(57)【要約】  衛星コンステレーション形成システムでは、軌道衛星群の各衛星が軌道衛星群の各衛星の速度を変化させる推進装置を備える。衛星コンステレーション形成部は、複数の軌道面の軌道面毎に、軌道衛星群の各衛星の推進装置を同期して動作させる。衛星コンステレーション形成部は、複数の軌道面のうち１の軌道面の軌道衛星群の各衛星に対し、第１時間の増速した後に前記第１時間の減速する動作を繰り返す増減速処理を実施する。また、衛星コンステレーション形成部は、１の軌道面に隣接する軌道面の軌道衛星群の各衛星に対し、１の軌道面に対し増減速処理を開始した時点から第２時間の遅延の後に、増減速処理を開始することを複数の軌道面の各々に対して繰り返す。
2020240826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
法線の向きが互いに異なる複数の軌道面を有し、各軌道面に複数の衛星が軌道衛星群として飛翔し、前記軌道衛星群の各衛星が前記軌道衛星群の各衛星の速度を変化させる推進装置を備えた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軌道面毎に、前記軌道衛星群の各衛星の推進装置を同期して動作させ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うち１の軌道面の軌道衛星群の各衛星に対し、第１時間の増速した後に前記第１時間の減速する動作を繰り返す増減速処理を実施するとともに、前記１の軌道面に隣接する軌道面の軌道衛星群の各衛星に対し、前記１の軌道面に対し前記増減速処理を開始した時点から第２時間の遅延の後に、前記増減速処理を開始することを前記複数の軌道面の各々に対して繰り返す衛星コンステレーション形成システム。
【請求項２】
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た軌道高度の高度プロファイルが正弦波状を成すように前記第１時間と前記第２時間とを設定する請求項１に記載の衛星コンステレーション形成システム。
【請求項３】
前記衛星コンステレーション形成部は、
前記第１時間の２倍を前記複数の軌道面の数で割った値を前記第２時間として算出する請求項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】
法線の向きが互いに異なる複数の軌道面を有し、各軌道面に複数の衛星が軌道衛星群として飛翔し、前記軌道衛星群の各衛星が前記軌道衛星群の各衛星の速度を変化させる推進装置を備えた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は、前記複数の軌道面の軌道面毎に、前記軌道衛星群の各衛星の推進装置を同期して動作させ、
前記衛星コンステレーション形成部は、さらに、
前記複数の軌道面のうち１の軌道面の軌道衛星群の各衛星に対し、第１時間の増速した後に前記第１時間の減速する動作を繰り返す増減速処理を実施するとともに、前記１の軌道面に隣接する軌道面の軌道衛星群の各衛星に対し、前記１の軌道面に対し前記増減速処理を開始した時点から第２時間の遅延の後に、前記増減速処理を開始することを前記複数の軌道面の各々に対して繰り返す衛星コンステレーション形成方法。
【請求項５】
法線の向きが互いに異なる複数の軌道面を有し、各軌道面に複数の衛星が軌道衛星群として飛翔し、前記軌道衛星群の各衛星が前記軌道衛星群の各衛星の速度を変化させる推進装置を備えた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プログラムにおいて、
前記複数の軌道面の軌道面毎に、前記軌道衛星群の各衛星の推進装置を同期して動作させる処理と、
前記複数の軌道面のうち１の軌道面の軌道衛星群の各衛星に対し、第１時間の増速した後に前記第１時間の減速する動作を繰り返す増減速処理を実施するとともに、前記１の軌道面に隣接する軌道面の軌道衛星群の各衛星に対し、前記１の軌道面に対し前記増減速処理を開始した時点から第２時間の遅延の後に、前記増減速処理を開始することを前記複数の軌道面の各々に対して繰り返す処理とをコンピュータに実行させる衛星コンステレーション形成プログラム。
【請求項６】
前記衛星コンステレーション形成プログラムは、さらに、
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た軌道高度の高度プロファイルが正弦波状を成すように前記第１時間と前記第２時間とを設定する処理を前記コンピュータに実行させる請求項５に記載の衛星コンステレーション形成プログラム。
【請求項７】
前記衛星コンステレーション形成プログラムは、さらに、
前記第１時間の２倍を前記複数の軌道面の数で割った値を前記第２時間として算出する処理を前記コンピュータに実行させる請求項５または請求項６に記載の衛星コンステレーション形成プログラム。
【請求項８】
法線の向きが互いに異なる複数の軌道面を有し、各軌道面に複数の衛星が軌道衛星群として飛翔し、前記軌道衛星群の各衛星が前記軌道衛星群の各衛星の速度を変化させる推進装置を備えた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地上装置において、
前記衛星コンステレーションを構成する前記複数の軌道面の各軌道面の前記軌道衛星群の各衛星を追跡管制する信号を送受信する通信装置と、
前記複数の軌道面の軌道面毎に、前記軌道衛星群の各衛星の推進装置を同期して動作させるとともに、前記複数の軌道面のうち１の軌道面の軌道衛星群の各衛星に対し、第１時間の増速した後に前記第１時間の減速する動作を繰り返す増減速処理を実施するとともに、前記１の軌道面に隣接する軌道面の軌道衛星群の各衛星に対し、前記１の軌道面に対し前記増減速処理を開始した時点から第２時間の遅延の後に、前記増減速処理を開始することを前記複数の軌道面の各々に対して繰り返す軌道制御コマンドを生成する軌道制御コマンド生成部と
を備え、
前記通信装置は、前記軌道制御コマンドを前記複数の軌道面の各軌道面の前記軌道衛星群の各衛星に送信する地上装置。
【請求項９】
前記軌道制御コマンド生成部は、
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た軌道高度の高度プロファイルが正弦波状を成すように前記第１時間と前記第２時間とを設定する請求項８に記載の地上装置。
【請求項１０】
前記軌道制御コマンド生成部は、
前記第１時間の２倍を前記複数の軌道面の数で割った値を前記第２時間として算出する請求項８または請求項９に記載の地上装置。
【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、衛星コンステレーション形成プログラム、および地上装置に関する。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、衛星コンステレーション形成プログラム、および地上装置に関する。
【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。軌道高度が等しく、法線のなす角度が互いに異なる軌道面では、交点において衝突リスクがある。交点が多数存在する衛星コンステレーションの衝突リスクは非常に高くなる。
また、軌道面毎に軌道高度を変えた場合、軌道面間の成す角度が時間推移に伴い相対的に変化する。また、軌道面毎に軌道高度を変更した場合、軌道面毎に衛星対地速度に差が出るため、長期間運用する内に隣接高度間の通信相手がずれていってしまう。これにより、通信相手の切替が必要になるという課題がある。【０００６】
本発明は、衛星コンステレーションにおいて、衝突リスクを回避しつつ、軌道面間の相対角度を維持す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、法線の向きが互いに異なる複数の軌道面を有し、各軌道面に複数の衛星が軌道衛星群として飛翔し、前記軌道衛星群の各衛星が前記軌道衛星群の各衛星の速度を変化させる推進装置を備えた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軌道面毎に、前記軌道衛星群の各衛星の推進装置を同期して動作させ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うち１の軌道面の軌道衛星群の各衛星に対し、第１時間の増速した後に前記第１時間の減速する動作を繰り返す増減速処理を実施するとともに、前記１の軌道面に隣接する軌道面の軌道衛星群の各衛星に対し、前記１の軌道面に対し前記増減速処理を開始した時点から第２時間の遅延の後に、前記増減速処理を開始することを前記複数の軌道面の各々に対して繰り返す。
【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、複数の軌道面の軌道面毎に、軌道衛星群の各衛星の推進装置を同期して動作させる。また、衛星コンステレーション形成部が、複数の軌道面のうち１の軌道面の軌道衛星群の各衛星に対し、第１時間の増速した後に第１時間の減速する動作を繰り返す増減速処理を実施する。また、衛星コンステレーション形成部が、１の軌道面に隣接する軌道面の軌道衛星群の各衛星に対し、１の軌道面に対し前記増減速処理を開始した時点から第２時間の遅延の後に、増減速処理を開始することを複数の軌道面の各々に対して繰り返す。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、衝突リスクを回避しつつ、軌道面間の相対角度を維持することができ、長期間運用による隣接高度間の通信相手のずれを防止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、複数衛星が連携して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に係る衛星の構成図。
【図８】実施の形態１に係る地上設備の構成図。
【図９】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機能構成例。
【図１０】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により形成される衛星コンステレーションの例。
【図１１】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により形成される衛星コンステレーションの例。
【図１２】実施の形態１に係る複数の軌道面の相対高度差の一例を表す図。
【図１３】太陽同期軌道の条件を満たす軌道面を示す図。
【図１４】実施の形態１に係る衛星コンステレーションの具体例を示す模式図。
【図１５】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フロー図。
【図１６】実施の形態１に係る軌道面の軌道高度の変動を示す図。
【図１７】実施の形態１に係る軌道面の軌道高度の変動を示す図。
【図１８】実施の形態１に係る軌道面の軌道高度の変動を示す図。
【図１９】実施の形態１に係る軌道面の軌道高度の変動を示す図。
【図２０】実施の形態２に係る衛星コンステレーション形成方式の一例を示す図。
【図２１】実施の形態２に係る衛星による隣接軌道面の追い越しを示す図。
【図２２】実施の形態３に係る衛星高度の調整について説明する図。
【図２３】実施の形態３に係る軌道傾斜角の調整について説明する図。
【図２４】実施の形態３に係る衛星コンステレーションの例を示す図。
【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および図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、互いに異なる面に存在する。図３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例を示している。すなわち、複数の軌道面２１は互いに交差している。図３では、主に、極域近傍において軌道面が交差する。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３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。
図４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例を示している。図４では、主に、極域以外において軌道面が交差する。
【００１８】
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の軌道高度が互いに異なる。さらに、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の公転周期が互いに等しくなる軌道傾斜角を各軌道面２１が有するとしてもよい。
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。さらに、本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０は、複数の軌道面における隣接する軌道面の相対高度差を正弦波状に保ちつつ、複数の軌道面の各軌道面２１の軌道高度を順番に変動させる。
【００１９】
なお、本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０の構成については、後で詳しく説明する。
【００２０】
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。
【００２１】
図６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の構成図である。
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５００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５００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。
【００２２】
衛星コンステレーション形成システム１００は、衛星３０と地上設備５００を備える。衛星３０は、地上設備５００の通信装置９５０と通信する衛星通信装置３２を備える。図６では、衛星３０が備える構成のうち衛星通信装置３２を図示している。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。この衛星コンステレーション２０は、さらに、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。また、衛星コンステレーション形成部１１０は、複数の軌道面における隣接する軌道面の相対高度差を正弦波状に保ちつつ、複数の軌道面の各軌道面２１の軌道高度を順番に変動させる。なお、衛星コンステレーション２０は、さらに、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２１が有するとしてもよい。
具体的には、衛星コンステレーション形成部１１０は、複数の軌道面の軌道面数に１を加算した数の軌道高度を設定する。そして、衛星コンステレーション形成部１１０は、衛星が飛行していない空きの軌道高度を順番に埋めるように複数の軌道面の各軌道面２１の軌道高度を変更する。この機能により、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の軌道高度を順番に変動させる。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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５００と衛星３０の通信を行う。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
図７は、本実施の形態に係る衛星３０の構成図である。
衛星３０は、衛星制御装置３１と衛星通信装置３２と推進装置３３と姿勢制御装置３４と電源装置３５とを備える。その他、各種の機能を実現する構成要素を備えるが、図７では、衛星制御装置３１と衛星通信装置３２と推進装置３３と姿勢制御装置３４と電源装置３５について説明する。
衛星制御装置３１は、推進装置３３と姿勢制御装置３４とを制御するコンピュータであり、処理回路を備える。具体的には、衛星制御装置３１は、地上設備５００から送信される各種コマンドにしたがって、推進装置３３と姿勢制御装置３４とを制御する。
衛星通信装置３２は、地上設備５００と通信する装置である。具体的には、衛星通信装置３２は、自衛星に関する各種データを地上設備５００へ送信する。また、衛星通信装置３２は、地上設備５００から送信される各種コマンドを受信する。
推進装置３３は、衛星３０に推進力を与える装置であり、衛星３０の速度を変化させる。具体的には、推進装置３３は電気推進機である。具体的には、推進装置３３は、イオンエンジンまたはホールスラスタである。
姿勢制御装置３４は、衛星３０の姿勢と衛星３０の角速度と視線方向（Ｌｉｎｅ  Ｏｆ  Ｓｉｇｈｔ）といった姿勢要素を制御するための装置である。姿勢制御装置３４は、各姿勢要素を所望の方向に変化させる。もしくは、姿勢制御装置３４は、各姿勢要素を所望の方向に維持する。姿勢制御装置３４は、姿勢センサとアクチュエータとコントローラとを備える。姿勢センサは、ジャイロスコープ、地球センサ、太陽センサ、スター・トラッカ、スラスタおよび磁気センサといった装置である。アクチュエータは、姿勢制御スラスタ、モーメンタムホイール、リアクションホイールおよびコントロール・モーメント・ジャイロといった装置である。コントローラは、姿勢センサの計測データまたは地上設備５００からの各種コマンドにしたがって、アクチュエータを制御する。
電源装置３５は、太陽電池、バッテリおよび電力制御装置といった機器を備え、衛星３０に搭載される各機器に電力を供給する。
【００３５】
衛星制御装置３１に備わる処理回路について説明する。
処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサであってもよい。
処理回路において、一部の機能が専用のハードウェアで実現されて、残りの機能がソフトウェアまたはファームウェアで実現されてもよい。つまり、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせで実現することができる。
専用のハードウェアは、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、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡまたはこれらの組み合わせである。
ＡＳＩＣは、Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔの略称である。
ＦＰＧＡは、Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙの略称である。
【００３６】
図８は、本実施の形態に係る地上設備５００の構成図である。
地上設備５００は、全ての軌道面の多数衛星をプログラム制御する。地上設備５００は、地上装置の例である。地上装置は、地上アンテナ装置、地上アンテナ装置に接続された通信装置、あるいは電子計算機といった地上局と、地上局にネットワークで接続されたサーバあるいは端末としての地上設備から構成される。また、地上装置には航空機、自走車両、あるいは移動端末といった移動体に搭載された通信装置を含んでも良い。
【００３７】
地上設備５００は、各衛星３０と通信することによって衛星コンステレーション２０を形成する。地上設備５００は、衛星コンステレーション形成システム１００に備えられる。地上設備５００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。地上設備５００のハードウェアについては、図６の衛星コンステレーション形成システム１００で説明したものと同様である。図６および図７では、地上設備５００に備えられるハードウェアについて説明した。しかし、同様の機能を有するハードウェアは、衛星３０および地上設備以外の、システム、衛星、装置、あるいは設備に備えられていてもよい。
【００３８】
地上設備５００は、機能要素として、軌道制御コマンド生成部５１０と、解析予測部５２０を備える。軌道制御コマンド生成部５１０および解析予測部５２０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。
【００３９】
通信装置９５０は、衛星コンステレーション２０を構成する衛星群３００の各衛星３０を追跡管制する信号を送受信する。また、通信装置９５０は、軌道制御コマンド５１を各衛星３０に送信する。
解析予測部５２０は、衛星３０の軌道を解析予測する。
【００４０】
軌道制御コマンド生成部５１０は、衛星３０に送信する軌道制御コマンド５１を生成する。具体的には、軌道制御コマンド生成部５１０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であって、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衛星コンステレーション２０を形成するための軌道制御コマンド５１を生成する。軌道制御コマンド５１は、さらに、複数の軌道面における隣接する軌道面の相対高度差を正弦波状に保ちつつ、複数の軌道面の各軌道面２１の軌道高度を順番に変動させる。また、軌道制御コマンド５１は、さらに、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を形成するための軌道制御コマンド５１を生成してもよい。
このように、軌道制御コマンド生成部５１０および解析予測部５２０は、衛星コンステレーション形成部１１０の機能を実現する。すなわち、軌道制御コマンド生成部５１０および解析予測部５２０は、衛星コンステレーション形成部１１０の例である。
【００４１】
図９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の機能構成例を示す図である。
衛星３０は、さらに、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１１０ｂを備える。そして、複数の衛星の各衛星３０の衛星コンステレーション形成部１１０ｂと、地上設備５００の各々に備えられた衛星コンステレーション形成部１１０とが連携して、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。なお、衛星３０の衛星コンステレーション形成部１１０ｂは、衛星制御装置３１に備えられていてもよい。
【００４２】
＊＊＊本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０の説明＊＊＊
図１０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１１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。
【００４３】
図１０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。
図１１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。
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の軌道高度が互いに異なる。さらに、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っている。また、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の公転周期が互いに等しくなる軌道傾斜角を各軌道面２１が有している。
【００４４】
図１０の衛星コンステレーション２０では、任意の２つの軌道面が極域近傍の地点で交差する。また、図１１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。図１１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軌道面が交差する可能性がある。このため、衝突の発生する可能性のある場所が多様化する。
【００４５】
また、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。
【００４６】
図１２は、本実施の形態に係る複数の軌道面の相対高度差の一例を表す図である。
図１２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１２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、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。よって、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では、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】
図１３は、太陽同期軌道の条件を満たす軌道面を示す図である。
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。具体的には、複数の軌道面の各軌道面は、図１３に示すような太陽同期軌道である。
【００５１】
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を設定する。
そして、衛星コンステレーション形成部１１０は、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。
【００５２】
図１４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°
【００５３】
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
【００５４】
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。すなわち、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を形成する。
【００５５】
なお、図１４では、説明を簡単にするために、軌道高度１０００ｋｍ，１１００ｋｍ，１２００ｋｍ，１３００ｋｍ，１４００ｋｍ，１５００ｋｍを例に説明した。しかし、本実施の形態では、これらの軌道高度を有する軌道面を含む衛星コンステレーション２０において、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っているものとする。
【００５６】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
図１５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。衛星コンステレーション形成システム１００の動作手順は、衛星コンステレーション形成方法に相当する。また、衛星コンステレーション形成システム１００の動作を実現するプログラムは、衛星コンステレーション形成プログラムに相当する。
【００５７】
ステップＳ１０１において、衛星コンステレーション形成部１１０は、衛星コンステレーション２０を形成するためのパラメータを生成する。衛星コンステレーション２０は、各軌道面２１の軌道高度が互いに異なり、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。また、衛星コンステレーション形成部１１０は、複数の軌道面における隣接する軌道面の相対高度差を正弦波状に保ちつつ、複数の軌道面の各軌道面２１の軌道高度を順番に変動させるためのパラメータを生成する。具体的には、衛星コンステレーション形成部１１０は、複数の軌道面の軌道面数に１を加算した数の軌道高度を設定する。衛星コンステレーション形成部１１０は、衛星が飛行していない空きの軌道高度を順番に埋めるように各軌道面２１の軌道高度を変更させることにより、各軌道面２１の軌道高度を順番に変動させる。
より具体的には、地上設備５００の軌道制御コマンド生成部５１０が、上記の衛星コンステレーション２０を形成するために各衛星３０に送信する軌道制御コマンド５１を生成する。軌道制御コマンド生成部５１０は、複数の軌道面の軌道面数に１を加算した数の軌道高度を設定し、衛星が飛行していない空きの軌道高度を順番に埋めるように複数の軌道面の各軌道面２１の軌道高度を変更させる軌道制御コマンド５１を生成する。
【００５８】
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、衛星コンステレーション２０を形成するためのパラメータを各衛星３０に送達する。
具体的には、地上設備５００の通信装置９５０が、上記の衛星コンステレーション２０を形成するために生成した軌道制御コマンド５１を、各衛星３０に送信する。
【００５９】
ステップＳ１０３おいて、衛星３０は、衛星コンステレーション形成部１１０から送達されたパラメータにしたがって、軌道および姿勢を制御する。具体的には、衛星３０の衛星通信装置３２は、地上設備５００から送信された軌道制御コマンド５１を受信し、衛星制御装置３１に送信する。衛星３０の衛星制御装置３１は、軌道制御コマンド５１に基づいて、推進装置３３および姿勢制御装置３４を制御する。各衛星３０が軌道制御コマンド５１にしたがって軌道を制御することにより、衛星コンステレーション２０が形成される。
【００６０】
以上の処理により、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の公転周期が互いに等しくなる軌道傾斜角を各軌道面２１が有する。すなわち、本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０では、各軌道面２１の軌道傾斜角が各軌道面２１の公転周期が互いに等しくなるように結果的に平均的に維持される。
【００６１】
図１６から図１９は、本実施の形態に係る軌道面２１の軌道高度の変動を示す図である。
図１６から図１９を用いて、複数の軌道面における隣接する軌道面の相対高度差を正弦波状に保ちつつ、各軌道面２１の軌道高度２３を順番に変動させる方式について説明する。
【００６２】
衛星コンステレーション形成システム１００では、軌道面数Ｎ（Ｎは自然数）に対して、予めＮ＋１の異なる高度を想定し、空きの高度を順番に埋めていくように軌道面２１の軌道高度を変更する。このとき、１軌道面だけ高度の追い越しが発生するものの、２軌道面の交点だけしか衝突リスクはないので、タイミングを見計らって安全に高度変更することが容易に可能となる。
【００６３】
図１６から図１９は、軌道面数がＮ＝１６の例である。よって、Ｎ＋１＝１７通りの異なる軌道高度が設定されている。１７通りの高度に対して、１高度分が空きスロットとなる。空きスロットの高度とその他の１６高度が、正弦波状に並ぶように軌道面に順番に割り当てられている。つまり、衛星コンステレーション２０では、１７通りの高度の相対高度差が正弦波状になるように設定されている。
図１６の上段では、空きスロットは高度１０である。図１６の下段では、高度１２の衛星が空きスロットである高度１０に衛星高度を変更した様子を示している。そして高度１２が空きスロットとなり、高度１４の衛星が空きスロットである高度１２に衛星高度を変更する。
図１７の上段では、空きスロットは高度１４である。図１７の下段では、高度１６の衛星が空きスロットである高度１４に衛星高度を変更した様子を示している。そして高度１６が空きスロットとなり、高度１７の衛星が空きスロットである高度１６に衛星高度を変更する。このとき軌道面の追い越しは無い。
図１８の上段では、空きスロットは高度１７である。図１８の下段では、高度１５の衛星が空きスロットである高度１５に衛星高度を変更した様子を示している。そして高度１５が空きスロットとなり、高度１３の衛星が空きスロットである高度１５に衛星高度を変更する。
【００６４】
高度を変更する際は、空きスロットに対して隣の高度を飛翔する軌道面の衛星が空きスロットの高度に移動する。
このとき、軌道高度が追い越される軌道面が１面のみ存在するが、軌道面同士の交点は２点に限定されるので、高度変更の際に偶然この２点の交点で衝突することがないよう、衛星の通過タイミングを見計らって高度変更することは容易である。軌道高度を変更する側が、増速ないし減速して軌道高度を変更しても、交点において衝突しないことを予め予測解析して確認してから軌道変更を実施する。予測解析の結果で衝突リスクがある場合は、予め隣接衛星間隔を調整することで、衛星の通過タイミングを見計らうことが可能である。なお、タイミング調整についての具体的な内容については、実施の形態２から４で後述する。
また、それぞれの軌道面に多数機の衛星が飛翔するメガコンステレーションにおいて、それぞれの軌道面の衛星は互いに概ね等間隔で飛翔しているので、多数機を同時に高度変更しても、すべての衛星を衝突回避して軌道高度の追い越しをすることも容易である。もちろん１機ずつ順番に高度変更し、高度変更完了後に同一軌道面内の衛星の相対間隔を微調整してもよい。
また、高度変更する際に衛星間情報授受を継続することは容易である。具体的には、通信サービスの場合に通信ミッションを継続したまま高度変更を実施することができる。
【００６５】
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において、正弦波状に高度変更を実施する具体的な例を示す。
衛星対地速度は軌道高度が低いほど大きいので、同一軌道面内の衛星が１機分ずれるまでの時間は低軌道高度ほど短くなる。具体的には、衛星高度５５０ｋｍの１日当たりの周回数は１５周で、衛星高度８８０ｋｍの１日当たりの周回数は１４周である。概算すると高度差１ｋｍ当たり０．００３周回分のずれが１日に発生する。すなわち、０．００３周＝１周／（８８０−５５０）ｋｍである。角度換算すると、０．００３×３６０＝１．１度／ｋｍとなる。
１軌道面に５０機ずつ運用する場合、前後の衛星間のなす角度は、３６０／５０＝７．２度であり、約６．６日（＝７．２／１．１）で衛星１機分の位置ずれが発生する。例えば、隣接高度で１００ｍの高度差をつけて運用できるとすれば、約６６日で衛星１機分の位置ずれが発生する。従って約４ヶ月かけて正弦波状に高度を変化させれば、隣接軌道における衛星対地速度差に伴う位置のずれはキャンセルして、永続的に運用が可能となる。
【００６６】
時間遅れといったその他の誤差要因も勘案して、約２ヶ月かけて正弦波状に高度を変えることにした場合、約３０面の軌道面で構成される衛星コンステレーション形成システム１００であれば、２日に１回の割合で軌道高度を変えればよいことになる。１面ずつ高度を変更する場合は平均的に１．５時間毎に高度変更をすればよい。
【００６７】
衛星３０の高度変更は、推進装置３３を増速側に動作すれば高度が上り、減速側に動作すれば高度が下がる。しかし、現実的には１．５時間で１００ｍの高度変更を実現するのは困難である。よって、高度変更の開始タイミングが１．５時間毎におとずれ、所定の軌道への変更完了はそれよりも遅延することになる。但し近傍高度を飛行する衛星の対地速度はほぼ等しいので、交点において衝突しないように位相をずらして飛翔している２軌道面の衛星が衝突することはない。
【００６８】
＊＊＊本実施の形態の効果の説明＊＊＊
複数衛星が連携してサービスする目的で、各衛星が、隣接軌道衛星との情報授受をする場合がある。互いに軌道高度の異なる軌道面では、衛星の対地速度が異なり、かつ、軌道高度が低いほど対地速度が速いために、時間経過に伴い隣接軌道間の情報授受が困難になる。また、各衛星は、隣接軌道の後続衛星と情報授受を切り替えて運用することはできる。この切替時に情報欠損を発生させないために、各衛星は、切替時に情報授受を停止し、後続衛星への切替後に再度情報授受を再開する必要がある。よって、多数の衛星が切替を必要とするメガコンステレーションではサービス停止の影響が大きい。
また、切替時に後続衛星と情報授受するための情報伝送環境を確立するには手間がかかる。具体的には、衛星間光通信の場合、極めて高い指向精度で双方の衛星が搭載する伝送機器の指向方向を一致させるまで、情報伝送ができない。
【００６９】
本実施の形態に係る衛星コンステレーションでは、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、時間推移と共に軌道面毎の衛星高度を正弦波状に順番に変動させる。よって、本実施の形態に係る衛星コンステレーションによれば、高度の異なる軌道間の情報授受を中断することなく、衝突回避しながらサービスを継続することができる。
【００７０】
また、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、異なる軌道面毎に軌道高度が異なるので、定常運用状態において衝突するリスクがない。また、軌道傾斜角を微調整することにより、正弦波を保ちつつ高度変更を行っているため、高度が異なることに起因する軌道面間の相対角度変動が発生するリスクもない。あるいは過渡状態において誤差が発生しても、容易に微調整が可能である。
【００７１】
隣接軌道の衛星間で情報授受する際に、軌道高度の相違による衛星対地速度の相違により、相対位置の移動が発生する。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、隣接軌道同士の相違が最小限になるよう、軌道高度を正弦波状に設定することで、ずれ量が小さく、ずれが発生するまでの時間も十分長い。
【００７２】
また、相対的な軌道高度を正弦波状に変動させているので、ある時期ずれが大きくなっても、いずれずれが小さくなる方向に相対関係が変わり、長期的に見ればずれが解消される。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、情報授受する衛星の切換が不要となり、永続的にサービスを継続できる。
【００７３】
衛星高度差が小さいほどずれが発生する速度が遅くなるので、本実施の形態に係る衛星コンステレーションにおいて、相対高度差を小さく設定すれば、高度変動をする頻度を減らすことができる。
【００７４】
また、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、高度変更に際して、最大１軌道面との高度追い越しが発生する可能性がある。しかし、互いの交点は２点に限定されるので、偶然この２点で衝突がないよう高度変更のタイミングを見計らうことは容易であり、衝突回避しながら安全に高度変更できるという効果がある。
【００７５】
＊＊＊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。
【００７６】
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。
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。
【００７７】
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。
【００７８】
実施の形態２．
本実施の形態では、主に、実施の形態１に追加する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。
【００７９】
＊＊＊構成の説明＊＊＊
本実施の形態では、衛星コンステレーション形成システム１００が、衝突を回避しつつ、軌道面２１の軌道高度を変動させる方式について説明する。
なお、衛星コンステレーション形成システム１００、衛星コンステレーション２０、地上設備５００、および衛星３０の構成は実施の形態１と同様である。
【００８０】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
衛星コンステレーション形成システム１００の動作手順は、衛星コンステレーション形成方法に相当する。また、衛星コンステレーション形成システム１００の動作を実現するプログラムは、衛星コンステレーション形成プログラムに相当する。
【００８１】
本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０は、法線の向きが異なる２つの軌道面２１であって同数の衛星が飛行する２つの軌道面２１を含む。また、２つの軌道面の各軌道面２１における２つの軌道面の交点近傍の点を交点近傍点Ｐｃとする。２つの軌道面の交点近傍点Ｐｃとは、２つの軌道面が交差する点の近傍点である。
衛星コンステレーション形成部１１０は、２つの軌道面の各軌道面２１の交点近傍点Ｐｃにおいて、各軌道面２１を飛行する衛星３０が通過する衛星通過タイミングがずれるように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、衛星通過タイミングがずれている状態から、衛星通過タイミングがずれている状態を維持しながら、２つの軌道面２１の少なくともいずれかの軌道面の軌道高度を徐々に変動させる。
【００８２】
具体的には、地上設備５００の軌道制御コマンド生成部５１０は、２つの軌道面の各軌道面２１の交点近傍点Ｐｃにおいて、各軌道面２１を飛行する衛星３０が通過する衛星通過タイミングがずれるように衛星コンステレーション２０を形成する軌道制御コマンド５１を生成する。軌道制御コマンド生成部５１０は、衛星通過タイミングがずれている状態から、衛星通過タイミングがずれている状態を維持しながら、２つの軌道面２１の少なくともいずれかの軌道面の軌道高度を徐々に変動させる軌道制御コマンド５１を生成する。地上設備５００の通信装置９５０は、軌道制御コマンド５１を各衛星３０に送信する。
【００８３】
図２０は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成方式の一例を示す図である。
図２０では、２つの軌道面２１ａ，２１ｂの軌道高度が互いに異なり、かつ、各軌道面２１ａ，２１ｂにおける交点近傍点Ｐｃにおいて、衛星３０ａ，３０ｂの衛星通過タイミングがずれている状態を示している。衛星コンステレーション形成部１１０は、衛星通過タイミングがずれている状態を維持しながら、２つの軌道面２１ａ，２１ｂの軌道高度を徐々に一致させる。
【００８４】
法線のなす角度が異なる軌道面で同一高度の衛星群を飛行させると、交点において衝突するリスクがある。また、多数の衛星群をそれぞれの軌道面に整備した後に、追加衛星を軌道投入する場合に、衝突リスクが高い。
そこで、本実施の形態では、予め同数の衛星をほぼ均等配置で隊列飛行させ、徐々に軌道高度を近づける。徐々に軌道高度を近づけることにより、近傍高度の衛星群はほぼ対地速度が等しくなる。よって、予め位相をずらして隊列飛行する衛星群同士は、衝突することなく軌道高度を変更することができる。
【００８５】
また、衛星コンステレーション形成部１１０は、各軌道面における交点近傍点Ｐｃにおいて衛星通過タイミングがずれている状態から、衛星通過タイミングがずれている状態を維持しながら、２つの軌道面の一方の軌道面の軌道高度に他方の軌道面の軌道高度を追い越させる。衛星コンステレーション形成部１１０は、各軌道面２１の交点近傍点Ｐｃから次の交点近傍点Ｐｃまでの間に、一方の軌道面の衛星に他方の軌道面の軌道高度を追い越させる。
【００８６】
図２１は、本実施の形態に係る衛星３０ｂによる隣接軌道面の追い越しを示す図である。
図２１では、軌道面２１ｂの衛星３０ｂが、軌道面２１ａを追い越す様子を示している。軌道面２１ｂの衛星３０ｂは、交点近傍点Ｐｃ１から、次の交点近傍点Ｐｃ２までの間Ｒで、軌道面２１ａを追い越す。
【００８７】
法線のなす角度が異なる複数の軌道面において、衛星高度の追い越しを変更する場合に、２軌道面の交点近傍２点において衝突するリスクがある。この２点以外には衝突するリスクがないので、交点近傍点を通過後から次の交点近傍点までの間に軌道高度の追い越しをすれば、衝突なく軌道高度を変更できる。
【００８８】
＊＊＊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の衛星コンステレーション形成方法では、多数機の衛星群が飛行する軌道面を複数有し、互いに法線のなす角度が異なり高度が等しい軌道面に同数の衛星を具備する衛星コンステレーションを形成する。そして、衛星コンステレーション形成方法では、互いに相対角度を有する軌道面の衛星群を予め異なる軌道高度で構築した後に、２軌道面の交点近傍２点において、衛星通過タイミングをずらした状態を維持しながら、衛星高度を徐々に一致させる。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方法によれば、同一軌道高度を飛行する複数の軌道面の衛星群を衝突リスクなく構築できるという効果がある。
【００８９】
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の衛星コンステレーション形成方法では、多数機の衛星群が飛行する軌道面を複数有し、互いに法線のなす角度が異なり、高度も異なる軌道面に同数の衛星を具備する衛星コンステレーションを形成する。そして、衛星コンステレーション形成方法では、互いに相対角度を有する軌道面の衛星群を予め異なる軌道高度で構築した後に、２軌道面の交点２点において、衛星通過タイミングをずらした状態を維持しながら、一方の軌道面の衛星高度を他方の軌道面の衛星が徐々に追い越す。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方法によれば、異なる軌道高度の衛星コンステレーションを構築する途中段階において、軌道高度の追い越しを実現する際に、衝突リスクを回避できるという効果がある。また、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成方法によれば、複数衛星が連携するサービスを継続しながら軌道高度を変更できるという効果がある。
【００９０】
＊＊＊他の構成＊＊＊
＜デオービット方法＞
本実施の形態に係る衛星コンステレーションにおいて、いずれかの衛星がデオービットする際のデオービット方法について説明する。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１００は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成方法を用いて、デオービット途中の衛星が、隣接軌道面の軌道高度を飛翔する衛星を追い越して地上へ落下するようにデオービット衛星を制御する。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るデオービット方法によれば、衝突を回避しつつ、確実に衛星をデオービットさせることができるという効果がある。
【００９１】
＜デブリ回収方法＞
本実施の形態に係る衛星コンステレーションにおいて、デブリ回収衛星が、自力でデオービットできない衛星を外的な捕獲手段により捕獲し、隣接軌道面の軌道高度を飛翔する衛星を追い越して地上へ落下するデブリ回収方法について説明する。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１００は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成方法を用いて、自力でデオービットできない衛星を外的な捕獲手段により捕獲したデブリ回収衛星を、隣接軌道面の軌道高度を飛翔する衛星を追い越して地上へ落下するように制御する。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るデブリ回収方法によれば、衝突を回避しつつ、確実にデブリ回収衛星にデブリを回収および除去させることができるという効果がある。
【００９２】
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に追加する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。
【００９３】
＊＊＊構成の説明＊＊＊
本実施の形態では、衛星コンステレーション形成システム１００が、衝突を回避しつつ、軌道面２１の軌道高度を変動させる具体的な方式について説明する。
なお、衛星コンステレーション形成システム１００、衛星コンステレーション２０、地上設備５００、および衛星３０の構成は実施の形態１と同様である。
【００９４】
図２２は、衛星高度の調整について説明する図である。
図２３は、軌道傾斜角の調整について説明する図である。
軌道制御コマンド生成部５１０は、各衛星３０の高度を調整するための軌道制御コマンド５１を生成する。また、軌道制御コマンド生成部５１０は、各衛星３０の軌道傾斜角を調整するための軌道制御コマンド５１を生成する。そして、地上設備５００の通信装置９５０は、軌道制御コマンド５１を各衛星３０へ送信する。
各衛星３０において、衛星制御装置３１は、衛星通信装置３２を介して軌道制御コマンド５１を受信する。衛星制御装置３１は、軌道制御コマンド５１にしたがって、衛星高度および軌道傾斜角を調整する。具体的には、衛星制御装置３１は、軌道制御コマンド５１にしたがって推進装置３３を制御する。推進装置３３が衛星速度を変えることにより、衛星高度と軌道傾斜角とを調整することができる。上述したように、軌道制御コマンド生成部５１０は、衛星コンステレーション形成部１１０の例である。また、軌道制御コマンド５１は、衛星コンステレーション形成部１１０が生成するパラメータの例である。
【００９５】
図２２において、地球７０の中に記された黒丸は北極点を表している。
衛星３０の飛行速度が増速すると、衛星３０の高度が上昇する。そして、衛星３０の高度が上昇すると、衛星３０の対地速度が減速する。
衛星３０の飛行速度が減速すると、衛星３０の高度が下降する。そして、衛星３０の高度が下降すると、衛星３０の対地速度が増速する。
【００９６】
また、図２３に示すように、衛星３０が赤道上空を横切る地点（分点）において推進装置３３が軌道面と直交する方向へ推力を発生させれば、効果的に軌道傾斜角を微調整することができる。
【００９７】
＊＊＊機能の説明＊＊＊
図２４は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０の例を示す図である。
衛星コンステレーション形成システム１００は、法線の向き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を形成する。各軌道面２１に複数の衛星３０が軌道衛星群２１０として飛翔する。軌道衛星群２１０の各衛星は軌道衛星群２１０の各衛星の速度を変化させる推進装置３３を備えている。図２４では、１つの軌道面２１を例として、複数の衛星３０が軌道衛星群２１０として飛翔している様子を示している。なお、各軌道面２１においても同様に軌道衛星群２１０が飛翔している。
【００９８】
軌道衛星群２１０の各衛星３０の構成は、図７で説明した。
本実施の形態では、衛星コンステレーション形成部１１０は、複数の軌道面の軌道面毎に、軌道衛星群２１０の各衛星の推進装置３３を同期して動作させる。
また、衛星コンステレーション形成部１１０は、複数の軌道面のうち１の軌道面２１の軌道衛星群２１０の各衛星に対し、第１時間Ｔ１の増速した後に第１時間Ｔ１の減速する動作を繰り返す増減速処理を実施する。衛星コンステレーション形成部１１０は、１の軌道面２１の軌道衛星群２１０の各衛星に対し、増減速処理を実施するとともに、１の軌道面に隣接する軌道面の軌道衛星群２１０の各衛星に対し、１の軌道面に対し増減速処理を開始した時点から第２時間Ｔ２の遅延の後に、増減速処理を開始することを複数の軌道面の各衛星に対して繰り返す。
【００９９】
衛星コンステレーション形成部１１０は、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た軌道高度の高度プロファイルが正弦波状を成すように第１時間Ｔ１と第２時間Ｔ２とを設定する。
衛星コンステレーション形成部１１０は、第１時間Ｔ１の２倍を複数の軌道面の数Ｎで割った値を第２時間Ｔ２として算出する。
【０１００】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
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の動作について説明する。
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１００は、法線方向が互いに異なるＮ面の軌道面２１を有する衛星コンステレーション２０を形成する。同一の軌道面を飛翔する複数の衛星３０は軌道衛星群２１０である。
衛星コンステレーション形成部１１０により、同一の軌道面を構成する複数の衛星３０は同期して推進装置３３を動作させる。
【０１０１】
本実施の形態に係る衛星コンステレーション２０は、第１軌道面、第２軌道面、第３軌道面、・・・、第Ｎ軌道面のＮ面の軌道面から構成されるものとする。
【０１０２】
衛星コンステレーション形成部１１０は、第１軌道面の衛星３０について、第１時間Ｔ１の増速の後に第１時間Ｔ１の減速をする動作を繰り返す。また、衛星コンステレーション形成部１１０は、第１軌道面に隣接する第２軌道面の衛星について、第１軌道面に対して第２時間の遅延の後に、第１軌道面に対する動作と同様の増速と減速を繰り返す。衛星コンステレーション形成部１１０は、Ｎ面の軌道面２１における隣接する軌道面の相対高度差を順に並べた軌道高度の高度プロファイルが概略正弦波をなすよう第１時間Ｔ１と第２時間Ｔ２を設定する。高度プロファイルは、具体的には、図１２、あるいは、図１６から図１９に示すものである。
【０１０３】
第１軌道面の衛星３０の推進装置３３は、約第１時間Ｔ１増速方向に動作した後に第１時間Ｔ１減速方向に動作する増減速処理を繰り返す。また、第１軌道面に隣接する第２軌道面の衛星３０の推進装置３３は、隣接する第１軌道面に対してＴ１×２／Ｎ時間の遅延の後に、約第１時間Ｔ１増速方向に動作した後に第１時間Ｔ１減速方向に動作する増減速処理を繰り返す。同様に、第２軌道面に隣接する第３軌道面の衛星３０の推進装置３３は、第２軌道面２１に対してＴ１×２／Ｎ時間の遅延の後に、約第１時間Ｔ１増速方向に動作した後に第１時間Ｔ１減速方向に動作する増減速処理を繰り返す。このように同様の動作を、第Ｎ軌道面まで繰り返す。
【０１０４】
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では、第１軌道面から第Ｎ軌道面の高度プロファイルが概略正弦波をなすよう第１時間Ｔ１と第２時間Ｔ２とが設定されている。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１００では、概ねＴ２＝Ｔ１×２／Ｎに設定すれば、Ｎ面の軌道面による高度プロファイルが概略正弦波を成す。
【０１０５】
＊＊＊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１００によれば、Ｎ面の軌道面の高度が分散しており、異なる高度の軌道面同士は交点を持たないので、衛星の衝突リスクがない。高度が一致する軌道面同士は交点を有するが、一致する可能性があるのはそれぞれ最大１軌道面のみであり、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ことは容易である。
【０１０６】
軌道高度の異なる軌道面同士はアジマス方向に回転速度が異なるため、軌道面のなす相対角度が徐々に変化する。しかし、正弦波状に高度の高低関係が入れ替わるので、結果としては平均的な相対角度は維持される。したがって、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１００によれば、軌道高度毎に最適な軌道傾斜角を調整して故意に軌道面の相対角度を維持する必要がない。
また、軌道高度の異なる軌道面同士は衛星対地速度が異なるため、隣接軌道を飛翔する衛星との相対位置関係が徐々に変化する。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１００では、正弦波状に高度の高低関係が入れ替わるので、結果としては平均的な相対位置関係が維持される。したがって、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１００によれば、隣接軌道の衛星との通信対象を切替えることなく、サービスを継続できる。
【０１０７】
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では、個々の衛星の軌道位置精度と計測精度に依存せずに相対的な位置関係を制御できる。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１００によれば、衝突回避のために誤差成分とマージンを含めた大きな距離を離さなくても、衝突を回避できる。相対高度差が小さくてもよいために、推薬が節約でき、高度変更させる速度もゆっくり時間をかけられるという効果がある。この結果として、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によれば、全ての軌道面の多数衛星をプログラム制御することが可能となり、自動化システムとして実現可能となる。
【０１０８】
実施の形態４．
本実施の形態では、主に、実施の形態３に追加する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。
【０１０９】
＊＊＊構成の説明＊＊＊
本実施の形態では、衛星コンステレーション形成システム１００が、実施の形態３で説明した衛星コンステレーション２０を形成するための地上設備５００について説明する。
なお、衛星コンステレーション形成システム１００、衛星コンステレーション２０、地上設備５００、および衛星３０の構成は実施の形態１と同様である。
【０１１０】
＊＊＊機能の説明＊＊＊
地上設備５００の通信装置９５０は、衛星コンステレーション２０を構成する複数の軌道面の各軌道面２１の軌道衛星群２１０の各衛星を追跡管制する信号を送受信する。
地上設備５００の軌道制御コマンド生成部５１０は、複数の軌道面の軌道面毎に、軌道衛星群２１０の各衛星の推進装置を同期して動作させる軌道制御コマンド５１を生成する。また、軌道制御コマンド５１は、複数の軌道面のうち１の軌道面の軌道衛星群の各衛星に対し、第１時間Ｔ１の増速した後に第１時間Ｔ１の減速する動作を繰り返す増減速処理を実施させる。また、軌道制御コマンド５１は、１の軌道面に隣接する軌道面の軌道衛星群２１０の各衛星に対し、１の軌道面に対し増減速処理を開始した時点から第２時間Ｔ２の遅延の後に、増減速処理を開始させる。そして、軌道制御コマンド生成部５１０は、複数の軌道面の各衛星に対して、上記の処理を繰り返えさせる軌道制御コマンド５１を生成する。
地上設備５００の通信装置９５０は、軌道制御コマンド５１を複数の軌道面の各軌道面の軌道衛星群２１０の各衛星に送信する。
【０１１１】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
実施の形態１で説明したように、地上設備５００は、全ての軌道面の多数衛星をプログラム制御する。具体的には、以下の通りである。
【０１１２】
地上設備５００は、全ての衛星３０について、時間推移に依存する軌道上位置を計測する。計測手段として衛星３０に搭載された測位衛星信号受信装置を使って、時間推移に依存する軌道上位置を計測してもよい。具体的には、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）受信機を各衛星に搭載し、時刻と位置情報をテレメトリデータとして地上に送信する。このトレンドをモニタすれば、結果的に時間推移に依存する軌道上位置を計測することになる。
あるいは、地上からのレンジング計測を用いてもよい。また衛星軌道周期を計測して衛星対地速度あるいは軌道高度を解析把握してもよい。
【０１１３】
地上設備５００は、同一軌道面の複数の衛星が概略等間隔となるよう軌道投入した後に、同一高度、および、同一軌道傾斜角で飛翔させる。この結果として同一軌道面の複数の衛星は同期して同じ位相角を維持して飛翔する。
【０１１４】
地上設備５００は、軌道面の高度が入れ替わる際の２軌道面の交点において、衛星通過タイミングが一致しないことを条件として推進装置を動作させる指示を衛星３０に送信する。異なる軌道の高度が入れ替わる場合は、同一の軌道面を等間隔で飛翔する複数の衛星同士の間を、隣接する軌道面を同数の衛星が等間隔で飛翔しており、かつ、位相が異なれば、互いに衝突することなく衛星高度の入れ替えが可能となる。
具体的には、地上設備５００の軌道制御コマンド生成部５１０が、軌道面の高度が入れ替わる際の２軌道面の交点において、衛星通過タイミングが一致しないことを条件として推進装置３３を動作させる軌道制御コマンド５１を衛星３０に送信する。
【０１１５】
地上設備５００は、複数軌道面の時間推移に依存するアジマス方向の相対角度を計測する。計測手段としては当該軌道面の飛翔位置を時間推移に応じてモニタすればよい。
Ｔ１程度の時間インターバルでは軌道面の相対角度は変化するが、十分長い時間の平均値を比較すれば、軌道面間角度が均等であるか否か判断できる。よって、不均等であれば衛星３０の推進装置３３の推力を調整することにより、軌道高度を微調整して、軌道面の相対角度が均一になるよう軌道面の複数の衛星に指示を与える。
具体的には、地上設備５００の軌道制御コマンド生成部５１０が、衛星３０の推進装置３３の推力を調整することにより、軌道高度を微調整して、軌道面の相対角度が均一になるように軌道制御コマンド５１を衛星３０に送信する。
【０１１６】
また、個別衛星の故障といった要因に起因して、複数の衛星の中で同期から外れた挙動を検知した場合、アラームを地上設備が発して、当該衛星に限定して人為的な対策を講じる。
【０１１７】
＊＊＊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１００によれば、地上設備５００の自動化が可能となり、省力化ができる。また、地上設備５００は、同一軌道面内の衛星群の相対位置関係と、軌道面間の相対関係、および高度の推移をモニタする。そして、地上設備５００は、衝突が発生しない条件を維持しながら、徐々に推進装置の出力を低減していくことにより、異なる軌道面の中の最高高度と最低高度の高度差が縮まり、軌道面の相対角度変化も衛星対地速度の相違も減る。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１００によれば、正弦波状の高度変化を緩慢に実施できる余裕が生まれ、衝突リスク自体が減らせると共に、推薬消費量を削減可能となる。
【０１１８】
以上の実施の形態１から４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４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４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。
【０１１９】
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】
【０１２０】
２０  衛星コンステレーション、２１，２１ａ，２１ｂ  軌道面、３０，３０ａ，３０ｂ  衛星、３１  衛星制御装置、３２  衛星通信装置、３３  推進装置、３４  姿勢制御装置、３５  電源装置、５１  軌道制御コマンド、７０  地球、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、２１０  軌道衛星群、３００  衛星群、５００  地上設備、５１０  軌道制御コマンド生成部、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】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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