JP2001063700A - 人工衛星の軌道制御方法、及びビーム照射領域の制御方法、並びに人工衛星システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】地域限定サービスを目的とする準静止軌道衛星
における、軌道制御を行う手法を提供することである。 【解決手段】準静止軌道上にある人工衛星を用いる衛星
システムにおいて、前記人工衛星は軌道修正用の推進手
段を備え、前記人工衛星が準静止軌道上のサービス運用
領域以外の軌道上に存在するときに、前記推進手段を使
用して軌道制御を行うことを特徴とする人工衛星の軌道
制御方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は人工衛星の軌道制御
方法、及びビーム照射領域の制御方法、並びに人工衛星
システムに係り、特に人工衛星が準静止軌道上にあるも
のに好適な人工衛星の軌道制御方法、及びビーム照射領
域の制御方法、並びに人工衛星システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】人工衛星の軌道制御方法としては、人工
衛星が受ける摂動力による外乱に対する軌道保持とし
て、静止軌道上の静止衛星における南北制御と東西制御
等が行われてきた。

【０００３】南北制御とは、静止軌道上の人工衛星に南
北方向の速度変更を与え南北方向の人工衛星の位置、す
なわち軌道傾斜角を制御する方法である。

【０００４】東西制御とは、静止軌道上の人工衛星に東
西方向の速度変更を与え軌道進行方向及び半径方向の位
置を制御する方法である。

【０００５】人工衛星の搭載アンテナからのビーム照射
領域の制御方法としては、搭載アンテナを人工衛星本体
に固定し、人工衛星の姿勢制御によりビーム照射領域を
制御する方法や、搭載アンテナからの電波伝搬方向を機
械的または電子的制御により可変制御する方法が用いら
れてきた。

【０００６】人工衛星の太陽電池パネルへの太陽の入射
角の変動による発生電力の変動に対しては、太陽電池パ
ネルを一軸駆動し、入射角を制御する方法，発生電力の
変動を考慮して太陽電池パネルが余剰電力を発生できる
ように設計する方法、及び太陽電池パネルの発生電力が
不足する時にはバッテリを使用する方法等が用いられて
きた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】準静止軌道衛星とは、
静止軌道衛星のように地上から見て静止していることは
ないが、地上から見てある一定のアークの中を非常に遅
い速度で動き、静止衛星に似た扱いのできる衛星であ
る。準静止軌道上での運用高度は概ね２００００km以上
であり、通常は地上からみた仰角は、同じ地上から見た
静止衛星の仰角よりも高い位置にある。

【０００８】従来は、静止軌道上にある静止衛星及び低
中軌道を周囲する低中軌道衛星が実運用の行われている
人工衛星であったため、準静止軌道上にある準静止衛星
の姿勢制御に対しては、特に詳細な検討は行われていな
かった。

【０００９】静止衛星においては、ガスジェット装置，
電熱式ヒドラジンスラスタ，触媒式ヒドラジンスラス
タ、及びイオンエンジン等の推進装置を用いて、南北制
御と呼ばれる大推力を必要とする軌道制御が中心に行わ
れている。

【００１０】ガスジェット装置は、ヒドラジンを燃料と
する一液スラスタで、ヒドラジンを触媒で分解し、大量
のガスを発生させてスラスタ部から放出することにより
推力を得るものである。電熱式ヒドラジンスラスタ及び
触媒式ヒドラジンスラスタは、ヒドラジンを触媒で分解
し、ヒータで加熱して噴射することにより推力を得るも
のである。イオンエンジンは、燃料原子を正電イオン化
し、これを静電場で加速して排出することにより推力を
得るものである。

【００１１】これら推進装置を一定の運用間隔において
運用し、南北方向の軌道制御を行う。

【００１２】低中軌道衛星においては、これまで地球全
体をサービスエリアとするシステムを目的としているた
め、軌道制御については、厳密に行われていない。特
に、低軌道衛星については、軌道傾斜角の時間変化率が
少ないため、軌道傾斜角を制御する面制御の頻度が少な
かった。

【００１３】以上の理由から、準静止軌道衛星の様に、
静止軌道以外の軌道を用いる軌道で静止軌道上の衛星の
南北制御に相当する軌道制御を行うことは検討されたこ
とがなかった。

【００１４】また、人工衛星からのビーム照射領域を制
御するにあたっては、静止衛星と低中軌道衛星とでそれ
ぞれ、以下の様に行われてきた。

【００１５】静止衛星においては、衛星搭載アンテナを
衛星本体に固定し、衛星本体の姿勢を制御することによ
り衛星搭載アンテナの指向方向を制御し、最終的にビー
ム照射領域を制御するという方法がとられていた。ま
た、衛星本体に対して、衛星搭載アンテナの指向方向を
可変可能なように搭載することで、ビーム照射領域の制
御を行う場合もある。

【００１６】低中軌道衛星においては、特定の地域へビ
ーム照射領域を制御することを目的としたことはなく、
ビーム照射領域の制御は厳密に行われていない。

【００１７】以上の理由から、準静止軌道衛星の様に、
静止軌道以外の軌道を用いる軌道でビーム照射領域の制
御を厳密に検討されたことがなかった。

【００１８】さらに、太陽電池パネルの方向の制御にお
いては、静止衛星と低中軌道衛星とでそれぞれ、以下の
様に行われてきた。

【００１９】静止衛星においては、黄道面が赤道面に対
して２３度程度傾斜しているため、この傾斜分を補正す
るように太陽電池パネルを機械的に駆動し、太陽電池パ
ネルを太陽に対して垂直になるように制御するという方
法がとられていた。また、傾斜分による太陽電池パネル
による発生電力の変化は、発生電力が最大となるのは太
陽電池パネルが太陽に対して垂直に状態で、これを１と
すると、発生電力が最小となるのは太陽電池パネルが黄
道面と赤道面に対する傾斜角分だけ傾いた状態で、これ
はcos(２３度）でおよそ０.９２ である。このように、
静止衛星においては、発生電力の変化が少ないため、発
生電力最小時の電力が所要最大電力を上回るように太陽
電池パネルの設計を行い、太陽電離パネルと太陽方向が
垂直となる最大電力発生時には、電力が余剰となるよう
にしていた。また、太陽が地球の陰になる日陰時には、
太陽に備えられたバッテリに蓄えられた電力を用いる方
法も用いられている。

【００２０】低中軌道衛星においても、上述の静止衛星
において用いられている方法と同様の方法が用いられて
きた。また、特に低軌道においては、軌道傾斜角を９０
度以上の適切な値にすることにより、太陽同期軌道と呼
ばれる人工衛星に対する太陽光の入射角を一定にする軌
道の場合があり、この場合は、太陽電池パネルの発生電
力の変動は抑えることができる。

【００２１】なお、通常は静止軌道衛星は通信や放送等
の人工衛星に大きな所要電力を必要とするサービスに用
いられることが多く、低中軌道衛星は、天文及び地球観
測等の人工衛星にあまり大きな所要電力を必要としない
ミッションに用いられることが多い。このため、低中軌
道では、軌道傾斜角がかならずしも０度ではなく、静止
衛星に比べて太陽電池パネルの発生電力の変動は大きい
が、前述の余剰電力やバッテリの活用でまかなえる程度
の所要電力しか必要としないため、太陽電池パネルの発
生電力の変動の大きさが問題となることは少なかった。

【００２２】また、人工衛星に対する太陽光入射方向の
変動に影響を与える要因をまとめると、軌道傾斜角、前
述の黄道面と赤道面の間の傾斜角（約２３度）、及び人
工衛星の姿勢制御による姿勢変動分である。

【００２３】準静止衛星では、軌道傾斜角が必ずしも０
度ではない。準静止軌道衛星では、軌道傾斜角を２０〜
６０度程度の範囲内にすることが多く、軌道傾斜角をｉ
度とすると、太陽電池パネルに対する太陽の入射角は、
最大ｉ＋２３度とり、非常に変動が大きい。また、準静
止衛星は静止衛星と同様の通信や放送などの人工衛星に
大きな所要電力を必要とするサービスに用いられること
が多い。このため、準静止衛星では大きな所要電力を必
要とするが、その軌道の特性上のために、太陽の入射角
の変動が大きく、人工衛星の発生電力の変動が大きくな
り、発生電力が小さい場合には電力が不足したり、また
余剰電力を大きく持つために人工衛星が非常に大型化し
てしまうという問題点があった。

【００２４】そこで、本発明の第一の目的は、地域限定
サービスを目的とする準静止軌道衛星における軌道制御
方法を提供することにある。

【００２５】また、本発明の第二の目的は、地域限定サ
ービスを目的とする準静止軌道衛星における当該サービ
スエリアへのビーム照射領域の制御方法を提供すること
にある。

【００２６】さらに、本発明の第三の目的は、地域限定
サービスを目的とする準静止軌道衛星において、大きな
余剰電力やバッテリ電力のために人工衛星を大型化する
ことなく、太陽電池パネルへの太陽入射角の変動の影響
を抑えて、軌道上での所要電力をまかなうための人工衛
星システムを提供することにある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】前記第一の目的を達成す
るための軌道制御手法は、準静止軌道上にある人工衛星
が準静止軌道上のサービス運用領域以外の軌道上に存在
するときに、前記人工衛星が備えている軌道修正用の推
進手段を使用して軌道制御を行うことを特徴とする。

【００２８】前記第一の目的を達成するための軌道制御
手法の第二の形態は、準静止軌道上にある人工衛星が準
静止軌道上のサービス運用領域以外の軌道上に存在する
ときに、前記人工衛星が備えている軌道修正用の推進手
段、及び前記推進手段を用いて人工衛星に与える推力方
向を任意の方向に制御できる推進手段制御装置を使用し
て、軌道の接線方向，垂線方向及びそれらの合成方向に
対する軌道制御を行うことを特徴とする。

【００２９】前記第二の目的を達成するためのビーム照
射領域の制御方法は、サービスリンクに用いられる衛星
搭載アンテナが準静止軌道上にある人工衛星の本体に固
定され、前記人工衛星が準静止軌道上のサービス運用領
域内の軌道上に存在するときに、前記人工衛星が備えら
れている姿勢制御用の制御トルク発生手段を使用して衛
星姿勢を制御することによって、人工衛星からのビーム
照射領域を保持するように姿勢制御を行うことを特徴と
する。

【００３０】前記第二の目的を達成するためのビーム照
射領域の制御方法の第二の形態は、サービスリンクに用
いられる衛星搭載アンテナが準静止軌道上にある人工衛
星の本体に対して可変に制御可能なように搭載され、前
記人工衛星が準静止軌道上のサービス運用領域内の軌道
上に存在するときに、前記人工衛星が備えている姿勢制
御用の制御トルク発生手段を使用して衛星姿勢を制御す
ることによって、人工衛星からのビーム照射領域を保持
するように姿勢制御を行うことを特徴とする。

【００３１】前記第三の目的を達成するための電力系構
成を有する人工衛星システムは、準静止軌道上にある人
工衛星を用いる衛星システムにおいて、サービスに用い
られる衛星搭載アンテナの通信方向が前記人工衛星の本
体に固定され、前記人工衛星は姿勢制御用の制御トルク
発生手段を備えていると共に、前記人工衛星の太陽電池
パネルは２軸駆動制御が可能であるように構成され、か
つ、前記人工衛星が準静止軌道上のサービス運用領域内
の軌道上に存在するときに、前記制御トルク発生手段を
使用して衛星姿勢を制御することによって、人工衛星か
らのビーム照射領域を保持するように姿勢制御を行いつ
つ、太陽電池パネルを２軸駆動制御することにより太陽
電池パネルを太陽方向に垂直に向けるように制御するこ
とを特徴とする。

【００３２】前記第三の目的を達成するための電力系構
成を有する人工衛星システムの第二の形態は、準静止軌
道上にある人工衛星を用いる衛星システムにおいて、サ
ービスに用いられる衛星搭載アンテナの通信方向が前記
人工衛星の本体に対して可変に制御可能なように搭載さ
れ、前記人工衛星は姿勢制御用の制御トルク発生手段を
備えていると共に、前記人工衛星の太陽電池パネルは駆
動制御が可能であるように構成され、かつ、前記人工衛
星が準静止軌道上のサービス運用領域内の軌道上に存在
するときに、前記制御トルク発生手段を使用して衛星姿
勢を制御することと衛星搭載アンテナの通信方向の制御
を行うことによって人工衛星からのビーム照射領域を保
持するように姿勢制御を行いつつ、太陽電池パネルを駆
動制御することにより太陽電池パネルを太陽方向に垂直
に向けるように制御することを特徴とする。

【００３３】上述した各本発明によれば、準静止軌道上
にある人工衛星を用いて地域限定サービスを行う衛星シ
ステムにおいて、当該サービスエリアへのサービスへの
軌道制御の影響を及ぼすことなく、軌道制御を行うこと
を可能とする。

【００３４】また、前述の衛星システムにおいて、当該
サービスエリア以外への不要放射を出さないようにビー
ム照射領域の制御を行うことを可能とする。

【００３５】さらに、前述の衛星システムにおいて、大
きな余剰電力やバッテリ電力のために人工衛星を大型化
することなく、太陽電池パネルへの太陽入射角の変動の
影響を抑えて、軌道上での所要電力をまかなうための手
法を提供することである。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例について
図面を用いて説明する。

【００３７】図１に地球上への準静止軌道の一例の地球
上への軌道軌跡の投影図を示す。

【００３８】図１中の曲線１００は、準静止軌道の軌跡
を示す。曲線１００中の曲線１１０は、前述の軌跡中で
人工衛星がサービスを行う箇所のみを示す。前述の人工
衛星が曲線１１０以外の曲線１００に存在するときは、
他の人工衛星が曲線１１０内に存在するように複数の人
工衛星を配置することにより、サービスを連続的に行
う。

【００３９】前述の曲線１１０内に人工衛星が存在する
場合に軌道制御を行うと、人工衛星から地表へ照射する
ビームの領域が変動し、人工衛星によるサービスに影響
が出る場合がある。このため、人工衛星がサービスを行
っていない曲線１１０以外の曲線１００に存在するとき
に軌道制御を行うことにより、人工衛星によるサービス
に影響を及ぼさずに、軌道制御を行うことが可能にな
る。

【００４０】次に、本発明の第二の実施例について、図
面を用いて説明する。

【００４１】図２（ａ）（ｂ）を用いて各座標系の説明
をする。図２（ａ）の如く、衛星２００に衛星座標系２
２０を定義する。衛星座標系２２０の各軸に平行に、衛
星２００の推進手段としてスラスタ２３１，２３２、及
び２３３が取り付けられている。図２（ｂ）の如く、軌
道３００上の点３１０に軌道座標系３２０を定義する。
軌道座標系３２０は、軌道上の衛星の進行方向にＸ軸、
地球の中心方向にＹ軸，Ｘ軸及びＹ軸と直行するように
Ｚ軸をとることにより構成される。

【００４２】衛星座標系２２０が軌道座標系３２０に平
行となるように、衛星２００を軌道３００上に配置した
場合に、スラスタ２３１，２３２、及び２３３が軌道座
標系３２０と平行となるため、軌道制御が容易となる。
すなわち、人工衛星２００を軌道座標系３２０のＺ軸に
平行に軌道制御を行いたい場合は、スラスタ２３３の制
御を行えばよい。

【００４３】静止衛星の場合は、常に衛星座標系２２０
と軌道座標系３２０とを平行に静止軌道上に配置できる
ため、前述のような単純な制御が可能である。これは他
の軸に対しても同様である。

【００４４】準静止軌道の場合は、衛星搭載アンテナが
衛星に対して固定されていると、常に衛星座標系２２０
と衛星座標系３２０とを平行に軌道上に配置すると、衛
星からの地表へのビーム照射領域が一定とはならない。
このため、人工衛星２００の姿勢制御を行うため、遠地
点と近地点のみで衛星座標系２２０と軌道座標系320と
が平行になる。準静止軌道の場合は、通常遠地点は図１
の曲線１１０の中に存在する。第一の実施例で述べたと
おり、曲線１１０内では軌道制御を行わず、曲線１１０
外で軌道制御を行う場合には、衛星座標系２２０と軌道
座標系３２０を平行にすることはできない。衛星座標系
２２０と軌道上座標系３２０が平行でない状態では、軌
道座標系の一座標軸方向の制御を行う場合は、スラスタ
２３１，２３２、及び２３３の内の最低２ヶを同時に使
用して、各スラスタの推力のベクトル合成結果が目的の
制御を行う当該座標軸の方向及び制御目標推力とが一致
するように制御を行う必要がある。

【００４５】図３に人工衛星２００の軌道制御及び姿勢
制御に関する制御ブロックを示す。人工衛星２００は推
進装置２３０を有し、推進装置２３０はスラスタ２３
１，２３２、及び２３３を有する。また、人工衛星２０
０は姿勢制御装置２４０を有し、姿勢制御装置２４０は
姿勢検出手段としてセンサ２４１を有する。センサ２４
１としては、通常はスターセンサ，地球センサ，太陽セ
ンサ，ジャイロ，電波センサ等が用いられる。ＴＴ＆Ｃ
系２５０には、軌道制御演算部２５１を有し、センサ２
４１の情報を基に、各スラスタ２３１，２３２、及び２
３３への制御指令を生成する。この制御指令に基づき、
各スラスタ２３１，２３２、及び233が制御される。

【００４６】以上により、曲線１１０以外の曲線１００
内の軌道での軌道制御が可能となる。

【００４７】本実施例中のスラスタは、ガスジェットス
ラスタや電熱式ヒドラジンスラスタや触媒式ヒドラジン
スラスタ等のいずれのスラスタでも良い。

【００４８】次に、本発明の第三の実施例について、図
を用いて説明する。

【００４９】図４に人工衛星２００の軌道制御及び姿勢
制御に関する制御ブロックの第二の形態を示す。人工衛
星２００は推進装置２３０を有し、推進装置２３０はイ
オンエンジン２３１ａ，２３２ａ、及び２３３ａを有す
る。また、人工衛星２００は姿勢制御装置２４０を有
し、姿勢制御装置２４０は姿勢検出手段としてセンサ２
４１を有する。ＴＴ＆Ｃ系２５０には、軌道制御演算部
２５１を有し、センサ２４１の情報を基に、各イオンエ
ンジン２３１ａ，２３２ａ、及び２３３ａへの制御指令
を生成する。この制御指令に基づき、各イオンエンジン
２３１ａ，232a、及び２３３ａが制御される。イオンエ
ンジンは推力がガスジェットスラスタや電熱式ヒドラジ
ンスラスタや触媒式ヒドラジンスラスタ等のスラスタに
比べて少ない。このため、人工衛星２００が曲線１１０
内にある状態でイオンエンジン２３１ａ，２３２ａ、及
び２３３ａによる軌道制御を行っても、人工衛星からの
ビーム照射領域の変動などを生じることはなく、サービ
ス中での軌道制御も可能となる。

【００５０】次に、本発明の第四の実施例について、図
面を用いて説明する。

【００５１】図５に人工衛星２００からのビーム照射領
域を示す。曲線４００がサービスエリアの範囲を示す。
当該サービスエルア外への不要放射を防ぐために、ビー
ム照射領域の当該サービスエリアからのずれは、所定の
誤差範囲内に抑さえる必要がある。

【００５２】図６に人工衛星２００の軌道制御及び姿勢
制御に関する制御ブロックの第三の形態を示す。人工衛
星２００は推進装置２３０を有し、推進装置２３０はス
ラスタ２３１，２３２、及び２３３を有する。また、人
工衛星２００は姿勢制御装置２４０を有し、姿勢制御装
置２４０は姿勢検出手段としてセンサ２４１、及び姿勢
制御手段としてリアクションホイール２４２を有する。
ＴＴ＆Ｃ系２５０には、軌道制御演算部２５１を有し、
センサ２４１の情報を基に、リアクションホイール２４
２への制御指令を生成する。この制御指令に基づき、リ
アクションホイール２４２が制御される。また、人工衛
星２００は衛星搭載アンテナ２６０を有する。衛星搭載
アンテナ２６０の反射鏡２６１及びホーン２６２は共に
人工衛星２００の本体に対して固定して搭載されてい
る。従って、人工衛星２００からのビームの照射領域の
制御は、人工衛星２００の姿勢制御によって達成され
る。

【００５３】以上により、人工衛星からのビーム照射領
域の変動を制限するような制御が可能となる。

【００５４】次に、本発明の第五の実施例ついて、図面
を用いて説明する。

【００５５】図７に人工衛星２００の軌道制御及び姿勢
制御に関する制御ブロックの第四の形態を示す。人工衛
星２００は推進装置２３０を有し、推進装置２３０はス
ラスタ２３１，２３２、及び２３３を有する。また、人
工衛星２００は姿勢制御装置２４０を有し、姿勢制御装
置２４０は姿勢検出手段として、センサ２４１、及び姿
勢制御手段としてリアクションホイール２４２を有す
る。また、人工衛星200は衛星搭載アンテナ２６０を有
する。衛星搭載アンテナ２６０の反射鏡２６１は人工衛
星２００の本体に対して固定して搭載されている。衛星
搭載アンテナ260のホーン２６２は反射鏡２６１への電
波伝搬方向が、ホーン２６２によって可変に制御できる
ように搭載されている。この可変制御の方法は、機械的
な駆動によっても、フェーズドアレイの様に電子的な方
法によってもいずれでも良い。ＴＴ＆Ｃ系２５０には、
軌道制御演算部２５１を有し、センサ２４１の情報を基
に、リアクションホイール２４２及びホーン制御装置２
６３への制御指令を生成する。この制御指令に基づき、
リアクションホイール２４２及びホーン２６２が制御さ
れる。従って、人工衛星２００からのビームの照射領域
の制御は、人工衛星２００の姿勢制御及びホーン２６２
の電波伝搬方向の制御の組み合わせによって達成され
る。

【００５６】以上により、人工衛星からのビーム照射領
域の変動を制限するような制御が可能となる。

【００５７】次に、本発明の第六の実施例ついて、図面
を用いて説明する。

【００５８】図８に人工衛星２００の軌道制御及び姿勢
制御に関する制御ブロックの第六の形態を示す。人工衛
星２００は推進装置２３０を有し、推進装置２３０はス
ラスタ２３１，２３２、及び２３３を有する。また、人
工衛星２００は姿勢制御装置２４０を有し、姿勢制御装
置２４０は姿勢検出手段として、センサ２４１、及び姿
勢制御手段としてリアクションホイール２４２を有す
る。ＴＴ＆Ｃ系２５０には、軌道制御演算部２５１を有
し、センサ２４１の情報を基に、リアクションホイール
２４２への制御指令を生成する。この制御指令に基づ
き、リアクションホイール２４２が制御される。また、
人工衛星２００は衛星搭載アンテナ２６０を有する。衛
星搭載アンテナ２６０の反射鏡２６１及びホーン２６２
は共に人工衛星２００の本体に対して固定して搭載され
ている。また、人工衛星２００は電源系２７０を有し、
電源系２７０は太陽電池パネル２７１及び駆動軸２７２
及び２７３と駆動軸２７２及び２７３を駆動制御する駆
動制御装置２７４及び２７５を有する。軌道制御演算部
２５１は、リアクションホイール２４２と同時に駆動制
御装置２７４及び２７５へも制御指令を生成する。この
制御指令に基づき、太陽電池パネル方向を太陽光の入射
角に対して垂直になるように制御する。

【００５９】以上により、リアクションホイール２４２
の制御により人工衛星２００からのビーム照射領域の変
動を制限するように制御しつつ、太陽電池パネル２７１
の方向を駆動制御し、太陽電池パネルと太陽光の入射角
とが垂直に近い状態となるように制御し、人工衛星２０
０に対する太陽光の入射角が変動しても発生電力を維持
することが可能となる。

【００６０】次に、本発明の第七の実施例について、図
面を用いて説明する。

【００６１】図９に人工衛星２００の軌道制御及び姿勢
制御に関する制御ブロックの第六の形態を示す。人工衛
星２００は推進装置２３０を有し、推進装置２３０はス
ラスタ２３１，２３２、及び２３３を有する。また、人
工衛星２００は姿勢制御装置２４０を有し、姿勢制御装
置２４０は姿勢検出手段として、センサ２４１、及び姿
勢制御手段としてリアクションホイール２４２を有す
る。ＴＴ＆Ｃ系２５０には、軌道制御演算部２５１を有
し、センサ２４１の情報を基に、リアクションホイール
２４２への制御指令を生成する。この制御指令に基づ
き、リアクションホイール２４２が制御される。また、
人工衛星２００は衛星搭載アンテナ２６０を有する。衛
星搭載アンテナ２６０の反射鏡２６１は共に人工衛星２
００の本体に対して固定して搭載されている。衛星搭載
アンテナ２６０のホーン２６２は反射鏡２６１への電波
伝搬方向が、ホーン２６２によって可変に制御できるよ
うに搭載されている。この可変制御の方法は、機械的な
駆動によっても、フェーズドアレイの様に電子的な方法
によってもいずれでも良い。また、人工衛星２００は電
源系２７０を有し、電源系２７０は太陽電池パネル２７
１及び駆動軸２７２と駆動軸２７２を駆動制御する駆動
制御装置２７４を有する。軌道制御演算部２５１は、リ
アクションホイール２４２と同時に駆動制御装置２７４
へも制御指令を生成する。この制御指令に基づき、太陽
電池パネル方向を太陽光の入射角に対して垂直になるよ
うに制御する。

【００６２】以上により、リアクションホイール２４２
の制御及びホーン２６２の電波伝搬方向の制御により人
工衛星２００からのビーム照射領域の変動を制限するよ
うに制御しつつ、太陽電池パネル２７１の方向を駆動制
御し、太陽電池パネル２７０と太陽光の入射角とが垂直
に近い状態となるように制御し、人工衛星２００に対す
る太陽光の入射角が変動しても発生電力を維持すること
が可能となる。ホーン２６２の電波伝搬方向を制御する
ため、太陽電池パネルの駆動制御が１軸であってもビー
ム照射領域と太陽に対する入射角の制御が可能になる。

【００６３】この実施例においては、人工衛星２００の
姿勢制御による太陽光方向変動分を主にホーン２６２の
電波伝搬方向の制御により補正し、軌道傾斜角及び黄道
面と赤道面の間の傾斜角による太陽光方向変動分を太陽
電池パネルの方向制御により補正する。

【００６４】但し、この実施例においては、第七の実施
例と同様に太陽電池パネル２７１を２軸駆動しても良
い。

【００６５】上記の実施例において、姿勢制御としてリ
アクションホイールを用いているが、これに限らず、磁
気トルカ，スラスタ，モーメンタムホイール等の他の手
段によっても良い。

【００６６】また、太陽電池パネルは１台ではなく複数
台でも良い。

【００６７】また、人工衛星からのビームはシングルビ
ームでなくマルチビームでも同様である。

【００６８】また、上記の実施例中の、軌道制御，ビー
ム照射領域制御、及び姿勢制御は、人工衛星搭載のコン
ピュータによりオンボードで自動的に行っても、地上管
制局からの指令によってもいずれでも良い。

【００６９】尚、本発明の説明の中で用いた上述の軌道
の定義に用いられる軌道六要素について以下に説明す
る。これらは、ある基準の時刻における値として定義さ
れる。 軌道長半径 ａ：楕円の長半径 離心率 ｅ：楕円の偏平度（０≦ｅ＜１） 軌道傾斜角 ｉ：軌道面の赤道面からの傾き（０度≦ｉ≦１８０度） 昇交点赤径 Ω：軌道が赤道面を南半球から北半球にかけて横切る点を春分 点方向から東回りに測った角度（０度≦Ω≦１８０度） 近接点引数 ω：軌道面上で近地点の一を昇交点から計った角度（０度≦ω ≦３６０度) 真近点離角 θ：近地点と楕円の焦点を結ぶ線分と軌道上の衛星の一と楕円 の焦点を結ぶ線分がなす角（０度≦θ≦３６０度） さらに、地球上から観測される人工衛星の位置及び速度
から上述の軌道六要素を導出する方法を以下に示す。

【００７０】ｅ＝｜ｅ_｜ 但し、ｅ_＝{(ｖ２−μ／ｒ)ｒ_−(ｒ_・ｖ_)ｖ_}／μ ａ＝(１−ｅ２)｜ｈ_｜２／μ 但し、ｈ_＝ｒ_×ｖ_（ｒ_とｖ_の外積） ｉ＝arccos［(Ｋ_・ｈ_)／｜ｈ_｜］（ｉは常に正） Ω＝arccos［Ｉ_・(Ｋ_×ｈ_)／｜Ｋ_×ｈ_｜］ 但し、Ｉ_・(Ｋ_×ｈ_)＞０ならばΩ＜１８０゜ ω＝arccos［(Ｋ_×ｈ_)・ｅ_／(｜Ｋ_×ｈ_｜｜ｅ_
｜］ 但し、(Ｋ_×ｈ_)・ｅ_＞０ならばω＜１８０゜ θ＝arccos［(ｅ_・ｒ０_)／｜ｅ_・ｒ０_｜］ 但し、(ｅ_・ｒ０_)＞０ならばθ＜１８０゜ 但し、_のついた量は全てベクトル量である。但し、ｒ_
の基点は地球中心である。

【００７１】μ ：地球の重力定数（＝３.９８６×１０
⁵ｋｍ³／sec²) ｒ ：人工衛星の位置（観測量）、ｒ０：人工衛星の軌
道元期における位置 ｖ ：人工衛星の速度（観測量） Ｉ_：Ｘ軸方向（地球中心から春分点方向が正）の単位
ベクトル Ｋ_：Ｚ軸方向（地球中心から北極方向が正）の単位ベ
クトル

【００７２】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、サービス
運転中に軌道制御を行わないため、準静止軌道上にある
人工衛星を用いて地域限定サービスを行う衛星システム
において、当該サービスエリアへのサービスへの軌道制
御の影響を及ぼすことなく、軌道制御を行うことを可能
とする。

【００７３】また、サービス運用中以外に軌道制御を行
う際に、推進手段の座標系と軌道上座標系とが平行でな
くても、制御装置により、推進手段の推力のベクトル合
成により任意の方向への推力を可能とするため、当該サ
ービスエリアへのサービスへの軌道制御の影響を及ぼす
ことなく、軌道制御を行うことを可能とする。

【００７４】また、軌道制御を行う際に、推力の低いイ
オンエンジンを使用するため、サービス運転中でも軌道
制御を行うことが可能となるため、当該サービスエリア
へのサービスへの軌道制御の影響を及ぼすことなく、軌
道制御を行うことを可能とする。

【００７５】また、前述の衛星システムにおいて、当該
サービスエリア以外への不要放射を出さないようにビー
ム照射領域の制御を行うことを可能とする。

【００７６】また、前述の衛星システムにおいて、大き
な余剰電力やバッテリ電力のために人工衛星を大型化す
ることなく、太陽電池パネルへの太陽放射角の変動の影
響を抑えて、軌道上での所要電力をまかなうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる準静止軌道の説明図及び第一の
実施例の説明図である。

【図２】本発明にて用いる座標系の説明図である。

【図３】本発明にかかる第二の実施例の説明図である。

【図４】本発明にかかる第三の実施例の説明図である。

【図５】人工衛星からのビーム照射領域の一例の説明図
である。

【図６】本発明にかかる第四の実施例の説明図である。

【図７】本発明にかかる第五の実施例の説明図である。

【図８】本発明にかかる第六の実施例の説明図である。

【図９】本発明にかかる第七の実施例の説明図である。

【符号の説明】

１００，１１０…曲線、２００…衛星、２２０…衛星座
標系、２３０…推進装置、２３１，２３２，２３３…ス
ラスタ、２３１ａ，２３２ａ，２３３ａ…イオンエンジ
ン、２４０…姿勢制御装置、２４１…センサ、２４２…
リアクションホイール、２５０…ＴＴ＆Ｃ系、２５１…
軌道制御演算部、２６０…衛星搭載アンテナ、２６１…
反射鏡、２６２…ホーン、２７０…電源系、２７１…太
陽電池パネル、２７２，２７３…駆動軸、２７４，２７
５…駆動制御装置、３００…軌道、３１０…軌道座標系
の原点、３２０…軌道座標系、４００…サービスエリ
ア。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】準静止軌道上にある人工衛星が準静止軌道
   上のサービス運用領域以外の軌道上に存在するときに、 前記人工衛星が備えている軌道修正用の推進手段を使用
   して軌道制御を行うことを特徴とする人工衛星の軌道制
   御方法。
2. 【請求項２】準静止軌道上にある人工衛星が準静止軌道
   上のサービス運用領域以外の軌道上に存在するときに、 前記人工衛星が備えている軌道修正用の推進手段、及び
   前記推進手段を用いて人工衛星に与える推力方向を任意
   の方向に制御できる推進手段制御装置を使用して、軌道
   の接線方向及び垂線方向に対する軌道制御を行うことを
   特徴とする人工衛星の軌道制御方法。
3. 【請求項３】前記軌道修正用の推進手段としてイオンエ
   ンジンを用いたことを特徴とする請求項２記載の人工衛
   星の軌道制御方法。
4. 【請求項４】サービスリンクに用いられる衛星搭載アン
   テナが準静止軌道上にある人工衛星の本体に固定され、 前記人工衛星が準静止軌道上のサービス運用領域内の軌
   道上に存在するときに、 前記人工衛星が備えている姿勢制御用の制御トルク発生
   手段を使用して衛星姿勢を制御することによって、人工
   衛星からのビーム照射領域を保持するように姿勢制御を
   行うことを特徴とするビーム照射領域の制御方法。
5. 【請求項５】サービスに用いられる衛星搭載アンテナの
   通信方向が準静止軌道上にある人工衛星の本体に対して
   可変に制御可能なように搭載され、 前記人工衛星が準静止軌道上のサービス運用領域内の軌
   道上に存在するときに、 前記人工衛星が備えている姿勢制御用の制御トルク発生
   手段を使用して衛星姿勢を制御することによって、人工
   衛星からのビーム照射領域を保持するように姿勢制御を
   行うことを特徴とするビーム照射領域の制御方法。
6. 【請求項６】準静止軌道上にある人工衛星を用いる衛星
   システムにおいて、 サービスに用いられる衛星搭載アンテナの通信方向が前
   記人工衛星の本体に固定され、 前記人工衛星は姿勢制御用の制御トルク発生手段を備え
   ていると共に、 前記人工衛星の太陽電池パネルは２軸駆動制御が可能で
   あるように構成され、かつ、 前記人工衛星が準静止軌道上のサービス運用領域内の軌
   道上に存在するときに、 前記制御トルク発生手段を使用して衛星姿勢を制御する
   ことによって、人工衛星からのビーム照射領域を保持す
   るように姿勢制御を行いつつ、太陽電池パネルを２軸駆
   動制御することにより太陽電池パネルを太陽方向に垂直
   に向けるように制御することを特徴とする人工衛星シス
   テム。
7. 【請求項７】準静止軌道上にある人工衛星を用いる衛星
   システムにおいて、 サービスに用いられる衛星搭載アンテナの通信方向が前
   記人工衛星の本体に対して可変に制御可能なように搭載
   され、 前記人工衛星は姿勢制御用の制御トルク発生手段を備え
   ていると共に、 前記人工衛星の太陽電池パネルは駆動制御が可能である
   ように構成され、かつ、 前記人工衛星が準静止軌道上のサービス運用領域内の軌
   道上に存在するときに、 前記制御トルク発生手段を使用して衛星姿勢を制御する
   ことと衛星搭載アンテナの通信方向の制御を行うことに
   よって人工衛星からのビーム照射領域を保持するように
   姿勢制御を行いつつ、太陽電池パネルを駆動制御するこ
   とにより太陽電池パネルを太陽方向に垂直に向けるよう
   に制御することを特徴とする人工衛星システム。