセンサ本体２００の内部構成の一例を示す構成図である。
センサ本体２００は、センサ制御装置２１０、撮像装置２２０、位置姿勢検出部２３０、テザー接続装置２４０、受電装置２５１、通信装置２５２、姿勢制御部２６０を有する。
【００３０】
センサ制御装置２１０は、センサ本体２００全体を制御する。センサ制御装置２１０は、例えば、マイクロコンピュータがあらかじめ記憶したプログラムを実行することにより、センサ制御装置２１０として機能するものである。
【００３１】
撮像装置２２０は、センサ制御装置２１０からの指令に基づいて、視野方向６１０を撮影する。撮像装置２２０は、例えば、集光レンズと、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）カメラとを有し、ＣＣＤカメラのＣＣＤ素子上に集光レンズが結像した映像を電気信号に変換し、変換した信号をセンサ制御装置２１０に対して出力する。
集光レンズの口径が大きければ、それだけＣＣＤ素子上に結像する映像が明るくなり、鮮明な映像を撮影できる。また、露光時間を長くしても、同様の効果が得られる。この実施の形態における観測衛星８００では、集光レンズを大きくすると、衛星の重量が重くなり、打上げにかかるコストが高くなるので、小さい集光レンズを使い、その代わり、露光時間を長くする（例えば、０．１秒程度）ことにより鮮明な映像を撮影する。
【００３２】
位置姿勢検出部２３０は、センサ本体２００の位置及び姿勢を検出する。位置姿勢検出部２３０は、例えば、地球の中心を原点とした直交座標系あるいは極座標系で表わされるセンサ本体２００の位置及び姿勢を検出する。
位置姿勢検出部２３０は、三つのＧＰＳ受信装置２３１、位置姿勢検出装置２３５を有する。
ＧＰＳ受信装置２３１は、衛星本体１００のＧＰＳ受信装置１３１と同様である。
位置姿勢検出装置２３５は、センサ本体２００の位置及び姿勢を算出する。位置姿勢検出装置２３５は、例えば、センサ制御装置２１０を実現するマイクロコンピュータがあらかじめ記憶したプログラムを実行することにより、位置姿勢検出装置２３５として機能するものである。
位置姿勢検出装置２３５は、三つのＧＰＳ受信装置２３１が算出したＧＰＳ受信装置２３１の位置を表わす信号を入力する。位置姿勢検出装置２３５は、入力した信号が表わす三つのＧＰＳ受信装置２３１それぞれの位置に基づいて、センサ本体２００の（重心の）位置及びセンサ本体２００の姿勢を算出する。位置姿勢検出装置２３５は、算出したセンサ本体２００の位置及び姿勢を表わす信号をセンサ制御装置２１０に対して出力する。
【００３３】
なお、位置姿勢検出部２３０がセンサ本体２００の位置及び姿勢を検出する方式は、他の方式であってもよい。例えば、衛星本体１００の姿勢検出部１３０が衛星本体１００の位置及び姿勢を検出する方式として説明した方式でもよい。しかし、ジャイロのような可動部品を含む装置を使用すると、振動を発生し、撮像装置２２０が撮影する映像がブレる可能性があるので、可動部品を含まない構成であることが好ましい。その意味において、上記説明した三つのＧＰＳ受信装置２３１を使用する構成は、好ましい構成である。
【００３４】
テザー接続装置２４０は、テザー３００をセンサ本体２００に接続する。テザー接続装置２４０は、ロープ３１０をセンサ本体２００に物理的に結合する。また、テザー接続装置２４０は、電力伝送線３２０を受電装置２５１に接続し、信号伝送線３３０を通信装置２５２に接続する。
受電装置２５１は、電力伝送線３２０を介して送電される電力を受電し、受電した電力をセンサ本体２００の各装置に供給する。
通信装置２５２（指令受信装置、観測結果送信装置）は、信号伝送線３３０を介して、衛星本体１００と信号のやり取りをする。通信装置２５２は、衛星本体１００が送信した信号を、信号伝送線３３０を介して受信し、受信した信号をセンサ制御装置２１０に対して出力する。また、通信装置２５２は、センサ制御装置２１０が出力した信号を入力し、入力した信号を、信号伝送線３３０を介して、衛星本体１００に対して送信する。
【００３５】
姿勢制御部２６０は、センサ本体２００の姿勢を制御する。姿勢制御部２６０は、姿勢制御装置２６１、複数（例えば四つ）のリアクションホイール２６５を有する。
姿勢制御装置２６１は、センサ制御装置２１０からの指令に基づいて、リアクションホイール２６５の回転を制御する。
リアクションホイール２６５は、姿勢制御装置２６１からの指令により、内蔵したはずみ車を回転することにより、センサ本体２００の角運動量を調整する。
【００３６】
なお、姿勢制御部２６０がセンサ本体２００の姿勢を制御する方式は、他の方式であってもよい。例えば、衛星本体１００の軌道制御部１６０が衛星本体１００の軌道及び姿勢を制御する方式として説明した方式でもよい。しかし、センサ本体２００は、衛星本体１００とテザー３００で接続されているので、センサ本体２００の軌道は、衛星本体１００の軌道によって定まる。衛星本体１００とドッキングする場合など、センサ本体２００の軌道を変える必要が生じたときは、テザー制御装置１４２がテザー３００の送り出し長さを変えることにより、センサ本体２００の軌道を変えればよいので、姿勢制御部２６０は、センサ本体２００の軌道を制御する必要はない。また、センサ本体２００が推薬タンク１６２やスラスタ１６４などを備えると、推薬タンク１６２内の推薬１９０が揺れることや、スラスタ１６４による推薬１９０の噴射などにより、振動を発生し、撮像装置２２０が撮影する映像がブレる可能性がある。このため、軌道制御部１６０、推薬タンク１６２やスラスタ１６４などを備えない構成であることが好ましい。
リアクションホイール２６５は、内部のはずみ車を回転するので、振動がまったくないわけではないが、推薬１９０を噴射する方式と比較して、振動ははるかに小さい。また、センサ本体２００の質量が小さいので、リアクションホイール２６５も小型のものでよく、その分、発生する振動も小さくなる。
【００３７】
次に、観測衛星８００が観測対象５００を観測する動作について説明する。
【００３８】
図４は、この実施の形態における観測衛星８００が、観測対象５００を観測する観測処理の流れの一例を示すフローチャート図である。
なお、観測処理開始前において、衛星本体１００とセンサ本体２００とは結合しているものとする。
【００３９】
センサ分離工程Ｓ７１１において、衛星制御装置１１０は、センサ結合部１４０に対して指令信号を出力する。センサ結合部１４０は、衛星制御装置１１０が出力した指令信号を入力し、入力した指令信号が表わす指令に基づいて、把持しているセンサ本体２００を離す。
テザー自由工程Ｓ７１２において、衛星制御装置１１０は、テザー制御装置１４２に対して指令信号を出力する。テザー制御装置１４２は、衛星制御装置１１０が出力した指令信号を入力し、入力した指令信号が表わす指令に基づいて、モータ１４４を制御し、テザー巻取りリール１４５を自由回転可能にする。
【００４０】
これにより、センサ本体２００は、衛星本体１００から分離し、衛星本体１００の近くを漂う。
なお、センサ本体２００が衛星本体１００から離れていくよう、例えば、モータ１４４の動力により、最初だけテザー３００を送り出す方向へテザー巻取りリール１４５を回転し、センサ本体２００を押し出してもよい。
【００４１】
位置姿勢検出工程Ｓ７２１において、位置姿勢検出部２３０は、センサ本体２００の位置及び姿勢を検出する。位置姿勢検出部２３０は、検出したセンサ本体２００の位置及び姿勢を表わす信号を、センサ制御装置２１０に対して出力する。センサ制御装置２１０は、位置姿勢検出部２３０が出力した信号を入力する。
視野範囲判定工程Ｓ７２２において、センサ制御装置２１０は、位置姿勢検出工程Ｓ７２１で入力した信号が表わすセンサ本体２００の位置に基づいて、観測対象５００がどの方向に見えるかを算出する。例えば、あらかじめ地上局装置４００から指定された観測対象５００の緯度・経度を、センサ制御装置２１０は、信号伝送線３３０を介して衛星制御装置１１０から取得しておく。センサ制御装置２１０は、観測対象５００の緯度・経度と、現在の時刻とに基づいて、観測対象５００の現在の位置座標（地球の中心を原点とする座標系）を算出する。なお、現在の時刻は、ＧＰＳ受信装置２３１が受信したＧＰＳ信号から算出してもよいし、内蔵時計から取得してもよい。センサ制御装置２１０は、算出した観測対象５００の現在の位置座標と、センサ本体２００の現在の位置座標とに基づいて、センサ本体２００に対する観測対象５００の相対位置を算出する。センサ制御装置２１０は、算出した相対位置に基づいて、観測対象５００が見える方向を算出する。
センサ制御装置２１０は、算出した観測対象５００が見える方向と、位置姿勢検出工程Ｓ７２１で入力した信号が表わすセンサ本体２００の姿勢とに基づいて、撮像装置２２０が観測対象５００を観測できるか否かを判定する。観測不可と判定した場合、姿勢算出工程Ｓ７２３へ進む。観測可能と判定した場合、露光開始工程Ｓ７３１へ進む。
【００４２】
姿勢算出工程Ｓ７２３において、センサ制御装置２１０は、視野範囲判定工程Ｓ７２２で算出した観測対象５００が見える方向に基づいて、撮像装置２２０が観測対象５００を観測するためにセンサ本体２００が取るべき姿勢を算出する。
姿勢制御工程Ｓ７２４において、センサ制御装置２１０は、姿勢算出工程Ｓ７２３で算出した姿勢と、視野範囲判定工程Ｓ７２２で入力した信号が表わすセンサ本体２００の姿勢とに基づいて、姿勢制御部２６０がどのようにセンサ本体２００の姿勢を制御すべきかを決定し、決定した結果に基づいて、姿勢制御部２６０に対して指令信号を出力する。姿勢制御部２６０は、センサ制御装置２１０が出力した指令信号を入力し、入力した指令信号が表わす指令に基づいて、センサ本体２００の姿勢を制御する。
その後、位置姿勢検出工程Ｓ７２１に戻り、撮像装置２２０が観測対象５００を観測できる姿勢になるまで繰り返す。
【００４３】
露光開始工程Ｓ７３１において、センサ制御装置２１０は、撮像装置２２０に対して指令信号を出力する。撮像装置２２０は、センサ制御装置２１０が出力した指令信号を入力し、入力した指令信号が表わす指令に基づいて、露光を開始し、視野方向６１０を撮影する。位置姿勢検出工程Ｓ７２１〜姿勢制御工程Ｓ７２４の処理により、センサ本体２００は、撮像装置２２０が観測対象５００を観測できる方向を向いているので、撮像装置２２０は、観測対象５００を撮影できる。
【００４４】
位置姿勢検出工程Ｓ７３２において、位置姿勢検出部２３０は、センサ本体２００の位置及び姿勢を検出する。位置姿勢検出部２３０は、検出したセンサ本体２００の位置及び姿勢を表わす信号を、センサ制御装置２１０に対して出力する。センサ制御装置２１０は、位置姿勢検出部２３０が出力した信号を入力する。
姿勢算出工程Ｓ７３３において、センサ制御装置２１０は、位置姿勢検出工程Ｓ７３２で入力した信号が表わすセンサ本体２００の位置に基づいて、観測対象５００が見える方向を算出し、算出した観測対象５００が見える方向に基づいて、撮像装置２２０から見て観測対象５００が同じ方向に見えるようにするためにセンサ本体２００が取るべき姿勢を算出する。
姿勢制御工程Ｓ７３４において、センサ制御装置２１０は、姿勢算出工程Ｓ７３３で算出した姿勢と、位置姿勢検出工程Ｓ７３２で入力した信号が表わすセンサ本体２００の姿勢とに基づいて、姿勢制御部２６０がどのようにセンサ本体２００の姿勢を制御すべきかを決定し、決定した結果に基づいて、姿勢制御部２６０に対して指令信号を出力する。姿勢制御部２６０は、センサ制御装置２１０が出力した指令信号を入力し、入力した指令信号が表わす指令に基づいて、センサ本体２００の姿勢を制御する。
【００４５】
上述したように、この実施の形態における観測衛星８００は、鮮明な映像を撮影するため、撮像装置２２０の露光時間を長くしている。観測衛星８００は、地球を周回する軌道上を移動しているので、例えば、観測衛星８００の移動速度が秒速約７〜８キロメートル、撮像装置２２０の露光時間が０．１秒とすると、露光時間の間に、観測衛星８００は、約７００〜８００メートル移動する。この間、撮像装置２２０の視野方向６１０が同じだと、撮像装置２２０が撮影する映像上で観測対象５００が移動して、鮮明な映像にならない。このため、センサ本体２００の移動に伴って撮像装置２２０の視野方向６１０を変え、撮像装置２２０が撮影する映像上で観測対象５００が動かないようにする必要がある。
この実施の形態における観測衛星８００は、露光時間の間、撮像装置２２０から見て観測対象５００が同じ方向に見えるよう、姿勢制御部２６０がセンサ本体２００の姿勢を制御することにより、撮像装置２２０が撮影する映像上で観測対象５００を静止させ、鮮明な映像を撮影する。
【００４６】
露光時間判定工程Ｓ７３６において、センサ制御装置２１０は、露光開始工程Ｓ７３１で撮像装置２２０が露光を開始してからの経過時間を計測し、計測した経過時間と、所定の露光時間とを比較して、露光時間が経過したか否かを判定する。露光時間が経過したと判定した場合、露光終了工程Ｓ７３９へ進む。露光時間が経過していないと判定した場合、位置姿勢検出工程Ｓ７３２へ戻り、センサ本体２００の姿勢制御を繰り返す。
【００４７】
露光終了工程Ｓ７３９において、センサ制御装置２１０は、撮像装置２２０に対して指令信号を出力する。撮像装置２２０は、センサ制御装置２１０が出力した指令信号を入力し、入力した指令信号が表わす指令に基づいて、露光を終了する。撮像装置２２０は、撮影した映像を表わす信号を出力する。センサ制御装置２１０は、撮像装置２２０が出力した信号を入力する。
【００４８】
観測結果送信工程Ｓ７４１において、センサ制御装置２１０は、露光終了工程Ｓ７３９で入力した信号が表わす映像に基づいて、撮像装置２２０が撮影した映像を画像処理し、画像処理した映像を表わす信号を、通信装置２５２に対して出力する。なお、センサ制御装置２１０は、撮像装置２２０が撮影した映像を画像処理せず、そのままの映像を表わす信号を、通信装置２５２に対して出力してもよい。
通信装置２５２は、センサ制御装置２１０が出力した信号を入力し、入力した信号を衛星本体１００に送信する形式の信号に変換し、変換した信号を、信号伝送線３３０を介して衛星本体１００の対センサ通信装置１５２へ送信する。
【００４９】
なお、対センサ通信装置１５２と通信装置２５２との間は、信号伝送線３３０を介して有線接続しているので、アンテナの向きなどを気にする必要はなく、センサ本体２００が観測対象５００を撮影した姿勢のままで、撮影した映像を送信できる。
【００５０】
観測結果受信工程Ｓ７４２において、対センサ通信装置１５２は、観測結果送信工程Ｓ７４１でセンサ本体２００の通信装置２５２が送信した信号を、信号伝送線３３０を介して受信し、受信した信号を元の形式に戻し、元の形式に戻した信号を、衛星制御装置１１０に対して出力する。衛星制御装置１１０は、対センサ通信装置１５２が出力した信号を入力する。
【００５１】
対地送信工程Ｓ７４３において、衛星制御装置１１０は、観測結果受信工程Ｓ７４２で入力した信号が表わす映像に基づいて、センサ制御装置２１０が処理した映像を画像処理し、画像処理した映像を表わす信号を、対地通信装置１７２に対して出力する。なお、衛星制御装置１１０は、センサ制御装置２１０が処理した映像を画像処理せず、そのままの映像を表わす信号を、対地通信装置１７２に対して出力してもよい。
対地通信装置１７２は、衛星制御装置１１０が出力した信号を入力し、入力した信号を地上局装置４００に送信する形式の信号に変換し、変換した信号を、通信アンテナ１７１から地上局装置４００に対して送信する。
【００５２】
なお、送信に先立って、あらかじめ通信アンテナ１７１が地上局装置４００の方向を向くよう、衛星本体１００の姿勢を制御しておく必要がある。対センサ通信装置１５２と通信装置２５２との間は、信号伝送線３３０を介して有線接続しているので、通信装置２５２が送信した信号を対センサ通信装置１５２が受信する際の衛星本体１００の姿勢を気にする必要はない。このため、衛星本体１００は、撮像装置２２０が観測対象５００を撮影する前あるいは撮影中に、通信アンテナ１７１を地上局装置４００の方向へ向けておくことができる。したがって、撮像装置２２０が撮影した映像を、すぐに地上局装置４００に対して送信することができる。
【００５３】
連続して同じ観測対象５００を撮影する場合（動画撮影など）は、露光開始工程Ｓ７３１〜対地送信工程Ｓ７４３を繰り返す。また、連続して異なる観測対象５００を撮影する場合（広域撮影など）は、位置姿勢検出工程Ｓ７２１〜対地送信工程Ｓ７４３を繰り返す。この場合、撮影した映像を表わす信号の送受信（観測結果送信工程Ｓ７４１〜対地送信工程Ｓ７４３）と並行して、次の映像の撮影をすることができる。このため、撮像装置２２０が撮影したリアルタイムの映像を、地上局装置４００に対して送信することができる。
【００５４】
すべての観測が終了したのち、テザー巻取り工程Ｓ７５１において、衛星制御装置１１０が、テザー制御装置１４２に対して指令信号を出力する。テザー制御装置１４２は、衛星制御装置１１０が出力した指令信号を入力し、入力した指令信号が表わす指令に基づいて、モータ１４４を制御し、テザー３００を巻き取る方向にテザー巻取りリール１４５を回転する。
これにより、センサ本体２００は、テザー３００に引っ張られて、衛星本体１００のセンサ結合部１４０に近づいていく。テザー３００が完全に巻き取られると、センサ本体２００は、センサ結合部１４０に結合できる位置まで近づく。
【００５５】
センサ結合工程Ｓ７５２において、センサ結合装置１４１は、センサ本体２００を把持し、衛星本体１００とセンサ本体２００とが結合して一体となる。
【００５６】
以上で、観測処理を終了する。
【００５７】
図５は、この実施の形態における観測衛星８００が観測対象５００を観測する様子を示す模式図である。
【００５８】
観測衛星８００ａは、観測衛星８００が観測処理を開始する前の状態であり、衛星本体１００とセンサ本体２００とが結合している。
観測衛星８００ｂは、観測衛星８００が観測処理を開始して、衛星本体１００とセンサ本体２００とを分離した状態である。
観測衛星８００ｃは、センサ本体２００の姿勢を制御して、撮像装置２２０が観測対象５００を撮影できる姿勢になり、露光を開始した状態である。
観測衛星８００ｄは、センサ本体２００の姿勢を制御しながら、撮像装置２２０が観測対象５００を撮影し、露光が終了した状態である。
観測衛星８００ｅは、観測が終了し、センサ本体２００を回収している途中の状態である。
観測衛星８００ｆは、センサ本体２００の回収が終わり、衛星本体１００とセンサ本体２００とが結合した状態である。
【００５９】
衛星本体１００は、観測衛星８００ａの状態から観測衛星８００ｆの状態まで、常に、通信アンテナ１７１が地上局装置４００の方向を向くよう、姿勢を制御する。
センサ本体２００は、分離後である観測衛星８００ｂの状態から露光終了である観測衛星８００ｄの状態までの間、撮像装置２２０が観測対象５００を撮影できるよう、姿勢を制御する。この間、テザー３００は自由に送り出され、例えば、この図に示したように、センサ本体２００は衛星本体１００から遠ざかっていく。
撮影終了後、衛星本体１００は、テザー３００を巻き取り、センサ本体２００を引っ張って、回収する。
【００６０】
露光時間中におけるセンサ本体２００の姿勢制御は、撮像装置２２０が撮影する映像上で観測対象５００が動かないようにする必要があるので、反応が速く、外乱が少ないことが要求される。
センサ本体２００は、撮像装置２２０が観測対象５００を観測するのに最低限必要な装置のみからなるので、質量が小さい。このため、姿勢制御に対する反応が速い。また、センサ本体２００は、スラスタ１６４や慣性基準装置１３３のような、姿勢制御に対する外乱となり得る装置を極力排除している。
したがって、高精度にセンサ本体２００の姿勢を制御することができ、撮像装置２２０が鮮明な映像を撮影できる。
【００６１】
他方、衛星本体１００の質量は、センサ本体２００の姿勢制御に対する反応と無関係であるから、衛星本体１００の質量が大きくてもよい。このため、大量の推薬１９０を積むことができ、観測衛星８００の寿命を長くすることができる。
【００６２】
この実施の形態における観測衛星８００は、衛星本体１００と、センサ本体２００と、テザー３００とを有することを特徴とする。
上記衛星本体１００は、推薬タンク１６２と、軌道制御装置１６１とを有する。
上記推薬タンク１６２は、推薬１９０を収納する。
上記軌道制御装置１６１は、上記推薬タンク１６２が収納した推薬１９０を噴射することにより、上記衛星本体１００の軌道を制御する。
上記センサ本体２００は、センサ（撮像装置２２０）を有する。
上記センサ（撮像装置２２０）は、観測対象５００を観測する。
上記テザー３００は、紐状であり、上記衛星本体１００と上記センサ本体２００との間を接続している。
【００６３】
この実施の形態における観測衛星８００によれば、衛星本体１００とセンサ本体２００とがテザー３００を介して接続しているので、センサ本体２００に軌道を制御するための装置を搭載する必要がなく、衛星本体１００の軌道を制御するために推薬１９０を噴射しても、その振動がセンサ本体２００へ伝わらないので、センサ（撮像装置２２０）による観測の精度を高くすることができるいう効果を奏する。
【００６４】
この実施の形態におけるセンサ本体２００は、更に、位置姿勢検出装置２３５と、姿勢制御装置２６１とを有することを特徴とする。
上記位置姿勢検出装置２３５は、上記センサ本体２００の位置及び姿勢を検出する。
上記姿勢制御装置２６１は、上記位置姿勢検出装置２３５が検出したセンサ本体２００の位置及び姿勢に基づいて、上記センサ（撮像装置２２０）が上記観測対象５００を観測できるよう、上記センサ本体２００の姿勢を制御する。
【００６５】
この実施の形態における観測衛星８００によれば、位置姿勢検出装置２３５がセンサ本体２００の位置及び姿勢を検出し、検出結果に基づいて姿勢制御装置２６１がセンサ本体２００の姿勢を制御して、センサ（撮像装置２２０）が観測対象５００を観測するので、観測衛星８００全体の質量が大きくても、センサ本体２００の質量が小さければ、高精度にセンサ本体２００の姿勢を制御でき、センサ（撮像装置２２０）による観測の精度を高くすることができる。
【００６６】
この実施の形態における衛星本体１００は、更に、テザー格納部１４３と、テザー制御装置１４２とを有することを特徴とする。
上記テザー格納部１４３は、上記テザー３００の一部を格納する。
上記テザー制御装置１４２は、上記テザー格納部１４３に格納されるテザー３００の長さを制御することにより、上記テザー３００の送り出し長さを制御し、上記センサ（撮像装置２２０）が上記観測対象５００を観測する場合に、上記テザー３００が自由に送り出せるよう制御する。
【００６７】
この実施の形態における観測衛星８００によれば、撮像装置２２０が観測対象５００を観測する場合に、テザー３００が自由に送り出せるよう、テザー制御装置１４２がテザー格納部１４３を制御するので、観測中は、テザー３００に張力が加わらない状態となり、衛星本体１００で発生した振動などの外乱が、テザー３００を介してセンサ本体２００へ伝わることがなく、センサ（撮像装置２２０）による観測の精度を高くすることができるいう効果を奏する。
【００６８】
なお、姿勢検出部１３０が検出した衛星本体１００の位置と、位置姿勢検出部２３０が検出したセンサ本体２００の位置とに基づいて、テザー３００に張力が加わらない状態となるテザー３００の送り出し長さを、衛星制御装置１１０が算出し、テザー制御装置１４２は、衛星制御装置１１０が算出した送り出し長さとなるよう、テザー格納部１４３を制御してもよい。
【００６９】
この実施の形態における衛星本体１００は、更に、センサ結合装置１４１を有することを特徴とする。
上記テザー制御装置１４２は、上記センサ（撮像装置２２０）が観測をしない場合に、上記テザー３００の送り出し長さを短くして、上記センサ本体２００を引き寄せる。
上記センサ結合装置１４１は、上記テザー制御装置１４２が引き寄せたセンサ本体２００を把持して、上記衛星本体１００とセンサ本体２００とを結合する。
【００７０】
この実施の形態における観測衛星８００によれば、センサ（撮像装置２２０）が観測をしない場合は、テザー３００の送り出し長さが短くなるよう、テザー制御装置１４２がテザー格納部１４３を制御し、センサ本体２００を引き寄せて、センサ結合装置１４１がセンサ本体２００を把持するので、衛星本体１００とセンサ本体２００との結合が比較的容易であるという効果を奏する。
【００７１】
この実施の形態におけるテザー３００は、更に、電力伝送線３２０を有することを特徴とする。
上記電力伝送線３２０は、電力を伝送する。
上記衛星本体１００は、更に、発電装置１２１と、送電装置１５１とを有する。
上記発電装置１２１は、電力を発生する。
上記送電装置１５１は、上記発電装置１２１が発生した電力を、上記電力伝送線３２０を介して送電する。
上記センサ（撮像装置２２０）は、上記送電装置１５１が送電した電力を、上記電力伝送線３２０を介して受電し、受電した電力により観測する。
【００７２】
この実施の形態における観測衛星８００によれば、発電装置１２１が発生した電力を電力伝送線３２０を介してセンサ（撮像装置２２０）に供給し、供給された電力でセンサ（撮像装置２２０）が動作するので、センサ本体２００に電力を発生するための装置を搭載する必要がない。センサ本体２００が、太陽電池パドルのようなセンサ本体２００の回転モーメントを大きくする装置を有しないので、センサ本体２００の回転モーメントを小さくでき、素早くセンサ本体２００の姿勢を制御でき、センサ（撮像装置２２０）による観測の精度を高くすることができる。
【００７３】
上記テザー３００は、更に、信号伝送線３３０を有することを特徴とする。
上記信号伝送線３３０は、信号を伝送する。
上記センサ本体２００は、更に、観測結果送信装置（通信装置２５２）を有する。
上記観測結果送信装置（通信装置２５２）は、上記センサ（撮像装置２２０）が観測した観測結果（映像）を表わす信号を、上記信号伝送線３３０を介して送信する。
上記衛星本体１００は、更に、観測結果受信装置（対センサ通信装置１５２）を有する。
上記観測結果受信装置（対センサ通信装置１５２）は、上記観測結果送信装置（通信装置２５２）が送信した信号を、上記信号伝送線３３０を介して受信する。
【００７４】
この実施の形態における観測衛星８００によれば、センサ（撮像装置２２０）が観測した観測結果（映像）を表わす信号を、観測結果送信装置（通信装置２５２）が送信し、信号伝送線３３０が伝送して、観測結果受信装置（対センサ通信装置１５２）が受信するので、衛星本体１００やセンサ本体２００の姿勢と無関係に、観測結果の送受信ができる。このため、センサ本体２００は観測対象５００を観測できる姿勢を取り、衛星本体１００は地上局装置４００に対して送信できる姿勢を取ったまま、観測結果の送受信ができ、センサ（撮像装置２２０）が観測した観測結果を、リアルタイムに地上局装置４００に対して送信できるという効果を奏する。
【００７５】
以上説明した観測衛星８００は、発電機能（発電装置１２１）を持った宇宙機（衛星本体１００）にテザー３００で接続された浮遊型センサ（センサ本体２００）を有することを特徴とする。
【００７６】
観測衛星８００は、衛星本体１００と、センサ本体２００との大きなブロックで構成され、センサ（撮像装置２２０）稼動時は、衛星本体１００とテザー３００で接続されたセンサ本体２００を浮遊させて、浮遊型センサとする。衛星本体１００は、軌道制御用のスラスタ１６４および燃料タンク（推薬タンク１６２）を有する。センサ本体２００は、センサ姿勢決定用の姿勢センサ（位置姿勢検出部２３０）として、ＧＰＳ受信装置２３１を有する。
観測衛星８００は、センサ（撮像装置２２０）使用時に、衛星本体１００と、センサ本体２００とを分離し、軌道制御時に、衛星本体１００にセンサ本体２００を結合するため分離・結合機構（センサ結合装置１４１）を有する。
観測衛星８００は、センサ分離時に、衛星本体１００と、センサ本体２００の距離に合せて、テザー３００を必要量送り出すためのテザー送り出し機構と、結合時には、テザー３００を巻き取り、結合部位までセンサ（センサ本体２００）を誘導するテザー巻取り機構（テザー制御装置１４２、テザー格納部１４３）を有する。
テザー３００は、衛星本体１００と、センサ本体２００との間の電力供給ライン（電力伝送線３２０）及びデータ伝送ライン（信号伝送線３３０）を含む。
【００７７】
このように、電力発生（発電装置１２１）および軌道制御（軌道制御部１６０）、通信（通信アンテナ１７１、対地通信装置１７２）など、通常のバス機能を衛星本体１００に全て残し、センサ本体２００には、センサ（撮像装置２２０）と、観測時に、センサ本体２００を目標観測ポイント（観測対象５００）に向ける姿勢変更をする機能だけを持たせることにより、衛星本体１００の振動をセンサ（撮像装置２２０）から分離することができ、また、センサ（撮像装置２２０）の姿勢変更に関する重量制約を最小限とすることができる。
【００７８】
衛星本体１００とセンサ本体２００とが分離せず、撮像装置２２０が衛星本体１００に固定されている場合（以下「比較例」と呼ぶ。）と比較すると、比較例では、センサのアジリティを高めるため、衛星バス（衛星本体１００）を小型化する必要がある。しかし、衛星バスを小型化するため、推薬タンク１６２を小さくすると、観測衛星８００の寿命が短くなる。
これに対し、以上説明した観測衛星８００は、推薬タンク１６２を大きくしてもセンサのアジリティが落ちないので、大量の推薬１９０を積載することができる。これにより、観測衛星８００の寿命が長くなる。また、大量の推薬１９０を積載しているので、軌道上の位置の変更が比較的容易であり、観測の可能性を拡大できる。すなわち、観測衛星８００が観測対象５００の上空にいない場合、推薬１９０の制約から軌道を大きく変更することができなければ、観測衛星８００が観測対象５００の上空に来るまで待たなければならない。しかし、推薬１９０を大量に消費してもよければ、軌道を柔軟に変更して、いち早く観測対象５００の上空に達することができる。また、より詳細な観測がしたければ、軌道高度を下げて、観測衛星８００を観測対象５００に近づけることもできる。
【００７９】
例えば、地震などの災害発生時に、被災地の状況を一刻も早く把握したい場合がある。このような場合に、観測衛星８００から撮影した被災地の映像は、大変役に立つ。しかし、このような災害は、いつどこで発生するかわからないので、観測衛星８００が、被災地の上空にいない場合もあるし、そもそも被災地の上空を通過しない軌道にいる場合もある。以上説明した観測衛星８００は、このような場合に、観測衛星８００の軌道を柔軟に変更し、被災地の様子をリアルタイムで撮影した映像を地上局装置４００に対して送信することができる。
【００８０】
また、比較例では、精度の高い観測をするため、軌道制御部１６０などが発生する振動などの影響をセンサが受けないようにする機構が必要となる。
これに対し、以上説明した観測衛星８００は、衛星本体１００とセンサ本体２００とが分離している状態では、衛星本体１００で発生した振動などがセンサに伝わらない。したがって、精度の高い観測が可能である。
【００８１】
実施の形態２．
実施の形態２について、図６〜図７を用いて説明する。
この実施の形態における観測衛星８００の外観及びセンサ本体２００、テザー３００の内部構成は、実施の形態１で説明したものと同様なので、ここでは説明を省略する。
【００８２】
図６は、この実施の形態における衛星本体１００の内部構成の一例を示す構成図である。
なお、実施の形態１で説明した衛星本体１００と共通する部分については、同一の符号を付し、ここでは説明を省略する。
【００８３】
姿勢検出部１３０は、慣性基準装置１３３と姿勢検出装置１３５とを有し、ＧＰＳ受信装置１３１及び恒星センサ１３２を有さない。
姿勢検出部１３０は、ＧＰＳ受信装置１３１を有さないので、衛星本体１００の位置を検出しない。また、姿勢検出部１３０は、慣性基準装置１３３を有するので、衛星本体１００の姿勢の変化量を検出するが、恒星センサ１３２を有さないので、衛星本体１００の姿勢を直接検出しない。姿勢検出装置１３５は、検出した衛星本体１００の姿勢の変化量を積算することにより、現在の衛星本体１００の姿勢を算出する。
【００８４】
図７は、この実施の形態における衛星本体１００が衛星本体１００の軌道及び姿勢を制御する軌道姿勢制御処理の流れの一例を示すフローチャート図である。
【００８５】
結合判定工程Ｓ７７１において、衛星制御装置１１０は、衛星本体１００とセンサ本体２００とが結合しているか分離しているかを判定する。結合中であると判定した場合、位置姿勢検出工程Ｓ７７２へ進む。分離中であると判定した場合、姿勢検出工程Ｓ７８３へ進む。
【００８６】
位置姿勢検出工程Ｓ７７２において、位置姿勢検出部２３０は、センサ本体２００の位置及び姿勢を検出する。位置姿勢検出部２３０は、検出したセンサ本体２００の位置及び姿勢を表わす信号を、センサ制御装置２１０に対して出力する。センサ制御装置２１０は、位置姿勢検出部２３０が出力した信号を入力し、通信装置２５２に対して出力する。通信装置２５２は、センサ制御装置２１０が出力した信号を入力し、信号伝送線３３０を介して対センサ通信装置１５２に対して送信する。対センサ通信装置１５２は、通信装置２５２が送信した信号を、信号伝送線３３０を介して受信し、衛星制御装置１１０に対して出力する。衛星制御装置１１０は、対センサ通信装置１５２が出力した信号を入力する。
【００８７】
姿勢検出工程Ｓ７７３において、姿勢検出部１３０は、衛星本体１００の姿勢を検出する。姿勢検出部１３０は、検出した衛星本体１００の姿勢を表わす信号を、衛星制御装置１１０に対して出力する。衛星制御装置１１０は、姿勢検出部１３０が出力した信号を入力する。
【００８８】
位置姿勢算出工程Ｓ７７４において、衛星制御装置１１０は、位置姿勢検出工程Ｓ７７２で入力した信号が表わすセンサ本体２００の位置及び姿勢と、姿勢検出工程Ｓ７７３で入力した信号が表わす衛星本体１００の姿勢とに基づいて、衛星本体１００の位置及び姿勢を算出する。衛星本体１００とセンサ本体２００とは結合しているので、衛星本体１００とセンサ本体２００との位置関係は固定されている。衛星制御装置１１０は、衛星本体１００とセンサ本体２００とが結合している状態における衛星本体１００とセンサ本体２００との相対位置及び相対的な姿勢の関係を、あらかじめ記憶しておく。衛星制御装置１１０は、あらかじめ記憶した衛星本体１００とセンサ本体２００との相対位置及び相対的な姿勢の関係に基づいて、衛星本体１００の位置及び姿勢を算出する。また、衛星本体１００の姿勢の算出にあたり、衛星制御装置１１０は、姿勢検出部１３０が検出した衛星本体１００の姿勢を補助的に使用する。衛星制御装置１１０は、算出した衛星本体１００の位置に基づいて、衛星本体１００の軌道を算出する。
【００８９】
姿勢推定値更新工程Ｓ７７５において、衛星制御装置１１０は、位置姿勢算出工程Ｓ７７３で算出した衛星本体１００の姿勢を表わす信号を、姿勢検出装置１３５に対して出力する。姿勢検出装置１３５は、衛星制御装置１１０が出力した信号を入力し、入力した信号が表わす衛星本体１００の姿勢に基づいて、衛星本体１００の姿勢の推定値を更新する。
上述したように、姿勢検出部１３０は、慣性基準装置１３３が検出した衛星本体１００の角速度に基づいて、姿勢検出装置１３５が衛星本体１００の姿勢の変化量を算出し、算出した衛星本体１００の姿勢の変化量を積算することにより、衛星本体１００の姿勢を推定する。これを長時間続けると、慣性基準装置１３３が検出する衛星本体１００の角速度の微量な誤差が蓄積して、姿勢検出装置１３５が推定する衛星本体１００の姿勢の誤差が大きくなる。姿勢検出装置１３５は、衛星制御装置１１０が算出した衛星本体１００の姿勢により、衛星本体１００の姿勢の推定値を更新することにより、誤差の蓄積を防ぎ、姿勢検出装置１３５が推定する衛星本体１００の姿勢の誤差を小さく抑える。
【００９０】
軌道姿勢制御工程Ｓ７７６において、衛星制御装置１１０は、位置姿勢算出工程Ｓ７７４で算出した衛星本体１００の軌道に基づいて、あるべき軌道からのずれを算出する。あるべき軌道とは、例えば、地上局装置４００から受信した指令信号が表わす指令により指示された軌道である。また、衛星制御装置１１０は、位置姿勢算出工程Ｓ７７４で算出した衛星本体１００の姿勢に基づいて、あるべき姿勢からのずれを算出する。あるべき姿勢とは、例えば、通信アンテナ１７１を地上局装置４００の方向へ向けることができる姿勢である。衛星制御装置１１０は、算出した軌道のずれ及び姿勢のずれに基づいて、衛星本体１００の軌道及び姿勢をあるべき軌道及び姿勢にするために、軌道制御部１６０がどのように衛星本体１００の軌道及び姿勢を制御すべきかを決定し、決定した結果に基づいて、軌道制御部１６０に対して指令信号を出力する。軌道制御部１６０は、衛星制御装置１１０が出力した指令信号を入力し、入力した指令信号が表わす指令に基づいて、衛星本体１００の軌道及び姿勢を制御する。
その後、軌道姿勢制御処理を終了する。
【００９１】
姿勢検出工程Ｓ７８３において、姿勢検出部１３０は、衛星本体１００の姿勢を検出する。姿勢検出部１３０は、検出した衛星本体１００の姿勢を表わす信号を、衛星制御装置１１０に対して出力する。衛星制御装置１１０は、姿勢検出部１３０が出力した信号を入力する。
【００９２】
姿勢制御工程Ｓ７８６において、衛星制御装置１１０は、姿勢検出工程Ｓ７８３で入力した信号が表わす衛星本体１００の姿勢に基づいて、あるべき姿勢からのずれを算出する。衛星制御装置１１０は、算出した姿勢のずれに基づいて、衛星本体１００の姿勢をあるべき姿勢にするために、軌道制御部１６０がどのように衛星本体１００の姿勢を制御すべきかを決定し、決定した結果に基づいて、軌道制御部１６０に対して指令信号を出力する。軌道制御部１６０は、衛星本体１００が出力した指令信号を入力し、入力した指令信号が表わす指令に基づいて、衛星本体１００の姿勢を制御する。
その後、軌道姿勢制御処理を終了する。
【００９３】
衛星本体１００とセンサ本体２００とが分離している状態では、衛星本体１００とセンサ本体２００との位置関係や姿勢の関係が不定であるので、センサ本体２００の位置や姿勢から衛星本体１００の位置や姿勢を求めることはできない。衛星本体１００の位置がわからないので、衛星本体１００の軌道もわからない。しかし、衛星本体１００とセンサ本体２００とが分離している時間が短時間であれば、衛星本体１００とセンサ本体２００とが分離する前の軌道とほぼ同じ軌道を飛んでいるはずである。この実施の形態では、衛星本体１００とセンサ本体２００とが分離している間は、衛星本体１００の軌道を制御せず、観測が終わって衛星本体１００とセンサ本体２００とが再び結合したのちに、衛星本体１００の軌道を制御する。このように、衛星本体１００とセンサ本体２００とが分離している間は、衛星本体１００の軌道を制御しなくても、衛星本体１００の軌道があるべき軌道から大きく外れることはない。
【００９４】
また、衛星本体１００とセンサ本体２００とが分離している間は、慣性基準装置１３３が検出した衛星本体１００の角速度に基づいて姿勢検出装置１３５が算出した衛星本体１００の姿勢に基づいて、衛星本体１００の姿勢を制御する。衛星本体１００とセンサ本体２００とが結合している間は、位置姿勢検出部２３０が検出したセンサ本体２００の姿勢に基づいて衛星制御装置１１０が算出した衛星本体１００の姿勢により、姿勢検出装置１３５が衛星本体１００の姿勢の推定値を更新しているので、衛星本体１００とセンサ本体２００とが分離している時間が短時間であれば、姿勢検出装置１３５が算出した衛星本体１００の姿勢に含まれる誤差は小さい。したがって、衛星本体１００とセンサ本体２００とが分離している間は、姿勢検出装置１３５が算出した衛星本体１００の姿勢に基づいて、衛星本体１００の姿勢を制御しても、衛星本体１００の姿勢があるべき姿勢から大きく外れることはない。
【００９５】
このような制御方式を採用することにより、衛星本体１００は、ＧＰＳ受信装置１３１や恒星センサ１３２を有する必要がなくなる。このため、衛星本体１００の質量を小さくすることができる。これにより、観測衛星８００の打ち上げコストを抑えることができるとともに、衛星本体１００の軌道や姿勢を制御するために噴射する推薬１９０の量を少なくすることができるので、観測衛星８００の寿命を延ばすことができる。
【００９６】
この実施の形態における衛星本体１００は、更に、テザー格納部１４３と、テザー制御装置１４２と、センサ結合装置１４１とを有することを特徴とする。
上記テザー格納部１４３は、上記テザー３００の一部を格納する。
上記テザー制御装置１４２は、上記テザー格納部１４３に格納されるテザー３００の長さを制御することにより、上記テザー３００の送り出し長さを制御し、上記センサ（撮像装置２２０）が上記観測対象５００を観測する場合に、上記テザー３００が自由に送り出せるよう制御し、上記センサ（撮像装置２２０）が観測をしない場合に、上記テザー３００の送り出し長さを短くして、上記センサ本体２００を引き寄せる。
上記センサ結合装置１４１は、上記テザー制御装置１４２が引き寄せたセンサ本体２００を把持して、上記衛星本体１００とセンサ本体２００とを結合する。
上記軌道制御装置１６１は、上記センサ結合装置１４１が上記センサ本体２００を把持している場合に、上記位置姿勢検出装置２３５が検出したセンサ本体２００の位置及び姿勢に基づいて、上記衛星本体１００の軌道を制御する。
【００９７】
この実施の形態における観測衛星８００によれば、位置姿勢検出部２３０が検出したセンサ本体２００の位置及び姿勢に基づいて、軌道制御装置１６１が衛星本体１００の軌道を制御するので、衛星本体１００は、衛星本体１００の位置や姿勢を検出する装置を有する必要がなく、衛星本体１００の質量を小さくできる。このため、観測衛星８００の打ち上げコストを抑えることができるとともに、観測衛星８００の寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】実施の形態１における観測衛星８００の外観の一例を示す図。
【図２】実施の形態１における衛星本体１００及びテザー３００の内部構成の一例を示す構成図。
【図３】実施の形態１におけるセンサ本体２００の内部構成の一例を示す構成図。
【図４】実施の形態１における観測衛星８００が、観測対象５００を観測する観測処理の流れの一例を示すフローチャート図。
【図５】実施の形態１における観測衛星８００が観測対象５００を観測する様子を示す模式図。
【図６】実施の形態２における衛星本体１００の内部構成の一例を示す構成図。
【図７】実施の形態２における衛星本体１００が衛星本体１００の軌道及び姿勢を制御する軌道姿勢制御処理の流れの一例を示すフローチャート図。
【符号の説明】
【００９９】
１００  衛星本体、１１０  衛星制御装置、１２０  太陽電池パドル、１２１  発電装置、１２２  蓄電池、１３０  姿勢検出部、１３１，２３１  ＧＰＳ受信装置、１３２  恒星センサ、１３３  慣性基準装置、１３５  姿勢検出装置、１４０  センサ結合部、１４１  センサ結合装置、１４２  テザー制御装置、１４３  テザー格納部、１４４  モータ、１４５  テザー巻取りリール、１５１  送電装置、１５２  対センサ通信装置、１６０  軌道制御部、１６１  軌道制御装置、１６２  推薬タンク、１６３  制御弁、１６４  スラスタ、１６５，２６５  リアクションホイール、１７１  通信アンテナ、１７２  対地通信装置、１９０  推薬、２００  センサ本体、２１０  センサ制御装置、２２０  撮像装置、２３０  位置姿勢検出部、２３５  位置姿勢検出装置、２４０  テザー接続装置、２５１  受電装置、２５２  通信装置、２６０  姿勢制御部、２６１  姿勢制御装置、３００  テザー、３１０  ロープ、３２０  電力伝送線、３３０  信号伝送線、３４０  被覆、４００  地上局装置、５００  観測対象、６１０  視野方向、８００  観測衛星。
【図１】
2009137428.tif 000003
【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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