(57)【要約】  衛星コンステレーション形成システム（１００）は、衛星コンステレーション（２０）を形成する。衛星コンステレーション（２０）は、衛星群（３００）により構成される。衛星コンステレーション（２０）は、衛星群（３００）が連携してサービスを提供する。衛星コンステレーション（２０）は、各軌道面（２１）に複数の衛星（３０）が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する。衛星コンステレーション形成部（１１０）は、複数の軌道面の各軌道面（２１）の軌道高度が互いに異なる衛星コンステレーション（２０）を形成する。
2020158001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星群により構成され、前記衛星群が連携してサービスを提供する衛星コンステレーションであって、各軌道面に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システムにおいて、
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が互いに異なる前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成部を備えた衛星コンステレーション形成システム。
【請求項２】
衛星群により構成され、前記衛星群が連携してサービスを提供する衛星コンステレーションであって、各軌道面に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システムにおいて、
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が互いに異なる前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成部を備え、
前記複数の軌道面の各軌道面には、前記複数の衛星として２０機以上の衛星が飛行している衛星コンステレーション形成システム。
【請求項３】
前記複数の軌道面の各軌道面は、同一面に存在する請求項１または請求項２に記載の衛星コンステレーション形成システム。
【請求項４】
前記複数の軌道面の各軌道面は、互いに異なる面に存在する請求項１または請求項２に記載の衛星コンステレーション形成システム。
【請求項５】
前記複数の衛星は、各衛星が地上の地点に対して時分割的に交互に交代しながら前記サービスを提供する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の衛星コンステレーション形成システム。
【請求項６】
前記衛星コンステレーション形成部は、
前記複数の軌道面における隣接する軌道面の相対高度差を順に並べると正弦波状となる前記衛星コンステレーションを形成する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の衛星コンステレーション形成システム。
【請求項７】
前記衛星コンステレーション形成部は、
前記複数の衛星における衛星１機当たりの対地サービス範囲の半径が赤道上空における隣接軌道間距離の√２／２以上である前記衛星コンステレーションを形成する請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の衛星コンステレーション形成システム。
【請求項８】
前記衛星コンステレーション形成部は、
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が太陽同期軌道の条件を満たす前記衛星コンステレーションを形成する請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の衛星コンステレーション形成システム。
【請求項９】
前記衛星コンステレーション形成部は、
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が太陽同期準回帰軌道である前記衛星コンステレーションを形成する請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の衛星コンステレーション形成システム。
【請求項１０】
衛星群により構成され、前記衛星群が連携してサービスを提供する衛星コンステレーションであって、各軌道面に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システムの衛星コンステレーション形成方法において、
衛星コンステレーション形成部が、前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が互いに異なる前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成方法。
【請求項１１】
衛星群により構成され、前記衛星群が連携してサービスを提供する衛星コンステレーションであって、各軌道面に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システムにおいて、
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が同じであり、かつ、前記複数の軌道面の各軌道面が互いに異なる面に存在する前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成部を備え、
前記衛星コンステレーション形成部は、
前記複数の軌道面の軌道面同士の交点を、各軌道面を飛行する衛星が通過する衛星通過時刻が、同一軌道面において、次衛星が飛来するまでの待ち時間を前記複数の軌道面の軌道面数で割った時刻ずれ値の倍数となっており、かつ、前記複数の軌道面のいかなる２面の軌道面の交点においても前記衛星通過時刻が一致しない前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システム。
【請求項１２】
前記衛星コンステレーション形成部は、
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道傾斜角が９０度であり、各軌道面を飛行する衛星が前記交点である極域を通過する前記衛星通過時刻が前記時刻ずれ値の間隔で互いにずれている前記衛星コンステレーションを形成する請求項１１に記載の衛星コンステレーション形成システム。
【請求項１３】
前記衛星コンステレーション形成部は、
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道傾斜角が９０度ではない前記衛星コンステレーションを形成する請求項１１に記載の衛星コンステレーション形成システム。
【請求項１４】
前記衛星コンステレーション形成部は、
前記複数の軌道面の各軌道面が並ぶ順番に番号を付けた場合に、奇数の軌道面と偶数の軌道面で極域通過のタイミングの後続衛星が飛来するまでの待ち時間が約半分ずつずれている前記衛星コンステレーションを形成する請求項１２に記載の衛星コンステレーション形成システム。
【請求項１５】
前記衛星コンステレーションは、軌道面数が奇数である請求項１１から請求項１４のいずれか１項に記載の衛星コンステレーション形成システム。
【請求項１６】
衛星群により構成され、前記衛星群が連携してサービスを提供する衛星コンステレーションであって、各軌道面に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システムの衛星コンステレーション形成方法において、
衛星コンステレーション形成部が、前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が同じであり、かつ、前記複数の軌道面の各軌道面が互いに異なる面に存在する前記衛星コンステレーションであって、前記複数の軌道面の軌道面同士の交点を、各軌道面を飛行する衛星が通過する衛星通過時刻が、同一軌道面において、次衛星が飛来するまでの待ち時間を前記複数の軌道面の軌道面数で割った時刻ずれ値の倍数となっており、かつ、前記複数の軌道面のいかなる２面の軌道面の交点においても前記衛星通過時刻が一致しない前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成方法。
【請求項１７】
衛星が飛行する軌道面の上空から物体が降下して前記軌道面を経由する前に、前記物体の軌道面を変更するための捕獲装置または外力付与装置と推進装置とを備えたデブリ除去方式。
【請求項１８】
前記軌道面は、複数の軌道面から構成された衛星コンステレーションを形成し、
前記物体は、制御不能となった衛星である請求項１７に記載のデブリ除去方式。
【請求項１９】
前記軌道面は、複数の軌道面から構成された衛星コンステレーションを形成し、
前記物体は、楕円軌道を描きながら高度１００ｋｍから２０００ｋｍ程度を浮遊する請求項１７に記載のデブリ除去方式。
【請求項２０】
請求項１から請求項９，請求項１１から請求項１５のいずれか１項に記載の衛星コンステレーション形成システムにより構築される衛星コンステレーションに請求項１７から請求項１９のいずれか１項に記載のデブリ除去方式を適用する衛星コンステレーション構築方式において、
構成要素の軌道面の近傍の異なる軌道面であって、近傍軌道面の衛星が飛行する軌道高度とは異なる軌道高度に軌道投入し、増速ないし減速して軌道高度と軌道面の地球地軸周りの角度を変更して構成衛星を追加する衛星コンステレーション構築方式。
【請求項２１】
請求項１から請求項９，請求項１１から請求項１５のいずれか１項に記載の衛星コンステレーション形成システムにより構築される衛星コンステレーションに請求項１７から請求項１９のいずれか１項に記載のデブリ除去方式を適用する衛星コンステレーション構築方式において、
他国システムあるいは類似システムが採用する軌道上、軌道高度、飛行する衛星数などの情報を予め収集したデータベースを具備し、
衛星の飛行する軌道面とは異なり、かつ構成要素の軌道面の近傍の異なる軌道面であって、近傍軌道面の衛星が飛行する軌道高度とは異なる軌道高度に軌道投入し、増速ないし減速して軌道高度と軌道面の地球地軸周りの角度を変更して構成衛星を追加する衛星コンステレーション構築方式。
【請求項２２】
自衛星の軌道および位置のデータ処理装置を地上に具備する請求項２０に記載の衛星コンステレーション構築方式。
【請求項２３】
宇宙空間の飛行物体の軌道および位置のデータ処理装置を地上に具備する請求項２１に記載の衛星コンステレーション構築方式。
【請求項２４】
衛星コンステレーションを構成する衛星を追跡管制運用する信号を送受する通信装置と、軌道制御コマンドを送信する軌道制御コマンド送信部と、軌道離脱用コマンド受信後の上記衛星の通過軌道を解析予測する解析予測部とを備え、設計寿命末期を迎えた上記衛星を、上記衛星の具備する推進装置を動作させることにより、軌道離脱させる前記軌道制御コマンドを送信する地上設備であって、
前記軌道制御コマンド送信部は、
前記解析予測部により、前記衛星コンステレーションの軌道面を通過すると判定されると、上記衛星の具備する軌道制御装置により、衛星速度の増速、ないし減速による軌道高度の上昇、ないし下降、あるいは衛星進行方向と概略直行する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をすることによって、混雑軌道通過タイミング、ないし軌道面をずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する前記軌道制御コマンドを送信する地上設備。
【請求項２５】
衛星コンステレーションを構成する衛星を追跡管制運用する信号を送受する通信装置と、軌道制御コマンド送信部と、軌道離脱用コマンド受信後の上記衛星の通過軌道を解析予測する解析予測部を具備し、設計寿命末期を迎えた上記衛星を、上記衛星の具備する推進装置を動作させることにより、軌道離脱させる軌道制御コマンドを送信する地上設備であって、
太陽同期軌道における混雑軌道のＬＳＴ１０：３０近傍の軌道面を軌道高度５００ｋｍから８００ｋｍで通過することが、解析予測で判明した場合に、上記衛星の具備する軌道制御装置により、衛星速度の増速、ないし減速による軌道高度の上昇、ないし下降、あるいは衛星進行方向と概略直行する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をすることによって、混雑軌道通過タイミング、ないし軌道面をずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する地上設備。
【請求項２６】
故障して軌道制御機能を喪失した衛星を回収する装置を具備するデブリ回収衛星を追跡管制運用する信号を送受する通信装置と、軌道制御コマンド送信部と、故障衛星を捕獲した状態のデブリ回収衛星の通過軌道を解析予測する解析予測部を具備し、故障した衛星を、上記デブリ回収衛星の具備する捕獲装置と推進装置を動作させることにより、軌道離脱させる捕獲コマンドと軌道制御コマンドをデブリ回収衛星に対して送信する地上設備であって、
太陽同期軌道における混雑軌道のＬＳＴ１０：３０近傍の軌道面を軌道高度５００ｋｍから８００ｋｍで通過することが、解析予測で判明した場合に、上記衛星の具備する軌道制御装置により、衛星速度の増速、ないし減速による軌道高度の上昇、ないし下降、あるいは衛星進行方向と概略直行する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をすることによって、混雑軌道通過タイミング、ないし軌道面をずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する地上設備。
【請求項２７】
軌道高度８００ｋｍ以上の混雑軌道よりも上空を飛翔するロケットの残骸を回収する装置を具備するデブリ回収衛星を追跡管制運用する信号を送受する通信装置と、軌道制御コマンド送信部と、故障衛星を捕獲した状態のデブリ回収衛星の通過軌道を解析予測する解析予測部を具備し、ロケットの残骸を、上記デブリ回収衛星の具備する捕獲装置と推進装置を動作させることにより、軌道離脱させる捕獲コマンドと軌道制御コマンドをデブリ回収衛星に対して送信する地上設備であって、
太陽同期軌道における混雑軌道のＬＳＴ１０：３０近傍の軌道面を軌道高度５００ｋｍから８００ｋｍで通過することが、解析予測で判明した場合に、上記衛星の具備する軌道制御装置により、衛星速度の増速、ないし減速による軌道高度の上昇、ないし下降、あるいは衛星進行方向と概略直行する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をすることによって、混雑軌道通過タイミング、ないし軌道面をずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する地上設備。
【請求項２８】
請求項２４から請求項２７のいずれか１項に記載の地上設備において、
衛星の軌道離脱あるいはデブリ回収による軌道離脱をする降下途中において、低高度に構築された別の衛星コンステレーションの極域密集域を通過することが解析予測で判明した場合に、当該衛星コンステレーションとは異なる軌道傾斜角となるよう衛星進行方向と概略直行する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をすることによって、混雑軌道とは軌道面の傾きを変更するか、または通過タイミングをずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する地上設備。
【請求項２９】
衛星群により構成され、前記衛星群が連携してサービスを提供する衛星コンステレーションであって、各軌道面に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システムにおいて、
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が互いに異なり、かつ、前記複数の軌道面の各軌道面の公転周期が互いに等しくなる軌道傾斜角を各軌道面が有する前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成部を備えた衛星コンステレーション形成システム。
【請求項３０】
衛星群により構成され、前記衛星群が連携してサービスを提供する衛星コンステレーションであって、各軌道面に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システムの衛星コンステレーション形成方法において、
衛星コンステレーション形成部が、前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が互いに異なり、かつ、前記複数の軌道面の各軌道面の公転周期が互いに等しくなる軌道傾斜角を各軌道面が有する前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成方法。
【請求項３１】
衛星群により構成され、前記衛星群が連携してサービスを提供する衛星コンステレーションであって、各軌道面に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システムにおいて、
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が互いに異なり、かつ、前記複数の軌道面の各軌道面の回転が同期する軌道傾斜角を各軌道面が有する前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成部を備えた衛星コンステレーション形成システム。
【請求項３２】
衛星群により構成され、前記衛星群が連携してサービスを提供する衛星コンステレーションであって、各軌道面に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システムの衛星コンステレーション形成方法において、
衛星コンステレーション形成部が、前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が互いに異なり、かつ、前記複数の軌道面の各軌道面の回転が同期する軌道傾斜角を各軌道面が有する前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成方法。
【請求項３３】
請求項２９または請求項３１に記載の衛星コンステレーション形成システムにより構築される衛星コンステレーションを追跡管制する地上設備であって、
前記複数の軌道面の各軌道面における複数の衛星の相対位相を維持するように各衛星の高度を調整するとともに、前記複数の軌道面間の相対角度を維持するために各軌道面の軌道高度および軌道傾斜角を調整するコマンドを生成して前記衛星群の各衛星に送信する地上設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星コンステレーション形成システム、衛星コンステレーション形成方法、デブリ除去方式、衛星コンステレーション構築方式、および地上設備に関する。特に、衛星の衝突リスクを回避する衛星コンステレーション形成システム、衛星コンステレーション形成方法、デブリ除去方式、衛星コンステレーション構築方式、および地上設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、数百から数千機に及ぶ大規模な衛星コンステレーションが提唱されている。また、ＳＴＭ（宇宙交通管制）においては、複数の衛星コンステレーションが共存することによる衝突リスクを回避するための国際的なルール作りの必要性が高まっている。【０００３】
特許文献１には、同一の円軌道に複数の衛星から成る衛星コンステレーションを形成する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１１４１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
衛星コンステレーションでは、異なる軌道面の軌道高度は全て同一とすることが一般的である。よって、異なる軌道面を同一軌道高度で飛行する衛星同士が衝突するリスクがある。軌道面数、および、軌道面内の衛星数が増加するのに伴い、衝突リスクが高まることが課題となっている。【０００６】
本発明は、衛星コンステレーションにおいて、衝突リスクを回避させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る衛星コンステレーション形成システムは、複数の軌道面であって各軌道面に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システムにおいて、
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が互いに異なる前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成部を備えた。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る衛星コンステレーション形成システムでは、衛星コンステレーション形成部が、複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が互いに異なる衛星コンステレーションを形成する。また、同一軌道面を飛行する衛星同士は衝突する可能性はない。よって、本発明に係る衛星コンステレーション形成システムによれば、複数の軌道面の各々が互いに異なる軌道高度となるため、衛星コンステレーションの全ての衛星について衝突リスクが回避できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】地上に対し、複数衛星が地球の全球に亘り通信サービスを実現する例。
【図２】単一軌道面の複数衛星が地球観測サービスを実現する例。
【図３】実施の形態１に係る衛星コンステレーションの複数の軌道面の一例を示す模式図。
【図４】実施の形態１に係る衛星コンステレーションの複数の軌道面の別例を示す模式図。
【図５】実施の形態１に係る衛星コンステレーションの軌道面の１つを飛行する複数の衛星の例。
【図６】実施の形態１に係る衛星コンステレーション形成システムの構成図。
【図７】実施の形態１に係る衛星コンステレーション形成システムの動作を示す図。
【図８】実施の形態２に係る複数の軌道面の相対高度差を表す図。
【図９】比較例の対地サービス範囲を示す図。
【図１０】実施の形態３に係る対地サービス範囲を示す図。
【図１１】実施の形態４に係る太陽同期軌道の条件を満たす軌道面を示す図。
【図１２】実施の形態５に係る衛星コンステレーション形成システムにより形成される衛星コンステレーションの例。
【図１３】衛星コンステレーションにおける衝突の条件の一例を示す模式図。
【図１４】衛星コンステレーションにおける衝突の条件の一例を示す模式図。
【図１５】実施の形態６に係る衛星コンステレーション形成システムにより形成される衛星コンステレーションの例。
【図１６】実施の形態７に係る衛星コンステレーションによる地表サービス範囲を示す図。
【図１７】実施の形態７に係る衛星コンステレーションにおいて、軌道面数が偶数の場合の極通過タイミングを表す図。
【図１８】実施の形態７に係る衛星コンステレーションにおいて、軌道面数が奇数の場合の極通過タイミングを表す図。
【図１９】自由落下によるデオービットの概念を示す図。
【図２０】衛星コンステレーションの上空の衛星がデオービットする際の衝突リスクを示す図。
【図２１】衛星の増速と減速による軌道高度の変化を示す図。
【図２２】推進装置の噴射による軌道傾斜角の変更を示す図。
【図２３】実施の形態１０に係る地上設備の構成を示す図。
【図２４】実施の形態６に係る衛星コンステレーション形成システムにより形成される衛星コンステレーションの例。
【図２５】実施の形態１１に係る衛星コンステレーション２０の具体例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付している。実施の形態の説明において、同一または相当する部分については、説明を適宜省略または簡略化する。また、以下の図面では各構成の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、実施の形態の説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」、「表」、「裏」といった方向あるいは位置が示されている場合がある。それらの表記は、説明の便宜上、そのように記載しているだけであって、装置、器具、あるいは部品といった構成の配置および向きを限定するものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、地上に対し、複数衛星が連携して地球７０の全球に亘り通信サービスを実現する例を示す図である。
図１は、全球に亘り通信サービスを実現する衛星コンステレーション２０を示している。
同一軌道面を同一高度で飛行している複数の衛星の各衛星では、地上に対する通信サービス範囲が後続衛星の通信サービス範囲とオーバーラップしている。よって、このような複数の衛星によれば、地上の特定地点に対して、同一軌道面上の複数の衛星が時分割的に交互に交代しながら通信サービスを提供することができる。
しかしながら、単一軌道面で通信サービスを提供できるのは衛星軌道直下付近に限定される。そこで、地球に対して軌道面が東西方向に回転した別の軌道面を隣接させ、その軌道面上の複数の衛星による通信サービスも同時に実施する。このように隣接軌道面を設けることにより、隣接軌道間の地上に対する通信サービスを面的に網羅することが可能となる。同様に、地球の周りに多数の軌道面を概ね均等配置すれば、全球に亘り地上に対する通信サービスが可能となる。地上の特定地点から見れば、個々の衛星は短い時間で飛び去ってしまう。しかし、軌道上複数の衛星が時分割的に交互に交代しながら通信サービスを提供すれば、地上の任意の地点に対して連続的に通信サービスを提供することが可能となる。その際、個々の衛星は、後継衛星と通信サービスを分担するために、衛星間の通信方式を用いて、必要な信号および情報を授受する。
【００１２】
低軌道を周回する衛星コンステレーションで通信サービスを実現する場合、全衛星のサービス領域が全球を網羅し、任意の地上ユーザの通信サービスを、次々に飛来する衛星が信号および情報を引継ぎながら分担して継続する。これにより、結果的に地上ユーザに連続的な通信サービスを提供できる。個々の衛星は、衛星と地上間の通信機能に加えて、衛星間の通信機能を具備することにより、近傍を通過する衛星同士で信号および情報を引継ぐことが可能となる。通信サービスのミッション連携に資する信号および情報の引継ぎを以後ハンドオーバーと称する。
【００１３】
衛星コンステレーションでは、異なる軌道面の軌道高度は全て同一とすることが一般的である。同一の軌道高度を飛行する衛星の対地速度は同様なので、地上に対するサービス範囲は個々の衛星のサービス範囲同士の相対位置関係を維持しながら衛星対地速度に応じて移動することになる。同一軌道面の後続衛星、あるいは、隣接軌道面の衛星におけるサービス範囲が、網羅的に地表をカバーしていれば、地上の任意の地点から見て、常にサービス範囲が維持される結果となる。
【００１４】
図２は、単一軌道面の複数衛星が地球観測サービスを実現する例を示す図である。
図２は、地球観測サービスを実現する衛星コンステレーション２０を示している。図２の衛星コンステレーションは、光学センサあるいは合成開口レーダといった電波センサである地球観測装置を具備した衛星が同一軌道面を同一高度で飛行する。このように、地上の撮像範囲が時間遅れで後続衛星がオーバーラップする衛星群では、地上の特定地点に対して軌道上複数の衛星が時分割的に交互に交代しながら地上画像を撮像することにより地球観測サービスを提供する。しかしながら単一軌道面でサービス提供できるのは衛星軌道直下付近に限定される。これに対して地球に対して軌道面が東西方向に回転した別の軌道面を隣接させて、同様の複数衛星によるサービスを同時に実施すれば、隣接軌道間の地上サービスを面的に網羅することが可能となる。同様にして地球の周りに多数の軌道面を概ね均等配置すれば、全球に亘り網羅的に地球観測サービスが可能となる。地上の特定地点から見れば、個々の衛星は短い時間で飛び去ってしまうが、軌道上複数の衛星が時分割的に交互に交代しながらサービス提供すれば、地上の任意の地点に対していつでも地球観測サービスを提供することが可能となる。
【００１５】
＊＊＊構成の説明＊＊＊
本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システム１００は、複数の軌道面２１を有する衛星コンステレーション２０を形成する。また、複数の軌道面２１の各軌道面２１には、複数の衛星３０が同じ軌道高度で飛行する。
【００１６】
ここで、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システム１００により形成される衛星コンステレーション２０について簡単に説明する。
本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０は、各軌道面２１の複数の衛星３０からなる衛星群３００により構成される。本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０は、衛星群３００が連携してサービスを提供する。衛星コンステレーション２０とは、具体的には、図１に示すような通信事業サービス会社による１つの衛星群から成る衛星コンステレーションを指す。また、衛星コンステレーション２０とは、具体的には、図２に示すような観測事業サービス会社による１つの衛星群から成る衛星コンステレーションを指す。
【００１７】
図３は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０の複数の軌道面２１の一例を示す模式図である。
図３では、衛星コンステレーション２０における複数の軌道面の各軌道面２１は、略同一面に存在する。一例として、各軌道面２１には、複数の衛星として２０機以上の衛星が飛行していてもよい。
【００１８】
図４は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０の複数の軌道面２１の別例を示す図である。
図４では、衛星コンステレーション２０における複数の軌道面の各軌道面２１は、互いに異なる面に存在する。図４では、複数の軌道面の各軌道面２１の軌道傾斜角は略９０度となっているが、軌道面はずれている。すなわち、複数の軌道面２１は互いに交差している。一例として、各軌道面２１には、複数の衛星として２０機以上の衛星が飛行していてもよい。また、図４の衛星コンステレーション２０は、一例として、２０面以上の軌道面２１を有していてもよい。
【００１９】
図５は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０の軌道面２１の１つを飛行する複数の衛星３０の例である。
同一軌道面において同一高度を飛行する複数の衛星３０は、相対的に同じ速度で軌道面における相対位相を維持しながら飛行する。よって、同一軌道面において同一高度を飛行する複数の衛星３０は、衝突することはない。
【００２０】
図６を用いて、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システム１００の構成を説明する。
衛星コンステレーション形成システム１００は、コンピュータを備える。図６では、１つのコンピュータの構成を示しているが、実際には、衛星コンステレーション２０を構成する複数の衛星の各衛星３０、および、衛星３０と通信する地上設備の各々にコンピュータが備えられる。そして、複数の衛星の各衛星３０、および、衛星３０と通信する地上設備の各々に備えられたコンピュータが連携して、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システム１００の機能を実現する。以下において、衛星コンステレーション形成システム１００の機能を実現するコンピュータの構成の一例について説明する。
【００２１】
衛星コンステレーション形成システム１００は、プロセッサ９１０を備えるとともに、メモリ９２１、補助記憶装置９２２、入力インタフェース９３０、出力インタフェース９４０、および通信装置９５０といった他のハードウェアを備える。プロセッサ９１０は、信号線を介して他のハードウェアと接続され、これら他のハードウェアを制御する。
【００２２】
衛星コンステレーション形成システム１００は、機能要素として、衛星コンステレーション形成部１１０を備える。衛星コンステレーション形成部１１０の機能は、ハードウェアあるいはソフトウェアにより実現される。
【００２３】
プロセッサ９１０は、衛星コンステレーション形成プログラムを実行する装置である。衛星コンステレーション形成プログラムは、衛星コンステレーション形成部１１０の機能を実現するプログラムである。
プロセッサ９１０は、演算処理を行うＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。プロセッサ９１０の具体例は、ＣＰＵ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ
Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）である。
【００２４】
メモリ９２１は、データを一時的に記憶する記憶装置である。メモリ９２１の具体例は、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、あるいはＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）である。
補助記憶装置９２２は、データを保管する記憶装置である。補助記憶装置９２２の具体例は、ＨＤＤである。また、補助記憶装置９２２は、ＳＤ（登録商標）メモリカード、ＣＦ、ＮＡＮＤフラッシュ、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ブルーレイ（登録商標）ディスク、ＤＶＤといった可搬記憶媒体であってもよい。なお、ＨＤＤは、Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅの略語である。ＳＤ（登録商標）は、Ｓｅｃｕｒｅ  Ｄｉｇｉｔａｌの略語である。ＣＦは、ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ（登録商標）の略語である。ＤＶＤは、Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋの略語である。
【００２５】
入力インタフェース９３０は、マウス、キーボード、あるいはタッチパネルといった入力装置と接続されるポートである。入力インタフェース９３０は、具体的には、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）端子である。なお、入力インタフェース９３０は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）と接続されるポートであってもよい。
出力インタフェース９４０は、ディスプレイといった出力機器のケーブルが接続されるポートである。出力インタフェース９４０は、具体的には、ＵＳＢ端子またはＨＤＭＩ（登録商標）（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）端子である。ディスプレイは、具体的には、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）である。
【００２６】
通信装置９５０は、レシーバとトランスミッタを有する。通信装置９５０は、具体的には、通信チップまたはＮＩＣ（Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｃａｒｄ）である。衛星コンステレーション形成システム１００は、通信装置９５０を介して、地上設備と衛星、あるいは、衛星同士の通信を行う。
【００２７】
衛星コンステレーション形成プログラムは、プロセッサ９１０に読み込まれ、プロセッサ９１０によって実行される。メモリ９２１には、衛星コンステレーション形成プログラムだけでなく、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）も記憶されている。プロセッサ９１０は、ＯＳを実行しながら、衛星コンステレーション形成プログラムを実行する。衛星コンステレーション形成プログラムおよびＯＳは、補助記憶装置に記憶されていてもよい。補助記憶装置に記憶されている衛星コンステレーション形成プログラムおよびＯＳは、メモリ９２１にロードされ、プロセッサ９１０によって実行される。なお、衛星コンステレーション形成プログラムの一部または全部がＯＳに組み込まれていてもよい。
【００２８】
衛星コンステレーション形成システム１００は、プロセッサ９１０を代替する複数のプロセッサを備えていてもよい。これら複数のプロセッサは、衛星コンステレーション形成プログラムの実行を分担する。それぞれのプロセッサは、プロセッサ９１０と同じように、衛星コンステレーション形成プログラムを実行する装置である。
【００２９】
衛星コンステレーション形成プログラムにより利用、処理または出力されるデータ、情報、信号値および変数値は、メモリ９２１、補助記憶装置９２２、または、プロセッサ９１０内のレジスタあるいはキャッシュメモリに記憶される。
【００３０】
衛星コンステレーション形成部１１０の「部」を「処理」、「手順」あるいは「工程」に読み替えてもよい。また衛星コンステレーション形成処理の「処理」を「プログラム」、「プログラムプロダクト」または「プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記憶媒体」に読み替えてもよい。
衛星コンステレーション形成プログラムは、上記の衛星コンステレーション形成部の「部」を「処理」、「手順」あるいは「工程」に読み替えた各処理、各手順あるいは各工程を、コンピュータに実行させる。また、衛星コンステレーション形成方法は、衛星コンステレーション形成システム１００が衛星コンステレーション形成プログラムを実行することにより行われる方法である。
衛星コンステレーション形成プログラムは、コンピュータ読取可能な記録媒体あるいは記憶媒体に格納されて提供されてもよい。また、衛星コンステレーション形成プログラムは、プログラムプロダクトとして提供されてもよい。
【００３１】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
図７を用いて、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システム１００の動作について説明する。
【００３２】
ステップＳ１０１において、衛星コンステレーション形成システム１００には、衛星コンステレーション２０が備える各軌道面２１の軌道高度が互いに異なるようにパラメータが設定される。
ステップＳ１０２において、衛星コンステレーション形成部１１０は、複数の軌道面の各軌道面２１の軌道高度が互いに異なる衛星コンステレーション２０を形成する。衛星コンステレーション形成部１１０は、予め設定されたパラメータを用いて、各軌道面２１の軌道高度が互いに異なる衛星コンステレーション２０を形成する。一例として、各軌道面２１には、複数の衛星として２０機以上の衛星が飛行していてもよい。また、図４の衛星コンステレーション２０は、一例として、２０面以上の軌道面２１を有していてもよい。
【００３３】
衛星コンステレーション形成部１１０が、複数の軌道面の各軌道面２１が互いに異なる面に存在する衛星コンステレーション２０（図４参照）を形成する場合について、さらに詳しく説明する。上述したように、図４の衛星コンステレーション２０の複数の衛星３０は、地上の地点に対して時分割的に交互に交代しながらサービスを提供する。
【００３４】
異なる軌道高度を飛行させることにより衝突防止をするためには、２物体の寸法形状に加えて、地上で追跡管制する際の位置決定精度を考慮する必要がある。例えば、物体の寸法が１ｍ程度であった場合、正確な位置が把握できているのであれば、３ｍ以上の高度差を保てば衝突を回避できる。しかしながら、位置座標と時刻（ｘ、ｙ、ｚ、ｔ）の４要素に誤差が含まれる場合は衝突する可能性が残る。
【００３５】
衛星コンステレーションの運用事業者であれば、自己保有衛星の任意の時刻における位置決定精度として、１００ｍ程度に維持することはできると考えられる。よって、異なる軌道面の高度差を２００ｍ以上に設定することにより、本実施の形態に係る軌道高度が互いに異なる複数の軌道面２１を有する衛星コンステレーション２０を形成できる。あるいは、余裕を見て、異なる軌道面の高度差を３００ｍ以上に設定することで、本実施の形態に係る軌道高度が互いに異なる複数の軌道面２１を有する衛星コンステレーション２０を形成してもよい。軌道面数が約２０面程度の衛星コンステレーション２０であれば、衛星コンステレーション形成部１１０は、高度差６ｋｍ程度の範囲で衛星コンステレーション２０を構築できる。
【００３６】
一方、衛星位置決定の向上手法を保有しない衛星事業者が、公開情報に基づき衝突を回避する場合には、任意の時刻における位置決定精度は５００ｍから１ｋｍ程度まで劣化することが想定される。このため、異なる軌道面の高度差を２ｋｍ以上に設定することにより、本実施の形態に係る軌道高度が互いに異なる複数の軌道面２１を有する衛星コンステレーション２０を形成できる。あるいは、余裕を見て、異なる軌道面の高度差を３ｋｍ以上に設定することで、本実施の形態に係る軌道高度が互いに異なる複数の軌道面２１を有する衛星コンステレーション２０を形成してもよい。軌道面数が約２０面程度の衛星コンステレーション２０であれば、衛星コンステレーション形成部１１０は、高度差６０ｋｍ程度の範囲で衛星コンステレーション２０を構築できる。
なお、近年ＳＳＡ（Ｓｐａｃｅ  Ｓｉｔｕａｔｉｏｎ  Ａｗａｒｅｎｅｓｓ）と呼ばれる軌道上物体監視技術が着目されている。これにより、スペースフェンス構想と呼ばれる監視精度向上が実現されれば、衛星位置決定の向上手法を保有しない衛星事業者であっても高度差を縮小した衛星コンステレーションを実現可能となる。
【００３７】
次に、衛星コンステレーション形成部１１０が、複数の軌道面の各軌道面２１が同じ面に存在する衛星コンステレーション２０（図３参照）を形成する場合について、さらに詳しく説明する。上述したように、図３の衛星コンステレーション２０の複数の衛星３０は、地上の地点に対して時分割的に交互に交代しながらサービスを提供する。
【００３８】
図３の衛星コンステレーション２０が実現する地球観測サービスでは、通信サービスとは異なり必ずしも常時サービスを継続し続けるニーズがあるわけではない。一方、地球観測サービスでは「撮りたい時にどこでも任意の地点を撮像できる」ことが求められる。このため少なくとも衛星進行方向に直行するクラストラック方向に視野方向を変更する装置を具備した地球観測装置を備えた衛星により衛星コンステレーション２０を構成することが好ましい。このように、衛星が、赤道上空の隣接軌道間距離を包含する視野方向変更機能を具備することで、全球任意の地点を、何時でもどこでも撮像可能となる。個別の固定視野の地球観測装置による衛星コンステレーションと比較して、少ない軌道面数で衛星コンステレーション構築できるという効果があるので、システム構築コストを低減可能となる。
また衛星進行方向に対しても、必ずしも撮像可能視野範囲が網羅される必要はなく、後続衛星ないし、隣接軌道面の衛星が視野方向変更すれば撮像可能な場合は同一軌道面の衛星数を減らすことも可能である。視野変更範囲が地表面換算で２０００ｋｍ程度となれば、１軌道面あたり２機から３機だけで全球を網羅できる可能性もある。
【００３９】
＊＊＊他の構成＊＊＊
本実施の形態では、衛星コンステレーション形成部１１０の機能がソフトウェアで実現される。変形例として、衛星コンステレーション形成部１１０の機能がハードウェアで実現されてもよい。
【００４０】
衛星コンステレーション形成システム１００は、プロセッサ９１０に替えて電子回路を備える。
電子回路は、衛星コンステレーション形成部１１０の機能を実現する専用の電子回路である。
電子回路は、具体的には、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ロジックＩＣ、ＧＡ、ＡＳＩＣ、または、ＦＰＧＡである。ＧＡは、Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙの略語である。ＡＳＩＣは、Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔの略語である。ＦＰＧＡは、Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙの略語である。
衛星コンステレーション形成部１１０の機能は、１つの電子回路で実現されてもよいし、複数の電子回路に分散して実現されてもよい。
別の変形例として、衛星コンステレーション形成部１１０の一部の機能が電子回路で実現され、残りの機能がソフトウェアで実現されてもよい。
【００４１】
プロセッサと電子回路の各々は、プロセッシングサーキットリとも呼ばれる。つまり、衛星コンステレーション形成システム１００において、衛星コンステレーション形成部１１０の機能は、プロセッシングサーキットリにより実現される。
【００４２】
＊＊＊本実施の形態の効果の説明＊＊＊
本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システムでは、地上の特定地点に対して軌道上複数の衛星が時分割的に交互に交代しながらサービス提供する。そして、任意の軌道面では同一高度を飛翔する複数機の衛星が概略等間隔で飛翔する。さらに、互いに軌道高度の異なる複数の軌道面で構成された衛星コンステレーションを形成する。
【００４３】
本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システムでは、同一軌道面において同一高度を飛翔する衛星は相対的に同じ速度で軌道面における相対位相を維持しながら飛行するため衝突することはない。また異なる軌道面においては、２面の交線において衝突する可能性があるものの、異なる軌道高度を飛行する衛星は衝突することがない。このように、異なる軌道面においてそれぞれ軌道高度が異なっていれば、衛星コンステレーションの全ての衛星について衝突リスクが回避できるという効果がある。
なお、本実施の形態に係る衛星コンステレーションと同様に、同一軌道面を飛行して異なる軌道高度を飛行する衛星同志が衝突しないことは、異なる衛星コンステレーションの間でも同様である。よって、本実施の形態に係る基本概念は、複数衛星コンステレーションの衝突回避にも効果がある。近年混雑する宇宙空間における国際的なルール作りの必要性が訴求されているＳＴＭにおいて、複数の衛星コンステレーションが共存して衝突回避するための方式を提供できるという効果がある。すなわち、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システムによれば、数千機におよぶような膨大な数の衛星が近傍高度に密集している場合でも、衛星の衝突を回避することができるという効果がある。
【００４４】
実施の形態２．
本実施の形態では、主に、実施の形態１との相違点あるいは追加点について説明する。なお、実施の形態１と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
【００４５】
本実施の形態では、衛星コンステレーション形成部１１０が、複数の軌道面における隣接する軌道面の相対高度差が正弦波状となる衛星コンステレーション２０を形成する態様について説明する。
【００４６】
図８は、本実施の形態に係る複数の軌道面の相対高度差を表す図である。
図８では、１７個の軌道面を有する衛星コンステレーション２０における各軌道面の相対高度差を表している。縦軸は、軌道面１の高度が高く、降順で高度が低くなることを表しており、距離を示すものではない。図８では、軌道面１を基準とした場合に、隣接する軌道面１と軌道面２との軌道高度の差、軌道面２と軌道面３との軌道高度の差、というようにプロットしていくと、正弦波状となることを示している。
【００４７】
隣接する軌道面の高度が著しく異なると、衛星間通信によるハンドオーバーの距離が遠方になり、かつ、通信用アンテナを相互に見合うための駆動角度範囲も広くなり、デメリットとなる。これに対して、本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０によれば、隣接する軌道間の高度差を限定しているので、相対差が徐々に変化する。よって、近傍衛星とのミッション連携に資するハンドオーバーが容易になる。
【００４８】
また、地球観測衛星では、例えば光学センサの画像品質が衛星高度に依存するため、隣接する軌道間の高度差が小さいことにより、画像シーン間の不整合のない高品質の画像が得られるという効果がある。
地表面の画像を取得し、赤道上空の隣接軌道距離よりも広域の撮像が可能な光学センサを搭載した衛星コンステレーションによれば、全球をくまなく画像取得可能となる。光学センサの分解能と観測幅は軌道高度に依存するので、同じ仕様の光学センサを採用する衛星コンステレーションの場合、軌道高度の最も低い条件で撮像する場合が最も高分解能で、観測幅は最小となる。したがって、赤道上空で軌道高度が最低の条件における光学センサの観測幅が、隣接軌道間距離よりも大きければ、赤道上空を含めて網羅的に地表面の撮像が可能となる。
【００４９】
隣接軌道の高度が著しく異なると、画像のつなぎ目で分解能相違の伴う不連続性が顕在化しやすい。しかし、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システムでは、隣接軌道間の高度差を限定しているので、画像のつなぎ目が目立たず画像品質のよい全球画像データが取得できるという効果がある。また、衛星高度の差が大きいほど、対地サービス領域の相対移動速度が速くなる特徴がある。このため、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システムでは、隣接サービス領域の相対移動量を最小限にできるので、通信におけるハンドオーバーと呼ばれる後続衛星へのデータ引き継ぎが容易になり、エラーを抑制しやすいという効果がある。
【００５０】
実施の形態３．
本実施の形態では、主に、実施の形態１および２との相違点あるいは追加点について説明する。なお、実施の形態１および２と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
【００５１】
本実施の形態では、衛星コンステレーション形成部１１０が、衛星１機当たりの対地サービス範囲の半径が赤道上空における隣接軌道間距離の略√２／２以上となる衛星コンステレーション２０を形成する。具体的には、この衛星コンステレーション２０において、軌道高度が最も低い軌道面の衛星１機当たりの対地サービス範囲の半径が、赤道上空における隣接軌道間距離の略√２／２ないしそれ以上のカバレッジを確保している。
【００５２】
図９は、比較例の対地サービス範囲を示す図である。
衛星の相対位置が最適の状態では、対地サービス範囲の半径として、赤道上空隣接軌道間距離と同等に確保すれば、サービス範囲が全球を網羅可能となる。また、全ての軌道面において衛星高度が同じであればサービス領域も相対関係を維持するので、常に全球網羅したサービス継続が可能である。しかし、軌道高度が異なる軌道面においては、衛星進行速度が衛星高度に応じて相違があるために、衛星の相対位置が最適の状態で網羅的に確保されたサービス領域が、相対的に移動することにより空隙Ｐ、つまりサービスできない領域が生じる可能性がある。
【００５３】
図９では、３つの軌道面の対地サービス範囲が表されている。また、対地サービス範囲の半径ｒａが赤道上空隣接軌道間距離Ｒａの１／２である。この場合、図９に示すように、真ん中の軌道面の対地サービス範囲が４５度前方にずれると、サービスできない領域（空隙）が生じてしまう。
【００５４】
図１０は、本実施の形態に係る対地サービス範囲を示す図である。
図１０では、対地サービス範囲の半径ｒｂが赤道上空隣接軌道間距離Ｒｂの√２／２である。この場合、図１０に示すように、各軌道面の対地サービス範囲が４５度ずつずれた場合でも、サービスできない領域（空隙）は生じない。
【００５５】
以上のように、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システムによれば、衛星相対配置が最悪の状態、すなわち隣接軌道のサービス領域が略４５度前方に位置するときでも、サービス領域の空隙が生じない。よって、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システムによれば、隣接軌道のサービス領域が衛星進行方向に相対的に移動しても、間断なく全球網羅的にサービス継続できるという効果がある。
【００５６】
実施の形態４．
本実施の形態では、主に、実施の形態１から３との相違点あるいは追加点について説明する。なお、実施の形態１から３と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
【００５７】
本実施の形態では、衛星コンステレーション形成部１１０は、複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が、太陽同期軌道の条件を満たす衛星コンステレーション２０を形成する態様について説明する。また、衛星コンステレーション形成部１１０は、複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が、太陽同期準回帰軌道のみで構成されている衛星コンステレーション２０を形成する態様について説明する。
【００５８】
図１１は、本実施の形態に係る太陽同期軌道の条件を満たす軌道面を示す図である。
地球観測衛星の光学衛星では、太陽光入射角がほぼ同一の条件で観測を継続することが望ましい。このため、太陽同期衛星と呼ばれる衛星の軌道が多用される。太陽同期衛星の軌道は、地球の公転と同期して軌道面が１年で１周回転する軌道面法線と太陽方向の角度が概ね一定である。また、太陽同期衛星の軌道は、地球の地方時ＬＳＴ（Ｌｏｃａｌ  Ｓｕｎ  Ｔｉｍｅ）が年間を通して同じになる軌道である。
太陽同期軌道の条件が成立する軌道高度は間欠的に存在する。本実施の形態では、太陽同期軌道の条件に適合する軌道高度だけで軌道面を構成した衛星コンステレーション２０が形成される。このような衛星コンステレーション２０であれば、それぞれの軌道面が所望のＬＳＴでのサービスを継続し、かつ衝突リスクのない衛星コンステレーションが実現可能になる。
【００５９】
光学センサは、太陽光入射角に依存して画像の明るさおよびＳ／Ｎ特性が変化する。このため、太陽同期軌道により、軌道面に対する太陽光入射角一定の条件で継続的に地球観測サービスを提供することが多い。さらに、ＬＳＴ１０：００から１１：００の軌道面は、十分な光量を確保でき、海面の直接反射もないことから多用される。しかしながら、ＬＳＴ１０：３０近傍の衛星群だけでは、「いつでも、どこでも」撮像できるわけではない。そこで、ＬＳＴの異なる軌道面の衛星群を組み合わせることにより、撮像頻度を向上させることが効果的である。
【００６０】
例えば、ＬＳＴ１０：３０に加えてＬＳＴ９：００、および、ＬＳＴ１２：００の軌道面を追加する。この場合、概ね９０分毎に撮像できる可能性があり、低軌道衛星が地球を１周回するのに要する時間が約９０から１００分とすれば、次周回の撮像機会も含めて任意の地点の撮像頻度を向上できる効果がある。さらに、同一軌道面の衛星数が増えれば、面的に網羅することも可能となり、同様の考え方でＬＳＴを均等配置していけば、原理的に「いつでも、どこでも」撮像可能となる。
なお、可視画像のみ撮像可能な光学センサの場合は夜間は撮像できないが、赤外センサあるいは電波センサであれば、夜間を通含めていつでも撮像が可能となる。
【００６１】
地表面の画像を取得し、赤道上空の隣接軌道距離よりも広域の撮像が可能な光学センサを搭載した衛星コンステレーションによれば、全球をくまなく画像取得可能となる。光学センサの分解能と観測幅は軌道高度に依存するので、同じ仕様の光学センサを採用する衛星コンステレーションの場合、軌道高度の最も低い条件で撮像する場合が最も高分解能で、観測幅は最小となる。したがって、赤道上空で軌道高度が最低の条件における光学センサの観測幅が、隣接軌道間距離よりも大きければ、赤道上空を含めて網羅的に地表面の撮像が可能となる。また、隣接軌道の高度が著しく異なると、画像のつなぎ目で分解能相違の伴う不連続性が顕在化しやすい。しかし、本実施の形態においても、実施の形態２に係る衛星コンステレーションを採用することにより、隣接軌道間の高度差を限定し、画像のつなぎ目が目立たず画像品質のよい全球画像データが取得できるという効果がある。
【００６２】
＊＊＊本実施の形態の変形例＊＊＊
本実施の形態の変形例として、衛星コンステレーション形成部１１０は、複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が、太陽同期準回帰軌道のみで構成されている衛星コンステレーション２０を形成する態様について説明する。
【００６３】
太陽同期準回帰軌道は、衛星軌道の地上投影線が複数周回後に再訪する軌道であり、地球観測衛星で多用される。太陽同期準回帰軌道の条件に適合する軌道高度は太陽同期軌道に適合する軌道高度の部分集合である。
複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が太陽同期準回帰軌道のみで構成されている衛星コンステレーション２０によれば、地球観測衛星で同一地点を長期に渡り繰り返し定常観測するための運用計画、撮像計画、およびデータ処理が容易になる。しかも、衝突リスクのない衛星コンステレーションが実現できるという効果がある。
【００６４】
回帰日数にこだわらない場合、太陽同期準回帰軌道の軌道高度は、例えば約５４０ｋｍ（１５日回帰）、約５３９ｋｍ（１４日回帰）、約５３７ｋｍ（１３日回帰）、約５３５ｋｍ（１２日回帰）、約５３３ｋｍ（１１日回帰）、約５３０ｋｍ（１０日回帰）といった軌道高度で構成できる。この軌道面６面で、高度差は最大でも約１０ｋｍの範囲で衛星コンステレーション２０が実現できる。
また、例えば、１３日回帰の軌道のみで構成する場合、約５３７ｋｍ、約５１４ｋｍ、約４９１ｋｍ、約４６７ｋｍ、４４５ｋｍ、約４２２ｋｍで構成すれば、軌道面６面で、高度差は最大でも約１１５ｋｍの範囲で衛星コンステレーション２０が実現できる。
【００６５】
実施の形態５．
本実施の形態では、主に、実施の形態１との相違点あるいは追加点について説明する。なお、実施の形態１と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
【００６６】
図１２は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システム１００により形成される衛星コンステレーション２０の例を示す図である。
本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０は、衛星群３００により構成される。また、衛星コンステレーション２０では、衛星群３００が連携してサービスを提供する。また、衛星コンステレーション２０は、各軌道面２１に複数の衛星３０が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面２１を有する。
また、本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０は、複数の軌道面の各軌道面２１の軌道高度が同じであり、かつ、複数の軌道面の各軌道面２１が互いに異なる面に存在する。
【００６７】
図１２に示す衛星コンステレーション２０では、複数の軌道面の各軌道面２１の軌道傾斜角が約９０度であり、かつ、複数の軌道面の各軌道面２１が互いに異なる面に存在する。したがって、図１２に示す衛星コンステレーション２０は、極域において複数の軌道面２１が交差する。
【００６８】
図１３および図１４は、衛星コンステレーションにおける衝突の条件の一例を示す模式図である。
同一軌道面において同一高度を飛翔する衛星は相対的に同じ速度で軌道面における相対位相を維持しながら飛行するため衝突することはない。しかしながら、異なる軌道面において、同じ軌道高度を飛行する衛星同士は、図１３および図１４に示すように、軌道面の交線上で軌道高度の一致する交点において衝突する可能性がある。特に、図１４に示すように、軌道高度１００ｋｍから２０００ｋｍ程度を飛翔する低軌道周回衛星で軌道傾斜角が約９０度の衛星では極域付近に交点が存在するため、北極と南極の極域近傍において衝突リスクがある。
【００６９】
しかしながら、衛星の交点通過タイミングが常にずれていれば、２物体が衝突することがない。衛星コンステレーション形成部１１０は、２物体が衝突することがない衛星コンステレーション２０を形成する。具体的には、互いに異なる軌道面同士の交点を双方の軌道面を飛行する衛星が通過する時刻が、同一軌道面において「次衛星が飛来するまでの待ち時間Ｔ１／軌道面数」の倍数となっており、かつ、いかなる２面の軌道面の交点においても衛星通過時刻が一致しない衛星コンステレーション２０を形成する。
【００７０】
図１２に示す衛星コンステレーション２０は、軌道傾斜角が約９０度であり、互いに異なる複数の軌道面を有する。この衛星コンステレーション２０では、全ての軌道面の全ての衛星が極域近傍を通過する。そこで、衛星コンステレーション形成部１１０は、衛星の極域通過時刻を同一軌道面において「次衛星が飛来するまでの待ち時間Ｔ１／軌道面数」の間隔で飛行させ、複数の軌道面において互いに衛星の極域通過時刻をずらしている。
具体的には、低軌道周回衛星が１周回に要する時間が約１００分程度として、仮に軌道面当たり２０機の衛星が飛行する場合、特定地点を衛星が通過してから、後続衛星が飛来するまで約５分かかることになる。仮に軌道面が２０面あったとすれば、３００秒を略等間隔に分割した１５秒ずつずらすことで、本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０を実現できる。
【００７１】
本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システム１００により形成された衛星コンステレーション２０では、同一軌道面の複数衛星が同一高度を同期して飛行しており、異なる軌道面の衛星同士も軌道高度が一致して同じ衛星速度を保っている。よって、全ての軌道面においてそれぞれの軌道面の衛星同士が異なるタイミングで交点を通過するように初期設定すれば、相対タイミングが常に維持されるので、全ての軌道面の任意の２衛星について衝突リスクを回避できるという効果がある。
【００７２】
なお、本実施の形態では、後続する衛星が飛来するまでの待ち時間を軌道面数で均等配置するタイミングの例を示した。しかし、互いに極域通過タイミングをずらす間隔の選び方と、軌道面の順番の選び方は多様に存在する。
【００７３】
実施の形態６．
本実施の形態では、主に、実施の形態５との相違点あるいは追加点について説明する。なお、実施の形態５と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
【００７４】
図１５および図２４は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システム１００により形成される衛星コンステレーション２０の例を示す図である。
図１５および図２４に示す衛星コンステレーション２０では、複数の軌道面の各軌道面２１の軌道傾斜角が約９０度ではなく、かつ、複数の軌道面の各軌道面２１が互いに異なる面に存在する。この衛星コンステレーション２０では、任意の２つの軌道面が極域以外の地点で交差する。そこで、衛星コンステレーション形成部１１０は、互いに異なる軌道面同士の交点を双方の軌道面の衛星が通過する時刻が、同一軌道面の「次衛星が飛来するまでの待ち時間Ｔ１／軌道面数」の倍数であり、かつ、いかなる２面の軌道面の交点においても衛星通過時刻が一致しないように衛星コンステレーション２０を形成する。
【００７５】
図１５および図２４に示すように、軌道傾斜角が９０度よりも傾斜している複数の軌道面の交点は軌道傾斜角に応じて極域から離れていく。また、軌道面の組合せによって赤道近傍を含む多様な位置で交点が存在する可能性がある。このため、実施の形態５の衛星コンステレーションに比べ、衝突の発生する可能性のある場所が多様化する。ただし、交点の数が増えるわけではないので、衝突確率が場所の多様化に応じて増加するわけではない。同一軌道面を多数の衛星が同期して飛行する場合に、特定の２軌道面間の衝突を回避するために、特定の交点において２軌道面の衛星通過タイミングをずらせば、この２軌道の衛星同士が衝突することがない。しかし、後続衛星が別の軌道面の衛星と衝突するリスクが残ることに留意を要する。任意の軌道面間に対して総当たりで交点通過タイミングが一致しないことを確認する必要があり、タイミング調整で解決できない場合は、軌道面か、一軌道面の衛星数のどちらかを変更する必要がある。なお、すべての交点で衝突しないことが確認できれば、その後は全ての軌道面内、および軌道面間の衛星が同期運用することになるので、衝突リスクが回避できるという効果がある。
【００７６】
なお、本実施の形態では、後続する衛星が飛来するまでの待ち時間を軌道面数で均等配置するタイミングの例を示した。しかし、互いに極域通過タイミングをずらす間隔の選び方と、軌道面の順番の選び方は多様に存在する。
【００７７】
ここで、具体例として、軌道傾斜角約９８度、軌道周期約９８分の太陽同期準回帰軌道が採用されている地球観測衛星の例について説明する。この軌道を採用して多数機衛星コンステレーションを構築した場合、軌道傾斜角が約９８度と傾いているため、極域で全軌道面が会合することはない。しかし、異なる２軌道面間では必ず交線が存在し、同一高度で交点が存在するので、衝突リスクは依然存在する。さらに、異なる２軌道面間の全ての組合せにおいて衝突リスクが存在するため、本実施の形態では、任意の２面間における交点において、衛星通過タイミングをずらすことにより衝突を回避する。
さらに、軌道傾斜角が約４５度程度を飛行する地球観測衛星も存在しており、この軌道では太陽非同期衛星となる。低軌道傾斜角の場合は異なる２軌道面の交点が低緯度側に存在し、しかも複数の緯度で交点が発生する可能性が生じる。軌道面数と１軌道面を飛行する衛星数の組合せ如何では、衝突を必ず回避できるとは限らない。よって、本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０では、全ての２軌道面の交点において衝突が発生しない軌道面数と１軌道面当たりの衛星数の組合せを見出し、その後各交点における通過タイミングを維持することにより衝突を回避する。
衛星数が極端に増加した場合は、総当たりの衝突回避計算が煩雑になるため、異なる軌道面により構成する実施の形態１を採用してもよい。
【００７８】
実施の形態７．
本実施の形態では、主に、実施の形態５との相違点あるいは追加点について説明する。なお、実施の形態５と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
【００７９】
本実施の形態では、複数の軌道面が極域で交差する図１４の衛星コンステレーション２０の場合の衛星の待ち時間のずらし方の態様について説明する。本実施の形態では、複数の軌道面が並ぶ順番に番号を付けた場合に、奇数の軌道面と偶数の軌道面で極通過タイミングの後続衛星が飛来するまでの待ち時間の約半分ずつずらす。このように衛星コンステレーション２０を形成することにより、地上サービス範囲が隣接する奇数面と偶数面の間で交互の配置となるので、地表サービス範囲を合理的に網羅できるという効果がある。
【００８０】
図１６は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０による地表サービス範囲を示す図である。
図１６は、軌道面数が１８面であって、相対的に１０度ずつ軌道面の角度が変わる事例を示している。極通過タイミングとして、後続衛星が飛来するまでの待ち時間を１８等分し、奇数面ではタイミング１から順に、偶数面ではタイミング１０から順にずらして通過させていくと、結果的に地上サービス範囲は偶数面と奇数面で交互に間を埋める状態となるので、地表面を網羅的に包含できるという効果がある。
【００８１】
図１７は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０において、軌道面数が偶数の場合の極通過タイミングを表す図である。
図１８は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０において、軌道面数が奇数の場合の極通過タイミングを表す図である。
図１７および図１８に示すように、本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０では、軌道面数が奇数であることが好ましい。図１７の例では、１８面の隣に来る１面のサービス領域が隣り合ってしまって全球網羅する上で不整合を生じる可能性がある。そこで図１８のように、軌道面数を奇数にすることにより、最終面と１面の地上サービス範囲が他と同様に交互に配置されるので、合理的に全球網羅できるという効果がある。
【００８２】
実施の形態８．
本実施の形態では、主に、実施の形態１から７に追加する点について説明する。なお、実施の形態１から７と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
【００８３】
本実施の形態では、衛星が衝突を回避しながらデオービット（軌道離脱）することができるデブリ除去方式のバリエーションについて説明する。
【００８４】
図１９は、自由落下によるデオービットの概念を示す図である。
図２０は、衛星コンステレーション２０の上空の衛星がデオービットする際の衝突リスクを示す図である。
【００８５】
＜デブリ除去方式の例１＞
本実施の形態に係る例１のデブリ除去方式は、故障などにより制御不能となった故障衛星が降下して、衛星の密集する軌道面を経由する前に、故障衛星の軌道面を変更するための捕獲装置または外力付与装置と、故障衛星を推進する推進装置とを備える。
【００８６】
ＬＳＴ１０：００からＬＳＴ１１：００程度の太陽同期準回帰軌道は、太陽光入射角と軌道面の関係が地球観測用光学センサの撮像に好適であり、地球観測光学衛星が多数飛行する密集軌道面となっている。軌道高度は高分解能撮像に好適で、大気抵抗の少ない５００ｋｍ以上１０００ｋｍ以下程度に集中している。しかし、超低高度衛星など軌道高度２００ｋｍ程度を飛行する例もある。
【００８７】
実施の形態１から実施の形態７で説明した衛星コンステレーション２０を構成する衛星が、故障して制御不能となる場合がある。このとき、この故障衛星が、軌道高度１０００ｋｍから２０００ｋｍといった高高度から自由落下して地球の大気圏に突入して消滅するまでの図１９に示すプロセスにおいて、軌道高度を変化させながら密集軌道面を通過する。その際、図２０に示すように、故障衛星が、複数の軌道高度の衛星群と会合する可能性があるため衝突するリスクが高い。そこで、本実施の形態に係るデブリ除去方式により、予め密集軌道を通過しないよう軌道面を変更すれば、当該密集軌道の衝突を回避できるという効果がある。
【００８８】
図２１は、衛星の増速と減速による軌道高度の変化を示す図である。
図２２は、推進装置の噴射による軌道傾斜角の変更を示す図である。
デブリ除去方式の具体例としては、他衛星を捕獲する捕獲装置と、他衛星に推進力を与える推進装置とを備えたデブリ回収衛星により故障衛星を捕獲し、推進装置により人為的に軌道を変更する方式が有効である。
衛星進行方向に対して増速すれば一時的に軌道高度が上昇するので、密集軌道とは異なる周期で軌道面が摂動の効果により地球の略地軸周りに回転し、密集軌道面を回避することが可能となる。衛星進行方向に対して減速すれば一時的に軌道高度が下降して、密集軌道とは異なる周期で軌道面が摂動の効果により地球の略地軸周りに回転し、密集軌道面を回避することが可能となる。故障衛星が密集軌道を通過することを予測されるまでの時間的猶予に応じて、密集軌道と会合する前に降下させるか、密集軌道を通り過ぎた後に降下させるか、衝突回避方式を選択可能である。よって、確実に衝突を回避できるという効果がある。但し摂動による方法では滞留時間が長いというデメリットもあるため、積極的に推進装置を噴射して面外方向に軌道面を回転させる方式もありうる。この場合は推薬消費量の多いので、推進系タンクを含めてデブリ除去方式が大型化する。
【００８９】
なお、自衛星の回収は所謂協力的ターゲットの回収に相当する。よって、デブリ回収衛星は、予めデブリ除去方式に適合するアタッチメントを具備して捕獲を容易にすることが有効である。また、デブリ回収衛星は、自衛星あるいは捕獲用ターゲットの位置を知らせる情報を発信して、自衛星が接近あるいは接合しやすくする方法が有効である。ただし、制御能力を喪失して回転しているといった場合は例外となる。
【００９０】
＜デブリ除去方式の例２＞
本実施の形態に係る例２のデブリ除去方式は、楕円軌道を描きながら高度１００ｋｍから２０００ｋｍ程度を浮遊する物体が衛星コンステレーションを構成する軌道面を経由する前に、当該物体の軌道面を変更するための捕獲装置または外力付与装置と、当該物体に推進力を与える推進装置とを具備する。なお、外力付与装置は、「力」のみならず「トルク」、あるいは、合体することに伴う「質量特性変化」まで「外力」に含む場合がある。外力付与装置は、外乱付与装置ともいう。
【００９１】
ＳＴＭにおいて障害物除去が課題となっている。楕円軌道を描いて飛行する物体の軌道面が、特定軌道高度の略円軌道上で衛星が多数飛行する軌道面一致して同一面を飛行すると衝突リスクが非常に高くなる。本実施の形態に係る例２のデブリ除去方式によれば、衝突リスクの高い障害物を安全に除去できるという効果がある。
【００９２】
デブリ除去方式の具体例は＜デブリ除去方式の例１＞と同様である。＜デブリ除去方式の例１＞では自衛星を捕獲するため、所謂協力的ターゲットとして、捕獲しやすいアタッチメントなどを予め具備することが可能である。しかし、自衛星以外の浮遊物体の場合は所謂非協力的ターゲットであり、形状が複雑な物体、回転している物体、重量の大きな物体、あるいは捕獲可能な適切な構造を持たない物体といった捕獲が難しい物体である。このため、具備すべき捕獲装置が高度化されている必要がある。具体例として、ロボットによる把持する方法、捕獲網状の装置で対象を覆いこむ方法、および、ワイヤー付きのもり状の棒材を突き刺して引っ張る方法といった方法が実現可能である。
【００９３】
実施の形態９．
本実施の形態では、主に、実施の形態１から８との相違点あるいは追加点について説明する。なお、実施の形態１から８と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
【００９４】
本実施の形態では、実施の形態１から７に記載の衛星コンステレーション形成システムにより構築される衛星コンステレーションに、実施の形態８のデブリ除去方式の例１または例２に記載のデブリ除去方式を適用した衛星コンステレーション構築方式のバリエーションについて説明する。
【００９５】
＜衛星コンステレーション構築方式の例１＞
本実施の形態に係る衛星コンステレーション構築方式の例１では、衛星コンステレーション２０を構成する構成要素の軌道面の近傍の異なる軌道面であって、近傍軌道面の衛星が飛行する軌道高度とは異なる軌道高度に軌道投入する。そして、衛星コンステレーション構築方式の例１では、増速ないし減速して軌道高度と軌道面の地球地軸周りの角度を変更して構成衛星を追加する。
【００９６】
衛星を順番に打ち上げて所定の衛星コンステレーションを構築する途中経過において、多数機投入後の軌道面に追加衛星を投入するプロセスでは衝突リスクが高い。本実施の形態に係る衛星コンステレーション構築方式の例１では、投入済の衛星の軌道面若干角度をずらした軌道に投入することで打上げ時の衝突リスクを格段に減じることが可能となる。更に投入済の衛星高度と一致しない衛星高度から徐々に所望の軌道に接近することにより、過渡段階の衝突リスクを減じることが可能となる。
【００９７】
＜衛星コンステレーション構築方式の例２＞
本実施の形態に係る衛星コンステレーション構築方式の例２では、他国システムあるいは類似システムが採用する軌道上、軌道高度、飛行する衛星数などの情報を予め収集したデータベースを具備する。本実施の形態に係る衛星コンステレーション構築方式の例２では、既存の衛星の飛行する軌道面とは異なり、かつ構成要素の軌道面の近傍の異なる軌道面であって、近傍軌道面の衛星が飛行する軌道高度とは異なる軌道高度に軌道投入する。本実施の形態に係る衛星コンステレーション構築方式の例２では、増速ないし減速して軌道高度と軌道面の地球地軸周りの角度を変更して構成衛星を追加する。
【００９８】
本実施の形態に係る衛星コンステレーション構築方式の例２によれば、衛星コンステレーションが複数構築され、宇宙空間全体が混雑する環境下において、衝突リスクなく衛星コンステレーションを構築できるという効果がある。
【００９９】
また、衛星コンステレーション構築方式の例１では、自衛星の軌道および位置のデータ処理装置を地上に具備する。
また、衛星コンステレーション構築方式の例２では、宇宙空間の飛行物体の軌道および位置のデータ処理装置を地上に具備する。
【０１００】
実施の形態１０．
本実施の形態では、主に、実施の形態１から９に追加する点について説明する。なお、実施の形態１から９と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
【０１０１】
本実施の形態では、衛星コンステレーション２０を構成する衛星３０であって、設計寿命末期を迎えた衛星３０に軌道制御コマンド５１を送信する地上設備５００のバリエーションについて説明する。軌道制御コマンド５１は、上記衛星３０の具備する推進装置を動作させることにより、衛星３０をデオービットさせるコマンドである。
【０１０２】
＜地上設備５００の例１＞
図２３は、本実施の形態に係る地上設備５００の例１の構成を示す図である。
地上設備５００の例１の構成は実施の形態１０と同様である。
【０１０３】
通信装置９５０は、衛星コンステレーション２０を構成する衛星３０を追跡管制運用する信号を送受する。
軌道制御コマンド送信部５１０は、設計寿命末期を迎えたなどのデオービットさせる衛星３０に、軌道制御コマンド５１を送信する。
解析予測部５２０は、軌道離脱用コマンド受信後の衛星３０の通過軌道を解析予測する。
【０１０４】
具体例として、解析予測部５２０が、太陽同期軌道における混雑軌道のＬＳＴ１０：３０近傍の軌道面を軌道高度５００ｋｍから８００ｋｍで衛星３０が通過すると判定した場合について説明する。このとき、軌道制御コマンド送信部５１０は、混雑軌道通過タイミングあるいは軌道面をずらして、衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する軌道制御コマンド５１を衛星３０に送信する。衛星３０は、軌道制御コマンド５１を受信すると、衛星３０の具備する軌道制御装置により、衛星速度の増速、ないし減速による軌道高度の上昇、ないし下降を実施する。あるいは、衛星３０は、衛星進行方向と概略直行する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をする。このようにして、衛星３０は、混雑軌道通過タイミング、ないし軌道面をずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する。
【０１０５】
メガコンステレーション構築に当たり、宇宙空間のデブリ総量が無制限に増加しない対策として、ＰＭＤ（Ｐｏｓｔ−Ｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｏｓａｌ）を義務づけて、例えば９９％以上の衛星を軌道上からデオービットすることの必要性が議論されている。また寿命末期において衛星が健全である確率を考慮すべきことから、寿命末期あるいは故障により機能喪失して自律的にデオービットできない衛星を外的手法によりデオービットするＡＤＲ（Ａｃｔｉｖｅ  Ｄｅｂｒｉｓ  Ｒｅｍｏｖａｌ）の必要性も議論されている。
しかしながらＰＭＤあるいはＡＤＲでは、自由落下させて大気圏で燃え尽きる手法の必要性に訴求しているだけであって、落下途中で混雑軌道を通過する場合の回避策を有していない。また、静止軌道衛星では、デブリ衝突のリスクが予見された場合に、デブリの予測軌道情報を衝突警報と共に公表して、被衝突側衛星が衝突回避行動をとる事例がある。しかし、低軌道周回衛星において、別の衛星コンステレーションが構築されている場合、被衝突側衛星の回避行動が２次的衝突原因となるリスクが高い。すなわち、縦列駐車状態の前後衛星への衝突、同一面内で異なる高度の衛星群への衝突などのリスクである。
また、当該エリアに短期間に多数の被衝突側衛星が通過する可能性が高く、複数衛星が同時に回避行動をとった場合に、近傍衛星の挙動予測が困難となり、派生的な衝突リスクが発生する。
また、回避行動の結果として、軌道高度、軌道面内位相のみならず、軌道面の回転に伴うＬＳＴの移動が発生し、復帰困難、ないし衛星コンステレーションが目的とするサービス継続に支障を来すリスクがある。
さらに、回避機能を持たない実験衛星であるＣｕｂｅＳａｔといった衛星が多数飛翔している場合がある。
また、自由落下に伴う軌道予測精度が悪い場合に、衝突警報を出すべきエリアと時間帯が広域かつ長時間となり、被衝突衛星側に頻繁に衝突警報が発せられ、対応不能になるという場合がある。
【０１０６】
本実施の形態に係る地上設備５００の例１によれば、デオービットによる高度低下途中においても、落下途中の軌道制御が可能となるので、混雑軌道の通過を回避でき、衝突を回避できるという効果がある。また、被衝突側衛星が回避行動をとらなくても衝突を回避できるという効果がある。
【０１０７】
＜地上設備５００の例２＞
本実施の形態の地上設備５００の例２では、デブリ回収衛星３１に、軌道制御機能を喪失した故障衛星をデオービットさせる捕獲コマンド５２と軌道制御コマンド５１を、デブリ回収衛星３１に対して送信する。デブリ回収衛星３１は、例えば、故障により軌道制御機能を喪失した衛星を回収する装置を具備する衛星である。デブリ回収衛星３１は、故障衛星を捕獲する捕獲装置と推進装置とを備える。
【０１０８】
地上設備５００の例２は、故障衛星を、上記デブリ回収衛星の具備する捕獲装置と推進装置とを動作させることにより、デオービットさせる捕獲コマンド５２と軌道制御コマンド５１をデブリ回収衛星３１に対して送信する。
通信装置９５０は、デブリ回収衛星を追跡管制運用する信号を送受する。
軌道制御コマンド送信部５１０は、軌道制御コマンド５１あるいは捕獲コマンド５２を送信する。
解析予測部５２０は、故障衛星を捕獲した状態のデブリ回収衛星の通過軌道を解析予測する。
【０１０９】
具体例として、解析予測部５２０が、太陽同期軌道における混雑軌道のＬＳＴ１０：３０近傍の軌道面を軌道高度５００ｋｍから８００ｋｍでデブリ回収衛星３１が通過すると判明した場合について説明する。このとき、軌道制御コマンド送信部５１０は、混雑軌道通過タイミングあるいは軌道面をずらして、衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する軌道制御コマンド５１をデブリ回収衛星３１に送信する。デブリ回収衛星３１は、軌道制御コマンド５１を受信すると、衛星３０の具備する軌道制御装置により、衛星速度の増速、ないし減速による軌道高度の上昇、ないし下降を実施する。あるいは、衛星３０は、衛星進行方向と概略直行する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をする。このようにして、デブリ回収衛星３１は、混雑軌道通過タイミング、ないし軌道面をずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する。
【０１１０】
本実施の形態に係る地上設備５００の例２によれば、予め、衛星コンステレーションの構成衛星がデブリ回収衛星の捕獲用アタッチメントといった設備を具備している。よって、本実施の形態に係る地上設備５００の例２は、衛星コンステレーションの構成衛星の回収において有効である。
【０１１１】
＜地上設備５００の例３＞
本実施の形態に係る地上設備５００の例３では、通信装置９５０は、軌道高度８００ｋｍ以上の混雑軌道よりも上空を飛翔するロケットの残骸を回収する装置を具備するデブリ回収衛星を追跡管制運用する信号を送受する。
軌道制御コマンド送信部５１０は、ロケットの残骸を、デブリ回収衛星の具備する捕獲装置と推進装置を動作させることにより、軌道離脱させる捕獲コマンドと軌道制御コマンドをデブリ回収衛星に対して送信する。
解析予測部５２０は、故障衛星を捕獲した状態のデブリ回収衛星の通過軌道を解析予測する。
【０１１２】
具体例として、解析予測部５２０が、太陽同期軌道における混雑軌道のＬＳＴ１０：３０近傍の軌道面を軌道高度５００ｋｍから８００ｋｍで通過すると判明した場合について説明する。
本実施の形態に係る地上設備５００の例３では、上記衛星の具備する軌道制御装置により、衛星速度の増速、ないし減速による軌道高度の上昇、ないし下降、あるいは衛星進行方向と概略直行する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をする。そして、本実施の形態に係る地上設備５００の例３では、混雑軌道通過タイミング、ないし軌道面をずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する。
【０１１３】
ロケットの残骸は通常デブリ回収衛星の捕獲用アタッチメントを具備せず、軌道上で回転するなど捕獲が難しいため、地上設備５００の例２よりも技術難度が高い。本実施の形態に係る地上設備５００の例３によれば、捕獲装置としては投網のようにネット状物体で包み込む方式、ワイヤー付きのもり状の棒材を突き刺して引っ張る方式、あるいは捕獲対象の外表皮に粘着性物質あるいは接着材により密着する方式などが可能である。また、捕獲用アタッチメントを具備する衛星コンステレーション構成要素衛星のデオービットであっても、姿勢制御せず自由落下させた場合は姿勢が不定となるためデブリ回収衛星が捕獲用アタッチメントに容易にアクセスできない可能性が高い。このような場合に、本実施の形態に係る地上設備５００の例３の捕獲装置が有効となる。
【０１１４】
＜地上設備５００の例４＞
ここでは、地上設備５００の例１から例３で説明したように、衛星の軌道離脱あるいはデブリ回収による軌道離脱をする降下途中において、解析予測部５２０が、低高度に構築された別の衛星コンステレーションの極域密集域を通過すると判明した場合について説明する。
地上設備５００の例４では、当該衛星コンステレーションとは異なる軌道傾斜角となるよう衛星進行方向と概略直行する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をする。これにより、地上設備５００の例４では、混雑軌道とは軌道面の傾きを変更するか、または通過タイミングをずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する。
【０１１５】
地上設備５００の例１から例３では、ＬＳＴ１０：３０近傍の混雑軌道回避をカバーするだけでなく、極域密集域通過の場合の衝突も回避することができる。
【０１１６】
ここで、本実施の形態に係る効果について、さらに説明する。
低軌道衛星のデオービットは衛星進行方向と逆方向に推進器を動作して軌道高度を低下させ、大気圏突入により焼き尽くす手法が一般的である。しかしながら、昨今計画されているメガ衛星コンステレーションは、軌道高度が１０００ｋｍ以上と低軌道周回衛星よりも高高度であるため、寿命末期あるいは故障時にデオービットする際、より低軌道高度を飛行する衛星に衝突するリスクがある。
またメガ衛星コンステレーションでは軌道面も多様に構成され、それぞれの軌道面に多数衛星が隊列飛行しているため、デオービット時に衛星が通過する軌道経路も多岐に渡る。特に太陽同期軌道のＬＳＴ１０：３０近傍あるいは極域といった低軌道衛星の混雑領域を通過する可能性がある場合に、衝突確率が高い。
デオービットを自由落下に依存する場合は、徐々に高度を低下させるのに伴って、軌道面が回転するため、いかなる軌道面からデオービットした衛星にも太陽同期衛星の混雑軌道を通過する可能性がある。
また極域付近を通過する軌道傾斜角略９０度近傍の軌道面で構成される衛星コンステレーションの衛星をデオービットする場合、軌道高度が低下しても軌道傾斜角が概ね同様なため、より低軌道の極軌道衛星と衝突する確率が高い。
【０１１７】
本実施の形態では、混雑軌道面通過を回避するために、軌道面の回転を利用して、混雑軌道通過前に落下を早めて通過するか、逆に混雑軌道面が通り過ぎた後に閑散として軌道面を落下させることにより衝突を回避する。混雑軌道面を通過するタイミングを変更する方式としては、デオービットする衛星を加速すれば軌道高度が上昇し、落下タイミングを遅らせることができる。また減速すれば軌道高度降下が加速するので、落下タイミングを早めることができる。また当該軌道高度での滞留時間に応じて、摂動により軌道面が回転する効果があるので、混雑軌道の通過を待つことが可能となる。なおデオービットする衛星の昇交点ないし降交点通過時に進行方向と直行方向に推進器を動作することで、軌道傾斜角が変更できるので、軌道面の回転を加速することも可能である。
【０１１８】
特に地上設備５００の例４では、軌道傾斜角を意図的に変更することにより、極域で混雑する高度では、極域を通過しないよう、軌道面を変更することにより、衝突を回避する。軌道傾斜角を変更する方式としては、デオービットする衛星の昇交点ないし降交点通過時に進行方向と直行方向に推進器を動作することで、軌道傾斜角が効果的に変更できる。
【０１１９】
次に、上記の実施の形態１から１０に係る効果について、さらに説明する。
近年数千機に及ぶ大規模衛星コンステレーションの構想が発表されているが、同一高度を飛翔する衛星は軌道面の交線上で、衛星高度の一致する２点で衝突するリスクがある。大規模コンステレーションでは特に全ての軌道面が高確率で会合する極域において衝突確率が極めて高くなる。
同一軌道面に多数の衛星が飛行する例として赤道上空で軌道高度約３６０００ｋｍを飛行する静止軌道衛星が有名であり、同一軌道面を約３００の衛星が飛行している。地球自転と同期しているため、地上から見るとあたかも宇宙空間で静止しているように見えるが、同一高度を略円軌道を描いて飛行しているため、静止軌道上衛星は衝突せず運用継続している。また地球から見た角度は約１度から２度程度しか離れていないので接近しているように感じるが、軌道上の２衛星間の距離は十分離れている。
【０１２０】
これに対して近年増加傾向の低軌道周回衛星コンステレーションでは、単独コンステレーションでも衛星数が数千の規模であり、複数衛星コンステレーション構想の衛星総数は１万機に迫る規模となる。軌道高度が静止衛星に対して１／２０〜１／１００倍程度と低く、２衛星間の距離も格段に接近しているため、静止軌道と比較しても衝突のリスクが高い。
また静止軌道とは異なり、異なる軌道面を同時に利用するため、２面の交線上で衝突する可能性が存在する。軌道傾斜角９０°近傍の衛星コンステレーションでは複数の軌道面が地球の自転軸近傍を交線となし、全ての衛星が南極上空と北極上空を通過するため、軌道高度が一致すると衝突する可能性が高い。
また地球観測衛星で多用するＬＳＴ１０：００〜１１：００の太陽同期軌道は衛星が密集する軌道面が多く、同じ軌道面内に徐々に軌道高度を変化させる物体が侵入すると衝突リスクが高い。
また衛星コンステレーションの完成形態においては、いかなる２衛星も位置座標と時刻が同時に一致する条件（ｘ１、ｙ１、ｚ１、ｔ１）＝（ｘ２、ｙ２、ｚ２、ｔ２）とならない限り衝突は発生しない。よって、軌道高度あるいはタイミング、軌道面内の位相などを人為的に操作することで衝突を回避することができる。しかし、衛星コンステレーションの構築過渡段階において、新規衛星をコンステレーションに追加するプロセスでは衝突リスクが高い。
また多数の衛星コンステレーションよりも高高度を飛行する衛星が制御不能な故障に陥って自由落下する場合に、密集軌道面を高度変更しながら通過すると、同一軌道面内で複数の軌道高度の衛星群と会合する可能性があるため、衝突リスクが高い。
【０１２１】
宇宙空間は広大であるため絶対値としての衝突確率は依然十分小さいとしても、一度衝突が発生すると、大規模な破壊が起こり、多数飛散した残骸が所謂デブリとして、近傍を飛翔する衛星に再び衝突して２次被害を発生する恐れがある。ワーストケースでは衝突、破壊の連鎖により、近傍軌道全体がバイオレートされる懸念もある。
近傍軌道全体がバイオレートされて、多数のデブリが浮遊する状態になると、長期にわたりいかなる衛星も運用できなくなるリスクがあり、宇宙インフラへの依存性が高まる一方の社会生活全般に悪影響が及ぶ。
また衛星自体が高額であり、かつロケットによる打上げや運用に資する総コストが巨額であるため、衝突が発生すると巨額の経済的損失につながる。
また複数衛星が連携することにより例えば通信サービスといった目的を実現しているため、衝突に伴う衛星欠落により、当初目的のサービスの中断および品質劣化を来す。
【０１２２】
上記の実施の形態１から１０では、高度の異なる軌道面の組合せ、交点通過時刻を人為的にずらす方式、故障した衛星の除去方式、新規衛星軌道投入方式といった手法を提供することにより、衛星コンステレーションの衝突を回避することができる。
【０１２３】
実施の形態１１．
本実施の形態では、主に、実施の形態１から１０に追加する点について説明する。なお、実施の形態１から１０と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
【０１２４】
実施の形態１で説明したように、衛星コンステレーション形成システム１００は、衛星群３００により構成され、衛星群３００が連携してサービスを提供する衛星コンステレーション２０を形成する。衛星コンステレーション形成システム１００は、各軌道面２１に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーション２０を形成する。
また、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成部１１０は、複数の軌道面の各軌道面２１の軌道高度が互いに異なり、かつ、複数の軌道面の各軌道面２１の公転周期が互いに等しくなる軌道傾斜角を各軌道面が有する衛星コンステレーション２０を形成する。例えば、複数の軌道面の各軌道面は、図１１に示すような太陽同期軌道である。
【０１２５】
衛星コンステレーション形成システム１００には、衛星コンステレーション２０が備える各軌道面２１の軌道高度が互いに異なり、かつ、複数の軌道面の各軌道面２１の公転周期が互いに等しくなる軌道傾斜角を各軌道面が有するようにパラメータが設定される。
そして、衛星コンステレーション形成部１１０は、設定されたパラメータを用いて、各軌道面２１の軌道高度が互いに異なり、かつ、複数の軌道面の各軌道面２１の公転周期が互いに等しくなる軌道傾斜角を各軌道面が有する衛星コンステレーション２０を形成する。
【０１２６】
図２５は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０の具体例を示す模式図である。
太陽同期する軌道面同士は軌道高度が異なっていても公転周期が等しくなる。以下に、軌道高度が異なり、太陽同期軌道となる複数軌道面の例を示す。太陽同期するための制約条件は概ね軌道高度と軌道傾斜角の相関関係で決まるので、軌道高度に応じて軌道傾斜角を適切に設定すれば、太陽同期軌道を形成できる。
軌道高度１０００ｋｍ：軌道傾斜角約９９．５°
軌道高度１１００ｋｍ：軌道傾斜角約９９．９°
軌道高度１２００ｋｍ：軌道傾斜角約１００．４°
軌道高度１３００ｋｍ：軌道傾斜角約１００．９°
軌道高度１４００ｋｍ：軌道傾斜角約１０１．４°
軌道高度１５００ｋｍ：軌道傾斜角約１０２．０°
【０１２７】
例えば、上記６種類の軌道高度の軌道面をＬＳＴで以下のように設定すれば、互いに概略３０°ずつ緯度方向に角度が異なる軌道面群が構成され、この軌道面間の相対角度は常に維持される。すなわち、公転周期が等しい６つの軌道面が形成される。
軌道高度１０００ｋｍの太陽同期軌道面：ＬＳＴ０６：００
軌道高度１１００ｋｍの太陽同期軌道面：ＬＳＴ０８：００
軌道高度１２００ｋｍの太陽同期軌道面：ＬＳＴ１０：００
軌道高度１３００ｋｍの太陽同期軌道面：ＬＳＴ１２：００
軌道高度１４００ｋｍの太陽同期軌道面：ＬＳＴ１４：００
軌道高度１５００ｋｍの太陽同期軌道面：ＬＳＴ１６：００
【０１２８】
ここでは、公転周期が等しくなる典型的な例として太陽同期軌道を例示したが、太陽非同期軌道であっても、同様に公転周期が等しくなる複数の軌道高度の選定が可能である。
【０１２９】
なお、衛星コンステレーション形成部１１０は、複数の軌道面の各軌道面２１の軌道高度が互いに異なり、かつ、複数の軌道面の各軌道面２１の回転が同期する軌道傾斜角を各軌道面が有する衛星コンステレーション２０を形成してもよい。
【０１３０】
次に、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システム１００により構築される衛星コンステレーション２０を追跡管制する地上設備５００について説明する。
本実施の形態に係る地上設備５００は、複数の軌道面の各軌道面における複数の衛星の相対位相を維持するように各衛星の高度を調整するとともに、複数の軌道面間の相対角度を維持するように各軌道面の軌道高度および軌道傾斜角の調整を行うコマンドを生成し、衛星群の各衛星に送信する。
【０１３１】
＜地上設備５００の例５＞
図２３は、本実施の形態に係る地上設備５００である地上設備５００の例５の構成を示す図である。
地上設備５００の例５の構成は、実施の形態１０の地上設備５００の例１と同様である。
【０１３２】
通信装置９５０は、衛星コンステレーション２０を構成する衛星３０を追跡管制運用する信号を送受する。
軌道制御コマンド送信部５１０は、複数の軌道面の各軌道面における複数の衛星の相対位相を維持するように各衛星の高度を調整するとともに、複数の軌道面間の相対角度を維持するように各軌道面の軌道高度および軌道傾斜角の調整を行う軌道制御コマンド５１を衛星３０に送信する。
【０１３３】
＊＊＊本実施の形態の効果の説明＊＊＊
軌道高度が異なり、かつ、軌道傾斜角が等しい軌道面の公転周期は相違する。このため、長期間運用する内に軌道面同士の相対角度が変化してしまう。この結果、複数の衛星で連携してサービスを実施する際に、衛星の配置が変化してしまって、サービスに支障を来す虞がある。また適切な軌道配置を維持するために、別途推進器を用いて軌道面を調整する場合は、調整中の期間にはサービスの継続ができなくなるという虞がある。
本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システムによれば、軌道面間の相対関係が維持されるので、支障なくサービス提供し続けながら、衝突リスクを回避することが可能となる。
【０１３４】
以上の実施の形態１から１１では、衛星コンステレーション形成システムの各部を独立した機能ブロックとして説明した。しかし、衛星コンステレーション形成システムの構成は、上述した実施の形態のような構成でなくてもよい。衛星コンステレーション形成システムの機能ブロックは、上述した実施の形態で説明した機能を実現することができれば、どのような構成でもよい。また、衛星コンステレーション形成システムは、１つの装置でも、複数の装置から構成されたシステムでもよい。
また、実施の形態１から１１のうち、複数の部分を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、１つの部分を実施しても構わない。その他、これらの実施の形態を、全体としてあるいは部分的に、どのように組み合わせて実施しても構わない。
すなわち、実施の形態１から１１では、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【０１３５】
なお、上述した実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明の範囲、本発明の適用物の範囲、および本発明の用途の範囲を制限することを意図するものではない。上述した実施の形態は、必要に応じて種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１３６】
２０  衛星コンステレーション、２１  軌道面、３０  衛星、３１  デブリ回収衛星、５１  軌道制御コマンド、５２  捕獲コマンド、１００  衛星コンステレーション形成システム、１１０  衛星コンステレーション形成部、３００  衛星群、５００  地上設備、５１０  軌道制御コマンド送信部、５２０  解析予測部、９１０  プロセッサ、９２１  メモリ、９２２  補助記憶装置、９３０  入力インタフェース、９４０  出力インタフェース、９５０  通信装置。
【図１】
2020158001.tif 000003
【図２】
2020158001.tif 000004
【図３】
2020158001.tif 000005
【図４】
2020158001.tif 000006
【図５】
2020158001.tif 000007
【図６】
2020158001.tif 000008
【図７】
2020158001.tif 000009
【図８】
2020158001.tif 000010
【図９】
2020158001.tif 000011
【図１０】
2020158001.tif 000012
【図１１】
2020158001.tif 000013
【図１２】
2020158001.tif 000014
【図１３】
2020158001.tif 000015
【図１４】
2020158001.tif 000016
【図１５】
2020158001.tif 000017
【図１６】
2020158001.tif 000018
【図１７】
2020158001.tif 000019
【図１８】
2020158001.tif 000020
【図１９】
2020158001.tif 000021
【図２０】
2020158001.tif 000022
【図２１】
2020158001.tif 000023
【図２２】
2020158001.tif 000024
【図２３】
2020158001.tif 000025
【図２４】
2020158001.tif 000026
【図２５】
2020158001.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】令和3年3月9日(2021.3.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星コンステレーションを構成する衛星を追跡管制運用する信号を送受する通信装置と、軌道制御コマンドを送信する軌道制御コマンド送信部と、軌道離脱用コマンド受信後の上記衛星の通過軌道を解析予測する解析予測部とを備え、設計寿命末期を迎えた上記衛星を、上記衛星の具備する推進装置を動作させることにより、軌道離脱させる前記軌道制御コマンドを送信する地上設備であって、
前記軌道制御コマンド送信部は、
前記解析予測部により、混雑軌道である前記衛星コンステレーションの軌道面を通過すると判定されると、上記衛星の具備する軌道制御装置により、衛星速度の増速、ないし減速による軌道高度の上昇、ないし下降、あるいは衛星進行方向と概略直行する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をすることによって、混雑軌道通過タイミング、ないし軌道面をずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する前記軌道制御コマンドを送信する地上設備。
【請求項２】
衛星コンステレーションを構成する衛星を追跡管制運用する信号を送受する通信装置と、軌道制御コマンド送信部と、軌道離脱用コマンド受信後の上記衛星の通過軌道を解析予測する解析予測部を具備し、設計寿命末期を迎えた上記衛星を、上記衛星の具備する推進装置を動作させることにより、軌道離脱させる軌道制御コマンドを送信する地上設備であって、
太陽同期軌道における混雑軌道のＬＳＴ１０：３０近傍の軌道面を軌道高度５００ｋｍから８００ｋｍで通過することが、解析予測で判明した場合に、上記衛星の具備する軌道制御装置により、衛星速度の増速、ないし減速による軌道高度の上昇、ないし下降、あるいは衛星進行方向と概略直行する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をすることによって、混雑軌道通過タイミング、ないし軌道面をずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する地上設備。
【請求項３】
故障して軌道制御機能を喪失した衛星を回収する装置を具備するデブリ回収衛星を追跡管制運用する信号を送受する通信装置と、軌道制御コマンド送信部と、故障衛星を捕獲した状態のデブリ回収衛星の通過軌道を解析予測する解析予測部を具備し、故障した衛星を、上記デブリ回収衛星の具備する捕獲装置と推進装置を動作させることにより、軌道離脱させる捕獲コマンドと軌道制御コマンドをデブリ回収衛星に対して送信する地上設備であって、
太陽同期軌道における混雑軌道のＬＳＴ１０：３０近傍の軌道面を軌道高度５００ｋｍから８００ｋｍで通過することが、解析予測で判明した場合に、上記衛星の具備する軌道制御装置により、衛星速度の増速、ないし減速による軌道高度の上昇、ないし下降、あるいは衛星進行方向と概略直行する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をすることによって、混雑軌道通過タイミング、ないし軌道面をずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する地上設備。
【請求項４】
軌道高度８００ｋｍ以上の混雑軌道よりも上空を飛翔するロケットの残骸を回収する装置を具備するデブリ回収衛星を追跡管制運用する信号を送受する通信装置と、軌道制御コマンド送信部と、故障衛星を捕獲した状態のデブリ回収衛星の通過軌道を解析予測する解析予測部を具備し、ロケットの残骸を、上記デブリ回収衛星の具備する捕獲装置と推進装置を動作させることにより、軌道離脱させる捕獲コマンドと軌道制御コマンドをデブリ回収衛星に対して送信する地上設備であって、
太陽同期軌道における混雑軌道のＬＳＴ１０：３０近傍の軌道面を軌道高度５００ｋｍから８００ｋｍで通過することが、解析予測で判明した場合に、上記衛星の具備する軌道制御装置により、衛星速度の増速、ないし減速による軌道高度の上昇、ないし下降、あるいは衛星進行方向と概略直行する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をすることによって、混雑軌道通過タイミング、ないし軌道面をずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する地上設備。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の地上設備において、
衛星の軌道離脱あるいはデブリ回収による軌道離脱をする降下途中において、低高度に構築された別の衛星コンステレーションの極域密集域または混雑軌道面を通過することが解析予測で判明した場合に、当該衛星コンステレーションとは異なる軌道傾斜角となるよう衛星進行方向と概略直行する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をすることによって、混雑軌道とは軌道面の傾きを変更するか、または通過タイミングをずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する地上設備。
【請求項６】
衛星が飛行する極域密集域または混雑軌道面の上空から物体が降下して前記軌道面を経由する前に、前記物体の軌道面を変更するための捕獲装置または外力付与装置と推進装置とを備えたデブリ除去方式。
【請求項７】
前記軌道面は、複数の軌道面から構成された衛星コンステレーションを形成し、
前記物体は、制御不能となった衛星である請求項６に記載のデブリ除去方式。
【請求項８】
前記軌道面は、複数の軌道面から構成された衛星コンステレーションを形成し、
前記物体は、楕円軌道を描きながら高度１００ｋｍから２０００ｋｍ程度を浮遊する請求項６に記載のデブリ除去方式。
【請求項９】
衛星コンステレーション形成システムにより構築される衛星コンステレーションに請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のデブリ除去方式を適用する衛星コンステレーション構築方式において、
構成要素の軌道面の近傍の異なる軌道面であって、近傍軌道面の衛星が飛行する軌道高度とは異なる軌道高度に軌道投入し、増速ないし減速して軌道高度と軌道面の地球地軸周りの角度を変更して構成衛星を追加する衛星コンステレーション構築方式。
【請求項１０】
衛星コンステレーション形成システムにより構築される衛星コンステレーションに請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のデブリ除去方式を適用する衛星コンステレーション構築方式において、
他国システムあるいは類似システムが採用する軌道上、軌道高度、飛行する衛星数などの情報を予め収集したデータベースを具備し、
衛星の飛行する軌道面とは異なり、かつ構成要素の軌道面の近傍の異なる軌道面であって、近傍軌道面の衛星が飛行する軌道高度とは異なる軌道高度に軌道投入し、増速ないし減速して軌道高度と軌道面の地球地軸周りの角度を変更して構成衛星を追加する衛星コンステレーション構築方式。
【請求項１１】
自衛星の軌道および位置のデータ処理装置を地上に具備する請求項９に記載の衛星コンステレーション構築方式。
【請求項１２】
宇宙空間の飛行物体の軌道および位置のデータ処理装置を地上に具備する請求項１０に記載の衛星コンステレーション構築方式。
【請求項１３】
衛星群により構成され、前記衛星群が連携してサービスを提供する衛星コンステレーションであって、各軌道面に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システムにおいて、
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が同じであり、かつ、前記複数の軌道面の各軌道面が互いに異なる面に存在する前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成部を備え、
前記衛星コンステレーション形成部は、
前記複数の軌道面の軌道面同士の交点を、各軌道面を飛行する衛星が通過する衛星通過時刻が、同一軌道面において、次衛星が飛来するまでの待ち時間を前記複数の軌道面の軌道面数で割った時刻ずれ値の倍数となっており、かつ、前記複数の軌道面のいかなる２面の軌道面の交点においても前記衛星通過時刻が一致しない前記衛星コンステレーションを形成し、
前記衛星コンステレーション形成部は、
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道傾斜角が約９０度であり、全ての軌道面の全ての衛星が極域近傍を通過する前記衛星通過時刻が、前記時刻ずれ値の間隔で互いにずれている前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システム。
【請求項１４】
衛星群により構成され、前記衛星群が連携してサービスを提供する衛星コンステレーションであって、各軌道面に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システムにおいて、
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が同じであり、かつ、前記複数の軌道面の各軌道面が互いに異なる面に存在する前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成部を備え、
前記衛星コンステレーション形成部は、前記複数の軌道面の軌道面同士の交点を、各軌道面を飛行する衛星が通過する衛星通過時刻が、同一軌道面において、次衛星が飛来するまでの待ち時間を前記複数の軌道面の軌道面数で割った時刻ずれ値の倍数となっており、かつ、前記複数の軌道面のいかなる２面の軌道面の交点においても前記衛星通過時刻が一致しない前記衛星コンステレーションを形成し、
前記衛星コンステレーション形成部は、
前記複数の軌道面の全ての衛星が極域近傍を通過する前記衛星通過時刻が、前記時刻ずれ値の間隔で互いにずれており、
前記複数の軌道面の各軌道面が並ぶ順番に番号を付けた場合に、奇数の軌道面と偶数の軌道面で極域通過のタイミングの後続衛星が飛来するまでの待ち時間が約半分ずつずれている前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システム。
【請求項１５】
前記衛星コンステレーションは、軌道面数が奇数である請求項１３または請求項１４に記載の衛星コンステレーション形成システム。
【請求項１６】
衛星群により構成され、前記衛星群が連携してサービスを提供する衛星コンステレーションであって、各軌道面に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システムにおいて、
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が互いに異なる前記衛星コンステレーションであって、
前記複数の軌道面における隣接する軌道面の相対高度差を順に並べると正弦波状となる前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システム。
【請求項１７】
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が太陽同期準回帰軌道である前記衛星コンステレーションを形成する請求項１６に記載の衛星コンステレーション形成システム。
【請求項１８】
衛星群により構成され、前記衛星群が連携してサービスを提供する衛星コンステレーションであって、各軌道面に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システムの衛星コンステレーション形成方法において、
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が互いに異なり、前記複数の軌道面における隣接する軌道面の相対高度差を順に並べると正弦波状となる前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成方法。
【請求項１９】
衛星群により構成され、前記衛星群が連携してサービスを提供する衛星コンステレーションであって、各軌道面に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システムにおいて、
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が互いに異なり、前記複数の軌道面における隣接する軌道面の相対高度差を順に並べると正弦波状となり、かつ、前記複数の軌道面の各軌道面の公転周期が互いに等しくなる軌道傾斜角を各軌道面が有する前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システム。
【請求項２０】
衛星群により構成され、前記衛星群が連携してサービスを提供する衛星コンステレーションであって、各軌道面に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システムの衛星コンステレーション形成方法において、
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が互いに異なり、前記複数の軌道面における隣接する軌道面の相対高度差を順に並べると正弦波状となり、かつ、前記複数の軌道面の各軌道面の公転周期が互いに等しくなる軌道傾斜角を各軌道面が有する前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成方法。
【請求項２１】
衛星群により構成され、前記衛星群が連携してサービスを提供する衛星コンステレーションであって、各軌道面に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システムにおいて、
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が互いに異なり、前記複数の軌道面における隣接する軌道面の相対高度差を順に並べると正弦波状となり、かつ、前記複数の軌道面の各軌道面の回転が同期する軌道傾斜角を各軌道面が有する前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システム。
【請求項２２】
衛星群により構成され、前記衛星群が連携してサービスを提供する衛星コンステレーションであって、各軌道面に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システムの衛星コンステレーション形成方法において、
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が互いに異なり、前記複数の軌道面における隣接する軌道面の相対高度差を順に並べると正弦波状となり、かつ、前記複数の軌道面の各軌道面の回転が同期する軌道傾斜角を各軌道面が有する前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成方法。
【請求項２３】
請求項１９または請求項２１に記載の衛星コンステレーション形成システムにより構築される衛星コンステレーションを追跡管制する地上設備であって、
前記複数の軌道面の各軌道面における複数の衛星の相対位相を維持するように各衛星の高度を調整するとともに、前記複数の軌道面間の相対角度を維持するために各軌道面の軌道高度および軌道傾斜角を調整するコマンドを生成して前記衛星群の各衛星に送信する地上設備。
【手続補正書】
【提出日】令和3年5月10日(2021.5.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星コンステレーション形成システム、衛星コンステレーション形成方法、デブリ除去方式、衛星コンステレーション構築方式、および地上設備に関する。特に、衛星の衝突リスクを回避する衛星コンステレーション形成システム、衛星コンステレーション形成方法、デブリ除去方式、衛星コンステレーション構築方式、および地上設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、数百から数千機に及ぶ大規模な衛星コンステレーションが提唱されている。また、ＳＴＭ（宇宙交通管制）においては、複数の衛星コンステレーションが共存することによる衝突リスクを回避するための国際的なルール作りの必要性が高まっている。
【０００３】
特許文献１には、同一の円軌道に複数の衛星から成る衛星コンステレーションを形成する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１１４１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
衛星コンステレーションでは、異なる軌道面の軌道高度は全て同一とすることが一般的である。よって、異なる軌道面を同一軌道高度で飛行する衛星同士が衝突するリスクがある。軌道面数、および、軌道面内の衛星数が増加するのに伴い、衝突リスクが高まることが課題となっている。
【０００６】
本発明は、衛星コンステレーションにおいて、衝突リスクを回避させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る衛星コンステレーション形成システムは、複数の軌道面であって各軌道面に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システムにおいて、
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が互いに異なる前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成部を備えた。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る衛星コンステレーション形成システムでは、衛星コンステレーション形成部が、複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が互いに異なる衛星コンステレーションを形成する。また、同一軌道面を飛行する衛星同士は衝突する可能性はない。よって、本発明に係る衛星コンステレーション形成システムによれば、複数の軌道面の各々が互いに異なる軌道高度となるため、衛星コンステレーションの全ての衛星について衝突リスクが回避できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】地上に対し、複数衛星が地球の全球に亘り通信サービスを実現する例。
【図２】単一軌道面の複数衛星が地球観測サービスを実現する例。
【図３】実施の形態１に係る衛星コンステレーションの複数の軌道面の一例を示す模式図。
【図４】実施の形態１に係る衛星コンステレーションの複数の軌道面の別例を示す模式図。
【図５】実施の形態１に係る衛星コンステレーションの軌道面の１つを飛行する複数の衛星の例。
【図６】実施の形態１に係る衛星コンステレーション形成システムの構成図。
【図７】実施の形態１に係る衛星コンステレーション形成システムの動作を示す図。
【図８】実施の形態２に係る複数の軌道面の相対高度差を表す図。
【図９】比較例の対地サービス範囲を示す図。
【図１０】実施の形態３に係る対地サービス範囲を示す図。
【図１１】実施の形態４に係る太陽同期軌道の条件を満たす軌道面を示す図。
【図１２】実施の形態５に係る衛星コンステレーション形成システムにより形成される衛星コンステレーションの例。
【図１３】衛星コンステレーションにおける衝突の条件の一例を示す模式図。
【図１４】衛星コンステレーションにおける衝突の条件の一例を示す模式図。
【図１５】実施の形態６に係る衛星コンステレーション形成システムにより形成される衛星コンステレーションの例。
【図１６】実施の形態７に係る衛星コンステレーションによる地表サービス範囲を示す図。
【図１７】実施の形態７に係る衛星コンステレーションにおいて、軌道面数が偶数の場合の極通過タイミングを表す図。
【図１８】実施の形態７に係る衛星コンステレーションにおいて、軌道面数が奇数の場合の極通過タイミングを表す図。
【図１９】自由落下によるデオービットの概念を示す図。
【図２０】衛星コンステレーションの上空の衛星がデオービットする際の衝突リスクを示す図。
【図２１】衛星の増速と減速による軌道高度の変化を示す図。
【図２２】推進装置の噴射による軌道傾斜角の変更を示す図。
【図２３】実施の形態１０に係る地上設備の構成を示す図。
【図２４】実施の形態６に係る衛星コンステレーション形成システムにより形成される衛星コンステレーションの例。
【図２５】実施の形態１１に係る衛星コンステレーション２０の具体例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付している。実施の形態の説明において、同一または相当する部分については、説明を適宜省略または簡略化する。また、以下の図面では各構成の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、実施の形態の説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」、「表」、「裏」といった方向あるいは位置が示されている場合がある。それらの表記は、説明の便宜上、そのように記載しているだけであって、装置、器具、あるいは部品といった構成の配置および向きを限定するものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、地上に対し、複数衛星が連携して地球７０の全球に亘り通信サービスを実現する例を示す図である。
図１は、全球に亘り通信サービスを実現する衛星コンステレーション２０を示している。
同一軌道面を同一高度で飛行している複数の衛星の各衛星では、地上に対する通信サービス範囲が後続衛星の通信サービス範囲とオーバーラップしている。よって、このような複数の衛星によれば、地上の特定地点に対して、同一軌道面上の複数の衛星が時分割的に交互に交代しながら通信サービスを提供することができる。
しかしながら、単一軌道面で通信サービスを提供できるのは衛星軌道直下付近に限定される。そこで、地球に対して軌道面が東西方向に回転した別の軌道面を隣接させ、その軌道面上の複数の衛星による通信サービスも同時に実施する。このように隣接軌道面を設けることにより、隣接軌道間の地上に対する通信サービスを面的に網羅することが可能となる。同様に、地球の周りに多数の軌道面を概ね均等配置すれば、全球に亘り地上に対する通信サービスが可能となる。地上の特定地点から見れば、個々の衛星は短い時間で飛び去ってしまう。しかし、軌道上複数の衛星が時分割的に交互に交代しながら通信サービスを提供すれば、地上の任意の地点に対して連続的に通信サービスを提供することが可能となる。その際、個々の衛星は、後継衛星と通信サービスを分担するために、衛星間の通信方式を用いて、必要な信号および情報を授受する。
【００１２】
低軌道を周回する衛星コンステレーションで通信サービスを実現する場合、全衛星のサービス領域が全球を網羅し、任意の地上ユーザの通信サービスを、次々に飛来する衛星が信号および情報を引継ぎながら分担して継続する。これにより、結果的に地上ユーザに連続的な通信サービスを提供できる。個々の衛星は、衛星と地上間の通信機能に加えて、衛星間の通信機能を具備することにより、近傍を通過する衛星同士で信号および情報を引継ぐことが可能となる。通信サービスのミッション連携に資する信号および情報の引継ぎを以後ハンドオーバーと称する。
【００１３】
衛星コンステレーションでは、異なる軌道面の軌道高度は全て同一とすることが一般的である。同一の軌道高度を飛行する衛星の対地速度は同様なので、地上に対するサービス範囲は個々の衛星のサービス範囲同士の相対位置関係を維持しながら衛星対地速度に応じて移動することになる。同一軌道面の後続衛星、あるいは、隣接軌道面の衛星におけるサービス範囲が、網羅的に地表をカバーしていれば、地上の任意の地点から見て、常にサービス範囲が維持される結果となる。
【００１４】
図２は、単一軌道面の複数衛星が地球観測サービスを実現する例を示す図である。
図２は、地球観測サービスを実現する衛星コンステレーション２０を示している。図２の衛星コンステレーションは、光学センサあるいは合成開口レーダといった電波センサである地球観測装置を具備した衛星が同一軌道面を同一高度で飛行する。このように、地上の撮像範囲が時間遅れで後続衛星がオーバーラップする衛星群では、地上の特定地点に対して軌道上複数の衛星が時分割的に交互に交代しながら地上画像を撮像することにより地球観測サービスを提供する。しかしながら単一軌道面でサービス提供できるのは衛星軌道直下付近に限定される。これに対して地球に対して軌道面が東西方向に回転した別の軌道面を隣接させて、同様の複数衛星によるサービスを同時に実施すれば、隣接軌道間の地上サービスを面的に網羅することが可能となる。同様にして地球の周りに多数の軌道面を概ね均等配置すれば、全球に亘り網羅的に地球観測サービスが可能となる。地上の特定地点から見れば、個々の衛星は短い時間で飛び去ってしまうが、軌道上複数の衛星が時分割的に交互に交代しながらサービス提供すれば、地上の任意の地点に対していつでも地球観測サービスを提供することが可能となる。
【００１５】
＊＊＊構成の説明＊＊＊
本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システム１００は、複数の軌道面２１を有する衛星コンステレーション２０を形成する。また、複数の軌道面２１の各軌道面２１には、複数の衛星３０が同じ軌道高度で飛行する。
【００１６】
ここで、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システム１００により形成される衛星コンステレーション２０について簡単に説明する。
本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０は、各軌道面２１の複数の衛星３０からなる衛星群３００により構成される。本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０は、衛星群３００が連携してサービスを提供する。衛星コンステレーション２０とは、具体的には、図１に示すような通信事業サービス会社による１つの衛星群から成る衛星コンステレーションを指す。また、衛星コンステレーション２０とは、具体的には、図２に示すような観測事業サービス会社による１つの衛星群から成る衛星コンステレーションを指す。
【００１７】
図３は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０の複数の軌道面２１の一例を示す模式図である。
図３では、衛星コンステレーション２０における複数の軌道面の各軌道面２１は、略同一面に存在する。一例として、各軌道面２１には、複数の衛星として２０機以上の衛星が飛行していてもよい。
【００１８】
図４は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０の複数の軌道面２１の別例を示す図である。
図４では、衛星コンステレーション２０における複数の軌道面の各軌道面２１は、互いに異なる面に存在する。図４では、複数の軌道面の各軌道面２１の軌道傾斜角は略９０度となっているが、軌道面はずれている。すなわち、複数の軌道面２１は互いに交差している。一例として、各軌道面２１には、複数の衛星として２０機以上の衛星が飛行していてもよい。また、図４の衛星コンステレーション２０は、一例として、２０面以上の軌道面２１を有していてもよい。
【００１９】
図５は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０の軌道面２１の１つを飛行する複数の衛星３０の例である。
同一軌道面において同一高度を飛行する複数の衛星３０は、相対的に同じ速度で軌道面における相対位相を維持しながら飛行する。よって、同一軌道面において同一高度を飛行する複数の衛星３０は、衝突することはない。
【００２０】
図６を用いて、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システム１００の構成を説明する。
衛星コンステレーション形成システム１００は、コンピュータを備える。図６では、１つのコンピュータの構成を示しているが、実際には、衛星コンステレーション２０を構成する複数の衛星の各衛星３０、および、衛星３０と通信する地上設備の各々にコンピュータが備えられる。そして、複数の衛星の各衛星３０、および、衛星３０と通信する地上設備の各々に備えられたコンピュータが連携して、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システム１００の機能を実現する。以下において、衛星コンステレーション形成システム１００の機能を実現するコンピュータの構成の一例について説明する。
【００２１】
衛星コンステレーション形成システム１００は、プロセッサ９１０を備えるとともに、メモリ９２１、補助記憶装置９２２、入力インタフェース９３０、出力インタフェース９４０、および通信装置９５０といった他のハードウェアを備える。プロセッサ９１０は、信号線を介して他のハードウェアと接続され、これら他のハードウェアを制御する。
【００２２】
衛星コンステレーション形成システム１００は、機能要素として、衛星コンステレーション形成部１１０を備える。衛星コンステレーション形成部１１０の機能は、ハードウェアあるいはソフトウェアにより実現される。
【００２３】
プロセッサ９１０は、衛星コンステレーション形成プログラムを実行する装置である。衛星コンステレーション形成プログラムは、衛星コンステレーション形成部１１０の機能を実現するプログラムである。
プロセッサ９１０は、演算処理を行うＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。プロセッサ９１０の具体例は、ＣＰＵ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）である。
【００２４】
メモリ９２１は、データを一時的に記憶する記憶装置である。メモリ９２１の具体例は、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、あるいはＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）である。
補助記憶装置９２２は、データを保管する記憶装置である。補助記憶装置９２２の具体例は、ＨＤＤである。また、補助記憶装置９２２は、ＳＤ（登録商標）メモリカード、ＣＦ、ＮＡＮＤフラッシュ、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ブルーレイ（登録商標）ディスク、ＤＶＤといった可搬記憶媒体であってもよい。なお、ＨＤＤは、Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅの略語である。ＳＤ（登録商標）は、Ｓｅｃｕｒｅ  Ｄｉｇｉｔａｌの略語である。ＣＦは、ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ（登録商標）の略語である。ＤＶＤは、Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋの略語である。
【００２５】
入力インタフェース９３０は、マウス、キーボード、あるいはタッチパネルといった入力装置と接続されるポートである。入力インタフェース９３０は、具体的には、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）端子である。なお、入力インタフェース９３０は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）と接続されるポートであってもよい。
出力インタフェース９４０は、ディスプレイといった出力機器のケーブルが接続されるポートである。出力インタフェース９４０は、具体的には、ＵＳＢ端子またはＨＤＭＩ（登録商標）（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）端子である。ディスプレイは、具体的には、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）である。
【００２６】
通信装置９５０は、レシーバとトランスミッタを有する。通信装置９５０は、具体的には、通信チップまたはＮＩＣ（Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｃａｒｄ）である。衛星コンステレーション形成システム１００は、通信装置９５０を介して、地上設備と衛星、あるいは、衛星同士の通信を行う。
【００２７】
衛星コンステレーション形成プログラムは、プロセッサ９１０に読み込まれ、プロセッサ９１０によって実行される。メモリ９２１には、衛星コンステレーション形成プログラムだけでなく、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）も記憶されている。プロセッサ９１０は、ＯＳを実行しながら、衛星コンステレーション形成プログラムを実行する。衛星コンステレーション形成プログラムおよびＯＳは、補助記憶装置に記憶されていてもよい。補助記憶装置に記憶されている衛星コンステレーション形成プログラムおよびＯＳは、メモリ９２１にロードされ、プロセッサ９１０によって実行される。なお、衛星コンステレーション形成プログラムの一部または全部がＯＳに組み込まれていてもよい。
【００２８】
衛星コンステレーション形成システム１００は、プロセッサ９１０を代替する複数のプロセッサを備えていてもよい。これら複数のプロセッサは、衛星コンステレーション形成プログラムの実行を分担する。それぞれのプロセッサは、プロセッサ９１０と同じように、衛星コンステレーション形成プログラムを実行する装置である。
【００２９】
衛星コンステレーション形成プログラムにより利用、処理または出力されるデータ、情報、信号値および変数値は、メモリ９２１、補助記憶装置９２２、または、プロセッサ９１０内のレジスタあるいはキャッシュメモリに記憶される。
【００３０】
衛星コンステレーション形成部１１０の「部」を「処理」、「手順」あるいは「工程」に読み替えてもよい。また衛星コンステレーション形成処理の「処理」を「プログラム」、「プログラムプロダクト」または「プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記憶媒体」に読み替えてもよい。
衛星コンステレーション形成プログラムは、上記の衛星コンステレーション形成部の「部」を「処理」、「手順」あるいは「工程」に読み替えた各処理、各手順あるいは各工程を、コンピュータに実行させる。また、衛星コンステレーション形成方法は、衛星コンステレーション形成システム１００が衛星コンステレーション形成プログラムを実行することにより行われる方法である。
衛星コンステレーション形成プログラムは、コンピュータ読取可能な記録媒体あるいは記憶媒体に格納されて提供されてもよい。また、衛星コンステレーション形成プログラムは、プログラムプロダクトとして提供されてもよい。
【００３１】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
図７を用いて、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システム１００の動作について説明する。
【００３２】
ステップＳ１０１において、衛星コンステレーション形成システム１００には、衛星コンステレーション２０が備える各軌道面２１の軌道高度が互いに異なるようにパラメータが設定される。
ステップＳ１０２において、衛星コンステレーション形成部１１０は、複数の軌道面の各軌道面２１の軌道高度が互いに異なる衛星コンステレーション２０を形成する。衛星コンステレーション形成部１１０は、予め設定されたパラメータを用いて、各軌道面２１の軌道高度が互いに異なる衛星コンステレーション２０を形成する。一例として、各軌道面２１には、複数の衛星として２０機以上の衛星が飛行していてもよい。また、図４の衛星コンステレーション２０は、一例として、２０面以上の軌道面２１を有していてもよい。
【００３３】
衛星コンステレーション形成部１１０が、複数の軌道面の各軌道面２１が互いに異なる面に存在する衛星コンステレーション２０（図４参照）を形成する場合について、さらに詳しく説明する。上述したように、図４の衛星コンステレーション２０の複数の衛星３０は、地上の地点に対して時分割的に交互に交代しながらサービスを提供する。
【００３４】
異なる軌道高度を飛行させることにより衝突防止をするためには、２物体の寸法形状に加えて、地上で追跡管制する際の位置決定精度を考慮する必要がある。例えば、物体の寸法が１ｍ程度であった場合、正確な位置が把握できているのであれば、３ｍ以上の高度差を保てば衝突を回避できる。しかしながら、位置座標と時刻（ｘ、ｙ、ｚ、ｔ）の４要素に誤差が含まれる場合は衝突する可能性が残る。
【００３５】
衛星コンステレーションの運用事業者であれば、自己保有衛星の任意の時刻における位置決定精度として、１００ｍ程度に維持することはできると考えられる。よって、異なる軌道面の高度差を２００ｍ以上に設定することにより、本実施の形態に係る軌道高度が互いに異なる複数の軌道面２１を有する衛星コンステレーション２０を形成できる。あるいは、余裕を見て、異なる軌道面の高度差を３００ｍ以上に設定することで、本実施の形態に係る軌道高度が互いに異なる複数の軌道面２１を有する衛星コンステレーション２０を形成してもよい。軌道面数が約２０面程度の衛星コンステレーション２０であれば、衛星コンステレーション形成部１１０は、高度差６ｋｍ程度の範囲で衛星コンステレーション２０を構築できる。
【００３６】
一方、衛星位置決定の向上手法を保有しない衛星事業者が、公開情報に基づき衝突を回避する場合には、任意の時刻における位置決定精度は５００ｍから１ｋｍ程度まで劣化することが想定される。このため、異なる軌道面の高度差を２ｋｍ以上に設定することにより、本実施の形態に係る軌道高度が互いに異なる複数の軌道面２１を有する衛星コンステレーション２０を形成できる。あるいは、余裕を見て、異なる軌道面の高度差を３ｋｍ以上に設定することで、本実施の形態に係る軌道高度が互いに異なる複数の軌道面２１を有する衛星コンステレーション２０を形成してもよい。軌道面数が約２０面程度の衛星コンステレーション２０であれば、衛星コンステレーション形成部１１０は、高度差６０ｋｍ程度の範囲で衛星コンステレーション２０を構築できる。
なお、近年ＳＳＡ（Ｓｐａｃｅ  Ｓｉｔｕａｔｉｏｎ  Ａｗａｒｅｎｅｓｓ）と呼ばれる軌道上物体監視技術が着目されている。これにより、スペースフェンス構想と呼ばれる監視精度向上が実現されれば、衛星位置決定の向上手法を保有しない衛星事業者であっても高度差を縮小した衛星コンステレーションを実現可能となる。
【００３７】
次に、衛星コンステレーション形成部１１０が、複数の軌道面の各軌道面２１が同じ面に存在する衛星コンステレーション２０（図３参照）を形成する場合について、さらに詳しく説明する。上述したように、図３の衛星コンステレーション２０の複数の衛星３０は、地上の地点に対して時分割的に交互に交代しながらサービスを提供する。
【００３８】
図３の衛星コンステレーション２０が実現する地球観測サービスでは、通信サービスとは異なり必ずしも常時サービスを継続し続けるニーズがあるわけではない。一方、地球観測サービスでは「撮りたい時にどこでも任意の地点を撮像できる」ことが求められる。このため少なくとも衛星進行方向に直交するクロストラック方向に視野方向を変更する装置を具備した地球観測装置を備えた衛星により衛星コンステレーション２０を構成することが好ましい。このように、衛星が、赤道上空の隣接軌道間距離を包含する視野方向変更機能を具備することで、全球任意の地点を、何時でもどこでも撮像可能となる。個別の固定視野の地球観測装置による衛星コンステレーションと比較して、少ない軌道面数で衛星コンステレーション構築できるという効果があるので、システム構築コストを低減可能となる。
また衛星進行方向に対しても、必ずしも撮像可能視野範囲が網羅される必要はなく、後続衛星ないし、隣接軌道面の衛星が視野方向変更すれば撮像可能な場合は同一軌道面の衛星数を減らすことも可能である。視野変更範囲が地表面換算で２０００ｋｍ程度となれば、１軌道面あたり２機から３機だけで全球を網羅できる可能性もある。
【００３９】
＊＊＊他の構成＊＊＊
本実施の形態では、衛星コンステレーション形成部１１０の機能がソフトウェアで実現される。変形例として、衛星コンステレーション形成部１１０の機能がハードウェアで実現されてもよい。
【００４０】
衛星コンステレーション形成システム１００は、プロセッサ９１０に替えて電子回路を備える。
電子回路は、衛星コンステレーション形成部１１０の機能を実現する専用の電子回路である。
電子回路は、具体的には、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ロジックＩＣ、ＧＡ、ＡＳＩＣ、または、ＦＰＧＡである。ＧＡは、Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙの略語である。ＡＳＩＣは、Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔの略語である。ＦＰＧＡは、Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙの略語である。
衛星コンステレーション形成部１１０の機能は、１つの電子回路で実現されてもよいし、複数の電子回路に分散して実現されてもよい。
別の変形例として、衛星コンステレーション形成部１１０の一部の機能が電子回路で実現され、残りの機能がソフトウェアで実現されてもよい。
【００４１】
プロセッサと電子回路の各々は、プロセッシングサーキットリとも呼ばれる。つまり、衛星コンステレーション形成システム１００において、衛星コンステレーション形成部１１０の機能は、プロセッシングサーキットリにより実現される。
【００４２】
＊＊＊本実施の形態の効果の説明＊＊＊
本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システムでは、地上の特定地点に対して軌道上複数の衛星が時分割的に交互に交代しながらサービス提供する。そして、任意の軌道面では同一高度を飛翔する複数機の衛星が概略等間隔で飛翔する。さらに、互いに軌道高度の異なる複数の軌道面で構成された衛星コンステレーションを形成する。
【００４３】
本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システムでは、同一軌道面において同一高度を飛翔する衛星は相対的に同じ速度で軌道面における相対位相を維持しながら飛行するため衝突することはない。また異なる軌道面においては、２面の交線において衝突する可能性があるものの、異なる軌道高度を飛行する衛星は衝突することがない。このように、異なる軌道面においてそれぞれ軌道高度が異なっていれば、衛星コンステレーションの全ての衛星について衝突リスクが回避できるという効果がある。
なお、本実施の形態に係る衛星コンステレーションと同様に、同一軌道面を飛行して異なる軌道高度を飛行する衛星同士が衝突しないことは、異なる衛星コンステレーションの間でも同様である。よって、本実施の形態に係る基本概念は、複数衛星コンステレーションの衝突回避にも効果がある。近年混雑する宇宙空間における国際的なルール作りの必要性が訴求されているＳＴＭにおいて、複数の衛星コンステレーションが共存して衝突回避するための方式を提供できるという効果がある。すなわち、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システムによれば、数千機におよぶような膨大な数の衛星が近傍高度に密集している場合でも、衛星の衝突を回避することができるという効果がある。
【００４４】
実施の形態２．
本実施の形態では、主に、実施の形態１との相違点あるいは追加点について説明する。なお、実施の形態１と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
【００４５】
本実施の形態では、衛星コンステレーション形成部１１０が、複数の軌道面における隣接する軌道面の相対高度差が正弦波状となる衛星コンステレーション２０を形成する態様について説明する。
【００４６】
図８は、本実施の形態に係る複数の軌道面の相対高度差を表す図である。
図８では、１７個の軌道面を有する衛星コンステレーション２０における各軌道面の相対高度差を表している。縦軸は、軌道面１の高度が高く、降順で高度が低くなることを表しており、距離を示すものではない。図８では、軌道面１を基準とした場合に、隣接する軌道面１と軌道面２との軌道高度の差、軌道面２と軌道面３との軌道高度の差、というようにプロットしていくと、正弦波状となることを示している。
【００４７】
隣接する軌道面の高度が著しく異なると、衛星間通信によるハンドオーバーの距離が遠方になり、かつ、通信用アンテナを相互に見合うための駆動角度範囲も広くなり、デメリットとなる。これに対して、本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０によれば、隣接する軌道間の高度差を限定しているので、相対差が徐々に変化する。よって、近傍衛星とのミッション連携に資するハンドオーバーが容易になる。
【００４８】
また、地球観測衛星では、例えば光学センサの画像品質が衛星高度に依存するため、隣接する軌道間の高度差が小さいことにより、画像シーン間の不整合のない高品質の画像が得られるという効果がある。
地表面の画像を取得し、赤道上空の隣接軌道距離よりも広域の撮像が可能な光学センサを搭載した衛星コンステレーションによれば、全球をくまなく画像取得可能となる。光学センサの分解能と観測幅は軌道高度に依存するので、同じ仕様の光学センサを採用する衛星コンステレーションの場合、軌道高度の最も低い条件で撮像する場合が最も高分解能で、観測幅は最小となる。したがって、赤道上空で軌道高度が最低の条件における光学センサの観測幅が、隣接軌道間距離よりも大きければ、赤道上空を含めて網羅的に地表面の撮像が可能となる。
【００４９】
隣接軌道の高度が著しく異なると、画像のつなぎ目で分解能相違の伴う不連続性が顕在化しやすい。しかし、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システムでは、隣接軌道間の高度差を限定しているので、画像のつなぎ目が目立たず画像品質のよい全球画像データが取得できるという効果がある。また、衛星高度の差が大きいほど、対地サービス領域の相対移動速度が速くなる特徴がある。このため、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システムでは、隣接サービス領域の相対移動量を最小限にできるので、通信におけるハンドオーバーと呼ばれる後続衛星へのデータ引き継ぎが容易になり、エラーを抑制しやすいという効果がある。
【００５０】
実施の形態３．
本実施の形態では、主に、実施の形態１および２との相違点あるいは追加点について説明する。なお、実施の形態１および２と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
【００５１】
本実施の形態では、衛星コンステレーション形成部１１０が、衛星１機当たりの対地サービス範囲の半径が赤道上空における隣接軌道間距離の略√２／２以上となる衛星コンステレーション２０を形成する。具体的には、この衛星コンステレーション２０において、軌道高度が最も低い軌道面の衛星１機当たりの対地サービス範囲の半径が、赤道上空における隣接軌道間距離の略√２／２ないしそれ以上のカバレッジを確保している。
【００５２】
図９は、比較例の対地サービス範囲を示す図である。
衛星の相対位置が最適の状態では、対地サービス範囲の半径として、赤道上空隣接軌道間距離と同等に確保すれば、サービス範囲が全球を網羅可能となる。また、全ての軌道面において衛星高度が同じであればサービス領域も相対関係を維持するので、常に全球網羅したサービス継続が可能である。しかし、軌道高度が異なる軌道面においては、衛星進行速度が衛星高度に応じて相違があるために、衛星の相対位置が最適の状態で網羅的に確保されたサービス領域が、相対的に移動することにより空隙Ｐ、つまりサービスできない領域が生じる可能性がある。
【００５３】
図９では、３つの軌道面の対地サービス範囲が表されている。また、対地サービス範囲の半径ｒａが赤道上空隣接軌道間距離Ｒａの１／２である。この場合、図９に示すように、真ん中の軌道面の対地サービス範囲が４５度前方にずれると、サービスできない領域（空隙）が生じてしまう。
【００５４】
図１０は、本実施の形態に係る対地サービス範囲を示す図である。
図１０では、対地サービス範囲の半径ｒｂが赤道上空隣接軌道間距離Ｒｂの√２／２である。この場合、図１０に示すように、各軌道面の対地サービス範囲が４５度ずつずれた場合でも、サービスできない領域（空隙）は生じない。
【００５５】
以上のように、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システムによれば、衛星相対配置が最悪の状態、すなわち隣接軌道のサービス領域が略４５度前方に位置するときでも、サービス領域の空隙が生じない。よって、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システムによれば、隣接軌道のサービス領域が衛星進行方向に相対的に移動しても、間断なく全球網羅的にサービス継続できるという効果がある。
【００５６】
実施の形態４．
本実施の形態では、主に、実施の形態１から３との相違点あるいは追加点について説明する。なお、実施の形態１から３と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
【００５７】
本実施の形態では、衛星コンステレーション形成部１１０は、複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が、太陽同期軌道の条件を満たす衛星コンステレーション２０を形成する態様について説明する。また、衛星コンステレーション形成部１１０は、複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が、太陽同期準回帰軌道のみで構成されている衛星コンステレーション２０を形成する態様について説明する。
【００５８】
図１１は、本実施の形態に係る太陽同期軌道の条件を満たす軌道面を示す図である。
地球観測衛星の光学衛星では、太陽光入射角がほぼ同一の条件で観測を継続することが望ましい。このため、太陽同期衛星と呼ばれる衛星の軌道が多用される。太陽同期衛星の軌道は、地球の公転と同期して軌道面が１年で１周回転する軌道面法線と太陽方向の角度が概ね一定である。また、太陽同期衛星の軌道は、地球の地方時ＬＳＴ（Ｌｏｃａｌ  Ｓｕｎ  Ｔｉｍｅ）が年間を通して同じになる軌道である。
太陽同期軌道の条件が成立する軌道高度は間欠的に存在する。本実施の形態では、太陽同期軌道の条件に適合する軌道高度だけで軌道面を構成した衛星コンステレーション２０が形成される。このような衛星コンステレーション２０であれば、それぞれの軌道面が所望のＬＳＴでのサービスを継続し、かつ衝突リスクのない衛星コンステレーションが実現可能になる。
【００５９】
光学センサは、太陽光入射角に依存して画像の明るさおよびＳ／Ｎ特性が変化する。このため、太陽同期軌道により、軌道面に対する太陽光入射角一定の条件で継続的に地球観測サービスを提供することが多い。さらに、ＬＳＴ１０：００から１１：００の軌道面は、十分な光量を確保でき、海面の直接反射もないことから多用される。しかしながら、ＬＳＴ１０：３０近傍の衛星群だけでは、「いつでも、どこでも」撮像できるわけではない。そこで、ＬＳＴの異なる軌道面の衛星群を組み合わせることにより、撮像頻度を向上させることが効果的である。
【００６０】
例えば、ＬＳＴ１０：３０に加えてＬＳＴ９：００、および、ＬＳＴ１２：００の軌道面を追加する。この場合、概ね９０分毎に撮像できる可能性があり、低軌道衛星が地球を１周回するのに要する時間が約９０から１００分とすれば、次周回の撮像機会も含めて任意の地点の撮像頻度を向上できる効果がある。さらに、同一軌道面の衛星数が増えれば、面的に網羅することも可能となり、同様の考え方でＬＳＴを均等配置していけば、原理的に「いつでも、どこでも」撮像可能となる。
なお、可視画像のみ撮像可能な光学センサの場合は夜間は撮像できないが、赤外センサあるいは電波センサであれば、夜間を通含めていつでも撮像が可能となる。
【００６１】
地表面の画像を取得し、赤道上空の隣接軌道距離よりも広域の撮像が可能な光学センサを搭載した衛星コンステレーションによれば、全球をくまなく画像取得可能となる。光学センサの分解能と観測幅は軌道高度に依存するので、同じ仕様の光学センサを採用する衛星コンステレーションの場合、軌道高度の最も低い条件で撮像する場合が最も高分解能で、観測幅は最小となる。したがって、赤道上空で軌道高度が最低の条件における光学センサの観測幅が、隣接軌道間距離よりも大きければ、赤道上空を含めて網羅的に地表面の撮像が可能となる。また、隣接軌道の高度が著しく異なると、画像のつなぎ目で分解能相違の伴う不連続性が顕在化しやすい。しかし、本実施の形態においても、実施の形態２に係る衛星コンステレーションを採用することにより、隣接軌道間の高度差を限定し、画像のつなぎ目が目立たず画像品質のよい全球画像データが取得できるという効果がある。
【００６２】
＊＊＊本実施の形態の変形例＊＊＊
本実施の形態の変形例として、衛星コンステレーション形成部１１０は、複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が、太陽同期準回帰軌道のみで構成されている衛星コンステレーション２０を形成する態様について説明する。
【００６３】
太陽同期準回帰軌道は、衛星軌道の地上投影線が複数周回後に再訪する軌道であり、地球観測衛星で多用される。太陽同期準回帰軌道の条件に適合する軌道高度は太陽同期軌道に適合する軌道高度の部分集合である。
複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が太陽同期準回帰軌道のみで構成されている衛星コンステレーション２０によれば、地球観測衛星で同一地点を長期に渡り繰り返し定常観測するための運用計画、撮像計画、およびデータ処理が容易になる。しかも、衝突リスクのない衛星コンステレーションが実現できるという効果がある。
【００６４】
回帰日数にこだわらない場合、太陽同期準回帰軌道の軌道高度は、例えば約５４０ｋｍ（１５日回帰）、約５３９ｋｍ（１４日回帰）、約５３７ｋｍ（１３日回帰）、約５３５ｋｍ（１２日回帰）、約５３３ｋｍ（１１日回帰）、約５３０ｋｍ（１０日回帰）といった軌道高度で構成できる。この軌道面６面で、高度差は最大でも約１０ｋｍの範囲で衛星コンステレーション２０が実現できる。
また、例えば、１３日回帰の軌道のみで構成する場合、約５３７ｋｍ、約５１４ｋｍ、約４９１ｋｍ、約４６７ｋｍ、４４５ｋｍ、約４２２ｋｍで構成すれば、軌道面６面で、高度差は最大でも約１１５ｋｍの範囲で衛星コンステレーション２０が実現できる。
【００６５】
実施の形態５．
本実施の形態では、主に、実施の形態１との相違点あるいは追加点について説明する。なお、実施の形態１と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
【００６６】
図１２は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システム１００により形成される衛星コンステレーション２０の例を示す図である。
本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０は、衛星群３００により構成される。また、衛星コンステレーション２０では、衛星群３００が連携してサービスを提供する。また、衛星コンステレーション２０は、各軌道面２１に複数の衛星３０が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面２１を有する。
また、本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０は、複数の軌道面の各軌道面２１の軌道高度が同じであり、かつ、複数の軌道面の各軌道面２１が互いに異なる面に存在する。
【００６７】
図１２に示す衛星コンステレーション２０では、複数の軌道面の各軌道面２１の軌道傾斜角が約９０度であり、かつ、複数の軌道面の各軌道面２１が互いに異なる面に存在する。したがって、図１２に示す衛星コンステレーション２０は、極域において複数の軌道面２１が交差する。
【００６８】
図１３および図１４は、衛星コンステレーションにおける衝突の条件の一例を示す模式図である。
同一軌道面において同一高度を飛翔する衛星は相対的に同じ速度で軌道面における相対位相を維持しながら飛行するため衝突することはない。しかしながら、異なる軌道面において、同じ軌道高度を飛行する衛星同士は、図１３および図１４に示すように、軌道面の交線上で軌道高度の一致する交点において衝突する可能性がある。特に、図１４に示すように、軌道高度１００ｋｍから２０００ｋｍ程度を飛翔する低軌道周回衛星で軌道傾斜角が約９０度の衛星では極域付近に交点が存在するため、北極と南極の極域近傍において衝突リスクがある。
【００６９】
しかしながら、衛星の交点通過タイミングが常にずれていれば、２物体が衝突することがない。衛星コンステレーション形成部１１０は、２物体が衝突することがない衛星コンステレーション２０を形成する。具体的には、互いに異なる軌道面同士の交点を双方の軌道面を飛行する衛星が通過する時刻が、同一軌道面において「次衛星が飛来するまでの待ち時間Ｔ１／軌道面数」の倍数となっており、かつ、いかなる２面の軌道面の交点においても衛星通過時刻が一致しない衛星コンステレーション２０を形成する。
【００７０】
図１２に示す衛星コンステレーション２０は、軌道傾斜角が約９０度であり、互いに異なる複数の軌道面を有する。この衛星コンステレーション２０では、全ての軌道面の全ての衛星が極域近傍を通過する。そこで、衛星コンステレーション形成部１１０は、衛星の極域通過時刻を同一軌道面において「次衛星が飛来するまでの待ち時間Ｔ１／軌道面数」の間隔で飛行させ、複数の軌道面において互いに衛星の極域通過時刻をずらしている。
具体的には、低軌道周回衛星が１周回に要する時間が約１００分程度として、仮に軌道面当たり２０機の衛星が飛行する場合、特定地点を衛星が通過してから、後続衛星が飛来するまで約５分かかることになる。仮に軌道面が２０面あったとすれば、３００秒を略等間隔に分割した１５秒ずつずらすことで、本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０を実現できる。
【００７１】
本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システム１００により形成された衛星コンステレーション２０では、同一軌道面の複数衛星が同一高度を同期して飛行しており、異なる軌道面の衛星同士も軌道高度が一致して同じ衛星速度を保っている。よって、全ての軌道面においてそれぞれの軌道面の衛星同士が異なるタイミングで交点を通過するように初期設定すれば、相対タイミングが常に維持されるので、全ての軌道面の任意の２衛星について衝突リスクを回避できるという効果がある。
【００７２】
なお、本実施の形態では、後続する衛星が飛来するまでの待ち時間を軌道面数で均等配置するタイミングの例を示した。しかし、互いに極域通過タイミングをずらす間隔の選び方と、軌道面の順番の選び方は多様に存在する。
【００７３】
実施の形態６．
本実施の形態では、主に、実施の形態５との相違点あるいは追加点について説明する。なお、実施の形態５と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
【００７４】
図１５および図２４は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システム１００により形成される衛星コンステレーション２０の例を示す図である。
図１５および図２４に示す衛星コンステレーション２０では、複数の軌道面の各軌道面２１の軌道傾斜角が約９０度ではなく、かつ、複数の軌道面の各軌道面２１が互いに異なる面に存在する。この衛星コンステレーション２０では、任意の２つの軌道面が極域以外の地点で交差する。そこで、衛星コンステレーション形成部１１０は、互いに異なる軌道面同士の交点を双方の軌道面の衛星が通過する時刻が、同一軌道面の「次衛星が飛来するまでの待ち時間Ｔ１／軌道面数」の倍数であり、かつ、いかなる２面の軌道面の交点においても衛星通過時刻が一致しないように衛星コンステレーション２０を形成する。
【００７５】
図１５および図２４に示すように、軌道傾斜角が９０度よりも傾斜している複数の軌道面の交点は軌道傾斜角に応じて極域から離れていく。また、軌道面の組合せによって赤道近傍を含む多様な位置で交点が存在する可能性がある。このため、実施の形態５の衛星コンステレーションに比べ、衝突の発生する可能性のある場所が多様化する。ただし、交点の数が増えるわけではないので、衝突確率が場所の多様化に応じて増加するわけではない。同一軌道面を多数の衛星が同期して飛行する場合に、特定の２軌道面間の衝突を回避するために、特定の交点において２軌道面の衛星通過タイミングをずらせば、この２軌道の衛星同士が衝突することがない。しかし、後続衛星が別の軌道面の衛星と衝突するリスクが残ることに留意を要する。任意の軌道面間に対して総当たりで交点通過タイミングが一致しないことを確認する必要があり、タイミング調整で解決できない場合は、軌道面か、一軌道面の衛星数のどちらかを変更する必要がある。なお、すべての交点で衝突しないことが確認できれば、その後は全ての軌道面内、および軌道面間の衛星が同期運用することになるので、衝突リスクが回避できるという効果がある。
【００７６】
なお、本実施の形態では、後続する衛星が飛来するまでの待ち時間を軌道面数で均等配置するタイミングの例を示した。しかし、互いに極域通過タイミングをずらす間隔の選び方と、軌道面の順番の選び方は多様に存在する。
【００７７】
ここで、具体例として、軌道傾斜角約９８度、軌道周期約９８分の太陽同期準回帰軌道が採用されている地球観測衛星の例について説明する。この軌道を採用して多数機衛星コンステレーションを構築した場合、軌道傾斜角が約９８度と傾いているため、極域で全軌道面が会合することはない。しかし、異なる２軌道面間では必ず交線が存在し、同一高度で交点が存在するので、衝突リスクは依然存在する。さらに、異なる２軌道面間の全ての組合せにおいて衝突リスクが存在するため、本実施の形態では、任意の２面間における交点において、衛星通過タイミングをずらすことにより衝突を回避する。
さらに、軌道傾斜角が約４５度程度を飛行する地球観測衛星も存在しており、この軌道では太陽非同期衛星となる。低軌道傾斜角の場合は異なる２軌道面の交点が低緯度側に存在し、しかも複数の緯度で交点が発生する可能性が生じる。軌道面数と１軌道面を飛行する衛星数の組合せ如何では、衝突を必ず回避できるとは限らない。よって、本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０では、全ての２軌道面の交点において衝突が発生しない軌道面数と１軌道面当たりの衛星数の組合せを見出し、その後各交点における通過タイミングを維持することにより衝突を回避する。
衛星数が極端に増加した場合は、総当たりの衝突回避計算が煩雑になるため、異なる軌道面により構成する実施の形態１を採用してもよい。
【００７８】
実施の形態７．
本実施の形態では、主に、実施の形態５との相違点あるいは追加点について説明する。なお、実施の形態５と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
【００７９】
本実施の形態では、複数の軌道面が極域で交差する図１４の衛星コンステレーション２０の場合の衛星の待ち時間のずらし方の態様について説明する。本実施の形態では、複数の軌道面が並ぶ順番に番号を付けた場合に、奇数の軌道面と偶数の軌道面で極通過タイミングの後続衛星が飛来するまでの待ち時間の約半分ずつずらす。このように衛星コンステレーション２０を形成することにより、地上サービス範囲が隣接する奇数面と偶数面の間で交互の配置となるので、地表サービス範囲を合理的に網羅できるという効果がある。
【００８０】
図１６は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０による地表サービス範囲を示す図である。
図１６は、軌道面数が１８面であって、相対的に１０度ずつ軌道面の角度が変わる事例を示している。極通過タイミングとして、後続衛星が飛来するまでの待ち時間を１８等分し、奇数面ではタイミング１から順に、偶数面ではタイミング１０から順にずらして通過させていくと、結果的に地上サービス範囲は偶数面と奇数面で交互に間を埋める状態となるので、地表面を網羅的に包含できるという効果がある。
【００８１】
図１７は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０において、軌道面数が偶数の場合の極通過タイミングを表す図である。
図１８は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０において、軌道面数が奇数の場合の極通過タイミングを表す図である。
図１７および図１８に示すように、本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０では、軌道面数が奇数であることが好ましい。図１７の例では、１８面の隣に来る１面のサービス領域が隣り合ってしまって全球網羅する上で不整合を生じる可能性がある。そこで図１８のように、軌道面数を奇数にすることにより、最終面と１面の地上サービス範囲が他と同様に交互に配置されるので、合理的に全球網羅できるという効果がある。
【００８２】
実施の形態８．
本実施の形態では、主に、実施の形態１から７に追加する点について説明する。なお、実施の形態１から７と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
【００８３】
本実施の形態では、衛星が衝突を回避しながらデオービット（軌道離脱）することができるデブリ除去方式のバリエーションについて説明する。
【００８４】
図１９は、自由落下によるデオービットの概念を示す図である。
図２０は、衛星コンステレーション２０の上空の衛星がデオービットする際の衝突リスクを示す図である。
【００８５】
＜デブリ除去方式の例１＞
本実施の形態に係る例１のデブリ除去方式は、故障などにより制御不能となった故障衛星が降下して、衛星の密集する軌道面を経由する前に、故障衛星の軌道面を変更するための捕獲装置または外力付与装置と、故障衛星を推進する推進装置とを備える。
【００８６】
ＬＳＴ１０：００からＬＳＴ１１：００程度の太陽同期準回帰軌道は、太陽光入射角と軌道面の関係が地球観測用光学センサの撮像に好適であり、地球観測光学衛星が多数飛行する密集軌道面となっている。軌道高度は高分解能撮像に好適で、大気抵抗の少ない５００ｋｍ以上１０００ｋｍ以下程度に集中している。しかし、超低高度衛星など軌道高度２００ｋｍ程度を飛行する例もある。
【００８７】
実施の形態１から実施の形態７で説明した衛星コンステレーション２０を構成する衛星が、故障して制御不能となる場合がある。このとき、この故障衛星が、軌道高度１０００ｋｍから２０００ｋｍといった高高度から自由落下して地球の大気圏に突入して消滅するまでの図１９に示すプロセスにおいて、軌道高度を変化させながら密集軌道面を通過する。その際、図２０に示すように、故障衛星が、複数の軌道高度の衛星群と会合する可能性があるため衝突するリスクが高い。そこで、本実施の形態に係るデブリ除去方式により、予め密集軌道を通過しないよう軌道面を変更すれば、当該密集軌道の衝突を回避できるという効果がある。
【００８８】
図２１は、衛星の増速と減速による軌道高度の変化を示す図である。
図２２は、推進装置の噴射による軌道傾斜角の変更を示す図である。
デブリ除去方式の具体例としては、他衛星を捕獲する捕獲装置と、他衛星に推進力を与える推進装置とを備えたデブリ回収衛星により故障衛星を捕獲し、推進装置により人為的に軌道を変更する方式が有効である。
衛星進行方向に対して増速すれば一時的に軌道高度が上昇するので、密集軌道とは異なる周期で軌道面が摂動の効果により地球の略地軸周りに回転し、密集軌道面を回避することが可能となる。衛星進行方向に対して減速すれば一時的に軌道高度が下降して、密集軌道とは異なる周期で軌道面が摂動の効果により地球の略地軸周りに回転し、密集軌道面を回避することが可能となる。故障衛星が密集軌道を通過することを予測されるまでの時間的猶予に応じて、密集軌道と会合する前に降下させるか、密集軌道を通り過ぎた後に降下させるか、衝突回避方式を選択可能である。よって、確実に衝突を回避できるという効果がある。但し摂動による方法では滞留時間が長いというデメリットもあるため、積極的に推進装置を噴射して面外方向に軌道面を回転させる方式もありうる。この場合は推薬消費量の多いので、推進系タンクを含めてデブリ除去方式が大型化する。
【００８９】
なお、自衛星の回収は所謂協力的ターゲットの回収に相当する。よって、デブリ回収衛星は、予めデブリ除去方式に適合するアタッチメントを具備して捕獲を容易にすることが有効である。また、デブリ回収衛星は、自衛星あるいは捕獲用ターゲットの位置を知らせる情報を発信して、自衛星が接近あるいは接合しやすくする方法が有効である。ただし、制御能力を喪失して回転しているといった場合は例外となる。
【００９０】
＜デブリ除去方式の例２＞
本実施の形態に係る例２のデブリ除去方式は、楕円軌道を描きながら高度１００ｋｍから２０００ｋｍ程度を浮遊する物体が衛星コンステレーションを構成する軌道面を経由する前に、当該物体の軌道面を変更するための捕獲装置または外力付与装置と、当該物体に推進力を与える推進装置とを具備する。なお、外力付与装置は、「力」のみならず「トルク」、あるいは、合体することに伴う「質量特性変化」まで「外力」に含む場合がある。外力付与装置は、外乱付与装置ともいう。
【００９１】
ＳＴＭにおいて障害物除去が課題となっている。楕円軌道を描いて飛行する物体の軌道面が、特定軌道高度の略円軌道上で衛星が多数飛行する軌道面一致して同一面を飛行すると衝突リスクが非常に高くなる。本実施の形態に係る例２のデブリ除去方式によれば、衝突リスクの高い障害物を安全に除去できるという効果がある。
【００９２】
デブリ除去方式の具体例は＜デブリ除去方式の例１＞と同様である。＜デブリ除去方式の例１＞では自衛星を捕獲するため、所謂協力的ターゲットとして、捕獲しやすいアタッチメントなどを予め具備することが可能である。しかし、自衛星以外の浮遊物体の場合は所謂非協力的ターゲットであり、形状が複雑な物体、回転している物体、重量の大きな物体、あるいは捕獲可能な適切な構造を持たない物体といった捕獲が難しい物体である。このため、具備すべき捕獲装置が高度化されている必要がある。具体例として、ロボットによる把持する方法、捕獲網状の装置で対象を覆いこむ方法、および、ワイヤー付きのもり状の棒材を突き刺して引っ張る方法といった方法が実現可能である。
【００９３】
実施の形態９．
本実施の形態では、主に、実施の形態１から８との相違点あるいは追加点について説明する。なお、実施の形態１から８と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
【００９４】
本実施の形態では、実施の形態１から７に記載の衛星コンステレーション形成システムにより構築される衛星コンステレーションに、実施の形態８のデブリ除去方式の例１または例２に記載のデブリ除去方式を適用した衛星コンステレーション構築方式のバリエーションについて説明する。
【００９５】
＜衛星コンステレーション構築方式の例１＞
本実施の形態に係る衛星コンステレーション構築方式の例１では、衛星コンステレーション２０を構成する構成要素の軌道面の近傍の異なる軌道面であって、近傍軌道面の衛星が飛行する軌道高度とは異なる軌道高度に軌道投入する。そして、衛星コンステレーション構築方式の例１では、増速ないし減速して軌道高度と軌道面の地球地軸周りの角度を変更して構成衛星を追加する。
【００９６】
衛星を順番に打ち上げて所定の衛星コンステレーションを構築する途中経過において、多数機投入後の軌道面に追加衛星を投入するプロセスでは衝突リスクが高い。本実施の形態に係る衛星コンステレーション構築方式の例１では、投入済の衛星の軌道面若干角度をずらした軌道に投入することで打上げ時の衝突リスクを格段に減じることが可能となる。更に投入済の衛星高度と一致しない衛星高度から徐々に所望の軌道に接近することにより、過渡段階の衝突リスクを減じることが可能となる。
【００９７】
＜衛星コンステレーション構築方式の例２＞
本実施の形態に係る衛星コンステレーション構築方式の例２では、他国システムあるいは類似システムが採用する軌道上、軌道高度、飛行する衛星数などの情報を予め収集したデータベースを具備する。本実施の形態に係る衛星コンステレーション構築方式の例２では、既存の衛星の飛行する軌道面とは異なり、かつ構成要素の軌道面の近傍の異なる軌道面であって、近傍軌道面の衛星が飛行する軌道高度とは異なる軌道高度に軌道投入する。本実施の形態に係る衛星コンステレーション構築方式の例２では、増速ないし減速して軌道高度と軌道面の地球地軸周りの角度を変更して構成衛星を追加する。
【００９８】
本実施の形態に係る衛星コンステレーション構築方式の例２によれば、衛星コンステレーションが複数構築され、宇宙空間全体が混雑する環境下において、衝突リスクなく衛星コンステレーションを構築できるという効果がある。
【００９９】
また、衛星コンステレーション構築方式の例１では、自衛星の軌道および位置のデータ処理装置を地上に具備する。
また、衛星コンステレーション構築方式の例２では、宇宙空間の飛行物体の軌道および位置のデータ処理装置を地上に具備する。
【０１００】
実施の形態１０．
本実施の形態では、主に、実施の形態１から９に追加する点について説明する。なお、実施の形態１から９と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
【０１０１】
本実施の形態では、衛星コンステレーション２０を構成する衛星３０であって、設計寿命末期を迎えた衛星３０に軌道制御コマンド５１を送信する地上設備５００のバリエーションについて説明する。軌道制御コマンド５１は、上記衛星３０の具備する推進装置を動作させることにより、衛星３０をデオービットさせるコマンドである。
【０１０２】
＜地上設備５００の例１＞
図２３は、本実施の形態に係る地上設備５００の例１の構成を示す図である。
地上設備５００の例１の構成は実施の形態１０と同様である。
【０１０３】
通信装置９５０は、衛星コンステレーション２０を構成する衛星３０を追跡管制運用する信号を送受する。
軌道制御コマンド送信部５１０は、設計寿命末期を迎えたなどのデオービットさせる衛星３０に、軌道制御コマンド５１を送信する。
解析予測部５２０は、軌道離脱用コマンド受信後の衛星３０の通過軌道を解析予測する。
【０１０４】
具体例として、解析予測部５２０が、太陽同期軌道における混雑軌道のＬＳＴ１０：３０近傍の軌道面を軌道高度５００ｋｍから８００ｋｍで衛星３０が通過すると判定した場合について説明する。このとき、軌道制御コマンド送信部５１０は、混雑軌道通過タイミングあるいは軌道面をずらして、衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する軌道制御コマンド５１を衛星３０に送信する。衛星３０は、軌道制御コマンド５１を受信すると、衛星３０の具備する軌道制御装置により、衛星速度の増速、ないし減速による軌道高度の上昇、ないし下降を実施する。あるいは、衛星３０は、衛星進行方向と概略直交する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をする。このようにして、衛星３０は、混雑軌道通過タイミング、ないし軌道面をずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する。
【０１０５】
メガコンステレーション構築に当たり、宇宙空間のデブリ総量が無制限に増加しない対策として、ＰＭＤ（Ｐｏｓｔ−Ｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｏｓａｌ）を義務づけて、例えば９９％以上の衛星を軌道上からデオービットすることの必要性が議論されている。また寿命末期において衛星が健全である確率を考慮すべきことから、寿命末期あるいは故障により機能喪失して自律的にデオービットできない衛星を外的手法によりデオービットするＡＤＲ（Ａｃｔｉｖｅ  Ｄｅｂｒｉｓ  Ｒｅｍｏｖａｌ）の必要性も議論されている。
しかしながらＰＭＤあるいはＡＤＲでは、自由落下させて大気圏で燃え尽きる手法の必要性に訴求しているだけであって、落下途中で混雑軌道を通過する場合の回避策を有していない。また、静止軌道衛星では、デブリ衝突のリスクが予見された場合に、デブリの予測軌道情報を衝突警報と共に公表して、被衝突側衛星が衝突回避行動をとる事例がある。しかし、低軌道周回衛星において、別の衛星コンステレーションが構築されている場合、被衝突側衛星の回避行動が２次的衝突原因となるリスクが高い。すなわち、縦列駐車状態の前後衛星への衝突、同一面内で異なる高度の衛星群への衝突などのリスクである。
また、当該エリアに短期間に多数の被衝突側衛星が通過する可能性が高く、複数衛星が同時に回避行動をとった場合に、近傍衛星の挙動予測が困難となり、派生的な衝突リスクが発生する。
また、回避行動の結果として、軌道高度、軌道面内位相のみならず、軌道面の回転に伴うＬＳＴの移動が発生し、復帰困難、ないし衛星コンステレーションが目的とするサービス継続に支障を来すリスクがある。
さらに、回避機能を持たない実験衛星であるＣｕｂｅＳａｔといった衛星が多数飛翔している場合がある。
また、自由落下に伴う軌道予測精度が悪い場合に、衝突警報を出すべきエリアと時間帯が広域かつ長時間となり、被衝突衛星側に頻繁に衝突警報が発せられ、対応不能になるという場合がある。
【０１０６】
本実施の形態に係る地上設備５００の例１によれば、デオービットによる高度低下途中においても、落下途中の軌道制御が可能となるので、混雑軌道の通過を回避でき、衝突を回避できるという効果がある。また、被衝突側衛星が回避行動をとらなくても衝突を回避できるという効果がある。
【０１０７】
＜地上設備５００の例２＞
本実施の形態の地上設備５００の例２では、デブリ回収衛星３１に、軌道制御機能を喪失した故障衛星をデオービットさせる捕獲コマンド５２と軌道制御コマンド５１を、デブリ回収衛星３１に対して送信する。デブリ回収衛星３１は、例えば、故障により軌道制御機能を喪失した衛星を回収する装置を具備する衛星である。デブリ回収衛星３１は、故障衛星を捕獲する捕獲装置と推進装置とを備える。
【０１０８】
地上設備５００の例２は、故障衛星を、上記デブリ回収衛星の具備する捕獲装置と推進装置とを動作させることにより、デオービットさせる捕獲コマンド５２と軌道制御コマンド５１をデブリ回収衛星３１に対して送信する。
通信装置９５０は、デブリ回収衛星を追跡管制運用する信号を送受する。
軌道制御コマンド送信部５１０は、軌道制御コマンド５１あるいは捕獲コマンド５２を送信する。
解析予測部５２０は、故障衛星を捕獲した状態のデブリ回収衛星の通過軌道を解析予測する。
【０１０９】
具体例として、解析予測部５２０が、太陽同期軌道における混雑軌道のＬＳＴ１０：３０近傍の軌道面を軌道高度５００ｋｍから８００ｋｍでデブリ回収衛星３１が通過すると判明した場合について説明する。このとき、軌道制御コマンド送信部５１０は、混雑軌道通過タイミングあるいは軌道面をずらして、衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する軌道制御コマンド５１をデブリ回収衛星３１に送信する。デブリ回収衛星３１は、軌道制御コマンド５１を受信すると、衛星３０の具備する軌道制御装置により、衛星速度の増速、ないし減速による軌道高度の上昇、ないし下降を実施する。あるいは、衛星３０は、衛星進行方向と概略直交する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をする。このようにして、デブリ回収衛星３１は、混雑軌道通過タイミング、ないし軌道面をずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する。
【０１１０】
本実施の形態に係る地上設備５００の例２によれば、予め、衛星コンステレーションの構成衛星がデブリ回収衛星の捕獲用アタッチメントといった設備を具備している。よって、本実施の形態に係る地上設備５００の例２は、衛星コンステレーションの構成衛星の回収において有効である。
【０１１１】
＜地上設備５００の例３＞
本実施の形態に係る地上設備５００の例３では、通信装置９５０は、軌道高度８００ｋｍ以上の混雑軌道よりも上空を飛翔するロケットの残骸を回収する装置を具備するデブリ回収衛星を追跡管制運用する信号を送受する。
軌道制御コマンド送信部５１０は、ロケットの残骸を、デブリ回収衛星の具備する捕獲装置と推進装置を動作させることにより、軌道離脱させる捕獲コマンドと軌道制御コマンドをデブリ回収衛星に対して送信する。
解析予測部５２０は、ロケットの残骸を捕獲した状態のデブリ回収衛星の通過軌道を解析予測する。
【０１１２】
具体例として、解析予測部５２０が、太陽同期軌道における混雑軌道のＬＳＴ１０：３０近傍の軌道面を軌道高度５００ｋｍから８００ｋｍで通過すると判明した場合について説明する。
本実施の形態に係る地上設備５００の例３では、上記衛星の具備する軌道制御装置により、衛星速度の増速、ないし減速による軌道高度の上昇、ないし下降、あるいは衛星進行方向と概略直交する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をする。そして、本実施の形態に係る地上設備５００の例３では、混雑軌道通過タイミング、ないし軌道面をずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する。
【０１１３】
ロケットの残骸は通常デブリ回収衛星の捕獲用アタッチメントを具備せず、軌道上で回転するなど捕獲が難しいため、地上設備５００の例２よりも技術難度が高い。本実施の形態に係る地上設備５００の例３によれば、捕獲装置としては投網のようにネット状物体で包み込む方式、ワイヤー付きのもり状の棒材を突き刺して引っ張る方式、あるいは捕獲対象の外表皮に粘着性物質あるいは接着材により密着する方式などが可能である。また、捕獲用アタッチメントを具備する衛星コンステレーション構成要素衛星のデオービットであっても、姿勢制御せず自由落下させた場合は姿勢が不定となるためデブリ回収衛星が捕獲用アタッチメントに容易にアクセスできない可能性が高い。このような場合に、本実施の形態に係る地上設備５００の例３の捕獲装置が有効となる。
【０１１４】
＜地上設備５００の例４＞
ここでは、地上設備５００の例１から例３で説明したように、衛星の軌道離脱あるいはデブリ回収による軌道離脱をする降下途中において、解析予測部５２０が、低高度に構築された別の衛星コンステレーションの極域密集域を通過すると判明した場合について説明する。
地上設備５００の例４では、当該衛星コンステレーションとは異なる軌道傾斜角となるよう衛星進行方向と概略直交する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をする。これにより、地上設備５００の例４では、混雑軌道とは軌道面の傾きを変更するか、または通過タイミングをずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する。
【０１１５】
地上設備５００の例１から例３では、ＬＳＴ１０：３０近傍の混雑軌道回避をカバーするだけでなく、極域密集域通過の場合の衝突も回避することができる。
【０１１６】
ここで、本実施の形態に係る効果について、さらに説明する。
低軌道衛星のデオービットは衛星進行方向と逆方向に推進器を動作して軌道高度を低下させ、大気圏突入により焼き尽くす手法が一般的である。しかしながら、昨今計画されているメガ衛星コンステレーションは、軌道高度が１０００ｋｍ以上と低軌道周回衛星よりも高高度であるため、寿命末期あるいは故障時にデオービットする際、より低軌道高度を飛行する衛星に衝突するリスクがある。
またメガ衛星コンステレーションでは軌道面も多様に構成され、それぞれの軌道面に多数衛星が隊列飛行しているため、デオービット時に衛星が通過する軌道経路も多岐に渡る。特に太陽同期軌道のＬＳＴ１０：３０近傍あるいは極域といった低軌道衛星の混雑領域を通過する可能性がある場合に、衝突確率が高い。
デオービットを自由落下に依存する場合は、徐々に高度を低下させるのに伴って、軌道面が回転するため、いかなる軌道面からデオービットした衛星にも太陽同期衛星の混雑軌道を通過する可能性がある。
また極域付近を通過する軌道傾斜角略９０度近傍の軌道面で構成される衛星コンステレーションの衛星をデオービットする場合、軌道高度が低下しても軌道傾斜角が概ね同様なため、より低軌道の極軌道衛星と衝突する確率が高い。
【０１１７】
本実施の形態では、混雑軌道面通過を回避するために、軌道面の回転を利用して、混雑軌道通過前に落下を早めて通過するか、逆に混雑軌道面が通り過ぎた後に閑散として軌道面を落下させることにより衝突を回避する。混雑軌道面を通過するタイミングを変更する方式としては、デオービットする衛星を加速すれば軌道高度が上昇し、落下タイミングを遅らせることができる。また減速すれば軌道高度降下が加速するので、落下タイミングを早めることができる。また当該軌道高度での滞留時間に応じて、摂動により軌道面が回転する効果があるので、混雑軌道の通過を待つことが可能となる。なおデオービットする衛星の昇交点ないし降交点通過時に進行方向と直交方向に推進器を動作することで、軌道傾斜角が変更できるので、軌道面の回転を加速することも可能である。
【０１１８】
特に地上設備５００の例４では、軌道傾斜角を意図的に変更することにより、極域で混雑する高度では、極域を通過しないよう、軌道面を変更することにより、衝突を回避する。軌道傾斜角を変更する方式としては、デオービットする衛星の昇交点ないし降交点通過時に進行方向と直交方向に推進器を動作することで、軌道傾斜角が効果的に変更できる。
【０１１９】
次に、上記の実施の形態１から１０に係る効果について、さらに説明する。
近年数千機に及ぶ大規模衛星コンステレーションの構想が発表されているが、同一高度を飛翔する衛星は軌道面の交線上で、衛星高度の一致する２点で衝突するリスクがある。大規模コンステレーションでは特に全ての軌道面が高確率で会合する極域において衝突確率が極めて高くなる。
同一軌道面に多数の衛星が飛行する例として赤道上空で軌道高度約３６０００ｋｍを飛行する静止軌道衛星が有名であり、同一軌道面を約３００の衛星が飛行している。地球自転と同期しているため、地上から見るとあたかも宇宙空間で静止しているように見えるが、同一高度を略円軌道を描いて飛行しているため、静止軌道上衛星は衝突せず運用継続している。また地球から見た角度は約１度から２度程度しか離れていないので接近しているように感じるが、軌道上の２衛星間の距離は十分離れている。
【０１２０】
これに対して近年増加傾向の低軌道周回衛星コンステレーションでは、単独コンステレーションでも衛星数が数千の規模であり、複数衛星コンステレーション構想の衛星総数は１万機に迫る規模となる。軌道高度が静止衛星に対して１／２０〜１／１００倍程度と低く、２衛星間の距離も格段に接近しているため、静止軌道と比較しても衝突のリスクが高い。
また静止軌道とは異なり、異なる軌道面を同時に利用するため、２面の交線上で衝突する可能性が存在する。軌道傾斜角９０°近傍の衛星コンステレーションでは複数の軌道面が地球の自転軸近傍を交線となし、全ての衛星が南極上空と北極上空を通過するため、軌道高度が一致すると衝突する可能性が高い。
また地球観測衛星で多用するＬＳＴ１０：００〜１１：００の太陽同期軌道は衛星が密集する軌道面が多く、同じ軌道面内に徐々に軌道高度を変化させる物体が侵入すると衝突リスクが高い。
また衛星コンステレーションの完成形態においては、いかなる２衛星も位置座標と時刻が同時に一致する条件（ｘ１、ｙ１、ｚ１、ｔ１）＝（ｘ２、ｙ２、ｚ２、ｔ２）とならない限り衝突は発生しない。よって、軌道高度あるいはタイミング、軌道面内の位相などを人為的に操作することで衝突を回避することができる。しかし、衛星コンステレーションの構築過渡段階において、新規衛星をコンステレーションに追加するプロセスでは衝突リスクが高い。
また多数の衛星コンステレーションよりも高高度を飛行する衛星が制御不能な故障に陥って自由落下する場合に、密集軌道面を高度変更しながら通過すると、同一軌道面内で複数の軌道高度の衛星群と会合する可能性があるため、衝突リスクが高い。
【０１２１】
宇宙空間は広大であるため絶対値としての衝突確率は依然十分小さいとしても、一度衝突が発生すると、大規模な破壊が起こり、多数飛散した残骸が所謂デブリとして、近傍を飛翔する衛星に再び衝突して２次被害を発生する恐れがある。ワーストケースでは衝突、破壊の連鎖により、近傍軌道全体がバイオレートされる懸念もある。
近傍軌道全体がバイオレートされて、多数のデブリが浮遊する状態になると、長期にわたりいかなる衛星も運用できなくなるリスクがあり、宇宙インフラへの依存性が高まる一方の社会生活全般に悪影響が及ぶ。
また衛星自体が高額であり、かつロケットによる打上げや運用に資する総コストが巨額であるため、衝突が発生すると巨額の経済的損失につながる。
また複数衛星が連携することにより例えば通信サービスといった目的を実現しているため、衝突に伴う衛星欠落により、当初目的のサービスの中断および品質劣化を来す。
【０１２２】
上記の実施の形態１から１０では、高度の異なる軌道面の組合せ、交点通過時刻を人為的にずらす方式、故障した衛星の除去方式、新規衛星軌道投入方式といった手法を提供することにより、衛星コンステレーションの衝突を回避することができる。
【０１２３】
実施の形態１１．
本実施の形態では、主に、実施の形態１から１０に追加する点について説明する。なお、実施の形態１から１０と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
【０１２４】
実施の形態１で説明したように、衛星コンステレーション形成システム１００は、衛星群３００により構成され、衛星群３００が連携してサービスを提供する衛星コンステレーション２０を形成する。衛星コンステレーション形成システム１００は、各軌道面２１に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーション２０を形成する。
また、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成部１１０は、複数の軌道面の各軌道面２１の軌道高度が互いに異なり、かつ、複数の軌道面の各軌道面２１の公転周期が互いに等しくなる軌道傾斜角を各軌道面が有する衛星コンステレーション２０を形成する。例えば、複数の軌道面の各軌道面は、図１１に示すような太陽同期軌道である。
【０１２５】
衛星コンステレーション形成システム１００には、衛星コンステレーション２０が備える各軌道面２１の軌道高度が互いに異なり、かつ、複数の軌道面の各軌道面２１の公転周期が互いに等しくなる軌道傾斜角を各軌道面が有するようにパラメータが設定される。
そして、衛星コンステレーション形成部１１０は、設定されたパラメータを用いて、各軌道面２１の軌道高度が互いに異なり、かつ、複数の軌道面の各軌道面２１の公転周期が互いに等しくなる軌道傾斜角を各軌道面が有する衛星コンステレーション２０を形成する。
【０１２６】
図２５は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０の具体例を示す模式図である。
太陽同期する軌道面同士は軌道高度が異なっていても公転周期が等しくなる。以下に、軌道高度が異なり、太陽同期軌道となる複数軌道面の例を示す。太陽同期するための制約条件は概ね軌道高度と軌道傾斜角の相関関係で決まるので、軌道高度に応じて軌道傾斜角を適切に設定すれば、太陽同期軌道を形成できる。
軌道高度１０００ｋｍ：軌道傾斜角約９９．５°
軌道高度１１００ｋｍ：軌道傾斜角約９９．９°
軌道高度１２００ｋｍ：軌道傾斜角約１００．４°
軌道高度１３００ｋｍ：軌道傾斜角約１００．９°
軌道高度１４００ｋｍ：軌道傾斜角約１０１．４°
軌道高度１５００ｋｍ：軌道傾斜角約１０２．０°
【０１２７】
例えば、上記６種類の軌道高度の軌道面をＬＳＴで以下のように設定すれば、互いに概略３０°ずつ緯度方向に角度が異なる軌道面群が構成され、この軌道面間の相対角度は常に維持される。すなわち、公転周期が等しい６つの軌道面が形成される。
軌道高度１０００ｋｍの太陽同期軌道面：ＬＳＴ０６：００
軌道高度１１００ｋｍの太陽同期軌道面：ＬＳＴ０８：００
軌道高度１２００ｋｍの太陽同期軌道面：ＬＳＴ１０：００
軌道高度１３００ｋｍの太陽同期軌道面：ＬＳＴ１２：００
軌道高度１４００ｋｍの太陽同期軌道面：ＬＳＴ１４：００
軌道高度１５００ｋｍの太陽同期軌道面：ＬＳＴ１６：００
【０１２８】
ここでは、公転周期が等しくなる典型的な例として太陽同期軌道を例示したが、太陽非同期軌道であっても、同様に公転周期が等しくなる複数の軌道高度の選定が可能である。
【０１２９】
なお、衛星コンステレーション形成部１１０は、複数の軌道面の各軌道面２１の軌道高度が互いに異なり、かつ、複数の軌道面の各軌道面２１の回転が同期する軌道傾斜角を各軌道面が有する衛星コンステレーション２０を形成してもよい。
【０１３０】
次に、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システム１００により構築される衛星コンステレーション２０を追跡管制する地上設備５００について説明する。
本実施の形態に係る地上設備５００は、複数の軌道面の各軌道面における複数の衛星の相対位相を維持するように各衛星の高度を調整するとともに、複数の軌道面間の相対角度を維持するように各軌道面の軌道高度および軌道傾斜角の調整を行うコマンドを生成し、衛星群の各衛星に送信する。
【０１３１】
＜地上設備５００の例５＞
図２３は、本実施の形態に係る地上設備５００である地上設備５００の例５の構成を示す図である。
地上設備５００の例５の構成は、実施の形態１０の地上設備５００の例１と同様である。
【０１３２】
通信装置９５０は、衛星コンステレーション２０を構成する衛星３０を追跡管制運用する信号を送受する。
軌道制御コマンド送信部５１０は、複数の軌道面の各軌道面における複数の衛星の相対位相を維持するように各衛星の高度を調整するとともに、複数の軌道面間の相対角度を維持するように各軌道面の軌道高度および軌道傾斜角の調整を行う軌道制御コマンド５１を衛星３０に送信する。
【０１３３】
＊＊＊本実施の形態の効果の説明＊＊＊
軌道高度が異なり、かつ、軌道傾斜角が等しい軌道面の公転周期は相違する。このため、長期間運用する内に軌道面同士の相対角度が変化してしまう。この結果、複数の衛星で連携してサービスを実施する際に、衛星の配置が変化してしまって、サービスに支障を来す虞がある。また適切な軌道配置を維持するために、別途推進器を用いて軌道面を調整する場合は、調整中の期間にはサービスの継続ができなくなるという虞がある。
本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システムによれば、軌道面間の相対関係が維持されるので、支障なくサービス提供し続けながら、衝突リスクを回避することが可能となる。
【０１３４】
以上の実施の形態１から１１では、衛星コンステレーション形成システムの各部を独立した機能ブロックとして説明した。しかし、衛星コンステレーション形成システムの構成は、上述した実施の形態のような構成でなくてもよい。衛星コンステレーション形成システムの機能ブロックは、上述した実施の形態で説明した機能を実現することができれば、どのような構成でもよい。また、衛星コンステレーション形成システムは、１つの装置でも、複数の装置から構成されたシステムでもよい。
また、実施の形態１から１１のうち、複数の部分を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、１つの部分を実施しても構わない。その他、これらの実施の形態を、全体としてあるいは部分的に、どのように組み合わせて実施しても構わない。
すなわち、実施の形態１から１１では、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【０１３５】
なお、上述した実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明の範囲、本発明の適用物の範囲、および本発明の用途の範囲を制限することを意図するものではない。上述した実施の形態は、必要に応じて種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１３６】
２０  衛星コンステレーション、２１  軌道面、３０  衛星、３１  デブリ回収衛星、５１  軌道制御コマンド、５２  捕獲コマンド、１００  衛星コンステレーション形成システム、１１０  衛星コンステレーション形成部、３００  衛星群、５００  地上設備、５１０  軌道制御コマンド送信部、５２０  解析予測部、９１０  プロセッサ、９２１  メモリ、９２２  補助記憶装置、９３０  入力インタフェース、９４０  出力インタフェース、９５０  通信装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星コンステレーションを構成する衛星を追跡管制運用する信号を送受する通信装置と、軌道制御コマンドを送信する軌道制御コマンド送信部と、軌道離脱用コマンド受信後の上記衛星の通過軌道を解析予測する解析予測部とを備え、設計寿命末期を迎えた上記衛星を、上記衛星の具備する推進装置を動作させることにより、軌道離脱させる前記軌道制御コマンドを送信する地上設備であって、
前記軌道制御コマンド送信部は、
前記解析予測部により、混雑軌道である前記衛星コンステレーションの軌道面を通過すると判定されると、上記衛星の具備する軌道制御装置により、衛星速度の増速、ないし減速による軌道高度の上昇、ないし下降、あるいは衛星進行方向と概略直交する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をすることによって、混雑軌道通過タイミング、ないし軌道面をずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する前記軌道制御コマンドを送信する地上設備。
【請求項２】
衛星コンステレーションを構成する衛星を追跡管制運用する信号を送受する通信装置と、軌道制御コマンド送信部と、軌道離脱用コマンド受信後の上記衛星の通過軌道を解析予測する解析予測部を具備し、設計寿命末期を迎えた上記衛星を、上記衛星の具備する推進装置を動作させることにより、軌道離脱させる軌道制御コマンドを送信する地上設備であって、
太陽同期軌道における混雑軌道のＬＳＴ１０：３０近傍の軌道面を軌道高度５００ｋｍから８００ｋｍで通過することが、解析予測で判明した場合に、上記衛星の具備する軌道制御装置により、衛星速度の増速、ないし減速による軌道高度の上昇、ないし下降、あるいは衛星進行方向と概略直交する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をすることによって、混雑軌道通過タイミング、ないし軌道面をずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する地上設備。
【請求項３】
故障して軌道制御機能を喪失した衛星を回収する装置を具備するデブリ回収衛星を追跡管制運用する信号を送受する通信装置と、軌道制御コマンド送信部と、故障衛星を捕獲した状態のデブリ回収衛星の通過軌道を解析予測する解析予測部を具備し、故障した衛星を、上記デブリ回収衛星の具備する捕獲装置と推進装置を動作させることにより、軌道離脱させる捕獲コマンドと軌道制御コマンドをデブリ回収衛星に対して送信する地上設備であって、
太陽同期軌道における混雑軌道のＬＳＴ１０：３０近傍の軌道面を軌道高度５００ｋｍから８００ｋｍで通過することが、解析予測で判明した場合に、上記衛星の具備する軌道制御装置により、衛星速度の増速、ないし減速による軌道高度の上昇、ないし下降、あるいは衛星進行方向と概略直交する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をすることによって、混雑軌道通過タイミング、ないし軌道面をずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する地上設備。
【請求項４】
軌道高度８００ｋｍ以上の混雑軌道よりも上空を飛翔するロケットの残骸を回収する装置を具備するデブリ回収衛星を追跡管制運用する信号を送受する通信装置と、軌道制御コマンド送信部と、ロケットの残骸を捕獲した状態のデブリ回収衛星の通過軌道を解析予測する解析予測部を具備し、ロケットの残骸を、上記デブリ回収衛星の具備する捕獲装置と推進装置を動作させることにより、軌道離脱させる捕獲コマンドと軌道制御コマンドをデブリ回収衛星に対して送信する地上設備であって、
太陽同期軌道における混雑軌道のＬＳＴ１０：３０近傍の軌道面を軌道高度５００ｋｍから８００ｋｍで通過することが、解析予測で判明した場合に、上記衛星の具備する軌道制御装置により、衛星速度の増速、ないし減速による軌道高度の上昇、ないし下降、あるいは衛星進行方向と概略直交する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をすることによって、混雑軌道通過タイミング、ないし軌道面をずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する地上設備。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の地上設備において、
衛星の軌道離脱あるいはデブリ回収による軌道離脱をする降下途中において、低高度に構築された別の衛星コンステレーションの極域密集域または混雑軌道面を通過することが解析予測で判明した場合に、当該衛星コンステレーションとは異なる軌道傾斜角となるよう衛星進行方向と概略直交する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をすることによって、混雑軌道とは軌道面の傾きを変更するか、または通過タイミングをずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する地上設備。
【請求項６】
衛星が飛行する極域密集域または混雑軌道面の上空から物体が降下して前記軌道面を経由する前に、前記物体の軌道面を変更するための捕獲装置または外力付与装置と推進装置とを備えたデブリ除去方式。
【請求項７】
前記軌道面は、複数の軌道面から構成された衛星コンステレーションを形成し、
前記物体は、制御不能となった衛星である請求項６に記載のデブリ除去方式。
【請求項８】
前記軌道面は、複数の軌道面から構成された衛星コンステレーションを形成し、
前記物体は、楕円軌道を描きながら高度１００ｋｍから２０００ｋｍ程度を浮遊する請求項６に記載のデブリ除去方式。
【請求項９】
衛星コンステレーション形成システムにより構築される衛星コンステレーションに請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のデブリ除去方式を適用する衛星コンステレーション構築方式において、
構成要素の軌道面の近傍の異なる軌道面であって、近傍軌道面の衛星が飛行する軌道高度とは異なる軌道高度に軌道投入し、増速ないし減速して軌道高度と軌道面の地球地軸周りの角度を変更して構成衛星を追加する衛星コンステレーション構築方式。
【請求項１０】
衛星コンステレーション形成システムにより構築される衛星コンステレーションに請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のデブリ除去方式を適用する衛星コンステレーション構築方式において、
他国システムあるいは類似システムが採用する軌道上、軌道高度、飛行する衛星数などの情報を予め収集したデータベースを具備し、
衛星の飛行する軌道面とは異なり、かつ構成要素の軌道面の近傍の異なる軌道面であって、近傍軌道面の衛星が飛行する軌道高度とは異なる軌道高度に軌道投入し、増速ないし減速して軌道高度と軌道面の地球地軸周りの角度を変更して構成衛星を追加する衛星コンステレーション構築方式。
【請求項１１】
自衛星の軌道および位置のデータ処理装置を地上に具備する請求項９に記載の衛星コンステレーション構築方式。
【請求項１２】
宇宙空間の飛行物体の軌道および位置のデータ処理装置を地上に具備する請求項１０に記載の衛星コンステレーション構築方式。
【請求項１３】
衛星群により構成され、前記衛星群が連携してサービスを提供する衛星コンステレーションであって、各軌道面に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システムにおいて、
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が同じであり、かつ、前記複数の軌道面の各軌道面が互いに異なる面に存在する前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成部を備え、
前記衛星コンステレーション形成部は、
前記複数の軌道面の軌道面同士の交点を、各軌道面を飛行する衛星が通過する衛星通過時刻が、同一軌道面において、次衛星が飛来するまでの待ち時間を前記複数の軌道面の軌道面数で割った時刻ずれ値の倍数となっており、かつ、前記複数の軌道面のいかなる２面の軌道面の交点においても前記衛星通過時刻が一致しない前記衛星コンステレーションを形成し、
前記衛星コンステレーション形成部は、
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道傾斜角が約９０度であり、全ての軌道面の全ての衛星が極域近傍を通過する前記衛星通過時刻が、前記時刻ずれ値の間隔で互いにずれている前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システム。
【請求項１４】
衛星群により構成され、前記衛星群が連携してサービスを提供する衛星コンステレーションであって、各軌道面に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システムにおいて、
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が同じであり、かつ、前記複数の軌道面の各軌道面が互いに異なる面に存在する前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成部を備え、
前記衛星コンステレーション形成部は、前記複数の軌道面の軌道面同士の交点を、各軌道面を飛行する衛星が通過する衛星通過時刻が、同一軌道面において、次衛星が飛来するまでの待ち時間を前記複数の軌道面の軌道面数で割った時刻ずれ値の倍数となっており、かつ、前記複数の軌道面のいかなる２面の軌道面の交点においても前記衛星通過時刻が一致しない前記衛星コンステレーションを形成し、
前記衛星コンステレーション形成部は、
前記複数の軌道面の全ての衛星が極域近傍を通過する前記衛星通過時刻が、前記時刻ずれ値の間隔で互いにずれており、
前記複数の軌道面の各軌道面が並ぶ順番に番号を付けた場合に、奇数の軌道面と偶数の軌道面で極域通過のタイミングの後続衛星が飛来するまでの待ち時間が約半分ずつずれている前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システム。
【請求項１５】
前記衛星コンステレーションは、軌道面数が奇数である請求項１３または請求項１４に記載の衛星コンステレーション形成システム。
【請求項１６】
衛星群により構成され、前記衛星群が連携してサービスを提供する衛星コンステレーションであって、各軌道面に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システムにおいて、
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が互いに異なる前記衛星コンステレーションであって、
前記複数の軌道面における隣接する軌道面の相対高度差を順に並べると正弦波状となる前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システム。
【請求項１７】
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が太陽同期準回帰軌道である前記衛星コンステレーションを形成する請求項１６に記載の衛星コンステレーション形成システム。
【請求項１８】
衛星群により構成され、前記衛星群が連携してサービスを提供する衛星コンステレーションであって、各軌道面に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システムの衛星コンステレーション形成方法において、
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が互いに異なり、前記複数の軌道面における隣接する軌道面の相対高度差を順に並べると正弦波状となる前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成方法。
【請求項１９】
衛星群により構成され、前記衛星群が連携してサービスを提供する衛星コンステレーションであって、各軌道面に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システムにおいて、
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が互いに異なり、前記複数の軌道面における隣接する軌道面の相対高度差を順に並べると正弦波状となり、かつ、前記複数の軌道面の各軌道面の公転周期が互いに等しくなる軌道傾斜角を各軌道面が有する前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システム。
【請求項２０】
衛星群により構成され、前記衛星群が連携してサービスを提供する衛星コンステレーションであって、各軌道面に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システムの衛星コンステレーション形成方法において、
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が互いに異なり、前記複数の軌道面における隣接する軌道面の相対高度差を順に並べると正弦波状となり、かつ、前記複数の軌道面の各軌道面の公転周期が互いに等しくなる軌道傾斜角を各軌道面が有する前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成方法。
【請求項２１】
衛星群により構成され、前記衛星群が連携してサービスを提供する衛星コンステレーションであって、各軌道面に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システムにおいて、
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が互いに異なり、前記複数の軌道面における隣接する軌道面の相対高度差を順に並べると正弦波状となり、かつ、前記複数の軌道面の各軌道面の回転が同期する軌道傾斜角を各軌道面が有する前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システム。
【請求項２２】
衛星群により構成され、前記衛星群が連携してサービスを提供する衛星コンステレーションであって、各軌道面に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成システムの衛星コンステレーション形成方法において、
前記複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が互いに異なり、前記複数の軌道面における隣接する軌道面の相対高度差を順に並べると正弦波状となり、かつ、前記複数の軌道面の各軌道面の回転が同期する軌道傾斜角を各軌道面が有する前記衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成方法。
【請求項２３】
請求項１９または請求項２１に記載の衛星コンステレーション形成システムにより構築される衛星コンステレーションを追跡管制する地上設備であって、
前記複数の軌道面の各軌道面における複数の衛星の相対位相を維持するように各衛星の高度を調整するとともに、前記複数の軌道面間の相対角度を維持するために各軌道面の軌道高度および軌道傾斜角を調整するコマンドを生成して前記衛星群の各衛星に送信する地上設備。
【国際調査報告】
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