JP7446251B2 - 衛星コンステレーションシステムおよび衛星コンステレーション - Google Patents

Description

本開示は、飛翔体などを監視するための衛星コンステレーションに関するものである。

飛翔体が弾道飛行することを前提とする飛翔体対処システムが存在する。
飛翔体対処システムは、発射時の噴霧（プルーム）を静止軌道衛星に搭載した赤外観測装置で探知し、飛行初期の段階の移動情報に基づき着地位置を予測し、対処システムで対処する。
発射時には、極めて高温な気体が広域に広がる。そのため、静止軌道からの監視でも飛翔体の探知が可能である。

しかしながら、昨今、飛行途中で間欠的に噴射して飛行経路を変更する飛翔体が登場して新しい脅威となっている。
噴射を止めた飛翔体を追跡するためには、飛翔体の本体の温度を検知する必要がある。そのため、高分解能かつ高感度の赤外監視が必要となり、従来の静止衛星による監視では対応できない。

そこで、低軌道衛星コンステレーションにより、静止軌道よりもはるかに近距離から飛翔体を監視するシステムの研究が始まっている。
そして、低軌道衛星コンステレーションで常時監視を行って、飛翔体の発射の探知後に即座に対処アセットに情報を伝達する仕組みが待望されている。
低軌道衛星コンステレーションは、低軌道衛星群で構成される衛星コンステレーションである。
低軌道衛星群は、１機以上の低軌道衛星である。
低軌道衛星は、ＬＥＯのような低軌道を飛翔する人工衛星である。
ＬＥＯは、Ｌｏｗ Ｅａｒｔｈ Ｏｒｂｉｔの略称である。

特許文献１は、低軌道を周回して地球の全球面内における特定緯度の地域を網羅的に監視するための監視衛星について開示している。

特許４９４６３９８号公報

低軌道衛星コンステレーションによって常時監視と通信回線の維持とを実現するためには、膨大な数の低軌道衛星が必要となる。
また、地球固定座標系に対してほぼ固定して見える静止衛星とは異なり、低軌道衛星は時々刻々と飛翔位置が移動するため、赤外監視装置を具備した監視装置と、通信衛星群の構成と、データ伝送の方法が課題となる。

本開示は、飛翔体などを常時監視できるようにすることを目的とする。

本開示の衛星コンステレーションシステムは、
第１衛星コンステレーションと、第２衛星コンステレーションと、を備える。
前記第１衛星コンステレーションと前記第２衛星コンステレーションとのそれぞれは、機数が６の倍数である複数の人工衛星を備え、
前記複数の人工衛星は、傾斜軌道または極軌道を飛翔する。
前記複数の人工衛星に対応する複数の軌道面は、互いの法線がアジマス方向において均等な角度ずつずらされる。
前記複数の軌道面は、６つの軌道面から成る１つ以上の軌道面組を構成する。
各軌道面組の６つの軌道面で６機の人工衛星が周回するタイミングが同期される。
前記第１衛星コンステレーションの前記複数の人工衛星と前記第２衛星コンステレーションの前記複数の人工衛星が周回するタイミングが同期される。

本開示によれば、飛翔体などを常時監視することが可能となる。

実施の形態１における衛星コンステレーションシステム１００の構成図。 実施の形態１における人工衛星２１０の構成図。 実施の形態１における人工衛星２２０の構成図。 実施の形態４における飛翔体監視システム１０１の構成図。

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。

実施の形態１．
衛星コンステレーションシステム１００について、図１から図３に基づいて説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１に基づいて、衛星コンステレーションシステム１００の構成を説明する。
衛星コンステレーションシステム１００は、衛星コンステレーション２０１と、衛星コンステレーション２０２と、地上設備１１０と、を備える。

衛星コンステレーション２０１は、複数の人工衛星２１０を備える。人工衛星２１０の機数は６の倍数である。
複数の人工衛星２１０は、傾斜軌道または極軌道を飛翔する。例えば、各人工衛星２１０の軌道は、傾斜軌道または極軌道であり、且つ、円軌道である。
複数の人工衛星２１０に対応する複数の軌道面は、互いの法線がアジマス方向において均等な角度ずつずらされる。
複数の軌道面は、６つの軌道面から成る１つ以上の軌道面組を構成する。
各軌道面組の６つの軌道面で６機の人工衛星２１０が周回するタイミングが同期される。

衛星コンステレーション２０２は、複数の人工衛星２２０を備える。人工衛星２２０の機数は６の倍数である。
複数の人工衛星２２０は、傾斜軌道または極軌道を飛翔する。例えば、各人工衛星２１０の軌道は、傾斜軌道または極軌道であり、且つ、円軌道である。
複数の人工衛星２２０に対応する複数の軌道面は、互いの法線がアジマス方向において均等な角度ずつずらされる。
複数の軌道面は、６つの軌道面から成る１つ以上の軌道面組を構成する。
各軌道面組の６つの軌道面で６機の人工衛星２２０が周回するタイミングが同期される。

衛星コンステレーション２０１の複数の人工衛星２１０と衛星コンステレーション２０２の複数の人工衛星２２０は、周回するタイミングが同期される。

衛星コンステレーション２０１と衛星コンステレーション２０２は、通信クロスリンクを形成する。
つまり、衛星コンステレーション２０１の複数の人工衛星２１０は、通信網を形成し、人工衛星２１０間で通信する。また、衛星コンステレーション２０２の複数の人工衛星２２０は、通信網を形成し、人工衛星２２０間で通信する。さらに、衛星コンステレーション２０１と衛星コンステレーション２０２は、通信網を形成し、人工衛星２１０と人工衛星２２０との間で通信する。

地上設備１１０は、通信装置１１１と衛星管制装置１１２とを備え、各人工衛星（２１０、２２０）と通信することによって各衛星コンステレーション（２０１、２０２）を制御する。具体的には、地上設備１１０は、衛星コンステレーション２０１の複数の人工衛星２１０を同期させるための制御を行う。また、地上設備１１０は、衛星コンステレーション２０２の複数の人工衛星２１０を同期させるための制御を行う。また、地上設備１１０は、複数の人工衛星２１０と複数の人工衛星２２０を同期させるための制御を行う。また、地上設備１１０は、各人工衛星（２１０、２２０）から得られる監視データを解析して監視対象の情報（例えば位置情報）を生成する。
衛星管制装置１１２は、各人工衛星（２１０、２２０）を制御するための各種コマンドおよび監視対象情報を生成するコンピュータであり、処理回路および入出力インタフェースなどのハードウェアを備える。処理回路は各種コマンドおよび監視対象情報を生成する。入出力インタフェースには入力装置および出力装置が接続される。衛星管制装置１１２は、入出力インタフェースを介して、通信装置１１１に接続される。
通信装置１１１は、各人工衛星（２１０、２２０）と通信を行う。具体的には、通信装置１１１は、各種コマンドおよび監視対象情報を各人工衛星（２１０、２２０）へ送信する。また、通信装置１１１は、各人工衛星（２１０、２２０）から送信される監視データを受信する。

図２に基づいて、人工衛星２１０の構成を説明する。
人工衛星２１０は、通信装置２１１と、通信装置２１２と、監視装置２１３と、推進装置２１４と、姿勢制御装置２１５と、衛星制御装置２１６と、電源装置２１７と、解析装置２１８と、を備える。

通信装置２１１は、地上設備１１０と通信するための通信装置である。例えば、通信装置２１１は、地上設備１１０から各種コマンドおよび監視対象情報を受信する。また、通信装置２１１は、監視装置２１３によって得られる監視データを地上設備１１０に送信する。

通信装置２１２は、衛星間通信のための通信装置である。例えば、通信装置２１２は、他の人工衛星（２１０、２２０）の通信装置（２１２、２２２）と、監視データまたは監視対象情報などを通信する。
例えば、通信装置２１２は光通信装置である。光通信装置は光波を利用する通信装置である。

監視装置２１３は、監視対象を監視するための装置であり、監視データを生成する。監視データは、監視対象が映った画像に相当するデータである。
例えば、監視装置２１３は、地心方向を指向して赤外線を利用して飛翔体の発射を探知する監視装置（第１赤外監視装置）である。
飛翔体は、監視対象の一例であり、発射時の噴射の終了後に間欠的噴射を繰り返しながら滑空する。
例えば、監視装置２１３は、広視野監視装置である。広視野監視装置は、高分解能監視装置の分解能よりも低い分解能を有するが、高分解能監視装置の視野よりも広い視野を有する監視装置である。
人工衛星２１０は、第１赤外監視装置であり且つ広視野監視装置である１つの監視装置２１３を備えてもよい。また、人工衛星２１０は、第１赤外監視装置である監視装置２１３と広視野監視装置である監視装置２１３との２つの監視装置２１３を備えてもよい。

推進装置２１４は、人工衛星２１０に推進力を与える装置であり、人工衛星２１０の速度を変化させる。具体的には、推進装置２１４は電気推進機である。例えば、推進装置２１４は、イオンエンジンまたはホールスラスタである。

姿勢制御装置２１５は、人工衛星２１０の姿勢と人工衛星２１０の角速度といった姿勢要素を制御するための装置である。
姿勢制御装置２１５は、各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２１５は、各姿勢要素を所望の方向に維持する。姿勢制御装置２１５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、スラスタおよび磁気センサなどである。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およびコントロール・モーメント・ジャイロ等である。コントローラは、姿勢センサの計測データまたは地上設備１１０からの各種コマンドにしたがって、アクチュエータを制御する。
姿勢制御装置２１５は、監視装置２１３の視野方向を変更するための装置（視野方向変更装置）として使用することができる。

衛星制御装置２１６は、人工衛星２１０の各装置を制御するコンピュータであり、処理回路を備える。例えば、衛星制御装置２１６は、地上設備１１０から送信される各種コマンドにしたがって、各装置を制御する。

電源装置２１７は、太陽電池、バッテリおよび電力制御装置などを備え、人工衛星２１０の各装置に電力を供給する。

解析装置２１８は、地上設備１１０の代わりに人工衛星２１０で監視データを解析して監視対象情報を生成する場合に人工衛星２１０に設けられる。

図３に基づいて、人工衛星２２０の構成を説明する。
人工衛星２２０は、通信装置２２１と、通信装置２２２と、監視装置２２３と、推進装置２２４と、姿勢制御装置２２５と、衛星制御装置２２６と、電源装置２２７と、を備える。
これらの装置は、人工衛星２１０の装置（２１１～２１７）に相当する。

但し、監視装置２２３は、以下のような特徴を有する。
例えば、監視装置２２３は、発射時の噴射の終了後の飛翔体を、地球周縁を指向して宇宙を背景にして赤外線を利用して監視する監視装置（第２赤外監視装置）である。
例えば、監視装置２１３は、高分解能監視装置である。高分解能監視装置は、広視野監視装置の視野よりも狭い視野を有するが、広視野監視装置の分解能よりも高い分解能を有する監視装置である。
人工衛星２２０は、第２赤外監視装置であり且つ高分解能監視装置である１つの監視装置２２３を備えてもよい。また、人工衛星２２０は、第２赤外監視装置である監視装置２２３と高分解能監視装置である監視装置２２３との２つの監視装置２２３を備えてもよい。

衛星管制装置１１２と衛星制御装置２１６と衛星制御装置２２６とのそれぞれに備わる処理回路について説明する。
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、一部の機能が専用のハードウェアで実現されて、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。

人工衛星２１０のポインティング機能について説明する。
人工衛星２１０は、監視方向を監視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、人工衛星２１０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、人工衛星２１０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が人工衛星２１０の姿勢を制御することによって、ボディポインティングが実現される。
例えば、人工衛星２１０は、ポインティング機構を備える。ポインティング機構は、監視装置２１３の視野方向を変えるための機構（視野方向変更装置）である。例えば、ポインティング機構として、駆動ミラーなどが利用される。
人工衛星２２０は、人工衛星２１０と同じくポインティング機能を有する。

衛星高度および軌道傾斜角の調整について説明する。
各人工衛星（２１０、２２０）の軌道面の法線を北極側から見た相対角度は、衛星高度と軌道傾斜角との相関で成立する。
１日当たりの衛星周回数を維持する高度条件において、適切な軌道傾斜角を微調整することにより、軌道面間の相対角度を維持したまま、衛星コンステレーション（２０１、２０２）の運用が可能となる。
衛星管制装置１１２は、各人工衛星の高度を制御するためのコマンドを生成する。また、衛星管制装置１１２は、各人工衛星の軌道傾斜角を制御するためのコマンドを生成する。そして、衛星管制装置１１２は、これらコマンドを各人工衛星へ送信する。
各人工衛星（２１０、２２０）において、衛星制御装置（２１６、２２６）は、これらのコマンドにしたがって、衛星高度と軌道傾斜角とのそれぞれを調整する。具体的には、衛星制御装置（２１６、２２６）は、これらのコマンドにしたがって、推進装置（２１４、２２４）を制御する。推進装置（２１４、２２４）が衛星速度を変えることにより、衛星高度と軌道傾斜角とを調整することができる。
人工衛星（２１０、２２０）の飛行速度が増速すると、人工衛星の高度が上昇する。そして、人工衛星の高度が上昇すると、人工衛星の対地速度が減速する。
人工衛星（２１０、２２０）の飛行速度が減速すると、人工衛星の高度が下降する。そして、人工衛星の高度が下降すると、人工衛星の対地速度が増速する。
人工衛星（２１０、２２０）が赤道上空を横切る地点（分点）において推進装置（２１４、２２４）が軌道面と直交する方向へ推力を発生させれば、効果的に軌道傾斜角を微調整することができる。

複数の人工衛星（２１０、２２０）の同期について説明する。
複数の人工衛星は、１つ以上の人工衛星組を構成する。各人工衛星組は、６つの人工衛星から成る。
複数の人工衛星に対応する複数の軌道面は、１つ以上の軌道面組を構成する。各軌道面組は、６つの軌道面から成る。
各軌道面組の６つの軌道面で６機の人工衛星２２０が周回するタイミングが同期される。

複数の人工衛星（２１０、２２０）の同期について、第１具体例を説明する。
各軌道面組において、ｍ番の人工衛星を人工衛星（ｍ）と称する。また、ｍ番の人工衛星の軌道を軌道（ｍ）と称する。
人工衛星（１）が軌道面（１）の最北端を通過するタイミングをタイミング（１）と称する。
タイミング（１）は、以下のタイミング（３）（５）と同期される。
タイミング（３）は、人工衛星（３）が軌道面（３）の最北端から面内位相がプラス１２０度ずれた地点を通過するタイミングである。
タイミング（５）は、人工衛星（５）が軌道面（５）の最北端から面内位相がプラス２４０度ずれた地点を通過するタイミングである。
面内位相は、軌道面内の位相を意味する。
面内位相におけるプラスの方向は、人工衛星の進行方向と反対の方向である。つまり、面内位相におけるマイナスの方向は、人工衛星の進行方向と同じ方向である。
タイミング（１）は、以下のタイミング（４）（６）（２）とも同期される。
タイミング（４）は、人工衛星（４）が軌道面（４）の最南端を通過するタイミングである。
タイミング（６）は、人工衛星（６）が軌道面（６）の最南端から面内位相がプラス１２０度ずれた地点を通過するタイミングである。
タイミング（２）は、人工衛星（２）が軌道面（２）の最南端から面内位相がプラス２４０度ずれた地点を通過するタイミングである。

複数の人工衛星（２１０、２２０）の同期について、第２具体例を説明する。
第（ｎ＋１）の人工衛星組におけるｘ番の人工衛星を、人工衛星（６ｎ＋ｘ）と称する。「ｎ」は１であり、「ｘ」は１以上６以下の整数である。
第（ｎ＋１）の軌道面組におけるｘ番目の軌道面を、軌道面（６ｎ＋ｘ）と称する。
各人工衛星の周回周期を「Ｔ」で表す。
人工衛星（６ｎ＋１）が軌道面（６ｎ＋１）を通過するタイミングをタイミング（１）と称する。
タイミング（１）は、以下のタイミング（３）（５）と同期される。
タイミング（３）は、人工衛星（６ｎ＋３）が軌道面（６ｎ＋３）の最北端から面内位相がプラス１２０度ずれた地点を通過するタイミングである。
タイミング（５）は、人工衛星（６ｎ＋５）が軌道面（６ｎ＋５）の最北端から面内位相がプラス２４０度ずれた地点を通過するタイミングである。
人工衛星（６ｎ＋４）が軌道面（６ｎ＋４）において各面内位相の地点を通過するタイミングをタイミング（４）と称する。
タイミング（４）は、以下のタイミング（６）（２）と同期される。
タイミング（６）は、人工衛星（６ｎ＋６）が、軌道面（６ｎ＋６）において人工衛星（６ｎ＋４）の面内位相に対応する地点から面内位相がプラス１２０度ずれた地点を通過するタイミングである。
タイミング（２）は、人工衛星（６ｎ＋２）が、軌道面（６ｎ＋２）において人工衛星（６ｎ＋４）の面内位相に対応する地点から面内位相がプラス２４０度ずれた地点を通過するタイミングである。
また、人工衛星（６ｎ＋４）は、人工衛星（６ｎ＋１）が軌道面（６ｎ＋１）の最北端を通過してからＴ／２が経過するタイミングで、軌道面（６ｎ＋４）の最北端を通過する。

複数の人工衛星（２１０、２２０）の同期について、第３具体例を説明する。
人工衛星（６ｎ＋１）が軌道面（６ｎ＋１）を通過するタイミングをタイミング（１）と称する。
タイミング（１）は、以下のタイミング（３）（５）と同期される。
タイミング（３）は、人工衛星（６ｎ＋３）が軌道面（６ｎ＋３）の最北端から面内位相がプラス１２０度ずれた地点を通過するタイミングである。
タイミング（５）は、人工衛星（６ｎ＋５）が軌道面（６ｎ＋５）の最北端から面内位相がプラス２４０度ずれた地点を通過するタイミングである。
タイミング（１）は、以下のタイミング（４）（６）（２）とも同期される。
タイミング（４）は、人工衛星（６ｎ＋４）が軌道面（６ｎ＋４）の最南端を通過するタイミングである。
タイミング（６）は、人工衛星（６ｎ＋６）が軌道面（６ｎ＋６）の最南端から面内位相がプラス１２０度ずれた地点を通過するタイミングである。
タイミング（２）は、人工衛星（６ｎ＋２）が軌道面（６ｎ＋２）の最南端から面内位相がプラス２４０度ずれた地点を通過するタイミングである。

複数の人工衛星（２１０、２２０）の同期について、第４具体例を説明する。
人工衛星（１）が軌道面（１）の最北端を通過するタイミングをタイミング（１）と称する。
タイミング（１）は、以下のタイミング（３）（５）と同期される。
タイミング（３）は、人工衛星（３）が軌道面（３）の最北端から面内位相がマイナス１２０度ずれた地点を通過するタイミングである。
タイミング（５）は、人工衛星（５）が軌道面（５）の最北端から面内位相がマイナス２４０度ずれた地点を通過するタイミングである。
タイミング（１）は、以下のタイミング（４）（６）（２）とも同期される。
タイミング（４）は、人工衛星（４）が軌道面（４）の最南端を通過するタイミングである。
タイミング（６）は、人工衛星（６）が軌道面（６）の最南端から面内位相がマイナス１２０度ずれた地点を通過するタイミングである。
タイミング（２）は、人工衛星（２）が軌道面（２）の最南端から面内位相がマイナス２４０度ずれた地点を通過するタイミングである。

複数の人工衛星（２１０、２２０）の同期について、第５具体例を説明する。
人工衛星（６ｎ＋１）が軌道面（６ｎ＋１）を通過するタイミングをタイミング（１）と称する。
タイミング（１）は、以下のタイミング（３）（５）と同期される。
タイミング（３）は、人工衛星（６ｎ＋３）が軌道面（６ｎ＋３）の最北端から面内位相がマイナス１２０度ずれた地点を通過するタイミングである。
タイミング（５）は、人工衛星（６ｎ＋５）が軌道面（６ｎ＋５）の最北端から面内位相がマイナス２４０度ずれた地点を通過するタイミングである。
人工衛星（６ｎ＋４）が軌道面（６ｎ＋４）において各面内位相の地点を通過するタイミングをタイミング（４）と称する。
タイミング（４）は、以下のタイミング（６）（２）と同期される。
タイミング（６）は、人工衛星（６ｎ＋６）が、軌道面（６ｎ＋６）において人工衛星（６ｎ＋４）の面内位相に対応する地点から面内位相がマイナス１２０度ずれた地点を通過するタイミングである。
タイミング（２）は、人工衛星（６ｎ＋２）が、軌道面（６ｎ＋２）において人工衛星（６ｎ＋４）の面内位相に対応する地点から面内位相がマイナス２４０度ずれた地点を通過するタイミングである。
また、人工衛星（６ｎ＋４）は、人工衛星（６ｎ＋１）が軌道面（６ｎ＋１）の最北端を通過してからＴ／２が経過するタイミングで、軌道面（６ｎ＋４）の最北端を通過する。

複数の人工衛星（２１０、２２０）の同期について、第６具体例を説明する。
人工衛星（６ｎ＋１）が軌道面（６ｎ＋１）を通過するタイミングをタイミング（１）と称する。
タイミング（１）は、以下のタイミング（３）（５）と同期される。
タイミング（３）は、人工衛星（６ｎ＋３）が軌道面（６ｎ＋３）の最北端から面内位相がマイナス１２０度ずれた地点を通過するタイミングである。
タイミング（５）は、人工衛星（６ｎ＋５）が軌道面（６ｎ＋５）の最北端から面内位相がマイナス２４０度ずれた地点を通過するタイミングである。
タイミング（１）は、以下のタイミング（４）（６）（２）とも同期される。
タイミング（４）は、人工衛星（６ｎ＋４）が軌道面（６ｎ＋４）の最南端を通過するタイミングである。
タイミング（６）は、人工衛星（６ｎ＋６）が軌道面（６ｎ＋６）の最南端から面内位相がマイナス１２０度ずれた地点を通過するタイミングである。
タイミング（２）は、人工衛星（６ｎ＋２）が軌道面（６ｎ＋２）の最南端から面内位相がマイナス２４０度ずれた地点を通過するタイミングである。

＊＊＊実施の形態１の特徴および効果＊＊＊
第１衛星コンステレーション（２０１）において、軌道傾斜角と軌道高度に応じて適切な視野範囲と適切な機数の人工衛星（２１０）が使用される。また、各人工衛星が監視装置（２１３）と通信装置（２１２）を具備し、監視装置が地心方向を指向する。これにより、中緯度帯において常時監視および常時通信が可能になる。
第１衛星コンステレーション（２０１）と第２衛星コンステレーション（２０２）が同期制御されることにより、中緯度帯の常時監視を実現した上で、中緯度帯の任意の地点を同時に２機以上の人工衛星で監視できる。そして、空中三角測量の原理により、監視対象の位置座標を導出できる。
また、監視範囲の南北端における監視可能範囲の隙間が埋まるので、監視範囲が緯度方向に拡大する。
また、赤道近傍の低緯度帯で稀に発生する監視可能範囲の隙間が埋まるので、低緯度帯の全てが監視可能になる。
さらに、監視対象が安全を保つ上の脅威となる複数の飛翔体である場合に、複数の飛翔体が同時に発射されても、全ての飛翔体を同時に監視することが可能になる。

衛星コンステレーション２０１において監視装置２１３が第１赤外監視装置であり、衛星コンステレーション２０２において監視装置２２３が第２赤外監視装置である場合の特徴および効果について説明する。
衛星コンステレーション同士（２０１、２０２）が同期制御されることにより、最小構成となる１２軌道面で、地心方向を指向する第１赤外監視装置を使って中緯度帯を常時監視することができる。そして、監視対象が飛翔体である場合、飛翔体の発射を探知できる。
飛翔体の発射時に推進装置によってプルームと呼ばれる高温の噴霧が噴射される。プルームは温度が高く拡散範囲が広いので、地心方向を指向する第１赤外監視装置によってプルームを探知できる。
一方、近年登場した飛翔体は、発射時の噴射が終了した後、飛翔途中に間欠的に噴射を行って、飛行経路を変更する。そのため、飛行経路と着地位置を予測するためには、温度が上昇した飛翔体本体を監視して追跡する必要がある。しかし、地心方向を指向する第１赤外監視装置による監視では、背景ノイズに飛翔体情報が埋もれてしまう。
そこで、第２赤外監視装置がリム観測を行う。リム観測では、深宇宙背景で飛翔体を監視できるので、背景ノイズに飛翔体情報が埋もれることなく飛翔体の追跡監視が可能である。
つまり、第１衛星コンステレーション（２０１）が飛翔体の発射を探知し、第２衛星コンステレーション（２０２）が噴射終了後の飛翔体本体を深宇宙背景で検知することにより、飛翔体の追跡監視が可能になる。

衛星コンステレーション２０１において監視装置２１３が広視野監視装置であり、衛星コンステレーション２０２において監視装置２２３が高分解能監視装置である場合の特徴および効果について説明する。
広視野監視装置を具備する第１衛星コンステレーション（２０１）により、中緯度帯を網羅的に監視して飛翔体の発射を探知することが可能である。
発射時の噴射の終了後、飛翔体本体の温度はプルームほど高温ではない。また、飛翔体本体の寸法はプルームの拡散サイズよりはるかに小さい。しかし、高分解能監視装置を具備する第２衛星コンステレーション（２０２）により、飛翔体の監視を継続することが可能である。
一般的に、広視野監視装置の分解能の高精細化には、技術面とコスト面で制約がある。そのため、高分解能監視装置を別途準備する。ただし、一般的に高分解能監視装置の監視範囲を広域にすることは難しい。そこで、狭域に対する高分解能監視装置を使用する。第２衛星コンステレーションは、一度に中緯度帯を網羅的に監視することはできない。しかし、視野方向を変更すれば、狭域に対する高分解能監視装置により、中緯度帯の任意の地点を監視できる。そのため、第２衛星コンステレーションが第１衛星コンステレーションによって探知された飛翔体に視野方向を向けることにより、飛翔体を高分解能で監視することが可能となる。

衛星コンステレーション２０１と衛星コンステレーション２０２の通信クロスリンクの特徴および効果について説明する。
第２衛星コンステレーション（２０２）によって、第１衛星コンステレーション（２０１）によって発見された監視対象を継続的に監視できる。また、第２衛星コンステレーションは、高分解能な詳細情報を取得できる。
例えば、第１衛星コンステレーションの第１人工衛星（２１０）が飛翔体の発射を探知した後に、第１人工衛星は、第２衛星コンステレーションにおいて後方を飛翔する第２人工衛星（２２０）に飛翔体情報を通信クロスリンクによって伝送する。これにより、第２人工衛星は、発射地点の近傍に視野方向を変更して高分解能で飛翔体を追跡しながら監視できる。

各人工衛星（２１０、２２０）の通信装置（２１２、２２２）が光通信装置である場合の特徴および効果について説明する。
光通信装置が使用されることにより、大容量の情報を短時間に伝送することができる。飛翔体の飛来は、安全を保つ上での脅威となる緊急事態である。しかし、光通信装置によって飛翔体情報を短時間に伝送でき、対処行動が可能になるという効果がある。

実施の形態２．
衛星コンステレーションシステム１００について、主に実施の形態１と異なる点を説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
衛星コンステレーションシステム１００の構成は、実施の形態１における構成と同じである。
但し、衛星コンステレーションシステム１００は、２つ以上の衛星コンステレーション２０１を備えてもよいし、２つ以上の衛星コンステレーション２０２を備えてもよい。

＊＊＊実施の形態２の特徴および効果＊＊＊
実施の形態２は実施の形態１と同様の特徴を有し、実施の形態２によって実施の形態１と同様の効果を奏する。
特に、実施の形態２は、複数の飛翔体が同時に発射された場合にも対処することができるという効果を奏する。
また、実施の形態２は、次のような特徴および効果を有する。第１衛星コンステレーションの第１人工衛星（２１０）が飛翔体の発射を探知した後に、第１人工衛星は、第２衛星コンステレーションにおいて後方を飛翔する第２人工衛星（２２０）に飛翔体情報を通信クロスリンクによって伝送する。これにより、第２人工衛星は、発射地点の近傍に視野方向を変更して高分解能で飛翔体を追跡しながら監視できる。さらに、第２人工衛星は、高分解能で追跡した飛翔体の追跡情報を、第３衛星コンステレーションにおいて後方を飛翔する第３人工衛星に通信クロスリンクによって伝送する。これにより、第３人工衛星は、時間経過に伴い移動した飛翔体を高分解能で追跡できる。

実施の形態３．
衛星コンステレーションシステム１００について、主に実施の形態１および実施の形態２と異なる点を説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
衛星コンステレーションシステム１００は、衛星コンステレーション２０１と衛星コンステレーション２０２とを含む複数の衛星コンステレーションを備える。衛星コンステレーションシステム１００は、２つ以上の衛星コンステレーション２０１を備えてもよいし、２つ以上の衛星コンステレーション２０２を備えてもよい。
各衛星コンステレーション（２０１、２０２）は、複数の人工衛星（２１０、２２０）を備える。
但し、１つの衛星コンステレーションに備わる人工衛星の機数は、６機以上であり、６の倍数であってよいし、６の倍数でなくてもよい。

＊＊＊実施の形態３の特徴および効果＊＊＊
実施の形態３は実施の形態１および実施の形態２と同様の特徴を有し、実施の形態３によって同様の効果を奏する。

また、実施の形態３は、以下のような特徴および効果を有する。
各衛星コンステレーションの６機以上の人工衛星は、サービス領域をオーバーラップさせて同期運用される。そのため、いずれかの衛星コンステレーションの故障時に、故障していない衛星コンステレーションによるバックアップが可能となる。また、空間三角測量による位置座標の計測など、２機以上の人工衛星を同一対象に対して同時に必要とするサービスが可能になる。
また、監視装置によって飛翔体を監視する場合には、複数の飛翔体が同時に発射されても対処することができる。
各衛星コンステレーションの６機以上の人工衛星は、同一軌道面で均等な位相の配置で同期して運用される。これにより、同一軌道面における再訪頻度が向上する。
各衛星コンステレーションの６機以上の人工衛星は、経度方向に等間隔にずれた軌道面で同期して運用される。これにより、各衛星コンステレーションは、地球の自転に伴う経度および緯度の変化に応じて、交互に地表面の特定領域に対して監視サービスおよび通信サービスを継続できる。
各衛星コンステレーションの６機以上の人工衛星は、経度方向に等間隔にずれた軌道面で同期して運用され、かつ、軌道面内の位相が等間隔にオフセットされ同期して運用される。これにより、各衛星コンステレーションは、地球の自転に伴う経度および緯度の変化に応じて、交互に地表面の特定地点に対して監視サービスおよび通信サービスを継続できる。

実施の形態４．
飛翔体監視システム１０１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４に基づいて説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図４に基づいて、飛翔体監視システム１０１の構成を説明する。飛翔体監視システム１０１は、衛星コンステレーションシステム１００の一種である。
飛翔体監視システム１０１は、衛星コンステレーション群２０３と、衛星コンステレーション群２０４と、地上設備１１０と、を備える。
衛星コンステレーション群２０３は、衛星コンステレーション２０１を含む１つ以上の衛星コンステレーションである。具体的には、衛星コンステレーション群２０３は、１つ以上の衛星コンステレーション２０１である。
衛星コンステレーション群２０４は、衛星コンステレーション２０２を含む１つ以上の衛星コンステレーションである。具体的には、衛星コンステレーション群２０４は、１つ以上の衛星コンステレーション２０２である。
衛星コンステレーション２０１および衛星コンステレーション２０２は、実施の形態１から実施の形態３で説明した通りである。

＊＊＊実施の形態４の特徴および効果＊＊＊
実施の形態４は実施の形態１から実施の形態３と同様の特徴を有し、実施の形態４によって実施の形態１から実施の形態３と同様の効果を奏する。
特に、実施の形態４は、以下のような特徴および効果を有する。

衛星コンステレーション２０１において監視装置２１３が第１赤外監視装置であり、衛星コンステレーション２０２において監視装置２２３が第２赤外監視装置である場合の特徴および効果について説明する。
発射時の噴射の終了後に飛翔体が間欠的に噴射を繰り返しながら滑空しているときに、第１赤外監視装置を具備する第１衛星コンステレーション（２０１）は、飛翔体の発射を探知することができる。さらに、第１衛星コンステレーションは、第２赤外監視装置を具備する第２衛星コンステレーション（２０２）に飛翔体情報を伝送することができる。そして、第２衛星コンステレーションは飛翔体を追跡することができる。
飛翔体の推進装置が再度噴射して飛翔体の飛翔方向および飛翔速度が変化した場合、第１衛星コンステレーションは、再噴射を検出することができる。さらに、第１衛星コンステレーションは、飛翔体情報を第２衛星コンステレーションに伝送することができる。そして、第２衛星コンステレーションは飛翔体を追跡することができる。

衛星コンステレーション２０１において監視装置２１３が広視野監視装置であり、衛星コンステレーション２０２において監視装置２２３が高分解能監視装置である場合の特徴および効果について説明する。
第２赤外監視装置が視野範囲の狭い高分解能監視装置であっても、視野方向の変更により、監視対象を遺漏なく追跡することができる。
例えば、火事または爆発事故などの緊急事態で高温物体が探知された後に高温物体を高分解能で詳細に監視して緊急事態に対応することを想定する。この場合、広域監視装置を具備する第１衛星コンステレーション（２０１）によって発見された高温物体を、第２衛星コンステレーション（２０２）の高分解能監視装置によって迅速かつ網羅的に高分解能で監視することができる。さらに、後続の人工衛星が高分解能な監視を継続することにより、火事の延焼など時間経緯を伴う災害状況を迅速に把握できる。

＊＊＊実施の形態の補足＊＊＊
衛星コンステレーションシステム１００は、飛翔体の発射を探知し、対処システムに飛翔体情報を準リアルタイムで伝送する衛星情報伝送システムとして利用することができる。
衛星コンステレーションシステム１００は、赤外監視装置を具備した監視衛星群を有する。衛星コンステレーションシステム１００は、メッシュ状に通信網を形成する通信衛星群を有する。
なお、情報伝送に資する時間遅れ、および、人工衛星が最速のタイミングで情報を授受するまでの待ち時間などを考慮して、「準リアルタイム」という用語を使用している。

飛翔体の発射時には高温の大気が拡散するので監視が容易にできる。しかし、ポストブーストフェーズの飛翔体本体は、監視衛星から見える立体角が小さく、温度上昇もプルームほど顕著ではない。そのため、背景となる陸域の情報が飛翔体情報に混在すると、飛翔体の識別が不能になる懸念がある。ポストブーストフェーズは、噴射が止まった後のフェーズである。
そこで、地球周縁を指向するリム観測と呼ばれる監視方法により、温度上昇した飛翔体本体を、深宇宙を背景にして監視する。
これにより、飛翔体情報がノイズに埋もれることなく飛翔体の監視が可能となる。

衛星管制装置１１２または解析装置２１８は、複数の監視衛星（２１０、２２０）によって探知された高温対象を示す飛翔体情報を統合して時系列的な位置情報の変化を分析する飛翔経路予測装置として機能する。これにより、飛翔体の追跡ができ、飛翔経路の予測が可能となる。
飛翔体が飛翔途中で間欠的に再噴射をして進行方向を変更しても、飛翔経路予測装置が進行方向を追跡して時系列情報を継続的に取得することにより、飛翔体に対する処置が可能となる。

対処アセットとして、陸海空に配備された航空機、船舶および車両が存在する。その他に、地上設置型設備なども存在する。
また、個別の対処アセットに対して直接に情報を伝送する手段がある。但し、セキュリティ上の制約などにより、個別の対処アセットの位置情報を開示できない場合がある。そのため、衛星情報伝送システムが特別な専用システムを利用する場合、対処アセットへの指令および飛翔体情報を対処地上センター（地上設備１１０の一種）に集約し、対処地上センターから対処アセットに対する指令を実施することが合理的である。
衛星情報伝送システムの運用方法は、システム全体の構成方法および運用方法によって変わる。

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。

１００ 衛星コンステレーションシステム、１０１ 飛翔体監視システム、１１０ 地上設備、１１１ 通信装置、１１２ 衛星管制装置、２０１ 衛星コンステレーション、２０３ 衛星コンステレーション群、２０４ 衛星コンステレーション群、２１０ 人工衛星、２１１ 通信装置、２１２ 通信装置、２１３ 監視装置、２１４ 推進装置、２１５ 姿勢制御装置、２１６ 衛星制御装置、２１７ 電源装置、２１８ 解析装置、２２０ 人工衛星、２２１ 第１通信装置、２２２ 第２通信装置、２２３ 監視装置、２２４ 推進装置、２２５ 姿勢制御装置、２２６ 衛星制御装置、２２７ 電源装置。

Claims (21)

1. 飛翔途中に間欠的に噴射を行って飛行経路を変更する飛翔体の発射を低緯度帯から中緯度帯の広域で常時監視して飛翔体の発射を探知すると対処アセットに情報を伝達する衛星コンステレーションシステムであって、
   第１衛星コンステレーションと、第２衛星コンステレーションと、を備え
   前記第１衛星コンステレーションと前記第２衛星コンステレーションとのそれぞれは、機数が６の倍数である複数の人工衛星を備え、
   前記複数の人工衛星は、低軌道の傾斜軌道または極軌道を飛翔し、
   前記複数の人工衛星に対応する複数の軌道面は、互いの法線がアジマス方向において均等な角度ずつずらされ、
   前記複数の軌道面は、６つの軌道面から成る１つ以上の軌道面組を構成し、
   各軌道面組の６つの軌道面で６機の人工衛星が周回するタイミングが同期され、
   前記第１衛星コンステレーションの前記複数の人工衛星と前記第２衛星コンステレーションの前記複数の人工衛星が周回するタイミングが同期され、
   前記第１衛星コンステレーションと前記第２衛星コンステレーションが、通信クロスリンクを形成し、
   前記第１衛星コンステレーションの前記人工衛星は、前記飛翔体の発射を探知した後に飛翔体情報を前記通信クロスリンクによって前記第２衛星コンステレーションの前記人工衛星に伝送し、
   前記第２衛星コンステレーションの前記人工衛星は、温度が上昇した前記飛翔体を深宇宙背景で追跡しながら監視する
   衛星コンステレーションシステム。
2. 前記第１衛星コンステレーションの各人工衛星は、
   地心方向を指向して飛翔体の発射を探知する第１赤外監視装置を備え、
   前記第２衛星コンステレーションの各人工衛星は、
   地球周縁を指向して宇宙を背景にして前記飛翔体を監視する第２赤外監視装置を備える請求項１に記載の衛星コンステレーションシステム。
3. 前記第１衛星コンステレーションの各人工衛星は、広視野監視装置を備え、
   前記第２衛星コンステレーションの各人工衛星は、高分解能監視装置と、前記高分解能監視装置の視野方向を変更するための視野方向変更装置と、を備え、
   前記広視野監視装置は、前記高分解能監視装置の分解能よりも低い分解能を有するが、前記高分解能監視装置の視野よりも広い視野を有する監視装置であり、
   前記高分解能監視装置は、前記広視野監視装置の視野よりも狭い視野を有するが、前記広視野監視装置の分解能よりも高い分解能を有する監視装置である
   請求項１または請求項２に記載の衛星コンステレーションシステム。
4. 前記第１衛星コンステレーションの各人工衛星と前記第２衛星コンステレーションの各人工衛星は、通信装置を備え、
   前記第１衛星コンステレーションと前記第２衛星コンステレーションが、通信クロスリンクを形成する
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の衛星コンステレーションシステム。
5. 前記通信装置が光通信装置である
   請求項４に記載の衛星コンステレーションシステム。
6. 前記第１衛星コンステレーションを含む第１衛星コンステレーション群と、
   前記第２衛星コンステレーションを含む第２衛星コンステレーション群と、
   を備え、
   前記第１衛星コンステレーション群の各人工衛星は、第１赤外監視装置と通信装置とを備え、
   前記第２衛星コンステレーション群の各人工衛星は、第２赤外監視装置と通信装置とを備え、
   前記第１赤外監視装置は、発射時の噴射の終了後に間欠的噴射を繰り返しながら滑空する飛翔体の発射を、地心方向を指向して赤外線を利用して探知する監視装置であり、
   前記第２赤外監視装置は、発射時の噴射の終了後の前記飛翔体を、地球周縁を指向して宇宙を背景にして赤外線を利用して監視する監視装置であり、
   前記第１衛星コンステレーション群と前記第２衛星コンステレーション群が、通信クロスリンクを形成する
   請求項１に記載の衛星コンステレーションシステム。
7. 前記第１衛星コンステレーションを含む第１衛星コンステレーション群と、
   前記第２衛星コンステレーションを含む第２衛星コンステレーション群と、
   を備え、
   前記第１衛星コンステレーション群の各人工衛星は、広視野監視装置と通信装置とを備え、
   前記第２衛星コンステレーション群の各人工衛星は、高分解能監視装置と視野方向変更装置と通信装置とを備え、
   前記視野方向変更装置は、前記高分解能監視装置の視野方向を変更するための装置であり、
   前記広視野監視装置は、前記高分解能監視装置の分解能よりも低い分解能を有するが、前記高分解能監視装置の視野よりも広い視野を有する監視装置であり、
   前記高分解能監視装置は、前記広視野監視装置の視野よりも狭い視野を有するが、前記広視野監視装置の分解能よりも高い分解能を有する監視装置であり、
   前記第１衛星コンステレーション群と前記第２衛星コンステレーション群が、通信クロスリンクを形成する
   請求項１に記載の衛星コンステレーションシステム。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の衛星コンステレーションシステムに備わる第１衛星コンステレーションである衛星コンステレーション。
9. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の衛星コンステレーションシステムに備わる第２衛星コンステレーションである衛星コンステレーション。
10. 前記第１衛星コンステレーションと前記第２衛星コンステレーションを含む複数の衛星コンステレーションを備え、
    前記複数の衛星コンステレーションは、互いの前記複数の人工衛星が周回するタイミングが同期される
    請求項１に記載の衛星コンステレーションシステム。
11. 前記複数の衛星コンステレーションの各人工衛星は、通信装置を備え、
    前記複数の衛星コンステレーションが、通信クロスリンクを形成する
    請求項１０に記載の衛星コンステレーションシステム。
12. 前記通信装置が光通信装置である
    請求項１１に記載の衛星コンステレーションシステム。
13. 前記複数の衛星コンステレーションは、第１衛星コンステレーション群と、第２衛星コンステレーション群と、を含み、
    前記第１衛星コンステレーション群の各人工衛星は、第１赤外監視装置と通信装置とを備え、
    前記第２衛星コンステレーション群の各人工衛星は、第２赤外監視装置と通信装置とを備え、
    前記第１赤外監視装置は、発射時の噴射の終了後に間欠的噴射を繰り返しながら滑空する飛翔体の発射を、地心方向を指向して赤外線を利用して探知する監視装置であり、
    前記第２赤外監視装置は、発射時の噴射の終了後の前記飛翔体を、地球周縁を指向して宇宙を背景にして赤外線を利用して監視する監視装置であり、
    前記第１衛星コンステレーション群と前記第２衛星コンステレーション群が、通信クロスリンクを形成する
    請求項１０に記載の衛星コンステレーションシステム。
14. 前記複数の衛星コンステレーションは、第１衛星コンステレーション群と、第２衛星コンステレーション群と、を含み、
    前記第１衛星コンステレーション群の各人工衛星は、広視野監視装置と通信装置とを備え、
    前記第２衛星コンステレーション群の各人工衛星は、高分解能監視装置と視野方向変更装置と通信装置とを備え、
    前記視野方向変更装置は、前記高分解能監視装置の視野方向を変更するための装置であり、
    前記広視野監視装置は、前記高分解能監視装置の分解能よりも低い分解能を有するが、前記高分解能監視装置の視野よりも広い視野を有する監視装置であり、
    前記高分解能監視装置は、前記広視野監視装置の視野よりも狭い視野を有するが、前記広視野監視装置の分解能よりも高い分解能を有する監視装置であり、
    前記第１衛星コンステレーション群と前記第２衛星コンステレーション群が、通信クロスリンクを形成する
    請求項１０に記載の衛星コンステレーションシステム。
15. 請求項１０から請求項１４のいずれか１項に記載の衛星コンステレーションシステムに備わる衛星コンステレーション。
16. 第１衛星コンステレーションと、第２衛星コンステレーションを含む複数の衛星コンステレーションを備え、
    前記複数の衛星コンステレーションのそれぞれは、６機以上の複数の人工衛星を備え、
    前記複数の軌道面で前記複数の人工衛星が周回するタイミングが同期され、
    前記複数の衛星コンステレーションは、互いの前記複数の人工衛星が周回するタイミングが同期される
    請求項１に記載の衛星コンステレーションシステム。
17. 前記複数の衛星コンステレーションの各人工衛星は、通信装置を備え、
    前記複数の衛星コンステレーションが、通信クロスリンクを形成する
    請求項１６に記載の衛星コンステレーションシステム。
18. 前記通信装置が光通信装置である
    請求項１７に記載の衛星コンステレーションシステム。
19. 前記複数の衛星コンステレーションは、第１衛星コンステレーション群と、第２衛星コンステレーション群と、を含み、
    前記第１衛星コンステレーション群の各人工衛星は、第１赤外監視装置と通信装置とを備え、
    前記第２衛星コンステレーション群の各人工衛星は、第２赤外監視装置と通信装置とを備え、
    前記第１赤外監視装置は、発射時の噴射の終了後に間欠的噴射を繰り返しながら滑空する飛翔体の発射を、地心方向を指向して赤外線を利用して探知する監視装置であり、
    前記第２赤外監視装置は、発射時の噴射の終了後の前記飛翔体を、地球周縁を指向して宇宙を背景にして赤外線を利用して監視する監視装置であり、
    前記第１衛星コンステレーション群と前記第２衛星コンステレーション群が、通信クロスリンクを形成する
    請求項１６に記載の衛星コンステレーションシステム。
20. 前記複数の衛星コンステレーションは、第１衛星コンステレーション群と、第２衛星コンステレーション群と、を含み、
    前記第１衛星コンステレーション群の各人工衛星は、広視野監視装置と通信装置とを備え、
    前記第２衛星コンステレーション群の各人工衛星は、高分解能監視装置と視野方向変更装置と通信装置とを備え、
    前記視野方向変更装置は、前記高分解能監視装置の視野方向を変更するための装置であり、
    前記広視野監視装置は、前記高分解能監視装置の分解能よりも低い分解能を有するが、前記高分解能監視装置の視野よりも広い視野を有する監視装置であり、
    前記高分解能監視装置は、前記広視野監視装置の視野よりも狭い視野を有するが、前記広視野監視装置の分解能よりも高い分解能を有する監視装置であり、
    前記第１衛星コンステレーション群と前記第２衛星コンステレーション群が、通信クロスリンクを形成する
    請求項１６に記載の衛星コンステレーションシステム。
21. 請求項１６から請求項２０のいずれか１項に記載の衛星コンステレーションシステムに備わる衛星コンステレーション。

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