JP2970261B2 - 太陽同期衛星 - Google Patents
太陽同期衛星Info
- Publication number
- JP2970261B2 JP2970261B2 JP4282645A JP28264592A JP2970261B2 JP 2970261 B2 JP2970261 B2 JP 2970261B2 JP 4282645 A JP4282645 A JP 4282645A JP 28264592 A JP28264592 A JP 28264592A JP 2970261 B2 JP2970261 B2 JP 2970261B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- satellite
- sun
- earth
- synchronous
- plane
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- Building Environments (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は太陽同期衛星に関し、特
に地球観測に多く利用される太陽同期地球指向三軸安定
姿勢制御衛星において、太陽光吸収面積の分布を最適化
し、太陽光とアルベド（地表面からの熱反射等）による
熱量の合計である軌道熱入力の変動を無くした太陽同期
衛星に関する。
に地球観測に多く利用される太陽同期地球指向三軸安定
姿勢制御衛星において、太陽光吸収面積の分布を最適化
し、太陽光とアルベド（地表面からの熱反射等）による
熱量の合計である軌道熱入力の変動を無くした太陽同期
衛星に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に太陽同期軌道を周回する人工衛星
の航行軌道は図２に示すように、地球１５の観測の便宜
上、太陽同期軌道１２と太陽方向１０とのなす角（β角
という）１３を通常２０度付近に保ち、日食域１４を通
るように設定される。この人工衛星１４の姿勢は、図３
に示すように太陽同期軌道１２に対し１軸（図３の＋Ｘ
軸）を進行方向，他の１軸（図３の＋Ｙ軸）を軌道面法
線方向、３軸（図３の＋Ｚ軸）を地心方向に指向させる
三軸制御が、通常用いられる。このときの人工衛星に対
する太陽軌跡１１は図３に示すように、−Ｙ軸を中心と
する円すい状となる。衛星表面は衛星の内部発熱を放射
するための放射面２を設け、他の部分は断熱する。衛星
の＋Ｚ軸面は常温の地球に対向するため放熱効率が悪い
ので、放熱面２は通常他の５面に設けられる。この放熱
面２には外部からの熱入力として地球赤外輻射，太陽光
および太陽光の地球地表からの反射であるアルベドを受
ける。
の航行軌道は図２に示すように、地球１５の観測の便宜
上、太陽同期軌道１２と太陽方向１０とのなす角（β角
という）１３を通常２０度付近に保ち、日食域１４を通
るように設定される。この人工衛星１４の姿勢は、図３
に示すように太陽同期軌道１２に対し１軸（図３の＋Ｘ
軸）を進行方向，他の１軸（図３の＋Ｙ軸）を軌道面法
線方向、３軸（図３の＋Ｚ軸）を地心方向に指向させる
三軸制御が、通常用いられる。このときの人工衛星に対
する太陽軌跡１１は図３に示すように、−Ｙ軸を中心と
する円すい状となる。衛星表面は衛星の内部発熱を放射
するための放射面２を設け、他の部分は断熱する。衛星
の＋Ｚ軸面は常温の地球に対向するため放熱効率が悪い
ので、放熱面２は通常他の５面に設けられる。この放熱
面２には外部からの熱入力として地球赤外輻射，太陽光
および太陽光の地球地表からの反射であるアルベドを受
ける。
【０００３】前述のような条件において、従来の衛星は
図４（ａ）に示すように、太陽方向１０と太陽同期軌道
１２上の人工衛星１との時間経過にともなう位置角をα
とすると、衛星１の５面への入射量の時間変化は図４
（ｂ）のようになる。各面の入射量はβ角と日照率μ
（軌道一周中の日照時間率）の関数となっている。この
日照率μは図５に示すように、β角の関数である。また
アルベドの入射量はｃｏｓβにほぼ比例する。なお地球
赤外輻射の入射量は、太陽に無関係なので、β角に依存
せず一定である。
図４（ａ）に示すように、太陽方向１０と太陽同期軌道
１２上の人工衛星１との時間経過にともなう位置角をα
とすると、衛星１の５面への入射量の時間変化は図４
（ｂ）のようになる。各面の入射量はβ角と日照率μ
（軌道一周中の日照時間率）の関数となっている。この
日照率μは図５に示すように、β角の関数である。また
アルベドの入射量はｃｏｓβにほぼ比例する。なお地球
赤外輻射の入射量は、太陽に無関係なので、β角に依存
せず一定である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の太陽同期軌道のβ角は、衛星打上時刻の許容幅
が通常約１時間あるので約１５度の許容幅を持つ。また
地球形状の球面からのずれと地球公転軌道の真円からの
ずれ等により年間約１０度の季節変動幅を持つ。合計す
るとβ角の年間変動幅は約２５度となる。前述のように
人工衛星の５面への太陽光とアルベドによる軌道熱入力
はこのβ角に依存しているので、β角の変動により衛星
への軌道熱入力が変動し、衛星の熱設計に対する大きな
外乱要素となっている。すなわち、この衛星への軌道熱
の変動を小さくするためには衛星のヒータやサーマルル
ーバ等の熱制御素子による制御を必要とするので、衛星
の熱設計が複雑となる欠点がある。
た従来の太陽同期軌道のβ角は、衛星打上時刻の許容幅
が通常約１時間あるので約１５度の許容幅を持つ。また
地球形状の球面からのずれと地球公転軌道の真円からの
ずれ等により年間約１０度の季節変動幅を持つ。合計す
るとβ角の年間変動幅は約２５度となる。前述のように
人工衛星の５面への太陽光とアルベドによる軌道熱入力
はこのβ角に依存しているので、β角の変動により衛星
への軌道熱入力が変動し、衛星の熱設計に対する大きな
外乱要素となっている。すなわち、この衛星への軌道熱
の変動を小さくするためには衛星のヒータやサーマルル
ーバ等の熱制御素子による制御を必要とするので、衛星
の熱設計が複雑となる欠点がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の太陽同期衛星
は、太陽同期でかつ地球を周回する円軌道上を航行し、
地球指向でかつ三軸安定姿勢制御を行う太陽同期衛星に
おいて、軌道面と太陽光方向とのなす角度βの最小およ
び最大の変動範囲の端における太陽光とアルベドの熱吸
収量の合計値Ｑが等しくなるように、前記太陽同期衛星
の反地球面，衛星進行方向面，衛星反進行方向面，反太
陽側の軌道平行面，太陽側の軌道平行面の各面の一部に
設けられた前記太陽光および前記アルベドを熱吸収する
熱吸収面積の大きさを選択する。
は、太陽同期でかつ地球を周回する円軌道上を航行し、
地球指向でかつ三軸安定姿勢制御を行う太陽同期衛星に
おいて、軌道面と太陽光方向とのなす角度βの最小およ
び最大の変動範囲の端における太陽光とアルベドの熱吸
収量の合計値Ｑが等しくなるように、前記太陽同期衛星
の反地球面，衛星進行方向面，衛星反進行方向面，反太
陽側の軌道平行面，太陽側の軌道平行面の各面の一部に
設けられた前記太陽光および前記アルベドを熱吸収する
熱吸収面積の大きさを選択する。
【０００６】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の一実施例の太陽光とアルベドの吸収
量合計値Ｑのβ角依存性を表す説明図である。図１にお
いて、β角の変動範囲の両端においてＱを等しくするよ
うに、衛星各面の吸収面積の相対比を設定している。衛
星各面のβ角依存性は図５，図６に示すように、約２０
〜３０度のβ角変動幅においては、ほぼ線形をなすの
で、β角変化幅の両端のＱを一致させると、図１に示す
ように、その中間もほぼ一定値となり、β角への依存性
がほとんど無くなる。前述した衛星各面の吸収面積の設
定について第３図（ａ），（ｂ）を参照して説明する。
第３図（ａ），（ｂ）は太陽同期衛星軌道１２上を人工
衛星１が地球１５の周回衛星として周回する説明図であ
る。人工衛星１は三軸安定姿勢制御衛星であるので地球
１５と対向する地心指向面（第３図（ｂ）参照）に対し
て法線となる地心指向軸＋Ｚを有し、これに対して図３
（ｂ）に示す−Ｚ軸が法線となる反地球面２５（−Ｚ
面）を有する。ほかに図３（ｂ）に示す如く衛星進行方
面と同一方向の＋Ｘ軸を法線とする衛星進行方向面２１
（＋Ｘ面）と、反対面に衛星反進行方向面２２（−Ｘ
面）と、軌道面法線方向である−Ｙ軸を法線とする太陽
側の軌道平行面２３（−Ｙ面）と、反対面に反太陽側の
軌道平行面２４（＋Ｙ面）とを有する。太陽方向１０は
図２でも説明した如く太陽同期軌道１２の面に対し角度
βをなして太陽軌跡１１に沿って変動する。ここで人工
衛星１は地心指向面を除く５面である−Ｚ面，＋Ｘ面，
−Ｘ面，−Ｙ面，＋Ｙ面それぞれの面の一部に熱吸収面
積Ａ -Z ，Ａ +X ，Ａ -X ，Ａ -Y ，Ａ +Y を備えて太陽光とアル
ベドの熱吸収および放熱を行っている。
る。図１は本発明の一実施例の太陽光とアルベドの吸収
量合計値Ｑのβ角依存性を表す説明図である。図１にお
いて、β角の変動範囲の両端においてＱを等しくするよ
うに、衛星各面の吸収面積の相対比を設定している。衛
星各面のβ角依存性は図５，図６に示すように、約２０
〜３０度のβ角変動幅においては、ほぼ線形をなすの
で、β角変化幅の両端のＱを一致させると、図１に示す
ように、その中間もほぼ一定値となり、β角への依存性
がほとんど無くなる。前述した衛星各面の吸収面積の設
定について第３図（ａ），（ｂ）を参照して説明する。
第３図（ａ），（ｂ）は太陽同期衛星軌道１２上を人工
衛星１が地球１５の周回衛星として周回する説明図であ
る。人工衛星１は三軸安定姿勢制御衛星であるので地球
１５と対向する地心指向面（第３図（ｂ）参照）に対し
て法線となる地心指向軸＋Ｚを有し、これに対して図３
（ｂ）に示す−Ｚ軸が法線となる反地球面２５（−Ｚ
面）を有する。ほかに図３（ｂ）に示す如く衛星進行方
面と同一方向の＋Ｘ軸を法線とする衛星進行方向面２１
（＋Ｘ面）と、反対面に衛星反進行方向面２２（−Ｘ
面）と、軌道面法線方向である−Ｙ軸を法線とする太陽
側の軌道平行面２３（−Ｙ面）と、反対面に反太陽側の
軌道平行面２４（＋Ｙ面）とを有する。太陽方向１０は
図２でも説明した如く太陽同期軌道１２の面に対し角度
βをなして太陽軌跡１１に沿って変動する。ここで人工
衛星１は地心指向面を除く５面である−Ｚ面，＋Ｘ面，
−Ｘ面，−Ｙ面，＋Ｙ面それぞれの面の一部に熱吸収面
積Ａ -Z ，Ａ +X ，Ａ -X ，Ａ -Y ，Ａ +Y を備えて太陽光とアル
ベドの熱吸収および放熱を行っている。
【０００７】次に、本実施例でβ角変動範囲の両端のＱ
を等しくする具体的方法を述べる。地球指向面（＋Ｚ
面）を除く５面を放熱面とするとき、衛星全体の太陽光
とアルベドの吸収熱量の総和の軌道一周平均値Ｑは
（１）式で表わされる。
を等しくする具体的方法を述べる。地球指向面（＋Ｚ
面）を除く５面を放熱面とするとき、衛星全体の太陽光
とアルベドの吸収熱量の総和の軌道一周平均値Ｑは
（１）式で表わされる。
【０００８】
【０００９】ここでＰ S は太陽常数、βはβ角（図２参
照）、μは日照率、ａは地表面の太陽光反射率、ＦE は
±Ｙ面から地表を見たＶｉｅｗｆａｃｔｅｒ、Ａ+X〜Ａ
-Zはそれぞれ＋Ｘ面〜Ｚ面の吸収面積（面積×吸収率）
である。
照）、μは日照率、ａは地表面の太陽光反射率、ＦE は
±Ｙ面から地表を見たＶｉｅｗｆａｃｔｅｒ、Ａ+X〜Ａ
-Zはそれぞれ＋Ｘ面〜Ｚ面の吸収面積（面積×吸収率）
である。
【００１０】各面の吸収面積を（Ａ+X＋Ａ-X）により次
のように正規化し変形すると（２）式となる。
のように正規化し変形すると（２）式となる。
【００１１】
【００１２】
【００１３】β角の変化幅の両端における（β，Ｑ，
μ）をそれぞれ（β1 ，Ｑ1 ，μ1 ），（β2 ，Ｑ2 ，
μ2 ）とすると、Ｑ1 ＝Ｑ2 とするには各面の吸収面積
比ｑとｒは（３）式を満足すればよい。
μ）をそれぞれ（β1 ，Ｑ1 ，μ1 ），（β2 ，Ｑ2 ，
μ2 ）とすると、Ｑ1 ＝Ｑ2 とするには各面の吸収面積
比ｑとｒは（３）式を満足すればよい。
【００１４】
【００１５】（３）式を整理してＣ＝（ｃｏｓβ1 −ｃ
ｏｓβ2 ），Ｄ＝π（μ1 ｓｉｎβ1 −μ2 ｓｉｎ
β2 ）とおくと（４）式となる。
ｏｓβ2 ），Ｄ＝π（μ1 ｓｉｎβ1 −μ2 ｓｉｎ
β2 ）とおくと（４）式となる。
【００１６】
【００１７】β1 ，μ1 ，β2 ，μ2 は軌道条件から一
義的に決まる値であり、それらを（４）式に入れると、
ｑとｒの関係を表わす直線の式が求められる。ｑとｒを
その直線上で選べば良い。
義的に決まる値であり、それらを（４）式に入れると、
ｑとｒの関係を表わす直線の式が求められる。ｑとｒを
その直線上で選べば良い。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、β角の最
小および最大の変動範囲の端において、太陽光とアルベ
ドの吸収量合計値Ｑが等しくなるように衛星の５面の面
積を選択することにより、衛星全体の軌道熱入力量のβ
角による変動をほとんど無くしたので、軌道熱入力量変
動が引起こす衛星温度の変動を抑えるために用いるヒー
タやサーマルルーバ等の熱制御素子が不要となる効果が
ある。
小および最大の変動範囲の端において、太陽光とアルベ
ドの吸収量合計値Ｑが等しくなるように衛星の５面の面
積を選択することにより、衛星全体の軌道熱入力量のβ
角による変動をほとんど無くしたので、軌道熱入力量変
動が引起こす衛星温度の変動を抑えるために用いるヒー
タやサーマルルーバ等の熱制御素子が不要となる効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の特性説明図である。
【図２】一般的な太陽同期軌道の説明図である。
【図３】本実施例の衛星各面の定義と各面に対する太陽
軌跡の説明図である。
軌跡の説明図である。
【図４】従来例の衛星各面への太陽光入射量の時間変化
の説明図である。
の説明図である。
【図５】一般的な日照率μのβ角による変化を示す説明
図である。
図である。
【図６】本実施例の衛星各面の太陽光アルベド吸収量の
β角による変化を示す説明図である。
β角による変化を示す説明図である。
１ 人工衛星 ２ 放熱面 １０ 太陽方向 １１ 太陽軌跡 １２ 太陽同期軌道 １３ β角 １４ 日食域 １５ 地球
Claims (2)
- 【請求項１】 太陽同期でかつ地球を周回する円軌道上
を航行し、地球指向でかつ三軸安定姿勢制御を行う太陽
同期衛星において、軌道面と太陽光方向とのなす角度β
の最小および最大の変動範囲の端における太陽光とアル
ベドの熱吸収量の合計値Ｑが等しくなるように、前記太
陽同期衛星の反地球面，衛星進行方向面，衛星反進行方
向面，反太陽側の軌道平行面，太陽側の軌道平行面の各
面の一部に設けられた前記太陽光および前記アルベドを
熱吸収する熱吸収面積の大きさを選択することを特徴と
する太陽同期衛星。 - 【請求項２】 前記太陽同期衛星の反地球面，衛星進行
方向面，衛星反進行方向面，反太陽側の軌道平行面，太
陽側の軌道平行面の５面に設けられた熱吸収面積をそれ
ぞれＡ -Z ，Ａ +X ，Ａ -X ，Ａ +Y ，Ａ -Y とすると前記合計値
Ｑの演算式が前記Ａ +X と前記Ａ -X の加算値であるＡ +X ＋
Ａ -X を基準として前記Ａ -Z と前記Ａ +Y とを設定する第１
の係数と前記Ａ +X ＋Ａ -X を基準として前記Ａ -Y を設定す
る第２の係数とを含むことを特徴とする請求項１記載の
太陽同期衛星。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4282645A JP2970261B2 (ja) | 1992-10-21 | 1992-10-21 | 太陽同期衛星 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4282645A JP2970261B2 (ja) | 1992-10-21 | 1992-10-21 | 太陽同期衛星 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06127490A JPH06127490A (ja) | 1994-05-10 |
| JP2970261B2 true JP2970261B2 (ja) | 1999-11-02 |
Family
ID=17655218
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4282645A Expired - Lifetime JP2970261B2 (ja) | 1992-10-21 | 1992-10-21 | 太陽同期衛星 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2970261B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2815323B1 (fr) * | 2000-10-16 | 2003-01-31 | Cit Alcatel | Perfectionnements apportes aux satellites geostationnaires |
| CN113184224B (zh) * | 2021-05-06 | 2022-06-07 | 北京微纳星空科技有限公司 | 卫星温控方法、***和卫星 |
-
1992
- 1992-10-21 JP JP4282645A patent/JP2970261B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06127490A (ja) | 1994-05-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990727 |