JP2021151811A - Observation system, observation satellite, communication satellite, and ground facility - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、人工衛星を利用した観測システムに関するものである。 The present disclosure relates to an observation system using an artificial satellite.
静止軌道から光学観測を行う観測衛星は常時観測が行えるというメリットがある。しかし、地上との通信を許可される経度帯が限定される場合、観測される地表の経度帯が限定される。 Observation satellites that perform optical observations from geostationary orbit have the advantage of being able to perform constant observations. However, if the longitude bands allowed to communicate with the ground are limited, the observed longitude bands on the surface of the earth are limited.
特許文献１は、太陽光が逆光になる空間でスペースデブリを観測するための方法を開示している。
本開示は、観測可能な経度帯を広域化できるようにすることを目的とする。 An object of the present disclosure is to make it possible to widen the observable longitude band.
本開示の観測システムは、
観測装置と通信装置と推進装置とを備えて静止軌道に沿って飛翔する観測衛星と、
通信装置を備える地上設備と、
通信装置を備えて静止軌道を飛翔する通信衛星と、
を有し
前記観測衛星と前記通信衛星が、１００００キロメートル未満の距離に接近して通信を行う観測システム。
The observation system of the present disclosure is
An observation satellite that flies along a geosynchronous orbit with an observation device, a communication device, and a propulsion device.
Ground equipment equipped with communication equipment and
A communication satellite equipped with a communication device and flying in geosynchronous orbit,
An observation system in which the observation satellite and the communication satellite communicate with each other at a distance of less than 10,000 kilometers.
本開示によれば、観測衛星は通信衛星を介して地上設備と通信することができる。これにより、観測可能な経度帯が広域化される。また、観測衛星と通信衛星が１００００キロメートル未満の距離に接近して通信を行うため、安価で小型な通信装置を使用することが可能となる。 According to the present disclosure, the observation satellite can communicate with the ground equipment via the communication satellite. As a result, the observable longitude band is widened. Further, since the observation satellite and the communication satellite communicate with each other at a distance of less than 10,000 kilometers, it is possible to use an inexpensive and small communication device.
実施の形態および図面において、同じ要素または対応する要素には同じ符号を付している。説明した要素と同じ符号が付された要素の説明は適宜に省略または簡略化する。 In embodiments and drawings, the same or corresponding elements are designated by the same reference numerals. The description of the elements with the same reference numerals as the described elements will be omitted or abbreviated as appropriate.
実施の形態１．
観測システム１００について、図１から図４に基づいて説明する。
The observation system 100 will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１に基づいて、観測システム１００の構成を説明する。
観測システム１００は、観測衛星１１０と通信衛星１２０と地上設備１３０とを備える。
*** Explanation of configuration ***
The configuration of the observation system 100 will be described with reference to FIG.
The observation system 100 includes an
観測衛星１１０は、観測を行うための人工衛星である。観測衛星１１０から出ている黒塗り部分は、観測衛星１１０の視野範囲すなわち観測範囲を表している。「観測」は「監視」または「撮影」といった概念を含む。
観測衛星１１０は、静止軌道（破線を参照）または静止軌道の近傍（一点鎖線を参照）を飛翔して地球１０１を周回する。つまり、観測衛星１１０は、静止軌道に沿って飛翔して地球１０１を周回する。
The
The
通信衛星１２０は、衛星通信を行うための静止衛星である。静止衛星は、静止軌道を飛翔して地球１０１の自転周期と同じ周期で公転する人工衛星である。
通信衛星１２０は、地上設備１３０の上空に配置される。
通信衛星１２０は、観測衛星１１０から送信される観測データを受信し、観測データを地上設備１３０へ送信する。観測データは、観測によって得られるデータである。
通信衛星１２０は、地上設備１３０から送信される制御コマンドを受信し、制御コマンドを観測衛星１１０へ送信する。制御コマンドは、観測衛星１１０を制御するためのコマンドである。
通信衛星１２０を囲う円は、近傍通信範囲を表している。近傍通信範囲は、通信衛星１２０と観測衛星１１０が互いに通信を行うことが可能な範囲である。
The
The
The
The
The circle surrounding the
地上設備１３０は、地上に設けられた設備である。
地上設備１３０が設けられる地域を「対象地域」と称する。
The
The area where the
静止軌道の周囲に付加されている各時刻は、対象地域の標準時である。対象地域の具体例は日本である。 Each time added around the geosynchronous orbit is the standard time of the target area. A specific example of the target area is Japan.
図２に基づいて、観測衛星１１０の構成を説明する。
観測衛星１１０は、観測装置１１１と衛星制御装置１１２と通信装置１１３と推進装置１１４と姿勢制御装置１１５と電源装置１１６とを備える。
The configuration of the
The
観測装置１１１は、観測用の装置である。具体的には、観測装置１１１は可視光学センサである。
観測装置１１１は、観測対象を観測して観測データを生成する。観測データは、観測対象が映った画像を表すデータに相当する。
The
The
衛星制御装置１１２は、観測衛星１１０の各装置を制御するためのコンピュータである。
衛星制御装置１１２は、既定の手順、または、地上設備１３０から送信される制御コマンドにしたがって、観測装置１１１と推進装置１１４と姿勢制御装置１１５とを制御する。
The
The
通信装置１１３は、トランスミッタおよびレシーバである。
通信装置１１３は、観測データを送信する。また、通信装置１１３は、制御コマンドを受信する。
The
The
推進装置１１４は、観測衛星１１０に推進力を与える装置であり、観測衛星１１０の速度を変化させる。
具体的には、推進装置１１４は、化学推進機または電気推進機である。例えば、推進装置１１４は、２液式スラスタ、イオンエンジンまたはホールスラスタである。
The
Specifically, the
姿勢制御装置１１５は、観測衛星１１０の姿勢要素を制御するための装置である。
姿勢制御装置１１５は、観測衛星１１０の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１１５は、観測衛星１１０の姿勢要素を所望の方向に維持する。
具体的には、観測衛星１１０の姿勢要素は、観測衛星１１０の姿勢、観測衛星１１０の角速度、および、観測装置１１１の視線方向（Ｌｉｎｅ Ｏｆ Ｓｉｇｈｔ）である。
姿勢制御装置１１５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、スラスタまたは磁気センサ等である。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またはコントロール・モーメント・ジャイロ等である。コントローラは、姿勢センサによって得られる計測データに基づいて、または、地上設備１３０からの制御コマンドにしたがって、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。
The
The
Specifically, the attitude elements of the
The
電源装置１１６は、太陽電池、バッテリおよび電力制御装置などを備え、観測衛星１１０の各装置に電力を供給する。
The
衛星制御装置１１２について補足する。
衛星制御装置１１２は処理回路を備える。
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、衛星制御装置１１２の一部の機能が専用のハードウェアで実現されて、衛星制御装置１１２の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、例えば、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。
The
The
The processing circuit may be dedicated hardware or a processor that executes a program stored in memory.
In the processing circuit, some functions of the
Dedicated hardware is, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC, an FPGA, or a combination thereof.
ASIC is an abbreviation for Application Special Integrated Circuit.
FPGA is an abbreviation for Field Programmable Gate Array.
観測衛星１１０のポインティング機能について補足する。
観測衛星１１０は、観測方向を観測対象へ向けるためのポインティング機能を有する。
例えば、観測衛星１１０はリアクションホイールを備える。リアクションホイールは、観測衛星１１０の姿勢を制御するための装置である。リアクションホイールによって観測衛星１１０の姿勢が制御され、ボディポインティングが実現される。
例えば、観測装置１１１はポインティング機構を備える。ポインティング機構は、観測衛星１１０の視線方向を変えるための機構である。ポインティング機構には、例えば、駆動ミラー等が利用される。
The pointing function of the
The
For example, the
For example, the
観測装置１１１の観測機能について補足する。
観測装置１１１は、分解能可変機能およびオートフォーカス機能を有する。
分解能可変機能は、観測時の分解能を変える機能である。
オートフォーカス機能は、観測対象に焦点を合わせる機能である。
The observation function of the
The
The variable resolution function is a function that changes the resolution at the time of observation.
The autofocus function is a function that focuses on the observation target.
図３に基づいて、通信衛星１２０の構成を説明する。
通信衛星１２０は、通信装置１２１と推進装置１２２と電源装置１２３とを備える。
The configuration of the
The
通信装置１２１は、トランスミッタおよびレシーバである。
通信装置１２１は、観測衛星１１０から観測データを受信し、観測データを地上設備１３０へ送信する。
通信装置１２１は、地上設備１３０から制御コマンドを受信し、制御コマンドを観測衛星１１０へ送信する。
The
The
The
推進装置１２２は、通信衛星１２０に推進力を与える装置である。具体的には、推進装置１２２は、化学推進機または電気推進機である。例えば、推進装置１２２は、２液式スラスタ、イオンエンジンまたはホールスラスタである。
The
電源装置１２３は、太陽電池、バッテリおよび電力制御装置などを備え、通信衛星１２０の各装置に電力を供給する。
The
図４に基づいて、地上設備１３０の構成を説明する。
地上設備１３０は、通信装置１３１と衛星管制装置１３２とを備える。
The configuration of the
The
通信装置１３１は、トランスミッタおよびレシーバである。
通信装置１３１は、観測データを受信する。また、通信装置１３１は、制御コマンドを送信する。
The
The
衛星管制装置１３２は、観測衛星１１０を利用して観測対象を観測するためのコンピュータである。
衛星管制装置１３２は、観測データを処理する。また、衛星管制装置１３２は、制御コマンドを生成する。
The
The
衛星管制装置１３２について補足する。
衛星管制装置１３２は処理回路を備える。
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、衛星管制装置１３２の一部の機能が専用のハードウェアで実現されて、衛星管制装置１３２の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。
The
The
The processing circuit may be dedicated hardware or a processor that executes a program stored in memory.
In the processing circuit, some functions of the
＊＊＊動作の説明＊＊＊
観測システム１００の動作の手順は観測方法に相当する。
図１に基づいて、観測方法を説明する。
観測衛星１１０は、静止軌道（点線を参照）を飛翔する。その後、観測衛星１１０は、増速ないし減速して軌道高度を変更する（一点鎖線を参照）。
すると、観測衛星１１０の軌道高度の変化に伴って、地表に対する観測衛星１１０の速度（対地速度）が変化する。
そして、地球１０１の自転速度に対する対地速度差を利用することによって、観測衛星１１０が上空に滞留する経度帯が変更され、観測可能領域が広域化する。
*** Explanation of operation ***
The operation procedure of the observation system 100 corresponds to the observation method.
The observation method will be described with reference to FIG.
Then, the velocity (ground speed) of the
Then, by utilizing the difference in ground speed with respect to the rotation speed of the
例えば、観測衛星１１０は、日本が位置する経度帯で静止軌道を飛翔する。その後、観測衛星１１０は、飛翔方向である東方向に増速する。すると、観測衛星１１０の軌道高度が上昇し、観測衛星１１０の対地速度が減速する。そして、観測衛星１１０の軌道において観測衛星１１０の位置が地表に対して相対的に西方に移動する。これにより、観測衛星１１０によって観測される領域（観測領域）をアジアおよびオセアニアの全域に拡大することができる。
その後、観測衛星１１０は、飛翔方向である東方向に対して推進装置を逆噴射させて減速する。すると、観測衛星１１０の軌道高度が下降し、観測衛星１１０の対地速度が増速する。そして、観測衛星１１０の軌道において観測衛星１１０の位置が地表に対して相対的に東方に移動して日本の上空に復帰する。
このように、観測衛星１１０は、軌道高度の上昇と軌道高度の下降とを繰り返すことで、広域（例えばアジア周辺）を東西方向に往復しながら継続的に観測することができる。
For example, the
After that, the
In this way, the
観測衛星１１０の移動先の経度帯において、観測衛星１１０は、１００００キロメートル未満に接近した通信衛星１２０と相互に通信回線を確立する。また、通信衛星１２０は、観測衛星１１０と地上設備１３０の通信回線を確立する。これにより、観測衛星１１０への制御コマンドの送信と観測衛星１１０からの観測データの受信が可能となる。
In the longitude band to which the
なお、静止軌道の近傍を飛翔する別の人工衛星に対して電波干渉などの悪影響を与えないために、観測衛星１１０と通信衛星１２０の通信で使用する波長帯を選択することが可能である。また、観測衛星１１０と通信衛星１２０の通信において、悪影響を回避する手段（例えばスペクトル拡散など）を採用することが可能である。
It is possible to select the wavelength band used for communication between the
＊＊＊実施の形態１の効果＊＊＊
観測衛星１１０によって観測することが可能な領域（観測可能領域）を広域化することができる。
観測衛星１１０が観測対象が位置する経度帯に移動し、移動先において観測衛星１１０が赤道上空から観測対象を観測することにより、分解能が高くて画像品質が優れた観測データを得ることができる。
観測衛星１１０は、１００００キロメートル未満の距離に位置する通信衛星１２０と通信する。つまり、観測衛星１１０と通信衛星１２０は近傍通信を行う。そして、近傍通信に資する通信機器は、高い指向性および高いゲイン性能を必要としない。そのため、通信装置（１１３、１２１）の費用を安価にできる。さらに、通信装置（１１３、１２１）を小型化できる。
観測衛星１１０と通信衛星１２０の通信において、難度の高い指向制御をせずに通信回線を確立することができる。
観測衛星１１０は観測と通信をリアルタイムに繰り返すことが可能である。また、地上設備１３０は、観測によって得られた観測データを即座に確認することが可能である。そして、地上設備１３０は、次の観測条件を決定し、次の観測条件に応じた制御コマンドを観測衛星１１０へ送信することが可能である。これにより、より好条件の観測が可能になる。
*** Effect of
The area that can be observed by the observation satellite 110 (observable area) can be widened.
By moving the
The
In the communication between the
The
近傍通信に資する通信機器は高い指向性および高いゲイン性能を必要としない。そのため、通信装置１２１のアンテナを、無指向性アンテナまたは小型アンテナで実現することが可能である。つまり、通信装置１２１が安価で且つ小型に実現される。したがって、静止軌道に多数存在する通信衛星に通信装置１２１を付加的に搭載し、その通信衛星を通信衛星１２０として利用することが容易である。
無指向性アンテナおよび小型アンテナでは、通信ビームが広い。そのため、観測衛星１１０と通信衛星１２０が互いの近傍を通過する際に、難しい指向制御をしなくても容易に通信回線を確立することができる。つまり、通信衛星１２０として利用する通信衛星に対して特別な運用制御を行わなくても、データ中継を行うことができる。したがって、静止軌道に存在する多数の通信衛星を利用することができる。そして、赤道上空の多数の経度帯において、観測衛星１１０が地上設備１３０と通信することが可能となる。
観測衛星１１０の近傍を飛翔する静止衛星に対する電波干渉を回避するための調整が容易になる。
Communication equipment that contributes to near-field communication does not require high directivity and high gain performance. Therefore, the antenna of the
The communication beam is wide for omnidirectional antennas and small antennas. Therefore, when the
Adjustments for avoiding radio wave interference with geostationary satellites flying in the vicinity of the
実施の形態２．
観測システム１００について、主に実施の形態１と異なる点を図５から図６に基づいて説明する。
Embodiment 2.
The observation system 100 will be described mainly different from the first embodiment with reference to FIGS. 5 to 6.
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図５に基づいて、観測システム１００の構成を説明する。白い星は観測衛星１１０を表している。記載の便宜上、観測衛星１１０の符号は省略されている。
観測システム１００は、異なる経度帯を飛翔する複数の通信衛星１２０を備える。図５において、観測システム１００は３つの通信衛星１２０を備えている。
各通信衛星１２０の近傍通信範囲の一部は、静止軌道の周回方向において隣り合う通信衛星１２０の近傍通信範囲の一部とオーバーラップする。
*** Explanation of configuration ***
The configuration of the observation system 100 will be described with reference to FIG. The white star represents the
The observation system 100 includes a plurality of
A part of the proximity communication range of each
＊＊＊動作の説明＊＊＊
図５および図６に基づいて、観測方法を説明する。
図５は、観測衛星１１０が静止軌道の高度より低い高度を飛翔する様子を示している。観測衛星１１０が減速することにより、観測衛星１１０の軌道高度が下降する。その結果、観測衛星１１０の対地速度が増速し、観測衛星１１０の位置が地表に対して相対的に東方に移動する。
図６は、観測衛星１１０が静止軌道の高度より高い高度を飛翔する様子を示している。観測衛星１１０が増速することにより、観測衛星１１０の軌道高度が上昇する。その結果、観測衛星１１０の対地速度が減速し、観測衛星１１０の位置が地表に対して相対的に西方に移動する。
*** Explanation of operation ***
The observation method will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
FIG. 5 shows how the
FIG. 6 shows how the
観測衛星１１０は、複数の通信衛星１２０のうち観測衛星１１０が近傍通信範囲内に位置する通信衛星１２０と通信回線を確立し、確立された通信回線経由で地上設備１３０と通信を行う。
The
＊＊＊実施の形態２の効果＊＊＊
複数の通信衛星１２０が利用されることにより、観測衛星１１０が東西方向に移動しても、観測衛星１１０はいずれかの通信衛星１２０の近傍通信範囲内に位置することができる。そのため、観測衛星１１０が移動先でもリアルタイム通信を行うことが可能になる。
複数の通信衛星１２０は、静止軌道の周回方向において隣り合う通信衛星１２０の近傍通信範囲同士が一部でオーバーラップするように配置される。これにより、観測衛星１１０の移動範囲内の全ての領域で、観測衛星１１０がいずれかの通信衛星１２０と通信回線を確立することができる。
*** Effect of Embodiment 2 ***
By using a plurality of
The plurality of
実施の形態３．
観測システム１００について、主に実施の形態１および実施の形態２と異なる点を図７に基づいて説明する。
The observation system 100 will be described mainly different from the first embodiment and the second embodiment with reference to FIG. 7.
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図７に基づいて、観測システム１００の構成を説明する。白い星は観測衛星１１０を表している。中央の網掛けは地球１０１を表している。記載の便宜上、地球１０１と観測衛星１１０とのそれぞれの符号は省略されている。
*** Explanation of configuration ***
The configuration of the observation system 100 will be described with reference to FIG. 7. The white star represents the
観測システム１００は、赤道上空の全周に渡って、異なる経度帯を飛翔する複数の通信衛星１２０を備える。つまり、観測システム１００は、静止軌道の全周において、異なる経度帯を飛翔する複数の通信衛星１２０を備える。
各通信衛星１２０の近傍通信範囲の一部は、静止軌道の周回方向において隣り合う通信衛星１２０の近傍通信範囲の一部とオーバーラップする。
The observation system 100 includes a plurality of
A part of the proximity communication range of each
観測システム１００は、異なる経度帯に設置された複数の地上設備１３０を備える。複数の地上設備１３０は、それぞれに地上通信回線に接続され、地上通信回線を介して互いに通信を行う。
The observation system 100 includes a plurality of
観測衛星１１０は観測装置１１１を備える。具体的には、観測装置１１１は赤外線撮影装置である。
The
＊＊＊動作の説明＊＊＊
観測衛星１１０は、近傍通信衛星と通信回線を確立する。近傍通信衛星は、観測衛星１１０が近傍通信範囲内に位置する通信衛星１２０である。
近傍通信衛星は、特定の地上設備１３０と通信回線を確立する。特定の地上設備１３０は、近傍通信衛星が通信範囲内に位置する地上設備１３０である。
観測衛星１１０は、近傍通信衛星経由で特定の地上設備１３０と通信する。特定の地上設備１３０は地上通信回線を介して他の地上設備１３０と通信する。また、観測衛星１１０は、近傍通信衛星と特定の地上設備１３０とを介して、特定の地上設備１３０以外の地上設備１３０と通信する。
*** Explanation of operation ***
The
The proximity communication satellite establishes a communication line with the
The
＊＊＊実施の形態３の効果＊＊＊
観測装置１１１が赤外線撮影装置であることにより、日照条件に依存しない観測が可能となる。つまり、昼夜に関わらず観測を行うことが可能となる。
観測衛星１１０が静止軌道よりも高度が高い軌道を周回する運用が可能となる。また、観測衛星１１０が静止軌道よりも高度が低い軌道を周回する運用が可能となる。
複数の地上設備１３０が互いに異なる経度帯に設置される。これにより、赤道上空の全周において観測衛星１１０が観測および通信をリアルタイムに行うことができる。例えば、観測衛星１１０が日本から見て地球１０１の裏側を飛翔する時間帯において、観測衛星１１０は観測および通信をリアルタイムに行うことができる。
複数の通信衛星１２０は、静止軌道の周回方向において隣り合う通信衛星１２０の近傍通信範囲同士が一部でオーバーラップするように配置される。これにより、観測衛星１１０は、観測および通信を常時行うことができる。
*** Effect of
Since the
The
A plurality of ground equipment 130s are installed in different longitude bands. As a result, the
The plurality of
実施の形態４．
観測システム１００について、主に実施の形態１から実施の形態３と異なる点を図８から図１０に基づいて説明する。
実施の形態４において、高度および時間などの値はおおよその値である。
Embodiment 4.
The observation system 100 will be described mainly different from the first to third embodiments with reference to FIGS. 8 to 10.
In Embodiment 4, values such as altitude and time are approximate values.
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図８に基づいて、観測システム１００の構成を説明する。白い星は観測衛星１１０を表している。地上設備１３０の図示は省略されている。
観測システム１００は、異なる経度帯を飛翔する複数の通信衛星１２０を備える。
各通信衛星１２０の近傍通信範囲の一部は、静止軌道の周回方向において隣り合う通信衛星１２０の近傍通信範囲の一部とオーバーラップする。
*** Explanation of configuration ***
The configuration of the observation system 100 will be described with reference to FIG. The white star represents the
The observation system 100 includes a plurality of
A part of the proximity communication range of each
＊＊＊動作の説明＊＊＊
図８に基づいて、観測方法を説明する。
複数の通信衛星１２０は、静止軌道（破線を参照）を１日に１周回する。つまり、複数の通信衛星１２０の周回周期は２４時間である。静止軌道の高度は約３６０００キロメートルである。
観測衛星１１０は、赤道上空の高度１００００キロメートル以上３６０００キロメートル未満の軌道を周回する。
観測衛星１１０と各通信衛星１２０は、３００００キロメートル未満の距離に接近して通信を行う。
*** Explanation of operation ***
The observation method will be described with reference to FIG.
The plurality of
The
The
観測衛星１１０の軌道を「観測軌道」と称する。
図８において、観測軌道（一点鎖線を参照）は、赤道上空の高度２００００キロメートルの軌道である。
観測衛星１１０は、この観測軌道を１日に２周回する。つまり、観測衛星１１０の周回周期は１２時間である。
The orbit of the
In FIG. 8, the observed orbit (see alternate long and short dash line) is an orbit at an altitude of 20000 kilometers above the equator.
The
図９に基づいて、観測軌道の一例を説明する。観測衛星１１０、通信衛星１２０および地上設備１３０の図示は省略する。
図９において、観測軌道は、赤道上空の高度１４０００キロメートルの軌道である。
観測衛星１１０は、この観測軌道を１日に３周回する。つまり、観測衛星１１０の周回周期は８時間である。
An example of the observation orbit will be described with reference to FIG. The
In FIG. 9, the observation orbit is an orbit at an altitude of 14,000 kilometers above the equator.
The
図１０に基づいて、観測軌道の一例を説明する。観測衛星１１０、通信衛星１２０および地上設備１３０の図示は省略する。
図１０において、観測軌道は、赤道上空の高度１００００キロメートルの軌道である。
観測衛星１１０は、この観測軌道を１日に４周回する。つまり、観測衛星１１０の周回周期は６時間である。
An example of the observation orbit will be described with reference to FIG. The
In FIG. 10, the observation orbit is an orbit at an altitude of 10,000 kilometers above the equator.
The
＊＊＊実施の形態４の効果＊＊＊
静止軌道からの観測のように遠方からの観測では、分解能の向上が難しい。また、観測装置１１１が大型化してしまう。
そこで、観測衛星１１０は、静止軌道よりも高度が低い軌道を周回する。例えば、観測衛星１１０は、赤道上空の高度２００００キロメートルの軌道を飛翔する。これにより、観測衛星１１０から地表までの距離（対地距離）が接近するため、分解能の向上が容易になる。また、観測装置１１１の小型化が可能になる。さらに、観測衛星１１０は、地球１０１を一日に２周回し、各周回で各通信衛星１２０と通信を行うことができる。そのため、赤道上空の全周において観測を行うことが可能になる。
観測衛星１１０が赤道上空の高度１４０００キロメートルの軌道を飛翔する場合、観測衛星１１０は地球１０１を一日に３周回する。観測衛星１１０が赤道上空の高度１００００キロメートルの軌道を飛翔する場合、観測衛星１１０は地球１０１を一日に４周回する。観測衛星１１０の軌道高度が低くなると対地距離が短くなるため、観測装置１１１の小型化が可能になる。
*** Effect of Embodiment 4 ***
It is difficult to improve the resolution when observing from a distance, such as when observing from a geostationary orbit. In addition, the
Therefore, the
When the
実施の形態５．
観測システム１００について、主に実施の形態１から実施の形態４と異なる点を図１１に基づいて説明する。
Embodiment 5.
The observation system 100 will be described mainly different from the first to fourth embodiments with reference to FIG.
＊＊＊構成の説明＊＊＊
観測システム１００の構成は、実施の形態１または実施の形態２における構成と同じである。
*** Explanation of configuration ***
The configuration of the observation system 100 is the same as the configuration in the first embodiment or the second embodiment.
＊＊＊動作の説明＊＊＊
図１１に基づいて、観測方法を説明する。
観測衛星１１０は、静止軌道の高度と異なる高度から宇宙物体１０２を観測対象にして観測を行う。
宇宙物体１０２は、静止軌道または静止軌道の近傍を飛翔する物体である。宇宙物体１０２の具体例はスペースデブリである。
*** Explanation of operation ***
The observation method will be described with reference to FIG.
The
The space object 102 is a geostationary orbit or an object that flies in the vicinity of the geosynchronous orbit. A specific example of the space object 102 is space debris.
例えば、観測衛星１１０は、静止軌道の高度より低い高度を飛翔し、宇宙物体１０２を追い越しながら宇宙物体１０２を観測する。
例えば、観測衛星１１０は、静止軌道の高度より高い高度を飛翔し、宇宙物体１０２に追い抜かされながら宇宙物体１０２を観測する。
For example, the
For example, the
＊＊＊実施の形態５の効果＊＊＊
観測衛星１１０は、静止軌道の近傍を飛翔するデブリを観測することができる。その結果、地上設備１３０において、デブリが人工衛星に衝突する危険性を検知して回避行動を実施することが可能となる。
*** Effect of Embodiment 5 ***
実施の形態６．
観測衛星１１０と通信衛星１２０と地上設備１３０は、データを秘匿化して通信を行ってもよい。つまり、観測システム１００において、通信が秘匿化されてもよい。
Embodiment 6.
The
これにより、以下のような効果が得られる。
静止軌道または静止軌道の近傍を飛翔する衛星の軌道上寿命が１５年以上に及ぶ場合があり、軌道上寿命期間内に想定される安全保障上の脅威に対処する必要がある。また、安全保障上の脅威に対する抗堪性が求められる。そして、通信の秘匿化により、安全保障上の脅威に対する抗堪性が確保される。さらに、通信の秘匿化は、リアルタイムな対処に有効である。
As a result, the following effects can be obtained.
Satellites flying in geosynchronous orbit or in the vicinity of geosynchronous orbit may have an in-orbit life of 15 years or more, and it is necessary to deal with possible security threats within the orbital life period. In addition, resistance to security threats is required. And by concealing communications, resistance to security threats is ensured. Furthermore, concealment of communications is effective for real-time countermeasures.
＊＊＊実施の形態の補足＊＊＊
静止軌道から光学観測を行う観測衛星は常時観測が行えるというメリットがある。しかし、赤道上空の高度約３６０００キロメートルから観測が行われるため、分解能の向上が難しい。また、地上との通信を許可された特定経度領域に観測が限定される場合、高分解能で観測される地表の経度帯が限定される。
静止軌道を飛翔する観測衛星を増速させると観測衛星の軌道高度が上昇し、観測衛星の対地速度が低下する。そのため、観測衛星から直下視される地表経度を変更することができる。このため、日本上空に滞留していた観測衛星を西方に移動させてアジアおよびオセアニアに対する災害監視等の貢献が可能となる。
但し、赤道上空の広域の経度領域において地上と通信する許可を取得することは難しい。
このため、地上と通信できない領域での観測で得られたデータは、観測衛星で記録して保有しておき、観測衛星が地上設備と通信できる領域まで移動したときに地上設備に伝送する必要がある。この方法は、災害監視など即時性を要する観測には不向きである。
そこで、赤道上空の静止軌道を飛翔する通信衛星と観測衛星が通信する。これにより、観測衛星と地上設備が通信衛星経由での通信を行う観測システムが構築される。
観測システムの一例として、低軌道を周回する観測衛星へのコマンドの送信とその観測衛星からの観測データの受信が静止軌道を飛翔する通信衛星経由で実施されるデータ中継システムが考えられる。
遠距離の衛星間通信を高データ伝送レートで実施するためには、通信ビームを狭ビーム化し、指向制御を行い、通信回線を確立する必要がある。しかし、アンテナが巨大化して通信機器が高価になる。また、通信ビームの指向制御が難しい。近年、光通信によってアンテナの巨大化を回避する手段が存在する。しかし、光通信を実現するための指向制御は、電波通信における指向制御以上に難しい。
*** Supplement to the embodiment ***
Observation satellites that perform optical observations from geostationary orbit have the advantage of being able to perform constant observations. However, it is difficult to improve the resolution because observations are made from an altitude of about 36,000 kilometers above the equator. In addition, when observation is limited to a specific longitude region where communication with the ground is permitted, the longitude band on the surface of the earth observed with high resolution is limited.
When the speed of an observation satellite flying in geosynchronous orbit is increased, the orbital altitude of the observation satellite increases and the ground speed of the observation satellite decreases. Therefore, it is possible to change the surface longitude viewed directly below from the observation satellite. For this reason, it will be possible to move observation satellites that have been staying over Japan to the west and contribute to disaster monitoring, etc. for Asia and Oceania.
However, it is difficult to obtain permission to communicate with the ground in a wide longitude region above the equator.
Therefore, it is necessary to record and retain the data obtained by observation in the area where communication with the ground is not possible with the observation satellite, and transmit it to the ground equipment when the observation satellite moves to the area where it can communicate with the ground equipment. be. This method is not suitable for observations that require immediacy such as disaster monitoring.
There, communication satellites and observation satellites that fly in geosynchronous orbit over the equator communicate. As a result, an observation system is constructed in which the observation satellite and the ground equipment communicate with each other via the communication satellite.
As an example of an observation system, a data relay system in which commands are transmitted to an observation satellite orbiting in low earth orbit and observation data is received from the observation satellite via a communication satellite flying in a geostationary orbit can be considered.
In order to carry out long-distance intersatellite communication at a high data transmission rate, it is necessary to narrow the communication beam, perform directional control, and establish a communication line. However, the antenna becomes huge and the communication equipment becomes expensive. Moreover, it is difficult to control the direction of the communication beam. In recent years, there are means for avoiding the enormous growth of antennas by optical communication. However, directional control for realizing optical communication is more difficult than directional control in radio communication.
本開示において、静止軌道上の観測衛星は、増速ないし減速して軌道高度を変更するそして、観測衛星は、地球自転速度に対する対地速度差を利用して滞留する経度帯を変更する。これにより、観測可能領域が広域化する。さらに、観測衛星は、経度帯の移動時に近傍を通過する通信衛星と制御コマンドまたは観測データの通信を行う。これにより、難度が高いビーム制御が不要となる。なお、観測衛星は、通信衛星経由で地上設備との通信回線を確立する。
近傍通信に資する通信機器は高い指向性および高ゲイン性能を必要としない。つまり、近傍通信に資する通信機器は、無指向性アンテナまたは小型アンテナを使用することが可能である、また、近傍通信に資する通信機器は、安価で且つ小型である。そのため、近傍通信に資する通信機器は、静止軌道上に多数存在する通信衛星に容易に搭載することができる。
無指向性アンテナおよび小型アンテナのビームは広いので、観測衛星と通信衛星が近傍を通過する際に難しい指向制御をしなくても、容易に通信回線を確立することができる。
このため、静止軌道上に多数存在する通信衛星が特別な運用制御をしなくてもデータ中継を行うことができる。そして、多数の通信衛星を利用して赤道上空の多数の経度帯において地上との通信が可能な領域が確保される。
In the present disclosure, an observation satellite in geosynchronous orbit changes its orbital altitude by accelerating or decelerating, and the observation satellite changes the longitude zone in which it stays by utilizing the difference in ground speed with respect to the earth's rotation speed. As a result, the observable area is widened. Furthermore, the observation satellite communicates control commands or observation data with a communication satellite that passes nearby when the longitude band moves. This eliminates the need for highly difficult beam control. The observation satellite establishes a communication line with the ground equipment via the communication satellite.
Communication equipment that contributes to near-field communication does not require high directivity and high gain performance. That is, a communication device that contributes to near-field communication can use an omnidirectional antenna or a small antenna, and a communication device that contributes to near-field communication is inexpensive and small. Therefore, communication devices that contribute to near-field communication can be easily mounted on a large number of communication satellites that exist in geostationary orbit.
Since the beams of the omnidirectional antenna and the small antenna are wide, it is possible to easily establish a communication line without performing difficult directional control when the observation satellite and the communication satellite pass in the vicinity.
Therefore, data can be relayed without special operational control by a large number of communication satellites existing in geostationary orbit. Then, an area capable of communicating with the ground is secured in many longitude bands above the equator by using a large number of communication satellites.
各実施の形態は、好ましい形態の例示であり、本開示の技術的範囲を制限することを意図するものではない。各実施の形態は、部分的に実施してもよいし、他の形態と組み合わせて実施してもよい。 Each embodiment is an example of a preferred embodiment and is not intended to limit the technical scope of the present disclosure. Each embodiment may be partially implemented or may be implemented in combination with other embodiments.
１００ 観測システム、１０１ 地球、１０２ 宇宙物体、１１０ 観測衛星、１１１ 観測装置、１１２ 衛星制御装置、１１３ 通信装置、１１４ 推進装置、１１５ 姿勢制御装置、１１６ 電源装置、１２０ 通信衛星、１２１ 通信装置、１２２ 推進装置、１２３ 電源装置、１３０ 地上設備、１３１ 通信装置、１３２ 衛星管制装置。 100 Observation system, 101 Earth, 102 Space object, 110 Observation satellite, 111 Observation device, 112 Satellite control device, 113 Communication device, 114 Propulsion device, 115 Attitude control device, 116 Power supply device, 120 Communication satellite, 121 Communication device, 122 Propulsion device, 123 power supply device, 130 ground equipment, 131 communication device, 132 satellite control device.
Claims (14)
通信装置を備える地上設備と、
通信装置を備えて静止軌道を飛翔する通信衛星と、
を有し
前記観測衛星と前記通信衛星が、１００００キロメートル未満の距離に接近して通信を行う
観測システム。 An observation satellite that flies along a geosynchronous orbit with an observation device, a communication device, and a propulsion device.
Ground equipment equipped with communication equipment and
A communication satellite equipped with a communication device and flying in geosynchronous orbit,
An observation system in which the observation satellite and the communication satellite communicate with each other at a distance of less than 10,000 kilometers.
請求項１に記載の観測システム。 The observation system according to claim 1, which has a plurality of communication satellites flying in different longitude bands.
請求項２に記載の観測システム。 The observation system according to claim 2, wherein the plurality of communication satellites fly in different longitude bands over the entire circumference of the equator.
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の観測システム。 The observation system according to any one of claims 1 to 3, wherein the observation device observes a space object in the vicinity of a geostationary orbit.
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の観測システム。 The observation system according to any one of claims 1 to 4, wherein the observation device, the communication device, and the ground equipment conceal data for communication.
通信装置を備える地上設備と、
通信装置を備えて静止軌道を飛翔する通信衛星と、
を有し、
前記観測衛星と前記通信衛星が、３００００キロメートル未満の距離に接近して通信を行う
観測システム。 An observation satellite equipped with an observation device, a communication device, and a propulsion device that flies in an orbit above the equator at an altitude of 10,000 kilometers or more.
Ground equipment equipped with communication equipment and
A communication satellite equipped with a communication device and flying in geosynchronous orbit,
Have,
An observation system in which the observation satellite and the communication satellite communicate with each other at a distance of less than 30,000 kilometers.
請求項９に記載の観測システム。 The observation system according to claim 9, wherein the observation device observes a space object in the vicinity of a geostationary orbit.
請求項９または請求項１０に記載の観測システム。 The observation system according to claim 9 or 10, wherein the observation device, the communication device, and the ground equipment communicate by concealing data.
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