JP2012183855A - 太陽光反射を利用した地上への閃光装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】人工衛星が発する光を地上より視認するには、発光部品及び大きな容量のバッテリーなどが必要となり、膨大なコストがかかる。
【解決手段】本発明は、太陽光を地上に向けて反射させる反射鏡と、送受信機とを備える人工衛星であって、送受信機は、太陽の位置、人工衛星の位置及び太陽光の反射光を当てる地上の照射点に基づいて、反射鏡の反射面の方向を定める情報を受信し、人工衛星は、情報によって定められた方向に、反射鏡の反射面を向けることを特徴とする人工衛星を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、人工衛星技術に関する。特に、人工衛星のイリジウムフレア現象を利用して、地上から視認可能な閃光を発生させる技術に関する。

多数の通信衛星を使った携帯電話の通信サービスとしてイリジウム（登録商標）が知られている。イリジウムでは、現在６６個の人工衛星が、地球の周囲を飛行している。イリジウムの人工衛星のアンテナに太陽光が反射すると、その反射光を地球から視認できるイリジウムフレアという現象が起こることが知られている。人工衛星の位置、アンテナの向きから、イリジウムフレア現象を観測できる場所及び時刻を容易に予測することができる。

特開２００８−１７６２５０

特許文献１には、大気圏外を飛翔する人工衛星を発光させて、地上より視認する方法が記載されている。しかしながら、人工衛星を発光させるためには、地上から観測可能なほど高い輝度の光を発する発光部品及び該発光部品を輝かせるための大きな容量のバッテリーなどが必要となる。そのため、このような人工衛星を製作及び飛翔させるためには、膨大な費用を要する。本発明は、イリジウムフレア現象を積極的に利用して、低コストで、地上から観測できる閃光を発生させる人工衛星を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、太陽光を地上に向けて反射させる反射鏡と、送受信機とを備える人工衛星であって、送受信機は、太陽の位置、人工衛星の位置及び太陽光の反射光を当てる地上の照射点に基づいて、反射鏡の反射面の方向を定める情報を受信し、人工衛星は、情報によって定められた方向に、反射鏡の反射面を向けることを特徴とする人工衛星を提供する。

また、本発明は、人工衛星の移動に応じて、反射面の角度を変化させて、反射光を照射点上に固定する人工衛星を提供する。

さらに、本発明は、太陽同期極軌道を飛行する人工衛星を提供する。

また、本発明は、Ｄａｗｎ−Ｄｕｓｋ軌道を飛行する人工衛星を提供する。

さらに、本発明は、常にローカルタイム１９時近傍または５時近傍に目標点を通過する軌道を飛行する人工衛星を提供する。

また、本発明は、反射鏡は、オン状態になることとオフ状態になることとを繰り返して、反射光を明滅させる、または調光する人工衛星を提供する。

さらに、本発明は、反射鏡の角度が、変化することによって、反射鏡が、オン状態になることとオフ状態になることとを繰り返す人工衛星を提供する。

また、本発明は、反射鏡が、反射面上にＬＣＯＳを備え、ＬＣＯＳによって、反射鏡が、オン状態になることとオフ状態になることとを繰り返す人工衛星を提供する。

さらに、本発明は、反射鏡が、特定の波長の光を反射する人工衛星を提供する。

また、本発明は、反射鏡を駆動し、反射鏡の反射面の方向を定める駆動装置を備え、駆動装置は、情報に基づいて定められる方向に、反射面を向ける人工衛星を提供する。

さらに、本発明は、人工衛星が回転することによって、情報に基づいて定められる方向に、反射面を向ける人工衛星を提供する。

また、本発明は、各々が、上記の人工衛星であり、編隊して飛行する複数の人工衛星を提供する。

さらに、本発明は、１列に編隊して飛行する複数の人工衛星を提供する。

また、本発明は、２次元アレイ状に編隊して飛行する複数の人工衛星を提供する。

さらに、本発明は、複数の人工衛星のうちの一又はそれより多くの人工衛星が、反射光を照射点に向けて反射させ、その他の人工衛星が、反射光を照射点に向けて反射させない複数の人工衛星を提供する。

また、本発明は、各々が、上記の人工衛星であり、複数の人工衛星のうちの一又はそれより多くの人工衛星で構成される第１の群と、複数の人工衛星のうちの一又はそれより多くの人工衛星で構成される第２の群が逆方向に飛行する複数の人工衛星を提供する。

さらに、本発明は、反射鏡と送受信機とを備える人工衛星を用いて、太陽光を地上に向けて反射させる方法であって、送受信機によって、太陽の位置、人工衛星の位置、太陽光の反射光を当てる地上の照射点に基づいて、反射鏡の反射面の方向を定める情報を受信するステップと、人工衛星によって、反射鏡の反射面を情報によって定められた方向に向けるステップとを含む方法を提供する。

また、本発明は、反射鏡の反射面を情報によって定められた方向に向けるステップは、人工衛星の移動に応じて、反射面の角度を変化させて、反射光を照射点上に固定するステップを含む方法を提供する。

さらに、本発明は、人工衛星が、太陽同期極軌道を飛行する方法を提供する。

また、本発明は、人工衛星が、Ｄａｗｎ−Ｄｕｓｋ軌道を飛行する方法を提供する。

さらに、本発明は、人工衛星が、常にローカルタイム１９時近傍または５時近傍に目標点を通過する軌道を飛行する方法を提供する。

イリジウムフレア現象を積極的に発生させて、地上の指定した位置から閃光を観測できるようにする。

本発明の一実施形態の概略図である。 本発明の別の一実施形態の概略図である。 太陽光とフレアスポットと反射面の関係を示す概略図である。 本発明の一実施形態における人工衛星と地上との関係（常にローカルタイム５時近傍に目標点を通過する場合）を示す概略図である。 本発明の一実施形態における人工衛星の軌道（常にローカルタイム１９時近傍に目標点を通過する場合）を示す概略図である。 本発明の一実施形態における人工衛星が発生させるフレアスポットの概略図である。 本発明の一実施形態における２次元アレイ状に配列した複数の人工衛星の概略図である。

図面を参照しながら、本発明に係る人工衛星の一実施形態について以下に説明する。

図１に本発明の一実施形態の概略図を示す。人工衛星１０は、本体１２、太陽光を地上に反射させる反射鏡１４、地上の基地局などと通信を行うためのアンテナなどの送受信機（図示せず）によって構成されている。本体１２と反射鏡１４とは、例えば、駆動装置を介して、接続されており、図１に示すように、反射鏡１４を、軸１６及び軸１８を回転軸として、反射面の角度を変化させることができる。反射鏡１４の角度を変化させることによって、太陽光１１を地上の所望の位置（照射点１３）に向けて反射させることができる。電力の供給は、太陽電池アレイ１９によって行っているが、バッテリーを用いてもよいし、太陽電池アレイとバッテリーとを併用してもよい。図１の実施形態では、本体１２の向きを固定し、反射鏡１４の角度を変化させているが、図２に示すように、スピン人工衛星２０を用いて、衛星全体を回転させることによって反射鏡２４及び２６の角度を変化させてもよい。

反射鏡１４、２４、２６の反射面の角度は、人工衛星の位置、人工衛星を照らす太陽光の向き、照射点の位置から、反射の法則に従って決定される。図３に示す例では、太陽光の方向３２と反射面の法線３４との間の角度（入射角３８）と、反射面の法線３４と反射面と照射点を結ぶ方向３６との間の角度（出射角４０）とが等しくなる角度に反射面の角度を調整する。すなわち、方向３２が、方向３０と方向３６との間の角の中心になるように、反射鏡１４の反射面の向きを調整する。送受信機を介して地上の基地局と通信することによって、人工衛星１０は、照射点の位置、太陽の位置及び人工衛星１０の位置に関する情報を取得してもよいが、太陽の位置及び人工衛星１０の位置については、光センサや他の人工衛星と通信することによって取得してもよい。また、基地局から直接反射鏡１４の角度情報を取得してもよい。

図４は、人工衛星１０と地上との関係を示す。人工衛星１０は、例えば、イリジウム衛星と同様の高度である７００ｋｍを飛行することができる。この場合、反射鏡１４の角度を＋４５度からマイナス４５に変化させることによって、日本全土にフレアスポットを発生させることが可能となる。

図５は、人工衛星１０の軌道の例を示す。この例では、人工衛星１０は太陽同期極軌道を飛行する。太陽同期極軌道とは、北極と南極を通過する人工衛星の極軌道のうち、太陽光と衛星の軌道面とのなす角度が常に一定となる軌道である。人工衛星１０が、Ｄａｗｎ−Ｄｕｓｋ軌道上を飛行すると、人工衛星１０は、常に太陽の光を受け、太陽電池から電力の供給を受けることができるため、人工衛星１０に搭載する蓄電池の量を減らすことが可能となる。一方で、日出前や日没後などの暗い地上から閃光を観測することが可能になる。Ｄａｗｎ−Ｄｕｓｋ軌道には、例えば、軌道のローカルタイムの７時近傍若しくは１９時近傍（或いは、５時近傍若しくは１７時近傍）などが含まれる。ここで、近傍とは例えば、特定された時間の前後１時間を示す。

図６は、フレアスポット６２の大きさを示す概略図である。フレアスポット６２の直径は、例えば、人工衛星１０と照射点との距離が７００ｋｍの場合には、約６ｋｍとなるが、人工衛星１０と地上との距離が長くなるにつれて、フレアスポットの直径は、大きくなる。そのため、人工衛星１０と地上との距離を変化させることによって、フレアスポット６２の大きさを調整することができる。

人工衛星１０は、通常、地上や太陽に対して移動していて、反射鏡の角度を固定していると、フレアスポットの位置が移動してしまう。そこで、人工衛星１０の移動に応じて、フレアスポットの位置が、照射点からずれてしまわないように、人工衛星１０は、反射鏡１４の反射面の角度を変化させることができる。すなわち、反射面の角度を変化させて、フレアスポットを照射点上に固定させることによって、閃光の視認時間を長時間化することができる。例えば、人工衛星と地上との距離が７００ｋｍで、人工衛星の移動速度が８ｋｍ／秒の場合には、０．７度／秒の追尾速度となる。

ＤＬＰ（ｄｉｇｉｔａｌ ｌｉｇｈｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）のように、反射鏡１４の角度を変化させることによって、フレアスポットを明滅させることができる。すなわち、反射鏡１４の反射面を、フレアスポットが照射点に当たる（オン状態の）角度にすることとフレアスポットが照射点に当たらない（オフ状態の）別の角度にすることを繰り返し、照射点から見て、閃光が明滅するようにすることができる。また、オン状態とオフ状態をすばやく繰り返し、オン状態とオフ状態の比率に応じて、輝度を調節することもできる。

また、反射鏡１４の反射面にＬＣＯＳ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ）を備えることによって、反射光を明滅させることも可能である。同様に、ＬＣＯＳを用いて、反射光の輝度を調整するようにしてもよい。

反射鏡１４が、特定の波長の太陽光のみを反射させるようにすることもできる。例えば、カラーフィルム若しくはカラーホイールを反射鏡１４に取り付け、青色の光、赤色の光といった太陽光のうちの一部の波長のみを反射させるようにすることができる。また、複数の反射鏡を備え、各反射鏡の反射する波長が異なるようにしてもよい。

本発明の他の実施形態として、人工衛星１０を複数用いることもできる。すなわち、複数の人工衛星１０を、編隊して飛行させてもよい。例えば、同一の軌道に１０ｋｍ程度の間隔で一列になって、複数の人工衛星１０を飛行させる。この場合、各人工衛星において、反射光の色を異なるようにすれば、美的効果が向上する。さらに、図７に示すように、複数の人工衛星１０を２次元アレイ状に配列して飛行させることができる。この場合には、一部の人工衛星の反射鏡をオン状態とし、残りの人工衛星の反射鏡をオフ状態にすることによって、文字や図形を形作ることもできる。図７の例では、アルファベットのＬの字を表示している。

複数の人工衛星１０の間隔を調整するためには、各人工衛星１０の位置を正確に制御するために、電力によって人工衛星を推進させることが好ましい。さらに、例えば、２つ若しくは２つの群の人工衛星を用いて、一方は、北から南に、他方は南から北に飛行させてもよい。具体的には、一方の衛星をローカルタイム７時の軌道を飛行させ、他方の衛星をローカルタイム１９時の軌道を飛行させることができる。

エンターテイメント関連分野などにおいて、本発明に係る人工衛星による、地上から観測可能な閃光を利用することが可能である。例えば、結婚式、屋外イベント及びテーマパークにおいて、本発明を利用することができる。

１０ 人工衛星
１１ 太陽光
１２ 本体
１３ 照射点
１４ 反射鏡
１６ 回転軸
１８ 回転軸
１９ 太陽電池アレイ
２０ スピン人工衛星
２２ 本体
２４ 反射鏡
２６ 反射鏡
２８ 太陽電池アレイ
３２ 太陽光の方向
３４ 反射面の法線
３６ 反射面と照射点を結ぶ方向
３８ 方向３２と法線３４との間の角度（入射角）
３９ 法線３４と方向３６との間の角度（出射角）
４２ フレアスポット
４４ フレアスポット
４６ 高度
４８ 北
４９ 南
５０ 太陽
５１ 地球の自転
５２ フレアスポット
５４ 太陽同期極軌道
５５ 北極
５６ 昼側
５８ 夜側
６０ 太陽
６２ フレアスポット

Claims (21)

1. 太陽光を地上に向けて反射させる反射鏡と、送受信機とを備える人工衛星であって、
   前記送受信機は、太陽の位置、前記人工衛星の位置及び前記太陽光の反射光を当てる地上の照射点に基づいて、前記反射鏡の反射面の方向を定める情報を受信し、
   前記人工衛星は、前記情報によって定められた方向に、前記反射鏡の反射面を向ける、
   ことを特徴とする人工衛星。
2. 前記人工衛星の移動に応じて、前記反射面の角度を変化させて、前記反射光を前記照射点上に固定することを特徴とする請求項１の人工衛星。
3. 太陽同期極軌道を飛行することを特徴とする請求項１又は２に記載の人工衛星。
4. Ｄａｗｎ−Ｄｕｓｋ軌道を飛行することを特徴とする請求項３に記載の人工衛星。
5. 常にローカルタイム１９時近傍もしくは５時近傍に目標点を通過する軌道を飛行することを特徴とする請求項３に記載の人工衛星。
6. 前記反射鏡は、オン状態になることとオフ状態になることとを繰り返して、反射光を明滅させる、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の人工衛星。
7. 前記反射鏡の角度が、変化することによって、前記反射鏡が、オン状態になることとオフ状態になることとを繰り返す、
   ことを特徴とする請求項６に記載の人工衛星。
8. 前記反射鏡は、前記反射鏡の反射面上にＬＣＯＳを備え、
   前記ＬＣＯＳによって、前記反射鏡は、オン状態になることとオフ状態になることとを繰り返す、
   ことを特徴とする請求項６に記載の人工衛星。
9. 前記反射鏡は、特定の波長の光を反射することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の人工衛星。
10. 前記反射鏡を駆動し、前記反射鏡の反射面の方向を定める駆動装置を備え、
    前記駆動装置は、前記情報に基づいて定められる方向に、前記反射面を向ける、
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の人工衛星。
11. 前記人工衛星が回転することによって、前記情報に基づいて定められる方向に、前記反射面を向ける、
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の人工衛星。
12. 複数の人工衛星であって、
    前記複数の人工衛星の各々は、請求項１から１１のいずれか１項に記載の人工衛星であり、
    前記複数の人工衛星は、編隊して飛行する、
    ことを特徴とする複数の人工衛星。
13. 前記複数の人工衛星は、１列に編隊して飛行する、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の複数の人工衛星。
14. 前記複数の人工衛星は、２次元アレイ状に編隊して飛行する、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の複数の人工衛星。
15. 前記複数の人工衛星のうちの一又はそれより多くの人工衛星は反射光を前記照射点に向けて反射させ、
    その他の人工衛星は反射光を前記照射点に向けて反射させない、
    ことを特徴とする請求項１４に記載の複数の人工衛星。
16. 複数の人工衛星であって、
    前記複数の人工衛星の各々は、請求項１から１１のいずれかの１項に記載の人工衛星であり、
    前記複数の人工衛星のうちの一又はそれより多くの人工衛星で構成される第１の群と、前記複数の人工衛星のうちの一又はそれより多くの人工衛星で構成される第２の群が逆方向に飛行する、
    ことを特徴とする複数の人工衛星。
17. 反射鏡と送受信機とを備える人工衛星を用いて、太陽光を地上に向けて反射させる方法であって、
    前記送受信機によって、太陽の位置、前記人工衛星の位置、前記太陽光の反射光を当てる地上の照射点に基づいて、前記反射鏡の反射面の方向を定める情報を受信するステップと、
    前記人工衛星によって、前記反射鏡の反射面を前記情報によって定められた方向に向けるステップと、
    を含む方法。
18. 前記反射鏡の反射面を前記情報によって定められた方向に向けるステップは、前記人工衛星の移動に応じて、前記反射面の角度を変化させて、前記反射光を前記照射点上に固定するステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記人工衛星は、太陽同期極軌道を飛行することを特徴とする請求項１７又は１８に記載の方法。
20. 前記人工衛星は、Ｄａｗｎ−Ｄｕｓｋ軌道を飛行することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 前記人工衛星は、常にローカルタイム１９時近傍または５時近傍に目標点を通過する軌道を飛行することを特徴とする請求項１９に記載の方法。