JP2009137428A - Observation satellite - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、地上の観測対象を観測する観測衛星に関する。 The present invention relates to an observation satellite that observes an observation object on the ground.
人工衛星から地上の観測対象を観測する場合、人工衛星と観測対象との相対位置が変化するので、観測中に人工衛星の姿勢(向き)を変える必要がある。
人工衛星は、軌道制御や姿勢制御の際に消費する推薬(推進剤)がなくなると、軌道制御や姿勢制御ができなくなり、寿命を迎える。このため、大量の推薬を積載すれば、人工衛星の寿命を延ばすことができる。
When an artificial satellite (propellant) consumed in orbit control and attitude control runs out, the artificial satellite cannot perform orbit control and attitude control and reaches the end of its life. For this reason, if a large amount of propellant is loaded, the lifetime of the satellite can be extended.
人工衛星の姿勢を容易に変えられるようにするには、人工衛星を小型化し、人工衛星の質量を軽くすればよい。しかし、人工衛星の質量を軽くすると、推薬の積載量が減るので、人工衛星の寿命が短くなる。
また、人工衛星内で発生する振動の影響で、観測の精度を高めることができない場合がある。
この発明は、例えば、上記のような課題を解決するためになされたものであり、人工衛星が搭載する推薬の量を減らすことなく、精度の高い観測を可能にすることを目的とする。
In order to make it possible to easily change the attitude of the artificial satellite, it is only necessary to downsize the artificial satellite and reduce the mass of the artificial satellite. However, if the mass of the artificial satellite is reduced, the life of the artificial satellite is shortened because the loading amount of the propellant is reduced.
In addition, the accuracy of observation may not be improved due to the influence of vibrations generated in the satellite.
The present invention has been made, for example, in order to solve the above-described problems, and an object thereof is to enable highly accurate observation without reducing the amount of propellant mounted on an artificial satellite.
この発明にかかる観測衛星は、
衛星本体と、センサ本体と、テザーとを有し、
上記衛星本体は、推薬タンクと、軌道制御装置とを有し、
上記推薬タンクは、推薬を収納し、
上記軌道制御装置は、上記推薬タンクが収納した推薬を噴射することにより、上記衛星本体の軌道を制御し、
上記センサ本体は、センサを有し、
上記センサは、観測対象を観測し、
上記テザーは、紐状であり、上記衛星本体と上記センサ本体との間を接続していることを特徴とする。
The observation satellite according to the present invention is
A satellite body, a sensor body, and a tether;
The satellite body has a propellant tank and an orbit control device,
The propellant tank stores propellants,
The orbit control device controls the orbit of the satellite body by injecting the propellant stored in the propellant tank,
The sensor body has a sensor,
The sensor observes the observation target,
The tether has a string shape and is connected between the satellite body and the sensor body.
この発明にかかる観測衛星によれば、衛星本体とセンサ本体とがテザーを介して接続しているので、センサ本体に軌道を制御するための装置を搭載する必要がなく、衛星本体の軌道を制御するために推薬を噴射しても、その振動がセンサ本体へ伝わらないので、センサによる観測の精度を高くすることができるいう効果を奏する。また、衛星本体に積載する推薬の量を増やしても、センサ本体の可動性に影響せず、センサによる観測の精度を高くすることができるいう効果を奏する。 According to the observation satellite according to the present invention, since the satellite body and the sensor body are connected via the tether, it is not necessary to mount a device for controlling the orbit on the sensor body, and control the orbit of the satellite body. Therefore, even if propellant is injected, the vibration is not transmitted to the sensor main body, so that the accuracy of observation by the sensor can be increased. Further, even if the amount of propellant loaded on the satellite body is increased, there is an effect that the accuracy of observation by the sensor can be increased without affecting the mobility of the sensor body.
実施の形態1.
実施の形態1について、図1〜図4を用いて説明する。
Embodiment 1 FIG.
The first embodiment will be described with reference to FIGS.
図1は、この実施の形態における観測衛星800の外観の一例を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing an example of the appearance of an observation satellite 800 in this embodiment.
観測衛星800は、地上の様子を撮影する人工衛星である。
観測衛星800は、地上局装置400からの指令により地上の観測対象500を撮影し、撮影した映像を地上局装置400に対して送信する。
観測衛星800は、衛星本体100、センサ本体200、テザー300を有する。
The observation satellite 800 is an artificial satellite that captures the state of the ground.
The observation satellite 800 captures the
The observation satellite 800 includes a
衛星本体100は、太陽電池パドル120、センサ結合部140、通信アンテナ171などを有する。
太陽電池パドル120は、観測衛星800の動作に必要な電力を生成する太陽電池などを搭載している。
センサ結合部140は、センサ本体200とドッキングする際、センサ本体200と結合する部分である。
通信アンテナ171は、地上局装置400と交信するためのアンテナである。
衛星本体100は、観測衛星800の主要部であり、観測衛星800の質量の大部分を占める。
The
The
The
The
センサ本体200は、撮像装置220、GPS(Global Positioning System)受信装置231、リアクションホイール265などを有する。
撮像装置220(センサ)は、視野方向610を撮影する。
GPS受信装置231は、GPS衛星が送信した電波(GPS信号)を受信する。
リアクションホイール265は、内蔵したはずみ車を回転することにより、センサ本体200の角運動量を調整する。これにより、センサ本体200の姿勢(向き)を変えて、撮像装置220の視野方向610を観測対象500に向けることができる。
センサ本体200は、観測衛星800のうち、撮像装置220及び撮像装置220が観測対象500を観測するために最低限必要な装置のみから構成される。
The
The imaging device 220 (sensor) captures the
The
The
The
テザー300は、紐状であり、一方の端を衛星本体100に接続し、他方の端をセンサ本体200に接続して、衛星本体100とセンサ本体200との間を接続している。
The
図2は、この実施の形態における衛星本体100及びテザー300の内部構成の一例を示す構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing an example of the internal configuration of the
テザー300は、ロープ310、電力伝送線320、信号伝送線330、被覆340を有する。
ロープ310は、例えば、ケブラー繊維などの強靭かつ軽量な繊維を撚り合わせたものであり、電力伝送線320や信号伝送線330が切れないよう、テザー300に加わる張力を受け止める。
電力伝送線320は、例えば、銅線であり、衛星本体100で発電した電力を、センサ本体200に伝送する。
信号伝送線330は、例えば、光ファイバや同軸ケーブルであり、衛星本体100とセンサ本体200との間でやり取りされる信号を伝送する。
被覆340は、ロープ310・電力伝送線320・信号伝送線330を覆い、宇宙線などからロープ310・電力伝送線320・信号伝送線330を守る。
The
The
The
The
The
衛星本体100は、衛星制御装置110、発電装置121、蓄電池122、姿勢検出部130、センサ結合装置141、テザー制御装置142、テザー格納部143、送電装置151、対センサ通信装置152、軌道制御部160、通信アンテナ171、対地通信装置172を有する。
The
衛星制御装置110は、観測衛星800全体を制御する。衛星制御装置110は、例えば、マイクロコンピュータがあらかじめ記憶したプログラムを実行することにより、衛星制御装置110として機能するものである。
発電装置121は、例えば、太陽電池パネルであり、太陽電池パドル120に設置されている。発電装置121は、電力を発生し、発生した電力を出力する。
蓄電池122は、発電装置121が出力した電力を入力し、蓄電する。蓄電池122に蓄電された電力は、衛星本体100の各装置に供給され、衛星本体100の各装置の動作エネルギーとなる。また、蓄電池122に蓄電された電力は、送電装置151を介して、センサ本体200に送電され、センサ本体200の各装置の動作エネルギーとなる。
The
The
The
姿勢検出部130は、衛星本体100の位置や姿勢を検出する。姿勢検出部130は、例えば、地球の中心を原点とした直交座標系あるいは極座標系で表わされる衛星本体100の位置及び姿勢を検出する。
姿勢検出部130は、GPS受信装置131、恒星センサ132、慣性基準装置133、姿勢検出装置135を有する。
GPS受信装置131は、GPS衛星が送信したGPS信号を受信する。GPS受信装置131は、受信したGPS信号を解析して、GPS信号の伝播時間を求める。GPS受信装置131は、求めた伝播時間に基づいて、GPS受信装置131とGPS衛星との間の擬似距離を算出する。GPS受信装置131は、複数(通常は4以上)のGPS衛星が送信した電波を受信し、算出した複数のGPS衛星との間の擬似距離に基づいて、GPS受信装置131の位置(及び受信時刻)を算出する。GPS受信装置131は、算出したGPS受信装置131の位置を表わす信号を出力する。
恒星センサ132(スターセンサ)は、例えば、望遠鏡であり、衛星本体100に対して固定された方向を観測する。恒星センサ132は、観測した映像を表わす信号を出力する。
慣性基準装置133(IRU:Inertial Reference Unit)は、例えば、ジャイロであり、衛星本体100の角速度を検出する。慣性基準装置133は、検出した衛星本体100の角速度を表わす信号を出力する。
The
The
The GPS receiver 131 receives a GPS signal transmitted by a GPS satellite. The GPS receiver 131 analyzes the received GPS signal and obtains the propagation time of the GPS signal. The GPS receiving device 131 calculates a pseudo distance between the GPS receiving device 131 and the GPS satellite based on the obtained propagation time. The GPS receiver 131 receives radio waves transmitted by a plurality (usually four or more) of GPS satellites, and based on the calculated pseudo distances with the plurality of GPS satellites, the position of the GPS receiver 131 (and the reception time) ) Is calculated. The GPS receiver 131 outputs a signal representing the calculated position of the GPS receiver 131.
The star sensor 132 (star sensor) is a telescope, for example, and observes a fixed direction with respect to the
An inertial reference unit 133 (IRU: Internal Reference Unit) is, for example, a gyro, and detects the angular velocity of the
姿勢検出装置135は、衛星本体100の位置及び姿勢を算出する。姿勢検出装置135は、例えば、衛星制御装置110を実現するマイクロコンピュータがあらかじめ記憶したプログラムを実行することにより、姿勢検出装置135として機能するものである。
姿勢検出装置135は、GPS受信装置131が出力した信号を入力する。姿勢検出装置135は、入力した信号が表わすGPS受信装置131の位置と、それまでの観測結果から推定した衛星本体100の軌道とに基づいて、衛星本体100の(重心の)位置を推定する。姿勢検出装置135は、推定した衛星本体100の位置に基づいて衛星本体100の軌道を推定する。姿勢検出装置135が推定した衛星本体100の軌道は、次に、衛星本体100の位置を推定するときに利用する。
なお、GPS受信装置131は、GPS受信装置131の位置を表わす信号を出力するのではなく、GPS受信装置131とGPS衛星との間の擬似距離を表わす信号や、その前段階のデータ(受信したGPS信号の位相など)を表わす信号を出力してもよい。その場合、姿勢検出装置135が、GPS受信装置131に代わって、擬似距離などのデータに基づいて、GPS受信装置131(あるいは衛星本体100)の位置を算出する。
The
The
The GPS receiving device 131 does not output a signal indicating the position of the GPS receiving device 131, but a signal indicating a pseudo distance between the GPS receiving device 131 and the GPS satellite, and data (received) A signal representing the phase of the GPS signal) may be output. In that case, instead of the GPS receiver 131, the
また、姿勢検出装置135は、恒星センサ132が出力した信号を入力する。姿勢検出装置135は、入力した信号が表わす恒星センサ132が観測した映像に基づいて、恒星センサ132が観測した映像に写っている恒星の明るさや見える方向を算出する。姿勢検出装置135は、あらかじめ記憶した恒星図と、算出した恒星の明るさや見える方向とを比較して、恒星センサ132が観測した映像に写っている恒星を特定する。
姿勢検出装置135は、慣性基準装置133が出力した信号を入力する。姿勢検出装置135は、入力した信号が表わす衛星本体100の角速度に基づいて、衛星本体100の姿勢の変化量を算出する。
姿勢検出装置135は、特定した恒星が見える方向と、算出した衛星本体100の姿勢の変化量とに基づいて、衛星本体100の姿勢を算出する。例えば、姿勢検出装置135は、二つ以上の恒星を特定できた場合、特定した恒星が見える方向に基づいて衛星本体100の姿勢を算出し、恒星センサ132が観測した方向に太陽や地球があるなどして恒星を観測できなかった場合などは、前回の衛星本体100の姿勢と、算出した衛星本体100の姿勢の変化量とに基づいて、現在の衛星本体100の姿勢を算出する。
In addition, the
The
The
姿勢検出装置135は、算出した衛星本体100の位置、軌道及び姿勢を表わす信号を衛星制御装置110に対して出力する。
The
なお、姿勢検出部130が衛星本体100の位置や姿勢を検出する方式は、他の方式であってもよい。例えば、姿勢検出部130は、三つのGPS受信装置131を有し、三つのGPS受信装置131の位置関係に基づいて、衛星本体100の姿勢を算出してもよい。あるいは、姿勢検出部130は、恒星センサ132と、地球の見える方向を観測する地球センサと、太陽の見える方向を観測する太陽センサとを有し、恒星センサ132が観測した恒星の見える方向と、地球センサが観測した地球の見える方向と、太陽センサが観測した太陽が見える方向とに基づいて、衛星本体100の位置及び姿勢を算出してもよい。
Note that the method by which the
センサ結合装置141は、センサ結合部140の中あるいは近傍にあり、センサ本体200を把持することにより、衛星本体100とセンサ本体200とをドッキング(結合)する。センサ結合装置141は、衛星制御装置110からの指示にしたがって、センサ本体200を把持したり、把持したセンサ本体200を離したりする。
The
テザー格納部143は、テザー300の一部を格納する。テザー格納部143は、例えば、モータ144、テザー巻取りリール145を有する。
テザー巻取りリール145は、テザー300の一端が固定され、回転可能なリールであり、テザー300を巻き取ることにより、テザー300の一部を格納する。
モータ144は、テザー巻取りリール145を回転させる動力源である。モータ144は、テザー巻取りリール145を順逆両方向に回転させることができる。テザー巻取りリール145を順方向に回転すると、テザー300を送り出す。また、テザー巻取りリール145を逆方向に回転すると、テザー300を巻き取る。また、モータ144は、テザー巻取りリール145を自由回転可能にしておくこともできる。テザー巻取りリール145を自由回転可能にしておくと、衛星本体100とセンサ本体200とが離れていくとき、センサ本体200がテザー300を引っ張り、テザー300が送り出される。
The
The tether take-up
The motor 144 is a power source that rotates the tether take-up
テザー制御装置142は、テザー格納部143に格納されたテザー300の長さを制御することにより、テザー300の送り出し長さを制御する。テザー制御装置142は、例えば、衛星制御装置110を実現するマイクロコンピュータがあらかじめ記憶したプログラムを実行することにより、テザー制御装置142として機能するものである。
テザー制御装置142は、衛星制御装置110からの指令に基づいて、モータ144を制御し、テザー巻取りリール145を順方向もしくは逆方向に回転させ、あるいは、テザー巻取りリール145を自由回転可能にする。
The tether control device 142 controls the delivery length of the
The tether controller 142 controls the motor 144 based on a command from the
送電装置151は、発電装置121が発電した電力を、電力伝送線320を通して、センサ本体200に送電する。送電装置151は、発電装置121が発電した電力を入力し、テザー格納部143を介して、入力した電力を電力伝送線320に伝達する。例えば、送電装置151は、発電装置121が発電した電力を交流に変換する変換回路と、テザー巻取りリール145の軸を芯とする一次巻線(テザー巻取りリール145の軸が回転しても回転しない)及び二次巻線(テザー巻取りリール145の軸とともに回転し、電力伝送線320に電気的に接続している)からなるトランスとを有し、変換回路が変換した交流電力を、トランスを介して電力伝送線320へ伝達する。
The
対センサ通信装置152(指令送信装置、観測結果受信装置)は、信号伝送線330を介して、センサ本体200と信号のやり取りをする。対センサ通信装置152は、衛星制御装置110からの指令に基づいて、衛星制御装置110が出力したセンサ本体200に対する指令などを表わす信号を入力し、信号伝送線330を介して、入力した信号をセンサ本体200へ送信する。また、対センサ通信装置152は、センサ本体200が送信した撮像装置220の観測結果などを表わす信号を、信号伝送線330を介して受信し、受信した信号を衛星制御装置110に対して出力する。対センサ通信装置152は、例えば、信号伝送線330が光ファイバである場合、信号伝送線330の端に接続した集光装置(テザー巻取りリール145の軸の中心に位置し、テザー巻取りリール145とともに回転するが、位置は変わらない)と、集光装置に対面して設けられた発光ダイオード及びフォトトランジスタ(テザー巻取りリール145とは離れていて、テザー巻取りリール145が回転しても移動しない)とを有し、衛星制御装置110から入力した信号に基づいて発光ダイオードが発光して、発光した光を集光装置が集めて信号伝送線330に信号を伝達し、センサ本体200が送信した信号をフォトトランジスタが受光して、電気信号に変換し、衛星制御装置110に対して出力する。
The sensor communication device 152 (command transmission device, observation result reception device) exchanges signals with the sensor
軌道制御部160は、衛星本体100の軌道や姿勢を制御する。軌道制御部160は、軌道制御装置161、推薬タンク162、複数の制御弁163、複数のスラスタ164、複数のリアクションホイール165を有する。
軌道制御装置161は、衛星制御装置110からの指令に基づいて、制御弁163の開閉やリアクションホイール165の回転を制御する。軌道制御装置161は、例えば、衛星制御装置110を実現するマイクロコンピュータがあらかじめ記憶したプログラムを実行することにより、軌道制御装置161として機能するものである。
推薬タンク162は、推薬190(推進剤)を収納するタンクである。
制御弁163は、推薬タンク162とスラスタ164との間にあり、軌道制御装置161からの指令により開閉する。制御弁163が開くと、推薬タンク162に収納された推薬190がスラスタ164に供給される。
スラスタ164は、推薬タンク162から供給された推薬190を燃焼するなどして噴射し、噴射した推薬190の反作用によって衛星本体100の軌道や姿勢を変える力を発生させる。
リアクションホイール165は、軌道制御装置161からの指令により、内蔵したはずみ車を回転することにより、衛星本体100の角運動量を調整する。これにより、衛星本体100の姿勢を変えることができる。
The
The
The
The
The
The
なお、軌道制御部160が衛星本体100の軌道及び姿勢を制御する方式は、他の方式であってもよい。
It should be noted that the method in which the
対地通信装置172(対地送信装置、対地受信装置)は、通信アンテナ171を介して、地上局装置400と通信する。
対地通信装置172は、地上局装置400が送信した信号を、通信アンテナ171を介して受信し、衛星制御装置110に対して出力する。また、対地通信装置172は、衛星制御装置110が出力した信号を入力し、通信アンテナ171を介して、地上局装置400に対して送信する。対地通信装置172が受信する信号には、例えば、地上局装置400から観測衛星800に対する指令(軌道の変更や、観測対象500の指示、制御プログラムの更新など)を表わす信号などがある。対地通信装置172が送信する信号には、例えば、観測衛星800から地上局装置400への報告内容(観測衛星800の現在位置や軌道、撮像装置220が撮影した映像など)を表わす信号などがある。
The ground communication device 172 (ground transmission device, ground reception device) communicates with the
The
図3は、この実施の形態におけるセンサ本体200の内部構成の一例を示す構成図である。
センサ本体200は、センサ制御装置210、撮像装置220、位置姿勢検出部230、テザー接続装置240、受電装置251、通信装置252、姿勢制御部260を有する。
FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of the internal configuration of the sensor
The
センサ制御装置210は、センサ本体200全体を制御する。センサ制御装置210は、例えば、マイクロコンピュータがあらかじめ記憶したプログラムを実行することにより、センサ制御装置210として機能するものである。
The
撮像装置220は、センサ制御装置210からの指令に基づいて、視野方向610を撮影する。撮像装置220は、例えば、集光レンズと、CCD(Charge Coupled Device)カメラとを有し、CCDカメラのCCD素子上に集光レンズが結像した映像を電気信号に変換し、変換した信号をセンサ制御装置210に対して出力する。
集光レンズの口径が大きければ、それだけCCD素子上に結像する映像が明るくなり、鮮明な映像を撮影できる。また、露光時間を長くしても、同様の効果が得られる。この実施の形態における観測衛星800では、集光レンズを大きくすると、衛星の重量が重くなり、打上げにかかるコストが高くなるので、小さい集光レンズを使い、その代わり、露光時間を長くする(例えば、0.1秒程度)ことにより鮮明な映像を撮影する。
The
The larger the aperture of the condenser lens, the brighter the image formed on the CCD element, and the clearer image can be taken. Even if the exposure time is increased, the same effect can be obtained. In the observation satellite 800 in this embodiment, if the condensing lens is enlarged, the weight of the satellite increases and the launching cost increases. Therefore, a small condensing lens is used, and instead, the exposure time is increased (for example, , About 0.1 seconds).
位置姿勢検出部230は、センサ本体200の位置及び姿勢を検出する。位置姿勢検出部230は、例えば、地球の中心を原点とした直交座標系あるいは極座標系で表わされるセンサ本体200の位置及び姿勢を検出する。
位置姿勢検出部230は、三つのGPS受信装置231、位置姿勢検出装置235を有する。
GPS受信装置231は、衛星本体100のGPS受信装置131と同様である。
位置姿勢検出装置235は、センサ本体200の位置及び姿勢を算出する。位置姿勢検出装置235は、例えば、センサ制御装置210を実現するマイクロコンピュータがあらかじめ記憶したプログラムを実行することにより、位置姿勢検出装置235として機能するものである。
位置姿勢検出装置235は、三つのGPS受信装置231が算出したGPS受信装置231の位置を表わす信号を入力する。位置姿勢検出装置235は、入力した信号が表わす三つのGPS受信装置231それぞれの位置に基づいて、センサ本体200の(重心の)位置及びセンサ本体200の姿勢を算出する。位置姿勢検出装置235は、算出したセンサ本体200の位置及び姿勢を表わす信号をセンサ制御装置210に対して出力する。
The position /
The position /
The
The position /
The position /
なお、位置姿勢検出部230がセンサ本体200の位置及び姿勢を検出する方式は、他の方式であってもよい。例えば、衛星本体100の姿勢検出部130が衛星本体100の位置及び姿勢を検出する方式として説明した方式でもよい。しかし、ジャイロのような可動部品を含む装置を使用すると、振動を発生し、撮像装置220が撮影する映像がブレる可能性があるので、可動部品を含まない構成であることが好ましい。その意味において、上記説明した三つのGPS受信装置231を使用する構成は、好ましい構成である。
Note that the method by which the position /
テザー接続装置240は、テザー300をセンサ本体200に接続する。テザー接続装置240は、ロープ310をセンサ本体200に物理的に結合する。また、テザー接続装置240は、電力伝送線320を受電装置251に接続し、信号伝送線330を通信装置252に接続する。
受電装置251は、電力伝送線320を介して送電される電力を受電し、受電した電力をセンサ本体200の各装置に供給する。
通信装置252(指令受信装置、観測結果送信装置)は、信号伝送線330を介して、衛星本体100と信号のやり取りをする。通信装置252は、衛星本体100が送信した信号を、信号伝送線330を介して受信し、受信した信号をセンサ制御装置210に対して出力する。また、通信装置252は、センサ制御装置210が出力した信号を入力し、入力した信号を、信号伝送線330を介して、衛星本体100に対して送信する。
The
The
The communication device 252 (command receiving device, observation result transmitting device) exchanges signals with the
姿勢制御部260は、センサ本体200の姿勢を制御する。姿勢制御部260は、姿勢制御装置261、複数(例えば四つ)のリアクションホイール265を有する。
姿勢制御装置261は、センサ制御装置210からの指令に基づいて、リアクションホイール265の回転を制御する。
リアクションホイール265は、姿勢制御装置261からの指令により、内蔵したはずみ車を回転することにより、センサ本体200の角運動量を調整する。
The attitude control unit 260 controls the attitude of the
The
The
なお、姿勢制御部260がセンサ本体200の姿勢を制御する方式は、他の方式であってもよい。例えば、衛星本体100の軌道制御部160が衛星本体100の軌道及び姿勢を制御する方式として説明した方式でもよい。しかし、センサ本体200は、衛星本体100とテザー300で接続されているので、センサ本体200の軌道は、衛星本体100の軌道によって定まる。衛星本体100とドッキングする場合など、センサ本体200の軌道を変える必要が生じたときは、テザー制御装置142がテザー300の送り出し長さを変えることにより、センサ本体200の軌道を変えればよいので、姿勢制御部260は、センサ本体200の軌道を制御する必要はない。また、センサ本体200が推薬タンク162やスラスタ164などを備えると、推薬タンク162内の推薬190が揺れることや、スラスタ164による推薬190の噴射などにより、振動を発生し、撮像装置220が撮影する映像がブレる可能性がある。このため、軌道制御部160、推薬タンク162やスラスタ164などを備えない構成であることが好ましい。
リアクションホイール265は、内部のはずみ車を回転するので、振動がまったくないわけではないが、推薬190を噴射する方式と比較して、振動ははるかに小さい。また、センサ本体200の質量が小さいので、リアクションホイール265も小型のものでよく、その分、発生する振動も小さくなる。
Note that the method by which the posture control unit 260 controls the posture of the
Since the
次に、観測衛星800が観測対象500を観測する動作について説明する。
Next, an operation in which the observation satellite 800 observes the
図4は、この実施の形態における観測衛星800が、観測対象500を観測する観測処理の流れの一例を示すフローチャート図である。
なお、観測処理開始前において、衛星本体100とセンサ本体200とは結合しているものとする。
FIG. 4 is a flowchart showing an example of the flow of observation processing in which the observation satellite 800 in this embodiment observes the
It is assumed that the
センサ分離工程S711において、衛星制御装置110は、センサ結合部140に対して指令信号を出力する。センサ結合部140は、衛星制御装置110が出力した指令信号を入力し、入力した指令信号が表わす指令に基づいて、把持しているセンサ本体200を離す。
テザー自由工程S712において、衛星制御装置110は、テザー制御装置142に対して指令信号を出力する。テザー制御装置142は、衛星制御装置110が出力した指令信号を入力し、入力した指令信号が表わす指令に基づいて、モータ144を制御し、テザー巻取りリール145を自由回転可能にする。
In the sensor separation step S711, the
In the tether free step S712, the
これにより、センサ本体200は、衛星本体100から分離し、衛星本体100の近くを漂う。
なお、センサ本体200が衛星本体100から離れていくよう、例えば、モータ144の動力により、最初だけテザー300を送り出す方向へテザー巻取りリール145を回転し、センサ本体200を押し出してもよい。
As a result, the
For example, the sensor
位置姿勢検出工程S721において、位置姿勢検出部230は、センサ本体200の位置及び姿勢を検出する。位置姿勢検出部230は、検出したセンサ本体200の位置及び姿勢を表わす信号を、センサ制御装置210に対して出力する。センサ制御装置210は、位置姿勢検出部230が出力した信号を入力する。
視野範囲判定工程S722において、センサ制御装置210は、位置姿勢検出工程S721で入力した信号が表わすセンサ本体200の位置に基づいて、観測対象500がどの方向に見えるかを算出する。例えば、あらかじめ地上局装置400から指定された観測対象500の緯度・経度を、センサ制御装置210は、信号伝送線330を介して衛星制御装置110から取得しておく。センサ制御装置210は、観測対象500の緯度・経度と、現在の時刻とに基づいて、観測対象500の現在の位置座標(地球の中心を原点とする座標系)を算出する。なお、現在の時刻は、GPS受信装置231が受信したGPS信号から算出してもよいし、内蔵時計から取得してもよい。センサ制御装置210は、算出した観測対象500の現在の位置座標と、センサ本体200の現在の位置座標とに基づいて、センサ本体200に対する観測対象500の相対位置を算出する。センサ制御装置210は、算出した相対位置に基づいて、観測対象500が見える方向を算出する。
センサ制御装置210は、算出した観測対象500が見える方向と、位置姿勢検出工程S721で入力した信号が表わすセンサ本体200の姿勢とに基づいて、撮像装置220が観測対象500を観測できるか否かを判定する。観測不可と判定した場合、姿勢算出工程S723へ進む。観測可能と判定した場合、露光開始工程S731へ進む。
In the position and orientation detection step S721, the position and
In the visual field range determination step S722, the
The
姿勢算出工程S723において、センサ制御装置210は、視野範囲判定工程S722で算出した観測対象500が見える方向に基づいて、撮像装置220が観測対象500を観測するためにセンサ本体200が取るべき姿勢を算出する。
姿勢制御工程S724において、センサ制御装置210は、姿勢算出工程S723で算出した姿勢と、視野範囲判定工程S722で入力した信号が表わすセンサ本体200の姿勢とに基づいて、姿勢制御部260がどのようにセンサ本体200の姿勢を制御すべきかを決定し、決定した結果に基づいて、姿勢制御部260に対して指令信号を出力する。姿勢制御部260は、センサ制御装置210が出力した指令信号を入力し、入力した指令信号が表わす指令に基づいて、センサ本体200の姿勢を制御する。
その後、位置姿勢検出工程S721に戻り、撮像装置220が観測対象500を観測できる姿勢になるまで繰り返す。
In the posture calculation step S723, the
In the posture control step S724, the
Thereafter, the process returns to the position / orientation detection step S721, and is repeated until the
露光開始工程S731において、センサ制御装置210は、撮像装置220に対して指令信号を出力する。撮像装置220は、センサ制御装置210が出力した指令信号を入力し、入力した指令信号が表わす指令に基づいて、露光を開始し、視野方向610を撮影する。位置姿勢検出工程S721〜姿勢制御工程S724の処理により、センサ本体200は、撮像装置220が観測対象500を観測できる方向を向いているので、撮像装置220は、観測対象500を撮影できる。
In the exposure start step S731, the
位置姿勢検出工程S732において、位置姿勢検出部230は、センサ本体200の位置及び姿勢を検出する。位置姿勢検出部230は、検出したセンサ本体200の位置及び姿勢を表わす信号を、センサ制御装置210に対して出力する。センサ制御装置210は、位置姿勢検出部230が出力した信号を入力する。
姿勢算出工程S733において、センサ制御装置210は、位置姿勢検出工程S732で入力した信号が表わすセンサ本体200の位置に基づいて、観測対象500が見える方向を算出し、算出した観測対象500が見える方向に基づいて、撮像装置220から見て観測対象500が同じ方向に見えるようにするためにセンサ本体200が取るべき姿勢を算出する。
姿勢制御工程S734において、センサ制御装置210は、姿勢算出工程S733で算出した姿勢と、位置姿勢検出工程S732で入力した信号が表わすセンサ本体200の姿勢とに基づいて、姿勢制御部260がどのようにセンサ本体200の姿勢を制御すべきかを決定し、決定した結果に基づいて、姿勢制御部260に対して指令信号を出力する。姿勢制御部260は、センサ制御装置210が出力した指令信号を入力し、入力した指令信号が表わす指令に基づいて、センサ本体200の姿勢を制御する。
In the position and orientation detection step S732, the position and
In the posture calculation step S733, the
In the posture control step S734, the
上述したように、この実施の形態における観測衛星800は、鮮明な映像を撮影するため、撮像装置220の露光時間を長くしている。観測衛星800は、地球を周回する軌道上を移動しているので、例えば、観測衛星800の移動速度が秒速約7〜8キロメートル、撮像装置220の露光時間が0.1秒とすると、露光時間の間に、観測衛星800は、約700〜800メートル移動する。この間、撮像装置220の視野方向610が同じだと、撮像装置220が撮影する映像上で観測対象500が移動して、鮮明な映像にならない。このため、センサ本体200の移動に伴って撮像装置220の視野方向610を変え、撮像装置220が撮影する映像上で観測対象500が動かないようにする必要がある。
この実施の形態における観測衛星800は、露光時間の間、撮像装置220から見て観測対象500が同じ方向に見えるよう、姿勢制御部260がセンサ本体200の姿勢を制御することにより、撮像装置220が撮影する映像上で観測対象500を静止させ、鮮明な映像を撮影する。
As described above, the observation satellite 800 in this embodiment takes a longer exposure time of the
In the observation satellite 800 in this embodiment, the attitude control unit 260 controls the attitude of the sensor
露光時間判定工程S736において、センサ制御装置210は、露光開始工程S731で撮像装置220が露光を開始してからの経過時間を計測し、計測した経過時間と、所定の露光時間とを比較して、露光時間が経過したか否かを判定する。露光時間が経過したと判定した場合、露光終了工程S739へ進む。露光時間が経過していないと判定した場合、位置姿勢検出工程S732へ戻り、センサ本体200の姿勢制御を繰り返す。
In the exposure time determination step S736, the
露光終了工程S739において、センサ制御装置210は、撮像装置220に対して指令信号を出力する。撮像装置220は、センサ制御装置210が出力した指令信号を入力し、入力した指令信号が表わす指令に基づいて、露光を終了する。撮像装置220は、撮影した映像を表わす信号を出力する。センサ制御装置210は、撮像装置220が出力した信号を入力する。
In the exposure end step S739, the
観測結果送信工程S741において、センサ制御装置210は、露光終了工程S739で入力した信号が表わす映像に基づいて、撮像装置220が撮影した映像を画像処理し、画像処理した映像を表わす信号を、通信装置252に対して出力する。なお、センサ制御装置210は、撮像装置220が撮影した映像を画像処理せず、そのままの映像を表わす信号を、通信装置252に対して出力してもよい。
通信装置252は、センサ制御装置210が出力した信号を入力し、入力した信号を衛星本体100に送信する形式の信号に変換し、変換した信号を、信号伝送線330を介して衛星本体100の対センサ通信装置152へ送信する。
In the observation result transmission step S741, the
The
なお、対センサ通信装置152と通信装置252との間は、信号伝送線330を介して有線接続しているので、アンテナの向きなどを気にする必要はなく、センサ本体200が観測対象500を撮影した姿勢のままで、撮影した映像を送信できる。
Since the
観測結果受信工程S742において、対センサ通信装置152は、観測結果送信工程S741でセンサ本体200の通信装置252が送信した信号を、信号伝送線330を介して受信し、受信した信号を元の形式に戻し、元の形式に戻した信号を、衛星制御装置110に対して出力する。衛星制御装置110は、対センサ通信装置152が出力した信号を入力する。
In the observation result receiving step S742, the
対地送信工程S743において、衛星制御装置110は、観測結果受信工程S742で入力した信号が表わす映像に基づいて、センサ制御装置210が処理した映像を画像処理し、画像処理した映像を表わす信号を、対地通信装置172に対して出力する。なお、衛星制御装置110は、センサ制御装置210が処理した映像を画像処理せず、そのままの映像を表わす信号を、対地通信装置172に対して出力してもよい。
対地通信装置172は、衛星制御装置110が出力した信号を入力し、入力した信号を地上局装置400に送信する形式の信号に変換し、変換した信号を、通信アンテナ171から地上局装置400に対して送信する。
In the ground transmission step S743, the
The
なお、送信に先立って、あらかじめ通信アンテナ171が地上局装置400の方向を向くよう、衛星本体100の姿勢を制御しておく必要がある。対センサ通信装置152と通信装置252との間は、信号伝送線330を介して有線接続しているので、通信装置252が送信した信号を対センサ通信装置152が受信する際の衛星本体100の姿勢を気にする必要はない。このため、衛星本体100は、撮像装置220が観測対象500を撮影する前あるいは撮影中に、通信アンテナ171を地上局装置400の方向へ向けておくことができる。したがって、撮像装置220が撮影した映像を、すぐに地上局装置400に対して送信することができる。
Prior to transmission, it is necessary to control the attitude of the
連続して同じ観測対象500を撮影する場合(動画撮影など)は、露光開始工程S731〜対地送信工程S743を繰り返す。また、連続して異なる観測対象500を撮影する場合(広域撮影など)は、位置姿勢検出工程S721〜対地送信工程S743を繰り返す。この場合、撮影した映像を表わす信号の送受信(観測結果送信工程S741〜対地送信工程S743)と並行して、次の映像の撮影をすることができる。このため、撮像装置220が撮影したリアルタイムの映像を、地上局装置400に対して送信することができる。
When the
すべての観測が終了したのち、テザー巻取り工程S751において、衛星制御装置110が、テザー制御装置142に対して指令信号を出力する。テザー制御装置142は、衛星制御装置110が出力した指令信号を入力し、入力した指令信号が表わす指令に基づいて、モータ144を制御し、テザー300を巻き取る方向にテザー巻取りリール145を回転する。
これにより、センサ本体200は、テザー300に引っ張られて、衛星本体100のセンサ結合部140に近づいていく。テザー300が完全に巻き取られると、センサ本体200は、センサ結合部140に結合できる位置まで近づく。
After all the observations are finished, the
As a result, the
センサ結合工程S752において、センサ結合装置141は、センサ本体200を把持し、衛星本体100とセンサ本体200とが結合して一体となる。
In the sensor coupling step S752, the
以上で、観測処理を終了する。 Thus, the observation process is finished.
図5は、この実施の形態における観測衛星800が観測対象500を観測する様子を示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing how the observation satellite 800 in this embodiment observes the
観測衛星800aは、観測衛星800が観測処理を開始する前の状態であり、衛星本体100とセンサ本体200とが結合している。
観測衛星800bは、観測衛星800が観測処理を開始して、衛星本体100とセンサ本体200とを分離した状態である。
観測衛星800cは、センサ本体200の姿勢を制御して、撮像装置220が観測対象500を撮影できる姿勢になり、露光を開始した状態である。
観測衛星800dは、センサ本体200の姿勢を制御しながら、撮像装置220が観測対象500を撮影し、露光が終了した状態である。
観測衛星800eは、観測が終了し、センサ本体200を回収している途中の状態である。
観測衛星800fは、センサ本体200の回収が終わり、衛星本体100とセンサ本体200とが結合した状態である。
The
The
The
The
The
The
衛星本体100は、観測衛星800aの状態から観測衛星800fの状態まで、常に、通信アンテナ171が地上局装置400の方向を向くよう、姿勢を制御する。
センサ本体200は、分離後である観測衛星800bの状態から露光終了である観測衛星800dの状態までの間、撮像装置220が観測対象500を撮影できるよう、姿勢を制御する。この間、テザー300は自由に送り出され、例えば、この図に示したように、センサ本体200は衛星本体100から遠ざかっていく。
撮影終了後、衛星本体100は、テザー300を巻き取り、センサ本体200を引っ張って、回収する。
The
The
After the photographing is finished, the
露光時間中におけるセンサ本体200の姿勢制御は、撮像装置220が撮影する映像上で観測対象500が動かないようにする必要があるので、反応が速く、外乱が少ないことが要求される。
センサ本体200は、撮像装置220が観測対象500を観測するのに最低限必要な装置のみからなるので、質量が小さい。このため、姿勢制御に対する反応が速い。また、センサ本体200は、スラスタ164や慣性基準装置133のような、姿勢制御に対する外乱となり得る装置を極力排除している。
したがって、高精度にセンサ本体200の姿勢を制御することができ、撮像装置220が鮮明な映像を撮影できる。
The attitude control of the sensor
The sensor
Therefore, the attitude of the
他方、衛星本体100の質量は、センサ本体200の姿勢制御に対する反応と無関係であるから、衛星本体100の質量が大きくてもよい。このため、大量の推薬190を積むことができ、観測衛星800の寿命を長くすることができる。
On the other hand, since the mass of the
この実施の形態における観測衛星800は、衛星本体100と、センサ本体200と、テザー300とを有することを特徴とする。
上記衛星本体100は、推薬タンク162と、軌道制御装置161とを有する。
上記推薬タンク162は、推薬190を収納する。
上記軌道制御装置161は、上記推薬タンク162が収納した推薬190を噴射することにより、上記衛星本体100の軌道を制御する。
上記センサ本体200は、センサ(撮像装置220)を有する。
上記センサ(撮像装置220)は、観測対象500を観測する。
上記テザー300は、紐状であり、上記衛星本体100と上記センサ本体200との間を接続している。
The observation satellite 800 in this embodiment includes a
The
The
The
The
The sensor (imaging device 220) observes the
The
この実施の形態における観測衛星800によれば、衛星本体100とセンサ本体200とがテザー300を介して接続しているので、センサ本体200に軌道を制御するための装置を搭載する必要がなく、衛星本体100の軌道を制御するために推薬190を噴射しても、その振動がセンサ本体200へ伝わらないので、センサ(撮像装置220)による観測の精度を高くすることができるいう効果を奏する。
According to the observation satellite 800 in this embodiment, since the
この実施の形態におけるセンサ本体200は、更に、位置姿勢検出装置235と、姿勢制御装置261とを有することを特徴とする。
上記位置姿勢検出装置235は、上記センサ本体200の位置及び姿勢を検出する。
上記姿勢制御装置261は、上記位置姿勢検出装置235が検出したセンサ本体200の位置及び姿勢に基づいて、上記センサ(撮像装置220)が上記観測対象500を観測できるよう、上記センサ本体200の姿勢を制御する。
The sensor
The position /
The
この実施の形態における観測衛星800によれば、位置姿勢検出装置235がセンサ本体200の位置及び姿勢を検出し、検出結果に基づいて姿勢制御装置261がセンサ本体200の姿勢を制御して、センサ(撮像装置220)が観測対象500を観測するので、観測衛星800全体の質量が大きくても、センサ本体200の質量が小さければ、高精度にセンサ本体200の姿勢を制御でき、センサ(撮像装置220)による観測の精度を高くすることができる。
According to the observation satellite 800 in this embodiment, the position /
この実施の形態における衛星本体100は、更に、テザー格納部143と、テザー制御装置142とを有することを特徴とする。
上記テザー格納部143は、上記テザー300の一部を格納する。
上記テザー制御装置142は、上記テザー格納部143に格納されるテザー300の長さを制御することにより、上記テザー300の送り出し長さを制御し、上記センサ(撮像装置220)が上記観測対象500を観測する場合に、上記テザー300が自由に送り出せるよう制御する。
The
The
The tether control device 142 controls the delivery length of the
この実施の形態における観測衛星800によれば、撮像装置220が観測対象500を観測する場合に、テザー300が自由に送り出せるよう、テザー制御装置142がテザー格納部143を制御するので、観測中は、テザー300に張力が加わらない状態となり、衛星本体100で発生した振動などの外乱が、テザー300を介してセンサ本体200へ伝わることがなく、センサ(撮像装置220)による観測の精度を高くすることができるいう効果を奏する。
According to the observation satellite 800 in this embodiment, when the
なお、姿勢検出部130が検出した衛星本体100の位置と、位置姿勢検出部230が検出したセンサ本体200の位置とに基づいて、テザー300に張力が加わらない状態となるテザー300の送り出し長さを、衛星制御装置110が算出し、テザー制御装置142は、衛星制御装置110が算出した送り出し長さとなるよう、テザー格納部143を制御してもよい。
It should be noted that, based on the position of the
この実施の形態における衛星本体100は、更に、センサ結合装置141を有することを特徴とする。
上記テザー制御装置142は、上記センサ(撮像装置220)が観測をしない場合に、上記テザー300の送り出し長さを短くして、上記センサ本体200を引き寄せる。
上記センサ結合装置141は、上記テザー制御装置142が引き寄せたセンサ本体200を把持して、上記衛星本体100とセンサ本体200とを結合する。
The
When the sensor (imaging device 220) does not observe, the tether control device 142 shortens the feed length of the
The
この実施の形態における観測衛星800によれば、センサ(撮像装置220)が観測をしない場合は、テザー300の送り出し長さが短くなるよう、テザー制御装置142がテザー格納部143を制御し、センサ本体200を引き寄せて、センサ結合装置141がセンサ本体200を把持するので、衛星本体100とセンサ本体200との結合が比較的容易であるという効果を奏する。
According to the observation satellite 800 in this embodiment, when the sensor (imaging device 220) does not perform observation, the tether controller 142 controls the
この実施の形態におけるテザー300は、更に、電力伝送線320を有することを特徴とする。
上記電力伝送線320は、電力を伝送する。
上記衛星本体100は、更に、発電装置121と、送電装置151とを有する。
上記発電装置121は、電力を発生する。
上記送電装置151は、上記発電装置121が発生した電力を、上記電力伝送線320を介して送電する。
上記センサ(撮像装置220)は、上記送電装置151が送電した電力を、上記電力伝送線320を介して受電し、受電した電力により観測する。
The
The
The
The
The
The sensor (imaging device 220) receives the power transmitted by the
この実施の形態における観測衛星800によれば、発電装置121が発生した電力を電力伝送線320を介してセンサ(撮像装置220)に供給し、供給された電力でセンサ(撮像装置220)が動作するので、センサ本体200に電力を発生するための装置を搭載する必要がない。センサ本体200が、太陽電池パドルのようなセンサ本体200の回転モーメントを大きくする装置を有しないので、センサ本体200の回転モーメントを小さくでき、素早くセンサ本体200の姿勢を制御でき、センサ(撮像装置220)による観測の精度を高くすることができる。
According to the observation satellite 800 in this embodiment, the power generated by the
上記テザー300は、更に、信号伝送線330を有することを特徴とする。
上記信号伝送線330は、信号を伝送する。
上記センサ本体200は、更に、観測結果送信装置(通信装置252)を有する。
上記観測結果送信装置(通信装置252)は、上記センサ(撮像装置220)が観測した観測結果(映像)を表わす信号を、上記信号伝送線330を介して送信する。
上記衛星本体100は、更に、観測結果受信装置(対センサ通信装置152)を有する。
上記観測結果受信装置(対センサ通信装置152)は、上記観測結果送信装置(通信装置252)が送信した信号を、上記信号伝送線330を介して受信する。
The
The
The
The observation result transmitting device (communication device 252) transmits a signal representing the observation result (video) observed by the sensor (imaging device 220) via the
The
The observation result receiving device (to the sensor communication device 152) receives the signal transmitted by the observation result transmitting device (communication device 252) via the
この実施の形態における観測衛星800によれば、センサ(撮像装置220)が観測した観測結果(映像)を表わす信号を、観測結果送信装置(通信装置252)が送信し、信号伝送線330が伝送して、観測結果受信装置(対センサ通信装置152)が受信するので、衛星本体100やセンサ本体200の姿勢と無関係に、観測結果の送受信ができる。このため、センサ本体200は観測対象500を観測できる姿勢を取り、衛星本体100は地上局装置400に対して送信できる姿勢を取ったまま、観測結果の送受信ができ、センサ(撮像装置220)が観測した観測結果を、リアルタイムに地上局装置400に対して送信できるという効果を奏する。
According to observation satellite 800 in this embodiment, an observation result transmitting device (communication device 252) transmits a signal representing an observation result (video) observed by a sensor (imaging device 220), and
以上説明した観測衛星800は、発電機能(発電装置121)を持った宇宙機(衛星本体100)にテザー300で接続された浮遊型センサ(センサ本体200)を有することを特徴とする。
The observation satellite 800 described above includes a floating sensor (sensor body 200) connected to a spacecraft (satellite body 100) having a power generation function (power generation device 121) by a
観測衛星800は、衛星本体100と、センサ本体200との大きなブロックで構成され、センサ(撮像装置220)稼動時は、衛星本体100とテザー300で接続されたセンサ本体200を浮遊させて、浮遊型センサとする。衛星本体100は、軌道制御用のスラスタ164および燃料タンク(推薬タンク162)を有する。センサ本体200は、センサ姿勢決定用の姿勢センサ(位置姿勢検出部230)として、GPS受信装置231を有する。
観測衛星800は、センサ(撮像装置220)使用時に、衛星本体100と、センサ本体200とを分離し、軌道制御時に、衛星本体100にセンサ本体200を結合するため分離・結合機構(センサ結合装置141)を有する。
観測衛星800は、センサ分離時に、衛星本体100と、センサ本体200の距離に合せて、テザー300を必要量送り出すためのテザー送り出し機構と、結合時には、テザー300を巻き取り、結合部位までセンサ(センサ本体200)を誘導するテザー巻取り機構(テザー制御装置142、テザー格納部143)を有する。
テザー300は、衛星本体100と、センサ本体200との間の電力供給ライン(電力伝送線320)及びデータ伝送ライン(信号伝送線330)を含む。
The observation satellite 800 is composed of a large block of a
The observation satellite 800 separates the
The observation satellite 800 includes a tether sending mechanism for sending a necessary amount of the
The
このように、電力発生(発電装置121)および軌道制御(軌道制御部160)、通信(通信アンテナ171、対地通信装置172)など、通常のバス機能を衛星本体100に全て残し、センサ本体200には、センサ(撮像装置220)と、観測時に、センサ本体200を目標観測ポイント(観測対象500)に向ける姿勢変更をする機能だけを持たせることにより、衛星本体100の振動をセンサ(撮像装置220)から分離することができ、また、センサ(撮像装置220)の姿勢変更に関する重量制約を最小限とすることができる。
As described above, all the normal bus functions such as power generation (power generation device 121) and orbit control (orbit control unit 160) and communication (
衛星本体100とセンサ本体200とが分離せず、撮像装置220が衛星本体100に固定されている場合(以下「比較例」と呼ぶ。)と比較すると、比較例では、センサのアジリティを高めるため、衛星バス(衛星本体100)を小型化する必要がある。しかし、衛星バスを小型化するため、推薬タンク162を小さくすると、観測衛星800の寿命が短くなる。
これに対し、以上説明した観測衛星800は、推薬タンク162を大きくしてもセンサのアジリティが落ちないので、大量の推薬190を積載することができる。これにより、観測衛星800の寿命が長くなる。また、大量の推薬190を積載しているので、軌道上の位置の変更が比較的容易であり、観測の可能性を拡大できる。すなわち、観測衛星800が観測対象500の上空にいない場合、推薬190の制約から軌道を大きく変更することができなければ、観測衛星800が観測対象500の上空に来るまで待たなければならない。しかし、推薬190を大量に消費してもよければ、軌道を柔軟に変更して、いち早く観測対象500の上空に達することができる。また、より詳細な観測がしたければ、軌道高度を下げて、観測衛星800を観測対象500に近づけることもできる。
Compared to the case where the satellite
On the other hand, the observation satellite 800 described above can load a large amount of
例えば、地震などの災害発生時に、被災地の状況を一刻も早く把握したい場合がある。このような場合に、観測衛星800から撮影した被災地の映像は、大変役に立つ。しかし、このような災害は、いつどこで発生するかわからないので、観測衛星800が、被災地の上空にいない場合もあるし、そもそも被災地の上空を通過しない軌道にいる場合もある。以上説明した観測衛星800は、このような場合に、観測衛星800の軌道を柔軟に変更し、被災地の様子をリアルタイムで撮影した映像を地上局装置400に対して送信することができる。
For example, when a disaster such as an earthquake occurs, there is a case where it is desired to grasp the situation of the affected area as soon as possible. In such a case, the image of the disaster area taken from the observation satellite 800 is very useful. However, since it is not known when and where such a disaster will occur, the observation satellite 800 may not be above the disaster-stricken area or may be in an orbit that does not pass over the disaster-stricken area in the first place. In such a case, the observation satellite 800 described above can flexibly change the orbit of the observation satellite 800 and transmit an image of the disaster area captured in real time to the
また、比較例では、精度の高い観測をするため、軌道制御部160などが発生する振動などの影響をセンサが受けないようにする機構が必要となる。
これに対し、以上説明した観測衛星800は、衛星本体100とセンサ本体200とが分離している状態では、衛星本体100で発生した振動などがセンサに伝わらない。したがって、精度の高い観測が可能である。
In the comparative example, in order to perform observation with high accuracy, a mechanism is required to prevent the sensor from being affected by vibrations generated by the
On the other hand, in the observation satellite 800 described above, vibrations generated in the
実施の形態2.
実施の形態2について、図6〜図7を用いて説明する。
この実施の形態における観測衛星800の外観及びセンサ本体200、テザー300の内部構成は、実施の形態1で説明したものと同様なので、ここでは説明を省略する。
Embodiment 2. FIG.
The second embodiment will be described with reference to FIGS.
The external appearance of the observation satellite 800 and the internal configuration of the
図6は、この実施の形態における衛星本体100の内部構成の一例を示す構成図である。
なお、実施の形態1で説明した衛星本体100と共通する部分については、同一の符号を付し、ここでは説明を省略する。
FIG. 6 is a block diagram showing an example of the internal configuration of the
In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the part which is common in the satellite
姿勢検出部130は、慣性基準装置133と姿勢検出装置135とを有し、GPS受信装置131及び恒星センサ132を有さない。
姿勢検出部130は、GPS受信装置131を有さないので、衛星本体100の位置を検出しない。また、姿勢検出部130は、慣性基準装置133を有するので、衛星本体100の姿勢の変化量を検出するが、恒星センサ132を有さないので、衛星本体100の姿勢を直接検出しない。姿勢検出装置135は、検出した衛星本体100の姿勢の変化量を積算することにより、現在の衛星本体100の姿勢を算出する。
The
The
図7は、この実施の形態における衛星本体100が衛星本体100の軌道及び姿勢を制御する軌道姿勢制御処理の流れの一例を示すフローチャート図である。
FIG. 7 is a flowchart showing an example of a flow of orbit and attitude control processing in which the
結合判定工程S771において、衛星制御装置110は、衛星本体100とセンサ本体200とが結合しているか分離しているかを判定する。結合中であると判定した場合、位置姿勢検出工程S772へ進む。分離中であると判定した場合、姿勢検出工程S783へ進む。
In the coupling determination step S771, the
位置姿勢検出工程S772において、位置姿勢検出部230は、センサ本体200の位置及び姿勢を検出する。位置姿勢検出部230は、検出したセンサ本体200の位置及び姿勢を表わす信号を、センサ制御装置210に対して出力する。センサ制御装置210は、位置姿勢検出部230が出力した信号を入力し、通信装置252に対して出力する。通信装置252は、センサ制御装置210が出力した信号を入力し、信号伝送線330を介して対センサ通信装置152に対して送信する。対センサ通信装置152は、通信装置252が送信した信号を、信号伝送線330を介して受信し、衛星制御装置110に対して出力する。衛星制御装置110は、対センサ通信装置152が出力した信号を入力する。
In the position and orientation detection step S772, the position and
姿勢検出工程S773において、姿勢検出部130は、衛星本体100の姿勢を検出する。姿勢検出部130は、検出した衛星本体100の姿勢を表わす信号を、衛星制御装置110に対して出力する。衛星制御装置110は、姿勢検出部130が出力した信号を入力する。
In the attitude detection step S773, the
位置姿勢算出工程S774において、衛星制御装置110は、位置姿勢検出工程S772で入力した信号が表わすセンサ本体200の位置及び姿勢と、姿勢検出工程S773で入力した信号が表わす衛星本体100の姿勢とに基づいて、衛星本体100の位置及び姿勢を算出する。衛星本体100とセンサ本体200とは結合しているので、衛星本体100とセンサ本体200との位置関係は固定されている。衛星制御装置110は、衛星本体100とセンサ本体200とが結合している状態における衛星本体100とセンサ本体200との相対位置及び相対的な姿勢の関係を、あらかじめ記憶しておく。衛星制御装置110は、あらかじめ記憶した衛星本体100とセンサ本体200との相対位置及び相対的な姿勢の関係に基づいて、衛星本体100の位置及び姿勢を算出する。また、衛星本体100の姿勢の算出にあたり、衛星制御装置110は、姿勢検出部130が検出した衛星本体100の姿勢を補助的に使用する。衛星制御装置110は、算出した衛星本体100の位置に基づいて、衛星本体100の軌道を算出する。
In the position / orientation calculation step S774, the
姿勢推定値更新工程S775において、衛星制御装置110は、位置姿勢算出工程S773で算出した衛星本体100の姿勢を表わす信号を、姿勢検出装置135に対して出力する。姿勢検出装置135は、衛星制御装置110が出力した信号を入力し、入力した信号が表わす衛星本体100の姿勢に基づいて、衛星本体100の姿勢の推定値を更新する。
上述したように、姿勢検出部130は、慣性基準装置133が検出した衛星本体100の角速度に基づいて、姿勢検出装置135が衛星本体100の姿勢の変化量を算出し、算出した衛星本体100の姿勢の変化量を積算することにより、衛星本体100の姿勢を推定する。これを長時間続けると、慣性基準装置133が検出する衛星本体100の角速度の微量な誤差が蓄積して、姿勢検出装置135が推定する衛星本体100の姿勢の誤差が大きくなる。姿勢検出装置135は、衛星制御装置110が算出した衛星本体100の姿勢により、衛星本体100の姿勢の推定値を更新することにより、誤差の蓄積を防ぎ、姿勢検出装置135が推定する衛星本体100の姿勢の誤差を小さく抑える。
In the attitude estimation value update step S775, the
As described above, the
軌道姿勢制御工程S776において、衛星制御装置110は、位置姿勢算出工程S774で算出した衛星本体100の軌道に基づいて、あるべき軌道からのずれを算出する。あるべき軌道とは、例えば、地上局装置400から受信した指令信号が表わす指令により指示された軌道である。また、衛星制御装置110は、位置姿勢算出工程S774で算出した衛星本体100の姿勢に基づいて、あるべき姿勢からのずれを算出する。あるべき姿勢とは、例えば、通信アンテナ171を地上局装置400の方向へ向けることができる姿勢である。衛星制御装置110は、算出した軌道のずれ及び姿勢のずれに基づいて、衛星本体100の軌道及び姿勢をあるべき軌道及び姿勢にするために、軌道制御部160がどのように衛星本体100の軌道及び姿勢を制御すべきかを決定し、決定した結果に基づいて、軌道制御部160に対して指令信号を出力する。軌道制御部160は、衛星制御装置110が出力した指令信号を入力し、入力した指令信号が表わす指令に基づいて、衛星本体100の軌道及び姿勢を制御する。
その後、軌道姿勢制御処理を終了する。
In the orbit and attitude control step S776, the
Thereafter, the trajectory posture control process is terminated.
姿勢検出工程S783において、姿勢検出部130は、衛星本体100の姿勢を検出する。姿勢検出部130は、検出した衛星本体100の姿勢を表わす信号を、衛星制御装置110に対して出力する。衛星制御装置110は、姿勢検出部130が出力した信号を入力する。
In the attitude detection step S <b> 783, the
姿勢制御工程S786において、衛星制御装置110は、姿勢検出工程S783で入力した信号が表わす衛星本体100の姿勢に基づいて、あるべき姿勢からのずれを算出する。衛星制御装置110は、算出した姿勢のずれに基づいて、衛星本体100の姿勢をあるべき姿勢にするために、軌道制御部160がどのように衛星本体100の姿勢を制御すべきかを決定し、決定した結果に基づいて、軌道制御部160に対して指令信号を出力する。軌道制御部160は、衛星本体100が出力した指令信号を入力し、入力した指令信号が表わす指令に基づいて、衛星本体100の姿勢を制御する。
その後、軌道姿勢制御処理を終了する。
In the attitude control step S786, the
Thereafter, the trajectory posture control process is terminated.
衛星本体100とセンサ本体200とが分離している状態では、衛星本体100とセンサ本体200との位置関係や姿勢の関係が不定であるので、センサ本体200の位置や姿勢から衛星本体100の位置や姿勢を求めることはできない。衛星本体100の位置がわからないので、衛星本体100の軌道もわからない。しかし、衛星本体100とセンサ本体200とが分離している時間が短時間であれば、衛星本体100とセンサ本体200とが分離する前の軌道とほぼ同じ軌道を飛んでいるはずである。この実施の形態では、衛星本体100とセンサ本体200とが分離している間は、衛星本体100の軌道を制御せず、観測が終わって衛星本体100とセンサ本体200とが再び結合したのちに、衛星本体100の軌道を制御する。このように、衛星本体100とセンサ本体200とが分離している間は、衛星本体100の軌道を制御しなくても、衛星本体100の軌道があるべき軌道から大きく外れることはない。
In a state where the
また、衛星本体100とセンサ本体200とが分離している間は、慣性基準装置133が検出した衛星本体100の角速度に基づいて姿勢検出装置135が算出した衛星本体100の姿勢に基づいて、衛星本体100の姿勢を制御する。衛星本体100とセンサ本体200とが結合している間は、位置姿勢検出部230が検出したセンサ本体200の姿勢に基づいて衛星制御装置110が算出した衛星本体100の姿勢により、姿勢検出装置135が衛星本体100の姿勢の推定値を更新しているので、衛星本体100とセンサ本体200とが分離している時間が短時間であれば、姿勢検出装置135が算出した衛星本体100の姿勢に含まれる誤差は小さい。したがって、衛星本体100とセンサ本体200とが分離している間は、姿勢検出装置135が算出した衛星本体100の姿勢に基づいて、衛星本体100の姿勢を制御しても、衛星本体100の姿勢があるべき姿勢から大きく外れることはない。
In addition, while the
このような制御方式を採用することにより、衛星本体100は、GPS受信装置131や恒星センサ132を有する必要がなくなる。このため、衛星本体100の質量を小さくすることができる。これにより、観測衛星800の打ち上げコストを抑えることができるとともに、衛星本体100の軌道や姿勢を制御するために噴射する推薬190の量を少なくすることができるので、観測衛星800の寿命を延ばすことができる。
By adopting such a control method, the
この実施の形態における衛星本体100は、更に、テザー格納部143と、テザー制御装置142と、センサ結合装置141とを有することを特徴とする。
上記テザー格納部143は、上記テザー300の一部を格納する。
上記テザー制御装置142は、上記テザー格納部143に格納されるテザー300の長さを制御することにより、上記テザー300の送り出し長さを制御し、上記センサ(撮像装置220)が上記観測対象500を観測する場合に、上記テザー300が自由に送り出せるよう制御し、上記センサ(撮像装置220)が観測をしない場合に、上記テザー300の送り出し長さを短くして、上記センサ本体200を引き寄せる。
上記センサ結合装置141は、上記テザー制御装置142が引き寄せたセンサ本体200を把持して、上記衛星本体100とセンサ本体200とを結合する。
上記軌道制御装置161は、上記センサ結合装置141が上記センサ本体200を把持している場合に、上記位置姿勢検出装置235が検出したセンサ本体200の位置及び姿勢に基づいて、上記衛星本体100の軌道を制御する。
The
The
The tether control device 142 controls the delivery length of the
The
When the
この実施の形態における観測衛星800によれば、位置姿勢検出部230が検出したセンサ本体200の位置及び姿勢に基づいて、軌道制御装置161が衛星本体100の軌道を制御するので、衛星本体100は、衛星本体100の位置や姿勢を検出する装置を有する必要がなく、衛星本体100の質量を小さくできる。このため、観測衛星800の打ち上げコストを抑えることができるとともに、観測衛星800の寿命を延ばすことができる。
According to the observation satellite 800 in this embodiment, the
100 衛星本体、110 衛星制御装置、120 太陽電池パドル、121 発電装置、122 蓄電池、130 姿勢検出部、131,231 GPS受信装置、132 恒星センサ、133 慣性基準装置、135 姿勢検出装置、140 センサ結合部、141 センサ結合装置、142 テザー制御装置、143 テザー格納部、144 モータ、145 テザー巻取りリール、151 送電装置、152 対センサ通信装置、160 軌道制御部、161 軌道制御装置、162 推薬タンク、163 制御弁、164 スラスタ、165,265 リアクションホイール、171 通信アンテナ、172 対地通信装置、190 推薬、200 センサ本体、210 センサ制御装置、220 撮像装置、230 位置姿勢検出部、235 位置姿勢検出装置、240 テザー接続装置、251 受電装置、252 通信装置、260 姿勢制御部、261 姿勢制御装置、300 テザー、310 ロープ、320 電力伝送線、330 信号伝送線、340 被覆、400 地上局装置、500 観測対象、610 視野方向、800 観測衛星。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
上記衛星本体は、推薬タンクと、軌道制御装置とを有し、
上記推薬タンクは、推薬を収納し、
上記軌道制御装置は、上記推薬タンクが収納した推薬を噴射することにより、上記衛星本体の軌道を制御し、
上記センサ本体は、センサを有し、
上記センサは、観測対象を観測し、
上記テザーは、紐状であり、上記衛星本体と上記センサ本体との間を接続している
ことを特徴とする観測衛星。 A satellite body, a sensor body, and a tether;
The satellite body has a propellant tank and an orbit control device,
The propellant tank stores propellants,
The orbit control device controls the orbit of the satellite body by injecting the propellant stored in the propellant tank,
The sensor body has a sensor,
The sensor observes the observation target,
The observation satellite according to claim 1, wherein the tether has a string shape and connects the satellite body and the sensor body.
上記位置姿勢検出装置は、上記センサ本体の位置及び姿勢を検出し、
上記姿勢制御装置は、上記位置姿勢検出装置が検出したセンサ本体の位置及び姿勢に基づいて、上記センサが上記観測対象を観測できるよう、上記センサ本体の姿勢を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の観測衛星。 The sensor body further includes a position and orientation detection device and an orientation control device,
The position and orientation detection device detects the position and orientation of the sensor body,
The posture control device controls the posture of the sensor body based on the position and posture of the sensor body detected by the position and posture detection device so that the sensor can observe the observation target. 1. Observation satellite according to 1.
上記テザー格納部は、上記テザーの一部を格納し、
上記テザー制御装置は、上記テザー格納部に格納されるテザーの長さを制御することにより、上記テザーの送り出し長さを制御し、上記センサが上記観測対象を観測する場合に、上記テザーが自由に送り出せるよう制御する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の観測衛星。 The satellite body further includes a tether storage unit and a tether control device,
The tether storage unit stores a part of the tether,
The tether control device controls the tether feed length by controlling the length of the tether stored in the tether storage unit, and the tether is free when the sensor observes the observation target. The observation satellite according to claim 1, wherein the observation satellite is controlled so as to be sent to a satellite.
上記テザー制御装置は、上記センサが観測をしない場合に、上記テザーの送り出し長さを短くして、上記センサ本体を引き寄せ、
上記センサ結合装置は、上記テザー制御装置が引き寄せたセンサ本体を把持して、上記衛星本体とセンサ本体とを結合する
ことを特徴とする請求項3に記載の観測衛星。 The satellite body further includes a sensor coupling device,
The tether control device, when the sensor does not observe, shorten the delivery length of the tether, draw the sensor body,
The observation satellite according to claim 3, wherein the sensor coupling device grips the sensor body attracted by the tether control device and couples the satellite body and the sensor body.
上記テザー格納部は、上記テザーの一部を格納し、
上記テザー制御装置は、上記テザー格納部に格納されるテザーの長さを制御することにより、上記テザーの送り出し長さを制御し、上記センサが上記観測対象を観測する場合に、上記テザーが自由に送り出せるよう制御し、上記センサが観測をしない場合に、上記テザーの送り出し長さを短くして、上記センサ本体を引き寄せ、
上記センサ結合装置は、上記テザー制御装置が引き寄せたセンサ本体を把持して、上記衛星本体とセンサ本体とを結合し、
上記軌道制御装置は、上記センサ結合装置が上記センサ本体を把持している場合に、上記位置姿勢検出装置が検出したセンサ本体の位置及び姿勢に基づいて、上記衛星本体の軌道を制御する
ことを特徴とする請求項2に記載の観測衛星。 The satellite body further includes a tether storage unit, a tether control device, and a sensor coupling device,
The tether storage unit stores a part of the tether,
The tether control device controls the tether feed length by controlling the length of the tether stored in the tether storage unit, and the tether is free when the sensor observes the observation target. When the sensor does not observe, when the sensor does not observe, shorten the tether feed length, and draw the sensor body,
The sensor coupling device grips the sensor body drawn by the tether control device, couples the satellite body and the sensor body,
The orbit control device controls the orbit of the satellite body based on the position and orientation of the sensor body detected by the position and orientation detection device when the sensor coupling device holds the sensor body. The observation satellite according to claim 2.
上記電力伝送線は、電力を伝送し、
上記衛星本体は、更に、発電装置と、送電装置とを有し、
上記発電装置は、電力を発生し、
上記送電装置は、上記発電装置が発生した電力を、上記電力伝送線を介して送電し、
上記センサは、上記送電装置が送電した電力を、上記電力伝送線を介して受電し、受電した電力により観測する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の観測衛星。 The tether further has a power transmission line,
The power transmission line transmits power,
The satellite body further includes a power generation device and a power transmission device,
The power generator generates power,
The power transmission device transmits power generated by the power generation device via the power transmission line,
6. The observation satellite according to claim 1, wherein the sensor receives power transmitted by the power transmission device via the power transmission line and observes the received power.
上記信号伝送線は、信号を伝送し、
上記センサ本体は、更に、観測結果送信装置を有し、
上記観測結果送信装置は、上記センサが観測した観測結果を表わす信号を、上記信号伝送線を介して送信し、
上記衛星本体は、更に、観測結果受信装置を有し、
上記観測結果受信装置は、上記観測結果送信装置が送信した信号を、上記信号伝送線を介して受信する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の観測衛星。 The tether further has a signal transmission line,
The signal transmission line transmits a signal,
The sensor body further includes an observation result transmitting device,
The observation result transmitting device transmits a signal representing the observation result observed by the sensor via the signal transmission line,
The satellite body further includes an observation result receiving device,
The observation satellite according to claim 1, wherein the observation result receiving device receives the signal transmitted by the observation result transmitting device via the signal transmission line.
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