WO2021187427A1 - ジャミング衛星回避方法、人工衛星、地上装置、メガコンステレーション事業装置、および、宇宙交通管理システム - Google Patents

ジャミング衛星回避方法、人工衛星、地上装置、メガコンステレーション事業装置、および、宇宙交通管理システム Download PDF

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WO2021187427A1
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satellites
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mega
business
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久幸 迎
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三菱電機株式会社
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    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • This disclosure relates to jamming satellite avoidance methods, artificial satellites, ground equipment, mega constellation business equipment, and space traffic management systems.
  • Patent Document 1 discloses a technique for forming a satellite constellation composed of a plurality of satellites in the same circular orbit.
  • Patent Document 1 does not describe a collision avoidance mechanism when a space object of another company exists in the orbital altitude region of the mega constellation satellite group.
  • the purpose of this disclosure is to provide a mechanism for avoiding collisions when space objects of other companies exist in the orbital altitude region of the mega constellation satellite group.
  • the mega constellation satellite group is changed by changing the orbital altitude for each orbital plane having a different normal vector. Avoid jamming satellites controlled by ground devices that are different from the ones that control them.
  • the jamming satellite avoidance method avoids jamming satellites controlled by a ground device different from the device controlling the mega constellation satellite group by changing the orbital altitude for each orbital plane having a different normal vector. .. Therefore, according to the jamming satellite avoidance method according to the present disclosure, collision avoidance can be performed when a space object of another operator exists in the orbital altitude region of the mega constellation satellite group.
  • FIG. 1 A functional configuration example of the space traffic management system according to the first embodiment.
  • FIG. A configuration example of the space traffic management system according to the first embodiment.
  • Embodiment 1 An example of a satellite constellation that is a prerequisite for the space traffic management system according to the following embodiment will be described.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example in which a plurality of satellites cooperate with each other to realize a communication service over the entire globe of the earth 70.
  • FIG. 1 shows a satellite constellation 20 that realizes a communication service all over the world.
  • the communication service range for the ground overlaps with the communication service range of the succeeding satellite. Therefore, according to such a plurality of satellites, it is possible to provide a communication service to a specific point on the ground while a plurality of satellites on the same orbital plane alternate in a time-division manner.
  • the adjacent orbital planes it is possible to cover the communication services on the ground between the adjacent orbitals.
  • communication services to the ground can be provided all over the globe.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example in which a plurality of satellites having a single orbital plane realize an earth observation service.
  • FIG. 2 shows a satellite constellation 20 that realizes an earth observation service.
  • a satellite equipped with an earth observation device which is a radio wave sensor such as an optical sensor or a synthetic aperture radar flies in the same orbital plane at the same altitude.
  • an earth observation device which is a radio wave sensor such as an optical sensor or a synthetic aperture radar flies in the same orbital plane at the same altitude.
  • the satellite group 300 in which the subsequent satellites overlap with each other due to a time delay in the imaging range on the ground, a plurality of satellites in orbit alternate with each other in a time-division manner with respect to a specific point on the ground to capture a ground image.
  • the satellite constellation 20 is composed of a satellite group 300 composed of a plurality of satellites in each orbital plane.
  • the satellite group 300 cooperates to provide a service.
  • the satellite constellation 20 refers to a satellite constellation consisting of a group of satellites by a communication business service company as shown in FIG. 1 or an observation business service company as shown in FIG.
  • FIG. 3 is an example of a satellite constellation 20 having a plurality of orbital planes 21 intersecting in the vicinity of the polar region.
  • FIG. 4 is an example of a satellite constellation 20 having a plurality of orbital planes 21 intersecting outside the polar region.
  • the orbital inclination angles of the orbital planes 21 of the plurality of orbital planes are about 90 degrees, and the orbital planes 21 of the plurality of orbital planes are present on different planes.
  • the orbital inclination angles of the orbital planes 21 of the plurality of orbital planes are not about 90 degrees, and the orbital planes 21 of the plurality of orbital planes are present on different planes.
  • any two orbital planes intersect at a point near the polar region. Further, in the satellite constellation 20 of FIG. 4, any two orbital planes intersect at points other than the polar region.
  • a collision of the satellite 30 may occur in the vicinity of the polar region.
  • the orbital planes may intersect at various positions including the vicinity of the equator. Therefore, the places where the collision of the satellite 30 may occur are diversified. Satellite 30 is also called an artificial satellite.
  • PMD debris orbits
  • STM Space Traffic Management
  • the satellite constellation formation system 600 is operated by a business operator such as a mega constellation business device 41, a LEO constellation business device, or a satellite business device.
  • LEO is an abbreviation for Low Earth Orbit.
  • the satellite control method by the satellite constellation formation system 600 is also applied to the business device 40 that controls the satellite.
  • it may be mounted on a business device 40 such as a debris removal business device 45 that manages a debris removal satellite, a rocket launch business device 46 that launches a rocket, and an orbit transition business device 44 that manages an orbit transition satellite.
  • the satellite control system by the satellite constellation formation system 600 may be mounted on any business device as long as it is a business device of a business operator that manages the space object 60. Each device of the business device 40 will be described later.
  • FIG. 5 is a block diagram of the satellite constellation formation system 600.
  • the satellite constellation formation system 600 includes a computer.
  • FIG. 5 shows the configuration of one computer, in reality, each satellite 30 of the plurality of satellites constituting the satellite constellation 20 and the ground equipment 700 communicating with the satellite 30 are equipped with a computer. Be done. Then, the computers provided in each of the satellites 30 of the plurality of satellites and the ground equipment 700 communicating with the satellites 30 cooperate to realize the function of the satellite constellation formation system 600.
  • an example of a computer configuration that realizes the functions of the satellite constellation formation system 600 will be described.
  • the satellite constellation formation system 600 includes a satellite 30 and ground equipment 700.
  • the satellite 30 includes a satellite communication device 32 that communicates with the communication device 950 of the ground equipment 700.
  • FIG. 5 illustrates the satellite communication device 32 among the configurations included in the satellite 30.
  • the satellite constellation formation system 600 includes a processor 910 and other hardware such as a memory 921, an auxiliary storage device 922, an input interface 930, an output interface 940, and a communication device 950.
  • the processor 910 is connected to other hardware via a signal line and controls these other hardware.
  • the hardware of the satellite constellation formation system 600 is the same as the hardware of the space traffic management device 100 described later in FIG.
  • the satellite constellation forming system 600 includes a satellite constellation forming unit 11 as a functional element.
  • the function of the satellite constellation forming unit 11 is realized by hardware or software.
  • the satellite constellation forming unit 11 controls the formation of the satellite constellation 20 while communicating with the satellite 30.
  • FIG. 6 is a block diagram of the satellite 30 of the satellite constellation formation system 600.
  • the satellite 30 includes a satellite control device 31, a satellite communication device 32, a propulsion device 33, an attitude control device 34, and a power supply device 35.
  • FIG. 6 describes a satellite control device 31, a satellite communication device 32, a propulsion device 33, an attitude control device 34, and a power supply device 35.
  • the satellite 30 is an example of a space object 60.
  • the satellite control device 31 is a computer that controls the propulsion device 33 and the attitude control device 34, and includes a processing circuit. Specifically, the satellite control device 31 controls the propulsion device 33 and the attitude control device 34 according to various commands transmitted from the ground equipment 700.
  • the satellite communication device 32 is a device that communicates with the ground equipment 700. Specifically, the satellite communication device 32 transmits various data related to its own satellite to the ground equipment 700. Further, the satellite communication device 32 receives various commands transmitted from the ground equipment 700.
  • the propulsion device 33 is a device that gives a propulsive force to the satellite 30, and changes the speed of the satellite 30. Specifically, the propulsion device 33 is an apogee kick motor, a chemical propulsion device, or an electric propulsion device.
  • the apogee kick motor is an upper propulsion device used to insert an artificial satellite into orbit, and is also called an apogee motor (when using a solid rocket motor) or an apogee engine (when using a liquid engine).
  • the chemical propulsion device is a thruster using a one-component or two-component fuel.
  • the electric propulsion device is an ion engine or a hall thruster.
  • Apogee kick motor is the name of the device used for orbit transition, and may be a kind of chemical propulsion device.
  • the attitude control device 34 is a device for controlling attitude elements such as the attitude of the satellite 30, the angular velocity of the satellite 30, and the line-of-sight direction (Line Of Right).
  • the attitude control device 34 changes each attitude element in a desired direction. Alternatively, the attitude control device 34 maintains each attitude element in a desired direction.
  • the attitude control device 34 includes an attitude sensor, an actuator, and a controller.
  • Attitude sensors are devices such as gyroscopes, earth sensors, sun sensors, star trackers, thrusters and magnetic sensors.
  • Actuators are devices such as attitude control thrusters, momentum wheels, reaction wheels and control moment gyro.
  • the controller controls the actuator according to the measurement data of the attitude sensor or various commands from the ground equipment 700.
  • the power supply device 35 includes devices such as a solar cell, a battery, and a power control device, and supplies power to each device mounted on the satellite 30.
  • the processing circuit may be dedicated hardware or a processor that executes a program stored in memory. In the processing circuit, some functions may be realized by dedicated hardware and the remaining functions may be realized by software or firmware. That is, the processing circuit can be realized by hardware, software, firmware or a combination thereof.
  • Dedicated hardware is specifically 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.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of the ground equipment 700 included in the satellite constellation formation system 600.
  • the ground equipment 700 programmatically controls a large number of satellites in all orbital planes.
  • the ground equipment 700 is an example of a ground device.
  • the ground device is composed of a ground station such as a ground antenna device, a communication device connected to the ground antenna device, or a computer, and ground equipment as a server or a terminal connected to the ground station via a network. Further, the ground device may include a communication device mounted on a moving body such as an aircraft, a self-propelled vehicle, or a mobile terminal.
  • the ground equipment 700 forms a satellite constellation 20 by communicating with each satellite 30.
  • the ground equipment 700 is provided in the space traffic management device 100.
  • the ground equipment 700 includes a processor 910 and other hardware such as a memory 921, an auxiliary storage device 922, an input interface 930, an output interface 940, and a communication device 950.
  • the processor 910 is connected to other hardware via a signal line and controls these other hardware.
  • the hardware of the ground equipment 700 is the same as the hardware of the space traffic management device 100 described later in FIG.
  • the ground equipment 700 includes a trajectory control command generation unit 510 and an analysis prediction unit 520 as functional elements.
  • the functions of the trajectory control command generation unit 510 and the analysis prediction unit 520 are realized by hardware or software.
  • the communication device 950 transmits / receives a signal for tracking and controlling each satellite 30 of the satellite group 300 constituting the satellite constellation 20. Further, the communication device 950 transmits an orbit control command 55 to each satellite 30.
  • the analysis prediction unit 520 analyzes and predicts the orbit of the satellite 30.
  • the orbit control command generation unit 510 generates an orbit control command 55 to be transmitted to the satellite 30.
  • the orbit control command generation unit 510 and the analysis prediction unit 520 realize the functions of the satellite constellation formation unit 11. That is, the orbit control command generation unit 510 and the analysis prediction unit 520 are examples of the satellite constellation formation unit 11.
  • FIG. 8 is a diagram showing a functional configuration example of the satellite constellation formation system 600.
  • the satellite 30 further includes a satellite constellation forming unit 11b that forms the satellite constellation 20. Then, the satellite constellation forming unit 11b of each satellite 30 of the plurality of satellites and the satellite constellation forming unit 11 provided in each of the ground equipment 700 cooperate to realize the function of the satellite constellation forming system 600. ..
  • the satellite constellation forming unit 11b of the satellite 30 may be provided in the satellite control device 31.
  • the space traffic management system 500 includes a collision avoidance support business device 43 and a plurality of mega constellation business devices 41.
  • the collision avoidance support project device 43 supports the avoidance of collisions between space objects in outer space.
  • the mega constellation business apparatus 41 manages a mega constellation, which is a satellite constellation composed of 100 or more satellites.
  • the space traffic management device 100 according to the present embodiment is mounted on each of the collision avoidance support business device 43 and the plurality of mega constellation business devices 41, and includes a database 211 and a server 212. Further, the space traffic management device 100 may be mounted on an SSA (Space Situational Awareness) business, that is, an SSA business device 47 that carries out a space situation monitoring business.
  • SSA Space Situational Awareness
  • the space traffic management system 500 connects the space traffic management device 100 mounted on each of the SSA business device 47 and the plurality of mega constellation business devices 41 by a communication line.
  • FIG. 9 is a diagram showing a hardware configuration example of the space traffic management device 100 of the business device 40 according to the present embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing a hardware configuration example of the space traffic management device 100 of the business device 40 according to the present embodiment.
  • the space traffic management device 100 is mounted on each of the plurality of mega constellation business devices 41, the SSA business device 47, and the collision avoidance support business device 43.
  • the mega constellation business apparatus 41 manages a satellite constellation composed of a plurality of satellites.
  • the mega constellation business device 41 is a computer of a large-scale satellite constellation, that is, a mega constellation business operator that carries out a mega constellation business.
  • the mega constellation business device 41 is, for example, an example of a satellite constellation business device that manages a satellite constellation composed of 100 or more satellites.
  • the collision avoidance support project device 43 supports the avoidance of collisions between space objects in outer space.
  • the collision avoidance support business device 43 is a computer of a collision avoidance support business operator that supports the avoidance of collisions between space objects in outer space.
  • the business device 40 includes a LEO constellation business device, a satellite business device, an orbit transition business device, and a debris removal business device.
  • Business equipment such as a rocket launch business equipment and an SSA business equipment 47 may be included.
  • Each of the business devices 40 provides information about an artificial satellite managed by each device or a space object 60 such as debris.
  • the business device 40 is a computer of a business operator that collects information about a space object 60 such as an artificial satellite or debris.
  • the LEO constellation business device is a computer of a low earth orbit constellation, that is, a LEO constellation business operator that carries out a LEO constellation business.
  • a satellite operator is a computer of a satellite operator that handles one to several satellites.
  • the orbit transition operator's device is a computer of the orbit transition operator that issues a satellite space object intrusion warning.
  • the debris removal business device is a computer of a debris removal business operator that conducts a business of collecting debris.
  • the rocket launch business equipment is a computer of a rocket launcher that conducts a rocket launch business.
  • the SSA business equipment is a computer of an SSA business that carries out an SSA business, that is, a space condition monitoring business.
  • the space traffic management device 100 may be mounted on the ground equipment 701 included in each business device 40. Further, the space traffic management device 100 may be mounted on the satellite constellation formation system 600.
  • the space traffic management device 100 includes a processor 910 and other hardware such as a memory 921, an auxiliary storage device 922, an input interface 930, an output interface 940, and a communication device 950.
  • the processor 910 is connected to other hardware via a signal line and controls these other hardware.
  • Processor 910 is an example of a server.
  • the memory 921 and the auxiliary storage device 922 are examples of the database 211.
  • the server 212 may include other hardware such as an input interface 930, an output interface 940, a communication device 950, and a storage device.
  • the server 212 realizes the functions of the mega constellation business device 41, the SSA business device 47, and the collision avoidance support business device 43.
  • the space traffic management device 100 includes an orbit analysis unit 431, a notification unit 432, and a storage unit 140 as an example of functional elements that realize a collision avoidance support function.
  • the space information recorder 101 is stored in the storage unit 140.
  • the space traffic management device 100 includes a collision analysis unit 411, a countermeasure planning unit 412, and a storage unit 140 as an example of functional elements that realize the mega constellation management function.
  • the space information recorder 101 is stored in the storage unit 140.
  • the functions of the trajectory analysis unit 431 and the notification unit 432 are realized by software.
  • the storage unit 140 is provided in the memory 921.
  • the storage unit 140 may be provided in the auxiliary storage device 922.
  • the storage unit 140 may be provided separately as a memory 921 and an auxiliary storage device 922.
  • the space traffic management device 100 will be described as realizing the function of collision avoidance support.
  • the space traffic management device 100 has various functions other than the collision avoidance support function.
  • Processor 910 is a device that executes a space traffic management program.
  • the space traffic management program is a program that realizes the functions of each component of the space traffic management device 100 and the space traffic management system 500.
  • the processor 910 is an IC (Integrated Circuit) that performs arithmetic processing. Specific examples of the processor 910 are a CPU (Central Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), and a GPU (Graphics Processing Unit).
  • the memory 921 is a storage device that temporarily stores data.
  • a specific example of the memory 921 is a SRAM (Static Random Access Memory) or a DRAM (Dynamic Random Access Memory).
  • the auxiliary storage device 922 is a storage device that stores data.
  • a specific example of the auxiliary storage device 922 is an HDD.
  • the auxiliary storage device 922 may be a portable storage medium such as an SD (registered trademark) memory card, CF, NAND flash, flexible disc, optical disk, compact disc, Blu-ray (registered trademark) disc, or DVD.
  • HDD is an abbreviation for Hard Disk Drive.
  • SD® is an abbreviation for Secure Digital.
  • CF is an abbreviation for CompactFlash®.
  • DVD is an abbreviation for Digital Versatile Disc.
  • the input interface 930 is a port connected to an input device such as a mouse, keyboard, or touch panel. Specifically, the input interface 930 is a USB (Universal Serial Bus) terminal. The input interface 930 may be a port connected to a LAN (Local Area Network).
  • the output interface 940 is a port to which a cable of a display device 941 such as a display is connected. Specifically, the output interface 940 is a USB terminal or an HDMI (registered trademark) (High Definition Multimedia Interface) terminal. Specifically, the display is an LCD (Liquid Crystal Display).
  • the communication device 950 has a receiver and a transmitter. Specifically, the communication device 950 is a communication chip or a NIC (Network Interface Card). In the present embodiment, each of the space traffic management devices 100 of the mega constellation business device 41, the SSA business device 47, and the collision avoidance support business device 43 communicate with each other via a communication line.
  • a communication line In the present embodiment, each of the space traffic management devices 100 of the mega constellation business device 41, the SSA business device 47, and the collision avoidance support business device 43 communicate with each other via a communication line.
  • the space traffic management program is read into the processor 910 and executed by the processor 910.
  • the memory 921 not only the space traffic management program but also the OS (Operating System) is stored.
  • the processor 910 executes the space traffic management program while executing the OS.
  • the space traffic management program and the OS may be stored in the auxiliary storage device 922.
  • the space traffic management program and the OS stored in the auxiliary storage device 922 are loaded into the memory 921 and executed by the processor 910. A part or all of the space traffic management program may be incorporated in the OS.
  • the space traffic management device 100 may include a plurality of processors that replace the processor 910. These multiple processors share the execution of the program.
  • Each processor like the processor 910, is a device that executes a program.
  • Data, information, signal values and variable values used, processed or output by the program are stored in the memory 921, the auxiliary storage device 922, or the register or cache memory in the processor 910.
  • the "part" of each part of the space traffic management device may be read as “processing", “procedure”, “means", “step” or “process”. Further, the "process” of the trajectory analysis process and the report process may be read as “program”, “program product”, or "computer-readable recording medium on which the program is recorded”. "Processing”, “procedure”, “means”, “step” or “process” can be read interchangeably.
  • each process, each procedure, each means, each stage is replaced with "process", “procedure”, “means”, “step” or “process” in each part of the space traffic management system.
  • the space traffic management method is a method performed by the space traffic management device 100 executing a space traffic management program.
  • the space traffic management program may be provided stored in a computer-readable recording medium.
  • each program may be provided as a program product.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of the orbit forecast information 51 included in the space information recorder 101 according to the present embodiment.
  • the space traffic management device 100 stores the orbit forecast information 51 in which the forecast value of the orbit of the space object 60 is set in the storage unit 140.
  • the space traffic management device 100 acquires, for example, forecast values of the orbits of each of the plurality of space objects 60 from the business device 40 used by the management company that manages the plurality of space objects 60, and uses the space traffic management device 100 as the orbit forecast information 51. You may remember.
  • the space traffic management device 100 may acquire the orbit forecast information 51 in which the forecast values of the orbits of the plurality of space objects 60 are set from the management company and store the orbit forecast information 51 in the storage unit 140.
  • the management company is a company that manages space objects 60 flying in space such as satellite constellations, various satellites, rockets, and debris.
  • the business equipment 40 used by each management business operator is a mega constellation business equipment, a LEO constellation business equipment, a satellite business equipment, an orbit transition business equipment, a debris removal business equipment, and a rocket launch business equipment.
  • computers such as SSA business equipment.
  • the orbit forecast information 51 includes satellite orbit forecast information 52 and debris orbit forecast information 53.
  • the satellite orbit forecast information 52 is set with the forecast value of the satellite orbit.
  • the debris orbit forecast information 53 is set with a forecast value of the debris orbit.
  • the satellite orbit forecast information 52 and the debris orbit forecast information 53 are included in the orbit forecast information 51, but the satellite orbit forecast information 52 and the debris orbit forecast information 53 are stored as individual information. It may be stored in the unit 140.
  • Information such as a space object ID (Identifier) 511, a forecast epoch 512, a forecast orbit element 513, and a forecast error 514 is set in the orbit forecast information 51.
  • Space object ID 511 is an identifier that identifies the space object 60.
  • a satellite ID and a debris ID are set as the space object ID 511.
  • Space objects are, specifically, objects such as rockets launched into outer space, artificial satellites, space stations, debris removal satellites, planetary exploration spacecraft, and satellites or rockets that have become debris after the end of a mission.
  • the forecast epoch 512 is the epoch predicted for each orbit of a plurality of space objects.
  • the forecast orbital element 513 is an orbital element that specifies the orbit of each of a plurality of space objects.
  • the forecast orbital element 513 is an orbital element that is predicted for each orbit of a plurality of space objects.
  • six Kepler orbital elements are set as the forecast orbital elements 513.
  • the forecast error 514 is an error predicted in each orbit of a plurality of space objects.
  • the forecast error 514 is set with a traveling direction error, an orthogonal direction error, and a basis for the error. In this way, the forecast error 514 explicitly indicates the amount of error included in the actual value together with the grounds.
  • the basis of the amount of error includes the measurement means, the content of the data processing performed as the means for improving the accuracy of the position coordinate information, and a part or all of the statistical evaluation result of the past data.
  • the forecast epoch 512 and the forecast orbit element 513 are set for the space object 60.
  • the time and position coordinates of the space object 60 in the near future can be obtained from the forecast epoch 512 and the forecast orbital element 513.
  • the near future time and position coordinates of the space object 60 may be set in the orbit forecast information 51.
  • the orbital forecast information 51 includes the orbital information of the space object including the epoch and the orbital elements, or the time and the position coordinates, and the forecast value of the space object 60 in the near future is explicitly shown. There is.
  • the jamming satellite is an artificial satellite equipped with a propulsion device 33, adopting a nominal orbit altitude and a nominal orbit inclination angle at which a group of mega constellation satellites fly.
  • the jamming satellite flies while changing the orbital altitude and the orbital inclination angle while operating the propulsion device 33 irregularly.
  • the jamming satellites maintain the average orbital altitude and the average orbital inclination angle that flew during the period of one week to one month to be the same as the nominal orbital altitude and the nominal orbital inclination angle that the megaconstellation satellites fly. do.
  • the jamming satellite is controlled by a ground device different from the device that controls the mega constellation satellite group.
  • the configuration of the jamming satellite is the same as that of the space object 60 of FIG. Further, the configuration of the ground equipment is the same as the configuration of the ground equipment 700 in FIG.
  • a mega constellation consisting of a large number of satellites can complement the functional performance of other satellites even if a satellite failure occurs. Therefore, it is easy to think that it is highly durable as an infrastructure.
  • a group of satellites that fly in a platoon while synchronously controlling the same orbital altitude there is a risk of collision chain once a collision accident occurs. Therefore, from this risk perspective, it has a paradoxical vulnerability that the greater the number of satellites, the lower the tolerance.
  • each satellite group will fly while operating the propulsion device every moment.
  • the only satellite group flying in the same orbital altitude region is the satellite of a single mega constellation operator, it is possible to grasp the real-time high-precision orbit information of all satellites and control the timing of all satellites.
  • timing management for ensuring flight safety becomes extremely difficult.
  • the orbit characteristics fluctuate by operating the propulsion device from moment to moment the orbit prediction error becomes large, and there is a risk that the timing of the satellite group of the mega constellation itself cannot be controlled.
  • the satellites that make up the mega constellation satellite group collide with each other at first glance it seems that there is no mistake on the satellite side of the other company, so it is legal. It will be possible to induce a collision of mega constellation satellites.
  • the satellites of other operators flying in the orbital altitude region of the mega constellation satellite group can be jamming satellites for the purpose of obstructing the business or A-SAT for the purpose of destroying the satellites.
  • A-SAT which aims at explosive destruction
  • it is a satellite for the purpose of peace at first glance it is possible to obtain approval by the state or an authority, and this is done by space law and international consensus.
  • space law and international consensus There is a problem that it is difficult to eliminate.
  • the mega constellation business device 41 is controlled by a ground device different from the device that controls the mega constellation satellite group by changing the orbital altitude for each orbital plane having a different normal vector in the mega constellation satellite group.
  • Adopt a jamming satellite avoidance method to avoid jamming satellites. A specific example will be described below.
  • the mega constellation business apparatus 41 can adopt a different orbital altitude from the orbital altitude of the jamming satellite by changing the orbital altitude for each orbital plane having a different normal vector. Therefore, there is an effect that the collision with the jamming satellite can be avoided. Furthermore, since the intersection of the orbital planes of the own satellite group is eliminated, the collision risk of the own satellite is theoretically eliminated, and there is an effect that the collision between the own satellites can be avoided without strict timing control. .. Further, unlike the case where many aircraft fly at the same orbit altitude, there is an effect that the risk of causing a collision chain can be reduced in the unlikely event of a collision accident.
  • the mega constellation business apparatus 41 avoids jamming satellites by changing the orbital altitude and the orbital inclination angle for each orbital plane having a different normal vector.
  • the orbital altitude and orbital inclination angle are changed for each orbital plane with a different normal vector, the ground speed differs between satellites with different orbital altitudes.
  • the formation changes.
  • by synchronously controlling all satellites so as to maintain the average orbital altitude and the average orbital inclination while changing the orbital altitude and the orbital inclination with the passage of time the relative relationship with the adjacent orbital satellites can be maintained. It is also possible to maintain it in general.
  • the mega constellation business device 41 controls the propulsion device of the mega constellation satellites synchronously between satellites flying in the same orbital plane, and the forward and reverse flight directions with a certain time delay between adjacent orbital planes. Operate alternately in the direction. By such control, it is possible to maintain the average orbital altitude while changing the orbital altitude for each orbital plane. At this time, the orbital inclination and the satellite-to-ground velocity are different for each orbital plane, but since the average orbital inclination and the satellite-to-ground velocity are maintained, the orbital plane revolution periods are synchronized and the satellite-to-ground velocity with the adjacent orbit. Will be maintained on average. By repeating this operation in the order in which the adjacent orbital planes are arranged, the orbital altitudes of each orbital plane are arranged in a sinusoidal shape, and the sinusoidal altitude difference changes in a wavy shape with the passage of time.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of relative altitude differences between a plurality of orbital planes of the mega constellation satellite group according to the present embodiment.
  • FIG. 12 shows the relative altitude difference of each orbital plane in the satellite constellation 20 having 17 orbital planes.
  • the vertical axis indicates that the altitude of the orbital plane 1 is high and the altitude decreases in descending order, and does not indicate the distance.
  • the difference in orbital altitude between the adjacent orbital plane 1 and the orbital plane 2 and the difference in the orbital altitude between the orbital plane 2 and the orbital plane 3 are plotted with the orbital plane 1 as a reference. It shows that it becomes a sinusoidal shape.
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of the space traffic management system 500 according to the present embodiment.
  • FIG. 14 is a detailed configuration example of the space information recorder 101 of the mega constellation business apparatus 41 according to the present embodiment.
  • FIG. 15 is a detailed configuration example of the space information recorder 101 of the SSA business apparatus 47 according to the present embodiment.
  • FIG. 16 is a flow chart of a jamming satellite avoidance method according to the present embodiment.
  • the mega constellation business device 41 periodically transmits the orbit information of the individual satellites constituting the mega constellation satellite group to the SSA business device 47. Further, if there is a space object whose location is unknown in the orbital altitude region where the mega constellation satellite group flies, the SSA business device 47 notifies the mega constellation business device 41 as a danger warning. Specifically, it is as follows. The following (1) to (4) correspond to (1) to (4) in FIG.
  • step S101 the SSA business apparatus 47 grasps the orbit altitude region from the public orbit information of the mega constellation satellite group A.
  • the mega constellation business device 41 transmits real-time high-precision orbit information of individual satellites of the mega constellation satellite group A to the SSA business device 47 periodically or irregularly.
  • step S103 the SSA project apparatus 47 determines whether or not a suspicious satellite that is different from the satellite of the mega constellation satellite group A and is not in the catalog is found in the orbital altitude region of the mega constellation satellite group A. If a suspicious satellite is found, the process proceeds to step S104.
  • step S104 the SSA business device 47 notifies the mega constellation business device 41 as a danger warning.
  • step S105 the mega constellation business apparatus 41 implements an avoidance action.
  • the plurality of space traffic management devices 100 included in the space traffic management system 500 are connected to each other by a communication line 200.
  • the space traffic management device 100 is provided in each of the plurality of mega constellation business devices 41 and the SSA business device 47.
  • mega constellation business devices A and B are shown as a plurality of mega constellation business devices 41.
  • the space traffic management device 100 of the mega constellation business device 41 includes a space information recorder 101, a danger warning device 102, a danger analysis device 103 that analyzes the orbit of a space object, a danger avoidance action support device 104, and a danger avoidance action. It is provided with implementation plan information 105.
  • the space information recorder 101 of the mega constellation business apparatus 41 records the orbit information of the satellites constituting the mega constellation.
  • the space information recorder 101 includes public orbit information 61 associated with the satellite group ID that identifies the satellite group, and real-time high-precision orbit information 64 associated with the satellite ID that identifies the satellite.
  • the public track information 61 is track information that can be disclosed to other business devices.
  • constituent satellite information such as the number of satellites constituting the satellite group and the satellite ID, an upper limit and a lower limit of the orbit altitude of the satellite group, and an upper limit and a lower limit of the orbit inclination angle of the satellite group are set.
  • the real-time high-precision orbit information 64 is forecast orbit information and actual orbit information for each satellite constituting the satellite group.
  • a specific example of the forecast orbit information is the orbit forecast information 51 in FIG.
  • the danger alarm device 102 notifies the danger of approaching or colliding with a space object.
  • the danger alarm device 102 includes orbit information associated with a space object ID that identifies a space object.
  • the disclosure condition information for setting the disclosure condition of the orbit information is provided.
  • the danger analysis device 103 analyzes the orbit of a space object.
  • the danger analysis device 103 is an example of a collision analysis unit 411 that analyzes a collision between a space object S, which is a suspicious satellite, and individual satellites constituting a group of mega constellation satellites. That is, the server 212 included in the space traffic management device 100 of the mega constellation business device 41 performs collision analysis between a space object which is a suspicious satellite and individual satellites constituting the mega constellation satellite group.
  • the danger avoidance action support device 104 plans the division of roles of the avoidance action of the space object.
  • the danger avoidance action support device 104 is an example of the countermeasure planning unit 412 that formulates a collision avoidance countermeasure when a collision between the mega constellation and the space object S is predicted. That is, the server 212 included in the space traffic management device 100 of the mega constellation business device 41 devises collision avoidance measures when a collision is foreseen.
  • the danger avoidance action implementation plan information 105 an avoidance action plan devised by the danger avoidance action support device 104 is set.
  • Forecast orbit information is set in the real-time high-precision orbit information 64 corresponding to the satellite ID. These forecast orbit information is set in real time and with high accuracy.
  • the space traffic management device 100 of the SSA business device 47 includes a space information recorder 101, a danger alarm device 102, and a danger analysis device 103.
  • the database 211 included in the space traffic management device 100 of the SSA business device 47 collects the orbit information of the mega constellation satellites acquired from the plurality of mega constellation business devices 41 and the orbit information of the space object of the suspicious satellite that is not in the catalog. Record.
  • the space information recorder 101 of the SSA business device 47 contains public orbit information 61 of the mega constellation satellite group acquired from the mega constellation business device A and actual orbit information of space objects discovered by the SSA business device 47. Record 63.
  • the public orbit information 61 is the orbit information of the mega constellation satellite group acquired from the mega constellation business apparatus A.
  • the configuration of the public orbit information 61 and the real-time high-precision orbit information 64 is the same as that of the mega constellation business device 41.
  • the danger analysis device 103 analyzes the orbit of a space object.
  • the danger analysis device 103 is an example of an orbit analysis unit 431 that identifies a group of mega constellation satellites formed at orbit altitudes that are expected to pass during flight of a space object that is a suspicious satellite. That is, the server 212 included in the space traffic management device 100 of the collision avoidance support project device 43 identifies a group of mega constellation satellites formed at orbital altitudes that are expected to pass during the flight of a space object that is a suspicious satellite. do.
  • the danger alarm device 102 reports the danger of approaching or colliding with a space object that is a suspicious satellite.
  • the danger warning device 102 will give a danger warning to the mega constellation operator and the space, which is a suspicious satellite.
  • the function of the space traffic management device 100 is realized by software.
  • the function of the space traffic management device 100 may be realized by hardware.
  • FIG. 17 describes the hardware configuration of the space traffic management device 100 according to the modified example of the present embodiment.
  • the hardware configuration of the space traffic management device 100 will be described by taking the space traffic management device 100 of the mega constellation business device 41 as an example. It is assumed that the space traffic management device 100 of the other business device 40 also has the same hardware configuration.
  • the space traffic management device 100 of the mega constellation business device 41 includes a collision analysis unit 411, a countermeasure planning unit 412, and a storage unit 140 as an example of functional elements that realize the mega constellation management function.
  • the space traffic management device 100 includes an electronic circuit 909 instead of the processor 910.
  • the electronic circuit 909 is a dedicated electronic circuit that realizes the functions of the space traffic management device 100.
  • the electronic circuit 909 is specifically a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, a logic IC, a GA, an ASIC, or an FPGA. GA is an abbreviation for Gate Array.
  • the function of the space traffic management device 100 may be realized by one electronic circuit, or may be distributed and realized by a plurality of electronic circuits. As another modification, some functions of the space traffic management device 100 may be realized by an electronic circuit, and the remaining functions may be realized by software.
  • Each of the processor and the electronic circuit is also called a processing circuit. That is, the function of the space traffic management device 100 is realized by the processing circuit.
  • collision avoidance can be performed when a space object of another operator exists in the orbital altitude region of the mega constellation satellite group. Further, according to the space traffic management system according to the present disclosure, the mega constellation business device and the SSA business device can cooperate to avoid a collision with a suspicious satellite whose location is unknown.
  • the jamming satellite according to the present embodiment is an artificial satellite that adopts the nominal orbit altitude and the nominal orbit inclination angle at which the mega constellation satellite group flies.
  • the jamming satellite comprises a radio transmitter of one or more bands of L band or X band, C band, Ku band and Ka band.
  • the jamming satellite is controlled by a ground device different from the device that controls the mega constellation satellite group.
  • the jamming satellite transmits radio waves in another artificial satellite controlled by a ground device to receive radio waves, or in an area where ground equipment does not fly.
  • the configuration of the jamming satellite is the same as that of the space object 60 of FIG. Further, the configuration of the ground equipment is the same as the configuration of the ground equipment 700 in FIG.
  • the mega constellation business device 41 changes the frequency of radio waves transmitted and received, or spreads the spectrum in the mega constellation satellite group.
  • the mega constellation business device 41 adopts a jamming satellite avoidance method that avoids jamming by jamming satellites controlled by a ground device different from the device that controls the mega constellation satellite group.
  • a jamming signal in the same frequency band as the command signal is transmitted in the vicinity of the mega constellation satellite group, there is a risk that the control of the mega constellation will be paralyzed. Also, if it is in the same frequency band as the communication service signal, there is a risk of radio interference. However, there is a concern that the radio wave for short-range communication transmitted when satellites pass by each other cannot be restricted by the Radio Law because the radio wave strength is weak. In order to avoid such jamming, it is effective to change the frequency in orbit, which is called frequency hopping, or to improve the resistance to interfering waves by using a band diffusion technology called spread spectrum. ..
  • each part of the space traffic management system and the space traffic management device has been described as an independent functional block.
  • the configuration of the space traffic management system and the space traffic management device does not have to be the configuration as in the above-described embodiment.
  • the functional blocks of the space traffic management system and the space traffic management device may have any configuration as long as they can realize the functions described in the above-described embodiment.
  • the space traffic management system and the space traffic management device may be one device or a system composed of a plurality of devices.
  • first and second embodiments a plurality of parts may be combined and carried out. Alternatively, one part of this embodiment may be implemented. In addition, these embodiments may be implemented in any combination as a whole or partially. That is, in the first and second embodiments, any combination of any part of the first and second embodiments can be freely combined, any component can be modified, or any component can be omitted in the first and second embodiments. Is.

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Abstract

ジャミング衛星回避方法は、１００機以上の衛星から構成されたメガコンステレーション衛星群において、法線ベクトルの異なる軌道面毎に軌道高度を変更することにより、メガコンステレーション衛星群を制御する装置とは異なる地上装置により制御されるジャミング衛星を回避する。ジャミング衛星は、メガコンステレーション衛星群が飛翔する公称軌道高度及び公称軌道傾斜角を採用し、推進装置を具備する人工衛星であって、不規則に推進装置を動作させながら、平均軌道高度と平均軌道傾斜角を維持するとともに、メガコンステレーション衛星群を制御する装置とは異なる地上装置により制御される。

Description

ジャミング衛星回避方法、人工衛星、地上装置、メガコンステレーション事業装置、および、宇宙交通管理システム
　本開示は、ジャミング衛星回避方法、人工衛星、地上装置、メガコンステレーション事業装置、および、宇宙交通管理システムに関する。
　近年、数百から数千機に及ぶ大規模衛星コンステレーション、所謂メガコンステレーションの構築が始まり、軌道上における衛星の衝突のリスクが高まっている。また、故障により制御不能となった衛星、あるいは、ロケットの残骸といったスペースデブリが増加している。
　このような宇宙空間における衛星およびスペースデブリといった宇宙物体の急激な増加に伴い、宇宙交通管制（ＳＴＭ）では、宇宙物体の衝突を回避するための国際的なルール作りの必要性が高まっている。
　特許文献１には、同一の円軌道に複数の衛星から成る衛星コンステレーションを形成する技術が開示されている。
　従来、米国のＣＳｐＯＣ（Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　Ｓｐａｃｅ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ　Ｃｅｎｔｅｒ）が宇宙物体の監視を継続し、宇宙物体同士の接近あるいは衝突が予見された場合に警報を発令する仕組みが存在する。有人宇宙基地および商用通信衛星では、この警報に応じて必要と判断した場合に回避運用を実施している。
特開２０１７－１１４１５９号公報
　多数の衛星から構成されたメガコンステレーション衛星群の軌道高度領域に１機でも他事業者の宇宙物体が存在すると、飛行安全を確保するためのタイミング管理が極めて難しくなる。特に、時々刻々推進装置を動作させて軌道特性が変動する場合には、軌道予測誤差が大きくなり、メガコンステレーション自体の衛星群のタイミング管理ができなくなるリスクが発生する。
　また、他事業者の衛星との衝突を回避するために、メガコンステ衛星群を構成する衛星同士が衝突事故を発生した場合、一見すると他事業者衛星側には過失がないように見えるため、合法的にメガコンステレーション衛星群の衝突を誘発できることになる。
　特許文献１には、メガコンステレーション衛星群の軌道高度領域に他事業者の宇宙物体が存在する場合の衝突回避の仕組みについては記載されていない。
　本開示は、メガコンステレーション衛星群の軌道高度領域に他事業者の宇宙物体が存在した場合の衝突回避の仕組みを提供することを目的とする。
　本開示に係るジャミング衛星回避方法は、１００機以上の衛星から構成されたメガコンステレーション衛星群において、法線ベクトルの異なる軌道面毎に軌道高度を変更することにより、前記メガコンステレーション衛星群を制御する装置とは異なる地上装置により制御されるジャミング衛星を回避する。
　本開示に係るジャミング衛星回避方法は、法線ベクトルの異なる軌道面毎に軌道高度を変更することにより、メガコンステレーション衛星群を制御する装置とは異なる地上装置により制御されるジャミング衛星を回避する。よって、本開示に係るジャミング衛星回避方法によれば、メガコンステレーション衛星群の軌道高度領域に他事業者の宇宙物体が存在した場合に衝突回避することができる。
複数衛星が連携して地球の全球に亘り通信サービスを実現する例。 単一軌道面の複数衛星が地球観測サービスを実現する例。 極域近傍で交差する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションの例。 極域以外で交差する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションの例。 衛星コンステレーション形成システムの構成図。 衛星コンステレーション形成システムの衛星の構成図。 衛星コンステレーション形成システムの地上設備の構成図。 衛星コンステレーション形成システムの機能構成例。 実施の形態１に係る宇宙交通管理装置のハードウェア構成例。 実施の形態１に係る軌道予報情報の例を示す図。 実施の形態１に係る宇宙交通管理システムの機能構成例。 実施の形態１の係るメガコンステレーション衛星群の複数の軌道面の相対高度差の一例を表す図。 実施の形態１に係る宇宙交通管理システムの構成例。 実施の形態１に係るメガコンステレーション事業装置の宇宙情報レコーダーの詳細構成例。 実施の形態１に係るＳＳＡ事業装置の宇宙情報レコーダーの詳細構成例。 実施の形態１に係るジャミング衛星回避方法のフロー図。 実施の形態１の変形例に係る宇宙交通管理装置のハードウェア構成例。
　以下、本開示の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付している。実施の形態の説明において、同一または相当する部分については、説明を適宜省略または簡略化する。また、以下の図面では各構成の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、実施の形態の説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」、「表」、「裏」といった方向あるいは位置が示されている場合がある。それらの表記は、説明の便宜上、そのように記載しているだけであって、装置、器具、あるいは部品といった構成の配置および向きを限定するものではない。
　実施の形態１．
　以下の実施の形態に係る宇宙交通管理システムの前提となる衛星コンステレーションの例について説明する。
　図１は、地上に対し、複数衛星が連携して地球７０の全球に亘り通信サービスを実現する例を示す図である。
　図１は、全球に亘り通信サービスを実現する衛星コンステレーション２０を示している。
　同一軌道面を同一高度で飛行している複数の衛星の各衛星では、地上に対する通信サービス範囲が後続衛星の通信サービス範囲とオーバーラップしている。よって、このような複数の衛星によれば、地上の特定地点に対して、同一軌道面上の複数の衛星が時分割的に交互に交代しながら通信サービスを提供することができる。また、隣接軌道面を設けることにより、隣接軌道間の地上に対する通信サービスを面的に網羅することが可能となる。同様に、地球の周りに多数の軌道面を概ね均等配置すれば、全球に亘り地上に対する通信サービスが可能となる。
　図２は、単一軌道面の複数衛星が地球観測サービスを実現する例を示す図である。
　図２は、地球観測サービスを実現する衛星コンステレーション２０を示している。図２の衛星コンステレーション２０は、光学センサあるいは合成開口レーダーといった電波センサである地球観測装置を具備した衛星が同一軌道面を同一高度で飛行する。このように、地上の撮像範囲が時間遅れで後続衛星がオーバーラップする衛星群３００では、地上の特定地点に対して軌道上複数の衛星が時分割的に交互に交代しながら地上画像を撮像することにより地球観測サービスを提供する。
　このように、衛星コンステレーション２０は、各軌道面の複数の衛星からなる衛星群３００により構成される。衛星コンステレーション２０では、衛星群３００が連携してサービスを提供する。衛星コンステレーション２０とは、具体的には、図１に示すような通信事業サービス会社、あるいは、図２に示すような観測事業サービス会社による１つの衛星群から成る衛星コンステレーションを指す。
　図３は、極域近傍で交差する複数の軌道面２１を有する衛星コンステレーション２０の例である。また、図４は、極域以外で交差する複数の軌道面２１を有する衛星コンステレーション２０の例である。
　図３の衛星コンステレーション２０では、複数の軌道面の各軌道面２１の軌道傾斜角が約９０度であり、かつ、複数の軌道面の各軌道面２１が互いに異なる面に存在する。
　図４の衛星コンステレーション２０では、複数の軌道面の各軌道面２１の軌道傾斜角が約９０度ではなく、かつ、複数の軌道面の各軌道面２１が互いに異なる面に存在する。
　図３の衛星コンステレーション２０では、任意の２つの軌道面が極域近傍の地点で交差する。また、図４の衛星コンステレーション２０では、任意の２つの軌道面が極域以外の地点で交差する。図３では、極域近傍において、衛星３０の衝突が発生する可能性がある。また、図４に示すように、軌道傾斜角が９０度よりも傾斜している複数の軌道面の交点は軌道傾斜角に応じて極域から離れていく。また、軌道面の組合せによって赤道近傍を含む多様な位置で軌道面が交差する可能性がある。このため、衛星３０の衝突が発生する可能性のある場所が多様化する。衛星３０は人工衛星ともいう。
　特に、近年、数百から数千機に及ぶ大規模衛星コンステレーションの構築が始まり、軌道上における衛星の衝突のリスクが高まっている。また、故障により制御不能となった人工衛星、あるいは、ロケットの残骸といったデブリが増加している。大規模衛星コンステレーションは、メガコンステレーションともいう。このようなデブリはスペースデブリともいう。
　このように、宇宙空間におけるデブリ増加、および、メガコンステレーションを始めとする衛星数の急激な増加に伴い、宇宙交通管制（ＳＴＭ）の必要性が高まっている。
　また、宇宙物体の軌道遷移のために、軌道上のミッション終了後の軌道離脱（ＰＭＤ）あるいは故障した衛星、および、浮遊するロケット上段といったデブリをデブリ除去衛星といった外的手段により軌道離脱させるＡＤＲの必要性が高まっている。このようなＡＤＲの必要性について、ＳＴＭとして国際的な議論が始まっている。ここで、ＰＭＤは、Ｐｏｓｔ　Ｍｉｓｓｉｏｎ　Ｄｉｓｐｏｓａｌの略語である。ＡＤＲは、Ａｃｔｉｖｅ　Ｄｅｂｒｉｓ　Ｒｅｍｏｖａｌの略語である。ＳＴＭは、Ｓｐａｃｅ　Ｔｒａｆｆｉｃ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔの略語である。
　図５から図８を用いて衛星コンステレーション２０を形成する衛星コンステレーション形成システム６００における衛星３０と地上設備７００の一例について説明する。例えば、衛星コンステレーション形成システム６００は、メガコンステレーション事業装置４１、ＬＥＯコンステレーション事業装置、あるいは衛星事業装置のような衛星コンステレーション事業を行う事業者により運用される。ＬＥＯは、Ｌｏｗ　Ｅａｒｔｈ　Ｏｒｂｉｔの略語である。
　また、衛星コンステレーション形成システム６００による衛星制御方式は、衛星を制御する事業装置４０にも適用される。例えば、デブリ除去衛星を管理するデブリ除去事業装置４５、ロケットを打ち上げるロケット打ち上げ事業装置４６、および軌道遷移衛星を管理する軌道遷移事業装置４４といった事業装置４０に搭載されていてもよい。
　衛星コンステレーション形成システム６００による衛星制御方式は、宇宙物体６０を管理する事業者の事業装置であれば、どのような事業装置に搭載されていても構わない。
　なお、事業装置４０の各装置については後述する。
　図５は、衛星コンステレーション形成システム６００の構成図である。
　衛星コンステレーション形成システム６００は、コンピュータを備える。図５では、１つのコンピュータの構成を示しているが、実際には、衛星コンステレーション２０を構成する複数の衛星の各衛星３０、および、衛星３０と通信する地上設備７００の各々にコンピュータが備えられる。そして、複数の衛星の各衛星３０、および、衛星３０と通信する地上設備７００の各々に備えられたコンピュータが連携して、衛星コンステレーション形成システム６００の機能を実現する。以下において、衛星コンステレーション形成システム６００の機能を実現するコンピュータの構成の一例について説明する。
　衛星コンステレーション形成システム６００は、衛星３０と地上設備７００を備える。衛星３０は、地上設備７００の通信装置９５０と通信する衛星通信装置３２を備える。図５では、衛星３０が備える構成のうち衛星通信装置３２を図示している。
　衛星コンステレーション形成システム６００は、プロセッサ９１０を備えるとともに、メモリ９２１、補助記憶装置９２２、入力インタフェース９３０、出力インタフェース９４０、および通信装置９５０といった他のハードウェアを備える。プロセッサ９１０は、信号線を介して他のハードウェアと接続され、これら他のハードウェアを制御する。衛星コンステレーション形成システム６００のハードウェアについては、図９において後述する宇宙交通管理装置１００のハードウェアと同様である。
　衛星コンステレーション形成システム６００は、機能要素として、衛星コンステレーション形成部１１を備える。衛星コンステレーション形成部１１の機能は、ハードウェアあるいはソフトウェアにより実現される。
　衛星コンステレーション形成部１１は、衛星３０と通信しながら衛星コンステレーション２０の形成を制御する。
　図６は、衛星コンステレーション形成システム６００の衛星３０の構成図である。
　衛星３０は、衛星制御装置３１と衛星通信装置３２と推進装置３３と姿勢制御装置３４と電源装置３５とを備える。その他、各種の機能を実現する構成要素を備えるが、図６では、衛星制御装置３１と衛星通信装置３２と推進装置３３と姿勢制御装置３４と電源装置３５について説明する。衛星３０は、宇宙物体６０の一例である。
　衛星制御装置３１は、推進装置３３と姿勢制御装置３４とを制御するコンピュータであり、処理回路を備える。具体的には、衛星制御装置３１は、地上設備７００から送信される各種コマンドにしたがって、推進装置３３と姿勢制御装置３４とを制御する。
　衛星通信装置３２は、地上設備７００と通信する装置である。具体的には、衛星通信装置３２は、自衛星に関する各種データを地上設備７００へ送信する。また、衛星通信装置３２は、地上設備７００から送信される各種コマンドを受信する。
　推進装置３３は、衛星３０に推進力を与える装置であり、衛星３０の速度を変化させる。具体的には、推進装置３３は、アポジキックモーターまたは化学推進装置、または電気推進装置である。アポジキックモーター（ＡＫＭ：Ａｐｏｇｅｅ　Ｋｉｃｋ　Ｍｏｔｏｒ）は、人工衛星の軌道投入に使われる上段の推進装置のことであり、アポジモーター（固体ロケットモーター使用時）、またはアポジエンジン（液体エンジン使用時）とも呼ばれている。
　化学推進装置は、一液性ないし二液性燃料を用いたスラスタである。電気推進装置としては、イオンエンジンまたはホールスラスタである。アポジキックモーターは軌道遷移に用いる装置の名称であり、化学推進装置の一種である場合もある。
　姿勢制御装置３４は、衛星３０の姿勢と衛星３０の角速度と視線方向（Ｌｉｎｅ　Ｏｆ　Ｓｉｇｈｔ）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３４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３４は、各姿勢要素を所望の方向に維持する。姿勢制御装置３４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といった装置である。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・ジャイロといった装置である。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７００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。
　電源装置３５は、太陽電池、バッテリおよび電力制御装置といった機器を備え、衛星３０に搭載される各機器に電力を供給する。
　衛星制御装置３１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、具体的には、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。
　図７は、衛星コンステレーション形成システム６００が備える地上設備７００の構成図である。
　地上設備７００は、全ての軌道面の多数衛星をプログラム制御する。地上設備７００は、地上装置の例である。地上装置は、地上アンテナ装置、地上アンテナ装置に接続された通信装置、あるいは電子計算機といった地上局と、地上局にネットワークで接続されたサーバあるいは端末としての地上設備から構成される。また、地上装置には航空機、自走車両、あるいは移動端末といった移動体に搭載された通信装置を含んでも良い。
　地上設備７００は、各衛星３０と通信することによって衛星コンステレーション２０を形成する。地上設備７００は、宇宙交通管理装置１００に備えられる。地上設備７００は、プロセッサ９１０を備えるとともに、メモリ９２１、補助記憶装置９２２、入力インタフェース９３０、出力インタフェース９４０、および通信装置９５０といった他のハードウェアを備える。プロセッサ９１０は、信号線を介して他のハードウェアと接続され、こ
れら他のハードウェアを制御する。地上設備７００のハードウェアについては、図９において後述する宇宙交通管理装置１００のハードウェアと同様である。
　地上設備７００は、機能要素として、軌道制御コマンド生成部５１０と、解析予測部５２０を備える。軌道制御コマンド生成部５１０および解析予測部５２０の機能は、ハードウェアあるいはソフトウェアにより実現される。
　通信装置９５０は、衛星コンステレーション２０を構成する衛星群３００の各衛星３０を追跡管制する信号を送受信する。また、通信装置９５０は、軌道制御コマンド５５を各衛星３０に送信する。
　解析予測部５２０は、衛星３０の軌道を解析予測する。
　軌道制御コマンド生成部５１０は、衛星３０に送信する軌道制御コマンド５５を生成する。
　軌道制御コマンド生成部５１０および解析予測部５２０は、衛星コンステレーション形成部１１の機能を実現する。すなわち、軌道制御コマンド生成部５１０および解析予測部５２０は、衛星コンステレーション形成部１１の例である。
　図８は、衛星コンステレーション形成システム６００の機能構成例を示す図である。
　衛星３０は、さらに、衛星コンステレーション２０を形成する衛星コンステレーション形成部１１ｂを備える。そして、複数の衛星の各衛星３０の衛星コンステレーション形成部１１ｂと、地上設備７００の各々に備えられた衛星コンステレーション形成部１１とが連携して、衛星コンステレーション形成システム６００の機能を実現する。なお、衛星３０の衛星コンステレーション形成部１１ｂは、衛星制御装置３１に備えられていてもよい。
＊＊＊構成の説明＊＊＊
　本実施の形態に係る宇宙交通管理システム５００は、衝突回避支援事業装置４３と、複数のメガコンステレーション事業装置４１を備える。衝突回避支援事業装置４３は、宇宙空間における宇宙物体同士の衝突の回避を支援する。メガコンステレーション事業装置４１は、１００機以上の衛星から成る衛星コンステレーションであるメガコンステレーションを管理する。
　また、本実施の形態に係る宇宙交通管理装置１００は、衝突回避支援事業装置４３と、複数のメガコンステレーション事業装置４１の各々とに実装されるとともに、データベース２１１とサーバ２１２を備える。また、宇宙交通管理装置１００は、ＳＳＡ（Ｓｐａｃｅ　Ｓｉｔｕａｔｉｏｎａｌ　Ａｗａｒｅｎｅｓｓ）事業、すなわち、宇宙状況監視事業を行うＳＳＡ事業装置４７に実装されていてもよい。
　宇宙交通管理システム５００は、ＳＳＡ事業装置４７と複数のメガコンステレーション事業装置４１との各々に実装された宇宙交通管理装置１００を通信回線で接続する。
　図９は、本実施の形態に係る事業装置４０の宇宙交通管理装置１００のハードウェア構成例を示す図である。
　図１０は、本実施の形態に係る事業装置４０の宇宙交通管理装置１００のハードウェア構成例を示す図である。
　本実施の形態では、宇宙交通管理装置１００は、複数のメガコンステレーション事業装置４１の各々、ＳＳＡ事業装置４７、および衝突回避支援事業装置４３の各々に実装される。
　メガコンステレーション事業装置４１は、複数の衛星から成る衛星コンステレーションを管理する。具体的には、メガコンステレーション事業装置４１は、大規模衛星コンステレーション、すなわちメガコンステレーション事業を行うメガコンステレーション事業者のコンピュータである。メガコンステレーション事業装置４１は、例えば、１００機以上の衛星から構成された衛星コンステレーションを管理する衛星コンステレーション事業装置の例である。
　衝突回避支援事業装置４３は、宇宙空間における宇宙物体同士の衝突の回避を支援する。具体的には、衝突回避支援事業装置４３は、宇宙空間における宇宙物体同士の衝突の回避を支援する衝突回避支援事業者のコンピュータである。
　事業装置４０には、メガコンステレーション事業装置４１、宇宙物体事業装置４２、および衝突回避支援事業装置４３の他に、ＬＥＯコンステレーション事業装置、衛星事業装置、軌道遷移事業装置、デブリ除去事業装置、ロケット打ち上げ事業装置、およびＳＳＡ事業装置４７といった事業装置が含まれていてもよい。
　事業装置４０の各々は、各装置が管理する人工衛星、あるいは、デブリといった宇宙物体６０に関する情報を提供する。事業装置４０は、人工衛星、あるいは、デブリといった宇宙物体６０に関する情報を収集する事業者のコンピュータである。
　ＬＥＯコンステレーション事業装置は、低軌道コンステレーション、すなわちＬＥＯコンステレーション事業を行うＬＥＯコンステレーション事業者のコンピュータである。
　衛星事業装置は、１機から数機の衛星を扱う衛星事業者のコンピュータである。
　軌道遷移事業装置は、衛星の宇宙物体侵入警報を行う軌道遷移事業者のコンピュータである。
　デブリ除去事業装置は、デブリを回収する事業を行うデブリ除去事業者のコンピュータである。
　ロケット打ち上げ事業装置は、ロケット打ち上げ事業を行うロケット打ち上げ事業者のコンピュータである。
　ＳＳＡ事業装置は、ＳＳＡ事業、すなわち、宇宙状況監視事業を行うＳＳＡ事業者のコンピュータである。
　宇宙交通管理装置１００は、各事業装置４０が備える地上設備７０１に搭載されていてもよい。また、宇宙交通管理装置１００は、衛星コンステレーション形成システム６００に搭載されていてもよい。
　宇宙交通管理装置１００は、プロセッサ９１０を備えるとともに、メモリ９２１、補助記憶装置９２２、入力インタフェース９３０、出力インタフェース９４０、および通信装置９５０といった他のハードウェアを備える。プロセッサ９１０は、信号線を介して他のハードウェアと接続され、これら他のハードウェアを制御する。
　プロセッサ９１０は、サーバの例である。メモリ９２１および補助記憶装置９２２は、データベース２１１の例である。また、サーバ２１２は、入力インタフェース９３０、出力インタフェース９４０、通信装置９５０、および記憶機器といった他のハードウェアを備えていてもよい。サーバ２１２は、メガコンステレーション事業装置４１、ＳＳＡ事業装置４７、および衝突回避支援事業装置４３の各々の機能を実現する。
　図９に示すように、宇宙交通管理装置１００は、衝突回避支援機能を実現する機能要素の一例として、軌道解析部４３１と通報部４３２と記憶部１４０を備える。記憶部１４０には、宇宙情報レコーダー１０１が記憶されている。
　また、図１０に示すように、宇宙交通管理装置１００は、メガコンステレーション管理機能を実現する機能要素の一例として、衝突解析部４１１と対策立案部４１２と記憶部１４０を備える。記憶部１４０には、宇宙情報レコーダー１０１が記憶されている。
　軌道解析部４３１と通報部４３２の機能は、ソフトウェアにより実現される。記憶部１４０は、メモリ９２１に備えられる。あるいは、記憶部１４０は、補助記憶装置９２２に備えられていてもよい。また、記憶部１４０は、メモリ９２１と補助記憶装置９２２に分けられて備えられてもよい。
　なお、図９では、宇宙交通管理装置１００が衝突回避支援の機能を実現するものとして説明する。しかし、宇宙交通管理装置１００は衝突回避支援の機能以外の様々な機能を有する。
　プロセッサ９１０は、宇宙交通管理プログラムを実行する装置である。宇宙交通管理プログラムは、宇宙交通管理装置１００および宇宙交通管理システム５００の各構成要素の機能を実現するプログラムである。
　プロセッサ９１０は、演算処理を行うＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。プロセッサ９１０の具体例は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）である。
　メモリ９２１は、データを一時的に記憶する記憶装置である。メモリ９２１の具体例は、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、あるいはＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）である。
　補助記憶装置９２２は、データを保管する記憶装置である。補助記憶装置９２２の具体例は、ＨＤＤである。また、補助記憶装置９２２は、ＳＤ（登録商標）メモリカード、ＣＦ、ＮＡＮＤフラッシュ、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ブルーレイ（登録商標）ディスク、ＤＶＤといった可搬の記憶媒体であってもよい。なお、ＨＤＤは、Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅの略語である。ＳＤ（登録商標）は、Ｓｅｃｕｒｅ　Ｄｉｇｉｔａｌの略語である。ＣＦは、ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ（登録商標）の略語である。ＤＶＤは、Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｋの略語である。
　入力インタフェース９３０は、マウス、キーボード、あるいはタッチパネルといった入力装置と接続されるポートである。入力インタフェース９３０は、具体的には、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂｕｓ）端子である。なお、入力インタフェース９３０は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）と接続されるポートであってもよい。
　出力インタフェース９４０は、ディスプレイといった表示機器９４１のケーブルが接続されるポートである。出力インタフェース９４０は、具体的には、ＵＳＢ端子またはＨＤＭＩ（登録商標）（Ｈｉｇｈ　Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）端子である。ディスプレイは、具体的には、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）である。
　通信装置９５０は、レシーバとトランスミッタを有する。通信装置９５０は、具体的には、通信チップまたはＮＩＣ（Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　Ｃａｒｄ）である。本実施の形態では、メガコンステレーション事業装置４１、ＳＳＡ事業装置４７、および衝突回避支援事業装置４３の各々の宇宙交通管理装置１００は、通信回線を介して、互いに通信を行う。
　宇宙交通管理プログラムは、プロセッサ９１０に読み込まれ、プロセッサ９１０によって実行される。メモリ９２１には、宇宙交通管理プログラムだけでなく、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）も記憶されている。プロセッサ９１０は、ＯＳを実行しながら、宇宙交通管理プログラムを実行する。宇宙交通管理プログラムおよびＯＳは、補助記憶装置９２２に記憶されていてもよい。補助記憶装置９２２に記憶されている宇宙交通管理プログラムおよびＯＳは、メモリ９２１にロードされ、プロセッサ９１０によって実行される。なお、宇宙交通管理プログラムの一部または全部がＯＳに組み込まれていてもよい。
　宇宙交通管理装置１００は、プロセッサ９１０を代替する複数のプロセッサを備えていてもよい。これら複数のプロセッサは、プログラムの実行を分担する。それぞれのプロセッサは、プロセッサ９１０と同じように、プログラムを実行する装置である。
　プログラムにより利用、処理または出力されるデータ、情報、信号値および変数値は、メモリ９２１、補助記憶装置９２２、または、プロセッサ９１０内のレジスタあるいはキャッシュメモリに記憶される。
　宇宙交通管理装置の各部の「部」を「処理」、「手順」、「手段」、「段階」あるいは「工程」に読み替えてもよい。また、軌道解析処理と通報処理の「処理」を「プログラム」、「プログラムプロダクト」または「プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体」に読み替えてもよい。「処理」、「手順」、「手段」、「段階」あるいは「工程」は、互いに読み換えが可能である。
　宇宙交通管理プログラムは、宇宙交通管理システムの各部の「部」を「処理」、「手順」、「手段」、「段階」あるいは「工程」に読み替えた各処理、各手順、各手段、各段階あるいは各工程を、コンピュータに実行させる。また、宇宙交通管理方法は、宇宙交通管理装置１００が宇宙交通管理プログラムを実行することにより行われる方法である。
　宇宙交通管理プログラムは、コンピュータ読取可能な記録媒体に格納されて提供されてもよい。また、各プログラムは、プログラムプロダクトとして提供されてもよい。
　図１１は、本実施の形態に係る宇宙情報レコーダー１０１が具備する軌道予報情報５１の例を示す図である。
　宇宙交通管理装置１００は、宇宙物体６０の軌道の予報値が設定された軌道予報情報５１を記憶部１４０に記憶する。宇宙交通管理装置１００は、例えば、複数の宇宙物体６０を管理する管理事業者により利用される事業装置４０から、複数の宇宙物体６０の各々の軌道の予報値を取得し、軌道予報情報５１として記憶してもよい。あるいは、宇宙交通管理装置１００は、複数の宇宙物体６０の各々の軌道の予報値が設定された軌道予報情報５１を管理事業者から取得し、記憶部１４０に記憶してもよい。
　管理事業者は、衛星コンステレーション、各種の衛星、ロケット、およびデブリといった宇宙を飛行する宇宙物体６０を管理する事業者である。また、上述したように、各管理事業者により利用される事業装置４０は、メガコンステレーション事業装置、ＬＥＯコンステレーション事業装置、衛星事業装置、軌道遷移事業装置、デブリ除去事業装置、ロケット打ち上げ事業装置、およびＳＳＡ事業装置といったコンピュータである。
　軌道予報情報５１には、衛星軌道予報情報５２とデブリ軌道予報情報５３とが含まれる。衛星軌道予報情報５２には、衛星の軌道の予報値が設定されている。デブリ軌道予報情報５３には、デブリの軌道の予報値が設定されている。本実施の形態では、衛星軌道予報情報５２とデブリ軌道予報情報５３とが軌道予報情報５１に含まれる構成であるが、衛星軌道予報情報５２とデブリ軌道予報情報５３とが、個々の情報として記憶部１４０に記憶されていても構わない。
　軌道予報情報５１には、例えば、宇宙物体ＩＤ（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）５１１、予報元期５１２、予報軌道要素５１３、および予報誤差５１４といった情報が設定される。
　宇宙物体ＩＤ５１１は、宇宙物体６０を識別する識別子である。図１０では、宇宙物体ＩＤ５１１として、衛星ＩＤとデブリＩＤが設定されている。宇宙物体は、具体的には、宇宙空間に打ち上げられるロケット、人工衛星、宇宙基地、デブリ除去衛星、惑星探査宇宙機、ミッション終了後にデブリ化した衛星あるいはロケットといった物体である。
　予報元期５１２は、複数の宇宙物体の各々の軌道について予報されている元期である。
　予報軌道要素５１３は、複数の宇宙物体の各々の軌道を特定する軌道要素である。予報軌道要素５１３は、複数の宇宙物体の各々の軌道について予報されている軌道要素である。図１０では、予報軌道要素５１３として、ケプラー軌道６要素が設定されている。
　予報誤差５１４は、複数の宇宙物体の各々の軌道において予報される誤差である。予報誤差５１４には、進行方向誤差、直交方向誤差、および誤差の根拠が設定されている。このように、予報誤差５１４には、実績値が内包する誤差量が根拠とともに明示的に示される。誤差量の根拠としては、計測手段、位置座標情報の精度向上手段として実施したデータ処理の内容、および、過去データの統計的評価結果の一部あるいはすべてが含まれる。
　なお、本実施の形態に係る軌道予報情報５１では、宇宙物体６０について、予報元期５１２と予報軌道要素５１３が設定されている。予報元期５１２と予報軌道要素５１３により、宇宙物体６０の近未来における時刻と位置座標を求めることができる。例えば、宇宙物体６０についての近未来の時刻と位置座標が、軌道予報情報５１に設定されていてもよい。
　このように、軌道予報情報５１には、元期と軌道要素、あるいは、時刻と位置座標を含む宇宙物体の軌道情報が具備され、宇宙物体６０の近未来の予報値が明示的に示されている。
＜ジャミング衛星について＞
　ジャミング衛星は、メガコンステレーション衛星群が飛翔する公称軌道高度及び公称軌道傾斜角を採用し、推進装置３３を具備する人工衛星である。ジャミング衛星は、不規則に推進装置３３を動作させながら、軌道高度および軌道傾斜角を変動させながら飛翔する。また、ジャミング衛星は、１週間ないし１か月間の期間に飛翔した平均軌道高度と平均軌道傾斜角が、メガコンステレーション衛星群が飛翔する公称軌道高度および公称軌道傾斜角と同じになるように維持する。また、ジャミング衛星は、メガコンステレーション衛星群を制御する装置とは異なる地上装置により制御される。
　ジャミング衛星の構成は、図６の宇宙物体６０と同様である。
　また、地上装置の構成は、図７の地上設備７００の構成と同様である。
　多数機の衛星群で構成されるメガコンステレーションは、衛星故障が発生しても他衛星が機能性能を補完できる。このため、インフラストラクチャーとしての抗堪性が高いと考えられやすい。しかしながら、同一軌道高度を同期制御しながら隊列飛行する衛星群では、ひとたび衝突事故が発生すると、衝突連鎖するリスクを伴う。このため、このリスク観点では衛星数が多いほど抗堪性が低いというパラドックス的な脆弱性を有する。
　メガコンステレーション衛星群のように数千機に及ぶ衛星群が同一軌道を飛翔する場合、図３のような軌道傾斜角が９０°に近い極軌道であれば、全ての軌道面が会合する極域近傍の領域における衛星の密集度が高い。よって、極域の領域において、飛行安全確保のために厳密な通過タイミング制御をする必要がある。
　一方、図４のように軌道傾斜角が９０°から離れた傾斜軌道であれば、中緯度領域の軌道面交差点において衝突リスクがある。このため、全ての格子状の交差点において、衛星の通過タイミングをずらして飛行安全確保するための厳密な通過タイミング制御をする必要がある。
　このように厳密な通過タイミング制御を実現するために、それぞれの衛星群は時々刻々推進装置を動作させながら飛翔することになる。
　同一の軌道高度領域を飛翔する衛星群が、単一のメガコンステレーション事業者の衛星のみであれば、全衛星のリアルタイム高精度軌道情報を把握して全衛星のタイミング制御ができる。
　しかしながら、この軌道高度領域に１機でも他事業者の宇宙物体が存在すると、飛行安全を確保するためのタイミング管理が極めて難しくなる。
　特に時々刻々推進装置を動作させて軌道特性が変動する場合には、軌道予測誤差が大きくなり、メガコンステレーション自体の衛星群のタイミング管理ができなくなるリスクが発生する。
　他事業者の衛星との衝突を回避するために、メガコンステレーション衛星群を構成する衛星同士が衝突事故を発生した場合、一見すると他事業者衛星側には過失がないように見えるため、合法的にメガコンステ衛星群の衝突を誘発できることになる。
　すなわち、メガコンステレーション衛星群の軌道高度領域内を飛翔する他事業者衛星は、事業妨害を目的としたジャミング衛星や衛星破壊を目的としてＡ－ＳＡＴになり得る。しかしながら爆裂的破壊を目的とするＡ－ＳＡＴとは異なり、一見平和目的の衛星であれば、国や権限を有する機関による認許をとることも可能であり、宇宙法や国際的コンセンサスによりこれを排除することが難しいという課題がある。
＜ジャミング衛星との衝突を回避する方法＞
　次に、公称軌道高度が同一であっても、メガコンステレーション衛星群を構成する個々の衛星が軌道高度を変更しながら飛翔することにより、ジャミング衛星との衝突を回避する方法について説明する。
　メガコンステレーション事業装置４１は、メガコンステレーション衛星群において、法線ベクトルの異なる軌道面毎に軌道高度を変更することにより、メガコンステレーション衛星群を制御する装置とは異なる地上装置により制御されるジャミング衛星を回避するジャミング衛星回避方法を採用する。
　以下に具体例を説明する。
＜ジャミング衛星回避方法の具体例１＞
　メガコンステレーション事業装置４１は、法線ベクトルの異なる軌道面毎に軌道高度を変更することにより、ジャミング衛星の軌道高度から異なる軌道高度を採用することが可能となる。よって、ジャミング衛星との衝突を回避できるという効果がある。
　更に、自衛星群の軌道面同士の交点が解消するので、自衛星の衝突リスクが理論的にはなくなり、厳密なタイミング管理をしなくても、自衛星同士の衝突を回避できるという効果がある。
　更に、同一軌道高度を多数機が飛翔する場合とは異なり、万が一衝突事故が発生した場合に、衝突連鎖を起こすリスクが低減できるという効果がある。
　軌道高度だけを変更した場合には、軌道面の公転周期が変わってしまい、衛星群のフォーメーションが崩れるという課題がある。しかし、軌道高度と連動して、最適な軌道傾斜角となるよう制御することで、軌道面の公転周期を同期させることが可能となり、上記課題も解決できる。
＜ジャミング衛星回避方法の具体例２＞
　メガコンステレーション事業装置４１は、法線ベクトルの異なる軌道面毎に軌道高度と軌道傾斜角を変更することにより、ジャミング衛星を回避する。
　法線ベクトルの異なる軌道面毎に軌道高度と軌道傾斜角を変更した場合に、軌道高度の異なる衛星同士では対地速度が異なるため、隣接軌道衛星との相対関係を維持するミッションにおいては衛星群のフォーメーションが変わってしまうという課題がある。しかし、時間経過と共に軌道高度と軌道傾斜角を変更しながら、平均的な軌道高度と平均的な軌道傾斜角を維持するように全衛星を同期制御することにより、隣接軌道衛星との相対関係を概ね維持することも可能となる。
＜ジャミング衛星回避方法の具体例３＞
　メガコンステレーション事業装置４１は、メガコンステレーション衛星が具備する推進装置を、同一軌道面を飛翔する衛星同士は同期制御し、隣接する軌道面同士では一定の時間遅れをもって飛翔方向の順方向および逆方向に交互に動作させる。このような制御により、軌道面毎の軌道高度を変えながら、かつ平均的な軌道高度を維持することができる。この時軌道傾斜角と衛星対地速度は軌道面毎に異なるが、平均的な軌道傾斜角と衛星対地速度は維持されるため、軌道面の公転周期は同期し、かつ隣接軌道との衛星対地速度も平均的に維持されることになる。
　隣接軌道面の並び順にこの動作を繰り返すことにより、軌道面毎の軌道高度は正弦波状に並ぶことになり、かつ時間経過と共に正弦波状高度差がウェーブ状に推移していくことになる。
　図１２は、本実施の形態の係るメガコンステレーション衛星群の複数の軌道面の相対高度差の一例を表す図である。
　図１２では、１７個の軌道面を有する衛星コンステレーション２０における各軌道面の相対高度差を表している。縦軸は、軌道面１の高度が高く、降順で高度が低くなることを表しており、距離を示すものではない。図１２では、軌道面１を基準とした場合に、隣接する軌道面１と軌道面２との軌道高度の差、軌道面２と軌道面３との軌道高度の差、というようにプロットしていくと、正弦波状となることを示している。
＊＊＊動作の説明＊＊＊
＜ジャミング衛星回避方法の具体例４＞
　図１３は、本実施の形態に係る宇宙交通管理システム５００の構成例を示す図である。
　図１４は、本実施の形態に係るメガコンステレーション事業装置４１の宇宙情報レコーダー１０１の詳細構成例である。
　図１５は、本実施の形態に係るＳＳＡ事業装置４７の宇宙情報レコーダー１０１の詳細構成例である。
　図１６は、本実施の形態に係るジャミング衛星回避方法のフロー図である。
　メガコンステレーション事業装置４１は、定期的にメガコンステレーション衛星群を構成する個別衛星の軌道情報をＳＳＡ事業装置４７に送信する。また、ＳＳＡ事業装置４７は、メガコンステレーション衛星群の飛翔する軌道高度領域に、所在不明の宇宙物体があれば、危険警報としてメガコンステレーション事業装置４１に通報する。
　具体的には、以下の通りである。以下の（１）から（４）は、図１３の（１）から（４）に相当する。
（１）ステップＳ１０１において、ＳＳＡ事業装置４７は、メガコンステレーション衛星群Ａの公開軌道情報により、軌道高度領域を把握する。
（２）ステップＳ１０２において、メガコンステレーション事業装置４１は、定期的、ないしは不定期に、メガコンステレーション衛星群Ａの個別衛星のリアルタイム高精度軌道情報を、ＳＳＡ事業装置４７に送信する。
（３）ステップＳ１０３において、ＳＳＡ事業装置４７は、メガコンステレーション衛星群Ａの軌道高度領域において、メガコンステレーション衛星群Ａの衛星とは異なる、カタログにない不審衛星を発見したかを判定する。不審衛星を発見した場合、ステップＳ１０４に進む。
（４）ステップＳ１０４において、ＳＳＡ事業装置４７は、危険警報としてメガコンステレーション事業装置４１に通報する。
（５）ステップＳ１０５において、メガコンステレーション事業装置４１は、回避行動を実施する。
＊＊＊宇宙交通管理システム５００の機能の説明＊＊＊
　次に、図１３から図１５を用いて、本実施の形態に係る宇宙交通管理システム５００の機能構成例について説明する。各宇宙交通管理装置１００のハードウェア構成については上述した通りである。
　宇宙交通管理システム５００が備える複数の宇宙交通管理装置１００は、互いに通信回線２００で接続されている。宇宙交通管理装置１００は、複数のメガコンステレーション事業装置４１、およびＳＳＡ事業装置４７の各々に備えられる。図１３では、複数のメガコンステレーション事業装置４１として、メガコンステレーション事業装置Ａ，Ｂを示している。
＜メガコンステレーション事業装置４１＞
　メガコンステレーション事業装置４１の宇宙交通管理装置１００は、宇宙情報レコーダー１０１と、危険警報装置１０２と、宇宙物体の軌道解析をする危険解析装置１０３と、危険回避行動支援装置１０４と、危険回避行動実施計画情報１０５とを備える。
　メガコンステレーション事業装置４１の宇宙情報レコーダー１０１は、メガコンステレーションを構成する衛星の軌道情報を記録する。
　宇宙情報レコーダー１０１は、衛星群を識別する衛星群ＩＤに対応付けられた公開軌道情報６１と、衛星を識別する衛星ＩＤに対応付けられたリアルタイム高精度軌道情報６４を備える。
　公開軌道情報６１は、他の事業装置に公開することが可能な軌道情報である。公開軌道情報６１は、衛星群を構成する衛星の機数および衛星ＩＤといった構成衛星情報と、衛星群の軌道高度の上限および下限と、衛星群の軌道傾斜角の上限および下限が設定される。
　リアルタイム高精度軌道情報６４は、衛星群を構成する衛星ごとの予報軌道情報と実績軌道情報である。予報軌道情報の具体例は、図１０の軌道予報情報５１である。
　危険警報装置１０２は、宇宙物体の接近あるいは衝突の危険を報知する。危険警報装置１０２は、宇宙物体を識別する宇宙物体ＩＤに対応付けられた軌道情報を備える。また、軌道情報の公開条件を設定する公開条件情報を備える。
　危険解析装置１０３は、宇宙物体の軌道解析をする。例えば、危険解析装置１０３は、不審衛星である宇宙物体Ｓとメガコンステレーション衛星群を構成する個別の衛星との衝突を解析する衝突解析部４１１の例である。すなわち、メガコンステレーション事業装置４１の宇宙交通管理装置１００が備えるサーバ２１２は、不審衛星である宇宙物体とメガコンステレーション衛星群を構成する個別衛星との衝突解析をする。
　危険回避行動支援装置１０４は、宇宙物体の回避行動の役割分担を立案する。例えば、危険回避行動支援装置１０４は、メガコンステレーションと宇宙物体Ｓとの衝突が予見された場合に衝突回避対策を立案する対策立案部４１２の例である。すなわち、メガコンステレーション事業装置４１の宇宙交通管理装置１００が備えるサーバ２１２は、衝突が予見された場合に衝突回避対策を立案する。
　危険回避行動実施計画情報１０５には、危険回避行動支援装置１０４により立案された回避行動計画が設定される。
　リアルタイム高精度軌道情報６４には、衛星ＩＤに対応して、予報軌道情報が設定されている。これらの予報軌道情報は、リアルタイムかつ高精度に設定されている。
　ＳＳＡ事業装置４７の宇宙交通管理装置１００は、宇宙情報レコーダー１０１と、危険警報装置１０２と、危険解析装置１０３とを備える。
　ＳＳＡ事業装置４７の宇宙交通管理装置１００が備えるデータベース２１１は、複数のメガコンステレーション事業装置４１から取得したメガコンステレーション衛星群の軌道情報と、カタログに無い不審衛星の宇宙物体の軌道情報とを記録する。具体的には、ＳＳＡ事業装置４７の宇宙情報レコーダー１０１は、メガコンステレーション事業装置Ａから取得したメガコンステレーション衛星群の公開軌道情報６１と、ＳＳＡ事業装置４７が発見した宇宙物体の実績軌道情報６３とを記録する。
　公開軌道情報６１は、メガコンステレーション事業装置Ａから取得したメガコンステレーション衛星群の軌道情報である。
　公開軌道情報６１およびリアルタイム高精度軌道情報６４の構成は、メガコンステレーション事業装置４１のものと同様である。
　危険解析装置１０３は、宇宙物体の軌道解析をする。危険解析装置１０３は、不審衛星である宇宙物体の飛行途中で通過することが想定される軌道高度に形成されたメガコンステレーション衛星群を識別する軌道解析部４３１の例である。すなわち、衝突回避支援事業装置４３の宇宙交通管理装置１００が備えるサーバ２１２は、不審衛星である宇宙物体の飛行途中で通過することが想定される軌道高度に形成されたメガコンステレーション衛星群を識別する。
　危険警報装置１０２は、不審衛星である宇宙物体の接近あるいは衝突の危険を通報する。危険警報装置１０２は、不審衛星である宇宙物体Ｓが衛星コンステレーション衛星群の飛翔する軌道高度領域に侵入することが予見された場合に、メガコンステレーション事業者に危険警報と不審衛星である宇宙物体の実績軌道情報６３を通信回線２００を介して通報する通報部４３２の例である。すなわち、衝突回避支援事業装置４３の宇宙交通管理装置１００が備えるサーバ２１２は、メガコンステレーション衛星群を管理するメガコンステレーション事業装置４１に、危険警報及び不審衛星である宇宙物体の軌道情報を通報する。
＊＊＊他の構成＊＊＊
　本実施の形態では、宇宙交通管理装置１００の機能がソフトウェアで実現される。変形例として、宇宙交通管理装置１００の機能がハードウェアで実現されてもよい。
　図１７では、本実施の形態の変形例に係る宇宙交通管理装置１００のハードウェア構成を説明する。ここでは、メガコンステレーション事業装置４１の宇宙交通管理装置１００を例として、宇宙交通管理装置１００のハードウェア構成を説明する。他の事業装置４０の宇宙交通管理装置１００においても同様のハードウェア構成を有するものとする。
　上述したように、メガコンステレーション事業装置４１の宇宙交通管理装置１００は、メガコンステレーション管理機能を実現する機能要素の一例として、衝突解析部４１１と対策立案部４１２と記憶部１４０を備える。
　宇宙交通管理装置１００は、プロセッサ９１０に替えて電子回路９０９を備える。
　電子回路９０９は、宇宙交通管理装置１００の機能を実現する専用の電子回路である。
　電子回路９０９は、具体的には、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、ロジックＩＣ、ＧＡ、ＡＳＩＣ、または、ＦＰＧＡである。ＧＡは、Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙの略語である。
　宇宙交通管理装置１００の機能は、１つの電子回路で実現されてもよいし、複数の電子回路に分散して実現されてもよい。
　別の変形例として、宇宙交通管理装置１００の一部の機能が電子回路で実現され、残りの機能がソフトウェアで実現されてもよい。
　プロセッサと電子回路の各々は、プロセッシングサーキットリとも呼ばれる。つまり、宇宙交通管理装置１００の機能は、プロセッシングサーキットリにより実現される。
＊＊＊本実施の形態の効果の説明＊＊＊
　本開示に係るジャミング衛星回避方法によれば、メガコンステレーション衛星群の軌道高度領域に他事業者の宇宙物体が存在した場合に衝突回避することができる。
　また、本開示に係る宇宙交通管理システムによれば、メガコンステレーション事業装置とＳＳＡ事業装置とが連携して、所在不明の不審衛星に対する衝突回避をすることができる。
　実施の形態２．
　本実施の形態では、ジャミング衛星による電波妨害を回避するジャミング衛星回避方法について説明する。
　本実施の形態に係るジャミング衛星は、メガコンステレーション衛星群が飛翔する公称軌道高度および公称軌道傾斜角を採用する人工衛星である。ジャミング衛星は、ＬバンドまたはＸバンドとＣバンドとＫｕバンドとＫａバンドのうちの１バンドまたは複数バンドの電波送信機を具備する。また、ジャミング衛星は、メガコンステレーション衛星群を制御する装置とは異なる地上装置により制御される。さらに、ジャミング衛星は、地上装置が制御して電波を受信する別の人工衛星、または地上設備が飛翔しない領域で電波を送信する。
　ジャミング衛星の構成は、図６の宇宙物体６０と同様である。
　また、地上装置の構成は、図７の地上設備７００の構成と同様である。
　メガコンステレーション事業装置４１は、メガコンステレーション衛星群において、送受信する電波の周波数の変更、またはスペクトル拡散をする。これにより、メガコンステレーション事業装置４１は、メガコンステレーション衛星群を制御する装置とは異なる地上装置により制御されるジャミング衛星による電波妨害を回避するジャミング衛星回避方法を採用する。
　メガコンステレーション衛星群の近傍で、コマンド信号と同じ周波数帯のジャミング信号を発信すると、メガコンステレーションの制御が麻痺するリスクがある。また通信サービス信号と同じ周波数帯であれば電波妨害されるリスクがある。しかしながら、衛星同士が近傍通過時に送信された近距離通信用電波では、電波強度が微弱であるため、電波法による制約をかけられない懸念がある。このようなジャミングを回避するためには、軌道上で周波数ホッピングを呼ばれる周波数の変更をすること、あるいは、スペクトル拡散と呼ばれる帯域拡散技術により、妨害波に対する抗堪性を向上する対策が有効である。
＊＊＊本実施の形態の効果の説明＊＊＊
　本開示に係るジャミング衛星回避方法によれば、メガコンステレーション衛星群に対するジャミング衛星による電波妨害を回避することができる。
　以上の実施の形態１，２では、宇宙交通管理システムおよび宇宙交通管理装置の各部を独立した機能ブロックとして説明した。しかし、宇宙交通管理システムおよび宇宙交通管理装置の構成は、上述した実施の形態のような構成でなくてもよい。宇宙交通管理システムおよび宇宙交通管理装置の機能ブロックは、上述した実施の形態で説明した機能を実現することができれば、どのような構成でもよい。また、宇宙交通管理システムおよび宇宙交通管理装置は、１つの装置でも、複数の装置から構成されたシステムでもよい。
　また、実施の形態１，２のうち、複数の部分を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、この実施の形態のうち、１つの部分を実施しても構わない。その他、これらの実施の形態を、全体としてあるいは部分的に、どのように組み合わせて実施しても構わない。
　すなわち、実施の形態１，２では、実施の形態１，２のいずれかの部分の自由な組み合わせ、あるいは任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態１，２において任意の構成要素の省略が可能である。
　なお、上述した実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、本開示の範囲、本開示の適用物の範囲、および本開示の用途の範囲を制限することを意図するものではない。上述した実施の形態は、必要に応じて種々の変更が可能である。
　２０　衛星コンステレーション、２１　軌道面、２１１　データベース、２１２　サーバ、３０　衛星、３１　衛星制御装置、３２　衛星通信装置、３３　推進装置、３４　姿勢制御装置、３５　電源装置、４０　事業装置、４１　メガコンステレーション事業装置、４１１　衝突解析部、４１２　対策立案部、４３１　軌道解析部、４３２　通報部、４２　宇宙物体事業装置、４３　衝突回避支援事業装置、４４　軌道遷移事業装置、４５　デブリ除去事業装置、４６　ロケット打ち上げ事業装置、４７　ＳＳＡ事業装置、５１　軌道予報情報、５２　衛星軌道予報情報、５３　デブリ軌道予報情報、５１１　宇宙物体ＩＤ、５１２　予報元期、５１３　予報軌道要素、５１４　予報誤差、６０　宇宙物体、７０　地球、１００　宇宙交通管理装置、１４０　記憶部、５５　軌道制御コマンド、６１　公開軌道情報、６３　実績軌道情報、６４　リアルタイム高精度軌道情報、５００　宇宙交通管理システム、６００　衛星コンステレーション形成システム、１１，１１ｂ　衛星コンステレーション形成部、３００　衛星群、７００，７０１　地上設備、５１０　軌道制御コマンド生成部、５２０　解析予測部、９０９　電子回路、９１０　プロセッサ、９２１　メモリ、９２２　補助記憶装置、９３０　入力インタフェース、９４０　出力インタフェース、９４１　表示機器、９５０　通信装置、１０１　宇宙情報レコーダー、１０２　危険警報装置、１０３　危険解析装置、１０４　危険回避行動支援装置、１０５　危険回避行動実施計画情報、２００　通信回線。

Claims (8)

  1. 　１００機以上の衛星から構成されたメガコンステレーション衛星群において、法線ベクトルの異なる軌道面毎に軌道高度を変更することにより、前記メガコンステレーション衛星群を制御する装置とは異なる地上装置により制御されるジャミング衛星を回避するジャミング衛星回避方法。
  2. 　１００機以上の衛星から構成されたメガコンステレーション衛星群において、送受信する電波の周波数の変更、またはスペクトル拡散をすることにより、前記メガコンステレーション衛星群を制御する装置とは異なる地上装置により制御されるジャミング衛星による電波妨害を回避するジャミング衛星回避方法。
  3. 　１００機以上の衛星から構成されたメガコンステレーション衛星群が飛翔する公称軌道高度および公称軌道傾斜角を採用し、推進装置を具備する人工衛星であって、不規則に推進装置を動作させながら、軌道高度および軌道傾斜角を変動させながら飛翔し、１週間ないし１か月間の期間に飛翔した平均軌道高度と平均軌道傾斜角が、メガコンステレーション衛星群が飛翔する公称軌道高度および公称軌道傾斜角と同じになるように維持するとともに、前記メガコンステレーション衛星群を制御する装置とは異なる地上装置により制御される人工衛星。
  4. 　１００機以上の衛星から構成されたメガコンステレーション衛星群が飛翔する公称軌道高度および公称軌道傾斜角を採用し、ＬバンドまたはＸバンドとＣバンドとＫｕバンドとＫａバンドのうちの１バンドまたは複数バンドの電波送信機を具備し、前記メガコンステレーション衛星群を制御する装置とは異なる地上装置により制御される人工衛星であって、前記地上装置が制御して電波を受信する別の人工衛星、または地上設備が飛翔しない領域で電波を送信する人工衛星。
  5. 　請求項３または請求項４に記載の人工衛星を制御する地上装置。
  6. 　１００機以上の衛星から構成されたメガコンステレーション衛星群を制御するメガコンステレーション事業装置において、法線ベクトルの異なる軌道面毎に軌道高度を変更することにより、前記メガコンステレーション衛星群を制御する装置とは異なる地上装置により制御されるジャミング衛星を回避するメガコンステレーション事業装置。
  7. 　１００機以上の衛星から構成されたメガコンステレーション衛星群を制御するメガコンステレーション事業装置において、送受信する電波の周波数の変更、またはスペクトル拡散をすることにより、前記メガコンステレーション衛星群を制御する装置とは異なる地上装置により制御されるジャミング衛星による電波妨害を回避するメガコンステレーション事業装置。
  8. 　１００機以上の衛星から構成されたメガコンステレーション衛星群を管理するメガコンステレーション事業装置と、宇宙状況監視事業を行うＳＳＡ（Ｓｐａｃｅ　Ｓｉｔｕａｔｉｏｎａｌ　Ａｗａｒｅｎｅｓｓ）事業装置との各々に具備された宇宙交通管理装置を通信回線で接続した宇宙交通管理システムであって、
    　前記メガコンステレーション事業装置は、定期的に前記メガコンステレーション衛星群を構成する個別衛星の軌道情報を前記ＳＳＡ事業装置に送信し、
    　前記ＳＳＡ事業装置は、メガコンステレーション衛星群の飛翔する軌道高度領域に、所在不明の宇宙物体があれば、危険警報として前記メガコンステレーション事業装置に通報する宇宙交通管理システム。
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