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JP7664770B2 - Debris removal business equipment - Google Patents
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Description

本開示は、デブリ除去事業装置、地上設備、および、メガコンステレーション事業装置に関する。 This disclosure relates to debris removal business equipment, ground facilities, and megaconstellation business equipment.

近年、数百から数千機に及ぶ大規模衛星コンステレーション、所謂メガコンステレーションの構築が始まり、軌道上における衛星の衝突のリスクが高まっている。また、故障により制御不能となった衛星、あるいは、ロケットの残骸といったスペースデブリが増加している。
このような宇宙空間における衛星およびスペースデブリといった宇宙物体の急激な増加に伴い、宇宙交通管制(STM)では、宇宙物体の衝突を回避するための国際的なルール作りの必要性が高まっている。
In recent years, the construction of large-scale satellite constellations, so-called mega-constellations, consisting of hundreds to thousands of satellites, has begun, increasing the risk of satellite collisions in orbit. In addition, the amount of space debris, such as satellites that have become uncontrollable due to malfunctions and rocket debris, is increasing.
With the rapid increase in space objects such as satellites and space debris in outer space, there is an increasing need for international rules in space traffic control (STM) to avoid collisions of space objects.

特許文献1には、同一の円軌道に複数の衛星から成る衛星コンステレーションを形成する技術が開示されている。 Patent document 1 discloses a technology for forming a satellite constellation consisting of multiple satellites in the same circular orbit.

従来、米国のCSpOC(Combined Space Operations Center)が宇宙物体の監視を継続し、宇宙物体同士の接近あるいは衝突が予見された場合に警報を発令する仕組みが存在する。有人宇宙基地および商用通信衛星では、この警報に応じて必要と判断した場合に回避運用を実施している。 Conventionally, there is a system in place where the US Combined Space Operations Center (CSpOC) continues to monitor space objects and issues warnings if it predicts that two space objects will approach or collide with each other. Manned space stations and commercial communications satellites respond to these warnings by taking evasive action if deemed necessary.

特開2017-114159号公報JP 2017-114159 A

宇宙空間のデブリの増加、メガコンステレーションの登場による衛星数の増加、および地上監視能力の向上に伴い、従来の米国CSpOCによる警報発令サービスの継続が難しくなっている。衛星コンステレーションにデブリが侵入するか否かの判断には、宇宙状況監視(SSA:Space Situation Awareness)が必要となる。
しかしながら、特許文献1には、衛星コンステレーションにデブリが侵入することを予見する方式については記載されていない。
Due to the increase in space debris, the increase in the number of satellites due to the emergence of mega-constellations, and the improvement of ground monitoring capabilities, it is becoming difficult to continue the conventional warning service provided by the U.S. CSPOC. Space Situation Awareness (SSA) is required to determine whether debris will enter the satellite constellation.
However, Patent Document 1 does not describe a method for predicting the intrusion of debris into a satellite constellation.

本開示では、軌道離脱した宇宙物体が密集領域に侵入する前に、その宇宙物体を捕獲して軌道降下時衝突回避運用をすることにより、衛星コンステレーションにおける衝突リスクを回避させることを目的とする。 The objective of this disclosure is to avoid the risk of collisions in satellite constellations by capturing a deorbited space object before it enters a densely populated area and performing collision avoidance operations during orbital descent.

本開示に係るデブリ除去事業装置は、
宇宙物体を除去するデブリ除去事業者によるデブリ除去衛星の管理に利用されるデブリ除去事業装置であって、
前記デブリ除去衛星は、宇宙物体を捕獲する捕獲装置と、推進装置と、軌道制御装置と、通信装置を具備し、
宇宙物体が、軌道離脱して大気圏突入する途中過程において、
太陽同期軌道LST(Local Sun Time)10:30近傍で軌道高度500km以上1000km以下の領域と、
太陽同期軌道LST13:30近傍で軌道高度500km以上1000km以下の領域と、
太陽同期軌道LST06:00近傍で軌道高度500km以上1000km以下の領域と、
太陽同期軌道LST18:00近傍で軌道高度500km以上1000km以下の領域と、
北緯80度以上で軌道高度500km以上1000km以下の領域と、
南緯80度以上で軌道高度500km以上1000km以下の領域と
のいずれかに侵入する前に、前記デブリ除去衛星により前記宇宙物体を捕獲して軌道降下時衝突回避運用をする。
The debris removal business device according to the present disclosure comprises:
A debris removal business device used for managing a debris removal satellite by a debris removal business operator that removes space objects,
The debris removal satellite includes a capture device for capturing a space object, a propulsion device, an orbit control device, and a communication device;
When a space object leaves its orbit and enters the atmosphere,
A region in which the orbit altitude is between 500km and 1000km in the vicinity of 10:30am Local Sun Time (LST) in a sun-synchronous orbit;
A region in the vicinity of the sun-synchronous orbit LST13:30 with an orbit altitude of 500 km to 1000 km.
A region in the vicinity of the sun-synchronous orbit LST06:00 with an orbit altitude of 500km to 1000km.
A region in the vicinity of the sun-synchronous orbit LST 18:00 with an orbit altitude of 500 km or more and 1000 km or less;
An area above 80 degrees north latitude with an orbital altitude of 500km to 1000km,
Before the space object enters a region at latitudes of 80 degrees south or higher and an orbital altitude of 500 km to 1,000 km, the debris removal satellite captures the space object and performs collision avoidance operations during orbital descent.

本開示に係るデブリ除去事業装置では、軌道離脱した宇宙物体が密集領域に侵入する前に、その宇宙物体を捕獲して軌道降下時衝突回避運用をする。よって、本開示に係るデブリ除去事業装置によれば、衛星コンステレーションにおける衝突リスクを回避できるという効果がある。 The debris removal business device according to the present disclosure captures a space object that has de-orbited before it enters a densely populated area, and performs collision avoidance operations during orbital descent. Therefore, the debris removal business device according to the present disclosure has the effect of avoiding the risk of collision in satellite constellations.

地上に対し、複数衛星が地球の全球に亘り通信サービスを実現する例。An example of multiple satellites providing global communications services to the ground. 単一軌道面の複数衛星が地球観測サービスを実現する例。An example of multiple satellites in a single orbital plane providing an Earth observation service. 実施の形態1に係る衛星コンステレーションの複数の軌道面の一例を示す模式図。1 is a schematic diagram showing an example of a plurality of orbital planes of a satellite constellation 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の複数の軌道面の別例を示す模式図。5 is a schematic diagram showing another example of a plurality of orbital planes of a satellite constellation according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る衛星コンステレーションの軌道面の1つを飛行する複数の衛星の例。2 shows an example of multiple satellites flying in one of the orbital planes of a satellite constellation 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の構成図。FIG. 1 is a configuration diagram of a satellite constellation forming system 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の動作を示す図。FIG. 2 is a diagram showing the operation of the satellite constellation forming system according to the first embodiment. 実施の形態2に係る複数の軌道面の相対高度差を表す図。FIG. 11 is a diagram showing the relative altitude differences of a plurality of orbital planes according to the second embodiment. 比較例の対地サービス範囲を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a ground service range of a comparative example. 実施の形態3に係る対地サービス範囲を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a ground service range according to the third embodiment. 実施の形態4に係る太陽同期軌道の条件を満たす軌道面を示す図。FIG. 13 is a diagram showing an orbital plane that satisfies the conditions for a sun-synchronous orbit according to the fourth embodiment. 実施の形態5に係る衛星コンステレーション形成システムにより形成される衛星コンステレーションの例。13 shows an example of a satellite constellation formed by a satellite constellation forming system according to embodiment 5. 衛星コンステレーションにおける衝突の条件の一例を示す模式図。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a collision condition in a satellite constellation. 衛星コンステレーションにおける衝突の条件の一例を示す模式図。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a collision condition in a satellite constellation. 実施の形態6に係る衛星コンステレーション形成システムにより形成される衛星コンステレーションの例。23 shows an example of a satellite constellation formed by a satellite constellation forming system according to the sixth embodiment. 実施の形態7に係る衛星コンステレーションによる地表サービス範囲を示す図。FIG. 23 is a diagram showing the surface service range provided by a satellite constellation in accordance with embodiment 7. 実施の形態7に係る衛星コンステレーションにおいて、軌道面数が偶数の場合の極通過タイミングを表す図。FIG. 23 is a diagram showing the timing of polar passing in a satellite constellation according to a seventh embodiment when the number of orbital planes is an even number. 実施の形態7に係る衛星コンステレーションにおいて、軌道面数が奇数の場合の極通過タイミングを表す図。FIG. 23 is a diagram showing the timing of polar passing in a satellite constellation according to a seventh embodiment when the number of orbital planes is an odd number. 自由落下によるデオービットの概念を示す図。A diagram showing the concept of de-orbiting by free fall. 衛星コンステレーションの上空の衛星がデオービットする際の衝突リスクを示す図。A diagram showing the collision risk when a satellite de-orbits above a satellite constellation. 衛星の増速と減速による軌道高度の変化を示す図。A diagram showing the change in orbital altitude due to acceleration and deceleration of a satellite. 推進装置の噴射による軌道傾斜角の変更を示す図。A diagram showing the change in orbital inclination angle due to thrust from a thruster. 実施の形態10に係る地上設備の構成を示す図。FIG. 23 is a diagram showing the configuration of ground equipment relating to embodiment 10. 実施の形態6に係る衛星コンステレーション形成システムにより形成される衛星コンステレーションの例。23 shows an example of a satellite constellation formed by a satellite constellation forming system according to the sixth embodiment. 実施の形態11に係る衛星コンステレーション20の具体例を示す模式図。FIG. 23 is a schematic diagram showing a specific example of a satellite constellation 20 according to an eleventh embodiment. 衛星コンステレーション形成システムの衛星の構成例。An example of the configuration of satellites in a satellite constellation formation system. 衛星コンステレーション形成システムが備える地上設備の構成例。An example of the configuration of ground equipment for a satellite constellation formation system. 衛星コンステレーション形成システムの機能構成例。An example of the functional configuration of a satellite constellation formation system. 実施の形態12に係る宇宙交通管理システムの全体構成例。12 shows an example of the overall configuration of a space traffic management system according to embodiment 12. 実施の形態12に係る宇宙交通管理装置の構成例。12 is a configuration example of a space traffic management device relating to embodiment 12. 宇宙交通管理処理の例2の比較例であり、軌道面内での衛星配置を表す図。FIG. 11 is a comparative example of the space traffic management processing example 2, showing a satellite arrangement in an orbital plane. 実施の形態12に係る宇宙交通管理処理の例2における軌道面内での衛星配置を表す図。A diagram showing a satellite arrangement in an orbital plane in example 2 of a space traffic management process relating to embodiment 12. 法線ベクトルが同じで、かつ、軌道高度が異なる複数軌道面を表す図。A diagram showing multiple orbital planes with the same normal vector but different orbital altitudes. 高高度のメガコンステレーション衛星による衛星軌道降下過程における密集領域(危険領域)侵入の様子を示す図。A diagram showing the intrusion of a high-altitude mega-constellation satellite into a dense area (dangerous area) during the satellite orbit descent process. 実施の形態12に係る衛星軌道降下過程における密集領域侵入回避の宇宙交通管理処理を示す図。FIG. 23 is a diagram showing a space traffic management process for avoiding intrusion into a crowded area during a satellite orbit descent process in accordance with embodiment 12. 実施の形態13に係るデブリ除去衛星の構成例を示す図。FIG. 23 is a diagram showing a configuration example of a debris removal satellite according to a thirteenth embodiment. 実施の形態13に係るデブリ除去事業装置の宇宙交通管理装置の詳細構成例を示す図。FIG. 23 is a diagram showing a detailed configuration example of a space traffic management device of a debris removal business apparatus relating to embodiment 13. 実施の形態14に係るメガコンステレーション事業装置の構成例を示す図。A diagram showing an example of the configuration of a megaconstellation business device related to embodiment 14. 実施の形態14に係るメガコンステレーション事業装置の宇宙交通管理装置の詳細構成例を示す図。A diagram showing a detailed configuration example of a space traffic management device of a megaconstellation business device relating to embodiment 14. 実施の形態1に係る軌道予報情報の構成例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of orbit forecast information according to the first embodiment.

以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付している。実施の形態の説明において、同一または相当する部分については、説明を適宜省略または簡略化する。また、以下の図面では各構成の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、実施の形態の説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」、「表」、「裏」といった方向あるいは位置が示されている場合がある。それらの表記は、説明の便宜上、そのように記載しているだけであって、装置、器具、あるいは部品といった構成の配置および向きを限定するものではない。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings. In each drawing, the same or corresponding parts are given the same reference numerals. In the description of the embodiment, 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 drawings may differ from the actual one. In the description of the embodiment, directions or positions such as "upper", "lower", "left", "right", "front", "rear", "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 or orientation of components such as devices, instruments, or parts.

実施の形態1.
図1は、地上に対し、複数衛星が連携して地球70の全球に亘り通信サービスを実現する例を示す図である。
図1は、全球に亘り通信サービスを実現する衛星コンステレーション20を示している。
同一軌道面を同一高度で飛行している複数の衛星の各衛星では、地上に対する通信サービス範囲が後続衛星の通信サービス範囲とオーバーラップしている。よって、このような複数の衛星によれば、地上の特定地点に対して、同一軌道面上の複数の衛星が時分割的に交互に交代しながら通信サービスを提供することができる。
しかしながら、単一軌道面で通信サービスを提供できるのは衛星軌道直下付近に限定される。そこで、地球に対して軌道面が東西方向に回転した別の軌道面を隣接させ、その軌道面上の複数の衛星による通信サービスも同時に実施する。このように隣接軌道面を設けることにより、隣接軌道間の地上に対する通信サービスを面的に網羅することが可能となる。同様に、地球の周りに多数の軌道面を概ね均等配置すれば、全球に亘り地上に対する通信サービスが可能となる。地上の特定地点から見れば、個々の衛星は短い時間で飛び去ってしまう。しかし、軌道上複数の衛星が時分割的に交互に交代しながら通信サービスを提供すれば、地上の任意の地点に対して連続的に通信サービスを提供することが可能となる。その際、個々の衛星は、後継衛星と通信サービスを分担するために、衛星間の通信方式を用いて、必要な信号および情報を授受する。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a diagram showing an example in which a plurality of satellites cooperate to provide communication services over the entire globe of the Earth 70 .
FIG. 1 shows a satellite constellation 20 that provides global communication services.
The communication service range of each of the multiple satellites flying at the same altitude in the same orbital plane overlaps with the communication service range of the succeeding satellite, so that such multiple satellites can provide communication services to a specific point on the ground by alternating between the multiple satellites on the same orbital plane in a time-division manner.
However, communication services can be provided only in a single orbital plane, which is limited to the area directly below the satellite orbit. Therefore, another orbital plane that rotates in an east-west direction with respect to the earth is provided adjacent to the satellite, and communication services are also provided by multiple satellites on that orbital plane. By providing adjacent orbital planes in this way, communication services to the ground between the adjacent orbits can be provided in a wide area. Similarly, by distributing a large number of orbital planes approximately evenly around the earth, communication services to the ground can be provided over the entire globe. From the perspective of a specific point on the ground, each satellite flies away in a short time. However, if multiple satellites in orbit provide communication services by alternating in a time-division manner, it becomes possible to provide continuous communication services to any point on the ground. In this case, each satellite transmits and receives necessary signals and information using an inter-satellite communication method in order to share communication services with its successor satellite.

低軌道を周回する衛星コンステレーションで通信サービスを実現する場合、全衛星のサービス領域が全球を網羅し、任意の地上ユーザの通信サービスを、次々に飛来する衛星が信号および情報を引継ぎながら分担して継続する。これにより、結果的に地上ユーザに連続的な通信サービスを提供できる。個々の衛星は、衛星と地上間の通信機能に加えて、衛星間の通信機能を具備することにより、近傍を通過する衛星同士で信号および情報を引継ぐことが可能となる。通信サービスのミッション連携に資する信号および情報の引継ぎを以後ハンドオーバーと称する。 When communication services are provided by a satellite constellation orbiting in low earth orbit, the service area of all satellites covers the entire globe, and communication services for any ground user are shared and continued by satellites that fly one after another, taking over signals and information. This ultimately makes it possible to provide continuous communication services to ground users. By equipping each satellite with inter-satellite communication functions in addition to satellite-to-ground communication functions, it becomes possible for signals and information to be handed over between satellites passing nearby. The handover of signals and information that contributes to the mission coordination of communication services will hereafter be referred to as handover.

衛星コンステレーションでは、異なる軌道面の軌道高度は全て同一とすることが一般的である。同一の軌道高度を飛行する衛星の対地速度は同様なので、地上に対するサービス範囲は個々の衛星のサービス範囲同士の相対位置関係を維持しながら衛星対地速度に応じて移動することになる。同一軌道面の後続衛星、あるいは、隣接軌道面の衛星におけるサービス範囲が、網羅的に地表をカバーしていれば、地上の任意の地点から見て、常にサービス範囲が維持される結果となる。 In a satellite constellation, the orbital altitudes of the different orbital planes are generally all the same. Since the ground speeds of satellites flying at the same orbital altitude are similar, the service range of the ground moves according to the satellite's ground speed while maintaining the relative positions of the service ranges of each satellite. If the service ranges of subsequent satellites in the same orbital plane, or satellites in adjacent orbital planes, cover the Earth's surface comprehensively, the service range will always be maintained as seen from any point on the ground.

図2は、単一軌道面の複数衛星が地球観測サービスを実現する例を示す図である。
図2は、地球観測サービスを実現する衛星コンステレーション20を示している。図2の衛星コンステレーションは、光学センサあるいは合成開口レーダといった電波センサである地球観測装置を具備した衛星が同一軌道面を同一高度で飛行する。このように、地上の撮像範囲が時間遅れで後続衛星がオーバーラップする衛星群では、地上の特定地点に対して軌道上複数の衛星が時分割的に交互に交代しながら地上画像を撮像することにより地球観測サービスを提供する。しかしながら単一軌道面でサービス提供できるのは衛星軌道直下付近に限定される。これに対して地球に対して軌道面が東西方向に回転した別の軌道面を隣接させて、同様の複数衛星によるサービスを同時に実施すれば、隣接軌道間の地上サービスを面的に網羅することが可能となる。同様にして地球の周りに多数の軌道面を概ね均等配置すれば、全球に亘り網羅的に地球観測サービスが可能となる。地上の特定地点から見れば、個々の衛星は短い時間で飛び去ってしまうが、軌道上複数の衛星が時分割的に交互に交代しながらサービス提供すれば、地上の任意の地点に対していつでも地球観測サービスを提供することが可能となる。
FIG. 2 is a diagram showing an example in which multiple satellites in a single orbital plane provide an earth observation service.
FIG. 2 shows a satellite constellation 20 that realizes an earth observation service. In the satellite constellation of FIG. 2, satellites equipped with earth observation equipment, which is a radio wave sensor such as an optical sensor or a synthetic aperture radar, fly at the same altitude in the same orbital plane. In this way, in a satellite group in which the imaging range of the ground is delayed and subsequent satellites overlap, multiple satellites in orbit take turns in a time-division manner to capture ground images for a specific point on the ground, thereby providing an earth observation service. However, the service can be provided in a single orbital plane only in the vicinity directly below the satellite orbit. In contrast, if another orbital plane that rotates in the east-west direction with respect to the earth is placed adjacent to the earth and a similar service is provided by multiple satellites at the same time, it becomes possible to cover the ground service between the adjacent orbits in a planar manner. In the same way, if multiple orbital planes are arranged approximately evenly around the earth, it becomes possible to provide a comprehensive earth observation service over the entire globe. From the perspective of a specific point on the ground, each satellite flies away in a short time, but if multiple satellites in orbit take turns in a time-division manner to provide services, it becomes possible to provide an earth observation service to any point on the ground at any time.

***構成の説明***
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は、複数の軌道面21を有する衛星コンステレーション20を形成する。また、複数の軌道面21の各軌道面21には、複数の衛星30が同じ軌道高度で飛行する。
***Configuration Description***
The satellite constellation forming system 100 according to the present embodiment forms a satellite constellation 20 having a plurality of orbital planes 21. In each of the plurality of orbital planes 21, a plurality of satellites 30 fly at the same orbital altitude.

ここで、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により形成される衛星コンステレーション20について簡単に説明する。
本実施の形態に係る衛星コンステレーション20は、各軌道面21の複数の衛星30からなる衛星群300により構成される。本実施の形態に係る衛星コンステレーション20は、衛星群300が連携してサービスを提供する。衛星コンステレーション20とは、具体的には、図1に示すような通信事業サービス会社による1つの衛星群から成る衛星コンステレーションを指す。また、衛星コンステレーション20とは、具体的には、図2に示すような観測事業サービス会社による1つの衛星群から成る衛星コンステレーションを指す。
Here, a brief description will be given of the satellite constellation 20 formed by the satellite constellation forming system 100 according to this embodiment.
The satellite constellation 20 according to the present embodiment is composed of a satellite group 300 consisting of a plurality of satellites 30 in each orbital plane 21. In the satellite constellation 20 according to the present embodiment, the satellite group 300 cooperate to provide services. The satellite constellation 20 specifically refers to a satellite constellation consisting of one satellite group provided by a communications business service company as shown in Fig. 1. The satellite constellation 20 specifically refers to a satellite constellation consisting of one satellite group provided by an observation business service company as shown in Fig. 2.

図3は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション20の複数の軌道面21の一例を示す模式図である。
図3では、衛星コンステレーション20における複数の軌道面の各軌道面21は、略同一面に存在する。一例として、各軌道面21には、複数の衛星として20機以上の衛星が飛行していてもよい。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a plurality of orbital planes 21 of a satellite constellation 20 according to this embodiment.
3, each of the multiple orbital planes 21 in the satellite constellation 20 exists in substantially the same plane. As an example, each orbital plane 21 may include 20 or more satellites flying as the multiple satellites.

図4は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション20の複数の軌道面21の別例を示す図である。
図4では、衛星コンステレーション20における複数の軌道面の各軌道面21は、互いに異なる面に存在する。図4では、複数の軌道面の各軌道面21の軌道傾斜角は略90度となっているが、軌道面はずれている。すなわち、複数の軌道面21は互いに交差している。一例として、各軌道面21には、複数の衛星として20機以上の衛星が飛行していてもよい。また、図4の衛星コンステレーション20は、一例として、20面以上の軌道面21を有していてもよい。
FIG. 4 is a diagram showing another example of a plurality of orbital planes 21 of a satellite constellation 20 according to the present embodiment.
In Fig. 4, each of the orbital planes 21 of the multiple orbital planes in the satellite constellation 20 exists on a different plane from each other. In Fig. 4, the orbital inclination angle of each of the multiple orbital planes 21 is approximately 90 degrees, but the orbital planes are offset. That is, the multiple orbital planes 21 intersect with each other. As an example, each orbital plane 21 may have 20 or more satellites flying as the multiple satellites. Also, the satellite constellation 20 in Fig. 4 may have 20 or more orbital planes 21, as an example.

図5は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション20の軌道面21の1つを飛行する複数の衛星30の例である。
同一軌道面において同一高度を飛行する複数の衛星30は、相対的に同じ速度で軌道面における相対位相を維持しながら飛行する。よって、同一軌道面において同一高度を飛行する複数の衛星30は、衝突することはない。
FIG. 5 shows an example of a plurality of satellites 30 flying in one of the orbital planes 21 of a satellite constellation 20 according to the present embodiment.
A plurality of satellites 30 flying at the same altitude in the same orbital plane fly at the same relative speed while maintaining the relative phase in the orbital plane, so that a plurality of satellites 30 flying at the same altitude in the same orbital plane will not collide with each other.

図6を用いて、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の構成を説明する。
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6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。
The configuration of a satellite constellation forming system 100 according to this embodiment will be described with reference to FIG.
The satellite constellation forming system 100 includes a computer. Although Fig. 6 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 communicating with the satellites 30. The computers provided for each of the multiple satellites 30 and for each of the ground facilities communicating 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、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.

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 digital signal processor (DSP), and a graphics processing unit (GPU).

メモリ921は、データを一時的に記憶する記憶装置である。メモリ921の具体例は、SRAM(Static Random Access Memory)、あるいはDRAM(Dynamic Random Access Memory)である。
補助記憶装置922は、データを保管する記憶装置である。補助記憶装置922の具体例は、HDDである。また、補助記憶装置922は、SD(登録商標)メモリカード、CF、NANDフラッシュ、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ブルーレイ(登録商標)ディスク、DVDといった可搬記憶媒体であってもよい。なお、HDDは、Hard Disk Driveの略語である。SD(登録商標)は、Secure Digitalの略語である。CFは、CompactFlash(登録商標)の略語である。DVDは、Digital Versatile Diskの略語である。
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 HDD. The auxiliary storage device 922 may also be a portable storage medium such as an SD (registered trademark) memory card, a CF, a NAND flash, a flexible disk, an optical disk, a compact disk, a Blu-ray (registered trademark) disk, or a DVD. Note that HDD is an abbreviation for Hard Disk Drive. SD (registered trademark) is an abbreviation for Secure Digital. CF is an abbreviation for CompactFlash (registered trademark). DVD is an abbreviation for Digital Versatile Disk.

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、地上設備と衛星、あるいは、衛星同士の通信を行う。 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 ground facilities and satellites, or between satellites, 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部110の「部」を「処理」、「手順」あるいは「工程」に読み替えてもよい。また衛星コンステレーション形成処理の「処理」を「プログラム」、「プログラムプロダクト」または「プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記憶媒体」に読み替えてもよい。
衛星コンステレーション形成プログラムは、上記の衛星コンステレーション形成部の「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。
衛星コンステレーション形成プログラムは、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、衛星コンステレーション形成プログラムは、プログラムプロダクトとして提供されてもよい。
The "part" of the satellite constellation forming part 110 may be read as a "processing", "procedure" or "step". Also, the "processing" of the satellite constellation forming process may be read as a "program", a "program product" or a "computer-readable storage medium on which a program is recorded".
The satellite constellation forming program causes a computer to execute each process, procedure, or step of the above-mentioned satellite constellation forming unit, where "unit" is replaced with "process,""procedure," or "step." Also, the satellite constellation forming method is a method performed by the satellite constellation forming system 100 executing the satellite constellation forming program.
The satellite constellation forming program may be provided by being stored in a computer-readable recording medium or a storage medium, or may be provided as a program product.

***動作の説明***
図7を用いて、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の動作について説明する。
*** Operation Description ***
The operation of the satellite constellation forming system 100 according to this embodiment will be described with reference to FIG.

ステップS101において、衛星コンステレーション形成システム100には、衛星コンステレーション20が備える各軌道面21の軌道高度が互いに異なるようにパラメータが設定される。
ステップS102において、衛星コンステレーション形成部110は、複数の軌道面の各軌道面21の軌道高度が互いに異なる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110は、予め設定されたパラメータを用いて、各軌道面21の軌道高度が互いに異なる衛星コンステレーション20を形成する。一例として、各軌道面21には、複数の衛星として20機以上の衛星が飛行していてもよい。また、図4の衛星コンステレーション20は、一例として、20面以上の軌道面21を有していてもよい。
In step S101, parameters are set in the satellite constellation forming system 100 so that the orbital altitudes of the orbital planes 21 of the satellite constellation 20 are different from each other.
In step S102, the satellite constellation forming unit 110 forms a satellite constellation 20 in which the orbital altitudes of the orbital planes 21 of the multiple orbital planes are different from each other. The satellite constellation forming unit 110 forms the satellite constellation 20 in which the orbital altitudes of the orbital planes 21 are different from each other using preset parameters. As an example, 20 or more satellites may fly as the multiple satellites on each orbital plane 21. Also, the satellite constellation 20 in FIG. 4 may have 20 or more orbital planes 21, as an example.

衛星コンステレーション形成部110が、複数の軌道面の各軌道面21が互いに異なる面に存在する衛星コンステレーション20(図4参照)を形成する場合について、さらに詳しく説明する。上述したように、図4の衛星コンステレーション20の複数の衛星30は、地上の地点に対して時分割的に交互に交代しながらサービスを提供する。 The following is a more detailed explanation of the case where the satellite constellation forming unit 110 forms a satellite constellation 20 (see FIG. 4) in which each of the multiple orbital planes 21 exists on a different plane from the others. As described above, the multiple satellites 30 of the satellite constellation 20 in FIG. 4 provide services to points on the ground in a time-division alternating manner.

異なる軌道高度を飛行させることにより衝突防止をするためには、2物体の寸法形状に加えて、地上で追跡管制する際の位置決定精度を考慮する必要がある。例えば、物体の寸法が1m程度であった場合、正確な位置が把握できているのであれば、3m以上の高度差を保てば衝突を回避できる。しかしながら、位置座標と時刻(x、y、z、t)の4要素に誤差が含まれる場合は衝突する可能性が残る。 To prevent collisions by flying at different orbital altitudes, it is necessary to consider not only the dimensions and shapes of the two objects, but also the accuracy of positioning during tracking and control on the ground. For example, if the dimensions of the objects are around 1m and their exact positions are known, a collision can be avoided by maintaining an altitude difference of 3m or more. However, if there are errors in the four elements of position coordinates and time (x, y, z, t), the possibility of collision remains.

衛星コンステレーションの運用事業者であれば、自己保有衛星の任意の時刻における位置決定精度として、100m程度に維持することはできると考えられる。よって、異なる軌道面の高度差を200m以上に設定することにより、本実施の形態に係る軌道高度が互いに異なる複数の軌道面21を有する衛星コンステレーション20を形成できる。あるいは、余裕を見て、異なる軌道面の高度差を300m以上に設定することで、本実施の形態に係る軌道高度が互いに異なる複数の軌道面21を有する衛星コンステレーション20を形成してもよい。軌道面数が約20面程度の衛星コンステレーション20であれば、衛星コンステレーション形成部110は、高度差6km程度の範囲で衛星コンステレーション20を構築できる。 It is believed that a satellite constellation operator can maintain a positioning accuracy of about 100 m for their satellites at any time. Therefore, by setting the altitude difference between different orbital planes to 200 m or more, a satellite constellation 20 having multiple orbital planes 21 with different orbital altitudes according to this embodiment can be formed. Alternatively, with some leeway, the altitude difference between different orbital planes can be set to 300 m or more to form a satellite constellation 20 having multiple orbital planes 21 with different orbital altitudes according to this embodiment. For a satellite constellation 20 with about 20 orbital planes, the satellite constellation forming unit 110 can construct the satellite constellation 20 with an altitude difference of about 6 km.

一方、衛星位置決定の向上手法を保有しない衛星事業者が、公開情報に基づき衝突を回避する場合には、任意の時刻における位置決定精度は500mから1km程度まで劣化することが想定される。このため、異なる軌道面の高度差を2km以上に設定することにより、本実施の形態に係る軌道高度が互いに異なる複数の軌道面21を有する衛星コンステレーション20を形成できる。あるいは、余裕を見て、異なる軌道面の高度差を3km以上に設定することで、本実施の形態に係る軌道高度が互いに異なる複数の軌道面21を有する衛星コンステレーション20を形成してもよい。軌道面数が約20面程度の衛星コンステレーション20であれば、衛星コンステレーション形成部110は、高度差60km程度の範囲で衛星コンステレーション20を構築できる。
なお、近年SSA(Space Situation Awareness)と呼ばれる軌道上物体監視技術が着目されている。これにより、スペースフェンス構想と呼ばれる監視精度向上が実現されれば、衛星位置決定の向上手法を保有しない衛星事業者であっても高度差を縮小した衛星コンステレーションを実現可能となる。
On the other hand, if a satellite operator who does not possess a method for improving satellite positioning avoids collisions based on public information, it is expected that the positioning accuracy at any time will deteriorate from 500 m to about 1 km. Therefore, by setting the altitude difference between different orbital planes to 2 km or more, it is possible to form a satellite constellation 20 having a plurality of orbital planes 21 with different orbital altitudes according to this embodiment. Alternatively, with a margin, it is also possible to form a satellite constellation 20 having a plurality of orbital planes 21 with different orbital altitudes according to this embodiment by setting the altitude difference between different orbital planes to 3 km or more. If the satellite constellation 20 has about 20 orbital planes, the satellite constellation forming unit 110 can construct the satellite constellation 20 with an altitude difference of about 60 km.
In recent years, a technology for monitoring orbital objects called Space Situation Awareness (SSA) has been attracting attention. If this technology improves monitoring accuracy, known as the Space Fence concept, it will be possible for satellite operators who do not have a method for improving satellite positioning to realize satellite constellations with reduced altitude differences.

次に、衛星コンステレーション形成部110が、複数の軌道面の各軌道面21が同じ面に存在する衛星コンステレーション20(図3参照)を形成する場合について、さらに詳しく説明する。上述したように、図3の衛星コンステレーション20の複数の衛星30は、地上の地点に対して時分割的に交互に交代しながらサービスを提供する。 Next, a more detailed explanation will be given of the case where the satellite constellation forming unit 110 forms a satellite constellation 20 (see FIG. 3) in which each of the multiple orbital planes 21 exists on the same plane. As described above, the multiple satellites 30 of the satellite constellation 20 in FIG. 3 provide services to points on the ground in a time-division alternating manner.

図3の衛星コンステレーション20が実現する地球観測サービスでは、通信サービスとは異なり必ずしも常時サービスを継続し続けるニーズがあるわけではない。一方、地球観測サービスでは「撮りたい時にどこでも任意の地点を撮像できる」ことが求められる。このため少なくとも衛星進行方向に直交するクロストラック方向に視野方向を変更する装置を具備した地球観測装置を備えた衛星により衛星コンステレーション20を構成することが好ましい。このように、衛星が、赤道上空の隣接軌道間距離を包含する視野方向変更機能を具備することで、全球任意の地点を、何時でもどこでも撮像可能となる。個別の固定視野の地球観測装置による衛星コンステレーションと比較して、少ない軌道面数で衛星コンステレーション構築できるという効果があるので、システム構築コストを低減可能となる。
また衛星進行方向に対しても、必ずしも撮像可能視野範囲が網羅される必要はなく、後続衛星ないし、隣接軌道面の衛星が視野方向変更すれば撮像可能な場合は同一軌道面の衛星数を減らすことも可能である。視野変更範囲が地表面換算で2000km程度となれば、1軌道面あたり2機から3機だけで全球を網羅できる可能性もある。
Unlike communication services, the earth observation service realized by the satellite constellation 20 in FIG. 3 does not necessarily need to continue the service at all times. On the other hand, the earth observation service requires "capturing any point anywhere at any time". For this reason, it is preferable to configure the satellite constellation 20 with satellites equipped with earth observation equipment equipped with a device that changes the viewing direction at least in the cross-track direction perpendicular to the satellite's traveling direction. In this way, by providing the satellite with a viewing direction changing function that includes the distance between adjacent orbits above the equator, it becomes possible to image any point on the globe at any time and anywhere. Compared to a satellite constellation using individual fixed-view earth observation equipment, there is an effect that the satellite constellation can be constructed with a smaller number of orbital planes, which makes it possible to reduce the system construction cost.
In addition, it is not necessary for the imaging field of view to be covered in the direction of satellite flight, and if imaging is possible by changing the field of view of subsequent satellites or satellites in adjacent orbital planes, it is possible to reduce the number of satellites in the same orbital plane. If the field of view change range is about 2000 km on the Earth's surface, it may be possible to cover the entire globe with just two or three satellites per orbital plane.

***他の構成***
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。
***Other configurations***
In this embodiment, the functions of the satellite constellation forming unit 110 are realized by software. As a modification, the functions of the satellite constellation forming unit 110 may be realized by hardware.

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に替えて電子回路を備える。
電子回路は、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。
電子回路は、具体的には、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ロジックIC、GA、ASIC、または、FPGAである。GAは、Gate Arrayの略語である。ASICは、Application Specific Integrated Circuitの略語である。FPGAは、Field-Programmable Gate Arrayの略語である。
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 satellite constellation forming system 100 includes an electronic circuit in place of the processor 910 .
The electronic circuit is a dedicated electronic circuit that realizes the functions of the satellite constellation forming unit 110.
Specifically, the electronic circuit is a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, a logic IC, a GA, an ASIC, or an FPGA. GA is an abbreviation for Gate Array. ASIC is an abbreviation for Application Specific Integrated Circuit. FPGA is an abbreviation for Field-Programmable Gate Array.
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 electronic circuits, and the remaining functions may be realized by software.

プロセッサと電子回路の各々は、プロセッシングサーキットリとも呼ばれる。つまり、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。 Each of the processor and electronic circuitry is also called 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.

***本実施の形態の効果の説明***
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では、地上の特定地点に対して軌道上複数の衛星が時分割的に交互に交代しながらサービス提供する。そして、任意の軌道面では同一高度を飛翔する複数機の衛星が概略等間隔で飛翔する。さらに、互いに軌道高度の異なる複数の軌道面で構成された衛星コンステレーションを形成する。
***Description of Effects of This Embodiment***
In the satellite constellation forming system according to the present embodiment, multiple satellites in orbit provide services to a specific point on the ground in a time-division alternating manner. In any orbital plane, multiple satellites fly at the same altitude and at approximately equal intervals. Furthermore, a satellite constellation is formed that is made up of multiple orbital planes with different orbital altitudes.

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では、同一軌道面において同一高度を飛翔する衛星は相対的に同じ速度で軌道面における相対位相を維持しながら飛行するため衝突することはない。また異なる軌道面においては、2面の交線において衝突する可能性があるものの、異なる軌道高度を飛行する衛星は衝突することがない。このように、異なる軌道面においてそれぞれ軌道高度が異なっていれば、衛星コンステレーションの全ての衛星について衝突リスクが回避できるという効果がある。
なお、本実施の形態に係る衛星コンステレーションと同様に、同一軌道面を飛行して異なる軌道高度を飛行する衛星同士が衝突しないことは、異なる衛星コンステレーションの間でも同様である。よって、本実施の形態に係る基本概念は、複数衛星コンステレーションの衝突回避にも効果がある。近年混雑する宇宙空間における国際的なルール作りの必要性が訴求されているSTMにおいて、複数の衛星コンステレーションが共存して衝突回避するための方式を提供できるという効果がある。すなわち、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によれば、数千機におよぶような膨大な数の衛星が近傍高度に密集している場合でも、衛星の衝突を回避することができるという効果がある。
In the satellite constellation forming system according to the present embodiment, satellites flying at the same altitude in the same orbital plane fly at the same relative speed while maintaining the relative phase in the orbital plane, so they do not collide. In addition, in different orbital planes, although there is a possibility of collision at the intersection of the two planes, satellites flying at different orbital altitudes do not collide. In this way, if the orbital altitudes are different in different orbital planes, there is an effect that the risk of collision can be avoided for all satellites in the satellite constellation.
As with the satellite constellation according to the present embodiment, satellites flying in the same orbital plane at different orbital altitudes do not collide with each other, even between different satellite constellations. Therefore, the basic concept according to the present embodiment is also effective in collision avoidance for multiple satellite constellations. In STM, where the need for international rule-making in the congested space has been appealed in recent years, there is an effect of providing a method for multiple satellite constellations to coexist and avoid collisions. In other words, according to the satellite constellation forming system according to the present embodiment, there is an effect of being able to avoid satellite collisions even when a huge number of satellites, such as several thousand satellites, are densely concentrated at nearby altitudes.

実施の形態2.
本実施の形態では、主に、実施の形態1との相違点あるいは追加点について説明する。なお、実施の形態1と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
Embodiment 2.
In this embodiment, the following mainly describes differences or additions from embodiment 1. Note that the same components as those in embodiment 1 are given the same reference numerals, and the description thereof may be omitted.

本実施の形態では、衛星コンステレーション形成部110が、複数の軌道面における隣接する軌道面の相対高度差が正弦波状となる衛星コンステレーション20を形成する態様について説明する。 In this embodiment, we will explain how the satellite constellation forming unit 110 forms a satellite constellation 20 in which the relative altitude difference between adjacent orbital planes in a plurality of orbital planes is sinusoidal.

図8は、本実施の形態に係る複数の軌道面の相対高度差を表す図である。
図8では、17個の軌道面を有する衛星コンステレーション20における各軌道面の相対高度差を表している。縦軸は、軌道面1の高度が高く、降順で高度が低くなることを表しており、距離を示すものではない。図8では、軌道面1を基準とした場合に、隣接する軌道面1と軌道面2との軌道高度の差、軌道面2と軌道面3との軌道高度の差、というようにプロットしていくと、正弦波状となることを示している。
FIG. 8 is a diagram showing the relative altitude differences of a plurality of orbital planes according to this embodiment.
Fig. 8 shows the relative altitude difference of each orbital plane in the satellite constellation 20 having 17 orbital planes. The vertical axis shows that the altitude of orbital plane 1 is high and the altitude decreases in descending order, and does not show distance. Fig. 8 shows that when the orbital plane 1 is used as the reference, the orbital altitude difference between adjacent orbital planes 1 and 2, the orbital altitude difference between orbital planes 2 and 3, etc. are plotted, a sine wave is formed.

隣接する軌道面の高度が著しく異なると、衛星間通信によるハンドオーバーの距離が遠方になり、かつ、通信用アンテナを相互に見合うための駆動角度範囲も広くなり、デメリットとなる。これに対して、本実施の形態に係る衛星コンステレーション20によれば、隣接する軌道間の高度差を限定しているので、相対差が徐々に変化する。よって、近傍衛星とのミッション連携に資するハンドオーバーが容易になる。 If the altitudes of adjacent orbital planes differ significantly, the handover distance for inter-satellite communications becomes long, and the driving angle range for matching the communication antennas becomes wide, which is a disadvantage. In contrast, with the satellite constellation 20 according to this embodiment, the altitude difference between adjacent orbits is limited, so the relative difference changes gradually. This makes it easier to perform handovers that contribute to mission coordination with nearby satellites.

また、地球観測衛星では、例えば光学センサの画像品質が衛星高度に依存するため、隣接する軌道間の高度差が小さいことにより、画像シーン間の不整合のない高品質の画像が得られるという効果がある。
地表面の画像を取得し、赤道上空の隣接軌道距離よりも広域の撮像が可能な光学センサを搭載した衛星コンステレーションによれば、全球をくまなく画像取得可能となる。光学センサの分解能と観測幅は軌道高度に依存するので、同じ仕様の光学センサを採用する衛星コンステレーションの場合、軌道高度の最も低い条件で撮像する場合が最も高分解能で、観測幅は最小となる。したがって、赤道上空で軌道高度が最低の条件における光学センサの観測幅が、隣接軌道間距離よりも大きければ、赤道上空を含めて網羅的に地表面の撮像が可能となる。
In addition, in an earth observation satellite, for example, the image quality of an optical sensor depends on the satellite altitude, so that a small difference in altitude between adjacent orbits has the effect of obtaining high-quality images with no inconsistency between image scenes.
A satellite constellation equipped with an optical sensor capable of acquiring images of the Earth's surface and imaging a wider area than the adjacent orbital distance above the equator can acquire images of the entire globe. Since the resolution and observation width of an optical sensor depend on the orbital altitude, a satellite constellation using an optical sensor with the same specifications will have the highest resolution and the smallest observation width when imaging at the lowest orbital altitude. Therefore, if the observation width of an optical sensor at the lowest orbital altitude above the equator is greater than the adjacent orbital distance, it will be possible to comprehensively image the Earth's surface, including above the equator.

隣接軌道の高度が著しく異なると、画像のつなぎ目で分解能相違の伴う不連続性が顕在化しやすい。しかし、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では、隣接軌道間の高度差を限定しているので、画像のつなぎ目が目立たず画像品質のよい全球画像データが取得できるという効果がある。また、衛星高度の差が大きいほど、対地サービス領域の相対移動速度が速くなる特徴がある。このため、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では、隣接サービス領域の相対移動量を最小限にできるので、通信におけるハンドオーバーと呼ばれる後続衛星へのデータ引き継ぎが容易になり、エラーを抑制しやすいという効果がある。 When the altitudes of adjacent orbits differ significantly, discontinuity accompanied by differences in resolution at the seams of images is likely to become apparent. However, the satellite constellation forming system according to this embodiment limits the difference in altitude between adjacent orbits, which has the effect of making it possible to acquire global image data with good image quality without noticeable seams in the images. Another characteristic is that the greater the difference in satellite altitude, the faster the relative movement speed of the ground service area. Therefore, the satellite constellation forming system according to this embodiment can minimize the amount of relative movement of adjacent service areas, which makes it easier to transfer data to a subsequent satellite, a process known as handover in communications, and makes it easier to suppress errors.

実施の形態3.
本実施の形態では、主に、実施の形態1および2との相違点あるいは追加点について説明する。なお、実施の形態1および2と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
Embodiment 3.
In this embodiment, a description will be given mainly of differences or additions from the embodiments 1 and 2. Note that the same components as those in the embodiments 1 and 2 are given the same reference numerals, and the description thereof may be omitted.

本実施の形態では、衛星コンステレーション形成部110が、衛星1機当たりの対地サービス範囲の半径が赤道上空における隣接軌道間距離の略√2/2以上となる衛星コンステレーション20を形成する。具体的には、この衛星コンステレーション20において、軌道高度が最も低い軌道面の衛星1機当たりの対地サービス範囲の半径が、赤道上空における隣接軌道間距離の略√2/2ないしそれ以上のカバレッジを確保している。 In this embodiment, the satellite constellation forming unit 110 forms a satellite constellation 20 in which the radius of the ground service range per satellite is equal to or greater than approximately √2/2 the distance between adjacent orbits above the equator. Specifically, in this satellite constellation 20, the radius of the ground service range per satellite in the orbital plane with the lowest orbital altitude ensures coverage of approximately √2/2 or more of the distance between adjacent orbits above the equator.

図9は、比較例の対地サービス範囲を示す図である。
衛星の相対位置が最適の状態では、対地サービス範囲の半径として、赤道上空隣接軌道間距離と同等に確保すれば、サービス範囲が全球を網羅可能となる。また、全ての軌道面において衛星高度が同じであればサービス領域も相対関係を維持するので、常に全球網羅したサービス継続が可能である。しかし、軌道高度が異なる軌道面においては、衛星進行速度が衛星高度に応じて相違があるために、衛星の相対位置が最適の状態で網羅的に確保されたサービス領域が、相対的に移動することにより空隙P、つまりサービスできない領域が生じる可能性がある。
FIG. 9 is a diagram showing a ground service range of a comparative example.
When the relative position of the satellite is optimal, if the radius of the ground service range is secured to be equal to the distance between adjacent orbits above the equator, the service range can cover the entire globe. Also, if the satellite altitude is the same in all orbital planes, the relative relationship of the service area is maintained, so it is possible to continue the service covering the entire globe at all times. However, in orbital planes with different orbital altitudes, the satellite's traveling speed differs depending on the satellite altitude, so that the service area secured comprehensively when the relative position of the satellite is optimal may move relative to the satellite, resulting in a gap P, that is, an area that cannot be serviced.

図9では、3つの軌道面の対地サービス範囲が表されている。また、対地サービス範囲の半径raが赤道上空隣接軌道間距離Raの1/2である。この場合、図9に示すように、真ん中の軌道面の対地サービス範囲が45度前方にずれると、サービスできない領域(空隙)が生じてしまう。 Figure 9 shows the ground service ranges of three orbital planes. The radius ra of the ground service range is half the distance Ra between adjacent orbits above the equator. In this case, as shown in Figure 9, if the ground service range of the middle orbital plane shifts 45 degrees forward, an area (gap) that cannot be serviced will be created.

図10は、本実施の形態に係る対地サービス範囲を示す図である。
図10では、対地サービス範囲の半径rbが赤道上空隣接軌道間距離Rbの√2/2である。この場合、図10に示すように、各軌道面の対地サービス範囲が45度ずつずれた場合でも、サービスできない領域(空隙)は生じない。
FIG. 10 is a diagram showing the ground service range according to this embodiment.
In Fig. 10, the radius rb of the ground service range is √2/2 of the distance Rb between adjacent orbits above the equator. In this case, as shown in Fig. 10, even if the ground service ranges of each orbital plane are shifted by 45 degrees, no area (gaps) that cannot be serviced will occur.

以上のように、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によれば、衛星相対配置が最悪の状態、すなわち隣接軌道のサービス領域が略45度前方に位置するときでも、サービス領域の空隙が生じない。よって、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によれば、隣接軌道のサービス領域が衛星進行方向に相対的に移動しても、間断なく全球網羅的にサービス継続できるという効果がある。 As described above, according to the satellite constellation forming system of this embodiment, even when the satellite relative positioning is in the worst state, i.e., when the service area of the adjacent orbit is located approximately 45 degrees forward, no gaps in the service area occur. Therefore, according to the satellite constellation forming system of this embodiment, even if the service area of the adjacent orbit moves relatively in the satellite's direction of flight, it is possible to continue to provide uninterrupted, globally comprehensive service.

実施の形態4.
本実施の形態では、主に、実施の形態1から3との相違点あるいは追加点について説明する。なお、実施の形態1から3と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
Embodiment 4.
In this embodiment, a description will be given mainly of differences or additions from the embodiments 1 to 3. Note that the same components as those in the embodiments 1 to 3 are given the same reference numerals, and the description thereof may be omitted.

本実施の形態では、衛星コンステレーション形成部110は、複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が、太陽同期軌道の条件を満たす衛星コンステレーション20を形成する態様について説明する。また、衛星コンステレーション形成部110は、複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が、太陽同期準回帰軌道のみで構成されている衛星コンステレーション20を形成する態様について説明する。 In this embodiment, the satellite constellation forming unit 110 will describe a mode in which the satellite constellation 20 is formed in which the orbital altitude of each of the multiple orbital planes satisfies the condition of a sun-synchronous orbit. In addition, the satellite constellation forming unit 110 will describe a mode in which the satellite constellation 20 is formed in which the orbital altitude of each of the multiple orbital planes is composed of only sun-synchronous quasi-recurrent orbits.

図11は、本実施の形態に係る太陽同期軌道の条件を満たす軌道面を示す図である。
地球観測衛星の光学衛星では、太陽光入射角がほぼ同一の条件で観測を継続することが望ましい。このため、太陽同期衛星と呼ばれる衛星の軌道が多用される。太陽同期衛星の軌道は、地球の公転と同期して軌道面が1年で1周回転する軌道面法線と太陽方向の角度が概ね一定である。また、太陽同期衛星の軌道は、地球の地方時LST(Local Sun Time)が年間を通して同じになる軌道である。
太陽同期軌道の条件が成立する軌道高度は間欠的に存在する。本実施の形態では、太陽同期軌道の条件に適合する軌道高度だけで軌道面を構成した衛星コンステレーション20が形成される。このような衛星コンステレーション20であれば、それぞれの軌道面が所望のLSTでのサービスを継続し、かつ衝突リスクのない衛星コンステレーションが実現可能になる。
FIG. 11 is a diagram showing an orbital plane that satisfies the conditions for a sun-synchronous orbit according to this embodiment.
It is desirable for optical satellites of Earth observation satellites to continue observation under conditions of almost the same solar incidence angle. For this reason, satellite orbits called sun-synchronous satellites are often used. In the orbit of a sun-synchronous satellite, the angle between the normal to the orbital plane, which rotates once a year in synchronization with the revolution of the Earth, and the direction of the Sun is almost constant. In addition, the orbit of a sun-synchronous satellite is an orbit in which the local time (LST) of the Earth is the same throughout the year.
The orbital altitudes where the conditions for a sun-synchronous orbit are satisfied exist intermittently. In this embodiment, a satellite constellation 20 is formed in which the orbital plane is composed of only orbital altitudes that satisfy the conditions for a sun-synchronous orbit. With such a satellite constellation 20, each orbital plane can continue to provide service at the desired LST, and a satellite constellation without a collision risk can be realized.

光学センサは、太陽光入射角に依存して画像の明るさおよびS/N特性が変化する。このため、太陽同期軌道により、軌道面に対する太陽光入射角一定の条件で継続的に地球観測サービスを提供することが多い。さらに、LST10:00から11:00の軌道面は、十分な光量を確保でき、海面の直接反射もないことから多用される。しかしながら、LST10:30近傍の衛星群だけでは、「いつでも、どこでも」撮像できるわけではない。そこで、LSTの異なる軌道面の衛星群を組み合わせることにより、撮像頻度を向上させることが効果的である。 The brightness and S/N characteristics of images taken by optical sensors change depending on the angle of incidence of sunlight. For this reason, sun-synchronous orbits are often used to provide continuous Earth observation services under conditions of a constant angle of incidence of sunlight on the orbital plane. Furthermore, the orbital plane between LST 10:00 and 11:00 is often used because it ensures a sufficient amount of light and there is no direct reflection from the sea surface. However, satellites around LST 10:30 alone cannot capture images "anytime, anywhere." Therefore, it is effective to increase the frequency of imaging by combining satellites in orbital planes with different LSTs.

例えば、LST10:30に加えてLST9:00、および、LST12:00の軌道面を追加する。この場合、概ね90分毎に撮像できる可能性があり、低軌道衛星が地球を1周回するのに要する時間が約90から100分とすれば、次周回の撮像機会も含めて任意の地点の撮像頻度を向上できる効果がある。さらに、同一軌道面の衛星数が増えれば、面的に網羅することも可能となり、同様の考え方でLSTを均等配置していけば、原理的に「いつでも、どこでも」撮像可能となる。
なお、可視画像のみ撮像可能な光学センサの場合は夜間は撮像できないが、赤外センサあるいは電波センサであれば、夜間を通含めていつでも撮像が可能となる。
For example, in addition to LST 10:30, add orbital planes at LST 9:00 and LST 12:00. In this case, there is a possibility that imaging can be performed approximately every 90 minutes, and assuming that it takes about 90 to 100 minutes for a low-orbit satellite to orbit the Earth once, there is an effect of improving the imaging frequency of any point, including the imaging opportunity of the next orbit. Furthermore, if the number of satellites in the same orbital plane increases, it becomes possible to cover the entire area, and if the LSTs are evenly distributed with the same idea, imaging can be performed "anytime, anywhere" in principle.
Incidentally, an optical sensor that can only capture visible images cannot capture images at night, but an infrared sensor or radio wave sensor can capture images at any time, including nighttime.

地表面の画像を取得し、赤道上空の隣接軌道距離よりも広域の撮像が可能な光学センサを搭載した衛星コンステレーションによれば、全球をくまなく画像取得可能となる。光学センサの分解能と観測幅は軌道高度に依存するので、同じ仕様の光学センサを採用する衛星コンステレーションの場合、軌道高度の最も低い条件で撮像する場合が最も高分解能で、観測幅は最小となる。したがって、赤道上空で軌道高度が最低の条件における光学センサの観測幅が、隣接軌道間距離よりも大きければ、赤道上空を含めて網羅的に地表面の撮像が可能となる。また、隣接軌道の高度が著しく異なると、画像のつなぎ目で分解能相違の伴う不連続性が顕在化しやすい。しかし、本実施の形態においても、実施の形態2に係る衛星コンステレーションを採用することにより、隣接軌道間の高度差を限定し、画像のつなぎ目が目立たず画像品質のよい全球画像データが取得できるという効果がある。 A satellite constellation equipped with an optical sensor capable of acquiring images of the Earth's surface and capturing an image of a wider area than the distance between adjacent orbits above the equator can acquire images of the entire globe. The resolution and observation width of an optical sensor depend on the orbital altitude, so in the case of a satellite constellation employing an optical sensor of the same specifications, the highest resolution and the smallest observation width are obtained when the image is captured at the lowest orbital altitude. Therefore, if the observation width of the optical sensor at the lowest orbital altitude above the equator is greater than the distance between adjacent orbits, comprehensive imaging of the Earth's surface, including above the equator, is possible. In addition, if the altitudes of adjacent orbits differ significantly, discontinuity due to differences in resolution at the seams of the images is likely to become apparent. However, even in this embodiment, by adopting the satellite constellation according to embodiment 2, the altitude difference between adjacent orbits is limited, and global image data with good image quality and inconspicuous seams can be acquired.

***本実施の形態の変形例***
本実施の形態の変形例として、衛星コンステレーション形成部110は、複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が、太陽同期準回帰軌道のみで構成されている衛星コンステレーション20を形成する態様について説明する。
***Modification of this embodiment***
As a modified example of this embodiment, a mode will be described in which the satellite constellation forming unit 110 forms a satellite constellation 20 in which the orbital altitude of each of a plurality of orbital planes is composed of only sun-synchronous quasi-recurrent orbits.

太陽同期準回帰軌道は、衛星軌道の地上投影線が複数周回後に再訪する軌道であり、地球観測衛星で多用される。太陽同期準回帰軌道の条件に適合する軌道高度は太陽同期軌道に適合する軌道高度の部分集合である。
複数の軌道面の各軌道面の軌道高度が太陽同期準回帰軌道のみで構成されている衛星コンステレーション20によれば、地球観測衛星で同一地点を長期に渡り繰り返し定常観測するための運用計画、撮像計画、およびデータ処理が容易になる。しかも、衝突リスクのない衛星コンステレーションが実現できるという効果がある。
A sun-synchronous subrecurrent orbit is an orbit in which the satellite's ground projection line revisits the orbit after multiple orbits, and is often used for Earth observation satellites. The orbital altitudes that meet the conditions for a sun-synchronous subrecurrent orbit are a subset of the orbital altitudes that meet the conditions for a sun-synchronous orbit.
The satellite constellation 20, in which the orbital altitudes of each of the multiple orbital planes are composed only of sun-synchronous quasi-recurrent orbits, makes it easier to plan operations, image capture, and data processing for repeated, regular observation of the same point over a long period of time using an earth observation satellite. Moreover, it has the effect of realizing a satellite constellation without a collision risk.

回帰日数にこだわらない場合、太陽同期準回帰軌道の軌道高度は、例えば約540km(15日回帰)、約539km(14日回帰)、約537km(13日回帰)、約535km(12日回帰)、約533km(11日回帰)、約530km(10日回帰)といった軌道高度で構成できる。この軌道面6面で、高度差は最大でも約10kmの範囲で衛星コンステレーション20が実現できる。
また、例えば、13日回帰の軌道のみで構成する場合、約537km、約514km、約491km、約467km、445km、約422kmで構成すれば、軌道面6面で、高度差は最大でも約115kmの範囲で衛星コンステレーション20が実現できる。
If the number of recurrence days is not important, the orbital altitude of the sun-synchronous quasi-recurrence orbit can be, for example, about 540 km (recurrence every 15 days), about 539 km (recurrence every 14 days), about 537 km (recurrence every 13 days), about 535 km (recurrence every 12 days), about 533 km (recurrence every 11 days), about 530 km (recurrence every 10 days), etc. With these six orbital planes, the satellite constellation 20 can be realized with a maximum altitude difference of about 10 km.
Furthermore, for example, if the orbit is configured with only a 13-day recurrence orbit, then satellite constellation 20 can be realized with six orbital planes and a maximum altitude difference of approximately 115 km if configured with orbits of approximately 537 km, approximately 514 km, approximately 491 km, approximately 467 km, 445 km, and approximately 422 km.

実施の形態5.
本実施の形態では、主に、実施の形態1との相違点あるいは追加点について説明する。なお、実施の形態1と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
Embodiment 5.
In this embodiment, the following mainly describes differences or additions from embodiment 1. Note that the same components as those in embodiment 1 are given the same reference numerals, and the description thereof may be omitted.

図12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により形成される衛星コンステレーション20の例を示す図である。
本実施の形態に係る衛星コンステレーション20は、衛星群300により構成される。また、衛星コンステレーション20では、衛星群300が連携してサービスを提供する。また、衛星コンステレーション20は、各軌道面21に複数の衛星30が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面21を有する。
また、本実施の形態に係る衛星コンステレーション20は、複数の軌道面の各軌道面21の軌道高度が同じであり、かつ、複数の軌道面の各軌道面21が互いに異なる面に存在する。
FIG. 12 is a diagram showing an example of a satellite constellation 20 formed by the satellite constellation forming system 100 according to this embodiment.
The satellite constellation 20 according to the present embodiment is composed of a group of satellites 300. In the satellite constellation 20, the group of satellites 300 cooperate with each other to provide services. The satellite constellation 20 has a plurality of orbital planes 21 in which a plurality of satellites 30 fly at the same orbital altitude.
Moreover, in the satellite constellation 20 according to this embodiment, the orbital altitudes of the orbital planes 21 of the multiple orbital planes are the same, and the orbital planes 21 of the multiple orbital planes exist on different planes from each other.

図12に示す衛星コンステレーション20では、複数の軌道面の各軌道面21の軌道傾斜角が約90度であり、かつ、複数の軌道面の各軌道面21が互いに異なる面に存在する。したがって、図12に示す衛星コンステレーション20は、極域において複数の軌道面21が交差する。 In the satellite constellation 20 shown in FIG. 12, the orbital inclination angle of each of the multiple orbital planes 21 is approximately 90 degrees, and each of the multiple orbital planes 21 exists on a different plane from the others. Therefore, in the satellite constellation 20 shown in FIG. 12, the multiple orbital planes 21 intersect in the polar regions.

図13および図14は、衛星コンステレーションにおける衝突の条件の一例を示す模式図である。
同一軌道面において同一高度を飛翔する衛星は相対的に同じ速度で軌道面における相対位相を維持しながら飛行するため衝突することはない。しかしながら、異なる軌道面において、同じ軌道高度を飛行する衛星同士は、図13および図14に示すように、軌道面の交線上で軌道高度の一致する交点において衝突する可能性がある。特に、図14に示すように、軌道高度100kmから2000km程度を飛翔する低軌道周回衛星で軌道傾斜角が約90度の衛星では極域付近に交点が存在するため、北極と南極の極域近傍において衝突リスクがある。
13 and 14 are schematic diagrams showing an example of collision conditions in a satellite constellation.
Satellites flying at the same altitude in the same orbital plane will not collide because they fly at the same speed while maintaining the relative phase in the orbital plane. However, satellites flying at the same orbital altitude in different orbital planes may collide at the intersection points where the orbital altitudes match on the orbital plane intersection lines, as shown in Figures 13 and 14. In particular, as shown in Figure 14, low-orbit satellites flying at an orbital altitude of about 100 km to 2000 km and with an orbital inclination angle of about 90 degrees have intersection points near the polar regions, so there is a risk of collision near the polar regions of the North Pole and the South Pole.

しかしながら、衛星の交点通過タイミングが常にずれていれば、2物体が衝突することがない。衛星コンステレーション形成部110は、2物体が衝突することがない衛星コンステレーション20を形成する。具体的には、互いに異なる軌道面同士の交点を双方の軌道面を飛行する衛星が通過する時刻が、同一軌道面において「次衛星が飛来するまでの待ち時間T1/軌道面数」の倍数となっており、かつ、いかなる2面の軌道面の交点においても衛星通過時刻が一致しない衛星コンステレーション20を形成する。 However, if the timing of satellites passing through intersections is always offset, two objects will not collide. The satellite constellation forming unit 110 forms a satellite constellation 20 in which two objects will not collide. Specifically, the time at which a satellite flying in both orbital planes passes an intersection between different orbital planes is a multiple of "waiting time T1 until the next satellite arrives/number of orbital planes" in the same orbital plane, and a satellite passing time does not coincide at any intersection between any two orbital planes.

図12に示す衛星コンステレーション20は、軌道傾斜角が約90度であり、互いに異なる複数の軌道面を有する。この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が極域近傍を通過する。そこで、衛星コンステレーション形成部110は、衛星の極域通過時刻を同一軌道面において「次衛星が飛来するまでの待ち時間T1/軌道面数」の間隔で飛行させ、複数の軌道面において互いに衛星の極域通過時刻をずらしている。
具体的には、低軌道周回衛星が1周回に要する時間が約100分程度として、仮に軌道面当たり20機の衛星が飛行する場合、特定地点を衛星が通過してから、後続衛星が飛来するまで約5分かかることになる。仮に軌道面が20面あったとすれば、300秒を略等間隔に分割した15秒ずつずらすことで、本実施の形態に係る衛星コンステレーション20を実現できる。
The satellite constellation 20 shown in Fig. 12 has an orbital inclination angle of about 90 degrees and has a plurality of orbital planes that are different from each other. In this satellite constellation 20, all satellites in all orbital planes pass near the polar regions. Therefore, the satellite constellation forming unit 110 makes the satellites fly at intervals of "waiting time T1 until the next satellite arrives/number of orbital planes" in the same orbital plane, and staggers the polar pass times of the satellites in the plurality of orbital planes.
Specifically, assuming that it takes about 100 minutes for a low earth orbit satellite to complete one revolution, if 20 satellites fly per orbital plane, it takes about 5 minutes from when a satellite passes a specific point until the succeeding satellite arrives. If there are 20 orbital planes, the satellite constellation 20 according to this embodiment can be realized by shifting the time by 15 seconds, which is equal intervals of 300 seconds.

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により形成された衛星コンステレーション20では、同一軌道面の複数衛星が同一高度を同期して飛行しており、異なる軌道面の衛星同士も軌道高度が一致して同じ衛星速度を保っている。よって、全ての軌道面においてそれぞれの軌道面の衛星同士が異なるタイミングで交点を通過するように初期設定すれば、相対タイミングが常に維持されるので、全ての軌道面の任意の2衛星について衝突リスクを回避できるという効果がある。 In the satellite constellation 20 formed by the satellite constellation forming system 100 according to this embodiment, multiple satellites in the same orbital plane fly synchronously at the same altitude, and satellites in different orbital planes also have the same orbital altitude and maintain the same satellite speed. Therefore, if the satellites in each orbital plane are initially set to pass through the intersection at different times in all orbital planes, the relative timing is always maintained, which has the effect of avoiding the risk of collision between any two satellites in all orbital planes.

なお、本実施の形態では、後続する衛星が飛来するまでの待ち時間を軌道面数で均等配置するタイミングの例を示した。しかし、互いに極域通過タイミングをずらす間隔の選び方と、軌道面の順番の選び方は多様に存在する。 In this embodiment, an example of timing is shown in which the waiting time until the next satellite arrives is evenly spaced according to the number of orbital planes. However, there are various ways to select the interval for shifting the polar crossing timing and the order of the orbital planes.

実施の形態6.
本実施の形態では、主に、実施の形態5との相違点あるいは追加点について説明する。なお、実施の形態5と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
Embodiment 6.
In this embodiment, differences or additional points from embodiment 5 will be mainly described. Note that the same components as those in embodiment 5 are given the same reference numerals, and the description thereof may be omitted.

図15および図24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により形成される衛星コンステレーション20の例を示す図である。
図15および図24に示す衛星コンステレーション20では、複数の軌道面の各軌道面21の軌道傾斜角が約90度ではなく、かつ、複数の軌道面の各軌道面21が互いに異なる面に存在する。この衛星コンステレーション20では、任意の2つの軌道面が極域以外の地点で交差する。そこで、衛星コンステレーション形成部110は、互いに異なる軌道面同士の交点を双方の軌道面の衛星が通過する時刻が、同一軌道面の「次衛星が飛来するまでの待ち時間T1/軌道面数」の倍数であり、かつ、いかなる2面の軌道面の交点においても衛星通過時刻が一致しないように衛星コンステレーション20を形成する。
15 and 24 are diagrams showing examples of a satellite constellation 20 formed by the satellite constellation forming system 100 according to this embodiment.
In the satellite constellation 20 shown in Figures 15 and 24, the orbital inclination angle of each of the multiple orbital planes 21 is not approximately 90 degrees, and each of the multiple orbital planes 21 exists on a different plane from each other. In this satellite constellation 20, any two orbital planes intersect at a point other than the polar regions. Therefore, the satellite constellation forming unit 110 forms the satellite constellation 20 so that the time at which a satellite of each of the orbital planes passes through an intersection between different orbital planes is a multiple of "waiting time T1 until the next satellite arrives/number of orbital planes" of the same orbital plane, and the satellite passing times do not coincide at any intersection between any two orbital planes.

図15および図24に示すように、軌道傾斜角が90度よりも傾斜している複数の軌道面の交点は軌道傾斜角に応じて極域から離れていく。また、軌道面の組合せによって赤道近傍を含む多様な位置で交点が存在する可能性がある。このため、実施の形態5の衛星コンステレーションに比べ、衝突の発生する可能性のある場所が多様化する。ただし、交点の数が増えるわけではないので、衝突確率が場所の多様化に応じて増加するわけではない。同一軌道面を多数の衛星が同期して飛行する場合に、特定の2軌道面間の衝突を回避するために、特定の交点において2軌道面の衛星通過タイミングをずらせば、この2軌道の衛星同士が衝突することがない。しかし、後続衛星が別の軌道面の衛星と衝突するリスクが残ることに留意を要する。任意の軌道面間に対して総当たりで交点通過タイミングが一致しないことを確認する必要があり、タイミング調整で解決できない場合は、軌道面か、一軌道面の衛星数のどちらかを変更する必要がある。なお、すべての交点で衝突しないことが確認できれば、その後は全ての軌道面内、および軌道面間の衛星が同期運用することになるので、衝突リスクが回避できるという効果がある。 As shown in Figures 15 and 24, the intersections of multiple orbital planes with an orbital inclination angle of more than 90 degrees move away from the polar regions depending on the orbital inclination. In addition, depending on the combination of orbital planes, intersections may exist in various positions, including near the equator. Therefore, compared to the satellite constellation of embodiment 5, the locations where collisions may occur are more diverse. However, since the number of intersections does not increase, the collision probability does not increase with the diversification of locations. When many satellites fly synchronously on the same orbital plane, if the satellite passing timing of the two orbital planes is shifted at a specific intersection to avoid collisions between two specific orbital planes, the satellites in these two orbits will not collide with each other. However, it should be noted that there remains a risk that a subsequent satellite will collide with a satellite in another orbital plane. It is necessary to check by exhaustive testing for any orbital planes that the intersection passing timing does not match, and if the problem cannot be solved by timing adjustment, it is necessary to change either the orbital plane or the number of satellites in one orbital plane. Note that if it is confirmed that there are no collisions at all intersections, the satellites in all orbital planes and between the orbital planes will operate synchronously thereafter, which has the effect of avoiding the risk of collision.

なお、本実施の形態では、後続する衛星が飛来するまでの待ち時間を軌道面数で均等配置するタイミングの例を示した。しかし、互いに極域通過タイミングをずらす間隔の選び方と、軌道面の順番の選び方は多様に存在する。 In this embodiment, an example of timing is shown in which the waiting time until the next satellite arrives is evenly spaced according to the number of orbital planes. However, there are various ways to select the interval for shifting the polar crossing timing and the order of the orbital planes.

ここで、具体例として、軌道傾斜角約98度、軌道周期約98分の太陽同期準回帰軌道が採用されている地球観測衛星の例について説明する。この軌道を採用して多数機衛星コンステレーションを構築した場合、軌道傾斜角が約98度と傾いているため、極域で全軌道面が会合することはない。しかし、異なる2軌道面間では必ず交線が存在し、同一高度で交点が存在するので、衝突リスクは依然存在する。さらに、異なる2軌道面間の全ての組合せにおいて衝突リスクが存在するため、本実施の形態では、任意の2面間における交点において、衛星通過タイミングをずらすことにより衝突を回避する。
さらに、軌道傾斜角が約45度程度を飛行する地球観測衛星も存在しており、この軌道では太陽非同期衛星となる。低軌道傾斜角の場合は異なる2軌道面の交点が低緯度側に存在し、しかも複数の緯度で交点が発生する可能性が生じる。軌道面数と1軌道面を飛行する衛星数の組合せ如何では、衝突を必ず回避できるとは限らない。よって、本実施の形態に係る衛星コンステレーション20では、全ての2軌道面の交点において衝突が発生しない軌道面数と1軌道面当たりの衛星数の組合せを見出し、その後各交点における通過タイミングを維持することにより衝突を回避する。
衛星数が極端に増加した場合は、総当たりの衝突回避計算が煩雑になるため、異なる軌道面により構成する実施の形態1を採用してもよい。
Here, as a specific example, an example of an earth observation satellite adopting a sun-synchronous quasi-recurrent orbit with an orbital inclination of about 98 degrees and an orbital period of about 98 minutes will be described. When a multi-satellite constellation is constructed using this orbit, all orbital planes will not meet in the polar regions because the orbital inclination is inclined at about 98 degrees. However, there is always an intersection line between two different orbital planes, and an intersection point exists at the same altitude, so a collision risk still exists. Furthermore, since a collision risk exists in all combinations of two different orbital planes, in this embodiment, collisions are avoided by shifting the satellite pass timing at an intersection point between any two planes.
Furthermore, there are also earth observation satellites that fly at an orbital inclination angle of about 45 degrees, and in this orbit, they become sun-synchronous satellites. In the case of a low orbital inclination angle, the intersection of two different orbital planes is located at a low latitude, and there is a possibility that intersections will occur at multiple latitudes. Depending on the combination of the number of orbital planes and the number of satellites flying in one orbital plane, collisions cannot always be avoided. Therefore, in the satellite constellation 20 according to this embodiment, a combination of the number of orbital planes and the number of satellites per orbital plane that does not cause collisions at all intersections of two orbital planes is found, and then the passing timing at each intersection is maintained to avoid collisions.
If the number of satellites increases extremely, the brute force collision avoidance calculations become complicated, so the first embodiment in which the satellites are configured using different orbital planes may be adopted.

実施の形態7.
本実施の形態では、主に、実施の形態5との相違点あるいは追加点について説明する。なお、実施の形態5と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
Embodiment 7.
In this embodiment, differences or additional points from embodiment 5 will be mainly described. Note that the same components as those in embodiment 5 are given the same reference numerals, and the description thereof may be omitted.

本実施の形態では、複数の軌道面が極域で交差する図14の衛星コンステレーション20の場合の衛星の待ち時間のずらし方の態様について説明する。本実施の形態では、複数の軌道面が並ぶ順番に番号を付けた場合に、奇数の軌道面と偶数の軌道面で極通過タイミングの後続衛星が飛来するまでの待ち時間の約半分ずつずらす。言い換えると、偶数軌道面の待機時間と奇数軌道面の待機時間とを(待機時間の)約半分ずらす。このように衛星コンステレーション20を形成することにより、地上サービス範囲が隣接する奇数面と偶数面の間で交互の配置となるので、地表サービス範囲を合理的に網羅できるという効果がある。 In this embodiment, a method of shifting the waiting time of satellites in the case of the satellite constellation 20 of FIG. 14 in which multiple orbital planes intersect at the polar regions will be described. In this embodiment, when the multiple orbital planes are numbered in the order in which they are arranged, the waiting time until the arrival of the succeeding satellite at the polar crossing timing is shifted by about half for the odd-numbered orbital planes and the even-numbered orbital planes. In other words, the waiting time for the even-numbered orbital planes and the waiting time for the odd-numbered orbital planes are shifted by about half (the waiting time). By forming the satellite constellation 20 in this way, the terrestrial service range is alternately arranged between the adjacent odd-numbered and even-numbered planes, which has the effect of rationally covering the terrestrial service range.

図16は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション20による地表サービス範囲を示す図である。
図16は、軌道面数が18面であって、相対的に10度ずつ軌道面の角度が変わる事例を示している。極通過タイミングとして、後続衛星が飛来するまでの待ち時間を18等分し、奇数面ではタイミング1から順に、偶数面ではタイミング10から順にずらして通過させていくと、結果的に地上サービス範囲は偶数面と奇数面で交互に間を埋める状態となるので、地表面を網羅的に包含できるという効果がある。
FIG. 16 is a diagram showing the surface service range provided by the satellite constellation 20 according to this embodiment.
16 shows an example in which the number of orbital planes is 18, and the angle of the orbital planes changes by 10 degrees relative to each other. As the polar crossing timing, the waiting time until the arrival of the succeeding satellite is divided into 18 equal parts, and the polar crossings are shifted from timing 1 for odd-numbered planes and from timing 10 for even-numbered planes, so that the ground service area alternates between even-numbered and odd-numbered planes to fill in the gaps, which has the effect of comprehensively covering the earth's surface.

図17は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション20において、軌道面数が偶数の場合の極通過タイミングを表す図である。
図18は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション20において、軌道面数が奇数の場合の極通過タイミングを表す図である。
図17および図18に示すように、本実施の形態に係る衛星コンステレーション20では、軌道面数が奇数であることが好ましい。図17の例では、18面の隣に来る1面のサービス領域が隣り合ってしまって全球網羅する上で不整合を生じる可能性がある。そこで図18のように、軌道面数を奇数にすることにより、最終面と1面の地上サービス範囲が他と同様に交互に配置されるので、合理的に全球網羅できるという効果がある。
FIG. 17 is a diagram showing the polar passing timing when the number of orbital planes is an even number in the satellite constellation 20 according to this embodiment.
FIG. 18 is a diagram showing the polar passing timing when the number of orbital planes is an odd number in the satellite constellation 20 according to this embodiment.
As shown in Figures 17 and 18, in the satellite constellation 20 according to this embodiment, it is preferable that the number of orbital planes is an odd number. In the example of Figure 17, the service area of plane 1 adjacent to plane 18 is adjacent to each other, which may cause inconsistency in covering the whole globe. Therefore, by making the number of orbital planes an odd number as shown in Figure 18, the terrestrial service areas of the last plane and plane 1 are alternately arranged like the others, which has the effect of rationally covering the whole globe.

実施の形態8.
本実施の形態では、主に、実施の形態1から7に追加する点について説明する。なお、実施の形態1から7と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
Embodiment 8.
In this embodiment, the following description will be mainly focused on the points added to the embodiments 1 to 7. Note that the same reference numerals are used to designate the same configurations as those in the embodiments 1 to 7, and the description thereof may be omitted.

本実施の形態では、衛星が衝突を回避しながらデオービット(軌道離脱)することができるデブリ除去方式のバリエーションについて説明する。 In this embodiment, we will explain variations of debris removal methods that allow satellites to de-orbit while avoiding collisions.

図19は、自由落下によるデオービットの概念を示す図である。
図20は、衛星コンステレーション20の上空の衛星がデオービットする際の衝突リスクを示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing the concept of de-orbiting by free fall.
FIG. 20 is a diagram showing the collision risk when a satellite above the satellite constellation 20 de-orbits.

<デブリ除去方式の例1>
本実施の形態に係る例1のデブリ除去方式は、故障などにより制御不能となった故障衛星が降下して衛星の密集する軌道面を経由する前に、故障衛星の軌道面を変更するための、捕獲装置または外力付与装置と、故障衛星を推進する推進装置とを備える。
<Debris removal method example 1>
The debris removal method of Example 1 according to this embodiment includes a capture device or external force application device for changing the orbital plane of a failed satellite that has become uncontrollable due to a malfunction or the like before the failed satellite descends and passes through an orbital plane where satellites are densely packed, and a propulsion device for propelling the failed satellite.

LST10:00からLST11:00程度の太陽同期準回帰軌道は、太陽光入射角と軌道面の関係が地球観測用光学センサの撮像に好適であり、地球観測光学衛星が多数飛行する密集軌道面となっている。軌道高度は高分解能撮像に好適で、大気抵抗の少ない500km以上1000km以下程度に集中している。しかし、超低高度衛星など軌道高度200km程度を飛行する例もある。 The sun-synchronous quasi-recurrent orbit from 10:00 LST to 11:00 LST has a relationship between the solar incidence angle and the orbital plane that is ideal for imaging with optical sensors for Earth observation, and is a dense orbital plane on which many optical Earth observation satellites fly. The orbital altitude is ideal for high-resolution imaging, and is concentrated at around 500 km to 1000 km where atmospheric resistance is low. However, there are also cases where ultra-low altitude satellites fly at orbital altitudes of around 200 km.

実施の形態1から実施の形態7で説明した衛星コンステレーション20を構成する衛星が、故障して制御不能となる場合がある。このとき、この故障衛星が、軌道高度1000kmから2000kmといった高高度から自由落下して地球の大気圏に突入して消滅するまでの図19に示すプロセスにおいて、軌道高度を変化させながら密集軌道面を通過する。その際、図20に示すように、故障衛星が、複数の軌道高度の衛星群と会合する可能性があるため衝突するリスクが高い。そこで、本実施の形態に係るデブリ除去方式により、予め密集軌道を通過しないよう軌道面を変更すれば、当該密集軌道の衝突を回避できるという効果がある。 There are cases where a satellite constituting the satellite constellation 20 described in the first to seventh embodiments malfunctions and becomes uncontrollable. In this case, the malfunctioning satellite passes through a dense orbital plane while changing its orbital altitude in the process shown in FIG. 19, during which the malfunctioning satellite free falls from a high altitude, such as an orbital altitude of 1000 km to 2000 km, enters the Earth's atmosphere and disappears. In this case, as shown in FIG. 20, there is a high risk of collision because the malfunctioning satellite may meet with satellite groups at multiple orbital altitudes. Therefore, the debris removal method according to the present embodiment has the effect of avoiding collisions in the dense orbit by changing the orbital plane in advance so as not to pass through the dense orbit.

図21は、衛星の増速と減速による軌道高度の変化を示す図である。
図22は、推進装置の噴射による軌道傾斜角の変更を示す図である。
デブリ除去方式の具体例としては、他衛星を捕獲する捕獲装置と、他衛星に推進力を与える推進装置とを備えたデブリ除去衛星により故障衛星を捕獲し、推進装置により人為的に軌道を変更する方式が有効である。なお、デブリ除去衛星はデブリ回収衛星ともいう。
衛星進行方向に対して増速すれば一時的に軌道高度が上昇するので、密集軌道とは異なる周期で軌道面が摂動の効果により地球の略地軸周りに回転し、密集軌道面を回避することが可能となる。衛星進行方向に対して減速すれば一時的に軌道高度が下降して、密集軌道とは異なる周期で軌道面が摂動の効果により地球の略地軸周りに回転し、密集軌道面を回避することが可能となる。故障衛星が密集軌道を通過することを予測されるまでの時間的猶予に応じて、密集軌道と会合する前に降下させるか、密集軌道を通り過ぎた後に降下させるか、衝突回避方式を選択可能である。よって、確実に衝突を回避できるという効果がある。但し摂動による方法では滞留時間が長いというデメリットもあるため、積極的に推進装置を噴射して面外方向に軌道面を回転させる方式もありうる。この場合は推薬消費量の多いので、推進系タンクを含めてデブリ除去方式が大型化する。
FIG. 21 is a diagram showing the change in orbital altitude due to acceleration and deceleration of a satellite.
FIG. 22 is a diagram showing the change in orbit inclination angle by the thrust of the propulsion device.
A specific example of a debris removal method is to use a debris removal satellite equipped with a capture device for capturing other satellites and a propulsion device for providing thrust to the other satellites to capture the malfunctioning satellite and to artificially change its orbit using the propulsion device. Note that debris removal satellites are also called debris recovery satellites.
If the satellite accelerates in the direction of travel, the orbital altitude temporarily rises, and the orbital plane rotates around the Earth's approximate axis due to the effect of perturbation in a cycle different from that of the dense orbit, making it possible to avoid the dense orbital plane. If the satellite decelerates in the direction of travel, the orbital altitude temporarily drops, and the orbital plane rotates around the Earth's approximate axis due to the effect of perturbation in a cycle different from that of the dense orbit, making it possible to avoid the dense orbital plane. Depending on the time allowance until the malfunctioning satellite is predicted to pass through the dense orbit, a collision avoidance method can be selected, either to descend before meeting with the dense orbit or to descend after passing through the dense orbit. This has the effect of reliably avoiding collisions. However, the method using perturbation has the disadvantage of a long residence time, so a method of actively firing the propulsion device to rotate the orbital plane in the out-of-plane direction is also possible. In this case, a large amount of propellant is consumed, so the debris removal method, including the propulsion tank, becomes large.

なお、自衛星の回収は所謂協力的ターゲットの回収に相当する。よって、デブリ除去衛星は、予めデブリ除去方式に適合するアタッチメントを具備して捕獲を容易にすることが有効である。また、デブリ除去衛星は、自衛星あるいは捕獲用ターゲットの位置を知らせる情報を発信して、自衛星が接近あるいは接合しやすくする方法が有効である。ただし、制御能力を喪失して回転しているといった場合は例外となる。 Note that recovery of the satellite itself is equivalent to recovery of a so-called cooperative target. Therefore, it is effective for the debris removal satellite to be equipped with an attachment that is compatible with the debris removal method in advance to facilitate capture. It is also effective for the debris removal satellite to transmit information informing the position of the satellite itself or the capture target, making it easier for the satellite to approach or join up. However, there are exceptions in cases where the satellite has lost control and is rotating.

<デブリ除去方式の例2>
本実施の形態に係る例2のデブリ除去方式は、楕円軌道を描きながら高度100kmから2000km程度を浮遊する物体が衛星コンステレーションを構成する軌道面を経由する前に、当該物体の軌道面を変更するための捕獲装置または外力付与装置と、当該物体に推進力を与える推進装置とを具備する。なお、外力付与装置は、「力」のみならず「トルク」、あるいは、合体することに伴う「質量特性変化」まで「外力」に含む場合がある。外力付与装置は、外乱付与装置ともいう。
<Debris removal method example 2>
The debris removal method of Example 2 according to this embodiment includes a capture device or external force imparting device for changing the orbital plane of an object floating at an altitude of about 100 km to 2000 km while describing an elliptical orbit, before the object passes through the orbital plane that constitutes the satellite constellation, and a propulsion device for imparting a thrust to the object. Note that the external force imparting device may include not only "force" but also "torque" or even "change in mass characteristics" accompanying merging as "external force". The external force imparting device is also called an external disturbance imparting device.

STMにおいて障害物除去が課題となっている。楕円軌道を描いて飛行する物体の軌道面が、特定軌道高度の略円軌道上で衛星が多数飛行する軌道面一致して同一面を飛行すると衝突リスクが非常に高くなる。本実施の形態に係る例2のデブリ除去方式によれば、衝突リスクの高い障害物を安全に除去できるという効果がある。 Removing obstacles is an issue for STMs. If the orbital plane of an object flying in an elliptical orbit coincides with the orbital plane of many satellites flying in nearly circular orbits at a specific orbital altitude, the risk of collision becomes very high. The debris removal method of Example 2 of this embodiment has the effect of safely removing obstacles with a high risk of collision.

デブリ除去方式の具体例は<デブリ除去方式の例1>と同様である。<デブリ除去方式の例1>では自衛星を捕獲するため、所謂協力的ターゲットとして、捕獲しやすいアタッチメントなどを予め具備することが可能である。しかし、自衛星以外の浮遊物体の場合は所謂非協力的ターゲットであり、形状が複雑な物体、回転している物体、重量の大きな物体、あるいは捕獲可能な適切な構造を持たない物体といった捕獲が難しい物体である。このため、具備すべき捕獲装置が高度化されている必要がある。具体例として、ロボットによる把持する方法、捕獲網状の装置で対象を覆いこむ方法、および、ワイヤー付きのもり状の棒材を突き刺して引っ張る方法といった方法が実現可能である。 Specific examples of debris removal methods are the same as those in <Debris Removal Method Example 1>. In <Debris Removal Method Example 1>, in order to capture the satellite itself, it is possible to equip it in advance with attachments that make it easy to capture as a so-called cooperative target. However, floating objects other than the satellite itself are so-called non-cooperative targets, and are difficult to capture, such as objects with complex shapes, rotating objects, heavy objects, or objects that do not have an appropriate structure for capture. For this reason, the capture device that should be equipped must be highly advanced. Specific examples that can be realized include a method of grasping with a robot, a method of enveloping the target in a capture net-like device, and a method of piercing and pulling a harpoon-like rod with a wire.

実施の形態9.
本実施の形態では、主に、実施の形態1から8との相違点あるいは追加点について説明する。なお、実施の形態1から8と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
Embodiment 9.
In this embodiment, differences or additional points from the first to eighth embodiments will be mainly described. Note that the same components as those in the first to eighth embodiments are given the same reference numerals, and the description thereof may be omitted.

本実施の形態では、実施の形態1から7に記載の衛星コンステレーション形成システムにより構築される衛星コンステレーションに、実施の形態8のデブリ除去方式の例1または例2に記載のデブリ除去方式を適用した衛星コンステレーション構築方式のバリエーションについて説明する。 In this embodiment, we will explain a variation of a satellite constellation construction method in which the debris removal method described in Example 1 or Example 2 of the debris removal method of Embodiment 8 is applied to a satellite constellation constructed by the satellite constellation formation system described in Embodiments 1 to 7.

<衛星コンステレーション構築方式の例1>
本実施の形態に係る衛星コンステレーション構築方式の例1では、衛星コンステレーション20を構成する構成要素の軌道面の近傍の異なる軌道面であって、近傍軌道面の衛星が飛行する軌道高度とは異なる軌道高度に軌道投入する。そして、衛星コンステレーション構築方式の例1では、増速ないし減速して軌道高度と軌道面の地球地軸周りの角度を変更して構成衛星を追加する。
<Satellite constellation construction method example 1>
In example 1 of the satellite constellation construction method according to the present embodiment, a component satellite is inserted into an orbit at an orbital altitude that is different from the orbital altitude at which the satellites in the nearby orbital plane fly, and is in a different orbital plane near the orbital plane of the component satellites that make up the satellite constellation 20. In example 1 of the satellite constellation construction method, the component satellite is added by increasing or decreasing the speed to change the orbital altitude and the angle of the orbital plane about the Earth's axis.

衛星を順番に打ち上げて所定の衛星コンステレーションを構築する途中経過において、多数機投入後の軌道面に追加衛星を投入するプロセスでは衝突リスクが高い。本実施の形態に係る衛星コンステレーション構築方式の例1では、投入済の衛星の軌道面若干角度をずらした軌道に投入することで打上げ時の衝突リスクを格段に減じることが可能となる。更に投入済の衛星高度と一致しない衛星高度から徐々に所望の軌道に接近することにより、過渡段階の衝突リスクを減じることが可能となる。 In the process of constructing a given satellite constellation by launching satellites in order, there is a high risk of collision in the process of launching an additional satellite into an orbital plane after a large number of satellites have been launched. In Example 1 of the satellite constellation construction method according to this embodiment, it is possible to significantly reduce the risk of collision during launch by launching an additional satellite into an orbit with a slight shift in the orbital plane of an already launched satellite. Furthermore, it is possible to gradually approach the desired orbit from a satellite altitude that does not match the altitude of the already launched satellite, thereby reducing the risk of collision during the transitional phase.

<衛星コンステレーション構築方式の例2>
本実施の形態に係る衛星コンステレーション構築方式の例2では、他国システムあるいは類似システムが採用する軌道上、軌道高度、飛行する衛星数などの情報を予め収集したデータベースを具備する。本実施の形態に係る衛星コンステレーション構築方式の例2では、既存の衛星の飛行する軌道面とは異なり、かつ構成要素の軌道面の近傍の異なる軌道面であって、近傍軌道面の衛星が飛行する軌道高度とは異なる軌道高度に軌道投入する。本実施の形態に係る衛星コンステレーション構築方式の例2では、増速ないし減速して軌道高度と軌道面の地球地軸周りの角度を変更して構成衛星を追加する。
<Satellite constellation construction method example 2>
In the satellite constellation construction method example 2 according to the present embodiment, a database is provided that collects in advance information on the orbit, orbital altitude, number of flying satellites, etc., adopted by other countries' systems or similar systems. In the satellite constellation construction method example 2 according to the present embodiment, a satellite is put into orbit at an orbital altitude different from the orbital altitude at which the satellites in the nearby orbital plane fly, which is different from the orbital plane in which the existing satellites fly and is in a different orbital plane in the vicinity of the orbital plane of the component. In the satellite constellation construction method example 2 according to the present embodiment, the component satellites are added by increasing or decreasing the speed to change the orbital altitude and the angle of the orbital plane around the earth's axis.

本実施の形態に係る衛星コンステレーション構築方式の例2によれば、衛星コンステレーションが複数構築され、宇宙空間全体が混雑する環境下において、衝突リスクなく衛星コンステレーションを構築できるという効果がある。 According to example 2 of the satellite constellation construction method of this embodiment, multiple satellite constellations are constructed, and the effect is that a satellite constellation can be constructed without the risk of collision in an environment where the entire space is congested.

また、衛星コンステレーション構築方式の例1では、自衛星の軌道および位置のデータ処理装置を地上に具備する。
また、衛星コンステレーション構築方式の例2では、宇宙空間の飛行物体の軌道および位置のデータ処理装置を地上に具備する。
In addition, in the example 1 of the satellite constellation construction method, a data processing device for the orbit and position of the satellite itself is provided on the ground.
In addition, in the second example of the satellite constellation construction method, a data processing device for the orbit and position of a flying object in space is provided on the ground.

実施の形態10.
本実施の形態では、主に、実施の形態1から9に追加する点について説明する。なお、実施の形態1から9と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
Embodiment 10.
In this embodiment, the following description will be mainly focused on the points added to the first to ninth embodiments. Note that the same reference numerals are used to designate the same configurations as those in the first to ninth embodiments, and the description thereof may be omitted.

本実施の形態では、衛星コンステレーション20を構成する衛星30であって、設計寿命末期を迎えた衛星30に軌道制御コマンド51を送信する地上設備500のバリエーションについて説明する。軌道制御コマンド51は、上記衛星30の具備する推進装置を動作させることにより、衛星30をデオービットさせるコマンドである。 In this embodiment, a variation of a ground facility 500 that transmits an orbit control command 51 to a satellite 30 that constitutes a satellite constellation 20 and that has reached the end of its design life will be described. The orbit control command 51 is a command to deorbit the satellite 30 by operating a propulsion device equipped on the satellite 30.

<地上設備500の例1>
図23は、本実施の形態に係る地上設備500の例1の構成を示す図である。
地上設備500の例1の構成は実施の形態10と同様である。
<Example 1 of Ground Equipment 500>
FIG. 23 is a diagram showing a configuration of example 1 of a ground facility 500 according to the present embodiment.
The configuration of example 1 of ground equipment 500 is similar to that of embodiment 10.

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30を追跡管制運用する信号を送受する。
軌道制御コマンド送信部510は、設計寿命末期を迎えたなどのデオービットさせる衛星30に、軌道制御コマンド51を送信する。
解析予測部520は、軌道離脱用コマンド受信後の衛星30の通過軌道を解析予測する。
The communication device 950 transmits and receives signals for tracking and controlling the satellites 30 that make up the satellite constellation 20 .
The orbit control command transmitter 510 transmits an orbit control command 51 to a satellite 30 that is to be de-orbited due to, for example, reaching the end of its design life.
The analysis and prediction unit 520 analyzes and predicts the passing orbit of the satellite 30 after receiving the deorbit command.

具体例として、解析予測部520が、太陽同期軌道における混雑軌道のLST10:30近傍の軌道面を軌道高度500kmから800kmで衛星30が通過すると判定した場合について説明する。このとき、軌道制御コマンド送信部510は、混雑軌道通過タイミングあるいは軌道面をずらして、衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する軌道制御コマンド51を衛星30に送信する。衛星30は、軌道制御コマンド51を受信すると、衛星30の具備する軌道制御装置により、衛星速度の増速、ないし減速による軌道高度の上昇、ないし下降を実施する。あるいは、衛星30は、衛星進行方向と概略直交する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をする。このようにして、衛星30は、混雑軌道通過タイミング、ないし軌道面をずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する。 As a specific example, a case will be described in which the analysis prediction unit 520 determines that the satellite 30 will pass through an orbital plane near LST10:30 of a congested orbit in a sun-synchronous orbit at an orbital altitude of 500 km to 800 km. At this time, the orbit control command transmission unit 510 transmits to the satellite 30 an orbit control command 51 for performing active de-orbit operation to avoid collision risk by shifting the timing of passing through the congested orbit or the orbital plane. When the satellite 30 receives the orbit control command 51, the satellite 30 increases or decreases the orbital altitude by increasing or decreasing the satellite speed by the orbit control device equipped in the satellite 30. Alternatively, the satellite 30 changes the orbital inclination angle by applying acceleration in the out-of-plane direction of the orbital plane by thrusting the thruster in a direction approximately perpendicular to the satellite's traveling direction. In this way, the satellite 30 performs active de-orbit operation to avoid collision risk by shifting the timing of passing through the congested orbit or the orbital plane.

メガコンステレーション構築に当たり、宇宙空間のデブリ総量が無制限に増加しない対策として、PMD(Post-Mission Disposal)を義務づけて、例えば99%以上の衛星を軌道上からデオービットすることの必要性が議論されている。また寿命末期において衛星が健全である確率を考慮すべきことから、寿命末期あるいは故障により機能喪失して自律的にデオービットできない衛星を外的手法によりデオービットするADR(Active Debris Removal)の必要性も議論されている。
しかしながらPMDあるいはADRでは、自由落下させて大気圏で燃え尽きる手法の必要性に訴求しているだけであって、落下途中で混雑軌道を通過する場合の回避策を有していない。また、静止軌道衛星では、デブリ衝突のリスクが予見された場合に、デブリの予測軌道情報を衝突警報と共に公表して、被衝突側衛星が衝突回避行動をとる事例がある。しかし、低軌道周回衛星において、別の衛星コンステレーションが構築されている場合、被衝突側衛星の回避行動が2次的衝突原因となるリスクが高い。すなわち、縦列駐車状態の前後衛星への衝突、同一面内で異なる高度の衛星群への衝突などのリスクである。
また、当該エリアに短期間に多数の被衝突側衛星が通過する可能性が高く、複数衛星が同時に回避行動をとった場合に、近傍衛星の挙動予測が困難となり、派生的な衝突リスクが発生する。
また、回避行動の結果として、軌道高度、軌道面内位相のみならず、軌道面の回転に伴うLSTの移動が発生し、復帰困難、ないし衛星コンステレーションが目的とするサービス継続に支障を来すリスクがある。
さらに、回避機能を持たない実験衛星であるCubeSatといった衛星が多数飛翔している場合がある。
また、自由落下に伴う軌道予測精度が悪い場合に、衝突警報を出すべきエリアと時間帯が広域かつ長時間となり、被衝突衛星側に頻繁に衝突警報が発せられ、対応不能になるという場合がある。
In constructing mega-constellations, as a measure to prevent the total amount of debris in space from increasing indefinitely, the necessity of making PMD (Post-Mission Disposal) mandatory and deorbiting, for example, 99% or more of satellites from orbit is being discussed. In addition, since the probability that a satellite will be in good condition at the end of its life must be taken into consideration, the necessity of ADR (Active Debris Removal) to deorbit satellites that cannot be deorbited autonomously due to the end of their life or loss of function due to a malfunction is also being discussed.
However, PMD and ADR only appeal to the necessity of a method of letting the satellite fall freely and burn up in the atmosphere, and do not have a method of avoiding the case of passing through a congested orbit on the way down. In addition, in the case of geostationary orbit satellites, when the risk of debris collision is predicted, there are cases where the satellite that is hit takes action to avoid the collision by publishing the predicted orbit information of the debris together with a collision warning. However, in the case of low-orbit satellites, when a different satellite constellation is constructed, there is a high risk that the avoidance action of the satellite that is hit becomes a secondary collision cause. In other words, there is a risk of collision with satellites in front and behind when parallel parking, or collision with a group of satellites at different altitudes in the same plane.
In addition, there is a high possibility that many satellites that will be hit will pass through the area in a short period of time. If multiple satellites take evasive action simultaneously, it will become difficult to predict the behavior of nearby satellites, resulting in a risk of a collision.
In addition, as a result of the evasive maneuver, not only the orbital altitude and in-plane phase of the orbit will change, but also the LST will move due to the rotation of the orbital plane, which may make it difficult to return to normal or may cause a risk of disruption to the continuity of the services intended by the satellite constellation.
Furthermore, there may be many satellites in flight, such as CubeSats, which are experimental satellites that do not have an avoidance function.
In addition, if the accuracy of orbit prediction due to free fall is poor, the area and time period in which a collision warning should be issued may become wide and long, causing the struck satellite to issue collision warnings frequently and making it unable to respond.

本実施の形態に係る地上設備500の例1によれば、デオービットによる高度低下途中においても、落下途中の軌道制御が可能となるので、混雑軌道の通過を回避でき、衝突を回避できるという効果がある。また、被衝突側衛星が回避行動をとらなくても衝突を回避できるという効果がある。 According to example 1 of the ground equipment 500 of this embodiment, even during altitude descent due to deorbiting, orbital control during descent is possible, which has the effect of avoiding passage through congested orbits and thus avoiding collisions. In addition, it has the effect of avoiding collisions even if the satellite that is hit does not take evasive action.

<地上設備500の例2>
本実施の形態の地上設備500の例2では、デブリ除去衛星31に、軌道制御機能を喪失した故障衛星をデオービットさせる捕獲コマンド52と軌道制御コマンド51を、デブリ除去衛星31に対して送信する。デブリ除去衛星31は、例えば、故障により軌道制御機能を喪失した衛星を回収する装置を具備する衛星である。デブリ除去衛星31は、故障衛星を捕獲する捕獲装置と推進装置とを備える。
<Example 2 of Ground Equipment 500>
In Example 2 of the ground facility 500 of this embodiment, a capture command 52 and an orbit control command 51 for deorbiting a malfunctioning satellite that has lost its orbit control function are transmitted to the debris removal satellite 31. The debris removal satellite 31 is, for example, a satellite equipped with a device for recovering a satellite that has lost its orbit control function due to a malfunction. The debris removal satellite 31 is equipped with a capture device for capturing the malfunctioning satellite and a propulsion device.

地上設備500の例2は、故障衛星を、上記デブリ除去衛星の具備する捕獲装置と推進装置とを動作させることにより、デオービットさせる捕獲コマンド52と軌道制御コマンド51をデブリ除去衛星31に対して送信する。
通信装置950は、デブリ除去衛星を追跡管制運用する信号を送受する。
軌道制御コマンド送信部510は、軌道制御コマンド51あるいは捕獲コマンド52を送信する。
解析予測部520は、故障衛星を捕獲した状態のデブリ除去衛星の通過軌道を解析予測する。
Example 2 of the ground equipment 500 transmits a capture command 52 and an orbit control command 51 to the debris removal satellite 31 to deorbit the failed satellite by operating the capture device and propulsion device equipped on the debris removal satellite.
The communication device 950 transmits and receives signals for tracking, controlling and operating the debris removal satellites.
The orbit control command transmitter 510 transmits an orbit control command 51 or a capture command 52 .
The analysis and prediction unit 520 analyzes and predicts the passing orbit of the debris removal satellite in a state in which the failed satellite has been captured.

具体例として、解析予測部520が、太陽同期軌道における混雑軌道のLST10:30近傍の軌道面を軌道高度500kmから800kmでデブリ除去衛星31が通過すると判明した場合について説明する。このとき、軌道制御コマンド送信部510は、混雑軌道通過タイミングあるいは軌道面をずらして、衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する軌道制御コマンド51をデブリ除去衛星31に送信する。デブリ除去衛星31は、軌道制御コマンド51を受信すると、衛星30の具備する軌道制御装置により、衛星速度の増速、ないし減速による軌道高度の上昇、ないし下降を実施する。あるいは、衛星30は、衛星進行方向と概略直交する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をする。このようにして、デブリ除去衛星31は、混雑軌道通過タイミング、ないし軌道面をずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する。 As a specific example, a case will be described in which the analysis prediction unit 520 determines that the debris removal satellite 31 will pass through an orbital plane of a congested orbit in a sun-synchronous orbit near LST10:30 at an orbital altitude of 500 km to 800 km. At this time, the orbit control command transmission unit 510 transmits an orbit control command 51 to the debris removal satellite 31 to perform active de-orbit operation to avoid collision risk by shifting the timing of passing through the congested orbit or the orbital plane. When the debris removal satellite 31 receives the orbit control command 51, the satellite 30's orbit control device increases or decreases the satellite speed to increase or decrease the orbital altitude. Alternatively, the satellite 30 changes the orbital inclination angle by applying acceleration in the out-of-plane direction of the orbital plane by thrusting the thruster in a direction approximately perpendicular to the satellite's traveling direction. In this way, the debris removal satellite 31 performs active de-orbit operation to avoid collision risk by shifting the timing of passing through the congested orbit or the orbital plane.

本実施の形態に係る地上設備500の例2によれば、予め、衛星コンステレーションの構成衛星がデブリ除去衛星の捕獲用アタッチメントといった設備を具備している。よって、本実施の形態に係る地上設備500の例2は、衛星コンステレーションの構成衛星の回収において有効である。 According to example 2 of the ground equipment 500 of this embodiment, the constituent satellites of the satellite constellation are already equipped with equipment such as attachments for capturing the debris removal satellites. Therefore, example 2 of the ground equipment 500 of this embodiment is effective in recovering the constituent satellites of the satellite constellation.

<地上設備500の例3>
本実施の形態に係る地上設備500の例3では、通信装置950は、軌道高度800km以上の混雑軌道よりも上空を飛翔するロケットの残骸を回収する装置を具備するデブリ除去衛星を追跡管制運用する信号を送受する。
軌道制御コマンド送信部510は、ロケットの残骸を、デブリ除去衛星の具備する捕獲装置と推進装置を動作させることにより、軌道離脱させる捕獲コマンドと軌道制御コマンドをデブリ除去衛星に対して送信する。
解析予測部520は、ロケットの残骸を捕獲した状態のデブリ除去衛星の通過軌道を解析予測する。
<Example 3 of Ground Equipment 500>
In example 3 of the ground equipment 500 according to this embodiment, the communication device 950 sends and receives signals to track, control and operate a debris removal satellite equipped with a device for recovering rocket debris flying above a congested orbit with an orbital altitude of 800 km or more.
The orbit control command transmitter 510 transmits a capture command and an orbit control command to the debris removal satellite to deorbit the rocket remains by operating the capture device and propulsion device equipped on the debris removal satellite.
The analysis and prediction unit 520 analyzes and predicts the passing orbit of the debris removal satellite after capturing the rocket remnants.

具体例として、解析予測部520が、太陽同期軌道における混雑軌道のLST10:30近傍の軌道面を軌道高度500kmから800kmで通過すると判明した場合について説明する。
本実施の形態に係る地上設備500の例3では、上記衛星の具備する軌道制御装置により、衛星速度の増速、ないし減速による軌道高度の上昇、ないし下降、あるいは衛星進行方向と概略直交する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をする。そして、本実施の形態に係る地上設備500の例3では、混雑軌道通過タイミング、ないし軌道面をずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する。
As a specific example, a case will be described in which the analysis prediction unit 520 determines that the satellite will pass through an orbital plane in the vicinity of LST 10:30 of a congested orbit in a sun synchronous orbit at an orbital altitude of 500 km to 800 km.
In Example 3 of the ground facility 500 according to this embodiment, the orbit control device equipped on the satellite increases or decreases the satellite speed to raise or lower the orbital altitude, or changes the orbital inclination by applying acceleration in the out-of-plane direction of the orbital plane by thrusting the thruster in a direction approximately perpendicular to the satellite's traveling direction. Then, in Example 3 of the ground facility 500 according to this embodiment, active de-orbit operation is performed to avoid the risk of collision by shifting the timing of passing through a congested orbit or the orbital plane.

ロケットの残骸は通常デブリ除去衛星の捕獲用アタッチメントを具備せず、軌道上で回転するなど捕獲が難しいため、地上設備500の例2よりも技術難度が高い。本実施の形態に係る地上設備500の例3によれば、捕獲装置としては投網のようにネット状物体で包み込む方式、ワイヤー付きのもり状の棒材を突き刺して引っ張る方式、あるいは捕獲対象の外表皮に粘着性物質あるいは接着材により密着する方式などが可能である。また、捕獲用アタッチメントを具備する衛星コンステレーション構成要素衛星のデオービットであっても、姿勢制御せず自由落下させた場合は姿勢が不定となるためデブリ除去衛星が捕獲用アタッチメントに容易にアクセスできない可能性が高い。このような場合に、本実施の形態に係る地上設備500の例3の捕獲装置が有効となる。 Rocket debris does not usually have a capture attachment for the debris removal satellite, and it is difficult to capture because it rotates in orbit, making it more technically difficult than ground equipment example 2. According to ground equipment example 3 of this embodiment, the capture device can be a method of wrapping it in a net-like object like a cast net, a method of piercing and pulling a harpoon-like rod with a wire, or a method of adhering to the outer skin of the object to be captured with a sticky substance or adhesive. Even if a satellite constellation component satellite equipped with a capture attachment is deorbited, if it is allowed to fall freely without attitude control, the attitude becomes unstable, so there is a high possibility that the debris removal satellite will not be able to easily access the capture attachment. In such cases, the capture device of ground equipment example 3 of this embodiment of the present invention is effective.

<地上設備500の例4>
ここでは、地上設備500の例1から例3で説明したように、衛星の軌道離脱あるいはデブリ回収(デブリ除去)による軌道離脱をする降下途中において、解析予測部520が、低高度に構築された別の衛星コンステレーションの極域密集域を通過すると判明した場合について説明する。
地上設備500の例4では、当該衛星コンステレーションとは異なる軌道傾斜角となるよう衛星進行方向と概略直交する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をする。これにより、地上設備500の例4では、混雑軌道とは軌道面の傾きを変更するか、または通過タイミングをずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する。
<Example 4 of Ground Equipment 500>
Here, as explained in Examples 1 to 3 of the ground equipment 500, a case will be described in which the analysis prediction unit 520 determines that the satellite will pass through a polar dense area of another satellite constellation constructed at a low altitude during descent to de-orbit the satellite or to de-orbit for debris collection (debris removal).
In Example 4 of the ground facility 500, the orbital inclination angle is changed by applying acceleration in the out-of-plane direction of the orbital plane by jetting the thrusters in a direction approximately perpendicular to the satellite's traveling direction so that the orbital inclination angle is different from that of the satellite constellation. As a result, in Example 4 of the ground facility 500, the inclination of the orbital plane is changed from that of the congested orbit, or the passing timing is shifted to perform active de-orbit operation to avoid the risk of collision.

地上設備500の例1から例3では、LST10:30近傍の混雑軌道回避をカバーするだけでなく、極域密集域通過の場合の衝突も回避することができる。 Examples 1 to 3 of ground equipment 500 not only cover the congested orbit avoidance around LST10:30, but also avoid collisions when passing through the polar congested area.

上記地上設備500の例1から例4をどのように組み合わせて実施しても構わない。例えば、以下の地上設備を実施することが可能である。 The above ground equipment 500 examples 1 to 4 may be implemented in any combination. For example, the following ground equipment may be implemented.

地上設備は、衛星コンステレーションを構成する衛星を追跡管制運用する信号を送受する通信装置と、軌道制御コマンドを送信する軌道制御コマンド送信部と、軌道離脱用コマンド受信後の上記衛星の通過軌道を解析予測する解析予測部とを備える。地上設備は、設計寿命末期を迎えた上記衛星を、上記衛星の具備する推進装置を動作させることにより、軌道離脱させる前記軌道制御コマンドを送信する。
地上設備は、衛星の軌道離脱あるいはデブリ回収による軌道離脱をする降下途中において、低高度に構築された別の衛星コンステレーションの極域密集域または混雑軌道面を通過することが解析予測で判明した場合に、衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する。具体的には、地上設備は、当該衛星コンステレーションとは異なる軌道傾斜角となるよう衛星進行方向と概略直交する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をすることによって、混雑軌道とは軌道面の傾きを変更するか、または通過タイミングをずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する。
The ground facility includes a communication device that transmits and receives signals for tracking and controlling the satellites that make up the satellite constellation, an orbit control command transmitter that transmits an orbit control command, and an analysis and prediction unit that analyzes and predicts the passing orbit of the satellite after receiving a de-orbit command. The ground facility transmits the orbit control command to de-orbit the satellite that has reached the end of its design life by operating a propulsion device equipped on the satellite.
When analytical predictions reveal that the satellite will pass through a polar dense area or a congested orbital plane of another satellite constellation constructed at a low altitude during descent to deorbit the satellite or to deorbit the satellite for debris collection, the ground facility performs active deorbit operation to avoid the risk of collision. Specifically, the ground facility performs active deorbit operation to avoid the risk of collision by changing the inclination of the orbital plane from that of the congested orbit by applying acceleration in an out-of-plane direction of the orbital plane by thrusting the thrusters in a direction approximately perpendicular to the satellite's direction of travel so that the orbital inclination angle is different from that of the satellite constellation, thereby changing the inclination of the orbital plane from that of the congested orbit or by shifting the timing of the passage.

地上設備は、故障して軌道制御機能を喪失した衛星を回収する装置を具備するデブリ除去衛星を追跡管制運用する信号を送受する通信装置と、軌道制御コマンド送信部と、故障衛星を捕獲した状態のデブリ除去衛星の通過軌道を解析予測する解析予測部を具備する。地上設備は、故障した衛星を、上記デブリ除去衛星の具備する捕獲装置と推進装置を動作させることにより、軌道離脱させる捕獲コマンドと軌道制御コマンドをデブリ除去衛星に対して送信する。
地上設備は、衛星の軌道離脱あるいはデブリ回収による軌道離脱をする降下途中において、低高度に構築された別の衛星コンステレーションの極域密集域または混雑軌道面を通過することが解析予測で判明した場合に、衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する。具体的には、地上設備は、当該衛星コンステレーションとは異なる軌道傾斜角となるよう衛星進行方向と概略直交する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をすることによって、混雑軌道とは軌道面の傾きを変更するか、または通過タイミングをずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する。
The ground facility includes a communication device for transmitting and receiving signals to track, control and operate the debris removal satellite equipped with a device for recovering a satellite that has failed and lost its orbit control function, an orbit control command transmitter, and an analysis and prediction unit for analyzing and predicting the passing orbit of the debris removal satellite in a state in which the failed satellite has been captured. The ground facility transmits a capture command and an orbit control command to the debris removal satellite to cause the failed satellite to deorbit by operating the capture device and propulsion device equipped on the debris removal satellite.
When analytical predictions reveal that the satellite will pass through a polar dense area or a congested orbital plane of another satellite constellation constructed at a low altitude during descent to deorbit the satellite or to deorbit the satellite for debris collection, the ground facility performs active deorbit operation to avoid the risk of collision. Specifically, the ground facility performs active deorbit operation to avoid the risk of collision by changing the inclination of the orbital plane from that of the congested orbit by applying acceleration in an out-of-plane direction of the orbital plane by thrusting the thrusters in a direction approximately perpendicular to the satellite's direction of travel so that the orbital inclination angle is different from that of the satellite constellation, thereby changing the inclination of the orbital plane from that of the congested orbit or by shifting the timing of the passage.

地上設備は、軌道高度800km以上の混雑軌道よりも上空を飛翔するロケットの残骸を回収する装置を具備するデブリ除去衛星を追跡管制運用する信号を送受する通信装置と、軌道制御コマンド送信部と、ロケットの残骸を捕獲した状態のデブリ除去衛星の通過軌道を解析予測する解析予測部を具備する。地上設備は、ロケットの残骸を、上記デブリ除去衛星の具備する捕獲装置と推進装置を動作させることにより、軌道離脱させる捕獲コマンドと軌道制御コマンドをデブリ除去衛星に対して送信する。
地上設備は、衛星の軌道離脱あるいはデブリ回収による軌道離脱をする降下途中において、低高度に構築された別の衛星コンステレーションの極域密集域または混雑軌道面を通過することが解析予測で判明した場合に、衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する。具体的には、地上設備は、当該衛星コンステレーションとは異なる軌道傾斜角となるよう衛星進行方向と概略直交する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をすることによって、混雑軌道とは軌道面の傾きを変更するか、または通過タイミングをずらして衝突リスクを回避するアクティブデオービット運用を実施する。
The ground facility includes a communication device for transmitting and receiving signals to track, control and operate the debris removal satellite equipped with a device for recovering rocket debris flying above a congested orbit with an orbital altitude of 800 km or more, an orbit control command transmitter, and an analysis and prediction unit for analyzing and predicting the passing orbit of the debris removal satellite after capturing the rocket debris. The ground facility transmits a capture command and an orbit control command to the debris removal satellite to cause the rocket debris to deorbit by operating the capture device and propulsion device equipped on the debris removal satellite.
When analytical predictions reveal that the satellite will pass through a polar dense area or a congested orbital plane of another satellite constellation constructed at a low altitude during descent to deorbit the satellite or to deorbit the satellite for debris collection, the ground facility performs active deorbit operation to avoid the risk of collision. Specifically, the ground facility performs active deorbit operation to avoid the risk of collision by changing the inclination of the orbital plane from that of the congested orbit by applying acceleration in an out-of-plane direction of the orbital plane by thrusting the thrusters in a direction approximately perpendicular to the satellite's direction of travel so that the orbital inclination angle is different from that of the satellite constellation, thereby changing the inclination of the orbital plane from that of the congested orbit or by shifting the timing of the passage.

ここで、本実施の形態に係る効果について、さらに説明する。
低軌道衛星のデオービットは衛星進行方向と逆方向に推進器を動作して軌道高度を低下させ、大気圏突入により焼き尽くす手法が一般的である。しかしながら、昨今計画されているメガ衛星コンステレーションは、軌道高度が1000km以上と低軌道周回衛星よりも高高度であるため、寿命末期あるいは故障時にデオービットする際、より低軌道高度を飛行する衛星に衝突するリスクがある。
またメガ衛星コンステレーションでは軌道面も多様に構成され、それぞれの軌道面に多数衛星が隊列飛行しているため、デオービット時に衛星が通過する軌道経路も多岐に渡る。特に太陽同期軌道のLST10:30近傍あるいは極域といった低軌道衛星の混雑領域を通過する可能性がある場合に、衝突確率が高い。
デオービットを自由落下に依存する場合は、徐々に高度を低下させるのに伴って、軌道面が回転するため、いかなる軌道面からデオービットした衛星にも太陽同期衛星の混雑軌道を通過する可能性がある。
また極域付近を通過する軌道傾斜角略90度近傍の軌道面で構成される衛星コンステレーションの衛星をデオービットする場合、軌道高度が低下しても軌道傾斜角が概ね同様なため、より低軌道の極軌道衛星と衝突する確率が高い。
Here, the effects of this embodiment will be further described.
The general method for deorbiting a low-orbit satellite is to operate a thruster in the opposite direction to the satellite's direction of travel to lower its orbital altitude and burn it up by re-entering the atmosphere. However, the mega-satellite constellations currently being planned have orbital altitudes of 1000 km or more, which are higher than low-orbit satellites, so there is a risk of colliding with satellites flying at lower orbital altitudes when deorbiting at the end of their life or when they have a malfunction.
In addition, because megasatellite constellations have a variety of orbital planes and many satellites fly in formation on each orbital plane, the orbital paths that satellites pass through when deorbiting are also diverse. The probability of collision is high, especially when there is a possibility of passing through congested areas of low-orbit satellites, such as near LST10:30 in a sun-synchronous orbit or in the polar regions.
If deorbiting relies on free fall, the orbital plane will rotate as the altitude gradually decreases, so a satellite deorbited from any orbital plane may pass through a congested orbit of sun-synchronous satellites.
In addition, when deorbiting a satellite in a satellite constellation whose orbital plane has an inclination of approximately 90 degrees and passes near the polar regions, the orbital inclination remains roughly the same even if the orbital altitude is lowered, so there is a high probability of collision with a polar orbit satellite in a lower orbit.

本実施の形態では、混雑軌道面通過を回避するために、軌道面の回転を利用して、混雑軌道通過前に落下を早めて通過するか、逆に混雑軌道面が通り過ぎた後に閑散とした軌道面を落下(通過)させることにより衝突を回避する。混雑軌道面を通過するタイミングを変更する方式としては、デオービットする衛星を加速すれば軌道高度が上昇し、落下タイミングを遅らせることができる。また減速すれば軌道高度降下が加速するので、落下タイミングを早めることができる。また当該軌道高度での滞留時間に応じて、摂動により軌道面が回転する効果があるので、混雑軌道の通過を待つことが可能となる。なおデオービットする衛星の昇交点ないし降交点通過時に進行方向と直交方向に推進器を動作することで、軌道傾斜角が変更できるので、軌道面の回転を加速することも可能である。 In this embodiment, in order to avoid passing through a congested orbital plane, the rotation of the orbital plane is used to hasten the descent before passing through the congested orbit, or conversely, to drop (pass) through a quiet orbital plane after the congested orbital plane has passed, thereby avoiding collisions. As a method for changing the timing of passing through a congested orbital plane, accelerating the satellite to be deorbited will raise the orbital altitude and delay the descent timing. Also, decelerating will accelerate the descent of the orbital altitude, so the descent timing can be advanced. In addition, the orbital plane rotates due to perturbation depending on the residence time at the orbital altitude, making it possible to wait for the passage of the congested orbit. Note that the orbital inclination angle can be changed by operating the thrusters in a direction perpendicular to the direction of travel when the satellite to be deorbited passes through the ascending node or descending node, so it is also possible to accelerate the rotation of the orbital plane.

特に地上設備500の例4では、軌道傾斜角を意図的に変更することにより、極域で混雑する高度では、極域を通過しないよう、軌道面を変更することにより、衝突を回避する。軌道傾斜角を変更する方式としては、デオービットする衛星の昇交点ないし降交点通過時に進行方向と直交方向に推進器を動作することで、軌道傾斜角が効果的に変更できる。 In particular, in Example 4 of the ground facility 500, the orbital inclination angle is intentionally changed to avoid collisions at altitudes where the polar regions are congested, by changing the orbital plane so as not to pass through the polar regions. The orbital inclination angle can be effectively changed by operating the thrusters in a direction perpendicular to the direction of travel when the satellite to be de-orbited passes through the ascending node or descending node.

次に、上記の実施の形態1から10に係る効果について、さらに説明する。
近年数千機に及ぶ大規模衛星コンステレーションの構想が発表されているが、同一高度を飛翔する衛星は軌道面の交線上で、衛星高度の一致する2点で衝突するリスクがある。大規模コンステレーションでは特に全ての軌道面が高確率で会合する極域において衝突確率が極めて高くなる。
同一軌道面に多数の衛星が飛行する例として赤道上空で軌道高度約36000kmを飛行する静止軌道衛星が有名であり、同一軌道面を約300の衛星が飛行している。地球自転と同期しているため、地上から見るとあたかも宇宙空間で静止しているように見えるが、同一高度を略円軌道を描いて飛行しているため、静止軌道上衛星は衝突せず運用継続している。また地球から見た角度は約1度から2度程度しか離れていないので接近しているように感じるが、軌道上の2衛星間の距離は十分離れている。
Next, the effects of the above-mentioned first to tenth embodiments will be further described.
In recent years, plans for large-scale satellite constellations involving several thousand satellites have been announced, but there is a risk that satellites flying at the same altitude will collide at two points where the satellite altitudes coincide on the intersecting line of the orbital planes. In large-scale constellations, the probability of collision is extremely high, especially in the polar regions where all orbital planes meet with a high probability.
A well-known example of multiple satellites flying in the same orbital plane is the geostationary orbit satellite, which flies above the equator at an orbital altitude of about 36,000 km, with about 300 satellites flying in the same orbital plane. Because they are synchronized with the rotation of the Earth, they appear to be stationary in space when viewed from the ground, but because they fly in a nearly circular orbit at the same altitude, satellites in geostationary orbit do not collide and continue to operate. Also, because the angle from the Earth is only about 1 to 2 degrees apart, it feels like they are close to each other, but the distance between two satellites in orbit is sufficient.

これに対して近年増加傾向の低軌道周回衛星コンステレーションでは、単独コンステレーションでも衛星数が数千の規模であり、複数衛星コンステレーション構想の衛星総数は1万機に迫る規模となる。軌道高度が静止衛星に対して1/20~1/100倍程度と低く、2衛星間の距離も格段に接近しているため、静止軌道と比較しても衝突のリスクが高い。
また静止軌道とは異なり、異なる軌道面を同時に利用するため、2面の交線上で衝突する可能性が存在する。軌道傾斜角90°近傍の衛星コンステレーションでは複数の軌道面が地球の自転軸近傍を交線となし、全ての衛星が南極上空と北極上空を通過するため、軌道高度が一致すると衝突する可能性が高い。
また地球観測衛星で多用するLST10:00~11:00の太陽同期軌道は衛星が密集する軌道面が多く、同じ軌道面内に徐々に軌道高度を変化させる物体が侵入すると衝突リスクが高い。
また衛星コンステレーションの完成形態においては、いかなる2衛星も位置座標と時刻が同時に一致する条件(x1、y1、z1、t1)=(x2、y2、z2、t2)とならない限り衝突は発生しない。よって、軌道高度あるいはタイミング、軌道面内の位相などを人為的に操作することで衝突を回避することができる。しかし、衛星コンステレーションの構築過渡段階において、新規衛星をコンステレーションに追加するプロセスでは衝突リスクが高い。
また多数の衛星コンステレーションよりも高高度を飛行する衛星が制御不能な故障に陥って自由落下する場合に、密集軌道面を高度変更しながら通過すると、同一軌道面内で複数の軌道高度の衛星群と会合する可能性があるため、衝突リスクが高い。
In contrast, in low-earth-orbit satellite constellations, which have been increasing in recent years, the number of satellites in a single constellation is on the scale of several thousand, and the total number of satellites in a multi-satellite constellation concept approaches 10,000. The orbital altitude is about 1/20 to 1/100 times lower than that of a geostationary satellite, and the distance between the two satellites is also much closer, so there is a higher risk of collision compared to geostationary orbit.
Also, unlike geostationary orbits, because different orbital planes are used simultaneously, there is a possibility of collisions at the intersection of the two planes. In a satellite constellation with an orbital inclination of nearly 90 degrees, multiple orbital planes intersect near the Earth's axis, and all satellites pass over the Antarctic and North Pole, so there is a high possibility of collisions if the orbital altitudes coincide.
In addition, the sun-synchronous orbit between 10:00 and 11:00 LST, which is commonly used by Earth observation satellites, has many orbital planes where satellites are densely packed, and there is a high risk of collision if an object that gradually changes its orbital altitude enters the same orbital plane.
In addition, in the completed form of the satellite constellation, no collision will occur unless the position coordinates and time of any two satellites are simultaneously the same, i.e. (x1, y1, z1, t1) = (x2, y2, z2, t2). Therefore, collisions can be avoided by artificially manipulating the orbital altitude, timing, or phase in the orbital plane. However, during the transitional stage of constructing a satellite constellation, there is a high risk of collision in the process of adding a new satellite to the constellation.
In addition, if a satellite flying at a higher altitude than many satellite constellations experiences an uncontrollable malfunction and falls freely, there is a high risk of collision if it passes through a dense orbital plane while changing altitude, as it may meet with multiple groups of satellites at orbital altitudes within the same orbital plane.

宇宙空間は広大であるため絶対値としての衝突確率は依然十分小さいとしても、一度衝突が発生すると、大規模な破壊が起こり、多数飛散した残骸が所謂デブリとして、近傍を飛翔する衛星に再び衝突して2次被害を発生する恐れがある。ワーストケースでは衝突、破壊の連鎖により、近傍軌道全体がバイオレートされる懸念もある。
近傍軌道全体がバイオレートされて、多数のデブリが浮遊する状態になると、長期にわたりいかなる衛星も運用できなくなるリスクがあり、宇宙インフラへの依存性が高まる一方の社会生活全般に悪影響が及ぶ。
また衛星自体が高額であり、かつロケットによる打上げや運用に資する総コストが巨額であるため、衝突が発生すると巨額の経済的損失につながる。
また複数衛星が連携することにより例えば通信サービスといった目的を実現しているため、衝突に伴う衛星欠落により、当初目的のサービスの中断および品質劣化を来す。
Because outer space is so vast, the absolute probability of a collision is still sufficiently small, but once a collision occurs, large-scale destruction will occur, and the large amount of scattered debris will collide with satellites flying nearby, causing secondary damage. In the worst case scenario, there is a concern that the entire nearby orbit will be violated due to a chain reaction of collisions and destruction.
If the entire nearby orbit were to be violated and a large amount of debris were to become airborne, there would be a risk that no satellites would be able to operate for a long period of time, which would have a negative impact on social life as a whole, as our dependence on space infrastructure increases.
In addition, satellites themselves are expensive, and the total cost of launching them by rocket and operating them is enormous, so a collision would result in huge economic losses.
Furthermore, because multiple satellites work together to achieve goals such as communication services, the loss of a satellite due to a collision will result in the interruption of the originally intended service and a deterioration in quality.

上記の実施の形態1から10では、高度の異なる軌道面の組合せ、交点通過時刻を人為的にずらす方式、故障した衛星の除去方式、新規衛星軌道投入方式といった手法を提供することにより、衛星コンステレーションの衝突を回避することができる。 In the above-mentioned embodiments 1 to 10, collisions of satellite constellations can be avoided by providing methods such as combining orbital planes with different altitudes, artificially shifting the time of intersections, removing malfunctioning satellites, and injecting new satellites into orbit.

実施の形態11.
本実施の形態では、主に、実施の形態1から10に追加する点について説明する。なお、実施の形態1から10と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
Embodiment 11.
In this embodiment, the following description will be mainly focused on the points added to the embodiments 1 to 10. Note that the same reference numerals are used to designate the same configurations as those in the embodiments 1 to 10, and the description thereof may be omitted.

実施の形態1で説明したように、衛星コンステレーション形成システム100は、衛星群300により構成され、衛星群300が連携してサービスを提供する衛星コンステレーション20を形成する。衛星コンステレーション形成システム100は、各軌道面21に複数の衛星が同じ軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーション20を形成する。
また、本実施の形態に係る衛星コンステレーション形成部110は、複数の軌道面の各軌道面21の軌道高度が互いに異なり、かつ、複数の軌道面の各軌道面21の公転周期が互いに等しくなる軌道傾斜角を各軌道面が有する衛星コンステレーション20を形成する。例えば、複数の軌道面の各軌道面は、図11に示すような太陽同期軌道である。
As described in the first embodiment, the satellite constellation forming system 100 is composed of the satellite group 300, and the satellite group 300 cooperate to form the satellite constellation 20 that provides a service. The satellite constellation forming system 100 forms the satellite constellation 20 having a plurality of orbital planes in each orbital plane 21, in which a plurality of satellites fly at the same orbital altitude.
The satellite constellation forming unit 110 according to this embodiment forms a satellite constellation 20 in which the orbital altitudes of the orbital planes 21 are different from one another and each orbital plane has an orbital inclination angle that makes the orbital periods of the orbital planes 21 equal to one another. For example, each of the orbital planes is a sun-synchronous orbit as shown in FIG. 11 .

衛星コンステレーション形成システム100には、衛星コンステレーション20が備える各軌道面21の軌道高度が互いに異なり、かつ、複数の軌道面の各軌道面21の公転周期が互いに等しくなる軌道傾斜角を各軌道面が有するようにパラメータが設定される。
そして、衛星コンステレーション形成部110は、設定されたパラメータを用いて、各軌道面21の軌道高度が互いに異なり、かつ、複数の軌道面の各軌道面21の公転周期が互いに等しくなる軌道傾斜角を各軌道面が有する衛星コンステレーション20を形成する。
The satellite constellation forming system 100 has parameters set so that the orbital altitudes of the orbital planes 21 of the satellite constellation 20 are different from each other, and each orbital plane has an orbital inclination angle such that the orbital periods of each of the orbital planes 21 of the multiple orbital planes are equal to each other.
Then, using the set parameters, the satellite constellation forming unit 110 forms a satellite constellation 20 in which the orbital altitudes of each orbital plane 21 are different from each other and each orbital plane has an orbital inclination angle such that the orbital periods of each orbital plane 21 of the multiple orbital planes are equal to each other.

図25は、本実施の形態に係る衛星コンステレーション20の具体例を示す模式図である。
太陽同期する軌道面同士は軌道高度が異なっていても公転周期が等しくなる。以下に、軌道高度が異なり、太陽同期軌道となる複数軌道面の例を示す。太陽同期するための制約条件は概ね軌道高度と軌道傾斜角の相関関係で決まるので、軌道高度に応じて軌道傾斜角を適切に設定すれば、太陽同期軌道を形成できる。
軌道高度1000km:軌道傾斜角約99.5°
軌道高度1100km:軌道傾斜角約99.9°
軌道高度1200km:軌道傾斜角約100.4°
軌道高度1300km:軌道傾斜角約100.9°
軌道高度1400km:軌道傾斜角約101.4°
軌道高度1500km:軌道傾斜角約102.0°
FIG. 25 is a schematic diagram showing a specific example of a satellite constellation 20 according to this embodiment.
Sun-synchronous orbital planes have the same orbital period even if they have different orbital altitudes. Below are examples of multiple orbital planes with different orbital altitudes that result in a sun-synchronous orbit. The constraints for sun synchronization are largely determined by the correlation between the orbital altitude and the orbital inclination, so a sun-synchronous orbit can be formed by appropriately setting the orbital inclination according to the orbital altitude.
Orbital altitude 1000km: Orbital inclination approximately 99.5°
Orbital altitude 1100km: Orbital inclination approximately 99.9°
Orbital altitude 1200km: Orbital inclination approximately 100.4°
Orbital altitude 1300km: Orbital inclination approximately 100.9°
Orbital altitude 1400km: Orbital inclination approximately 101.4°
Orbital altitude 1500km: Orbital inclination approximately 102.0°

例えば、上記6種類の軌道高度の軌道面をLSTで以下のように設定すれば、互いに概略30°ずつ緯度方向に角度が異なる軌道面群が構成され、この軌道面間の相対角度は常に維持される。すなわち、公転周期が等しい6つの軌道面が形成される。
軌道高度1000kmの太陽同期軌道面:LST06:00
軌道高度1100kmの太陽同期軌道面:LST08:00
軌道高度1200kmの太陽同期軌道面:LST10:00
軌道高度1300kmの太陽同期軌道面:LST12:00
軌道高度1400kmの太陽同期軌道面:LST14:00
軌道高度1500kmの太陽同期軌道面:LST16:00
For example, if the orbital planes for the above six types of orbital altitudes are set as follows in the LST, a group of orbital planes that differ from each other in the latitudinal direction by approximately 30 degrees will be formed, and the relative angles between these orbital planes will always be maintained. In other words, six orbital planes with the same revolution period will be formed.
Sun-synchronous orbit at an altitude of 1000 km: LST06:00
Sun-synchronous orbit at an altitude of 1,100 km: LST 08:00
Sun-synchronous orbit at an altitude of 1200 km: LST 10:00
Sun-synchronous orbit at 1300km altitude: LST 12:00
Sun-synchronous orbit at 1,400 km altitude: LST 14:00
Sun-synchronous orbit at an altitude of 1500 km: LST 16:00

ここでは、公転周期が等しくなる典型的な例として太陽同期軌道を例示したが、太陽非同期軌道であっても、同様に公転周期が等しくなる複数の軌道高度の選定が可能である。 Here, we have given an example of a sun-synchronous orbit as a typical example of an orbit with equal orbital periods, but even in the case of a sun-asynchronous orbit, it is possible to select multiple orbital altitudes that will result in equal orbital periods.

なお、衛星コンステレーション形成部110は、複数の軌道面の各軌道面21の軌道高度が互いに異なり、かつ、複数の軌道面の各軌道面21の回転が同期する軌道傾斜角を各軌道面が有する衛星コンステレーション20を形成してもよい。 The satellite constellation forming unit 110 may form a satellite constellation 20 in which the orbital altitudes of the orbital planes 21 of the multiple orbital planes are different from each other, and each orbital plane has an orbital inclination angle at which the rotation of each orbital plane 21 of the multiple orbital planes is synchronized.

次に、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により構築される衛星コンステレーション20を追跡管制する地上設備500について説明する。
本実施の形態に係る地上設備500は、複数の軌道面の各軌道面における複数の衛星の相対位相を維持するように各衛星の高度を調整するとともに、複数の軌道面間の相対角度を維持するように各軌道面の軌道高度および軌道傾斜角の調整を行うコマンドを生成し、衛星群の各衛星に送信する。
Next, a ground facility 500 that tracks and controls the satellite constellation 20 constructed by the satellite constellation forming system 100 according to this embodiment will be described.
The ground equipment 500 according to this embodiment adjusts the altitude of each satellite so as to maintain the relative phase of the multiple satellites in each of the multiple orbital planes, and generates commands to adjust the orbital altitude and orbital inclination of each orbital plane so as to maintain the relative angles between the multiple orbital planes, and transmits the commands to each satellite in the satellite constellation.

<地上設備500の例5>
図23は、本実施の形態に係る地上設備500である地上設備500の例5の構成を示す図である。
地上設備500の例5の構成は、実施の形態10の地上設備500の例1と同様である。
<Example 5 of Ground Equipment 500>
FIG. 23 is a diagram showing a configuration of an example 5 of the ground equipment 500 which is the ground equipment 500 according to the present embodiment.
The configuration of example 5 of the ground equipment 500 is similar to example 1 of the ground equipment 500 of embodiment 10.

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30を追跡管制運用する信号を送受する。
軌道制御コマンド送信部510は、複数の軌道面の各軌道面における複数の衛星の相対位相を維持するように各衛星の高度を調整するとともに、複数の軌道面間の相対角度を維持するように各軌道面の軌道高度および軌道傾斜角の調整を行う軌道制御コマンド51を衛星30に送信する。
The communication device 950 transmits and receives signals for tracking and controlling the satellites 30 that make up the satellite constellation 20 .
The orbit control command transmitter 510 transmits to the satellite 30 an orbit control command 51 that adjusts the altitude of each satellite so as to maintain the relative phase of the multiple satellites in each of the multiple orbital planes, and adjusts the orbital altitude and orbital inclination of each orbital plane so as to maintain the relative angle between the multiple orbital planes.

***本実施の形態の効果の説明***
軌道高度が異なり、かつ、軌道傾斜角が等しい軌道面の公転周期は相違する。このため、長期間運用する内に軌道面同士の相対角度が変化してしまう。この結果、複数の衛星で連携してサービスを実施する際に、衛星の配置が変化してしまって、サービスに支障を来す虞がある。また適切な軌道配置を維持するために、別途推進器を用いて軌道面を調整する場合は、調整中の期間にはサービスの継続ができなくなるという虞がある。
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によれば、軌道面間の相対関係が維持されるので、支障なくサービス提供し続けながら、衝突リスクを回避することが可能となる。
***Description of Effects of This Embodiment***
The orbital periods of orbital planes with different orbital altitudes and the same orbital inclination angle are different. Therefore, the relative angle between the orbital planes changes over a long period of operation. As a result, when multiple satellites cooperate to provide a service, the satellite configuration may change, causing a risk of disruption to the service. In addition, when the orbital plane is adjusted using a separate thruster to maintain an appropriate orbital configuration, there is a risk that the service may not be able to continue during the adjustment period.
According to the satellite constellation forming system of this embodiment, the relative relationship between the orbital planes is maintained, so it is possible to avoid the risk of collision while continuing to provide services without any problems.

実施の形態12.
本実施の形態では、主に、実施の形態1から11に追加する点あるいは異なる点について説明する。なお、実施の形態1から11と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
Embodiment 12.
In this embodiment, the following will be mainly described with respect to the points added to or different from the first to eleventh embodiments. Note that the same reference numerals are used to designate the same configurations as those in the first to eleventh embodiments, and the description thereof may be omitted.

***構成の説明***
図26は、衛星コンステレーション形成システム600の衛星30の構成例である。
ここで、衛星コンステレーション形成システム600を形成する衛星30の構成について説明する。
衛星30は、衛星制御装置310と衛星通信装置32と推進装置33と姿勢制御装置34と電源装置35とを備える。その他、各種の機能を実現する構成要素を備えるが、図26では、衛星制御装置310と衛星通信装置32と推進装置33と姿勢制御装置34と電源装置35について説明する。衛星30は、宇宙物体60の一例である。
***Configuration Description***
FIG. 26 shows an example of the configuration of a satellite 30 of a satellite constellation forming system 600.
Here, the configuration of the satellites 30 that form the satellite constellation forming system 600 will be described.
The satellite 30 comprises a satellite control device 310, 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 for implementing various functions, but Fig. 26 will explain the satellite control device 310, the satellite communication device 32, the propulsion device 33, the attitude control device 34, and the power supply device 35. The satellite 30 is an example of a space object 60.

衛星制御装置310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310は、地上設備500から送信される各種コマンドにしたがって、推進装置33と姿勢制御装置34とを制御する。衛星制御装置310は、地上設備500から送信される各種コマンドにしたがって、推進装置33と姿勢制御装置34とを制御することにより、衛星30の軌道を制御する軌道制御装置である。
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、アポジキックモーターまたは化学推進装置、または電気推進装置である。アポジキックモーター(AKM:Apogee Kick Motor)は、人工衛星の軌道投入に使われる上段の推進装置のことであり、アポジモーター(固体ロケットモーター使用時)、またはアポジエンジン(液体エンジン使用時)とも呼ばれている。
化学推進装置は、一液性ないし二液性燃料を用いたスラスタである。電気推進装置としては、イオンエンジンまたはホールスラスタである。アポジキックモーターは軌道遷移に用いる装置の名称であり、化学推進装置の一種である場合もある。
姿勢制御装置34は、衛星30の姿勢と衛星30の角速度と視線方向(Line Of Sight)といった姿勢要素を制御するための装置である。姿勢制御装置34は、各姿勢要素を所望の方向に変化させる。もしくは、姿勢制御装置34は、各姿勢要素を所望の方向に維持する。姿勢制御装置34は、姿勢センサとアクチュエータとコントローラとを備える。姿勢センサは、ジャイロスコープ、地球センサ、太陽センサ、スター・トラッカ、スラスタおよび磁気センサといった装置である。アクチュエータは、姿勢制御スラスタ、モーメンタムホイール、リアクションホイールおよびコントロール・モーメント・ジャイロといった装置である。コントローラは、姿勢センサの計測データまたは地上設備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。
The satellite control device 310 is a computer that controls the propulsion devices 33 and the attitude control device 34, and includes a processing circuit. Specifically, the satellite control device 310 controls the propulsion devices 33 and the attitude control device 34 in accordance with various commands transmitted from the ground facility 500. The satellite control device 310 is an orbit control device that controls the orbit of the satellite 30 by controlling the propulsion devices 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 apogee kick motor, a chemical propulsion device, or an electric propulsion device. The apogee kick motor (AKM) is an upper stage propulsion device used to put an artificial satellite into orbit, and is also called an apogee motor (when a solid rocket motor is used) or an apogee engine (when a liquid engine is used).
Chemical propulsion systems are thrusters that use monopropellant or bipropellant fuels. Electric propulsion systems are ion engines or Hall thrusters. An apogee kick motor is a device used for orbital transfer, and can be a type of chemical propulsion system.
The attitude control device 34 is a device for controlling attitude elements such as the attitude of the satellite 30, the angular velocity of the satellite 30, and the line of sight (Line of Sight). 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310に備わる処理回路について説明する。
処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサであってもよい。
処理回路において、一部の機能が専用のハードウェアで実現されて、残りの機能がソフトウェアまたはファームウェアで実現されてもよい。つまり、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせで実現することができる。
専用のハードウェアは、具体的には、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC、FPGAまたはこれらの組み合わせである。
ASICは、Application Specific Integrated Circuitの略称である。FPGAは、Field Programmable Gate Arrayの略称である。
The processing circuitry provided in the satellite control device 310 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 complex circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC, an FPGA, or a combination of these.
ASIC is an abbreviation for Application Specific Integrated Circuit, and FPGA is an abbreviation for Field Programmable Gate Array.

図27は、衛星コンステレーション形成システム600が備える地上設備500の構成例である。
地上設備500は、全ての軌道面の多数衛星をプログラム制御する。地上設備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良い。
FIG. 27 shows an example of the configuration of the ground equipment 500 provided in the satellite constellation forming system 600.
The ground equipment 500 controls programs of multiple satellites 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、宇宙交通管理装置200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6において説明した衛星コンステレーション形成システム100のハードウェアと同様である。 The ground equipment 500 forms the satellite constellation 20 by communicating with each satellite 30. The ground equipment 500 is provided in the space traffic management device 200. 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 signal lines and controls the other hardware. The hardware of the ground equipment 500 is similar to the hardware of the satellite constellation forming system 100 described in FIG. 6.

地上設備500は、機能要素として、軌道制御コマンド送信部510と、解析予測部520を備える。軌道制御コマンド送信部510および解析予測部520の機能は、ハードウェアあるいはソフトウェアにより実現される。 The ground equipment 500 has, as its functional elements, an orbit control command transmission unit 510 and an analysis and prediction unit 520. The functions of the orbit control command transmission unit 510 and the analysis and prediction unit 520 are realized by hardware or software.

通信装置950は、衛星コンステレーション20を構成する衛星群300の各衛星30を追跡管制する信号を送受信する。また、通信装置950は、軌道制御コマンド55を各衛星30に送信する。
解析予測部520は、衛星30の軌道を解析予測する。
軌道制御コマンド送信部510は、衛星30に送信する軌道制御コマンド55を生成する。
軌道制御コマンド送信部510および解析予測部520は、衛星コンステレーション形成部11の機能を実現する。すなわち、軌道制御コマンド送信部510および解析予測部520は、衛星コンステレーション形成部11の例である。
The communication device 950 transmits and receives signals for tracking and controlling each satellite 30 of the group of satellites 300 that make up the satellite constellation 20. The communication device 950 also transmits orbit control commands 55 to each satellite 30.
The analysis and prediction unit 520 analyzes and predicts the orbit of the satellite 30 .
The orbital control command transmitter 510 generates the orbital control command 55 to be transmitted to the satellite 30 .
The orbit control command transmission unit 510 and the analysis prediction unit 520 realize the functions of the satellite constellation formation unit 11. That is, the orbit control command transmission unit 510 and the analysis prediction unit 520 are an example of the satellite constellation formation unit 11.

図28は、衛星コンステレーション形成システム600の機能構成例を示す図である。
衛星30は、さらに、衛星コンステレーション20を形成する衛星コンステレーション形成部11bを備える。そして、複数の衛星の各衛星30の衛星コンステレーション形成部11bと、地上設備500の各々に備えられた衛星コンステレーション形成部11とが連携して、衛星コンステレーション形成システム600の機能を実現する。なお、衛星30の衛星コンステレーション形成部11bは、衛星制御装置310に備えられていてもよい。
FIG. 28 is a diagram showing an example of the functional configuration of the satellite constellation forming system 600.
The satellite 30 further includes a satellite constellation forming unit 11b that forms the satellite constellation 20. The satellite constellation forming unit 11b of each of the multiple satellites 30 and the satellite constellation forming unit 11 provided in each of the ground facilities 500 work together to realize the functions of the satellite constellation forming system 600. The satellite constellation forming unit 11b of the satellite 30 may be provided in the satellite control device 310.

図29は、本実施の形態に係る宇宙交通管理システム800の全体構成例である。
宇宙交通管理システム800は、複数の宇宙交通管理装置200を備える。
複数の宇宙交通管理装置200の各々は、宇宙を飛行する宇宙物体60を管理する複数の事業者の各々の事業装置40に実装される。複数の宇宙交通管理装置200は、互いに通信回線で接続されている。
FIG. 29 shows an example of the overall configuration of a space traffic management system 800 according to this embodiment.
The space traffic management system 800 includes a plurality of space traffic management devices 200 .
Each of the plurality of space traffic control devices 200 is implemented in the business device 40 of each of a plurality of businesses that manage space objects 60 flying in space. The plurality of space traffic control devices 200 are connected to each other by communication lines.

図30は、本実施の形態に係る宇宙交通管理装置200の構成例を示す図である。
宇宙交通管理装置200は、他の事業装置40と通信する。宇宙交通管理装置200は、地上設備500に搭載されていてもよい。また、宇宙交通管理装置200は、衛星コンステレーション形成システム600に搭載されていてもよい。
FIG. 30 is a diagram showing an example of the configuration of a space traffic management device 200 according to this embodiment.
The space traffic management device 200 communicates with other business devices 40. The space traffic management device 200 may be mounted on a ground facility 500. The space traffic management device 200 may also be mounted on a satellite constellation forming system 600.

事業装置40は、人工衛星、あるいは、デブリといった宇宙物体60に関する情報を提供する。事業装置40は、人工衛星、あるいは、デブリといった宇宙物体60に関する情報を収集する事業者のコンピュータである。
事業装置40には、メガコンステレーション事業装置41、LEOコンステレーション事業装置42、衛星事業装置43、軌道遷移事業装置44、デブリ除去事業装置45、ロケット打ち上げ事業装置46、およびSSA事業装置47といった装置が含まれる。LEOが、Low Earth Orbitの略語である。
The business device 40 provides information about a space object 60 such as an artificial satellite or debris. The business device 40 is a computer of an operator that collects information about a space object 60 such as an artificial satellite or debris.
The business equipment 40 includes equipment such as a megaconstellation business equipment 41, a LEO constellation business equipment 42, a satellite business equipment 43, an orbital transfer business equipment 44, a debris removal business equipment 45, a rocket launch business equipment 46, and an SSA business equipment 47. LEO is an abbreviation for Low Earth Orbit.

メガコンステレーション事業装置41は、大規模衛星コンステレーション、すなわちメガコンステレーション事業を行うメガコンステレーション事業者のコンピュータである。例えば、メガコンステレーション事業装置41は、100機以上の衛星コンステレーションを管理する事業装置である。
LEOコンステレーション事業装置42は、低軌道コンステレーション、すなわちLEOコンステレーション事業を行うLEOコンステレーション事業者のコンピュータである。
衛星事業装置43は、1機から数機の衛星を扱う衛星事業者のコンピュータである。
軌道遷移事業装置44は、衛星の宇宙物体侵入警報を行う軌道遷移事業者のコンピュータである。
デブリ除去事業装置45は、デブリを回収する事業を行うデブリ除去事業者のコンピュータである。デブリ除去事業装置45は、宇宙物体を除去するデブリ除去事業者によるデブリ除去衛星の管理に利用される。
ロケット打ち上げ事業装置46は、ロケット打ち上げ事業を行うロケット打ち上げ事業者のコンピュータである。
SSA事業装置47は、SSA事業、すなわち、宇宙状況監視事業を行うSSA事業者のコンピュータである。
The mega-constellation business device 41 is a computer of a mega-constellation business operator that operates a large-scale satellite constellation, i.e., a mega-constellation business. For example, the mega-constellation business device 41 is a business device that manages a constellation of 100 or more satellites.
The LEO constellation business device 42 is a computer of a LEO constellation operator that operates a low earth orbit constellation, i.e., a LEO constellation business.
The satellite business device 43 is a computer of a satellite operator that handles one to several satellites.
The orbital transfer business device 44 is an orbital transfer business computer that issues space object intrusion warnings to satellites.
The debris removal business device 45 is a computer of a debris removal business operator that carries out a business of collecting debris. The debris removal business device 45 is used for managing the debris removal satellites by the debris removal business operator that removes space objects.
The rocket launch business device 46 is a computer of a rocket launch business operator that carries out the rocket launch business.
The SSA business device 47 is a computer of an SSA business operator that performs the SSA business, i.e., the space situation monitoring business.

事業装置40は、人工衛星、あるいは、デブリといった宇宙物体に関する情報を収集し、収集した情報を宇宙交通管理システム800に提供する装置であれば、その他の装置でもよい。また、宇宙交通管理装置200が、SSAの公開サーバ上に搭載される場合は、宇宙交通管理装置200がSSAの公開サーバとして機能する構成でもよい。 The business device 40 may be any other device that collects information about space objects such as artificial satellites or debris and provides the collected information to the space traffic management system 800. In addition, if the space traffic management device 200 is mounted on the SSA's public server, the space traffic management device 200 may be configured to function as the SSA's public server.

宇宙交通管理装置200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 space traffic management device 200 includes a processor 910, as well as 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.

宇宙交通管理装置200は、機能要素の一例として、宇宙交通管理部120と記憶部140を備える。記憶部140には、ルール情報515と密集領域識別情報525が記憶されている。 The space traffic management device 200 includes, as examples of functional elements, a space traffic management unit 120 and a memory unit 140. The memory unit 140 stores rule information 515 and dense area identification information 525.

宇宙交通管理部120の機能は、ソフトウェアにより実現される。記憶部140は、メモリ921に備えられる。あるいは、記憶部140は、補助記憶装置922に備えられていてもよい。また、記憶部140は、メモリ921と補助記憶装置922に分けられて備えられてもよい。 The functions of the space traffic management unit 120 are realized by software. The storage unit 140 is provided in the memory 921. Alternatively, the storage unit 140 may be provided in the auxiliary storage device 922. The storage unit 140 may also be provided separately in the memory 921 and the auxiliary storage device 922.

宇宙交通管理部120は、例えば、ルール情報515にしたがって宇宙物体60を管理する。あるいは、宇宙交通管理部120は、密集領域識別情報525を用いて、ルール情報515にしたがって宇宙物体60を管理する。 The space traffic management unit 120, for example, manages the space object 60 according to the rule information 515. Alternatively, the space traffic management unit 120 uses the dense area identification information 525 to manage the space object 60 according to the rule information 515.

プロセッサ910は、宇宙交通管理プログラムを実行する装置である。宇宙交通管理プログラムは、宇宙交通管理装置200および宇宙交通管理システム800の各構成要素の機能を実現するプログラムである。 The processor 910 is a device that executes a space traffic management program. The space traffic management program is a program that realizes the functions of each component of the space traffic management device 200 and the space traffic management system 800.

宇宙交通管理装置200のハードウェアについては、図6において説明した衛星コンステレーション形成システム100のハードウェアと同様である。 The hardware of the space traffic management device 200 is similar to the hardware of the satellite constellation forming system 100 described in Figure 6.

宇宙交通管理プログラムは、プロセッサ910に読み込まれ、プロセッサ910によって実行される。メモリ921には、宇宙交通管理プログラムだけでなく、OS(Operating System)も記憶されている。プロセッサ910は、OSを実行しながら、宇宙交通管理プログラムを実行する。宇宙交通管理プログラムおよびOSは、補助記憶装置922に記憶されていてもよい。補助記憶装置922に記憶されている宇宙交通管理プログラムおよびOSは、メモリ921にロードされ、プロセッサ910によって実行される。なお、宇宙交通管理プログラムの一部または全部がOSに組み込まれていてもよい。 The space traffic management program is loaded into the processor 910 and executed by the processor 910. The memory 921 stores not only the space traffic management program but also an OS (Operating System). The processor 910 executes the space traffic management program while executing the OS. The space traffic management program and the OS may be stored in the auxiliary storage device 922. The space traffic management program and the OS stored in the auxiliary storage device 922 are loaded into the memory 921 and executed by the processor 910. Note that part or all of the space traffic management program may be incorporated into the OS.

宇宙交通管理装置200は、プロセッサ910を代替する複数のプロセッサを備えていてもよい。これら複数のプロセッサは、プログラムの実行を分担する。それぞれのプロセッサは、プロセッサ910と同じように、プログラムを実行する装置である。 The space traffic management device 200 may include multiple processors that replace the processor 910. These multiple processors share the task of executing the program. Each processor is a device that executes a program, just like the processor 910.

宇宙交通管理装置の各部の「部」を「処理」、「手順」、「手段」、「段階」あるいは「工程」に読み替えてもよい。また、通過判定処理と警報生成処理と警報通知処理の「処理」を「プログラム」、「プログラムプロダクト」または「プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体」に読み替えてもよい。「処理」、「手順」、「手段」、「段階」あるいは「工程」は、互いに読み換えが可能である。
宇宙交通管理プログラムは、宇宙交通管理システムの各部の「部」を「処理」、「手順」、「手段」、「段階」あるいは「工程」に読み替えた各処理、各手順、各手段、各段階あるいは各工程を、コンピュータに実行させる。また、宇宙交通管理方法は、宇宙交通管理装置200が宇宙交通管理プログラムを実行することにより行われる方法である。
宇宙交通管理プログラムは、コンピュータ読取可能な記録媒体に格納されて提供されてもよい。また、各プログラムは、プログラムプロダクトとして提供されてもよい。
The "parts" of each part of the space traffic control device may be read as "processing,""procedure,""means,""stage," or "step." In addition, the "processing" of the passage determination process, the alarm generation process, and the alarm notification process may be read as "program,""programproduct," or "computer-readable recording medium on which a program is recorded.""Processing,""procedure,""means,""stage," or "step" may be read as interchangeable with one another.
The space traffic management program causes a computer to execute each process, procedure, means, stage, or step of the space traffic management system, where the "part" of each part is interpreted as a "process,""procedure,""means,""stage," or "process." Also, the space traffic management method is a method carried out by space traffic management device 200 executing the space traffic management program.
The space traffic management program may be provided in a form stored in a computer-readable recording medium. Also, each program may be provided as a program product.

<本実施の形態の宇宙交通管理システムの機能概要について>
太陽同期軌道は地球観測で多用される軌道であり、特に以下の領域が密集している。
・太陽同期軌道LST10:30近傍で軌道高度500km以上1000km以下の領域。
・太陽同期軌道LST13:30近傍で軌道高度500km以上1000km以下の領域。
・太陽同期軌道LST06:00近傍で軌道高度500km以上1000km以下の領域。
・太陽同期軌道LST18:00近傍で軌道高度500km以上1000km以下の領域。
<Functional Overview of the Space Traffic Management System of the Present Embodiment>
Sun-synchronous orbits are commonly used in Earth observation, and are particularly densely populated with the following areas:
- The region in the vicinity of sun-synchronous orbit LST10:30, with an orbital altitude of 500 km or more and 1000 km or less.
- Sun-synchronous orbit, near LST13:30, in the region with an orbital altitude of 500km to 1000km.
- Sun-synchronous orbit near LST06:00, in the region with an orbital altitude of 500km to 1000km.
- Sun-synchronous orbit near LST 18:00, in the region with an orbital altitude of 500 km to 1000 km.

太陽同期軌道は軌道傾斜角が90度近傍となるので、同一軌道高度を飛行する衛星同士は極域において軌道面同士の交点が集中し、衝突するリスクが高い。
そこでSTM(宇宙交通管理)のルールとして、法線ベクトルの異なる軌道面の衛星同士は異なる軌道高度を採用することをルール化し、軌道の交点を解消すれば、定常運用における衝突確率がゼロとなり、衝突リスクが解消する。現実的には軌道投入時や軌道離脱時などの非定常運用を実施する際に衝突リスクは発生するが、定常運用における衝突確率がゼロであれば、リスクは激減するという効果がある。
Since the orbital inclination angle of a sun-synchronous orbit is close to 90 degrees, satellites flying at the same orbital altitude have their orbital planes intersecting at the polar regions, increasing the risk of collision.
Therefore, if a rule for STM (Space Traffic Management) is made that satellites in orbital planes with different normal vectors use different orbital altitudes and the orbital intersections are eliminated, the collision probability during regular operations will be zero, and the collision risk will be eliminated. In reality, collision risk does occur during non-regular operations such as orbit insertion and deorbit, but if the collision probability during regular operations is zero, the risk will be greatly reduced.

また人為的な制御により極域通過タイミングをずらすことにより衝突回避をするという手段もある。しかし、太陽同期軌道には多数国の多数事業者が衛星を運用しており、相互連携がとり切れなければ衝突するリスクが残る。
またデブリ衝突といった不慮の事故により、人為的な制御が不能となる事態に陥った場合に、衝突するリスクが高いという課題がある。
このため定常運用における衝突確率がゼロであれば、人為的な制御ができなくなっても衝突事故を回避できるという効果がある。
Another method to avoid collisions is to shift the timing of polar crossings through artificial control, but since many operators in many countries operate satellites in sun-synchronous orbit, there remains a risk of collisions if they do not cooperate with each other.
There is also the issue that if an unforeseen accident, such as a debris collision, occurs and human control becomes impossible, there is a high risk of collision.
Therefore, if the collision probability during normal operation is zero, it has the effect of being able to avoid collision accidents even if human control becomes impossible.

具体的には、図29および図30に示すように、本実施の形態に係る宇宙交通管理システム800は、ルール情報515および密集領域識別情報525といった情報を用いて、宇宙物体60の宇宙交通管理を実施する宇宙交通管理処理を実行する。すなわち、宇宙交通管理システム800では、複数の宇宙交通管理装置200が、複数の宇宙交通管理装置200において共通のルール情報515と密集領域識別情報525とを用いて、宇宙物体60の交通を管理する。ルール情報515は、宇宙交通管理ルール501ともいう。 Specifically, as shown in Figures 29 and 30, the space traffic management system 800 according to this embodiment executes a space traffic management process for managing space traffic of space objects 60 using information such as rule information 515 and dense area identification information 525. That is, in the space traffic management system 800, multiple space traffic management devices 200 manage the traffic of space objects 60 using rule information 515 and dense area identification information 525 that are common to the multiple space traffic management devices 200. The rule information 515 is also referred to as space traffic management rules 501.

<宇宙交通管理処理の例1>
宇宙交通管理部120は、法線ベクトルの異なる軌道面の衛星同士が異なる軌道高度を採用するように、宇宙物体60の宇宙交通管理処理を実施する。
<Space traffic management processing example 1>
The space traffic management unit 120 performs space traffic management processing for the space object 60 so that satellites in orbital planes with different normal vectors adopt different orbital altitudes.

具体的には、ルール情報515には、法線ベクトルの異なる軌道面の衛星同士が異なる軌道高度を採用するルールを表す情報が設定されている。
宇宙交通管理部120は、ルール情報515にしたがって、宇宙物体60を管理する。
Specifically, the rule information 515 includes information that indicates a rule that satellites in orbital planes with different normal vectors adopt different orbital altitudes.
The space traffic management unit 120 manages the space object 60 in accordance with the rule information 515 .

宇宙交通管理処理の例1によれば、法線ベクトルの異なる軌道面の衛星同士が異なる軌道高度を採用するので、極域における衝突確率がゼロとなり、定常運用における衝突リスクを解消できるという効果がある。 According to space traffic management processing example 1, satellites in orbital planes with different normal vectors adopt different orbital altitudes, which has the effect of eliminating the probability of collisions in polar regions and eliminating the risk of collisions during normal operations.

<宇宙交通管理処理の例2>
宇宙交通管理部120は、法線ベクトルが同じで、同一軌道高度を飛行する複数の衛星が、軌道面内で概略均等配置になる相対位相角を維持して飛行するように、宇宙物体60の宇宙交通管理処理を実施する。
<Space traffic management processing example 2>
The space traffic management unit 120 performs space traffic management processing for the space object 60 so that multiple satellites with the same normal vector and flying at the same orbital altitude fly while maintaining a relative phase angle that results in approximately equal spacing within the orbital plane.

具体的には、ルール情報515には、法線ベクトルが同じで、同一軌道高度を飛行する複数の衛星が、軌道面内で概略均等配置になる相対位相角を維持して飛行するルールを表す情報が設定されている。
宇宙交通管理部120は、ルール情報515にしたがって、宇宙物体60を管理する。
Specifically, the rule information 515 contains information that represents a rule that multiple satellites that have the same normal vector and fly at the same orbital altitude fly while maintaining a relative phase angle that results in approximately equal spacing within the orbital plane.
The space traffic management unit 120 manages the space object 60 in accordance with the rule information 515 .

図31は、宇宙交通管理処理の例2の比較例における、軌道面内での衛星配置を表す図である。
図32は、本実施の形態に係る宇宙交通管理処理の例2における、軌道面内での衛星配置を表す図である。
図33は、法線ベクトルが同じで、かつ、軌道高度が異なる複数軌道面を表す図である。
FIG. 31 is a diagram showing a satellite arrangement in an orbital plane in a comparative example of the space traffic management processing example 2.
FIG. 32 is a diagram showing a satellite arrangement in an orbital plane in example 2 of the space traffic management processing according to this embodiment.
FIG. 33 is a diagram showing multiple orbital planes with the same normal vector but different orbital altitudes.

図31および図32に示すように、同一軌道面で同一軌道高度を飛行する複数の衛星は、同期して飛行することにより衝突を回避できる。しかし、異なる事業者が管理する複数の衛星が、相対位相角を管理せずに衛星を飛行させた場合は衝突するリスクがある。
宇宙交通管理処理の例2によれば、宇宙交通管理ルール501を用いて、同一軌道面を飛行する複数衛星を識別し、かつ、同一軌道高度を飛行する複数の衛星が、軌道面内で概略均等配置になる相対位相角を維持して飛行する。これにより、衝突を回避できるという効果がある。
As shown in Figures 31 and 32, multiple satellites flying at the same orbital altitude in the same orbital plane can avoid collisions by flying in sync. However, if multiple satellites managed by different operators fly without managing the relative phase angles, there is a risk of collision.
According to the space traffic management process example 2, a plurality of satellites flying in the same orbital plane are identified using the space traffic management rules 501, and the plurality of satellites flying at the same orbital altitude fly while maintaining a relative phase angle that results in a roughly uniform arrangement in the orbital plane, thereby having the effect of avoiding collisions.

<宇宙交通管理処理の例3>
密集領域識別情報525は、以下の領域を密集領域として識別する情報である。
・太陽同期軌道LST10:30近傍で軌道高度500km以上1000km以下の領域。
・太陽同期軌道LST13:30近傍で軌道高度500km以上1000km以下の領域。
・太陽同期軌道LST06:00近傍で軌道高度500km以上1000km以下の領域。
・太陽同期軌道LST18:00近傍で軌道高度500km以上1000km以下の領域。
・北緯80度以上で軌道高度500km以上1000km以下の領域。
・南緯80度以上で軌道高度500km以上1000km以下の領域。
LST10:30近傍とLST13:30近傍は、光学衛星群あるいはA-Trainと呼ばれる各種地球観測衛星群が多用する軌道である。LST06:00近傍とLST18:00近傍は合成開口レーダを搭載したレーダ衛星群が多用する軌道である。
<Space traffic management processing example 3>
The dense area identification information 525 is information for identifying the following areas as dense areas.
- The region in the vicinity of sun-synchronous orbit LST10:30, with an orbital altitude of 500 km or more and 1000 km or less.
- Sun-synchronous orbit, near LST13:30, in the region with an orbital altitude of 500km to 1000km.
- Sun-synchronous orbit near LST06:00, in the region with an orbital altitude of 500km to 1000km.
- Sun-synchronous orbit near LST 18:00, in the region with an orbital altitude of 500 km to 1000 km.
- Areas above 80 degrees north latitude and with orbital altitudes between 500km and 1000km.
- Areas above 80 degrees south latitude and with orbital altitudes between 500km and 1000km.
The orbits around LST10:30 and LST13:30 are frequently used by optical satellites or various earth observation satellites known as the A-Train. The orbits around LST06:00 and LST18:00 are frequently used by radar satellites equipped with synthetic aperture radar.

ルール情報515には、密集領域を飛行する衛星を管理する事業者が、衛星情報を公開するルールを表す宇宙交通管理ルール501が設定されている。
宇宙交通管理部120は、密集領域識別情報525とルール情報515とを用いて、同一軌道面を飛行する衛星を管理する事業者同士が、飛行安全対策について情報交換する手段を実現する。ここで情報交換される飛行安全対策情報とは、飛行安全を確保するための軌道面毎の軌道高度に関する情報である。
The rule information 515 includes space traffic management rules 501 that indicate rules for operators who manage satellites flying in congested areas to disclose satellite information.
The space traffic management unit 120 realizes a means for operators managing satellites flying in the same orbital plane to exchange information on flight safety measures using the dense area identification information 525 and the rule information 515. The flight safety measure information exchanged here is information on the orbit altitude for each orbital plane to ensure flight safety.

宇宙交通管理処理の例3では、宇宙交通管理装置200は、密集領域識別情報525を具備する。かつ、宇宙交通管理装置200は、密集領域を飛行する衛星を管理する事業者が衛星情報を公開する宇宙交通管理ルール501と、同一軌道面を飛行する衛星を管理する事業者同士が飛行安全対策について情報交換できる手段とを具備する。
このように、当該軌道に複数事業者が無統制で衛星を飛行させることは危険であるため、交通ルールとして衛星軌道情報を公開し、飛行安全確保のための対策を調整できる環境を整備する。よって、宇宙交通管理処理の例3によれば、衝突回避をできるという効果がある。
飛行安全対策について情報交換できる手段としては、宇宙交通管理システム800のポータル上でチャットをできる機能を具備してもよいし、調整会議を主催するメッセージを発信してもよい。
In the space traffic management processing example 3, the space traffic management device 200 has the congested area identification information 525. The space traffic management device 200 also has space traffic management rules 501 by which operators who manage satellites flying in the congested area disclose satellite information, and a means by which operators who manage satellites flying in the same orbital plane can exchange information about flight safety measures.
Since it is dangerous for multiple operators to fly satellites in this orbit without control, satellite orbit information is made public as a traffic rule, and an environment is developed in which measures to ensure flight safety can be coordinated. Therefore, according to the space traffic management processing example 3, it is possible to avoid collisions.
As a means for exchanging information about flight safety measures, the space traffic management system 800 may be provided with a chat function on its portal, or a message may be sent to host a coordination meeting.

<宇宙交通管理処理の例4>
宇宙交通管理部120は、密集領域識別情報525を用いて、宇宙物体60が軌道離脱して大気圏突入する途中過程において、密集領域のいずれかに侵入する前に、宇宙物体60を捕獲して軌道降下時衝突回避運用を実現する。このような軌道降下時衝突回避運用の実現方法を軌道降下時衝突回避運用方法という。
密集領域の具体例は、宇宙交通管理処理の例3で説明したものと同様である。
<Space traffic management processing example 4>
The space traffic management unit 120 uses the dense area identification information 525 to capture the space object 60 before it enters any of the dense areas during the process of leaving the orbit and re-entering the atmosphere, thereby achieving collision avoidance operation during orbit descent. Such a method of achieving collision avoidance operation during orbit descent is called an orbit descent collision avoidance operation method.
A specific example of the crowded area is similar to that described in Example 3 of the space traffic management process.

図34は、高高度のメガコンステレーション衛星による衛星軌道降下過程における密集領域(危険領域)侵入の様子を示す図である。
図35は、本実施の形態に係る衛星軌道降下過程における密集領域侵入回避の宇宙交通管理処理を示す図である。
FIG. 34 is a diagram showing the intrusion of a high-altitude mega-constellation satellite into a crowded area (dangerous area) during the process of satellite orbit descent.
FIG. 35 is a diagram showing a space traffic management process for avoiding intrusion into a crowded area during a satellite orbit descent process according to this embodiment.

具体的には、ルール情報515には、宇宙物体60が軌道離脱して大気圏突入する途中過程において、密集領域のいずれかに侵入する前に、宇宙物体60を捕獲して軌道降下時衝突回避運用を実現するルールを表す宇宙交通管理ルール501が設定されている。軌道降下時衝突回避運用は、アクティブデオービット運用ともいう。
宇宙交通管理部120は、密集領域識別情報525とルール情報515とを用いて、宇宙物体60が軌道離脱して大気圏突入する途中過程において、密集領域のいずれかに侵入する前に、宇宙物体60を捕獲して軌道降下時衝突回避運用を実現する。
Specifically, the rule information 515 includes space traffic management rules 501 that represent rules for capturing the space object 60 before it enters any of the crowded regions during the process of leaving the orbit and re-entering the atmosphere, thereby realizing collision avoidance during orbit descent. The collision avoidance during orbit descent is also called active de-orbit operation.
The space traffic management unit 120 uses the dense area identification information 525 and the rule information 515 to capture the space object 60 before it enters any of the dense areas during the process of leaving orbit and re-entering the atmosphere, thereby achieving collision avoidance operations during orbit descent.

図35を用いて、具体的に説明する。
(1)メガコンステレーション事業装置41の宇宙交通管理装置200は、高高度のメガコンステレーション衛星が故障衛星となり、密集領域(危険領域)に侵入することを予見する。この侵入予見情報は、通信回線を介して、宇宙交通管理システム800の全ての宇宙交通管理装置200に共有される。
(2)デブリ除去事業装置45の宇宙交通管理装置200は、ルール情報515に基づいて、密集領域のいずれかに侵入する前に、宇宙物体60を捕獲して軌道降下時衝突回避運用を実現する。具体的には、即応型デブリ除去衛星の打ち上げが行われる。
(3)即応型デブリ除去衛星は故障衛星を捕獲合体して、密集領域を回避して大気圏突入を行う。これにより、軌道降下時衝突回避運用が実現される。
A specific explanation will be given using FIG.
(1) The space traffic control device 200 of the mega constellation business device 41 predicts that a high-altitude mega constellation satellite will become a malfunctioning satellite and invade a congested area (dangerous area). This intrusion prediction information is shared by all the space traffic control devices 200 of the space traffic management system 800 via communication lines.
(2) The space traffic management device 200 of the debris removal business device 45 captures the space object 60 before it enters any of the crowded areas based on the rule information 515, thereby realizing a collision avoidance operation during orbital descent. Specifically, a rapid-response debris removal satellite is launched.
(3) A rapid-response debris removal satellite will capture and combine with a malfunctioning satellite, and then re-enter the atmosphere while avoiding congested areas. This will allow for collision avoidance during orbital descent.

実施の形態13.
本実施の形態では、主に、実施の形態1から12と異なる点、あるいは、追加する点について説明する。なお、実施の形態1から12と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
特に、本実施の形態では、上述したデブリ除去事業装置45のバリエーションについて確認する。
Embodiment 13.
In this embodiment, a description will be given mainly of differences from or additions to the embodiments 1 to 12. Note that the same reference numerals are used for configurations similar to those in the embodiments 1 to 12, and descriptions thereof may be omitted.
In particular, in this embodiment, a variation of the debris removal business device 45 described above will be confirmed.

図36は、本実施の形態に係るデブリ除去衛星31の構成例を示す図である。
デブリ除去衛星31は、デブリといった宇宙物体を捕獲する捕獲装置36と、推進装置33と、軌道制御装置である衛星制御装置310と、通信装置である衛星通信装置32を具備する。衛星制御装置310は、地上設備500から送信される各種コマンドにしたがって、推進装置33と姿勢制御装置34とを制御することにより、衛星30の軌道を制御する軌道制御装置である。
FIG. 36 is a diagram showing an example of the configuration of a debris removal satellite 31 according to this embodiment.
The debris removal satellite 31 includes a capture device 36 that captures space objects such as debris, a propulsion device 33, a satellite control device 310 that is an orbit control device, and a satellite communication device 32 that is a communication device. The satellite control device 310 is an orbit control device that controls the orbit of the satellite 30 by controlling the propulsion device 33 and the attitude control device 34 in accordance with various commands transmitted from the ground facility 500.

デブリ除去衛星31は、デブリ除去制御装置からの制御コマンドにより、デブリを捕獲し、大気圏突入までのデオービット過程において、宇宙物体との衝突リスクの高い領域を回避して降下する軌道降下時能動的制御運用を行う。軌道降下時能動的制御運用は、アクティブデオービット運用ともいう。
デブリ除去制御装置は、地上設備500に搭載されていてもよい。また、デブリ除去制御装置は、デブリ除去事業装置45に搭載されていてもよいし、デブリ除去事業装置45と通信するその他の装置に搭載されていてもよい。また、デブリ除去事業装置45が地上設備500を備える構成であってもよい。
The debris removal satellite 31 captures debris in response to control commands from the debris removal control device, and performs active control operation during orbit descent to avoid areas with a high risk of collision with space objects during the deorbit process up until re-entry into the atmosphere. Active control operation during orbit descent is also called active deorbit operation.
The debris removal control device may be mounted on the ground facility 500. Also, the debris removal control device may be mounted on the debris removal business device 45, or may be mounted on another device that communicates with the debris removal business device 45. Also, the debris removal business device 45 may be configured to include the ground facility 500.

<デブリ除去事業装置の例1>
デブリ除去事業装置45は、以下の衛星密集領域(あるいは衛星混雑領域ともいう)に宇宙物体が侵入する前に、デブリ除去衛星31によりその宇宙物体を捕獲して軌道降下時衝突回避運用をする。
・太陽同期軌道LST10:30近傍で軌道高度500km以上1000km以下の領域。
・太陽同期軌道LST13:30近傍で軌道高度500km以上1000km以下の領域。
・太陽同期軌道LST06:00近傍で軌道高度500km以上1000km以下の領域。
・太陽同期軌道LST18:00近傍で軌道高度500km以上1000km以下の領域。
・北緯80度以上で軌道高度500km以上1000km以下の領域。
・南緯80度以上で軌道高度500km以上1000km以下の領域。
<Example 1 of debris removal business equipment>
The debris removal business equipment 45 uses the debris removal satellite 31 to capture the space object before it enters the satellite-dense area (also called the satellite-congested area) described below, and performs collision avoidance operations during orbital descent.
- The region in the vicinity of sun-synchronous orbit LST10:30, with an orbital altitude of 500 km or more and 1000 km or less.
- Sun-synchronous orbit, near LST13:30, in the region with an orbital altitude of 500km to 1000km.
- Sun-synchronous orbit near LST06:00, in the region with an orbital altitude of 500km to 1000km.
- Sun-synchronous orbit near LST 18:00, in the region with an orbital altitude of 500 km to 1000 km.
- Areas above 80 degrees north latitude and with orbital altitudes between 500km and 1000km.
- Areas above 80 degrees south latitude and with orbital altitudes between 500km and 1000km.

<デブリ除去事業装置の例2>
デブリ除去衛星31は、打上げ準備して地上待機する即応型衛星である。
デブリ除去事業装置45は、宇宙物体が、衛星密集領域に侵入することが予見された後に、デブリ除去衛星31を宇宙物体の予測軌道に打上げ、デブリ除去衛星31により宇宙物体を捕獲して軌道降下時衝突回避運用をする。
デブリ除去事業装置45は、地上設備500であってもよい。
<Example 2 of debris removal equipment>
The debris removal satellite 31 is a responsive satellite that is prepared for launch and waits on the ground.
The debris removal business device 45 launches a debris removal satellite 31 into the predicted orbit of the space object after it is predicted that the space object will enter an area densely populated with satellites, and the debris removal satellite 31 captures the space object and performs collision avoidance operations during the orbital descent.
The debris removal business equipment 45 may be a ground facility 500 .

<デブリ除去事業装置の例3>
デブリ除去事業装置45は、宇宙物体が、軌道離脱して大気圏突入する途中過程において、デブリ除去事業装置の例1に記載の衛星密集領域のいずれかを通過することが、解析予測で判明した場合に、デブリ除去衛星31に対して以下の制御を実施する。
デブリ除去事業装置45は、デブリ除去衛星の具備する軌道制御装置にコマンドを送信して、衛星速度の増速、ないし減速による軌道高度の上昇、ないし下降、あるいは衛星進行方向と概略直交する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をすることによって、混雑軌道通過タイミング、ないし軌道面をずらして衝突リスクを回避する軌道降下時衝突回避運用を実施する。
<Example 3 of debris removal business equipment>
When analytical predictions reveal that a space object will pass through one of the satellite-dense areas described in Example 1 of the Debris Removal Business Device during its process of leaving orbit and re-entering the atmosphere, the debris removal business device 45 performs the following control on the debris removal satellite 31.
The debris removal business equipment 45 sends commands to the orbit control device equipped on the debris removal satellite to increase or decrease the orbital altitude by accelerating or decelerating the satellite speed, or to change the orbital inclination by applying acceleration out of the orbital plane by jetting the thrusters in a direction approximately perpendicular to the satellite's direction of travel, thereby performing collision avoidance operations during orbit descent to avoid the risk of collision by shifting the timing of passing through a congested orbit or the orbital plane.

<デブリ除去事業装置の例4>
デブリ除去事業装置45は、地上設備500であってもよい。
地上設備500は、デブリ除去衛星31により宇宙物体を除去するデブリ除去事業者による、デブリ除去衛星31の運用制御に利用される。
デブリ除去衛星31は、宇宙物体を6自由度拘束する捕獲装置36と、推進装置33とを具備する。
地上設備500は、宇宙物体を捕獲した状態のデブリ除去衛星31の重心位置を解析する手段を具備する。そして、地上設備500は、デブリ除去衛星31の具備する軌道制御装置にコマンドを送信して、推進装置33の噴射ベクトルが捕獲状態の重心を通るよう軌道制御装置を運用制御する。
<Example 4 of debris removal business equipment>
The debris removal business equipment 45 may be a ground facility 500 .
The ground equipment 500 is used for operational control of the debris removal satellite 31 by debris removal operators who remove space objects using the debris removal satellite 31.
The debris removal satellite 31 comprises a capture device 36 that restrains a space object in six degrees of freedom, and a propulsion device 33 .
The ground facility 500 includes a means for analyzing the position of the center of gravity of the debris removal satellite 31 in a state in which the space object has been captured. Then, the ground facility 500 transmits a command to the orbit control device included in the debris removal satellite 31, and controls the orbit control device so that the injection vector of the propulsion device 33 passes through the center of gravity in the captured state.

以上のように、デブリ除去事業装置45は、地上設備500であってもよい。また、デブリ除去事業装置45は、地上設備500を具備する構成であってもよい。また、地上設備500が、デブリ除去事業装置45を具備する構成であってもよい。 As described above, the debris removal business equipment 45 may be the ground equipment 500. The debris removal business equipment 45 may also be configured to include the ground equipment 500. The ground equipment 500 may also be configured to include the debris removal business equipment 45.

<デブリ除去事業装置の例5>
また、デブリ除去事業装置45は、宇宙物体を管理する複数の事業装置が具備する宇宙交通管理装置と互換性を持つ宇宙交通管理装置200を具備する。
デブリ除去事業装置45は、複数の事業装置の具備する宇宙交通管理装置同士を通信回線で接続した宇宙交通管理システムと宇宙交通管理装置200で接続されている。
<Example 5 of debris removal business equipment>
The debris removal business apparatus 45 also includes a space traffic control device 200 that is compatible with the space traffic control devices included in a number of business apparatuses that manage space objects.
The debris removal business equipment 45 is connected to a space traffic management system, which connects space traffic control devices equipped in multiple business equipment with each other via communication lines, via a space traffic control device 200.

図37は、本実施の形態に係るデブリ除去事業装置45の宇宙交通管理装置200の詳細構成例を示す図である。
宇宙交通管理装置200は、宇宙情報レコーダー101と、危険警報装置102と、危険解析装置103と、危険回避行動支援装置104と、危険回避行動実施計画情報105と、セキュリティー管理装置106との全てまたは一部を具備する。
宇宙情報レコーダー101は、宇宙物体の軌道情報を記録する。
危険警報装置102は、宇宙物体が危険領域に接近することを報知する。
危険解析装置103は、危険が予見される時間と軌道上位置を解析する。
危険回避行動支援装置104は、危険の回避行動の立案を支援する。
危険回避行動実施計画情報105は、危険の回避行動を実施するための情報である。
セキュリティー管理装置106は、情報の改ざんを防止する。セキュリティー管理装置106は、情報の改ざんを防止するためのセキュリティー管理情報を管理する。
FIG. 37 is a diagram showing a detailed configuration example of the space traffic management device 200 of the debris removal business device 45 according to this embodiment.
The space traffic management device 200 includes all or some of a space information recorder 101 , a danger warning device 102 , a danger analysis device 103 , a danger avoidance action support device 104 , danger avoidance action implementation plan information 105 , and a security management device 106 .
The space information recorder 101 records orbital information of space objects.
The danger warning device 102 provides an indication that a space object is approaching a danger area.
The risk analysis device 103 analyzes the time and the position on the orbit when a risk is predicted.
The danger avoidance action support device 104 supports the planning of danger avoidance actions.
The danger avoidance action implementation plan information 105 is information for implementing a danger avoidance action.
The security management device 106 prevents information from being tampered with. The security management device 106 manages security management information for preventing information from being tampered with.

例えば、宇宙交通管理装置200は、以下のような機能を実現する。
危険警報装置102が、宇宙物体Aと宇宙物体Bの接近ないし衝突の予見情報を取得する。
危険解析装置103が、宇宙情報レコーダー101により宇宙物体Aの軌道情報と、宇宙物体Bの軌道情報を取得し、危険が予見される時間と軌道上位置を解析する。
そして、宇宙交通管理装置200は、デブリ除去衛星31により危険回避行動を実行する。
For example, the space traffic management device 200 realizes the following functions.
A danger warning device 102 obtains prediction information regarding the approach or collision between space object A and space object B.
A danger analysis device 103 acquires orbital information of space object A and orbital information of space object B from the space information recorder 101, and analyzes the time and orbital position when danger is predicted.
Then, the space traffic control device 200 executes danger avoidance actions using the debris removal satellite 31.

また、例えば、宇宙交通管理装置200は、以下のような機能を実現する。
危険警報装置102が、宇宙物体の危険領域への侵入情報を取得する。
危険解析装置103が、宇宙情報レコーダー101により宇宙物体の軌道情報と、危険領域を飛行する複数宇宙物体の軌道情報を取得し、危険が予見される時間と軌道上位置を解析する。
危険回避行動支援装置104は、危険回避に関わる事業者間の調整を実施して、危険回避行動実施計画情報105を立案する。
そして、宇宙交通管理装置200は、デブリ除去衛星31により危険回避行動を実行する。
Furthermore, for example, the space traffic management device 200 realizes the following functions.
A danger warning device 102 obtains information regarding the intrusion of a space object into a danger area.
The danger analysis device 103 acquires the orbital information of the space object and the orbital information of multiple space objects flying in the danger area from the space information recorder 101, and analyzes the time and orbital position when danger is predicted.
The danger avoidance action support device 104 coordinates between businesses involved in danger avoidance and creates danger avoidance action implementation plan information 105.
Then, the space traffic control device 200 executes danger avoidance actions using the debris removal satellite 31.

本実施の形態に係るデブリ除去事業装置では、軌道離脱した宇宙物体が、衛星密集領域(あるいは衛星混雑領域ともいう)に侵入する前に、その宇宙物体を捕獲して軌道降下時衝突回避運用をする。よって、本実施の形態に係るデブリ除去事業装置によれば、衛星コンステレーションにおける衝突リスクを回避できるという効果がある。 The debris removal business device according to this embodiment captures a space object that has left orbit before it enters a satellite-dense area (also called a satellite-congested area) and performs collision avoidance operations during orbital descent. Therefore, the debris removal business device according to this embodiment has the effect of avoiding the risk of collision in satellite constellations.

実施の形態14.
本実施の形態では、主に、実施の形態1から13と異なる点、あるいは、追加する点について説明する。なお、実施の形態1から13と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
特に、本実施の形態では、上述したメガコンステレーション事業装置41のバリエーションについて確認する。
Embodiment 14.
In this embodiment, differences from or additions to the embodiments 1 to 13 will be mainly described. Note that the same reference numerals are used to designate configurations similar to those in the embodiments 1 to 13, and descriptions thereof may be omitted.
In particular, in this embodiment, variations of the megaconstellation business device 41 described above will be confirmed.

<メガコンステレーション事業装置の例1>
上述したように、メガコンステレーション事業装置41は、宇宙交通管理装置200を備えている。
メガコンステレーション事業装置41は、法線ベクトルが同じで、同一軌道高度を飛行する複数の衛星が、軌道面内で概略均等配置になる相対位相角を維持して飛行するよう衛星群を管理する宇宙交通管理部120を備える。
<Example 1 of Mega Constellation Business Equipment>
As described above, the megaconstellation business device 41 includes a space traffic management device 200 .
The megaconstellation business equipment 41 is equipped with a space traffic management unit 120 that manages a group of satellites so that multiple satellites that have the same normal vector and fly at the same orbital altitude fly while maintaining a relative phase angle that results in approximately equal spacing within the orbital plane.

あるいは、メガコンステレーション事業装置41は、法線ベクトルの異なる軌道面の衛星同士が異なる軌道高度を採用するよう衛星群を管理する宇宙交通管理部120を備える。 Alternatively, the megaconstellation business device 41 includes a space traffic management unit 120 that manages the satellite group so that satellites in orbital planes with different normal vectors adopt different orbital altitudes.

<メガコンステレーション事業装置の例2>
また、上述したように、メガコンステレーション事業装置41は、上述した衛星コンステレーション形成システム100を備える。
メガコンステレーション事業装置41は、各軌道面に複数の衛星が同じ公称軌道高度で飛行する複数の軌道面を有する衛星コンステレーションを形成する衛星コンステレーション形成部11を備える。衛星コンステレーション形成部11は、複数の軌道面が交差する領域を飛行する衛星群の軌道高度の制御と通過タイミングの制御により、衝突を回避しながらサービス提供を続ける。
<Example 2 of Mega Constellation Business Equipment>
As described above, the megaconstellation business device 41 is equipped with the satellite constellation forming system 100 described above.
The mega-constellation business device 41 includes a satellite constellation forming unit 11 that forms a satellite constellation having a plurality of orbital planes in which a plurality of satellites fly at the same nominal orbital altitude in each orbital plane. The satellite constellation forming unit 11 continues to provide services while avoiding collisions by controlling the orbital altitudes of the group of satellites flying in an area where a plurality of orbital planes intersect and controlling the passing timing.

あるいは、メガコンステレーション事業装置41は、軌道降下中の宇宙物体、または打上げ途中のロケット、または軌道遷移途中の衛星、またはデブリとの衝突が予見された後に、衛星群の軌道の制御と通過タイミングの制御により、衝突を回避しながらサービス提供を続ける衛星コンステレーション形成部11を備える。 Alternatively, the mega-constellation business device 41 includes a satellite constellation forming unit 11 that, after a collision with a space object in orbital descent, a rocket in the middle of launch, a satellite in orbital transfer, or debris is predicted, continues to provide services while avoiding collisions by controlling the orbits of the satellite group and the timing of their passage.

<メガコンステレーション事業装置の例3>
メガコンステレーション事業装置41は、以下の衛星密集領域(あるいは衛星混雑領域ともいう)に衛星が侵入する前に、その衛星を軌道降下時衝突回避運用する宇宙交通管理部120を備える。
・太陽同期軌道LST10:30近傍で軌道高度500km以上1000km以下の領域。
・太陽同期軌道LST13:30近傍で軌道高度500km以上1000km以下の領域。
・太陽同期軌道LST06:00近傍で軌道高度500km以上1000km以下の領域。
・太陽同期軌道LST18:00近傍で軌道高度500km以上1000km以下の領域。
・北緯80度以上で軌道高度500km以上1000km以下の領域。
・南緯80度以上で軌道高度500km以上1000km以下の領域。
<Example 3 of Mega Constellation Business Equipment>
The megaconstellation business equipment 41 includes a space traffic management unit 120 that performs collision avoidance operations for satellites during orbital descent before the satellites enter the following satellite-dense area (also called satellite congestion area).
- The region in the vicinity of sun-synchronous orbit LST10:30, with an orbital altitude of 500 km or more and 1000 km or less.
- Sun-synchronous orbit, near LST13:30, in the region with an orbital altitude of 500km to 1000km.
- Sun-synchronous orbit near LST06:00, in the region with an orbital altitude of 500km to 1000km.
- Sun-synchronous orbit near LST 18:00, in the region with an orbital altitude of 500 km to 1000 km.
- Areas above 80 degrees north latitude and with orbital altitudes between 500km and 1000km.
- Areas above 80 degrees south latitude and with orbital altitudes between 500km and 1000km.

<メガコンステレーション事業装置の例4>
メガコンステレーション事業装置41は、上述したように地上設備500を具備する。
地上設備500は、衛星コンステレーションを構成する衛星を追跡管制運用する信号を送受する通信装置と、軌道制御コマンドを送信する軌道制御コマンド送信部と、軌道離脱用コマンド受信後の上記衛星の通過軌道を解析予測する解析予測部とを備える。地上設備500は、設計寿命末期を迎えた上記衛星を、上記衛星の具備する推進装置を動作させることにより、軌道離脱させる前記軌道制御コマンドを送信する。
軌道制御コマンド送信部は、解析予測部により、衛星コンステレーションの軌道面を通過すると判定されると、上記衛星の具備する軌道制御装置により、衝突リスクを回避する軌道降下時衝突回避運用を実施する。具体的には、軌道制御コマンド送信部は、混雑軌道通過タイミング、ないし軌道面をずらして衝突リスクを回避する軌道降下時衝突回避運用を実施する前記軌道制御コマンドを送信する。軌道制御コマンドでは、衛星速度の増速、ないし減速による軌道高度の上昇、ないし下降、あるいは衛星進行方向と概略直交する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をすることによって、混雑軌道通過タイミング、ないし軌道面をずらして衝突リスクを回避する軌道降下時衝突回避運用を実施する。
<Example 4 of Mega Constellation Business Equipment>
The megaconstellation business equipment 41 includes ground equipment 500 as described above.
The ground facility 500 includes a communication device that transmits and receives signals for tracking and controlling the satellites that make up the satellite constellation, an orbit control command transmission unit that transmits an orbit control command, and an analysis and prediction unit that analyzes and predicts the passing orbit of the satellite after receiving a deorbit command. The ground facility 500 transmits the orbit control command to deorbit the satellite that has reached the end of its design life by operating a propulsion device equipped on the satellite.
When the analysis prediction unit determines that the satellite will pass through the orbital plane of the satellite constellation, the orbit control command transmission unit performs a collision avoidance operation during orbit descent to avoid a collision risk, using an orbit control device equipped in the satellite. Specifically, the orbit control command transmission unit transmits the orbit control command to perform a collision avoidance operation during orbit descent to avoid a collision risk by shifting the timing of passing through a congested orbit or the orbital plane. The orbit control command performs a collision avoidance operation during orbit descent to avoid a collision risk by shifting the timing of passing through a congested orbit or the orbital plane, by increasing or decreasing the orbital altitude by increasing or decreasing the satellite speed, or by changing the orbital inclination angle by applying acceleration in an out-of-plane direction of the orbital plane by thrusting the thruster in a direction approximately perpendicular to the satellite traveling direction.

<メガコンステレーション事業装置の例5>
メガコンステレーション事業装置41は、上述したように宇宙交通管理装置200を具備する。
宇宙交通管理装置200は、上述した衛星密集領域(あるいは衛星混雑領域ともいう)を密集領域として識別する密集領域識別情報を備える。また、宇宙交通管理装置200は、前記密集領域を飛行する衛星を管理する事業者が、衛星情報を公開するルールを表す宇宙交通管理ルールであるルール情報を備える。宇宙交通管理部120は、密集領域識別情報とルール情報とを用いて、同一軌道面を飛行する衛星を管理する事業者同士が、飛行安全対策について情報交換する手段を実現する。ここで情報交換される飛行安全対策情報とは、飛行安全を確保するための軌道面毎の軌道高度に関する情報である。
<Example 5 of Mega Constellation Business Equipment>
The megaconstellation business device 41 includes the space traffic management device 200 as described above.
The space traffic management device 200 includes dense area identification information that identifies the above-mentioned satellite dense area (also called satellite congested area) as a dense area. The space traffic management device 200 also includes rule information that is a space traffic management rule that represents the rule for operators who manage satellites flying in the dense area to disclose satellite information. The space traffic management unit 120 uses the dense area identification information and the rule information to realize a means for operators who manage satellites flying in the same orbital plane to exchange information about flight safety measures. The flight safety measure information exchanged here is information about the orbital altitude for each orbital plane to ensure flight safety.

<メガコンステレーション事業装置の例6>
図38は、本実施の形態に係るメガコンステレーション事業装置41の構成例を示す図である。
図39は、本実施の形態に係るメガコンステレーション事業装置41の宇宙交通管理装置200の詳細構成例を示す図である。
<Example 6 of Mega Constellation Business Equipment>
FIG. 38 is a diagram showing an example of the configuration of a megaconstellation business device 41 according to this embodiment.
FIG. 39 is a diagram showing a detailed configuration example of the space traffic management device 200 of the megaconstellation business device 41 according to this embodiment.

メガコンステレーション事業装置41は、上述したように宇宙交通管理装置200を具備する。
また、宇宙交通管理装置200は、宇宙情報レコーダー101と、複数の事業者が、衛星情報を公開するルールを表す宇宙交通管理ルールであるルール情報と、危険警報装置102と、危険解析装置103と、危険回避行動支援装置104と、危険回避行動実施計画情報105と、セキュリティー管理装置106との全てまたは一部を具備する。
The megaconstellation business equipment 41 includes the space traffic management equipment 200 as described above.
The space traffic management device 200 also includes all or part of a space information recorder 101, rule information which is space traffic management rules representing the rules for multiple operators to disclose satellite information, a danger warning device 102, a danger analysis device 103, a danger avoidance action support device 104, danger avoidance action implementation plan information 105, and a security management device 106.

例えば、ルール情報は、法線ベクトルが同じで、同一軌道高度を飛行する複数の衛星が、軌道面内で概略均等配置になる相対位相角を維持して飛行するルールを表すルール情報と、法線ベクトルの異なる軌道面の衛星同士が異なる軌道高度を採用するルール情報と
を備える。
For example, the rule information includes rule information that describes a rule that multiple satellites that have the same normal vector and fly at the same orbital altitude fly while maintaining a relative phase angle that results in approximately equal spacing within the orbital plane, and rule information that states that satellites in orbital planes with different normal vectors adopt different orbital altitudes.

また、例えば、ルール情報は、メガコンステレーション衛星群を構成する衛星を軌道離脱して大気圏突入する途中過程において、上述した衛星密集領域(あるいは衛星混雑領域ともいう)のいずれかに前記衛星が侵入する前に、前記衛星を軌道降下時衝突回避運用するルール情報を具備する。 Also, for example, the rule information includes rule information for operating a satellite constituting a mega-constellation satellite group in a collision avoidance manner during its orbital descent before the satellite enters any of the above-mentioned satellite-dense regions (also called satellite congestion regions) during the process of the satellite leaving its orbit and re-entering the atmosphere.

図40は、本実施の形態に係る軌道予報情報の例を示す図である。
上述した宇宙交通管理装置は、宇宙物体の軌道の予報値が設定された軌道予報情報を備える。
軌道予報情報には、衛星軌道予報情報とデブリ軌道予報情報とが含まれる。衛星軌道予報情報には、衛星の軌道の予報値が設定されている。デブリ軌道予報情報には、デブリの軌道の予報値が設定されている。
FIG. 40 is a diagram showing an example of orbit forecast information according to the present embodiment.
The above-mentioned space traffic management device includes trajectory forecast information in which predicted values of the trajectory of a space object are set.
The orbit forecast information includes satellite orbit forecast information and debris orbit forecast information. The satellite orbit forecast information includes forecast values of satellite orbits. The debris orbit forecast information includes forecast values of debris orbits.

軌道予報情報には、例えば、宇宙物体ID、予報元期、予報軌道要素、および予報誤差といった情報が設定される。 The orbit forecast information includes, for example, the space object ID, forecast epoch, forecast orbital elements, and forecast error.

宇宙物体IDは、宇宙物体を識別する識別子である。図8では、宇宙物体IDとして、衛星IDとデブリIDが設定されている。宇宙物体は、具体的には、宇宙空間に打ち上げられるロケット、飛翔体、人工衛星、宇宙基地、デブリ除去衛星、惑星探査宇宙機、ミッション終了後にデブリ化した衛星あるいはロケットといった物体である。 The space object ID is an identifier that identifies a space object. In FIG. 8, a satellite ID and a debris ID are set as the space object ID. Specifically, space objects are objects such as rockets launched into space, flying vehicles, artificial satellites, space stations, debris removal satellites, planetary exploration spacecraft, and satellites or rockets that have become debris after completing a mission.

予報元期は、複数の宇宙物体の各々の軌道について予報されている元期である。
予報軌道要素は、複数の宇宙物体の各々の軌道を特定する軌道要素である。予報軌道要素は、複数の宇宙物体の各々の軌道について予報されている軌道要素である。図8では、予報軌道要素として、ケプラー軌道6要素が設定されている。
A forecast epoch is an epoch that is predicted for the orbit of each of a plurality of space objects.
The forecast orbital elements are orbital elements that specify the orbit of each of the multiple space objects. The forecast orbital elements are orbital elements that are predicted for the orbit of each of the multiple space objects. In Fig. 8, six Keplerian orbit elements are set as the forecast orbital elements.

予報誤差は、複数の宇宙物体の各々の軌道において予報される誤差である。予報誤差には、進行方向誤差、直交方向誤差、および誤差の根拠が設定されている。このように、予報誤差には、実績値が内包する誤差量が根拠とともに明示的に示される。誤差量の根拠としては、計測手段、位置座標情報の精度向上手段として実施したデータ処理の内容、および、過去データの統計的評価結果の一部あるいはすべてが含まれる。 The forecast error is the error predicted for each orbit of multiple space objects. The forecast error includes a heading error, a perpendicular error, and the basis for the error. In this way, the forecast error explicitly indicates the amount of error contained in the actual value along with the basis. The basis for the amount of error includes some or all of the measurement means, the contents of the data processing carried out as a means of improving the accuracy of position coordinate information, and the results of statistical evaluation of past data.

なお、軌道予報情報では、宇宙物体について、予報元期と予報軌道要素が設定されている。予報元期と予報軌道要素により、宇宙物体の近未来における時刻と位置座標を求めることができる。例えば、宇宙物体についての近未来の時刻と位置座標が、軌道予報情報に設定されていてもよい。
このように、軌道予報情報には、元期と軌道要素、あるいは、時刻と位置座標を含む宇宙物体の軌道情報が具備され、宇宙物体の近未来の予報値が明示的に示されている。
In the orbit forecast information, a forecast origin and forecast orbital elements are set for the space object. The forecast origin and the forecast orbital elements can be used to determine the time and position coordinates of the space object in the near future. For example, the time and position coordinates of the space object in the near future may be set in the orbit forecast information.
In this way, the orbital forecast information includes orbital information of a space object, including epoch and orbital elements, or time and position coordinates, and explicitly indicates the near-future forecast values of the space object.

また、上述した宇宙交通管理装置は、宇宙物体の軌道の実績値が設定された軌道実績情報を備えている。軌道実績情報の構成も軌道予報情報と同様である。 The above-mentioned space traffic management device also includes trajectory performance information in which actual values of the trajectory of the space object are set. The configuration of the trajectory performance information is the same as that of the trajectory forecast information.

以上の実施の形態1から14では、衛星コンステレーション形成システムおよび宇宙交通管理システムの各部を独立した機能ブロックとして説明した。しかし、衛星コンステレーション形成システムおよび宇宙交通管理システムの構成は、上述した実施の形態のような構成でなくてもよい。衛星コンステレーション形成システムおよび宇宙交通管理システムの機能ブロックは、上述した実施の形態で説明した機能を実現することができれば、どのような構成でもよい。また、衛星コンステレーション形成システムおよび宇宙交通管理システムは、1つの装置でも、複数の装置から構成されたシステムでもよい。
また、実施の形態1から14のうち、複数の部分を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、1つの部分を実施しても構わない。その他、これらの実施の形態を、全体としてあるいは部分的に、どのように組み合わせて実施しても構わない。
すなわち、実施の形態1から14では、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
In the above first to fourteenth embodiments, each part of the satellite constellation forming system and the space traffic management system has been described as an independent functional block. However, the configuration of the satellite constellation forming system and the space traffic management system does not have to be as in the above-mentioned embodiments. The functional blocks of the satellite constellation forming system and the space traffic management system may have any configuration as long as they can realize the functions described in the above-mentioned embodiments. Furthermore, the satellite constellation forming system and the space traffic management system may be a system composed of one device or multiple devices.
In addition, a combination of multiple parts of the first to fourteenth embodiments may be implemented. Alternatively, one part of these embodiments may be implemented. In addition, any combination of these embodiments may be implemented, either as a whole or in part.
That is, in the first to fourteenth embodiments, any combination of the embodiments is possible, or any component of each embodiment can be modified, or any component of each embodiment can be omitted.

なお、上述した実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明の範囲、本発明の適用物の範囲、および本発明の用途の範囲を制限することを意図するものではない。上述した実施の形態は、必要に応じて種々の変更が可能である。 The above-described embodiment is essentially a preferred example, and is not intended to limit the scope of the present invention, the scope of the application of the present invention, or the scope of use of the present invention. The above-described embodiment can be modified in various ways as necessary.

11,11b 衛星コンステレーション形成部、20 衛星コンステレーション、21 軌道面、30 衛星、31 デブリ除去衛星、32 衛星通信装置、33 推進装置、34 姿勢制御装置、35 電源装置、36 捕獲装置、40 事業装置、41 メガコンステレーション事業装置、42 LEOコンステレーション事業装置、43 衛星事業装置、44 軌道遷移事業装置、45 デブリ除去事業装置、46 ロケット打ち上げ事業装置、47 SSA事業装置、51 軌道制御コマンド、52 捕獲コマンド、60 宇宙物体、70 地球、100 衛星コンステレーション形成システム、200 宇宙交通管理装置、110 衛星コンステレーション形成部、120 宇宙交通管理部、140 記憶部、300 衛星群、310 衛星制御装置、500 地上設備、501 宇宙交通管理ルール、510 軌道制御コマンド送信部、515 ルール情報、525 密集領域識別情報、520 解析予測部、600 衛星コンステレーション形成システム、800 宇宙交通管理システム、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、101 宇宙情報レコーダー、102 危険警報装置、103 危険解析装置、104 危険回避行動支援装置、105 危険回避行動実施計画情報、106 セキュリティー管理装置。 11, 11b Satellite constellation formation unit, 20 Satellite constellation, 21 Orbital plane, 30 Satellite, 31 Debris removal satellite, 32 Satellite communication device, 33 Propulsion device, 34 Attitude control device, 35 Power supply device, 36 Capture device, 40 Business device, 41 Mega constellation business device, 42 LEO constellation business device, 43 Satellite business device, 44 Orbital transfer business device, 45 Debris removal business device, 46 Rocket launch business device, 47 SSA business device, 51 Orbital control command, 52 Capture command, 60 Space object, 70 Earth, 100 Satellite constellation formation system, 200 Space traffic management device, 110 Satellite constellation formation unit, 120 Space traffic management unit, 140 Memory unit, 300 Satellite group, 310 Satellite control device, 500 Ground equipment, 501 Space traffic management rules, 510 Orbit control command transmission unit, 515 rule information, 525 dense area identification information, 520 analysis prediction unit, 600 satellite constellation formation system, 800 space traffic management system, 910 processor, 921 memory, 922 auxiliary storage device, 930 input interface, 940 output interface, 950 communication device, 101 space information recorder, 102 danger warning device, 103 danger analysis device, 104 danger avoidance action support device, 105 danger avoidance action implementation plan information, 106 security management device.

Claims (1)

デブリ除去衛星と地上設備を具備し、寿命末期あるいは故障時に軌道離脱する際に、より低軌道高度を飛行する衛星に衝突するリスクがあるメガコンステレーションを構成する宇宙物体を除去するデブリ除去事業装置であって、
前記デブリ除去衛星は、
打上げ準備して地上待機する即応型衛星であり、前記宇宙物体を6自由度拘束して捕獲する捕獲装置と、推進装置と、軌道制御装置と、通信装置を具備し、
前記宇宙物体が、軌道離脱して大気圏突入する途中過程において、
太陽同期軌道LST(Local Sun Time)10:30近傍で軌道高度500km以上1000km以下の領域と、
太陽同期軌道LST13:30近傍で軌道高度500km以上1000km以下の領域と、
太陽同期軌道LST06:00近傍で軌道高度500km以上1000km以下の領域と、
太陽同期軌道LST18:00近傍で軌道高度500km以上1000km以下の領域と、
北緯80度以上で軌道高度500km以上1000km以下の領域と、
南緯80度以上で軌道高度500km以上1000km以下の領域と
のいずれかに侵入することが予見された後に、前記デブリ除去衛星を前記宇宙物体の予測軌道に打上げ、
前記地上設備は、
前記宇宙物体を捕獲した状態の前記デブリ除去衛星の重心位置を解析する手段を具備し、前記デブリ除去衛星の具備する軌道制御装置にコマンドを送信して、前記推進装置の噴射ベクトルが捕獲状態の重心を通るよう前記軌道制御装置を運用制御し、衛星速度の増速、ないし減速による軌道高度の上昇、ないし下降、あるいは衛星進行方向と概略直交する方向への推進器の噴射による軌道面の面外方向への加速度付与による軌道傾斜角の変更をすることによって、混雑軌道通過タイミング、ないし軌道面をずらして衝突リスクを回避する軌道降下時衝突回避運用を実施する
デブリ除去事業装置。
A debris removal business device that includes a debris removal satellite and ground equipment, and removes space objects that constitute a mega-constellation that are at risk of colliding with satellites flying at lower orbital altitudes when deorbiting at the end of their life or when a malfunction occurs,
The debris removal satellite,
A responsive satellite that is prepared for launch and stands by on the ground, the satellite comprising a capture device that captures the space object by constraining it in six degrees of freedom , a propulsion device, an orbit control device, and a communication device;
During the process of the space object leaving its orbit and re-entering the atmosphere,
A region in which the orbit altitude is between 500km and 1000km in the vicinity of 10:30am Local Sun Time (LST) in a sun-synchronous orbit;
A region in the vicinity of the sun-synchronous orbit LST13:30 with an orbit altitude of 500 km to 1000 km.
A region in the vicinity of the sun-synchronous orbit LST06:00 with an orbit altitude of 500km to 1000km.
A region in the vicinity of the sun-synchronous orbit LST 18:00 with an orbit altitude of 500 km or more and 1000 km or less;
An area above 80 degrees north latitude with an orbital altitude of 500km to 1000km,
After it is predicted that the space object will enter a region having a latitude of 80 degrees south or more and an orbital altitude of 500 km or more and 1000 km or less, launching the debris removal satellite into the predicted orbit of the space object,
The ground equipment includes:
A debris removal business device comprising a means for analyzing the position of the center of gravity of the debris removal satellite when it has captured the space object, and sending a command to an orbit control device equipped on the debris removal satellite to operate and control the orbit control device so that the jet vector of the propulsion device passes through the center of gravity in the captured state, thereby performing collision avoidance operations during orbit descent to avoid the risk of collision by shifting the timing of passing through a congested orbit or the orbital plane by increasing or decreasing the satellite speed to raise or lower the orbital altitude, or by changing the orbital inclination angle by applying acceleration in an out-of-plane direction of the orbital plane by jetting the propulsion device in a direction approximately perpendicular to the satellite 's direction of travel.
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