JP7141776B1 - 衛星制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】人工衛星の購入／運用等のコストを抑えることができる衛星制御方法を提供する。【解決手段】本発明の衛星制御方法は、第１軌道上を第１ミッション衛星Ｍ１と結合して周回しているプラットフォーム衛星Ｐを、前記第１軌道よりも地球に近い第２軌道に移動させる軌道降下ステップと、前記第２軌道において前記プラットフォーム衛星Ｐから前記第１ミッション衛星Ｍ１を分離させる分離ステップと、前記第２軌道に投入された第２ミッション衛星Ｍ２と前記プラットフォーム衛星Ｐとを結合させる結合ステップと、前記第２ミッション衛星Ｍ２と結合した前記プラットフォーム衛星Ｐを前記第１軌道に移動させる軌道移動ステップと、を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、衛星制御方法に関する。

従来、人工衛星は発電機能、電力制御機能、推進機能、姿勢軌道制御機能、熱制御機能などの基本的機能を有するプラットフォーム部と、所定のミッションを行うミッション機能とが一体となって製造され、宇宙空間で運用される。そして、使用期限が到来した人工衛星は一体のまま全体を廃棄することが知られている。また、静止軌道を周回している人工衛星の場合、人工衛星を墓場軌道と呼ばれる軌道に移送して廃棄することが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

米国特許第１０５１３３５２号

従来の技術では、人工衛星の使用期限が到来した場合に、例えば人工衛星の制御部、推進装置、電源部などはまだ利用可能であるにも関わらず人工衛星全体が廃棄されるため、人工衛星の購入コスト及び運用等のコストが高いという問題があった。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、使用可能部分の再利用により人工衛星の購入／運用等のコストを抑えることができる衛星制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の衛星制御方法は、第１軌道上を第１ミッション衛星と結合して周回しているプラットフォーム衛星を、前記第１軌道よりも地球に近い第２軌道に移動させる軌道降下ステップと、前記第２軌道において前記プラットフォーム衛星から前記第１ミッション衛星を分離させる分離ステップと、前記第２軌道に投入された第２ミッション衛星と前記プラットフォーム衛星とを結合させる結合ステップと、
前記第２ミッション衛星と結合した前記プラットフォーム衛星を前記第１軌道、又は、前記第１軌道及び前記第２軌道とは異なる第３軌道に移動させる軌道移動ステップと、を有する。

前記分離ステップは、前記第１ミッション衛星を前記プラットフォーム衛星から分離して前記第１ミッション衛星を大気圏へ突入させるための軌道に投入するステップを含んでもよい。

本発明の衛星制御方法は、前記プラットフォーム衛星が前記第２軌道上に到達するべき時間帯を決定する時間帯決定ステップをさらに有し、前記時間帯決定ステップは、前記第２ミッション衛星が前記第１軌道に到達するべき第１時間帯に基づいて、前記プラットフォーム衛星が前記第２軌道上に到達するべき第２時間帯を決定するステップと、前記第２時間帯に基づいて、前記プラットフォーム衛星を前記第２軌道に向けて移動を開始させる第３時間帯を決定するステップと、を含み、前記軌道降下ステップは、前記第３時間帯に、前記プラットフォーム衛星を前記第２軌道に向けて移動を開始させるステップを含んでもよい。

前記軌道降下ステップは、前記第２ミッション衛星を到達させるべき前記第２軌道における位置に基づいて決定された前記第２軌道上の所定の位置まで前記プラットフォーム衛星を移動させるステップを含んでもよい。

前記第１軌道が静止軌道であり、前記第２軌道が静止トランスファー軌道であり、前記軌道降下ステップでは、地上の衛星管理装置が送信した、前記プラットフォーム衛星の前記静止トランスファー軌道への移動を開始させるための第１コマンド信号を前記プラットフォーム衛星が受信した場合に、前記プラットフォーム衛星が前記静止軌道から前記静止トランスファー軌道への移動を開始してもよい。

前記軌道移動ステップは、前記第１軌道において前記第２ミッション衛星が位置するべき位置を示す位置情報に基づき、前記第２ミッション衛星と結合した前記プラットフォーム衛星を前記第１軌道上の所定の位置まで移動させるステップを含んでもよい。

前記第１軌道が静止軌道であり、前記第２軌道が静止トランスファー軌道であり、前記分離ステップは、地上の衛星管理装置が送信した、前記プラットフォーム衛星から前記第１ミッション衛星を分離させるための第２コマンド信号に基づき、前記プラットフォーム衛星が前記第１ミッション衛星を分離することを含んでもよい。

前記結合ステップは、地上の衛星管理装置が送信した、前記第２ミッション衛星と前記プラットフォーム衛星とを結合させるための第３コマンド信号に基づき、前記プラットフォーム衛星が前記第２ミッション衛星と結合するステップを含んでもよい。

前記第１軌道が静止軌道であり、前記第２軌道が静止トランスファー軌道であり、前記軌道移動ステップは、地上の衛星管理装置が送信した、前記プラットフォーム衛星を前記静止トランスファー軌道から前記静止軌道へ移動させるための第４コマンド信号に基づき、前記プラットフォーム衛星が前記静止軌道へ移動するステップを含んでもよい。

本発明の衛星制御方法は、前記プラットフォーム衛星に前記第２ミッション衛星、又は、前記第２ミッション衛星とは異なる第３ミッション衛星が結合された状態で、前記プラットフォーム衛星を、大気圏へ突入させるための軌道に移動させるステップをさらに有してもよい。

前記プラットフォーム衛星は、発電装置を有し、前記第１ミッション衛星及び前記第２ミッション衛星は発電装置を有さず、前記プラットフォーム衛星に対して着脱自在に結合され、前記プラットフォーム衛星から電力が供給されてもよい。

本発明の衛星制御方法は、前記第２軌道に、同一又は別々のロケットにより前記プラットフォーム衛星及び前記第１ミッション衛星を互いに結合されていない状態で投入した後、前記第２軌道において前記プラットフォーム衛星と前記第１ミッション衛星とを結合させ、前記プラットフォーム衛星及び前記第１ミッション衛星を前記第２軌道から前記第１軌道へ移動させる衛星導入ステップをさらに有してもよい。

本発明の衛星制御方法は、前記軌道降下ステップよりも前に、前記第１ミッション衛星が故障したことを示す情報、前記第１ミッション衛星の運用が終了したことを示す情報、又は前記第１ミッション衛星の交換が必要であることを示す情報のうち少なくともいずれかを前記プラットフォーム衛星又は前記第１ミッション衛星が地上の衛星管理装置に送信する通知ステップをさらに有してもよい。

本発明によれば、人工衛星の購入／運用等のコストを抑えることができる衛星制御方法を提供できるという効果を奏する。

衛星利用システムの構成を示すブロック図である。 人工衛星の構成を示す図である。 人工衛星が静止軌道を周回している状態を示す図である。 衛星管理装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態の衛星制御方法にしたがった衛星の動きを示す図である。 衛星制御方法のフロー図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。実施の形態及び図面において同一又は対応する要素には同一又は対応する符号を付し、重複する説明は適宜に省略又は簡略化する。図１は、衛星利用システムＳ１００の構成を示すブロック図である。図２は、人工衛星１の構成を示す図である。図３は、人工衛星１が静止軌道１０１を周回している状態を示す図である。

本実施形態の衛星利用システムＳ１００は、人工衛星１と、地上の衛星管理装置２とを備える。人工衛星１は、プラットフォーム衛星Ｐとミッション衛星Ｍとを有する。ミッション衛星Ｍは、プラットフォーム衛星Ｐに対して分離可能に結合する衛星である。

以下の説明では、人工衛星１が、第１軌道である静止軌道１０１（図３参照）と、第２軌道である静止トランスファー軌道１０２との間を移動することを例示する。静止軌道１０１（Ｇｅｏｓｔａｔｉｏｎａｒｙ Ｏｒｂｉｔ、ＧＥＯ）は、地球１０の地表からの高度が赤道上約３６，０００ｋｍの円軌道である。静止トランスファー軌道１０２（ＧＴＯ：Ｇｅｏｓｔａｔｉｏｎａｒｙ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｏｒｂｉｔ）は、地球１０から打ち上げられた人工衛星１が静止軌道１０１に移動する前に、人工衛星１が一時的に投入される軌道である。静止トランスファー軌道１０２は、静止軌道１０１よりも近地点が低高度の楕円軌道である。

［本実施形態の衛星制御方法の概要］
衛星利用システムＳ１００の詳細を説明する前に、図４を参照して本実施形態の衛星制御方法の概要を説明する。図４は、本発明の実施形態の衛星制御方法にしたがった衛星の動きを示す図である。以下では、例えば使用期限が到来した第１ミッション衛星Ｍ１がプラットフォーム衛星Ｐから分離され、地球から打ち上げられた第２ミッション衛星Ｍ２が新たにプラットフォーム衛星Ｐに結合されることを例として本実施形態の衛星制御方法について説明する。

本実施形態の衛星制御方法では、まず、静止軌道１０１を周回している人工衛星１を、静止軌道１０１よりも地球に近い第２軌道である静止トランスファー軌道１０２に移動させる（図４の（１）及び（２））。

次いで、人工衛星１のプラットフォーム衛星Ｐから第１ミッション衛星Ｍ１を分離する。これにより、プラットフォーム衛星Ｐはミッション衛星Ｍが結合されていない状態となる（図４の（３））。プラットフォーム衛星Ｐに結合される予定の第２ミッション衛星Ｍ２は、地上から打ち上げられ、静止トランスファー軌道１０２に投入される（図４の（４））。

次いで、プラットフォーム衛星Ｐは、静止トランスファー軌道１０２上を第２ミッション衛星Ｍ２に向かって移動し、第２ミッション衛星Ｍ２と結合する（図４の（５））。

その後、第２ミッション衛星Ｍ２が結合したプラットフォーム衛星Ｐは、再び静止軌道１０１に向かって上昇し、静止軌道１０１上での周回を続ける（図４の（６））。

以上のような衛星制御方法によれば、プラットフォーム衛星Ｐに対して結合されるミッション衛星Ｍを第１ミッション衛星Ｍ１から第２ミッション衛星Ｍ２に変更可能であるため、例えば第１ミッション衛星Ｍ１の使用期限が到来した時点で人工衛星１の全体を廃棄するのではなく、第１ミッション衛星Ｍ１のみを廃棄し、プラットフォーム衛星Ｐは、第２ミッション衛星Ｍ２が結合した状態で継続して使用することができる。

［衛星利用システムＳ１００の詳細な構成］
人工衛星１は、前述のとおり、プラットフォーム衛星Ｐとミッション衛星Ｍとを有する。プラットフォーム衛星Ｐは、ミッション衛星Ｍが結合される衛星である。ミッション衛星Ｍは、宇宙空間において所定のミッションを行う衛星である。

（プラットフォーム衛星Ｐ）
プラットフォーム衛星Ｐは、図１に示すように、太陽電池パドル３１、電源部３２、連結機構３３、推進装置３４、姿勢制御装置３５、通信装置３６、制御部３７、及び熱制御部３８を有する。プラットフォーム衛星Ｐは、さらに、例えば構造部及びインテグレーション部（不図示）を有している。ここでいう構造部とは、プラットフォーム衛星Ｐがその形状を維持するために必要なパネル等のことをいう。また、インテグレーション部とは、ケーブルやブラケット等のことをいう。

太陽電池パドル３１は、太陽光を電力に変換する発電装置である。太陽電池パドル３１は、例えば宇宙空間で展開される折り畳み式の発電パネルを有している。

電源部３２は、バッテリ及び電力制御装置（不図示）を有し、バッテリは太陽電池パドル３１が発電した電力を蓄電する。電源部３２は、プラットフォーム衛星Ｐの各部に電力を供給する。電源部３２は、一例として、プラットフォーム衛星Ｐに結合されたミッション衛星Ｍに対しても電力を供給する。

連結機構３３は、プラットフォーム衛星Ｐとミッション衛星Ｍとを結合させるための機構である。連結機構３３は、具体的には、ミッション衛星Ｍの連結機構４１と機械的に結合する機構を有している。連結機構３３は、例えば制御部３７からの制御信号に基づいて動作し、プラットフォーム衛星Ｐとミッション衛星Ｍとの結合状態を切り替える。プラットフォーム衛星Ｐからミッション衛星Ｍを分離する際、連結機構３３がプラットフォーム衛星Ｐとミッション衛星Ｍとの結合を解除することで、ミッション衛星Ｍがプラットフォーム衛星Ｐから分離される。

推進装置３４は、プラットフォーム衛星Ｐを移動させるための推進力を発生させる装置であり、例えば化学推進装置又は電気推進装置である。化学推進装置は、一例として、一液又は二液の燃料を用いたスラスタである。電気推進装置は、一例として、イオンエンジン又はホールスラスタエンジンである。

姿勢制御装置３５は、プラットフォーム衛星Ｐの姿勢を制御するための装置であり、姿勢センサ及びアクチュエータ（不図示）等を有する。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・トラッカ及び磁気センサといった機器である。アクチュエータは、モーメンタムホイール、リアクションホイール及びコントロール・モーメント・ジャイロといった機器である。

姿勢制御装置３５は、例えば、宇宙空間において、プラットフォーム衛星Ｐと、プラットフォーム衛星Ｐから離れて飛行しているミッション衛星Ｍとの相対距離を計測する機器（不図示）を有している。また、姿勢制御装置３５は、ミッション衛星Ｍの姿勢を計測する機器、及び、ミッション衛星Ｍの運動状態を特定する機器等も有している。

通信装置３６は、一例としてミッション衛星Ｍの通信装置４４及び地上の衛星管理装置２のそれぞれと通信する装置である。通信装置３６は、衛星管理装置２へ、例えばプラットフォーム衛星Ｐに関する各種のデータを送信する。通信装置３６は、また、衛星管理装置２へ、プラットフォーム衛星Ｐに結合されているミッション衛星Ｍに関する各種のデータを送信してもよい。通信装置３６は、衛星管理装置２が送信した各種のコマンド信号を受信する。

通信装置３６は、例えば、衛星管理装置２に対してミッション衛星Ｍの交換が必要なことを通知するために、下記の情報を衛星管理装置２に送信してもよい。具体的には、通信装置３６は、プラットフォーム衛星Ｐに結合している第１ミッション衛星Ｍ１が故障したことを示す情報、第１ミッション衛星Ｍ１の使用期限が到来し運用が終了したことを示す情報、又は第１ミッション衛星Ｍ１の交換が必要であることを示す情報のうち少なくともいずれかを衛星管理装置２に送信する。なお、こうした情報は、第１ミッション衛星Ｍ１自体が、衛星管理装置２及び／又は衛星管理装置２とは異なる地上のミッション制御装置（不図示）へ直接送信してもよい。

制御部３７は、プラットフォーム衛星Ｐの各部の動作を制御するコンピュータである。例えば、制御部３７は、連結機構３３の動作を制御し、プラットフォーム衛星Ｐとミッション衛星Ｍを結合又は分離させる。制御部３７は、また、連結機構３３及び推進装置３４を制御し、一例としてミッション衛星Ｍが大気圏に突入する第４軌道に移動するように、ミッション衛星Ｍをプラットフォーム衛星Ｐから分離させる。制御部３７は、また、推進装置３４の動作を制御しプラットフォーム衛星Ｐを移動させる。本実施形態では、プラットフォーム衛星Ｐは、静止トランスファー軌道１０２から静止軌道１０１へと移動し、また、静止トランスファー軌道１０２から静止軌道１０１へと移動する。

なお、第４軌道とは、プラットフォーム衛星から分離されたミッション衛星Ｍを大気圏へ突入させるための軌道のことをいい、ミッション衛星Ｍが最終的に大気圏に突入する軌道であればどのような軌道であってもよい。例えば、分離されたミッション衛星Ｍが５年かけて大気圏へ突入する軌道でもよい。ミッション衛星Ｍがプラットフォーム衛星Ｐから分離されてから大気圏に突入するまでの時間の長短は問わない。落下区域を定めてミッション衛星を制御して大気圏へ突入させる様態であってもよい。なお、プラットフォーム衛星Ｐから分離された衛星Ｍは、どのような軌道に対して投入されてもよく、その軌道は、一例で第２軌道又は第３軌道であってもよい。

熱制御部３８は、ヒータと温度センサといったプラットフォーム衛星Ｐに備えられた機器の温度を制御する制御部であり、例えば制御部３７によって制御される。

（ミッション衛星Ｍ）
ミッション衛星Ｍは、図１に示すように、連結機構４１、ミッション装置４２、電力分配装置４３、通信装置４４、制御部４５及び熱制御部４６を有する。ミッション衛星Ｍは、例えば、気象観測に関するミッション、陸域観測又は海洋観測に関するミッション、全地球測位システム（ＧＰＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）など測位に関するミッション、航空交通管理に関するミッション又は通信に関するミッションなどを行う衛星である。ミッション衛星Ｍも、プラットフォーム衛星Ｐと同様、例えば構造部及びインテグレーション部（不図示）を有している。

連結機構４１は、プラットフォーム衛星Ｐとミッション衛星Ｍとを結合させるための機構である。連結機構４１は、例えば、プラットフォーム衛星Ｐの連結機構３３と機械的に結合する機構を有している。

ミッション装置４２は、ミッション衛星Ｍが宇宙空間で行うべきミッションを実行するための装置であり、例えば種々の計測機器等を有している。電力分配装置４３は、プラットフォーム衛星Ｐから供給された電力をミッション衛星Ｍに備えられた各機器に供給する装置である。

通信装置４４は、プラットフォーム衛星Ｐの通信装置３６及び地上のミッション制御装置のそれぞれと通信する装置である。通信装置４４は、例えば、ミッション衛星Ｍがミッションを実行することによって取得した各種データをプラットフォーム衛星Ｐ及び／又は地上のミッション制御装置に送信する。

制御部４５はミッション衛星Ｍの各部の動作を制御するコンピュータである。制御部４５は、具体的には、連結機構４１、ミッション装置４２、電力分配装置４３、通信装置４４、及び熱制御部４６等の動作を制御する。熱制御部４６は、ヒータと温度センサといったミッション衛星Ｍに備えられた機器の温度を制御する制御部であり、例えば制御部４５によって制御される。

なお、本実施形態では、通信装置４４と通信装置３６とが通信することを例示しているが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。ミッション衛星Ｍは、プラットフォーム衛星Ｐと通信する機能を備えていなくてもよい。本実施形態では、制御部４５が連結機構４１の動作を制御することを例示しているが、連結機構４１が動作可能な構造体を有していない場合には、制御部４５は連結機構４１を制御する必要はない。具体的には、例えば、連結機構４１がプラットフォーム衛星Ｐの連結機構３３が結合される構造部（一例でハンドル）によって構成されている場合、制御部４５による制御は不要である。

ミッション衛星Ｍは、本実施形態ではプラットフォーム衛星Ｐとは異なり、太陽電池パドル３１、電源部３２、推進装置３４、及び姿勢制御装置３５を備えていない。ミッション衛星Ｍがこのように構成されている場合、ミッション衛星Ｍを小型軽量に作製できるという利点ある。さらに、ミッション衛星Ｍは、従来の技術では実施していた製作後／打上げ前の各種試験の内大部分を実施する必要がないため、コスト削減と開発期間の大幅な短縮が可能となる。

なお、ミッション衛星Ｍが太陽電池パドル３１、電源部３２、推進装置３４、姿勢制御装置３５等を備えていないことは本発明で必須ではなく、ミッション衛星Ｍはこれらの機器を備えていてもよい。

本実施形態の衛星利用システムＳ１００では、例えば第１ミッション衛星Ｍ１の使用終了後、プラットフォーム衛星Ｐに対して、地球から打ち上げられた第２ミッション衛星Ｍ２が結合される。ミッション衛星Ｍが上記のように小型かつ軽量に作製できることは、プラットフォーム衛星Ｐに結合される第２ミッション衛星Ｍ２をより小型のロケットで打ち上げることができる点で有利である。

なお、プラットフォーム衛星Ｐ及びミッション衛星Ｍを打ち上げる際には、プラットフォーム衛星Ｐ及びミッション衛星Ｍは同一のロケット（不図示）によって打ち上げられてもよいし、別々のロケットによって打ち上げられてもよい。

（衛星管理装置２）
図５は、衛星管理装置２の構成を示すブロック図である。衛星管理装置２は、地上に配置された装置であって、通信部２１、記憶部２２、及び制御部２３を有する。

通信部２１は、人工衛星１と通信を行う。通信部２１は、具体的には、人工衛星１のプラットフォーム衛星Ｐから送信された信号を受信するとともに、各種のコマンド信号をプラットフォーム衛星Ｐへ送信する。

記憶部２２は、各種のデータを記憶する記憶媒体であり、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びハードディスク等を有する。記憶部２２は、制御部２３が実行するコンピュータプログラムを記憶する。

制御部２３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等を有する。制御部２３は、記憶部２２が記憶するコンピュータプログラムを実行することにより、データ取得部２４、条件決定部２５、信号生成部２６、及び送信部２７として機能する。

データ取得部２４は、通信部２１を介して、プラットフォーム衛星Ｐから送信された信号を受信して各種データを取得する。

条件決定部２５は、プラットフォーム衛星Ｐ及びミッション衛星Ｍの動作に関する各種の条件を決定する機能部である。条件決定部２５は、例えば、プラットフォーム衛星Ｐ及びミッション衛星Ｍの動作に関する各種パラメータに基づいて自律的にプラットフォーム衛星Ｐ及びミッション衛星Ｍの動作条件を決定する。条件決定部２５は、また、オペレータが決定した条件を受け付けてプラットフォーム衛星Ｐ及びミッション衛星Ｍの動作条件を決定してもよい。

なお、ここでは条件決定部２５がミッション衛星Ｍの動作に関する各種の条件を決定することを例示するが、条件決定部２５はプラットフォーム衛星Ｐの動作に関する各種の条件のみを決定するものであってもよい。すなわち、本発明においては衛星管理装置２がミッション衛星Ｍの制御を行うか否かは任意である。

（時間帯を決定する処理）
プラットフォーム衛星Ｐに第２ミッション衛星Ｍ２を結合させるためプラットフォーム衛星Ｐを静止軌道１０１から静止トランスファー軌道１０２へ移動させる場合（図４）、どの時間帯に、プラットフォーム衛星Ｐを静止軌道１０１から静止トランスファー軌道１０２に向けて移動を開始させるかを決定する必要がある。

そこで、条件決定部２５は、プラットフォーム衛星Ｐの移動を開始させる時間帯を決定する。具体的には、条件決定部２５は、まず、プラットフォーム衛星Ｐに対して結合される予定の第２ミッション衛星Ｍ２が静止軌道１０１に到達するべき第１時間帯に基づいて、プラットフォーム衛星Ｐが静止トランスファー軌道１０２に到達するべき第２時間帯を決定する。そして、条件決定部２５は、その第２時間帯に基づいて、プラットフォーム衛星Ｐを静止トランスファー軌道１０２に向けて移動を開始させる第３時間帯を決定する。

具体例として、例えば、第２ミッション衛星Ｍ２を静止軌道１０１に第１時間帯である「２０２２年４月１日」までに到達させる必要があるとする。条件決定部２５は、その第１時間帯よりも前の時間帯を、プラットフォーム衛星Ｐが静止トランスファー軌道１０２に到達するべき時間帯と決定する（第２時間帯）。そして、その第２時間帯に静止トランスファー軌道１０２にプラットフォーム衛星Ｐが到達するように、条件決定部２５は、第２時間帯よりもさらに前の時間帯を、プラットフォーム衛星Ｐが静止軌道１０１から静止トランスファー軌道１０２に向けて移動を開始する時間帯（第３時間帯）と決定する。

条件決定部２５がこのように決定した時間帯にしたがってプラットフォーム衛星Ｐを移動させることで、プラットフォーム衛星Ｐと第２ミッション衛星Ｍ２とを計画的に結合させることができる。

（位置を決定する処理）
条件決定部２５は、また、プラットフォーム衛星Ｐを静止トランスファー軌道１０２に降下させる際にプラットフォーム衛星Ｐを到達させるべき目標位置を決定する。条件決定部２５は、例えば、第２ミッション衛星Ｍ２を到達させるべき静止トランスファー軌道１０２における位置に基づいてプラットフォーム衛星Ｐの目標位置を決定する。具体的には、条件決定部２５は、第２ミッション衛星Ｍ２から距離Ｘ［ｍ］だけ離れた位置を目標位置として決定する。

信号生成部２６は、条件決定部２５が決定した各種の動作条件の情報を含むコマンド信号を生成する。信号生成部２６は、プラットフォーム衛星Ｐ及びミッション衛星Ｍの動作に関する各種信号を生成するが、具体的には例えば、第２ミッション衛星Ｍ２とプラットフォーム衛星Ｐとを結合させるためのコマンド信号（第３コマンド信号）を生成してもよい。このコマンド信号は、プラットフォーム衛星Ｐに所定の動作を開始させるためのトリガとなる情報のみを含んでいてもよいし、プラットフォーム衛星Ｐの所定の機器（例えば連結機構３３等）の動作条件を示す情報を含んでいてもよい。

また、信号生成部２６は、プラットフォーム衛星Ｐを静止トランスファー軌道１０２から静止軌道１０１へ移動させるためのコマンド信号（第４コマンド信号）を生成してもよい。このコマンド信号も、プラットフォーム衛星Ｐに所定の動作を開始させるためのトリガとなる情報のみを含んでいてもよいし、プラットフォーム衛星Ｐの所定の機器（例えば推進装置３４等）の動作条件を示す情報を含んでいてもよい。

送信部２７は、信号生成部２６が生成したコマンド信号を通信部２１を介してプラットフォーム衛星Ｐに送信する。送信部２７は、例えば、プラットフォーム衛星Ｐの静止トランスファー軌道１０２への移動を開始させるためのコマンド信号を第１コマンド信号としてプラットフォーム衛星Ｐに送信してもよい。第１コマンド信号は、条件決定部２５が決定した、第２ミッション衛星Ｍ２を到達させるべき静止トランスファー軌道１０２における位置に基づいて決定された上記目標位置の情報を含んでいてもよい。

送信部２７は、また、プラットフォーム衛星Ｐから第１ミッション衛星Ｍ１を分離させるためのコマンド信号を第２コマンド信号としてプラットフォーム衛星Ｐに送信してもよい。第２コマンド信号は、プラットフォーム衛星Ｐが第１ミッション衛星Ｍ１を分離する動作条件の情報を含んでいてもよい。

送信部２７は、信号生成部２６が生成した第３コマンド信号及び第４コマンド信号もプラットフォーム衛星Ｐに送信する。なお、第１コマンド信号から第４コマンド信号はそれぞれ複数のコマンドを含んでいてもよい。

（衛星制御方法の一例）
上述のように構成された衛星利用システムＳ１００における衛星制御方法の一例について図４及び図６を参照して説明する。図６は、衛星制御方法のフロー図である。図４の初期状態（図４の（１））では、第１ミッション衛星Ｍ１が結合されたプラットフォーム衛星Ｐが静止軌道１０１上を周回している。

まず、軌道降下ステップであるステップＳ１において、プラットフォーム衛星Ｐを静止軌道１０１から静止トランスファー軌道１０２に降下させる。具体的には、プラットフォーム衛星Ｐは、衛星管理装置２が送信したプラットフォーム衛星Ｐの降下を開始させるための第１コマンド信号を受信する。プラットフォーム衛星Ｐは、この第１コマンド信号を受信した場合に、静止軌道１０１から静止トランスファー軌道１０２への移動を開始する。

なお、「コマンド信号を受信した場合に移動を開始する」とは、必ずしもコマンド信号を受信した時点ですぐにプラットフォーム衛星Ｐが移動を開始することに限定されず、コマンド信号が示す所定の時間帯にプラットフォーム衛星Ｐが移動を開始することを含む。

プラットフォーム衛星Ｐは、静止トランスファー軌道１０２に到達後、一例として第１コマンド信号に含まれた、第２ミッション衛星Ｍ２を到達させるべき静止トランスファー軌道１０２における位置に基づいて決定された目標位置まで移動する。

第２ミッション衛星Ｍ２は、地上からロケットで打ち上げられて静止トランスファー軌道１０２に投入され、所定の時間帯に静止トランスファー軌道１０２の所定の位置に位置している。

次いで、分離ステップであるステップＳ２において、プラットフォーム衛星Ｐは第１ミッション衛星Ｍ１を分離する。プラットフォーム衛星Ｐは、例えば、衛星管理装置２から送信された第１ミッション衛星を分離させるための第２コマンド信号に基づき、この信号が示す分離動作の条件にしたがって第１ミッション衛星Ｍ１を分離させる。一例として、プラットフォーム衛星Ｐは、第４軌道に第１ミッション衛星Ｍ１を投入する。これにより第１ミッション衛星Ｍ１は大気圏で燃焼して廃棄される。

次いで、結合ステップであるステップＳ３において、第１ミッション衛星Ｍ１が分離され単体となったプラットフォーム衛星Ｐは、静止トランスファー軌道１０２上の所定の位置に位置している第２ミッション衛星Ｍ２に向けて移動する。その後、プラットフォーム衛星Ｐは第２ミッション衛星Ｍ２と結合する。プラットフォーム衛星Ｐは、例えば、プラットフォーム衛星Ｐの連結機構３３と第２ミッション衛星Ｍ２の連結機構４１とを機械的に連結させることにより、第２ミッション衛星Ｍ２と結合する。

プラットフォーム衛星Ｐに結合された第２ミッション衛星Ｍ２に対しては、プラットフォーム衛星Ｐから電力が供給され、これにより、第２ミッション衛星Ｍ２は所定のミッションを実行可能となる。

次いで、軌道上昇ステップ（軌道移動ステップ）であるステップＳ４において、第２ミッション衛星Ｍ２が結合されたプラットフォーム衛星Ｐを、静止軌道１０１まで再び上昇させる。具体的には、プラットフォーム衛星Ｐは、静止軌道１０１において第２ミッション衛星Ｍ２が位置するべき位置を示す位置情報に基づき、その位置情報が示す静止軌道１０１上の所定の位置まで移動する。その後、プラットフォーム衛星Ｐは、第２ミッション衛星Ｍ２が結合された状態で静止軌道１０１を周回し、第２ミッション衛星Ｍ２は静止軌道１０１において所定のミッションを実行する。

（本実施形態の作用効果）
以上説明した本実施形態の衛星制御方法によれば、例えば第１ミッション衛星Ｍ１の使用期限が到来した時点で人工衛星１全体を廃棄するのではなく、第１ミッション衛星Ｍ１のみを廃棄し、プラットフォーム衛星Ｐについては、第２ミッション衛星Ｍ２が結合した状態で継続して使用することができる。つまり、プラットフォーム衛星Ｐはミッション衛星Ｍを交換して長期にわたって使用できるため、結果として、人工衛星１の購入／運用等のコストを抑えることができる。また、人工衛星１全体が廃棄されるわけではないので、廃棄物の量も低減する。

本実施形態の衛星制御方法では、第２ミッション衛星Ｍ２との結合のために静止軌道１０１から静止トランスファー軌道１０２へ降下したプラットフォーム衛星Ｐが、静止トランスファー軌道１０２において、第１ミッション衛星Ｍ１を第４軌道に投入した後、軌道を変えることなく次の第２ミッション衛星Ｍ２に結合する。このような方法は、例えば、第１ミッション衛星Ｍ１の廃棄のためにプラットフォーム衛星Ｐが静止軌道１０１から墓場軌道へ移動し、その後、静止トランスファー軌道１０２に降下するような動作と比較して、プラットフォーム衛星Ｐの移動のための燃料が少なくて済み、効率的である。その上、宇宙空間での（墓場軌道への）廃棄をなくすことができる。

また、本実施形態では、ミッション衛星Ｍは発電装置等を有さず、プラットフォーム衛星Ｐに対して着脱自在に結合されてプラットフォーム衛星Ｐから電力が供給される構成である。したがって、ミッション衛星Ｍを小型軽量、かつ容易に作成することができる。

（第１の実施形態の変形例）
本実施形態は上述した具体的な態様に限定されず、例えば次のように変形されてもよい。例えば、上記では、第１軌道及び第２軌道として静止軌道１０１及び静止トランスファー軌道１０２を例示したが、第１軌道及び第２軌道は他の任意の軌道であってもよい。

また、プラットフォーム衛星Ｐは、第２ミッション衛星Ｍ２を静止軌道１０１ではなく、第１軌道及び第２軌道とは異なる第３軌道に移動させてもよい。ここで、第３軌道は、一例として中軌道や準天頂軌道であってもよい。

上記では、第１ミッション衛星Ｍ１を大気圏に突入させることを例示したが、プラットフォーム衛星Ｐは第１ミッション衛星Ｍ１を大気圏に突入させるのではなく、静止トランスファー軌道１０２とは異なる軌道上で第１ミッション衛星Ｍ１を分離してもよい。プラットフォーム衛星Ｐは例えば墓場軌道で第１ミッション衛星Ｍ１を分離してもよい。

上記では単一のプラットフォーム衛星Ｐが静止軌道１０１及び静止トランスファー軌道１０２を周回することを例示したが、ロケットによって打ち上げられた複数のプラットフォーム衛星Ｐが静止軌道１０１上を周回していてもよい。

この場合、例えば衛星管理装置２が複数のプラットフォーム衛星Ｐの中から１つのプラットフォーム衛星Ｐを選択し、選択されたプラットフォーム衛星Ｐに対して第２ミッション衛星Ｍ２を結合させるように各衛星が制御されてもよい。

＜変形例＞
（プラットフォーム衛星Ｐ及びミッション衛星Ｍの軌道への導入方法）
上記実施形態では、プラットフォーム衛星Ｐとミッション衛星Ｍとが同一又は別々のロケットで打ち上げられることを説明した。本発明においてはプラットフォーム衛星Ｐ及びミッション衛星Ｍの静止軌道１０１又は静止トランスファー軌道１０２への導入はどのような手順で実施されてもよいが、例えば次のような衛星導入ステップが利用されてもよい。

具体的には、この衛星導入ステップでは、一例として、同一又は別々のロケットによりプラットフォーム衛星Ｐ及び第１ミッション衛星Ｍ１を互いに結合されていない状態で投入した後、静止トランスファー軌道１０２においてプラットフォーム衛星Ｐと第１ミッション衛星Ｍ１とを結合させる。そして、第１ミッション衛星Ｍ１と結合したプラットフォーム衛星Ｐを静止トランスファー軌道１０２から静止軌道１０１へ上昇させる。

ロケットで打ち上げられるプラットフォーム衛星Ｐ及びミッション衛星Ｍのうち、最初にプラットフォーム衛星Ｐがロケットから分離されて静止トランスファー軌道１０２に投入され、その後、ミッション衛星Ｍがロケットから分離されて静止トランスファー軌道１０２に投入されてもよい。

（ミッション衛星Ｍの交換）
上記実施形態では、第１ミッション衛星Ｍ１の使用期限が到来した場合に、プラットフォーム衛星Ｐが静止軌道１０１から静止トランスファー軌道１０２へ移動して第１ミッション衛星Ｍ１を分離することを説明した。第１ミッション衛星Ｍ１は、使用期限の到来以外の他の条件を契機として交換されてもよい。例えば、プラットフォーム衛星Ｐは、第１ミッション衛星Ｍ１の故障を検出し、衛星管理装置２から第１ミッション衛星Ｍ１を分離するためのコマンド信号を受信した場合に、第１ミッション衛星Ｍ１を分離し、地上から打ち上げられた第２ミッション衛星Ｍ２と結合してもよい。

上記実施形態では、プラットフォーム衛星Ｐが第１ミッション衛星Ｍ１を分離し、その後、第２ミッション衛星Ｍ２がプラットフォーム衛星Ｐに結合することを説明した。プラットフォーム衛星Ｐは、ミッション衛星Ｍを例えば第４軌道に投入する以外にも、ミッション衛星Ｍと一体となって第４軌道に移動してもよい。つまり、本発明の衛星制御方法の一例では、プラットフォーム衛星Ｐにミッション衛星Ｍ（例えば、第２ミッション衛星Ｍ２、又は、第２のミッション衛星とは異なる第３ミッション衛星）が結合された状態で、プラットフォーム衛星Ｐを、第４軌道に移動させてもよい。なお、第３ミッション衛星は、例えば第２ミッション衛星Ｍ２が分離された後にプラットフォーム衛星Ｐに結合される任意のミッション衛星Ｍであってもよい。

（プラットフォーム衛星Ｐの交換）
人工衛星１の運用中にプラットフォーム衛星Ｐが故障（例えば、通信装置以外の機器の故障）することが想定される。この場合、衛星管理装置２は、次のような方法で衛星を制御してもよい。まず、衛星管理装置２は、静止軌道１０１を周回している複数のプラットフォーム衛星Ｐのうち、第１プラットフォーム衛星Ｐ１から分離されるミッション衛星Ｍに結合可能な第２プラットフォーム衛星Ｐ２を選択し、第２プラットフォーム衛星Ｐ２に対して、ミッション衛星Ｍに結合可能な所定の位置まで移動させるための移動指示コマンド信号を送信する。衛星管理装置２は、故障した第１プラットフォーム衛星Ｐ１に対して、ミッション衛星Ｍを分離させるための分離指示コマンド信号を送信する。

第２プラットフォーム衛星Ｐ２は、衛星管理装置２から移動指示コマンド信号を受信し、第１プラットフォーム衛星Ｐ１から分離されるミッション衛星Ｍに向かって移動する。次に、第１プラットフォーム衛星Ｐ１は、衛星管理装置２から分離指示コマンド信号を受信し、ミッション衛星Ｍを分離させる。その後、第２プラットフォーム衛星Ｐ２がミッション衛星Ｍに結合することで、ミッション衛星Ｍを静止軌道１０１上で継続して使用できる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

１ 人工衛星
２ 衛星管理装置
１０ 地球
２１ 通信部
２２ 記憶部
２３ 制御部
２４ データ取得部
２５ 条件決定部
２６ 信号生成部
２７ 送信部
３１ 太陽電池パドル
３２ 電源部
３３ 連結機構
３４ 推進装置
３５ 姿勢制御装置
３６ 通信装置
３７ 制御部
４１ 連結機構
４２ ミッション装置
４３ 電力分配装置
４４ 通信装置
４５ 制御部
１０１ 静止軌道
１０２ 静止トランスファー軌道
Ｍ ミッション衛星
Ｍ１ 第１ミッション衛星
Ｍ２ 第２ミッション衛星
Ｐ プラットフォーム衛星
Ｐ１ 第１プラットフォーム衛星
Ｐ２ 第２プラットフォーム衛星
Ｓ１００ 衛星利用システム

Claims (14)

1. 第１軌道である静止軌道上を第１ミッション衛星と結合して周回し、前記第１ミッション衛星が前記静止軌道においてミッションを実行するための電力を前記第１ミッション衛星に対して供給するプラットフォーム衛星を、前記第１軌道よりも地球に近い第２軌道に移動させる軌道降下ステップと、
   前記第２軌道において前記プラットフォーム衛星から前記第１ミッション衛星を分離させる分離ステップと、
   前記第２軌道に投入された第２ミッション衛星と前記プラットフォーム衛星とを結合させる結合ステップと、
   前記第２ミッション衛星と結合した前記プラットフォーム衛星を前記第１軌道、又は、前記第１軌道及び前記第２軌道とは異なる第３軌道に移動させる軌道移動ステップと、
   を有する、衛星制御方法。
2. 前記分離ステップは、
   前記第１ミッション衛星を前記プラットフォーム衛星から分離して前記第１ミッション衛星を大気圏へ突入させるための軌道に投入するステップを含む、
   請求項１に記載の衛星制御方法。
3. 前記プラットフォーム衛星が前記第２軌道上に到達するべき時間帯を決定する時間帯決定ステップをさらに有し、
   前記時間帯決定ステップは、
   前記第２ミッション衛星が前記第１軌道に到達するべき第１時間帯に基づいて、前記プラットフォーム衛星が前記第２軌道上に到達するべき第２時間帯を決定するステップと、
   前記第２時間帯に基づいて、前記プラットフォーム衛星を前記第２軌道に向けて移動を開始させる第３時間帯を決定するステップと、
   を含み、
   前記軌道降下ステップは、前記第３時間帯に、前記プラットフォーム衛星を前記第２軌道に向けて移動を開始させるステップを含む、
   請求項１又は２に記載の衛星制御方法。
4. 前記軌道降下ステップは、
   前記第２ミッション衛星を到達させるべき前記第２軌道における位置に基づいて決定された前記第２軌道上の所定の位置まで前記プラットフォーム衛星を移動させるステップを含む、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の衛星制御方法。
5. 前記第１軌道が静止軌道であり、前記第２軌道が静止トランスファー軌道であり、
   前記軌道降下ステップでは、
   地上の衛星管理装置が送信した、前記プラットフォーム衛星の前記静止トランスファー軌道への移動を開始させるための第１コマンド信号を前記プラットフォーム衛星が受信した場合に、前記プラットフォーム衛星が前記静止軌道から前記静止トランスファー軌道への移動を開始する、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の衛星制御方法。
6. 前記軌道移動ステップは、
   前記第１軌道において前記第２ミッション衛星が位置するべき位置を示す位置情報に基づき、前記第２ミッション衛星と結合した前記プラットフォーム衛星を前記第１軌道上の所定の位置まで移動させるステップを含む、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の衛星制御方法。
7. 前記第１軌道が静止軌道であり、前記第２軌道が静止トランスファー軌道であり、
   前記分離ステップは、
   地上の衛星管理装置が送信した、前記プラットフォーム衛星から前記第１ミッション衛星を分離させるための第２コマンド信号に基づき、前記プラットフォーム衛星が前記第１ミッション衛星を分離することを含む、
   請求項１から６のいずれか一項に衛星制御方法。
8. 前記結合ステップは、
   地上の衛星管理装置が送信した、前記第２ミッション衛星と前記プラットフォーム衛星とを結合させるための第３コマンド信号に基づき、前記プラットフォーム衛星が前記第２ミッション衛星と結合するステップを含む、
   請求項１から７のいずれか一項に衛星制御方法。
9. 前記第１軌道が静止軌道であり、前記第２軌道が静止トランスファー軌道であり、
   前記軌道移動ステップは、
   地上の衛星管理装置が送信した、前記プラットフォーム衛星を前記静止トランスファー軌道から前記静止軌道へ移動させるための第４コマンド信号に基づき、前記プラットフォーム衛星が前記静止軌道へ移動するステップを含む、
   請求項１から８のいずれか一項に衛星制御方法。
10. 前記プラットフォーム衛星に前記第２ミッション衛星、又は、前記第２ミッション衛星とは異なる第３ミッション衛星が結合された状態で、前記プラットフォーム衛星を、大気圏へ突入させるための軌道に移動させるステップをさらに有する、
    請求項１から９のいずれか一項に記載の衛星制御方法。
11. 前記プラットフォーム衛星は、発電装置を有し、
    前記第１ミッション衛星及び前記第２ミッション衛星は発電装置を有さず、前記プラットフォーム衛星に対して着脱自在に結合され、前記プラットフォーム衛星から電力が供給される、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の衛星制御方法。
12. 前記第２軌道に、同一又は別々のロケットにより前記プラットフォーム衛星及び前記第１ミッション衛星を互いに結合されていない状態で投入した後、前記第２軌道において前記プラットフォーム衛星と前記第１ミッション衛星とを結合させ、前記プラットフォーム衛星及び前記第１ミッション衛星を前記第２軌道から前記第１軌道へ移動させる衛星導入ステップをさらに有する、
    請求項１から１１のいずれか一項に記載の衛星制御方法。
13. 前記軌道降下ステップよりも前に、
    前記第１ミッション衛星が故障したことを示す情報、
    前記第１ミッション衛星の運用が終了したことを示す情報、又は
    前記第１ミッション衛星の交換が必要であることを示す情報のうち少なくともいずれかを前記プラットフォーム衛星又は前記第１ミッション衛星が地上の衛星管理装置に送信する通知ステップをさらに有する、
    請求項１から１２のいずれか一項に記載の衛星制御方法。
14. 前記第１ミッション衛星及び前記第２ミッション衛星は、前記静止軌道において、気象観測に関するミッション、陸域観測又は海洋観測に関するミッション、測位に関するミッション、航空交通管理に関するミッション、及び、通信に関するミッションのうちの何れかを前記ミッションとして行う衛星である、
    請求項１から１３の何れか一項に記載の衛星制御方法。

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