(57)【要約】  機器通信装置（９５０）は、親衛星（３１０）と子衛星（３２０）との少なくともいずれかと通信する。制御部（１１０）は、デブリを親衛星（３１０）と子衛星（３２０）とにより挟み込んで捕獲し、親衛星（３１０）とデブリと子衛星（３２０）とが連接した状態の飛翔体に対して軌道降下時能動的制御運用を実施する制御コマンド（５１）を生成する。そして、制御部（１１０）は、制御コマンド（５１）を機器通信装置（９５０）を介して親衛星（３１０）と子衛星（３２０）との少なくともいずれかに送信する。
2020261397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の衛星と第２の衛星との少なくともいずれかと通信する機器通信装置と、
デブリを前記第１の衛星と前記第２の衛星とにより挟み込んで捕獲し、前記第１の衛星と前記デブリと前記第２の衛星とが連接した状態の飛翔体に対して軌道降下時能動的制御運用を実施する制御コマンドを生成し、前記制御コマンドを前記機器通信装置を介して前記第１の衛星と前記第２の衛星との少なくともいずれかに送信する制御部と
を備えたデブリ回収制御装置。
【請求項２】
前記デブリは、人工衛星あるいはロケットの残骸である請求項１に記載のデブリ回収制御装置。
【請求項３】
前記第１の衛星と前記第２の衛星との各々は、推進装置を備え、
前記制御部は、
前記飛翔体の重心位置が前記推進装置の進行方向ベクトルの直線上となるように前記第１の衛星と前記第２の衛星とを配置する前記制御コマンドを送信する請求項１または請求項２に記載のデブリ回収制御装置。
【請求項４】
第１の衛星と第２の衛星とを備え、デブリを回収するデブリ回収衛星において、
デブリを前記第１の衛星と前記第２の衛星とにより挟み込んで捕獲する捕獲装置と、
前記第１の衛星と前記デブリと前記第２の衛星とが連接した状態の飛翔体に対して軌道降下時能動的制御運用を実施する姿勢軌道制御装置と
を備えたデブリ回収衛星。
【請求項５】
前記デブリは、人工衛星あるいはロケットの残骸である請求項４に記載のデブリ回収衛星。
【請求項６】
前記第１の衛星と前記第２の衛星との各々は、
推進装置を備え、前記飛翔体の重心位置が前記推進装置の進行方向ベクトルの直線上となるように前記第１の衛星と前記第２の衛星とを配置する請求項４または請求項５に記載のデブリ回収衛星。
【請求項７】
デブリを回収するデブリ回収衛星と前記デブリとに備えられる捕獲用インタフェース機器において、
前記デブリ回収衛星は、
前記デブリを挟み込んで捕獲する第１の衛星と第２の衛星とを備え、
前記第１の衛星と前記第２の衛星との各々は、推進装置を備え、
前記捕獲用インタフェース機器は、
前記第１の衛星と前記デブリと前記第２の衛星とが連接した状態の飛翔体の重心位置が前記推進装置の進行方向ベクトルの直線上となるように配置されている捕獲用インタフェース機器。
【請求項８】
デブリを回収するデブリ回収衛星に備えられる接続装置において、
前記デブリ回収衛星は、前記デブリを挟み込んで捕獲する第１の衛星と第２の衛星とを備え、
前記接続装置は、前記デブリを挟み込んでいる前記第１の衛星と前記第２の衛星との各々に備えられ、前記デブリを挟み込んでいる他の衛星の方向に延びる腕部と、前記腕部の先端部に設けられ、前記他の衛星の腕部の先端部と接続する接続部とを備えた接続装置。
【請求項９】
第１の衛星と、第２の衛星と、前記第１の衛星と前記第２の衛星との少なくともいずれかと通信するデブリ回収制御装置とを備えたデブリ回収システムにおいて、
前記デブリ回収システムは、
デブリを前記第１の衛星と前記第２の衛星とにより挟み込んで捕獲し、前記第１の衛星と前記デブリと前記第２の衛星とが連接した状態の飛翔体に対して軌道降下時能動的制御運用を実施する制御コマンドを生成し、前記制御コマンドを前記第１の衛星と前記第２の衛星との少なくともいずれかに送信する制御部を備え、
前記第１の衛星と前記第２の衛星との各々は、
前記制御コマンドに基づいて、前記デブリを捕獲する捕獲装置と、前記飛翔体に対して軌道降下時能動的制御運用を実施する推進装置とを備えたデブリ回収システム。
【請求項１０】
第１の衛星と第２の衛星との少なくともいずれかと通信する機器通信装置を備えたデブリ回収制御装置のデブリ回収方法において、
制御部が、デブリを前記第１の衛星と前記第２の衛星とにより挟み込んで捕獲し、前記第１の衛星と前記デブリと前記第２の衛星とが連接した状態の飛翔体に対して軌道降下時能動的制御運用を実施する制御コマンドを生成し、前記制御コマンドを前記機器通信装置を介して前記第１の衛星と前記第２の衛星との少なくともいずれかに送信するデブリ回収方法。
【請求項１１】
第１の衛星と第２の衛星との少なくともいずれかと通信する機器通信装置を備えたデブリ回収制御装置のデブリ回収プログラムにおいて、
デブリを前記第１の衛星と前記第２の衛星とにより挟み込んで捕獲し、前記第１の衛星と前記デブリと前記第２の衛星とが連接した状態の飛翔体に対して軌道降下時能動的制御運用を実施する制御コマンドを生成し、前記制御コマンドを前記機器通信装置を介して前記第１の衛星と前記第２の衛星との少なくともいずれかに送信する制御処理をコンピュータである前記デブリ回収制御装置に実行させるデブリ回収プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デブリ回収制御装置、デブリ回収衛星、捕獲用インタフェース機器、接続装置、デブリ回収システム、デブリ回収方法、および、デブリ回収プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、故障により制御不能となった人工衛星、あるいは、ロケットの残骸といったスペースデブリが増加し、その回収が課題となっている。
また、宇宙空間のデブリ増加に加えて、数百から数千機に及ぶ大規模衛星コンステレーションの構築が始まり、軌道上の衝突事故のリスクが高まっている。そこで衝突回避のために、軌道上のミッション終了後の軌道離脱（ＰＭＤ）あるいは故障した衛星、および浮遊するロケット上段といったデブリをデブリ回収衛星といった外的手段により軌道離脱させるＡＤＲの必要性が訴求されている。また、このようなＡＤＲの必要性について、ＳＴＭとして国際的な議論が始まっている。なお、ＰＭＤは、Ｐｏｓｔ  Ｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｏｓａｌの略語である。ＡＤＲは、Ａｃｔｉｖｅ  Ｄｅｂｒｉｓ  Ｒｅｍｏｖａｌの略語である。ＳＴＭは、Ｓｐａｃｅ  Ｔｒａｆｆｉｃ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔの略語である。【０００３】
特許文献１には、タンブルあるいは回転しているスペースデブリを捕獲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２０１２−２３６５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術では、ロープ状の物体でデブリを捕獲するため、ロケット残骸あるいは故障衛星といったデブリを回収する際に、重心位置を決定することが難しいという課題がある。
特に、デブリ回収衛星がデブリと連接して軌道降下時能動的制御運用を行うためには、連接した際の重心位置を挟み込む配置で、複数方向の推進装置を設置する必要がある。よって、ロケット残骸あるいは故障衛星といったデブリの場合、適切な位置に推進装置を配置することが難しい。例えば、デブリに回り込める十分な長さを有し、多くの自由度を有するロボットアームといった機器が必要である。【０００６】
本発明は、主に、デブリを的確に回収することができるデブリ回収制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るデブリ回収制御装置は、
第１の衛星と第２の衛星との少なくともいずれかと通信する機器通信装置と、
デブリを前記第１の衛星と前記第２の衛星とにより挟み込んで捕獲し、前記第１の衛星と前記デブリと前記第２の衛星とが連接した状態の飛翔体に対して軌道降下時能動的制御運用を実施する制御コマンドを生成し、前記制御コマンドを、前記機器通信装置を介して前記第１の衛星と前記第２の衛星との少なくともいずれかに送信する制御部とを備えた。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るデブリ回収制御装置では、制御部が、デブリを第１の衛星と第２の衛星とにより挟み込んで捕獲するとともに、第１の衛星とデブリと第２の衛星とが連接した状態の飛翔体に対して軌道降下時能動的制御運用を実施する制御コマンドを生成する。そして、制御部は、制御コマンドを、機器通信装置を介して第１の衛星と第２の衛星との少なくともいずれかに送信する。よって、本実施の形態に係るデブリ回収制御装置によれば、デブリを的確に回収することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係るデブリ回収システムの構成図。
【図２】実施の形態１に係るデブリ回収衛星の構成図。
【図３】実施の形態１と比較するための比較例。
【図４】実施の形態１に係るデブリ回収システムの動作を示すフロー図。
【図５】実施の形態１に係るデブリ回収衛星によるデブリの捕獲および軌道制御の一例を示す図。
【図６】実施の形態１に係るデブリ回収衛星によるデブリの捕獲および軌道制御の例を示す図。
【図７】実施の形態１の変形例に係るデブリ回収衛星によるデブリの捕獲および軌道制御の例を示す図。
【図８】実施の形態１の変形例に係るデブリ回収衛星によるデブリの捕獲および軌道制御の例を示す図。
【図９】実施の形態１の変形例に係るデブリ回収システムの構成図。
【図１０】実施の形態２に係るデブリ回収衛星によるデブリの捕獲例を示す図。
【図１１】実施の形態３に係るデブリ回収衛星によるデブリの捕獲例を示す図。
【図１２】実施の形態３に係る接続装置の例を示す図。
【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】
ここで、以下の実施の形態における背景について説明する。
メガコンステレーション衛星あるいはデブリ回収衛星がデオービットする過程において、低軌道の混雑軌道あるいは極域を通過する場合、偏在的に衝突リスクが高くなる。低軌道の混雑軌道とは、例えば、ＬＳＴ（Ｌｏｃａｌ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｉｍｅ）１０：３０近傍、あるいは、高度５００ｋｍから８００ｋｍ程度の軌道である。このように偏在的に衝突リスクが高くなるデオービットについては、現在議論されているＰＭＤあるいはＡＤＲといった軌道離脱行為の規定だけでは不十分である。大気圏突入までのデオービット過程において、偏在リスクの高い領域を回避して降下する軌道降下時能動的制御運用が必要となる。このような軌道降下時能動的制御運用を、アクティブデオービット運用と呼ぶ。デオービット過程で運用制御して、軌道面、高度、および、変更実施時期等をコントロールすることにより、衝突が回避可能となる。
【００１２】
単に軌道離脱行為だけの実施であれば、例えばデブリ回収衛星が網状あるいは紐状の捕獲手段によりデブリを捕獲して、飛翔方向逆向きに減速力を付与すれば目的を達成する。
しかしながら、デオービット過程においてアクティブな運用制御を実施するためには、デブリをデブリ回収衛星が捕獲した２体結合状態の質量特性に対して、軌道制御と姿勢制御を実施する必要がある。よって、網状あるいは紐状の捕獲手段のように６自由度拘束ができない捕獲手段では不十分である。
また、６自由度拘束できる捕獲手段であっても、２体結合状態の質量特性に対して適切に推進装置の噴射ベクトルを向けることができないと、所望の軌道制御と姿勢制御ができない。
【００１３】
このようなデブリのアクティブデオービット運用をする際、デブリ回収衛星は、デブリと連結した状態の質量特性で軌道制御および姿勢制御を実施する。そして、このような軌道制御および姿勢制御のためには、推進装置が重心位置を通るベクトルに噴射する必要がある。
以下の実施の形態では、デブリ回収衛星が、デブリと連結した状態の質量特性で的確な軌道制御および姿勢制御を実現する態様について説明する。
【００１４】
実施の形態１．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１は、本実施の形態に係るデブリ回収システム５００の構成を示す図である。
図２は、本実施の形態に係るデブリ回収衛星３００の構成を示す図である。
デブリ回収システム５００は、デブリ回収制御装置１００とデブリ回収衛星３００とを備える。デブリ回収システム５００は、デブリ２００を親衛星３１０と子衛星３２０とにより挟み込んで捕獲し、親衛星３１０とデブリ２００と子衛星３２０が連接した状態の飛翔体に対して、軌道降下時能動的制御運用、すなわちアクティブデオービット運用を実施する。
【００１５】
デブリ２００は、具体的には、故障して制御不能となった人工衛星あるいはロケットの残骸といった物体である。すなわち、デブリ２００は、比較的大きな物体である。例えば、デブリ２００は、楕円軌道を描きながら高度１００ｋｍから２０００ｋｍ程度を浮遊する。
【００１６】
デブリ回収衛星３００は、親衛星３１０と子衛星３２０とで構成される。親衛星３１０は、第１の衛星３１の例である。また、子衛星３２０は、第２の衛星３２の例である。デブリ回収制御装置１００は、親衛星３１０と子衛星３２０との各々と通信する。デブリ回収制御装置１００は、デブリ回収制御装置１００の機器通信装置９５０と、親衛星３１０および子衛星３２０の各衛星の衛星通信装置１３１とを介して、デブリ回収衛星３００と通信する。
以下の説明では、親衛星３１０および子衛星３２０の両方あるいは各衛星をデブリ回収衛星３００と呼ぶ場合がある。
【００１７】
デブリ回収制御装置１００は、地上に設置された設備である。デブリ回収制御装置１００は、親衛星３１０と子衛星３２０とを制御する。例えば、デブリ回収制御装置１００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、デブリ回収制御装置１００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よい。デブリ回収制御装置１００は、親衛星３１０と子衛星３２０とを制御し、ロケット残骸あるいは故障衛星といったデブリを回収する装置である。デブリ回収制御装置１００は、地上装置、あるいは地上設備ともいう。
【００１８】
デブリ回収制御装置１００は、コンピュータを備える。デブリ回収制御装置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、および機器通信装置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。
【００１９】
デブリ回収制御装置１００は、機能要素として、制御部１１０を備える。制御部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。
【００２０】
プロセッサ９１０は、デブリ回収プログラムを実行する装置である。デブリ回収プログラムは、制御部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（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）である。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
機器通信装置９５０は、レシーバとトランスミッタを有する。機器通信装置９５０は、具体的には、通信チップまたはＮＩＣ（Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｃａｒｄ）である。デブリ回収制御装置１００は、機器通信装置９５０を介して、デブリ回収衛星３００あるいはその他の装置との通信を行う。
【００２５】
デブリ回収プログラムは、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、デブリ回収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、デブリ回収プログラムを実行する。デブリ回収プログラムおよびＯＳは、補助記憶装置９２２に記憶されていてもよい。補助記憶装置９２２に記憶されているデブリ回収プログラムおよび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、デブリ回収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。
【００２６】
デブリ回収制御装置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、デブリ回収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と同じようにデブリ回収プログラムを実行する装置である。
【００２７】
デブリ回収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。
【００２８】
制御部１１０の「部」を「処理」、「手順」あるいは「工程」に読み替えてもよい。また制御処理の「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。
デブリ回収プログラムは、上記の制御部１１０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、デブリ回収方法は、デブリ回収制御装置１００がデブリ回収プログラムを実行することにより行われる方法を含む。
デブリ回収プログラムは、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、デブリ回収プログラムは、プログラムプロダクトとして提供されてもよい。
【００２９】
図２を用いて、本実施の形態に係る親衛星３１０と子衛星３２０の構成について説明する。ここでは、親衛星３１０と子衛星３２０との各衛星をデブリ回収衛星３００として説明する。
デブリ回収衛星３００は、人工衛星である。デブリ回収衛星３００は、観測衛星、あるいは、通信衛星であってもよい。あるいは、デブリ回収を目的に製造された衛星でもよい。デブリ回収衛星３００は、衛星通信装置１３１、コマンドデータ処理装置１３２、姿勢軌道制御装置１３３、推進装置１３４、捕獲装置１３５、およびミッションデータ処理装置１３６といった装置を備える。
【００３０】
捕獲装置１３５は、デブリ２００を親衛星３１０と子衛星３２０の間に挟み込んで捕獲する装置である。捕獲装置１３５は、デブリ２００の捕獲状況を表す捕獲データを、他のデブリ回収衛星３００あるいはデブリ回収制御装置１００に送信してもよい。
推進装置１３４は、デブリ回収衛星３００の速度を変化させるための装置である。具体的には、推進装置１３４は化学燃料スラスタもしくは電気推進スラスタである。例えば、推進装置１３４は、ヒドラジンスラスタ、イオンエンジンまたはホールスラスタである。
衛星通信装置１３１は、コマンドを受信し、捕獲データを送信するための装置である。コマンドは、地上から送信される信号であり、コマンドデータ処理装置１３２を経由して、データもしくは制御信号として、姿勢軌道制御装置１３３あるいは捕獲装置１３５に伝達される。捕獲データは、捕獲装置１３５が行う捕獲動作を表すデータであり、ミッションデータ処理装置１３６を経由して、衛星通信装置１３１を用いて地上もしくはデータ中継衛星に送信される。例えば、捕獲データは、デブリ２００の捕獲の状態を表す。
【００３１】
姿勢軌道制御装置１３３は、デブリ回収衛星３００の姿勢および角速度、捕獲装置１３５の向きといった姿勢要素、および、デブリ回収衛星３００の軌道要素を制御するための装置である。姿勢軌道制御装置１３３は、各姿勢要素を所望の方向に変化させる。もしくは、姿勢軌道制御装置１３３は、各姿勢要素を所望の方向に維持する。姿勢軌道制御装置１３３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。具体的には、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、あるいは磁気センサといったセンサである。アクチュエータは、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・ジャイロといった機器である。コントローラは、姿勢センサの計測データまたは地球からの制御コマンドに基づいて制御プログラムを実行することによって、アクチュエータを制御する。
また、姿勢軌道制御装置１３３は、ＧＰＳＲ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ
Ｓｙｓｔｅｍ  Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）とコントローラとを備える。具体的には、アクチュエータは、姿勢・軌道制御スラスタである。コントローラは、姿勢センサ、ＧＰＳＲの計測データ、または地球からの制御コマンドに基づいて制御プログラムを実行し、姿勢と推進装置１３４を制御することで、軌道制御を行う。
【００３２】
電源装置１３７は、具体的には、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る。電源装置１３７は、デブリ回収衛星３００に搭載される各機器に電力を供給する。
【００３３】
ここで、姿勢軌道制御装置１３３に備わるコントローラの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制御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。
【００３４】
図３は、本実施の形態と比較するための比較例を示す図である。
図３に示すように、比較例のデブリ回収衛星９１は、故障して軌道制御機能を失った人工衛星、あるいは、ロケット残骸といったデブリ９２を回収する。図３では、比較例のデブリ回収衛星９１は、捕獲装置でデブリ９２を捕獲し、デブリ回収衛星９１とデブリ９２が連接した状態で、アクティブデオービット運用を実施する。このとき、複数方向の推進装置は、デブリ回収衛星９１とデブリ９２が連接した状態における重心位置Ｃを挟み込む配置で設置される必要がある。しかし、デブリ回収衛星９１単体では、上記の配置に推進装置を配置することは難しい。
【００３５】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
図４を用いて、本実施の形態に係るデブリ回収システム５００の動作について説明する。
デブリ回収システム５００の動作手順は、デブリ回収方法に相当する。また、デブリ回収システム５００の動作を実現するプログラムは、デブリ回収プログラムに相当する。
【００３６】
ステップＳ１０１において、デブリ回収制御装置１００の制御部１１０は、親衛星３１０と子衛星３２０との少なくともいずれかに送信する制御コマンド５１を生成する。制御コマンド５１には、捕獲コマンド５１１と、軌道制御コマンド５１２とが含まれる。
制御部１１０は、デブリ２００を、親衛星３１０と子衛星３２０とにより挟み込んで捕獲する捕獲コマンド５１１を生成する。
【００３７】
図５は、本実施の形態に係るデブリ回収衛星３００によるデブリ２００の捕獲および軌道制御の例を示す図である。図５に示すように、親衛星３１０とデブリ２００と子衛星３２０とが連接した状態の物体を飛翔体４００と呼ぶ。制御部１１０は、飛翔体４００の重心位置Ｃが、推進装置の進行方向ベクトルＶの直線上となるように親衛星３１０と子衛星３２０とを配置する捕獲コマンド５１１を生成する。
【００３８】
また、制御部１１０は、親衛星３１０とデブリ２００と子衛星３２０とが連接した状態の飛翔体４００に対して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５１２を生成する。
【００３９】
ステップＳ１０２において、制御部１１０は、捕獲コマンド５１１と軌道制御コマンド５１２とを含む制御コマンド５１を、機器通信装置９５０を介して親衛星３１０と子衛星３２０との少なくともいずれかに送信する。
制御コマンド５１は、親衛星３１０が一括して受信してもよい。あるいは、デブリ回収制御装置１００は、親衛星３１０と子衛星３２０との個別に制御コマンド５１を生成し、各々に制御コマンド５１を送信してもよい。
また、親衛星３１０と子衛星３２０間の相互通信は無指向性の近距離通信で実施してもよい。親衛星３１０と子衛星３２０は打上げ時に連接した状態で、同時打上げしてもよい。また、親衛星３１０と子衛星３２０が連接した状態でデブリ２００に接近してもよい。
【００４０】
ステップＳ１０３において、デブリ回収衛星３００は、制御コマンド５１に基づいて、デブリ２００を親衛星３１０と子衛星３２０とにより挟み込んで捕獲し、飛翔体４００に対してアクティブデオービット運用を実施する。具体的には、親衛星３１０と子衛星３２０との各々の捕獲装置１３５が、制御コマンド５１に基づいて、デブリ２００を挟み込んで捕獲する。そして、親衛星３１０と子衛星３２０との各々の推進装置１３４が、制御コマンド５１に基づいて、飛翔体４００に対してアクティブデオービット運用を実施する。
【００４１】
図５に示すように、親衛星３１０と子衛星３２０との各々は、飛翔体４００の重心位置Ｃが推進装置の進行方向ベクトルＶの直線上となるように配置される。
例えば、ロケット残骸を回収する場合には、デブリ回収衛星３００は、機軸方向の上端を親衛星３１０により捕獲し、下端を子衛星３２０により捕獲する。そして、一体の飛翔体４００として軌道制御と姿勢制御が実施される。
デブリ２００の上端が進行方向と仮定した場合に、親衛星３１０が進行方向逆向きに推進装置を噴射することにより飛翔体４００は減速し高度が低下する。高度低下を続けることにより、地球重力により最終的に大気圏まで降下し、大気との摩擦で燃焼して飛翔体４００が焼失し、デブリ除去の目的を完遂する。
【００４２】
図６は、本実施の形態に係るデブリ回収衛星３００によるデブリ２００の捕獲および軌道制御の例を示す図である。
高度低下の途中で、混雑軌道に侵入するリスクがある場合には、子衛星３２０が進行方向に噴射することにより増速効果が生まれ、飛翔体４００の落下速度が緩和される。
図５および図６に示すように、デブリ回収システム５００では、親衛星３１０と子衛星３２０の推進装置１３４の動作量とタイミングを適切に制御することにより、飛翔体４００の速度を増減することができる。具体的には、デブリ回収システム５００は、飛翔体４００が混雑軌道に侵入する前に、降下速度を早めて混雑軌道侵入前に落下させることができる。また、デブリ回収システム５００は、降下速度を遅らせて、混雑軌道面が回転して、飛翔体４００とは異なる軌道面に過ぎ去った後に改めて降下速度を速めて落下させてもよい。このように、デブリ回収システム５００は、飛翔体４００のアクティブデオービット運用を実施する。
【００４３】
＊＊＊他の構成＊＊＊
＜変形例１＞
図７および図８は、本実施の形態の変形例に係るデブリ回収衛星３００によるデブリ２００の捕獲および軌道制御の例を示す図である。
飛翔体４００の軌道制御と姿勢制御のためには、進行方向の速度の増減だけではなく、進行方向に対する直行方向、すなわち進行方向直行方向への推進装置１３４の動作あるいは回転方向の動作も必要となる。
【００４４】
図７に示すように、飛翔体４００は進行方向直行方向に加速できる。具体的には、親衛星３１０と子衛星３２０が進行方向直行方向で、同じ方向に、かつ、飛翔体４００の重心から推進装置１３４までの距離の比に反比例する推力で推進装置１３４を動作させる。
【００４５】
また、図８に示すように、親衛星３１０と子衛星３２０の各々の推進装置１３４を逆方向に噴射させるか、飛翔体４００の重心からの距離に応じたモーメントを生じる推力で動作させれば、回転方向の動作が可能である。
【００４６】
＜変形例２＞
本実施の形態では、制御部１１０の機能がソフトウェアで実現される。変形例として、制御部１１０の機能がハードウェアで実現されてもよい。
【００４７】
図９は、本実施の形態の変形例に係るデブリ回収システム５００の構成を示す図である。
デブリ回収制御装置１００は、プロセッサ９１０に替えて電子回路９０９を備える。
電子回路９０９は、制御部１１０の機能を実現する専用の電子回路である。
電子回路９０９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。
制御部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、制御部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。
【００４８】
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、デブリ回収制御装置１００において、制御部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。
【００４９】
＊＊＊本実施の形態の効果の説明＊＊＊
ロケット残骸あるいは故障した大型衛星といったデブリは、デブリ回収衛星が捕獲後に連接した飛翔体の重心位置が遠くなり、推進装置の配置が困難となる。本実施の形態に係るデブリ回収システムでは、デブリ回収衛星が捕獲後に連接した飛翔体の重心位置が遠くなり、推進装置の配置が困難なデブリであっても、アクティブデオービット運用を容易に実施でき、的確に回収することができる。
【００５０】
本実施の形態に係るデブリ回収システムでは、親衛星および子衛星による捕獲後の飛翔体としての重心位置が、親衛星と子衛星の推進装置の進行方向ベクトルの直線上となるよう配置される。よって、本実施の形態に係るデブリ回収システムによれば、飛翔体の軌道制御および姿勢制御を的確に実施することができる。
【００５１】
本実施の形態に係るデブリ回収システムによれば、軌道離脱行為を実施するＰＭＤあるいはＡＤＲでは明示的に能力定義されてこなかったアクティブデオービット運用を実現することができる。すなわち、デオービット過程の運用制御能力を具備し、専用アタッチメントを具備しない非協力ターゲットを捕獲して６自由度拘束し、軌道制御と姿勢制御の実施に必要となる推進装置の噴射環境を形成してアクティブデオービット運用を実現することができる。
【００５２】
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。
【００５３】
図１０は、本実施の形態に係るデブリ回収衛星３００によるデブリ２００の捕獲例を示す図である。
本実施の形態では、捕獲用インタフェース機器６０は、デブリ回収衛星３００とデブリ２００との各々に備えられる。
捕獲用インタフェース機器６０は、飛翔体４００の重心位置Ｃが推進装置１３４の進行方向ベクトルＶの直線上となるように配置されている。
【００５４】
親衛星３１０と子衛星３２０との各々は、デブリ２００を捕獲するための捕獲用インタフェース機器６０を備える。また、デブリ２００は、親衛星３１０と子衛星３２０とが連接された際に、飛翔体４００の重心位置Ｃが推進装置１３４の進行方向ベクトルＶの直線上となる位置に、捕獲用インタフェース機器６０を備える。捕獲用インタフェース機器６０は、予め、親衛星３１０と子衛星３２０との各々と、将来デブリ２００となる可能性のある物体に設置されることが好ましい。具体的には、捕獲用インタフェース機器６０は、親衛星３１０と子衛星３２０との各衛星、打ち上げ用のロケット、観測衛星、および、通信衛星に、予め設けられることが好ましい。
【００５５】
本実施の形態に係るデブリ回収システムでは、ミッション終了後の人工衛星およびロケット、ならびに、故障時の人工衛星といったデブリの回収が容易になる。
【００５６】
実施の形態３．
本実施の形態では、主に、実施の形態１，２に追加する点について説明する。なお、実施の形態１，２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。
【００５７】
図１１は、本実施の形態に係るデブリ回収衛星３００によるデブリ２００の捕獲例を説明する図である。
本実施の形態では、デブリ回収衛星３００は、接続装置７００を備える。
接続装置７００は、親衛星３１０と子衛星３２０との各々に備えられる。接続装置７００は、腕部７１と接続部７０とを備える。
腕部７１は、親衛星３１０と子衛星３２０との各々の本体部分から、デブリ２００を挟み込んでいる他の衛星の方向に延びている。つまり、親衛星３１０から延びている腕部７１は、他の衛星である子衛星３２０の方向に延びている。また、子衛星３２０から延びている腕部７１は、他の衛星である親衛星３１０の方向に延びている。
接続部７０は、腕部７１の先端部に設けられ、他の衛星の腕部７１の先端部と接続する。接続部７０は、具体的には、把持機構あるいは磁石である。つまり、親衛星３１０の接続部７０は、子衛星３２０の腕部７１の先端部に設けられた接続部７０と接続する。子衛星３２０の接続部７０は、親衛星３１０の腕部７１の先端部に設けられた接続部７０と接続する。すなわち、接続装置７００は、デブリ２００を挟んで飛翔する親衛星３１０と子衛星３２０を相互に機械的に接続する。
【００５８】
腕部７１は、例えば、親衛星３１０からデブリ２００を回り込んで子衛星３２０に届くように設けられていてもよい。このとき、子衛星３２０には、接続部７０のみが備えられていてもよい。また、親衛星３１０と子衛星３２０とを逆の構成としてもよい。
【００５９】
図１２は、本実施の形態に係る接続装置７００の例を示す図である。
図１２に示すように、接続装置７００を３式以上配置してもよい。図１２では、３式の接続装置７００を示している。３式以上の接続装置７００により、ロケットといった大型構造物を包囲するよう配置することができる。
また、腕部７１は、親衛星３１０のみが具備してもよいし、親衛星３１０と子衛星３２０が相互に具備してもよい。包囲後に接続装置７００を縮めるか、またはロボットアームとして親衛星３１０から子衛星３２０を引き寄せることにより、接続装置７００をロケットといった大型構造物の捕獲装置として活用してもよい。
【００６０】
本実施の形態に係るデブリ回収システムでは、捕獲に適した突起のような構造物を具備しないデブリの捕獲が容易になる。また、軌道上での捕獲失敗によりデブリを突き飛ばして喪失するリスクを回避できる。
【００６１】
以上の実施の形態１から３では、デブリ回収制御装置の各部を独立した機能ブロックとして説明した。しかし、デブリ回収制御装置の構成は、上述した実施の形態のような構成でなくてもよい。デブリ回収制御装置の機能ブロックは、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、デブリ回収制御装置は、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３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３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。
【００６２】
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】
【００６３】
３１  第１の衛星、３２  第２の衛星、５１  制御コマンド、６０  捕獲用インタフェース機器、７０  接続部、７１  腕部、１００  デブリ回収制御装置、１１０  制御部、１３１  衛星通信装置、１３２  コマンドデータ処理装置、１３３  姿勢軌道制御装置、１３４  推進装置、１３５  捕獲装置、１３６  ミッションデータ処理装置、１３７  電源装置、９２，２００  デブリ、９１，３００  デブリ回収衛星、３１０  親衛星、３２０  子衛星、４００  飛翔体、５００  デブリ回収システム、５１１  捕獲コマンド、５１２  軌道制御コマンド、７００  接続装置、９０９  電子回路、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】
2020261397.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【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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【手続補正書】
【提出日】令和3年6月22日(2021.6.22)
【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】
デブリの回収を制御するデブリ回収制御装置において、
第１の衛星と第２の衛星との少なくともいずれかと通信する機器通信装置と、
前記デブリを前記第１の衛星と前記第２の衛星とにより挟み込んで捕獲し、前記第１の衛星と前記デブリと前記第２の衛星とが連接した状態の飛翔体に対して軌道降下時能動的制御運用を実施する制御コマンドを生成し、前記制御コマンドを前記機器通信装置を介して前記第１の衛星と前記第２の衛星との少なくともいずれかに送信する制御部と
を備え、
前記第１の衛星と前記第２の衛星との各々は、推進装置を備え、
前記制御部は、
前記飛翔体の重心位置が前記推進装置の進行方向ベクトルの直線上となるように前記第１の衛星と前記第２の衛星とを配置する前記制御コマンドを送信するデブリ回収制御装置。
【請求項２】
前記デブリは、人工衛星あるいはロケットの残骸である請求項１に記載のデブリ回収制御装置。
【請求項３】
第１の衛星と第２の衛星とを備え、デブリを回収するデブリ回収衛星において、
デブリを前記第１の衛星と前記第２の衛星とにより挟み込んで捕獲する捕獲装置と、
前記第１の衛星と前記デブリと前記第２の衛星とが連接した状態の飛翔体に対して軌道降下時能動的制御運用を実施する姿勢軌道制御装置と
を備え、
前記第１の衛星と前記第２の衛星との各々は、
推進装置を備え、前記飛翔体の重心位置が前記推進装置の進行方向ベクトルの直線上となるように前記第１の衛星と前記第２の衛星とを配置するデブリ回収衛星。
【請求項４】
前記デブリは、人工衛星あるいはロケットの残骸である請求項３に記載のデブリ回収衛星。
【請求項５】
デブリを回収するデブリ回収衛星と前記デブリとに備えられる捕獲用インタフェース機器において、
前記デブリ回収衛星は、
前記デブリを挟み込んで捕獲する第１の衛星と第２の衛星とを備え、
前記第１の衛星と前記第２の衛星との各々は、推進装置を備え、
前記捕獲用インタフェース機器は、
前記第１の衛星と前記デブリと前記第２の衛星とが連接した状態の飛翔体の重心位置が前記推進装置の進行方向ベクトルの直線上となるように配置されている捕獲用インタフェース機器。
【請求項６】
デブリを回収するデブリ回収衛星に備えられる接続装置において、
前記デブリ回収衛星は、前記デブリを挟み込んで捕獲する第１の衛星と第２の衛星とを備え、
前記接続装置は、前記デブリを挟み込んでいる前記第１の衛星と前記第２の衛星との各々に備えられ、前記デブリを挟み込んでいる他の衛星の方向に延びる腕部と、前記腕部の先端部に設けられ、前記他の衛星の腕部の先端部と接続する接続部とを備えた接続装置。
【請求項７】
第１の衛星と、第２の衛星と、前記第１の衛星と前記第２の衛星との少なくともいずれかと通信するデブリ回収制御装置とを備えたデブリ回収システムにおいて、
前記デブリ回収システムは、
デブリを前記第１の衛星と前記第２の衛星とにより挟み込んで捕獲し、前記第１の衛星と前記デブリと前記第２の衛星とが連接した状態の飛翔体に対して軌道降下時能動的制御運用を実施する制御コマンドを生成し、前記制御コマンドを前記第１の衛星と前記第２の衛星との少なくともいずれかに送信する制御部を備え、
前記第１の衛星と前記第２の衛星との各々は、
前記制御コマンドに基づいて、前記デブリを捕獲する捕獲装置と、前記飛翔体に対して軌道降下時能動的制御運用を実施する推進装置とを備え、
前記制御部は、
前記飛翔体の重心位置が前記推進装置の進行方向ベクトルの直線上となるように前記第１の衛星と前記第２の衛星とを配置する前記制御コマンドを送信するデブリ回収システム。
【請求項８】
第１の衛星と第２の衛星との少なくともいずれかと通信する機器通信装置を備えたデブリ回収制御装置のデブリ回収方法において、
前記第１の衛星と前記第２の衛星との各々は、推進装置を備え、
制御部が、デブリを前記第１の衛星と前記第２の衛星とにより挟み込んで捕獲し、前記第１の衛星と前記デブリと前記第２の衛星とが連接した状態の飛翔体に対して軌道降下時能動的制御運用を実施する制御コマンドであって前記飛翔体の重心位置が前記推進装置の進行方向ベクトルの直線上となるように前記第１の衛星と前記第２の衛星とを配置する制御コマンドを生成し、前記制御コマンドを前記機器通信装置を介して前記第１の衛星と前記第２の衛星との少なくともいずれかに送信するデブリ回収方法。
【請求項９】
第１の衛星と第２の衛星との少なくともいずれかと通信する機器通信装置を備えたデブリ回収制御装置のデブリ回収プログラムにおいて、
前記第１の衛星と前記第２の衛星との各々は、推進装置を備え、
デブリを前記第１の衛星と前記第２の衛星とにより挟み込んで捕獲し、前記第１の衛星と前記デブリと前記第２の衛星とが連接した状態の飛翔体に対して軌道降下時能動的制御運用を実施する制御コマンドであって前記飛翔体の重心位置が前記推進装置の進行方向ベクトルの直線上となるように前記第１の衛星と前記第２の衛星とを配置する制御コマンドを生成し、前記制御コマンドを前記機器通信装置を介して前記第１の衛星と前記第２の衛星との少なくともいずれかに送信する制御処理をコンピュータである前記デブリ回収制御装置に実行させるデブリ回収プログラム。
【国際調査報告】
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