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JP7599391B2 - Satellite constellation forming method, satellite constellation, and analysis device - Google Patents
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JP7599391B2 - Satellite constellation forming method, satellite constellation, and analysis device - Google Patents

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Description

本開示は、衛星コンステレーション形成方法、衛星コンステレーション、および、解析装置に関する。 The present disclosure relates to a method for forming a satellite constellation, a satellite constellation, and an analysis device.

メガコンステレーションの登場とデブリ増加等に伴う軌道上物体数の激増により、宇宙空間における衝突リスクが増大しており、衝突回避方法が待望されている。
同一軌道高度に数千機の衛星を投入するメガコンステレーションを構築する計画がある。しかしながら、広大な宇宙空間の中で、軌道高度を同一にすることにより時間と空間3次元との合計4次元のうち1次元が人為的に一致されるメガコンステレーションでは、当該メガコンステレーション内の衝突リスクが懸念される。特に、傾斜円軌道を採用する数千機の衛星から成るメガコンステレーションでは中緯度帯に形成される複数の軌道面の交線上で軌道高度が同一である交点において衛星同士の衝突リスクがある。そのため、各衛星が交点を通過するタイミングを適宜ずらすことにより衛星同士の衝突を回避する必要がある。衛星は対地速度7km/s以上で飛翔しているため、衛星の通過タイミングが安全なタイミングから数秒ずれるだけでも衝突リスクが生じることがある。メガコンステレーションを構成する数千機の衛星全てに対して数秒の誤差も許容せずにメガコンステレーションを定常運用するだけでも技術難度が高い。
特に、新規に軌道投入する衛星を所定の軌道面の所定の位相に投入する過程において、軌道の交点における衝突を回避して衛星コンステレーションを形成する方法が待望されている。
The emergence of mega-constellations and the dramatic increase in the number of objects in orbit due to the increase in debris have increased the risk of collisions in space, and a method for avoiding collisions is needed.
There is a plan to build a mega-constellation that will place several thousand satellites at the same orbital altitude. However, in a mega-constellation in which one of the four dimensions, time and three spatial dimensions, is artificially aligned by making the orbital altitudes the same in the vast space, there is a concern about the risk of collision within the mega-constellation. In particular, in a mega-constellation consisting of several thousand satellites that adopt inclined circular orbits, there is a risk of collision between satellites at the intersections where the orbital altitudes are the same on the intersection lines of multiple orbital planes formed in the mid-latitude zone. Therefore, it is necessary to avoid collision between satellites by appropriately shifting the timing at which each satellite passes the intersection. Since satellites fly at a ground speed of 7 km/s or more, a collision risk may occur even if the timing of the satellite's passage is shifted from a safe timing by just a few seconds. It is technically difficult to operate a mega-constellation on a regular basis without allowing an error of even a few seconds for all of the several thousand satellites that make up the mega-constellation.
In particular, there is a need for a method for forming a satellite constellation that avoids collisions at orbital nodes in the process of injecting a new satellite into an orbit at a predetermined phase in a predetermined orbital plane.

国際公開第2020/240825号パンフレットInternational Publication No. 2020/240825

特許文献1は、衛星同士の衝突を回避する技術を開示している。しかしながら、特許文献1が開示する技術には、新規に衛星を軌道投入する際に、新規に軌道投入される衛星の軌道面と、他軌道面との中緯度帯における交差点を危険領域と識別した上で新規に軌道投入される衛星が推進装置を稼働することにより、新規に軌道投入される衛星と衛星コンステレーションを構成する衛星との衝突を回避することができないという課題がある。 Patent Document 1 discloses a technology for avoiding collisions between satellites. However, the technology disclosed in Patent Document 1 has the problem that when a new satellite is launched into orbit, the intersection of the orbital plane of the newly launched satellite and other orbital planes in the mid-latitude band must be identified as a danger area before the newly launched satellite can operate its propulsion device, making it impossible to avoid collisions between the newly launched satellite and satellites that make up the satellite constellation.

本開示は、同一軌道高度を数千機が飛翔するメガコンステレーションにおいて、新規に衛星を軌道投入する際に、新規に軌道投入される衛星の軌道面と、他軌道面との中緯度帯における交差点を危険領域と識別した上で新規に軌道投入される衛星が推進装置を稼働することにより、新規に軌道投入される衛星と衛星コンステレーションを構成する衛星との衝突を回避する衛星コンステレーション形成方法を提供することを目的とする。 The present disclosure aims to provide a method for forming a satellite constellation in which, when a new satellite is launched into orbit in a mega-constellation in which several thousand satellites fly at the same orbital altitude, the orbital plane of the newly launched satellite is identified as a dangerous area at the mid-latitudes where it intersects with other orbital planes, and the newly launched satellite then operates its propulsion device, thereby avoiding collisions between the newly launched satellite and satellites that constitute the satellite constellation.

本開示に係る衛星コンステレーション形成方法は、
n(nは2以上の整数)面の軌道面が経度方向に均等に配置され、前記n面の軌道面の各軌道面に最大m(mは2以上の整数)機の衛星が、位相角が均等になるよう飛翔軌道高度を飛翔しており、
n面以下の軌道面の各々においてm機以下の衛星が定常運用しており、
定常運用している衛星の各々を対象衛星としたとき、前記対象衛星の軌道に隣接する軌道の衛星が赤道上空を北上してから、前記対象衛星の軌道の衛星が赤道上空を北上するまでの軌道面内角度差を示す位相オフセット角が(360/(m×n))×i度(位相オフセットiは0以上m-1以下の整数)ずつずれるよう前記対象衛星の軌道と前記対象衛星の軌道に隣接する軌道とにおいて衛星が同期して飛翔している衛星コンステレーションにおける衛星コンステレーション形成方法であって、
新規に前記衛星コンステレーションに軌道投入される軌道投入衛星は解析装置を具備しており、
前記解析装置は、前記位相オフセットiと、前記n面以下の軌道面の各々における相対飛翔位置とをモデル化した位相オフセットモデルを用い、
前記位相オフセットモデルでは、衝突リスクのある軌道面と衛星の相対位相とが危険領域として識別されており、
前記解析装置は、定常運用している各衛星の軌道情報を受信し、受信した軌道情報と、前記軌道投入衛星の軌道情報とに基づいて前記軌道投入衛星の、定常運用している衛星の各々に対する位相オフセット角と位相オフセットiとを導出し、
前記軌道投入衛星は、前記位相オフセットモデルが示す危険領域を通過する前に前記軌道投入衛星の推進装置を稼働することにより前記軌道投入衛星と前記衛星コンステレーションを構成する衛星との衝突リスクを回避し、軌道投入位置に到達する方法である。
The satellite constellation formation method according to the present disclosure includes:
n (n is an integer of 2 or more) orbital planes are evenly arranged in the longitude direction, and up to m (m is an integer of 2 or more) satellites fly at flight orbit altitudes in each of the n orbital planes so that their phase angles are even,
m or less satellites are in regular operation in each of n or less orbital planes,
A method for forming a satellite constellation in a satellite constellation in which satellites in a normally operating satellite are flying synchronously in an orbit of a target satellite and an orbit adjacent to the orbit of the target satellite such that a phase offset angle indicating an angle difference in an orbital plane from when a satellite in an orbit adjacent to the orbit of the target satellite moves north over the equator until when a satellite in the orbit of the target satellite moves north over the equator is shifted by (360/(m×n))×i degrees (phase offset i is an integer of 0 to m−1),
A satellite to be newly orbitally injected into the satellite constellation is equipped with an analysis device,
the analysis device uses a phase offset model that models the phase offset i and a relative flight position on each of the nth or lower orbital plane,
In the phase offset model, orbital planes and relative phases of satellites that are at risk of collision are identified as danger regions;
The analysis device receives orbit information of each satellite in normal operation, and derives a phase offset angle and a phase offset i of the orbit injection satellite with respect to each of the normally operating satellites based on the received orbit information and the orbit information of the orbit injection satellite;
The method is a method for allowing the orbital injection satellite to reach an orbital injection position by operating a propulsion device of the orbital injection satellite before passing through a danger area indicated by the phase offset model, thereby avoiding a risk of collision between the orbital injection satellite and a satellite constituting the satellite constellation.

本開示によれば、同一軌道高度を数千機が飛翔するメガコンステレーションにおいて、新規に衛星を軌道投入する際に、新規に軌道投入される衛星の軌道面と、他軌道面との中緯度帯における交差点を危険領域と識別した上で新規に軌道投入される衛星が推進装置を稼働することにより、新規に軌道投入される衛星と衛星コンステレーションを構成する衛星との衝突を回避する衛星コンステレーション形成方法を提供することができる。 According to the present disclosure, in a mega-constellation in which several thousand satellites fly at the same orbital altitude, when a new satellite is launched into orbit, a method for forming a satellite constellation can be provided in which the intersection of the orbital plane of the newly launched satellite and other orbital planes in the mid-latitudes is identified as a danger area and the newly launched satellite operates its propulsion device, thereby avoiding collisions between the newly launched satellite and satellites that constitute the satellite constellation.

実施の形態1に係る衛星コンステレーション形成システム100の概略を示す図。1 is a diagram showing an outline of a satellite constellation forming system 100 according to a first embodiment. 実施の形態1に係る衛星コンステレーション形成システム100の構成例を示す図。1 is a diagram showing an example of the configuration of a satellite constellation forming system 100 according to a first embodiment. 実施の形態1に係る衛星30の構成例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a satellite 30 according to the first embodiment. 実施の形態1に係る地上設備500の構成例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a ground facility 500 according to the first embodiment. 実施の形態1に係る衛星コンステレーション形成システム100の構成例を示す図。1 is a diagram showing an example of the configuration of a satellite constellation forming system 100 according to a first embodiment. 軌道面7面であり位相オフセット0である位相オフセットモデルを示す図。FIG. 13 is a diagram showing a phase offset model with seven orbital planes and a phase offset of 0. 軌道面7面であり位相オフセット1である位相オフセットモデルを示す図。FIG. 13 is a diagram showing a phase offset model with seven orbital planes and a phase offset of 1. 軌道面7面であり位相オフセット2である位相オフセットモデルを示す図。FIG. 13 is a diagram showing a phase offset model with seven orbital planes and a phase offset of two. 軌道面7面であり位相オフセット3である位相オフセットモデルを示す図。FIG. 13 is a diagram showing a phase offset model with seven orbital planes and a phase offset of three. 軌道面7面であり位相オフセット4である位相オフセットモデルを示す図。FIG. 13 is a diagram showing a phase offset model with seven orbital planes and a phase offset of four. 軌道面7面であり位相オフセット5である位相オフセットモデルを示す図。FIG. 13 is a diagram showing a phase offset model with seven orbital planes and a phase offset of five. 軌道面7面であり位相オフセット6である位相オフセットモデルを示す図。FIG. 13 is a diagram showing a phase offset model with seven orbital planes and a phase offset of six. 軌道面8面であり位相オフセット6である位相オフセットモデルを示す図。FIG. 13 shows a phase offset model with eight orbital planes and a phase offset of six. 軌道面9面であり位相オフセット3である位相オフセットモデルを示す図。FIG. 13 shows a phase offset model with nine orbital planes and a phase offset of three. 中緯度交差点の危険領域を示す図。A diagram showing danger areas at mid-latitude crossings. 8機の衛星30が均等位相で飛翔する円軌道を示す図。1 is a diagram showing a circular orbit in which eight satellites 30 fly in equal phase. 法線ベクトルが互いに異なる軌道面同士が交差する点における衝突リスクを示す図。A diagram showing the collision risk at the point where orbital planes with different normal vectors intersect. 軌道面毎の衛星30の飛翔位置の位相をずらした様子を示す図であり、(a)は位相をずらしていない図、(b)は位相を9度ずらした図、(c)は位相を18度ずらした図、(d)は位相を27度ずらした図、(e)は位相を36度ずらした図。1A and 1B are diagrams showing the phase shift of the flight position of satellite 30 for each orbital plane, where (a) is a diagram with no phase shift, (b) is a diagram with a phase shift of 9 degrees, (c) is a diagram with a phase shift of 18 degrees, (d) is a diagram with a phase shift of 27 degrees, and (e) is a diagram with a phase shift of 36 degrees. 図18に示す軌道面を重ねた様子を示す図であり、(a)は傾斜がない場合を示す図、(b)は傾斜がある場合を示す図。19A and 19B are diagrams showing the state in which the track surfaces shown in FIG. 18 are superimposed, where FIG. 19A shows a case in which there is no inclination, and FIG. 19B shows a case in which there is an inclination. 図18に示す軌道面に軌道傾斜角をつけた様子を示す図であり、(a)は軌道面1を示す図、(b)は軌道面2を示す図、(c)は軌道面3を示す図、(d)は軌道面4を示す図、(e)は軌道面5を示す図、(f)は第1の軌道面を示す図、(g)は第2の軌道面を示す図、(h)は第3の軌道面を示す図、(i)は第4の軌道面を示す図、(j)は第5の軌道面を示す図。19A and 19B are diagrams showing the orbital surfaces shown in FIG. 18 with an orbital inclination angle, where (a) is a diagram showing orbital surface 1, (b) is a diagram showing orbital surface 2, (c) is a diagram showing orbital surface 3, (d) is a diagram showing orbital surface 4, (e) is a diagram showing orbital surface 5, (f) is a diagram showing a first orbital surface, (g) is a diagram showing a second orbital surface, (h) is a diagram showing a third orbital surface, (i) is a diagram showing a fourth orbital surface, and (j) is a diagram showing a fifth orbital surface. 軌道の交点を説明する図であり、(a)は第1の軌道面を示す図、(b)は第2の軌道面を示す図、(c)は第3の軌道面を示す図、(d)は第4の軌道面を示す図、(e)は第5の軌道面を示す図、(f)は第1の軌道面を示す図、(g)は第2の軌道面を示す図、(h)は第3の軌道面を示す図、(i)は第4の軌道面を示す図、(j)は第5の軌道面を示す図。1A and 1B are diagrams illustrating orbital intersections, where (a) is a diagram showing a first orbital surface, (b) is a diagram showing a second orbital surface, (c) is a diagram showing a third orbital surface, (d) is a diagram showing a fourth orbital surface, (e) is a diagram showing a fifth orbital surface, (f) is a diagram showing the first orbital surface, (g) is a diagram showing the second orbital surface, (h) is a diagram showing the third orbital surface, (i) is a diagram showing the fourth orbital surface, and (j) is a diagram showing the fifth orbital surface. 軌道面同士の交線上で軌道高度が一致する点を示す図であり、(a)は第1の軌道面を示す図、(b)は第2の軌道面を示す図、(c)は第3の軌道面を示す図、(d)は第4の軌道面を示す図、(e)は第5の軌道面を示す図、(f)は第1の軌道面を示す図、(g)は第2の軌道面を示す図、(h)は第3の軌道面を示す図、(i)は第4の軌道面を示す図、(j)は第5の軌道面を示す図。1A is a diagram showing the points where the orbital altitudes coincide on the intersection line between orbital planes, (a) is a diagram showing the first orbital plane, (b) is a diagram showing the second orbital plane, (c) is a diagram showing the third orbital plane, (d) is a diagram showing the fourth orbital plane, (e) is a diagram showing the fifth orbital plane, (f) is a diagram showing the first orbital plane, (g) is a diagram showing the second orbital plane, (h) is a diagram showing the third orbital plane, (i) is a diagram showing the fourth orbital plane, and (j) is a diagram showing the fifth orbital plane. 軌道面同士の交線上で軌道高度が一致する点を示す図であり、(a)は第1の軌道面を示す図、(b)は第2の軌道面を示す図、(c)は第3の軌道面を示す図、(d)は第4の軌道面を示す図、(e)は第5の軌道面を示す図。1A is a diagram showing the points where the orbital altitudes coincide on the intersection line between orbital planes, (a) is a diagram showing a first orbital plane, (b) is a diagram showing a second orbital plane, (c) is a diagram showing a third orbital plane, (d) is a diagram showing a fourth orbital plane, and (e) is a diagram showing a fifth orbital plane. 軌道面同士の交線上で軌道高度が一致する点を示す図であり、(a)は第1の軌道面を示す図、(b)は第2の軌道面を示す図、(c)は第3の軌道面を示す図、(d)は第4の軌道面を示す図、(e)は第5の軌道面を示す図。1A is a diagram showing the points where the orbital altitudes coincide on the intersection line between orbital planes, (a) is a diagram showing a first orbital plane, (b) is a diagram showing a second orbital plane, (c) is a diagram showing a third orbital plane, (d) is a diagram showing a fourth orbital plane, and (e) is a diagram showing a fifth orbital plane. 機械学習の概要を説明する図。A diagram explaining the overview of machine learning. 実施の形態1の変形例に係る地上設備500の構成例を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of a ground equipment 500 according to a modified example of the first embodiment.

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。図中の矢印はデータの流れまたは処理の流れを主に示している。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。
また、「部」を、「回路」、「工程」、「手順」、「処理」、「手段」または「サーキットリー」に適宜読み替えてもよい。
Hereinafter, the embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals. In the description of the embodiments, the description of the same or corresponding parts will be omitted or simplified as appropriate. In addition, the size relationship of each component in the following drawings may differ from the actual one. The arrows in the drawings mainly indicate the flow of data or the flow of processing. In addition, in the description of the embodiments, directions or positions such as "up", "down", "left", "right", "front", "back", "front" and "back" may be indicated. These notations are written in this way only for the convenience of explanation, and do not limit the arrangement and orientation of components such as devices, instruments, or parts.
Furthermore, the term "part" may be appropriately interpreted as a "circuit,""step,""procedure,""processing,""means," or "circuitry."

実施の形態1.
以下、本実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
Embodiment 1.
Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

***構成の説明***
図1は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システム100の概略を示している。
衛星コンステレーション形成システム100は、本図に示すように、衛星コンステレーション20と、地上設備500とを備える。本明細書では、人工衛星を単に衛星と表記することもある。
***Configuration Description***
FIG. 1 shows an outline of a satellite constellation forming system 100 according to this embodiment.
As shown in the figure, the satellite constellation forming system 100 includes a satellite constellation 20 and a ground facility 500. In this specification, an artificial satellite may be simply referred to as a satellite.

衛星コンステレーション20は、典型的には100機以上の衛星30を備える衛星メガコンステレーションである。衛星コンステレーション20の具体例は[参考文献1]および[参考文献2]に開示されている。メガコンステレーションの具体例は[参考文献3]に開示されている。衛星コンステレーション形成システム100は、これらの参考文献に開示されている機能を適宜備える。
衛星コンステレーション20が含む各衛星30は、具体例として、地上に存在する利用者に通信サービス等を提供する。
The satellite constellation 20 is a satellite mega-constellation that typically includes 100 or more satellites 30. Examples of the satellite constellation 20 are disclosed in [Reference 1] and [Reference 2]. An example of a mega-constellation is disclosed in [Reference 3]. The satellite constellation forming system 100 appropriately includes the functions disclosed in these references.
Each satellite 30 included in the satellite constellation 20 provides, as a specific example, communication services to users on the ground.

[参考文献1]
特開2021-054167号公報
[参考文献2]
特開2021-070342号公報
[参考文献3]
国際公開第2021/060492号パンフレット
[Reference 1]
JP 2021-054167 A [Reference 2]
JP 2021-070342 A [Reference 3]
International Publication No. 2021/060492

地上設備500は、通信装置950と衛星制御装置501とを備え、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を制御する。
衛星制御装置501は、各衛星30を制御するための各種コマンド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等のハードウェアを備える。処理回路は各種コマンドを生成する。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。衛星制御装置501は、入出力インタフェースを介して、通信装置950に接続される。
通信装置950は、各衛星30と通信を行う。具体的には、通信装置950は、各種コマンドを各衛星30へ送信する。
The ground equipment 500 includes a communication device 950 and a satellite control device 501 , and controls the satellite constellation 20 by communicating with each satellite 30 .
The satellite control device 501 is a computer that generates various commands for controlling each satellite 30, and includes hardware such as a processing circuit and an input/output interface. The processing circuit generates the various commands. An input device and an output device are connected to the input/output interface. The satellite control device 501 is connected to a communication device 950 via the input/output interface.
The communication device 950 communicates with each satellite 30. Specifically, the communication device 950 transmits various commands to each satellite 30.

図2は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システム100の構成例を示している。
衛星コンステレーション形成システム100は、コンピュータを備える。図2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500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500の各々に備えられたコンピュータが連携して、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システム100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100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。
FIG. 2 shows an example of the configuration of a satellite constellation forming system 100 according to this embodiment.
The satellite constellation forming system 100 includes a computer. Although Fig. 2 shows the configuration of one computer, in reality, a computer is provided for each of the multiple satellites 30 constituting the satellite constellation 20 and for each of the ground facilities 500 that communicate with the satellites 30. The computers provided for each of the multiple satellites 30 and for each of the ground facilities 500 that communicate with the satellites 30 work together to realize the functions of the satellite constellation forming system 100 according to this embodiment. An example of the configuration of a computer that realizes the functions of the satellite constellation forming system 100 will be described below.

衛星コンステレーション形成システム100は、衛星30と地上設備500とを備える。衛星30は、地上設備500の通信装置950と通信する衛星通信装置32を備える。 The satellite constellation forming system 100 includes a satellite 30 and a ground facility 500. The satellite 30 includes a satellite communication device 32 that communicates with a communication device 950 of the ground facility 500.

衛星コンステレーション形成システム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。 The satellite constellation forming system 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 the other hardware via signal lines and controls the other hardware.

衛星コンステレーション形成システム100は、機能要素として、衛星コンステレーション形成部110を備える。衛星コンステレーション形成部110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。 The satellite constellation forming system 100 includes a satellite constellation forming unit 110 as a functional element. The functions of the satellite constellation forming unit 110 are realized by hardware or software.

衛星コンステレーション形成部110は、衛星コンステレーション20を形成するための処理を実行する機能を有する。 The satellite constellation forming unit 110 has the function of executing processing to form the satellite constellation 20.

プロセッサ910は、衛星コンステレーション形成プログラムを実行する装置である。衛星コンステレーション形成プログラムは、衛星コンステレーション形成部110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、DSP(Digital Signal
Processor)、GPU(Graphics Processing Unit)である。
The processor 910 is a device that executes a satellite constellation formation program. The satellite constellation formation program is a program that realizes the functions of the satellite constellation formation unit 110.
The processor 910 is an integrated circuit (IC) that performs arithmetic processing. Specific examples of the processor 910 include a CPU, a DSP (Digital Signal Processor),
and GPU (Graphics Processing Unit).

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(Hard Disk Drive)である。また、補助記憶装置922は、SD(登録商標)(Secure Digital)メモリカード、CF(CompactFlash(登録商標))、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、またはDVD(Digital Versatile Disk)といった可搬記憶媒体であってもよい。
The memory 921 is a storage device that temporarily stores data. Specific examples of the memory 921 include a static random access memory (SRAM) and a dynamic random access memory (DRAM).
The auxiliary storage device 922 is a storage device that stores data. A specific example of the auxiliary storage device 922 is a hard disk drive (HDD). The auxiliary storage device 922 may also be a portable storage medium such as a secure digital (SD) (registered trademark) memory card, a compact flash (CF) (compact flash), a NAND flash, a flexible disk, an optical disk, a compact disk, a Blu-ray (registered trademark) disk, or a digital versatile disk (DVD).

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出力機器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。
The input interface 930 is a port connected to an input device such as a mouse, a keyboard, or a touch panel. Specifically, the input interface 930 is a Universal Serial Bus (USB) terminal. The input interface 930 may be a port connected to a Local Area Network (LAN).
The output interface 940 is a port to which a cable of an output device such as a display is connected. Specifically, the output interface 940 is a USB terminal or a High Definition Multimedia Interface (HDMI (registered trademark)) terminal. Specifically, the display is a Liquid Crystal Display (LCD).

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。衛星コンステレーション形成システム100は、通信装置950を介して、地上設備500と衛星30との通信を行う。 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). The satellite constellation forming system 100 communicates between the ground equipment 500 and the satellite 30 via the communication device 950.

衛星コンステレーション形成プログラムは、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、衛星コンステレーション形成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、衛星コンステレーション形成プログラムを実行する。衛星コンステレーション形成プログラムおよびOSは、補助記憶装置に記憶されていてもよい。補助記憶装置に記憶されている衛星コンステレーション形成プログラムおよび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、衛星コンステレーション形成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。 The satellite constellation formation program is read into the processor 910 and executed by the processor 910. The memory 921 stores not only the satellite constellation formation program but also an OS (Operating System). The processor 910 executes the satellite constellation formation program while executing the OS. The satellite constellation formation program and the OS may be stored in an auxiliary storage device. The satellite constellation formation program and the OS stored in the auxiliary storage device are loaded into the memory 921 and executed by the processor 910. Note that a part or all of the satellite constellation formation program may be incorporated into the OS.

衛星コンステレーション形成システム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、衛星コンステレーション形成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、衛星コンステレーション形成プログラムを実行する装置である。 The satellite constellation forming system 100 may include multiple processors that replace the processor 910. These multiple processors share the task of executing the satellite constellation forming program. Each processor is a device that executes the satellite constellation forming program, just like the processor 910.

衛星コンステレーション形成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。 The data, information, signal values and variable values used, processed or output by the satellite constellation formation program are stored in memory 921, auxiliary storage device 922, or in a register or cache memory within processor 910.

衛星コンステレーション形成プログラムは、衛星コンステレーション形成部110の「部」を「処理」、「手順」あるいは「工程」に読み替えた各処理、各手順あるいは各工程を、コンピュータに実行させる。また、衛星コンステレーション形成方法は、衛星コンステレーション形成システム100が衛星コンステレーション形成プログラムを実行することにより行われる方法である。
本明細書に記載のいずれのプログラムも、コンピュータ読取可能な記録媒体あるいは記憶媒体に格納されて提供されてもよい。また、本明細書に記載のいずれのプログラムも、プログラムプロダクトとして提供されてもよい。
The satellite constellation forming program causes a computer to execute each process, procedure, or step, where "part" is replaced with "process,""procedure," or "step" in the satellite constellation forming unit 110. Also, the satellite constellation forming method is a method performed by the satellite constellation forming system 100 executing the satellite constellation forming program.
Any of the programs described herein may be provided in a form stored in a computer-readable recording medium or storage medium, or may be provided as a program product.

図3は、本実施の形態に係る衛星30の構成例を示している。
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。衛星30は、その他、各種の機能を実現する構成要素を備えるが、図3に関して、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とについて説明する。
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500から送信される各種コマンドに従って、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500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500へ送信する。また、衛星通信装置32は、地上設備500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は電気推進機である。具体的には、推進装置33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500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。
FIG. 3 shows an example of the configuration of a satellite 30 according to this embodiment.
The satellite 30 comprises 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 also comprises other components that realize various functions, but the satellite control device 31, the satellite communication device 32, the propulsion device 33, the attitude control device 34, and the power supply device 35 will be described with reference to FIG.
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 in accordance with various commands transmitted from the ground facility 500.
The satellite communication device 32 is a device that communicates with the ground facility 500. Specifically, the satellite communication device 32 transmits various data related to its own satellite to the ground facility 500. In addition, the satellite communication device 32 receives various commands transmitted from the ground facility 500.
The propulsion device 33 is a device that provides propulsive force to the satellite 30 and changes the speed of the satellite 30. Specifically, the propulsion device 33 is an electric propulsion device. Specifically, the propulsion device 33 is an ion engine or a Hall thruster.
The attitude control device 34 controls the attitude of the satellite 30, the angular velocity of the satellite 30, and the line of sight (Line of Sight).
The attitude control device 34 is a device for controlling attitude elements such as a satellite attitude sensor, an actuator, and a controller. The attitude control device 34 changes each attitude element to 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. The attitude sensor is a device such as a gyroscope, an earth sensor, a sun sensor, a star tracker, a thruster, and a magnetic sensor. The actuator is a device such as an attitude control thruster, a momentum wheel, a reaction wheel, and a control moment gyro. The controller controls the actuator according to measurement data of the attitude sensor or various commands from the ground equipment 500.
The power supply unit 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 .

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(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)またはこれらの組み合わせである。
The processing circuitry provided in the satellite control device 31 will now be described.
The processing circuitry may be dedicated hardware or may be a processor that executes a program stored in a memory.
In the processing circuit, some functions may be realized by dedicated hardware and the remaining functions may be realized by software or firmware, i.e. the processing circuit may be realized by hardware, software, firmware or a combination thereof.
The dedicated hardware may specifically be a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), or a combination of these.

図4は、本実施の形態に係る地上設備500の構成例を示している。
地上設備500は、全ての軌道面の多数の衛星30をプログラム制御する。地上設備500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よい。
FIG. 4 shows an example of the configuration of a ground facility 500 according to this embodiment.
The ground equipment 500 controls programs of the multiple satellites 30 in all orbital planes. The ground equipment 500 is an example of a ground device. The ground equipment 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 terminal connected to the ground station via a network. The ground equipment may also include a communication device mounted on a moving object such as an aircraft, a self-propelled vehicle, or a mobile terminal.

地上設備500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500は、衛星コンステレーション形成システム100に備えられる。地上設備500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500のハードウェアについては、図2に示す衛星コンステレーション形成システム100で説明したものと同様である。図2および図4では、地上設備500に備えられるハードウェアについて説明した。しかし、同様の機能を有するハードウェアは、衛星30および地上設備50以外の、システム、衛星、装置、あるいは設備に備えられていてもよい。 The ground equipment 500 forms the satellite constellation 20 by communicating with each satellite 30. The ground equipment 500 is provided in the satellite constellation forming system 100. The ground equipment 500 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 the other hardware via a signal line and controls the other hardware. The hardware of the ground equipment 500 is similar to that described in the satellite constellation forming system 100 shown in FIG. 2. In FIG. 2 and FIG. 4, the hardware provided in the ground equipment 500 is described. However, hardware having similar functions may be provided in a system, satellite, device, or facility other than the satellite 30 and the ground equipment 50.

地上設備500は、機能要素として、軌道制御コマンド生成部510と、衛星解析部520とを備える。軌道制御コマンド生成部510および衛星解析部520の機能は、ハードウェア、ソフトウェア、あるいはこれらの組み合わせにより実現される。 The ground equipment 500 has, as its functional elements, an orbit control command generation unit 510 and a satellite analysis unit 520. The functions of the orbit control command generation unit 510 and the satellite analysis unit 520 are realized by hardware, software, or a combination of these.

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51を各衛星30に送信する。 The communication device 950 transmits and receives signals to track and control each satellite 30 in the group of satellites that make up the satellite constellation 20. The communication device 950 also transmits orbit control commands 51 to each satellite 30.

衛星解析部520は、衛星コンステレーション20の状態と、衛星30の状態等を解析する。具体例として、衛星解析部520は、衛星30同士が衝突するリスクがあるか否かを判定する。 The satellite analysis unit 520 analyzes the state of the satellite constellation 20 and the state of the satellites 30. As a specific example, the satellite analysis unit 520 determines whether there is a risk of collision between the satellites 30.

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51を生成する。具体的には、軌道制御コマンド生成部510は、下記の動作例を実現するコマンドを衛星30に送信する。なお、軌道制御コマンド生成部510がコマンドを送信する方法はコマンド送信方法に相当する。軌道制御コマンド生成部510にコマンドを送信させるプログラムはコマンド送信プログラムに相当する。コマンド送信プログラムは衛星コンステレーション形成プログラムの一部であってもよい。コマンド送信プログラムは、地上設備500に、衛星コンステレーション形成方法を実現するための処理を実行することを要求するコマンドを衛星30に適宜送信させる。
このようにして軌道制御コマンド生成部510および衛星解析部520は、衛星コンステレーション形成部110の機能を実現する。すなわち、軌道制御コマンド生成部510および衛星解析部520は、衛星コンステレーション形成部110の機能の具体例に相当する。
The orbit control command generating unit 510 generates an orbit control command 51 to be transmitted to the satellite 30. Specifically, the orbit control command generating unit 510 transmits a command to the satellite 30 to realize the following operation example. Note that the method by which the orbit control command generating unit 510 transmits a command corresponds to a command transmission method. A program that causes the orbit control command generating unit 510 to transmit a command corresponds to a command transmission program. The command transmission program may be a part of a satellite constellation formation program. The command transmission program causes the ground equipment 500 to appropriately transmit a command to the satellite 30 requesting that the satellite constellation formation method be performed.
In this way, the orbit control command generation unit 510 and the satellite analysis unit 520 realize the functions of the satellite constellation formation unit 110. In other words, the orbit control command generation unit 510 and the satellite analysis unit 520 correspond to a specific example of the functions of the satellite constellation formation unit 110.

図5は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システム100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110b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110bと、地上設備500の各々に備えられた衛星コンステレーション形成部110とが連携して、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成システム100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110bは、衛星制御装置31に備えられていてもよい。
また、衛星コンステレーション形成部110bは、解析装置40を備える。解析装置40は、衛星コンステレーション20を構成する各衛星30の軌道を解析する。なお、新規に軌道投入される衛星30以外の衛星30は、解析装置40を備えなくてもよい。
FIG. 5 is a diagram showing an example of the functional configuration of a satellite constellation forming system 100 according to this embodiment.
The satellite 30 further includes a satellite constellation forming unit 110b that forms the satellite constellation 20. The satellite constellation forming unit 110b of each of the multiple satellites 30 and the satellite constellation forming unit 110 provided in each of the ground facilities 500 work together to realize the functions of the satellite constellation forming system 100 according to this embodiment. The satellite constellation forming unit 110b of the satellite 30 may be provided in the satellite control device 31.
The satellite constellation forming unit 110b also includes an analysis device 40. The analysis device 40 analyzes the orbits of each satellite 30 that constitutes the satellite constellation 20. Note that satellites 30 other than the satellite 30 that is newly inserted into orbit do not need to include the analysis device 40.

***動作の説明***
<実施の形態1に係る動作例1>
本動作例は衛星コンステレーション形成方法に相当する。
本動作例において、衛星コンステレーション20では、n(nは2以上の整数)面の軌道面が経度方向に均等に配置され、n面の軌道面の各軌道面に最大m(mは2以上の整数)機の衛星30が、位相角が均等になるよう飛翔軌道高度を飛翔しており、n面以下の軌道面の各々においてm機以下の衛星30が定常運用している。また、衛星コンステレーション20では、定常運用している衛星30の各々を対象衛星としたとき、対象衛星の軌道に隣接する軌道の衛星30が赤道上空を北上してから、対象衛星の軌道の衛星30が赤道上空を北上するまでの軌道面内角度差を示す位相オフセット角が(360/(m×n))×i度(位相オフセットiは0以上m-1以下の整数)ずつずれるよう対象衛星の軌道と対象衛星の軌道に隣接する軌道とにおいて衛星30が同期して飛翔している。
また、新規に衛星コンステレーション20に軌道投入される衛星30である軌道投入衛星は、解析装置40を具備している。解析装置40は、位相オフセットiと、n面以下の軌道面の各々における相対飛翔位置とをモデル化した位相オフセットモデルを用いる。位相オフセットモデルでは、衛星30同士の衝突リスクのある軌道面と衛星30の相対位相とが危険領域として識別されている。また、位相オフセットモデルにおいて、軌道傾斜角を具体的に規定していないので緯度については言及しておらず、経度については軌道面の数に応じて赤道上空における相対経度が決まる。解析装置40は、定常運用している各衛星30の軌道情報を受信し、受信した軌道情報と、軌道投入衛星の軌道情報とに基づいて軌道投入衛星の、定常運用している衛星30の各々に対する位相オフセット角と位相オフセットiとを導出する。解析装置40は位相オフセットモデルを具備してもよい。
軌道投入衛星は、位相オフセットモデルが示す危険領域を通過する前に軌道投入衛星の推進装置33を稼働することにより軌道投入衛星と衛星コンステレーション20を構成する衛星30との衝突リスクを回避し、軌道投入位置に到達する。軌道投入衛星が衝突リスクを回避する方法は、具体例として、推進装置33を稼働して危険領域を通過するタイミングを変更すること、または推進装置33を稼働して危険領域を通過しないようにすることである。軌道投入位置は、軌道投入衛星が投入される位置として適する位置であればどのような位置であってもよい。
*** Operation Description ***
<Operation Example 1 According to First Embodiment>
This operation example corresponds to a method for forming a satellite constellation.
In this operation example, in the satellite constellation 20, n (n is an integer of 2 or more) orbital planes are evenly arranged in the longitude direction, and up to m (m is an integer of 2 or more) satellites 30 fly at flight orbit altitudes in each of the n orbital planes so that the phase angles are even, and m or less satellites 30 are in regular operation in each of the n or less orbital planes. Also, in the satellite constellation 20, when each of the satellites 30 in regular operation is treated as a target satellite, the satellites 30 fly synchronously in the orbit of the target satellite and in the orbit adjacent to the orbit of the target satellite so that the phase offset angle indicating the in-orbit angle difference from when the satellite 30 in the orbit adjacent to the orbit of the target satellite moves north over the equator to when the satellite 30 in the orbit of the target satellite moves north over the equator is shifted by (360/(m×n))×i degrees (phase offset i is an integer of 0 to m−1).
In addition, the orbiting satellite, which is a satellite 30 newly inserted into the satellite constellation 20, is equipped with an analysis device 40. The analysis device 40 uses a phase offset model that models the phase offset i and the relative flight position in each of the orbital planes of n planes or less. In the phase offset model, the orbital planes where there is a risk of collision between the satellites 30 and the relative phase of the satellite 30 are identified as dangerous areas. In addition, since the phase offset model does not specifically specify the orbital inclination angle, it does not mention latitude, and as for longitude, the relative longitude in the sky above the equator is determined according to the number of orbital planes. The analysis device 40 receives orbit information of each satellite 30 in normal operation, and derives the phase offset angle and phase offset i of the orbiting satellite with respect to each satellite 30 in normal operation based on the received orbit information and the orbit information of the orbiting satellite. The analysis device 40 may be equipped with a phase offset model.
The orbital injection satellite operates the propulsion device 33 of the orbital injection satellite before passing through the danger area indicated by the phase offset model, thereby avoiding the risk of collision between the orbital injection satellite and the satellites 30 constituting the satellite constellation 20, and reaches the orbital injection position. Specific examples of a method for the orbital injection satellite to avoid the collision risk include operating the propulsion device 33 to change the timing of passing through the danger area, or operating the propulsion device 33 to avoid passing through the danger area. The orbital injection position may be any position as long as it is a position suitable for the orbital injection satellite to be injected.

1つの軌道面にm機の衛星30が、位相角が均等になるよう飛翔する場合、位相角は360/m度である。
軌道傾斜角が90度である衛星コンステレーション20では、全ての軌道面の全ての衛星30が北極と南極との各々を通過するため、極における衛星30同士の衝突を回避するためには、任意の軌道面について、ある衛星30が極を通過してから、当該ある衛星30の後続の衛星30が極を通過するまでの位相角である360/m度の範囲において、他の全ての軌道面の衛星30が1つずつ通過する必要がある。軌道面の数がnである場合、任意の軌道を飛翔する衛星30が通過してから、360/(m×n)度毎に隣接軌道面を飛翔する衛星30が通過すれば、極において衛星30同士の衝突は発生しない。ここで、ある軌道面と当該ある軌道面に対する隣接軌道面との関係を説明すると、当該ある軌道面と当該隣接軌道面との間に1つ以上の軌道面が存在することがある。
各軌道面を飛翔する衛星30が赤道上空を北上するタイミングに着目して、360/(m×n)度毎に隣接軌道面を飛翔する衛星30が通過することを実現する方法として、軌道面の数に応じた位相オフセットのバリエーションがある。当該バリエーションでは、位相オフセットに依存して複数の軌道面の交差上のうち飛翔軌道高度を各衛星30が通過するタイミングが異なるため、衛星30同士の衝突を回避するために最適な位相オフセットを選択する必要がある。飛翔軌道高度は、衛星30が飛翔する軌道高度であり、ある範囲内の軌道高度であってもよい。
以下、位相オフセット角と位相オフセットiと位相オフセットモデルとについて軌道面の数が7面である衛星コンステレーション20の実施例を使って説明する。
図6は、位相オフセット角が0度であり、位相オフセットiの値が0である位相オフセットモデルを示している。ここで、位相オフセットiの値が0であることを位相オフセット0とも表記する。
7面の軌道面全てにおいて、衛星30が赤道上空を北上するタイミングが同期している状態が、位相オフセット0である。
When m satellites 30 fly in one orbital plane with equal phase angles, the phase angle is 360/m degrees.
In the satellite constellation 20 with an orbital inclination angle of 90 degrees, all the satellites 30 in all the orbital planes pass through the North Pole and the South Pole, respectively. Therefore, in order to avoid collisions between the satellites 30 at the poles, for any orbital plane, the satellites 30 in all the other orbital planes must pass through one by one within a range of 360/m degrees, which is the phase angle from when a satellite 30 passes through the pole until the satellite 30 following the satellite 30 passes through the pole. When the number of orbital planes is n, collisions between the satellites 30 at the poles do not occur if a satellite 30 flying in any orbit passes through and then a satellite 30 flying in an adjacent orbital plane passes through every 360/(m×n) degrees. Here, to explain the relationship between a certain orbital plane and an adjacent orbital plane to the certain orbital plane, there may be one or more orbital planes between the certain orbital plane and the adjacent orbital plane.
As a method for realizing that satellites 30 flying in adjacent orbital planes pass every 360/(m×n) degrees by focusing on the timing when satellites 30 flying in each orbital plane move northward above the equator, there are variations in phase offset according to the number of orbital planes. In this variation, since the timing when each satellite 30 passes the flight orbit altitude at the intersection of multiple orbital planes differs depending on the phase offset, it is necessary to select an optimal phase offset to avoid collision between satellites 30. The flight orbit altitude is the orbit altitude at which the satellite 30 flies, and may be within a certain range.
The phase offset angle, phase offset i, and phase offset model will be described below using an example of the satellite constellation 20 having seven orbital planes.
6 shows a phase offset model in which the phase offset angle is 0 degrees and the value of the phase offset i is 0. Here, the phase offset i value of 0 is also expressed as phase offset 0.
In all seven orbital planes, the phase offset is 0 when the timing of the satellite 30 moving north above the equator is synchronized.

軌道面1において、1機目が赤道上空を北上して通過してから後続する2機目が赤道上空に飛来するまでに、360/m度の位相角がある。当該位相角の間をn等分した360/(m×n)度の位相角を、隣接軌道面を飛翔する衛星30が順番に時間差で通過するバリエーションには、軌道面の配列順番に応じて位相オフセット0から位相オフセット6の7種類ある。
図7は、位相オフセットiの値が1である位相オフセットモデルを示している。
位相オフセット1において、軌道面1を飛翔する衛星30が赤道上空を北上して通過してから、隣接する軌道面を飛翔する衛星30が360/(m×n)度の位相差分遅れて赤道上空を北上して通過する。
In orbital plane 1, there is a phase angle of 360/m degrees from when the first satellite passes north over the equator until the subsequent second satellite flies over the equator. There are seven variations in which satellites 30 flying in adjacent orbital planes pass through a phase angle of 360/(m×n) degrees, which is equal n divisions between the phase angles, with a time difference, from phase offset 0 to phase offset 6, depending on the arrangement order of the orbital planes.
FIG. 7 shows a phase offset model where the phase offset i has a value of one.
In phase offset 1, after a satellite 30 flying in orbital plane 1 passes north over the equator, a satellite 30 flying in an adjacent orbital plane passes north over the equator with a phase difference delay of 360/(m×n) degrees.

以下、同様に位相オフセット2から位相オフセット6の各々に対応する位相オフセットモデルを図8から図12に示す。
位相オフセットiにおいて、軌道面1を飛翔する衛星30が赤道上空を北上して通過してから、隣接する軌道面を飛翔する衛星30が(360/(m×n))×i度の位相差分遅れて赤道上空を北上して通過する。
軌道面7面において例示したように、位相オフセットモデルは、軌道面毎の衛星30の相対飛翔位置をモデル化したものである。軌道面7面は、軌道面の数が7面であることを意味する。
Similarly, phase offset models corresponding to phase offset 2 to phase offset 6 are shown in FIGS.
In phase offset i, after a satellite 30 flying in orbital plane 1 passes north over the equator, a satellite 30 flying in an adjacent orbital plane passes north over the equator with a phase difference delay of (360/(m×n))×i degrees.
As exemplified in the seven orbital planes, the phase offset model models the relative flight position of the satellite 30 for each orbital plane. The seven orbital planes means that the number of orbital planes is seven.

次に、危険領域について、軌道面8面の位相オフセットモデルを使って説明する。
図13は、軌道面8面であり位相オフセット6である位相オフセットモデルを示している。
軌道面5では、5機目の位相オフセットが軌道面1の2機目の位相オフセットと同じである。つまり、軌道面1から4に示される斜線のパターンと、軌道面5から8に示される斜線のパターンとが赤道を起点として同じである。ただし、軌道面1と軌道面5とで軌道面が異なるので、赤道上空を北上するタイミングにおいて軌道面1の衛星30と軌道面5の衛星30とが衝突するわけではない。しかしながら、位相オフセットモデルの下段に赤道、北端、赤道、南端、赤道と順に記載したように、軌道面5の5機目が赤道上空を北上するタイミングにおいて、軌道面1を飛翔する衛星30が赤道上空を南下するタイミングと一致する。そのため、北上して軌道面5を飛翔する衛星30と、南下して軌道面1を飛翔する衛星30とが衝突する危険領域であることが示されている。なお、図13では危険領域の一例を示しているに過ぎず、図13には他にも危険領域が存在する。具体例として、軌道面1と軌道面5とにおいて横並びに示されている全ての衛星30が危険領域に当たる。
Next, the danger region will be explained using a phase offset model of eight orbital planes.
FIG. 13 shows a phase offset model with eight orbital planes and six phase offsets.
In the orbital plane 5, the phase offset of the fifth satellite is the same as the phase offset of the second satellite in the orbital plane 1. That is, the diagonal line pattern shown in the orbital planes 1 to 4 and the diagonal line pattern shown in the orbital planes 5 to 8 are the same starting from the equator. However, since the orbital planes 1 and 5 are different, the satellite 30 in the orbital plane 1 does not collide with the satellite 30 in the orbital plane 5 at the timing of moving north over the equator. However, as the lower part of the phase offset model shows the equator, the northern end, the equator, the southern end, and the equator in that order, the timing of the fifth satellite in the orbital plane 5 moving north over the equator coincides with the timing of the satellite 30 flying in the orbital plane 1 moving south over the equator. Therefore, it is shown that the satellite 30 flying north on the orbital plane 5 and the satellite 30 flying south on the orbital plane 1 are in a dangerous region where they collide. Note that FIG. 13 shows only one example of a dangerous region, and there are other dangerous regions in FIG. 13. As a specific example, all satellites 30 shown side-by-side in orbital plane 1 and orbital plane 5 fall within the risk region.

次に、軌道面9面であり位相オフセット3である位相オフセットモデルを図14に示す。ここで、軌道面の数が偶数である場合、各軌道面について法線ベクトルが各軌道面の法線ベクトルと180度対向する軌道面が存在するため、各軌道面の衛星30と、法線ベクトルが各軌道面の法線ベクトルと180度対向する軌道面の衛星30とが赤道上空で衝突するリスクがある。軌道面の数が奇数である場合、各軌道面についてこのような関係にある軌道面が存在しないため、軌道面の数が偶数である場合に発生する危険領域は発生しない。しかしながら、軌道面の数が3の倍数である場合、経度方向60度毎に法線ベクトルが対向する軌道面が発生する。法線ベクトルが対向する軌道面間において、位相オフセットが重なると赤道上空において衝突するリスクがあることを図14において示している。
図14より、軌道面1と、軌道面4と、軌道面7との各々において、位相オフセットが同期していることがわかる。つまり、軌道面1から3に示される斜線のパターンと、軌道面4から6に示される斜線のパターンと、軌道面7から9に示される斜線のパターンとが赤道を起点として同じである。即ち、これらのパターン間において赤道上空を衛星30が通過するタイミングが重なっている。なお、図14において黒で塗りつぶした格子点は危険領域を示す。図14から、互いに異なる軌道面の後続衛星が同時に赤道上空を通過することがわかる。そのため、地球自転速度との相対関係により後続衛星が飛翔する経度が一致すれば、互いに異なる軌道面の後続衛星同士が衝突する。
傾斜円軌道により構成される衛星コンステレーション20では、任意の2つの軌道面の交線上のうち飛翔軌道高度に形成される2点が、中緯度帯において格子状に多数形成される。そして、2つの衛星30が格子状に形成された点を通過するタイミングが一致した場合、当該2つの衛星30同士が衝突するリスクがある。
格子状に形成された点の配置は、軌道傾斜角と、2つの軌道面の法線ベクトルの経度成分の経度方向離角に依存する。そのため、位相オフセットが同期していると、中緯度帯において衛星30同士が衝突するリスクがあるため、危険領域が生じる。
図15は、中緯度帯における危険領域の具体例を示している。図15において、法線ベクトルが異なる各2つの軌道の交点である危険領域を全て示している、即ち、全ての軌道面の組合せにおいて、位相オフセットがワースト状態である場合における全ての危険領域を示している。適切な位相オフセットを確保することによって、図15に示す危険領域における各衛星30の通過タイミングをずらし、危険領域を解消することができる。また、公差の範囲内で当該通過タイミングに誤差が発生した場合において、十分なマージンがあれば図15に示す危険領域を解消することができる。ただし、図13及び図14において黒丸で例示したように、衛星30の通過タイミングが重なってしまうために解消することができずに残る危険領域が存在する。
Next, a phase offset model with nine orbital planes and a phase offset of three is shown in FIG. 14. Here, when the number of orbital planes is an even number, there is an orbital plane whose normal vector is 180 degrees opposite to the normal vector of each orbital plane, so there is a risk of collision between the satellite 30 of each orbital plane and the satellite 30 of the orbital plane whose normal vector is 180 degrees opposite to the normal vector of each orbital plane in the equator. When the number of orbital planes is an odd number, there is no orbital plane with such a relationship for each orbital plane, so the danger area that occurs when the number of orbital planes is an even number does not occur. However, when the number of orbital planes is a multiple of three, orbital planes whose normal vectors are opposite to each other occur every 60 degrees in the longitude direction. FIG. 14 shows that there is a risk of collision above the equator when phase offsets overlap between orbital planes whose normal vectors are opposite to each other.
From Fig. 14, it can be seen that the phase offsets are synchronized in each of the orbital planes 1, 4, and 7. In other words, the diagonal line patterns shown on the orbital planes 1 to 3, the diagonal line patterns shown on the orbital planes 4 to 6, and the diagonal line patterns shown on the orbital planes 7 to 9 are the same starting from the equator. In other words, the timing at which the satellite 30 passes over the equator overlaps between these patterns. Note that the grid points filled with black in Fig. 14 indicate danger areas. From Fig. 14, it can be seen that the successor satellites in different orbital planes pass over the equator at the same time. Therefore, if the longitudes at which the successor satellites fly coincide due to the relative relationship with the earth's rotation speed, the successor satellites in different orbital planes will collide with each other.
In the satellite constellation 20 configured with an inclined circular orbit, two points formed at flight orbit altitudes on the intersection line of any two orbital planes are formed in a lattice pattern in the mid-latitudes. If two satellites 30 pass through the lattice-shaped points at the same time, there is a risk that the two satellites 30 will collide with each other.
The arrangement of the points formed in a grid depends on the orbital inclination angle and the longitudinal separation angle of the longitudinal components of the normal vectors of the two orbital planes, so that if the phase offsets are synchronized, there is a risk of the satellites 30 colliding with each other in the mid-latitudes, creating a danger zone.
FIG. 15 shows a specific example of a danger area in the mid-latitude band. In FIG. 15, all danger areas that are intersections of two orbits with different normal vectors are shown, that is, all danger areas in the worst state of phase offset in all combinations of orbital planes are shown. By ensuring an appropriate phase offset, it is possible to shift the passing timing of each satellite 30 in the danger area shown in FIG. 15 and eliminate the danger area. In addition, when an error occurs in the passing timing within the tolerance range, the danger area shown in FIG. 15 can be eliminated if there is a sufficient margin. However, as shown by black circles in FIG. 13 and FIG. 14, there are danger areas that cannot be eliminated because the passing timing of the satellites 30 overlap.

軌道情報としては、以下から構成されるケプラーの法則に基づく軌道要素(Keplerian Elements)が代表的である。
元期:Epoch(年と日)
平均運動:Mean Motion(周回/日)または半長径:Semi-major Axis(km)
離心率:Eccentricity(単位無し)
軌道傾斜角:Inclination(度)
昇交点赤経:RAAN(Right Ascension of Ascending Node)(度)
近地点引数:Argument of Perigee(度)
平均近点角:Mean Anomaly(度)
A representative example of orbital information is the orbital elements (Keplerian Elements) based on Kepler's laws, which are composed of the following:
Epoch: Epoch (year and day)
Mean Motion (circulation/day) or Semi-major Axis (km)
Eccentricity: Eccentricity (unitless)
Orbital inclination angle: Inclination (degrees)
Right Ascension of Ascending Node: RAAN (Right Ascension of Ascending Node) (degrees)
Argument of Perigee (degrees)
Mean periapsis angle: Mean Anomaly (degrees)

軌道投入衛星の解析装置40は、定常運用している衛星30の軌道要素を示す情報として、全ての衛星30の軌道要素の各々を示す情報を受信してもよい。しかしながら、全ての衛星30の軌道要素の各々を示す情報の情報量は膨大である。そのため、具体例として、軌道投入衛星の解析装置40は、定常運用している衛星30の代表である1機の代表衛星の軌道情報を入手し、その上で、代表衛星と同一の軌道面を飛翔するその他の各衛星30の飛翔位置を示す情報として代表衛星との相対位相を示す情報を入手してもよく、代表衛星が飛翔する軌道面と異なる軌道面を飛翔する各衛星30の飛翔位置を示す情報として、軌道面間の相対角度と、位相オフセットとを示す情報を受信してもよい。 The analysis device 40 of the satellite injected into orbit may receive information indicating each of the orbital elements of all the satellites 30 as information indicating the orbital elements of the satellites 30 in normal operation. However, the amount of information indicating each of the orbital elements of all the satellites 30 is enormous. Therefore, as a specific example, the analysis device 40 of the satellite injected into orbit may obtain orbital information of one representative satellite that is representative of the satellites 30 in normal operation, and then obtain information indicating the relative phase with respect to the representative satellite as information indicating the flight positions of the other satellites 30 flying in the same orbital plane as the representative satellite, or may receive information indicating the relative angle between the orbital planes and the phase offset as information indicating the flight positions of the satellites 30 flying in an orbital plane different from the orbital plane in which the representative satellite flies.

推進装置33を稼働して危険領域の通過タイミングを変更して衝突リスクを回避する具体的な実施方法を説明する。衛星30が推進装置33を用いて衛星30の進行方向において増速すれば衛星30の軌道高度が上昇し、また、衛星30が推進装置33を用いて衛星30の進行方向において減速すれば衛星30の軌道高度が下降する性質がある。衛星30がこの性質を利用して高度方向に移動することにより危険領域を通過するタイミングが変わり、衛星30同士の衝突を回避することができる。また、赤道上空近傍を衛星30が通過する際に軌道面外方向に衛星30が推進装置33を稼働すれば、軌道傾斜角が変化する性質がある。衛星30がこの性質を利用して高度と直行する方向へ移動することによって衛星30が危険領域とは異なる位置を通過することにより衛星30同士の衝突を回避することができる。
衛星30が新規に軌道投入される軌道面を新規投入軌道面とし、新規投入軌道面において定常運用している全ての衛星30が飛翔する位相オフセットが位相オフセットiであるものとしたとき、新規投入軌道面に新規に軌道投入される衛星30の位相オフセットは位相オフセットiであり、かつ、既に飛翔している定常運用している衛星30がない位置が新規に軌道投入される衛星30の定位置である。新規に軌道投入される衛星30は、定位置に到達した後に定常運用している全ての衛星30と飛翔速度を一致させる。その結果、新規に軌道投入された衛星30は新規投入軌道面において新規投入軌道面における他の衛星30と同一の軌道高度を一定の位相間隔で同期して飛翔することができ、また、新規投入軌道面における他の衛星30と衝突することなく新規に衛星30を新規投入軌道面に軌道投入する処理が完了する。
A specific implementation method for operating the propulsion device 33 to change the timing of passing through the dangerous area to avoid the collision risk will be described. If the satellite 30 uses the propulsion device 33 to increase its speed in the direction of satellite 30's travel, the orbital altitude of the satellite 30 will increase, and if the satellite 30 uses the propulsion device 33 to decelerate in the direction of satellite 30's travel, the orbital altitude of the satellite 30 will decrease. By using this property, the satellite 30 moves in the altitude direction, changing the timing of passing through the dangerous area, and collision between satellites 30 can be avoided. In addition, if the satellite 30 operates the propulsion device 33 in a direction outside the orbital plane when passing near the equator, the orbital inclination angle will change. By using this property, the satellite 30 moves in a direction perpendicular to the altitude, and passes a position different from the dangerous area, and collision between satellites 30 can be avoided.
When the orbital plane on which the satellite 30 is newly injected into orbit is defined as a new injection orbital plane, and the phase offset at which all the satellites 30 in regular operation fly on the new injection orbital plane is defined as phase offset i, the phase offset of the satellite 30 newly injected into orbit on the new injection orbital plane is phase offset i, and the fixed position of the satellite 30 newly injected into orbit is a position where there are no satellites 30 in regular operation already flying. After reaching the fixed position, the satellite 30 newly injected into orbit matches its flight speed with all the satellites 30 in regular operation. As a result, the satellite 30 newly injected into orbit can fly in synchronization with the other satellites 30 in the new injection orbital plane at the same orbital altitude at a fixed phase interval, and the process of injecting the satellite 30 into the new injection orbital plane is completed without colliding with the other satellites 30 in the new injection orbital plane.

<実施の形態1に係る動作例2>
本動作例は、実施の形態1に係る動作例を拡張した動作例に相当し、また、衛星コンステレーション形成方法に相当する。
本動作例において、衛星コンステレーション20を構成するn面の軌道面の各々は、傾斜円軌道である。また、解析装置40は、定常運用している衛星30が飛翔している複数の軌道面の交差線上のうち衛星飛翔高度に形成される交点であって、中緯度帯に形成される交点の位置を危険領域として予めデータベースに記録している。衛星飛翔高度は、衛星30が飛翔している高度であり、ある範囲の軌道高度であってもよい。データベースは、解析装置40に記録されていてもよく、地上設備500に記録されていてもよい。
<Operation Example 2 According to First Embodiment>
This operation example corresponds to an extended operation example of the operation example according to the first embodiment, and corresponds to a satellite constellation forming method.
In this operation example, each of the n orbital planes constituting the satellite constellation 20 is an inclined circular orbit. The analysis device 40 also records in advance in a database, as a danger area, the positions of intersections formed at the satellite flight altitude among the intersection lines of the multiple orbital planes on which the normally operating satellite 30 flies, and which are formed in the mid-latitude band. The satellite flight altitude is the altitude at which the satellite 30 flies, and may be a certain range of orbital altitudes. The database may be recorded in the analysis device 40 or the ground facility 500.

ここで、n面の傾斜円軌道に対応する軌道面が経度方向に360/n度ずつ位相をずらして均等に配置されており、各軌道面にm機の衛星30が360/m度ずつ位相をずらして均等に配置されて飛翔している衛星コンステレーション20の例として、m=8、n=5である場合を説明する。 Here, we will explain the case where m = 8 and n = 5 as an example of a satellite constellation 20 in which orbital planes corresponding to n-plane inclined circular orbits are evenly arranged with a phase shift of 360/n degrees in the longitude direction, and m satellites 30 are evenly arranged and flying on each orbital plane with a phase shift of 360/m degrees.

図16は、8機の衛星30が均等位相で飛翔する円軌道を軌道面の法線方向から見た様子を模式的に示している。
1つの軌道面内で位相角45度おきに衛星30を均等に配置した場合、8機の衛星30が同位相を維持しながら同一高度を飛翔するので、同一軌道面内で衛星30同士が衝突するリスクはない。
FIG. 16 shows a schematic diagram of a circular orbit in which eight satellites 30 fly in equal phase, as viewed from the normal direction to the orbital plane.
If the satellites 30 are evenly spaced at phase angles of 45 degrees within one orbital plane, the eight satellites 30 fly at the same altitude while maintaining the same phase, so there is no risk of the satellites 30 colliding with each other within the same orbital plane.

図17は、法線ベクトルが互いに異なる軌道面同士が交差する点において、衛星30同士の衝突リスクがある様子を示している。ここで、衝突リスクがある2点の各々において、衛星30の軌道高度が一致しているものとする。衝突リスクを解消する手段として、交線上の2点を通過するタイミングをずらすことは有効である。各衛星30が赤道上空の通過タイミングに着目して、5つの軌道面の全ての衛星30の赤道上空通過タイミングが互いに異なれば交点において衛星30同士が衝突するリスクを解消することができる。 Figure 17 shows how there is a risk of collision between satellites 30 at the points where orbital planes with different normal vectors intersect. Here, it is assumed that the orbital altitudes of the satellites 30 are the same at each of the two points where there is a risk of collision. As a means of eliminating the risk of collision, it is effective to shift the timing of passing through the two points on the line of intersection. By focusing on the timing of each satellite 30 passing over the equator, if the timing of passing over the equator of all satellites 30 in the five orbital planes differs from one another, the risk of collision between satellites 30 at the intersections can be eliminated.

法線ベクトルの経度成分が均等に分散配置された5つの軌道面の各々を法線方向から見た様子を並べ、さらに、軌道面毎の衛星30の飛翔位置を赤道面を基準にして均等にずらすと図18に示すようになる。なお、図18の(a)から(e)は、位相が360/(m×n)度ずつずれている様子を示している。
図19の(a)は、図18に示す5つの軌道面の法線ベクトルを一致させて、5つの軌道面全てを重ね合わせた様子を示している。図19の(b)は、図19の(a)と同様の図であり、各軌道が傾斜軌道である場合において各軌道を北極から見た様子を示す図である。
軌道面毎に9度ずつ位相をずらすことにより5つの軌道面で赤道上空を衛星30が通過するタイミングが互いに異なる。そのため、各8機の合計40機が、赤道上空で衝突することはない。なお、1つの軌道面内で偶数機の衛星30が均等に配置されて飛翔する場合に、当該軌道面内において対向する位置に配置された衛星30同士が赤道上空を通過するタイミングが一致するが、当該衛星30同士は当該軌道面内における衝突対象ではない。
If five orbital planes in which the longitude components of the normal vectors are evenly distributed are arranged as viewed from the normal direction, and the flying positions of satellites 30 on each orbital plane are shifted evenly with respect to the equatorial plane, the result is as shown in Figure 18. (a) to (e) of Figure 18 show the phases shifted by 360/(m×n) degrees.
Figure 19(a) shows the five orbital planes shown in Figure 18 superimposed with their normal vectors aligned, while Figure 19(b) is a similar diagram to Figure 19(a), showing the orbits as viewed from the north pole when they are inclined orbits.
By shifting the phase by 9 degrees for each orbital plane, the timing at which the satellites 30 pass over the equator differs for each of the five orbital planes. Therefore, the total of 40 satellites, eight of which are on each orbital plane, will not collide with each other above the equator. When an even number of satellites 30 are evenly spaced and flying within one orbital plane, the timing at which the satellites 30 located at opposing positions within that orbital plane pass over the equator will be the same, but these satellites 30 are not subject to collision within that orbital plane.

次に、傾斜軌道の法線ベクトルの相違の影響を説明する。
仮に、図18に示す5つの軌道面を全て軌道傾斜角相当分同じ方向に傾斜させて北極から見ると、図20の(a)から(e)に示すようになる。
さらに、法線ベクトルの経度方向成分を等配分して傾斜させると図20の(f)から(j)に示すようになる。ここで、各軌道面に対して第k(kは1以上5以下の整数)の軌道面と名称をつけている。なお、軌道面の数が5つであるため、各軌道面は経度方向に72度ずつ回転されている。
第1の軌道面を基準とした場合に、第2の軌道面から第5の軌道面の各々と第1の軌道面との交点を描くと図21の(a)から(e)に示すようになる。
軌道面の傾斜を示すために軌道面の最北端に星印をつけると、図21の(f)から(j)に示すようになる。
軌道面同士の交線上で軌道高度が一致する点を北半球側と南半球側との各々において示すと図22の(a)から(e)に示すようになる。なお、矢印は衛星30の飛翔方向を示している。
各軌道面8機の位相を表示すると図22の(f)から(j)に示すようになる。
南極から北上する衛星30に「昇」と示し、北極から南下する衛星30に「降」と示し、第1の軌道面を飛翔する衛星30を示す文字を上に記載し、その他の軌道面を飛翔する衛星30を示す文字を下に記載すると図23に示すようになる。図23より、いずれの交点も南極から北上する衛星30と、北極から南下する衛星30との交点であることがわかる。
なお、赤道を通過するタイミングが全ての衛星30間で互いに異なっていても、北上する衛星30の軌道と南下する衛星30の軌道との交点であって赤道上空以外の中緯度帯で発生する交点においては、衛星30同士が衝突するリスクが発生する。法線ベクトルの経度方向を一致させて各軌道面を赤道上空から見た場合に、図19の(b)に示すように同一緯度において異なる軌道面の衛星30が同じタイミングで北上と南下をしているためである。ただし、互いに異なる2つの軌道の交点は前述の通り予め既知であるため、当該2つの軌道の各々を飛翔する衛星30同士が同じタイミングで当該交点を通過しないよう、設計初期段階において設定することは可能である。
8機の衛星30が飛翔する軌道面を5つ組み合わせる場合においては図24に示す通り交点を同時に通過する組み合わせがないので、定常運用において衛星30同士の衝突は発生しない。
このように、衛星コンステレーション形成システム100では、衛星コンステレーション20の設計段階において、理想的運用状態において全ての交点で衛星30同士が衝突しないことを確認する。
Next, the effect of differences in the normal vectors of the inclined orbit will be explained.
If all five orbital planes shown in FIG. 18 were tilted in the same direction by an amount equivalent to the orbital inclination angle and viewed from the North Pole, they would appear as shown in FIGS. 20(a) to 20(e).
Furthermore, if the longitudinal component of the normal vector is equally distributed and tilted, it will become as shown in (f) to (j) of Figure 20. Here, each orbital plane is named the kth orbital plane (k is an integer between 1 and 5). Since there are five orbital planes, each orbital plane is rotated by 72 degrees in the longitudinal direction.
When the first orbital surface is taken as a reference, the intersections of each of the second to fifth orbital surfaces with the first orbital surface are drawn as shown in (a) to (e) of FIG. 21.
If a star is placed at the northernmost point of the orbital plane to indicate the inclination of the orbital plane, it will look like Figure 21(f) to (j).
The points at which the orbital altitudes coincide on the intersection of the orbital planes are shown in the northern and southern hemispheres as shown in (a) to (e) of Figure 22. The arrows indicate the flight direction of the satellite 30.
If the phases of the eight satellites on each orbital plane are displayed, they will look like those shown in (f) to (j) of Figure 22.
If the satellites 30 going north from the Antarctic are indicated as "ascending", the satellites 30 going south from the Antarctic are indicated as "descending", the characters indicating the satellites 30 flying in the first orbital plane are written on the top, and the characters indicating the satellites 30 flying in the other orbital planes are written on the bottom, it will look like Figure 23. From Figure 23, it can be seen that all of the intersections are between satellites 30 going north from the Antarctic and satellites 30 going south from the Antarctic.
Even if the timing of passing the equator is different for all satellites 30, there is a risk of collision between the satellites 30 at an intersection point between the orbit of a satellite 30 moving north and an orbit of a satellite 30 moving south that occurs in the mid-latitude zone other than above the equator. This is because, when each orbital plane is viewed from above the equator with the longitude directions of the normal vectors aligned, satellites 30 in different orbital planes at the same latitude move north and south at the same time, as shown in (b) of Figure 19. However, since the intersection point of two different orbits is known in advance as described above, it is possible to set the intersection point so that the satellites 30 flying on each of the two orbits do not pass through the intersection point at the same time in the early design stage.
In the case of combining five orbital planes on which eight satellites 30 fly, there is no combination in which the satellites pass through an intersection at the same time as shown in FIG. 24, so collisions between the satellites 30 do not occur during normal operation.
In this manner, in the satellite constellation forming system 100, during the design stage of the satellite constellation 20, it is confirmed that the satellites 30 will not collide with each other at any of the nodes under ideal operating conditions.

さらに、衛星コンステレーション形成システム100では、設計公差の範囲で、軌道面内の衛星30同士の位相角と、軌道面同士の経度方向の法線ベクトル成分の離角と、軌道高度と、離心率と、軌道傾斜角との少なくともいずれかに変化があった場合においても全ての交点で衛星30同士が衝突しないことを設計段階において確認しておく。 Furthermore, in the satellite constellation forming system 100, it is confirmed at the design stage that the satellites 30 will not collide with each other at any intersection point even if there is a change within the design tolerance in at least one of the phase angle between the satellites 30 in the orbital plane, the separation angle of the normal vector components in the longitude direction between the orbital planes, the orbital altitude, the eccentricity, and the orbital inclination.

軌道投入衛星は、定常運用している衛星群の位相オフセットiとは同期していない。そのため、軌道投入衛星には、南半球と北半球との各々における他の軌道面との交線上において他の軌道面を飛翔する衛星30と衝突するリスクがある。そこで、軌道投入衛星が具備する解析装置40は、軌道情報が既知であり、定常運用している他の衛星30の軌道情報を受信し、軌道投入衛星の軌道面と、他の衛星30の軌道面との経度方向の離角を導出する。軌道傾斜角が既知であるので、軌道面の離角と軌道高度とから、交点の位置が導出される。そこで、軌道投入する過渡段階においては軌道投入衛星の軌道が他の軌道面と交差する全ての交点を危険領域として識別する。
なお、危険領域を通過する前に推進装置33を稼働して危険領域の通過タイミングを変更して衛星30同士の衝突リスクを回避し、所定の位置まで到達する動作は、本実施の形態に係る動作例1に示す動作と同様である。所定の位置は、具体例として軌道投入位置である。
The orbit injection satellite is not synchronized with the phase offset i of the group of satellites in regular operation. Therefore, there is a risk that the orbit injection satellite will collide with the satellite 30 flying in the other orbital plane at the intersection with the other orbital plane in each of the southern and northern hemispheres. Therefore, the analysis device 40 equipped in the orbit injection satellite receives the orbit information of the other satellite 30, whose orbit information is known and which is in regular operation, and derives the separation angle in the longitude direction between the orbital plane of the orbit injection satellite and the orbital plane of the other satellite 30. Since the orbital inclination angle is known, the position of the intersection is derived from the separation angle of the orbital plane and the orbital altitude. Therefore, in the transitional stage of orbit injection, all intersection points where the orbit of the orbit injection satellite intersects with the other orbital planes are identified as risk areas.
The operation of operating the propulsion device 33 before passing through the danger zone to change the timing of passing through the danger zone to avoid the risk of collision between satellites 30 and reaching a predetermined position is similar to the operation shown in Operation Example 1 according to this embodiment. As a specific example, the predetermined position is the orbit insertion position.

本動作例によれば、軌道面毎に衛星30の飛翔位置をずらすことにより、北上する衛星30同士、南下する衛星30同士の衝突リスクを解消することができる。 According to this operation example, by shifting the flight position of the satellite 30 for each orbital plane, it is possible to eliminate the risk of collision between satellites 30 moving northward and between satellites 30 moving southward.

<実施の形態1に係る動作例3>
本動作例は、実施の形態1に係る動作例1または動作例2を拡張した動作例に相当し、また、衛星コンステレーション形成方法に相当する。本動作例では、衛星コンステレーション20において、円環状通信網が形成されていること、かつ、円環状またはスパイラル状の通信網が形成されていることによってメッシュ通信網が形成されている。円環状通信網は、衛星コンステレーション20の各軌道面を対象軌道面としたとき、対象軌道面を飛翔する各衛星30が各衛星30の進行方向の前方と後方との少なくともいずれかに位置する衛星30と通信する通信装置を具備することにより形成されている。通信装置は衛星通信装置32であってもよい。円環状またはスパイラル状の通信網は、対象軌道面を飛翔する少なくともいずれかの衛星30が対象軌道面に隣接する軌道を飛翔する少なくともいずれかの衛星30と通信する通信装置を具備することにより形成されている。軌道投入衛星は、定常運用している衛星30の軌道情報として、メッシュ通信網を経由して伝送された情報を入手する。
<Operation Example 3 According to First Embodiment>
This operation example corresponds to an operation example that expands the operation example 1 or operation example 2 according to the first embodiment, and corresponds to a satellite constellation forming method. In this operation example, a mesh communication network is formed in the satellite constellation 20 by forming a circular communication network and a circular or spiral communication network. The circular communication network is formed by providing each satellite 30 flying on the target orbital plane with a communication device that communicates with at least one of the satellites 30 located in front and behind the satellite 30 in the direction of travel when each orbital plane of the satellite constellation 20 is set as a target orbital plane. The communication device may be a satellite communication device 32. The circular or spiral communication network is formed by providing at least one of the satellites 30 flying on the target orbital plane with a communication device that communicates with at least one of the satellites 30 flying on an orbit adjacent to the target orbital plane. The orbital insertion satellite obtains information transmitted via the mesh communication network as orbit information of the satellite 30 in normal operation.

軌道投入衛星は、所定の軌道面に到達した後に、到達した軌道面における進行方向の前方と後方との少なくともいずれかを飛翔する衛星30との通信を確立することにより、メッシュ通信網と連接される。なお、軌道投入衛星は、円環状通信網を形成する衛星30のうち2つの隣り合う衛星30の間に入り、円環状通信網における前後の衛星30との通信を確立することにより円環状通信網を再構築してもよい。
軌道投入衛星は、メッシュ通信網と連接すれば、他の衛星30の軌道情報をオンボードで受信することができるので、自律的に他の衛星30との衝突を回避しながら軌道遷移して所定の位置に到達することもできる。
なお、経度方向の通信網は、赤道上空で全ての軌道面の衛星30が赤道上空を通過するタイミングが同期しており、かつ、隣接軌道間において赤道上空を通過する衛星30同士が通信網を形成すればスパイラル状通信網である。ただし、この状況は位相オフセット0であるため、衛星30同士の衝突リスクがあるので推奨することはできない。
衛星30が赤道上空を通過するタイミングが軌道面毎に異なり、隣接軌道の位相オフセットが0以外の同じ位相オフセットiである隣接軌道間の衛星30同士で通信網を形成すると、スパイラル状通信網が形成される。なお、位相オフセットが互いに異なる隣接軌道間における衛星30間の通信を組み合わせることにより、円環状通信網を形成することも可能である。
After reaching a predetermined orbital plane, the orbiting satellite is connected to the mesh communication network by establishing communication with a satellite 30 flying in at least one of the front and rear of the traveling direction in the orbital plane that the satellite reached. The orbiting satellite may enter between two adjacent satellites 30 among the satellites 30 that form the ring-shaped communication network, and reconstruct the ring-shaped communication network by establishing communication with the satellites 30 before and after it in the ring-shaped communication network.
If the orbital injection satellite is connected to a mesh communication network, it can receive on-board orbital information of other satellites 30, and can autonomously transfer orbits to reach a predetermined position while autonomously avoiding collisions with other satellites 30.
In addition, a communication network in the longitude direction is a spiral communication network if the timing of satellites 30 passing over the equator in all orbital planes is synchronized and if satellites 30 passing over the equator in adjacent orbits form a communication network. However, this situation is not recommended because there is a risk of collision between satellites 30 since the phase offset is 0.
A spiral communication network is formed when a communication network is formed between satellites 30 in adjacent orbits where the phase offset between the satellites 30 is the same phase offset i other than 0, since the timing at which the satellites 30 pass over the equator differs for each orbital plane. It is also possible to form a ring-shaped communication network by combining communications between satellites 30 in adjacent orbits where the phase offsets are different from each other.

<実施の形態1に係る動作例4>
本動作例は、衛星コンステレーション形成方法に相当する。解析装置40は、衛星コンステレーション20に対して過去に衛星を新規に軌道投入した実績を示す実績データに基づいて生成された推論モデルに対して、解析装置40が導出した結果を適用した結果を用いて軌道投入衛星の推進装置33を制御することに用いられるデータを生成する。なお、推論モデルの学習データは、軌道投入衛星を軌道投入する衛星コンステレーション20とは異なる衛星コンステレーション20についてのデータであってもよく、軌道投入衛星とは異なる衛星30についてのデータであってもよい。実績データは、解析装置40が導出した結果を示すデータと、過去に新規に軌道投入された衛星30の推進装置33の制御データとを含んでもよい。学習データとして実績データを用いてもよい。推論モデルは、軌道投入に成功した過去の軌道遷移実績をディープラーニング等の機械学習手法により機械学習したモデルである。解析装置40は、用意された推論モデルを用いてもよく、実際のデータを用いて推論モデルを生成してもよい。推論モデルは、解析装置40が導出した結果を入力とし、推進装置33を制御することに用いられるデータを出力とする。解析装置40は推論モデルを具備してもよい。
軌道投入衛星は、解析装置40が生成したデータに従って軌道投入衛星の推進装置33を稼働させる。
軌道投入衛星は、推進装置33を稼働することにより、危険領域を通過するタイミングを変更し、または、危険領域内を通過することを回避して、衛星30同士の衝突を回避する実施の形態1に係る動作例1から3に示す衛星コンステレーション形成方法において、衝突を回避するために増速したままでは軌道高度が上昇して対地速度が低下する。そのため、軌道投入衛星は所望の軌道位置に到達することができなくなるという課題がある。そのため、軌道投入衛星は、適切なタイミングで減速して軌道高度を復帰させる必要がある。また、軌道投入衛星が分点において軌道面外方向に推進装置33を稼働した場合において、軌道投入衛星の軌道傾斜角が所望の軌道傾斜角とは異なるものとなる。そのため、軌道投入衛星は、危険領域通過後に、分点において軌道傾斜角を元に戻す方向に推進装置33を稼働する必要がある。
さらに、軌道投入衛星が危険領域を通過した後に軌道投入衛星の軌道高度および軌道傾斜角等の少なくともいずれかを戻す過程においても、軌道投入衛星は、別の軌道面を飛翔する衛星30との衝突リスクを回避する必要がある。
n面の軌道面の各々にm機の衛星30を軌道投入する衛星コンステレーション20において、危険領域を通過した後に軌道投入した衛星30の軌道高度および軌道傾斜角等の少なくともいずれかを戻す過程において、別の軌道面を飛翔する衛星30との衝突リスクを回避するための他の軌道面および他の衛星30との相対関係は、軌道投入する衛星30毎に同様である。そのため、衛星30を新規に軌道投入することに成功した際の推進装置33の稼働実績をAI(Artificial Intelligence)で機械学習して再現すれば、低リスクで衛星30を新規に軌道投入することができるという効果がある。
図25は、本動作例において用いる推論モデルを生成する様子を示している。推論モデルは、軌道上データと、位相オフセットモデルと、危険領域データベースと、危険回避運用実績とを用いて作成される。軌道上データは、具体例として、制御対象である衛星30の起動情報と、他の衛星30の起動情報とを含む。危険回避運用実績は、具体例として、推進装置33の稼働プロファイルと、回避プロファイルと、復帰プロファイルとを含む。推論モデルは、危険領域の通過予測と、推進装置33の動作指令とを出力する。図25において、衛星30が、推論モデルが出力した動作指令に従って推進装置33を稼働させることにより、時刻Tにおける位置から時刻Tn+1における位置に移動する様子が示されている。推論モデルは、推進装置33の動作指令をした結果に基づいて定常運用中である衛星群の飛翔位置を推論し、危険領域を推論し、また、危険領域を推論した結果に基づいて推進装置33の動作指令を出力する。また、推論モデルは、出力した動作指令に従って推進装置33を稼働することにより変化する飛翔位置を示す情報を出力する。
なお、教師モデルに危険回避運用実績は含まれなくてもよい。ここで、軌道上における各種誤差要因を考慮しなければ、推進装置33の稼働実績がなくても理論上の推進装置33の稼働条件と衛星30の飛翔位置の変化とを決定することができる。なお、推進装置33の稼働実績を用いたディープラーニングでは、地上設計段階において想定した要因、及び推進装置33のシミュレーションにおいて反映することができなかった想定外の要因等と、軌道上における推進装置33の稼働実績との関係を学習することを目的としている。
本動作例によれば、軌道投入成功実績をAIで機械学習する解析装置を提供することができる。
<Operation Example 4 According to First Embodiment>
This operation example corresponds to a satellite constellation formation method. The analysis device 40 generates data used to control the propulsion device 33 of the orbital injection satellite by applying the result derived by the analysis device 40 to an inference model generated based on performance data indicating the performance of a new satellite being injected into the satellite constellation 20 in the past. The learning data of the inference model may be data on a satellite constellation 20 different from the satellite constellation 20 that injects the orbital injection satellite into orbit, or may be data on a satellite 30 different from the orbital injection satellite. The performance data may include data indicating the result derived by the analysis device 40 and control data of the propulsion device 33 of the satellite 30 newly injected into orbit in the past. The performance data may be used as the learning data. The inference model is a model that is machine-learned by a machine learning method such as deep learning based on the past orbital transfer performance of successful orbit injection. The analysis device 40 may use a prepared inference model, or may generate an inference model using actual data. The inference model takes the result derived by the analysis device 40 as input, and outputs data used to control the propulsion device 33. The analysis device 40 may be equipped with an inference model.
The orbiting satellite operates its propulsion device 33 according to the data generated by the analysis device 40 .
In the satellite constellation forming method shown in the operation examples 1 to 3 according to the first embodiment, in which the orbital injection satellite changes the timing of passing through the danger area or avoids passing through the danger area to avoid collision between the satellites 30 by operating the propulsion device 33, if the speed is increased to avoid collision, the orbital altitude increases and the ground speed decreases. Therefore, there is a problem that the orbital injection satellite cannot reach the desired orbital position. Therefore, the orbital injection satellite needs to decelerate at an appropriate timing to return to the orbital altitude. In addition, when the orbital injection satellite operates the propulsion device 33 in a direction outside the orbital plane at the equinox, the orbital inclination angle of the orbital injection satellite differs from the desired orbital inclination angle. Therefore, after passing through the danger area, the orbital injection satellite needs to operate the propulsion device 33 in a direction to return the orbital inclination angle to the original at the equinox.
Furthermore, even in the process of returning at least one of the orbital altitude and orbital inclination of the orbital injection satellite after the orbital injection satellite has passed through the danger zone, the orbital injection satellite needs to avoid the risk of collision with a satellite 30 flying in a different orbital plane.
In the satellite constellation 20 in which m satellites 30 are injected into each of n orbital planes, in the process of returning at least one of the orbital altitude and orbital inclination of the satellite 30 injected into orbit after passing through a dangerous area, the relative relationship between the other orbital planes and the other satellites 30 to avoid the risk of collision with the satellite 30 flying in another orbital plane is the same for each satellite 30 injected into orbit. Therefore, if the operational record of the propulsion device 33 when the satellite 30 is newly injected into orbit is successfully reproduced by machine learning using AI (Artificial Intelligence), there is an effect that the satellite 30 can be newly injected into orbit with low risk.
FIG. 25 shows how an inference model used in this operation example is generated. The inference model is created using on-orbit data, a phase offset model, a danger area database, and danger avoidance operation results. The on-orbit data includes, as a specific example, the startup information of the satellite 30 to be controlled and the startup information of other satellites 30. The danger avoidance operation results include, as a specific example, the operation profile, the avoidance profile, and the return profile of the propulsion device 33. The inference model outputs a prediction of passage through a danger area and an operation command for the propulsion device 33. FIG. 25 shows how the satellite 30 moves from a position at time T n to a position at time T n+1 by operating the propulsion device 33 according to the operation command output by the inference model. The inference model infers the flight position of the satellite group in normal operation based on the result of the operation command for the propulsion device 33, infers the danger area, and also outputs an operation command for the propulsion device 33 based on the result of inferring the danger area. The inference model also outputs information indicating the flight position that changes by operating the propulsion device 33 according to the output operation command.
The teacher model does not need to include the hazard avoidance operation record. If various error factors on orbit are not taken into consideration, the theoretical operating conditions of the propulsion device 33 and the change in the flight position of the satellite 30 can be determined even without the operation record of the propulsion device 33. The purpose of deep learning using the operation record of the propulsion device 33 is to learn the relationship between the factors assumed in the ground design stage and unexpected factors that could not be reflected in the simulation of the propulsion device 33, and the operation record of the propulsion device 33 on orbit.
According to this operation example, an analysis device can be provided that uses AI to machine-learn the success rate of orbital insertion.

***他の構成***
<変形例1>
本実施の形態では、衛星コンステレーション形成部110の機能がソフトウェアで実現される。変形例として、衛星コンステレーション形成部110の機能がハードウェアで実現されてもよい。図26は、本変形例を示している。
***Other configurations***
<Modification 1>
In this embodiment, the functions of the satellite constellation forming unit 110 are realized by software. As a modified example, the functions of the satellite constellation forming unit 110 may be realized by hardware. Figure 26 shows this modified example.

地上設備500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、衛星コンステレーション形成部110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(Gate Array)、ASIC、または、FPGAである。
衛星コンステレーション形成部110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、衛星コンステレーション形成部110の一部の機能が電子回路909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。
The ground equipment 500 includes an electronic circuit 909 in place of a processor 910 .
The electronic circuit 909 is a dedicated electronic circuit that realizes the functions of the satellite constellation forming unit 110 .
Specifically, the electronic circuit 909 is a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, a logic IC, a GA (Gate Array), an ASIC, or an FPGA.
The functions of the satellite constellation forming unit 110 may be realized by a single electronic circuit, or may be realized by distributing the functions among multiple electronic circuits.
As another modification, some of the functions of the satellite constellation forming unit 110 may be realized by the electronic circuit 909, and the remaining functions may be realized by software.

プロセッサ910と電子回路909とメモリ921と補助記憶装置922とを総称して、プロセッシングサーキットリとも呼ばれる。つまり、衛星コンステレーション形成システム100において、衛星コンステレーション形成部110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。 The processor 910, electronic circuit 909, memory 921, and auxiliary storage device 922 are collectively referred to as the processing circuitry. In other words, in the satellite constellation forming system 100, the functions of the satellite constellation forming unit 110 are realized by the processing circuitry.

***他の実施の形態***
実施の形態1について説明したが、本実施の形態のうち、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、本実施の形態を部分的に実施しても構わない。その他、本実施の形態は、必要に応じて種々の変更がなされても構わず、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されても構わない。
なお、前述した実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、本開示と、その適用物と、用途の範囲とを制限することを意図するものではない。説明した手順は、適宜変更されてもよい。
***Other embodiments***
Although the first embodiment has been described, it is possible to combine a plurality of parts of the present embodiment. Alternatively, it is possible to partially implement the present embodiment. In addition, the present embodiment may be modified in various ways as necessary, and may be implemented in any combination, either as a whole or in part.
The above-described embodiment is essentially a preferred example, and is not intended to limit the scope of the present disclosure, its applications, and uses. The described procedure may be modified as appropriate.

20 衛星コンステレーション、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 解析装置、51 軌道制御コマンド、100 衛星コンステレーション形成システム、110,110b 衛星コンステレーション形成部、500 地上設備、501 衛星制御装置、510 軌道制御コマンド生成部、520 衛星解析部、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、950 通信装置。 20 Satellite constellation, 30 Satellite, 31 Satellite control device, 32 Satellite communication device, 33 Propulsion device, 34 Attitude control device, 35 Power supply device, 40 Analysis device, 51 Orbit control command, 100 Satellite constellation formation system, 110, 110b Satellite constellation formation unit, 500 Ground equipment, 501 Satellite control device, 510 Orbit control command generation unit, 520 Satellite analysis unit, 909 Electronic circuit, 910 Processor, 921 Memory, 922 Auxiliary storage device, 930 Input interface, 940 Output interface, 950 Communication device.

Claims (8)

n(nは2以上の整数)面の軌道面が経度方向に均等に配置され、前記n面の軌道面の各軌道面に最大m(mは2以上の整数)機の衛星が、位相角が均等になるよう飛翔軌道高度を飛翔しており、
n面以下の軌道面の各々においてm機以下の衛星が定常運用しており、
定常運用している衛星の各々を対象衛星としたとき、前記対象衛星の軌道に隣接する軌道の衛星が赤道上空を北上してから、前記対象衛星の軌道の衛星が赤道上空を北上するまでの軌道面内角度差を示す位相オフセット角が(360/(m×n))×i度(位相オフセットiは0以上m-1以下の整数)ずつずれるよう前記対象衛星の軌道と前記対象衛星の軌道に隣接する軌道とにおいて衛星が同期して飛翔している衛星コンステレーションにおける衛星コンステレーション形成方法であって、
新規に前記衛星コンステレーションに軌道投入される軌道投入衛星は解析装置を具備しており、
前記解析装置は、前記位相オフセットiと、前記n面以下の軌道面の各々における相対飛翔位置とをモデル化した位相オフセットモデルを用い、
前記位相オフセットモデルでは、衝突リスクのある軌道面と衛星の相対位相とが危険領域として識別されており、
前記解析装置は、定常運用している各衛星の軌道情報を受信し、受信した軌道情報と、前記軌道投入衛星の軌道情報とに基づいて前記軌道投入衛星の、定常運用している衛星の各々に対する位相オフセット角と位相オフセットiとを導出し、
前記軌道投入衛星は、前記位相オフセットモデルが示す危険領域を通過する前に前記軌道投入衛星の推進装置を稼働することにより前記軌道投入衛星と前記衛星コンステレーションを構成する衛星との衝突リスクを回避し、軌道投入位置に到達する衛星コンステレーション形成方法。
n (n is an integer of 2 or more) orbital planes are evenly arranged in the longitude direction, and up to m (m is an integer of 2 or more) satellites fly at flight orbit altitudes in each of the n orbital planes so that their phase angles are even,
m or less satellites are in regular operation in each of n or less orbital planes,
A method for forming a satellite constellation in a satellite constellation in which satellites in a normally operating satellite are flying synchronously in an orbit of a target satellite and an orbit adjacent to the orbit of the target satellite such that a phase offset angle indicating an angle difference in an orbital plane from when a satellite in an orbit adjacent to the orbit of the target satellite moves north over the equator until when a satellite in the orbit of the target satellite moves north over the equator is shifted by (360/(m×n))×i degrees (phase offset i is an integer of 0 to m−1),
A satellite to be newly orbitally injected into the satellite constellation is equipped with an analysis device,
the analysis device uses a phase offset model that models the phase offset i and a relative flight position on each of the nth or lower orbital plane,
In the phase offset model, orbital planes and relative phases of satellites that are at risk of collision are identified as danger regions;
The analysis device receives orbit information of each satellite in normal operation, and derives a phase offset angle and a phase offset i of the orbit injection satellite with respect to each of the normally operating satellites based on the received orbit information and the orbit information of the orbit injection satellite;
A method for forming a satellite constellation in which the orbital injection satellite reaches an orbital injection position by operating a propulsion device of the orbital injection satellite before the orbital injection satellite passes through a danger area indicated by the phase offset model, thereby avoiding a risk of collision between the orbital injection satellite and satellites constituting the satellite constellation.
前記n面の軌道面の各々は、傾斜円軌道であり、
前記解析装置は、定常運用している衛星が飛翔している複数の軌道面の交差線上のうち衛星飛翔高度に形成される交点であって、中緯度帯に形成される交点の位置を危険領域として予めデータベースに記録している請求項1記載の衛星コンステレーション形成方法。
each of the n orbital planes is an inclined circular orbit;
2. The satellite constellation forming method according to claim 1, wherein the analysis device records in advance in a database as danger areas the positions of intersections formed at satellite flight altitudes among the intersections of multiple orbital planes in which satellites in regular operation fly, and which are formed in the mid-latitudes.
前記衛星コンステレーションにおいて、
前記衛星コンステレーションの各軌道面を対象軌道面としたとき、前記対象軌道面を飛翔する各衛星が各衛星の進行方向の前方と後方との少なくともいずれかに位置する衛星と通信する通信装置を具備することにより円環状通信網が形成されていること、かつ、
前記対象軌道面を飛翔する少なくともいずれかの衛星が前記対象軌道面に隣接する軌道を飛翔する少なくともいずれかの衛星と通信する通信装置を具備することによりに円環状またはスパイラル状の通信網が形成されていることによってメッシュ通信網が形成されており、
前記軌道投入衛星は、定常運用している衛星の軌道情報として、前記メッシュ通信網を経由して伝送された情報を入手する請求項1または請求項2に記載の衛星コンステレーション形成方法。
In the satellite constellation,
When each orbital plane of the satellite constellation is regarded as a target orbital plane, each satellite flying on the target orbital plane is provided with a communication device for communicating with a satellite located at least either in front of or behind the satellite in the direction of flight, thereby forming a circular communication network; and
At least one of the satellites flying on the target orbital plane is provided with a communication device for communicating with at least one of the satellites flying on an orbit adjacent to the target orbital plane, thereby forming a circular or spiral communication network, thereby forming a mesh communication network;
3. The method of forming a satellite constellation according to claim 1, wherein the orbital injection satellite obtains information transmitted via the mesh communication network as orbital information of a satellite in regular operation.
前記解析装置は、衛星コンステレーションに対して過去に衛星を新規に軌道投入した実績を示す実績データに基づいて生成された推論モデルに対して、前記解析装置が導出した結果を適用した結果を用いて前記軌道投入衛星の推進装置を制御することに用いられるデータを生成し、
前記軌道投入衛星は、前記解析装置が生成したデータに従って前記軌道投入衛星の推進装置を稼働させる請求項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形成方法。
the analysis device generates data to be used for controlling a propulsion device of the orbital injection satellite by applying a result derived by the analysis device to an inference model generated based on performance data showing performance of newly injecting a satellite into the orbit of a satellite constellation in the past;
4. The method for forming a satellite constellation according to claim 1, wherein the orbital injection satellite operates a propulsion device of the orbital injection satellite in accordance with the data generated by the analysis device.
前記実績データは、前記解析装置が導出した結果を示すデータと、過去に新規に軌道投入された衛星の推進装置の制御データとを含む請求項4に記載の衛星コンステレーション形成方法。 The satellite constellation formation method according to claim 4, wherein the performance data includes data indicating the results derived by the analysis device and control data for the propulsion device of a satellite that was newly launched into orbit in the past. 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の衛星コンステレーション形成方法により形成された衛星コンステレーション。 A satellite constellation formed by the satellite constellation forming method according to any one of claims 1 to 5. 請求項1に記載の位相オフセットモデルを具備する解析装置。 An analysis device equipped with the phase offset model described in claim 1. 請求項4または請求項5に記載の推論モデルを具備する解析装置。 An analysis device equipped with the inference model described in claim 4 or claim 5.
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