JP7139089B2 - 衛星コンステレーション、地上設備および人工衛星 - Google Patents
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Description
本発明は、宇宙から地球を監視するシステムに関するものである。
人工衛星の軌道は、地球を体積のない質点として計算する場合と比較して、地球の楕円効果（地球扁平効果）、地球の赤道面に対する非対称性、および、高次の成分の影響を受ける。そのため、慣性空間に対して軌道面が回転する等の効果が生じる。
静止軌道を周回する人工衛星（静止軌道衛星）は、赤道上空の約３６０００キロメートルを飛行し、地球の自転と同期して約１日で地球を周回する。そのため、静止軌道衛星は、地上の特定地点から見て、あたかも上空に静止しているように見える。つまり、静止軌道衛星に搭載した監視手段により、特定地点の常時監視が可能である。
静止軌道衛星は赤道上空の約３６０００キロメートルを飛行するため、静止軌道衛星による監視は遠距離での監視になる。また、中緯度（例えば、北緯３５度付近）を監視する場合、静止軌道衛星による監視は斜視での監視になる。そのため、静止軌道衛星による監視の高分解能化は難しい。
静止軌道衛星は、従来、化学推進により静止軌道へ投入されていた。そのため、大量の推薬を静止軌道衛星に搭載する必要があり、大口径と長焦点距離とを有する撮影手段を静止軌道衛星に搭載することが困難であった。
静止軌道衛星は赤道上空の約３６０００キロメートルを飛行するため、静止軌道衛星による監視は遠距離での監視になる。また、中緯度（例えば、北緯３５度付近）を監視する場合、静止軌道衛星による監視は斜視での監視になる。そのため、静止軌道衛星による監視の高分解能化は難しい。
静止軌道衛星は、従来、化学推進により静止軌道へ投入されていた。そのため、大量の推薬を静止軌道衛星に搭載する必要があり、大口径と長焦点距離とを有する撮影手段を静止軌道衛星に搭載することが困難であった。
人工衛星の推進手段として、化学推進または電気推進が利用される。
例えば、超低高度実証機と呼ばれる人工衛星では、電気推進が利用される。超低高度実証機は、大気抵抗を無視することができない軌道高度（約２００キロメートル）を電気推進の増速によって維持し、高分解能な監視という効果を得ている。
超低高度実証機は、静止軌道衛星のように地球の自転との同期性を有さない。そのため、超低空高度実証機による監視では、特定地点を常時監視することができない。
例えば、超低高度実証機と呼ばれる人工衛星では、電気推進が利用される。超低高度実証機は、大気抵抗を無視することができない軌道高度（約２００キロメートル）を電気推進の増速によって維持し、高分解能な監視という効果を得ている。
超低高度実証機は、静止軌道衛星のように地球の自転との同期性を有さない。そのため、超低空高度実証機による監視では、特定地点を常時監視することができない。
特許文献１は、複数の観測衛星群を用いて観測計画の立案後に短時間で観測目標地域を観測するためのシステムを開示している。
特許文献１に開示されたシステムでは、多数の観測衛星が必要である。また、多数の観測衛星を連携させて観測目標地域を観測することは困難である。
特許文献１に開示されたシステムでは、多数の観測衛星が必要である。また、多数の観測衛星を連携させて観測目標地域を観測することは困難である。
本発明は、より少ない人工衛星を連携させて対象地域を観測することを容易にすることを目的とする。
本発明の衛星コンステレーションは、
地球の対象地域を監視する３機以上の人工衛星を備える。
前記３機以上の人工衛星のそれぞれが、太陽同期性と軌道傾斜角とを有する楕円軌道を周回する。
それぞれの楕円軌道の長軸が、軌道面において、隣り合う２つの楕円軌道のそれぞれの長軸と均等な角度を成す。
地球の対象地域を監視する３機以上の人工衛星を備える。
前記３機以上の人工衛星のそれぞれが、太陽同期性と軌道傾斜角とを有する楕円軌道を周回する。
それぞれの楕円軌道の長軸が、軌道面において、隣り合う２つの楕円軌道のそれぞれの長軸と均等な角度を成す。
本発明によれば、３機の人工衛星を連携させて対象地域を観測することが容易となる。
実施の形態および図面において、同じ要素または対応する要素には同じ符号を付している。説明した要素と同じ符号が付された要素の説明は適宜に省略または簡略化する。
実施の形態１．
衛星コンステレーション２００について、図１から図１２に基づいて説明する。
衛星コンステレーション２００について、図１から図１２に基づいて説明する。
図１に基づいて、監視システム１００の構成を説明する。
監視システム１００は、地球の対象地域を監視するためのシステムであり、衛星コンステレーション２００と地上設備３００とを備える。
「監視」は「観測」と読み替えてもよい。
監視システム１００は、地球の対象地域を監視するためのシステムであり、衛星コンステレーション２００と地上設備３００とを備える。
「監視」は「観測」と読み替えてもよい。
衛星コンステレーション２００は、３機以上の人工衛星２１０で構成される。
本実施の形態において、衛星コンステレーション２００は、３機の人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）で構成される３機コンステレーションである。
但し、衛星コンステレーション２００は、４機以上の人工衛星２１０で構成されてもよい。
本実施の形態において、衛星コンステレーション２００は、３機の人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）で構成される３機コンステレーションである。
但し、衛星コンステレーション２００は、４機以上の人工衛星２１０で構成されてもよい。
３機の人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）は、互いに連携して地球の対象地域を監視する。
地上設備３００は、衛星制御装置３１０と衛星通信装置３２０とを備え、各人工衛星２１０と通信することによって衛星コンステレーション２００を制御する。
衛星制御装置３１０は、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）を制御するための各種コマンドを生成するコンピュータであり、処理回路および入出力インタフェースなどのハードウェアを備える。処理回路は各種コマンドを生成する。入出力インタフェースには入力装置および出力装置が接続される。衛星制御装置３１０は、入出力インタフェースを介して、衛星通信装置３２０に接続される。
衛星通信装置３２０は、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）と通信を行う。具体的には、衛星通信装置３２０は、各種コマンドを各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）へ送信する。また、衛星通信装置３２０は、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）から送信される監視データを受信する。
衛星制御装置３１０は、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）を制御するための各種コマンドを生成するコンピュータであり、処理回路および入出力インタフェースなどのハードウェアを備える。処理回路は各種コマンドを生成する。入出力インタフェースには入力装置および出力装置が接続される。衛星制御装置３１０は、入出力インタフェースを介して、衛星通信装置３２０に接続される。
衛星通信装置３２０は、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）と通信を行う。具体的には、衛星通信装置３２０は、各種コマンドを各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）へ送信する。また、衛星通信装置３２０は、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）から送信される監視データを受信する。
図２に基づいて、人工衛星２１０の構成を説明する。各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｂ）は以下のように構成される。
人工衛星２１０は、監視装置２１１と監視制御装置２１２と通信装置２１３と推進装置２１４と姿勢制御装置２１５と電源装置２１６とを備える。
監視装置２１１は、地球の対象地域を監視するための装置である。例えば、監視装置２１１は、可視光学センサ、赤外光学センサまたは合成開口レーダ（ＳＡＲ）である。監視装置２１１は監視データを生成する。監視データは、地球の対象地域が映った画像に相当するデータである。
監視制御装置２１２は、監視装置２１１と推進装置２１４と姿勢制御装置２１５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、監視制御装置２１２は、地上設備３００から送信される各種コマンドにしたがって、監視制御装置２１２と推進装置２１４と姿勢制御装置２１５とを制御する。
通信装置２１３は、地上設備３００と通信する装置である。具体的には、通信装置２１３は、監視データを地上設備３００へ送信する。また、通信装置２１３は、地上設備３００から送信される各種コマンドを受信する。
推進装置２１４は、人工衛星２１０に推進力を与える装置であり、人工衛星２１０の速度を変化させる。具体的には、推進装置２１４は電気推進機である。例えば、推進装置２１４は、イオンエンジンまたはホールスラスタである。
姿勢制御装置２１５は、人工衛星２１０の姿勢と人工衛星２１０の角速度と監視装置２１１の視線方向（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２１５は、各姿勢要素を所望の方向に変化させる。もしくは、姿勢制御装置２１５は、各姿勢要素を所望の方向に維持する。姿勢制御装置２１５は、姿勢センサとアクチュエータとコントローラとを備える。姿勢センサは、ジャイロスコープ、地球センサ、太陽センサ、スター・トラッカ、スラスタおよび磁気センサ等である。アクチュエータは、姿勢制御スラスタ、モーメンタムホイール、リアクションホイールおよびコントロール・モーメント・ジャイロ等である。コントローラは、姿勢センサの計測データまたは地上設備３００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２１６は、太陽電池、バッテリおよび電力制御装置などを備え、人工衛星２１０に搭載される各機器に電力を供給する。
人工衛星２１０は、監視装置２１１と監視制御装置２１２と通信装置２１３と推進装置２１４と姿勢制御装置２１５と電源装置２１６とを備える。
監視装置２１１は、地球の対象地域を監視するための装置である。例えば、監視装置２１１は、可視光学センサ、赤外光学センサまたは合成開口レーダ（ＳＡＲ）である。監視装置２１１は監視データを生成する。監視データは、地球の対象地域が映った画像に相当するデータである。
監視制御装置２１２は、監視装置２１１と推進装置２１４と姿勢制御装置２１５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、監視制御装置２１２は、地上設備３００から送信される各種コマンドにしたがって、監視制御装置２１２と推進装置２１４と姿勢制御装置２１５とを制御する。
通信装置２１３は、地上設備３００と通信する装置である。具体的には、通信装置２１３は、監視データを地上設備３００へ送信する。また、通信装置２１３は、地上設備３００から送信される各種コマンドを受信する。
推進装置２１４は、人工衛星２１０に推進力を与える装置であり、人工衛星２１０の速度を変化させる。具体的には、推進装置２１４は電気推進機である。例えば、推進装置２１４は、イオンエンジンまたはホールスラスタである。
姿勢制御装置２１５は、人工衛星２１０の姿勢と人工衛星２１０の角速度と監視装置２１１の視線方向（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２１５は、各姿勢要素を所望の方向に変化させる。もしくは、姿勢制御装置２１５は、各姿勢要素を所望の方向に維持する。姿勢制御装置２１５は、姿勢センサとアクチュエータとコントローラとを備える。姿勢センサは、ジャイロスコープ、地球センサ、太陽センサ、スター・トラッカ、スラスタおよび磁気センサ等である。アクチュエータは、姿勢制御スラスタ、モーメンタムホイール、リアクションホイールおよびコントロール・モーメント・ジャイロ等である。コントローラは、姿勢センサの計測データまたは地上設備３００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２１６は、太陽電池、バッテリおよび電力制御装置などを備え、人工衛星２１０に搭載される各機器に電力を供給する。
衛星制御装置３１０と監視制御装置２１２とのそれぞれに備わる処理回路について説明する。
処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサであってもよい。
処理回路において、一部の機能が専用のハードウェアで実現されて、残りの機能がソフトウェアまたはファームウェアで実現されてもよい。つまり、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせで実現することができる。
専用のハードウェアは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡまたはこれらの組み合わせである。
ＡＳＩＣは、Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略称である。
ＦＰＧＡは、Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略称である。
処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサであってもよい。
処理回路において、一部の機能が専用のハードウェアで実現されて、残りの機能がソフトウェアまたはファームウェアで実現されてもよい。つまり、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせで実現することができる。
専用のハードウェアは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡまたはこれらの組み合わせである。
ＡＳＩＣは、Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略称である。
ＦＰＧＡは、Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略称である。
人工衛星２１０のポインティング機能について説明する。
人工衛星２１０は、監視方向を対象地域へ向けるためのポインティング機能を有する。
例えば、人工衛星２１０は、リアクションホイールを備える。リアクションホイールは、人工衛星２１０の姿勢を制御するための装置である。リアクションホイールによって人工衛星人工衛星２１０の姿勢を制御することによって、ボディポインティングが実現される。
例えば、監視装置２１１は、ポインティング機構を備える。ポインティング機構は、監視装置２１１の視線方向を変えるための機構である。例えば、ポインティング機構には、駆動ミラー等が利用される。
人工衛星２１０は、監視方向を対象地域へ向けるためのポインティング機能を有する。
例えば、人工衛星２１０は、リアクションホイールを備える。リアクションホイールは、人工衛星２１０の姿勢を制御するための装置である。リアクションホイールによって人工衛星人工衛星２１０の姿勢を制御することによって、ボディポインティングが実現される。
例えば、監視装置２１１は、ポインティング機構を備える。ポインティング機構は、監視装置２１１の視線方向を変えるための機構である。例えば、ポインティング機構には、駆動ミラー等が利用される。
監視装置２１１の監視機能について説明する。
監視装置２１１は、分解能可変機能およびオートフォーカス機能を有する。
分解能可変機能は、監視データの分解能を変える機能である。
オートフォーカス機能は、監視対象に焦点を合わせる機能である。
監視装置２１１は、分解能可変機能およびオートフォーカス機能を有する。
分解能可変機能は、監視データの分解能を変える機能である。
オートフォーカス機能は、監視対象に焦点を合わせる機能である。
図３から図７に基づいて、衛星コンステレーション２００について説明する。
図３は、軌道面１０３の法線方向から見た衛星コンステレーション２００を示している。
図４は、軌道面１０３から見た衛星コンステレーション２００を示している。例えば、図４は、赤道の上空から見た衛星コンステレーション２００を示す。
図５、図６および図７は、軌道面１０３において各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の楕円軌道の長軸が地球１０１を中心に回転する様子を示している。
軌道面１０３は、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の楕円軌道が配置される面である。
図３は、軌道面１０３の法線方向から見た衛星コンステレーション２００を示している。
図４は、軌道面１０３から見た衛星コンステレーション２００を示している。例えば、図４は、赤道の上空から見た衛星コンステレーション２００を示す。
図５、図６および図７は、軌道面１０３において各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の楕円軌道の長軸が地球１０１を中心に回転する様子を示している。
軌道面１０３は、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の楕円軌道が配置される面である。
各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）は太陽同期の楕円軌道を周回する。各楕円軌道は高離心率と軌道傾斜角とを有する。つまり、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の軌道は、太陽同期軌道であり、且つ、傾斜軌道であり、且つ、楕円軌道である。
３機の人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）により、日中における北半球の監視が維持される。
３機の人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）により、日中における北半球の監視が維持される。
各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の楕円軌道は非凍結軌道である。
つまり、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の楕円軌道は凍結軌道ではなく、時間の経過と共に各楕円軌道の長軸が軌道面１０３内で地球１０１を中心に回転する。
つまり、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の楕円軌道は凍結軌道ではなく、時間の経過と共に各楕円軌道の長軸が軌道面１０３内で地球１０１を中心に回転する。
３機の人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）は、近地点、遠地点または中間点から交互に地球１０１の対象地域を監視する。中間点は近地点と遠地点との間に位置する地点である。
近地点では、短時間ではあるが高分解能で監視を行うことができる。
遠地点では、低分解能ではあるが長時間の監視を行うことができる。
近地点では、短時間ではあるが高分解能で監視を行うことができる。
遠地点では、低分解能ではあるが長時間の監視を行うことができる。
３つの楕円軌道のそれぞれの長軸は、軌道面の円周方向に対して約１２０°ずつ均等な間隔で傾いている。アジマス方向は、経度方向、すなわち、東西方向に相当する。
各楕円軌道の長軸は太陽１０２に対して回転するが、３つの楕円軌道の相対関係は維持される。
各楕円軌道の長軸は太陽１０２に対して回転するが、３つの楕円軌道の相対関係は維持される。
軌道面１０３の法線方向は維持される。
そのため、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）に対して太陽入射角が維持される。
そのため、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）に対して太陽入射角が維持される。
正午１２時において、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の位相は、地球１０１の対象地域の緯度と相関しない。人工衛星２１０の位相は、人工衛星２１０の軌道における人工衛星２１０の位置に相当する。
３機の人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）のうちの１機は、地球１０１の対象地域を監視することが可能である。
したがって、対象地域を概ね連続して監視することが可能である。
したがって、対象地域を概ね連続して監視することが可能である。
人工衛星２１０が楕円軌道の遠地点側で地球１０１の対象地域の上空を通過する場合、人工衛星２１０は、低分解能ではあるが長時間、地球１０１の対象地域を監視する。
人工衛星２１０が楕円軌道の近地点側で地球１０１の対象地域の上空を通過する場合、人工衛星２１０は、短時間ではあるが高分解能で、地球１０１の対象地域を監視する。
人工衛星２１０が楕円軌道の近地点側で地球１０１の対象地域の上空を通過する場合、人工衛星２１０は、短時間ではあるが高分解能で、地球１０１の対象地域を監視する。
各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の楕円軌道の具体例は以下の通りである。但し、以下の数値はおおよその値である。
楕円軌道の元となる円軌道の高度は、５１００キロメートルである。
楕円軌道の離心率は、０．４１８である。
軌道傾斜角は、１２２度である。
遠地点高度は、９８９８キロメートルである。
近地点高度は、３０２キロメートルである。
楕円軌道の元となる円軌道の高度は、５１００キロメートルである。
楕円軌道の離心率は、０．４１８である。
軌道傾斜角は、１２２度である。
遠地点高度は、９８９８キロメートルである。
近地点高度は、３０２キロメートルである。
図８に基づいて、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の楕円軌道について高度と緯度との関係を説明する。
点線は、人工衛星２１０Ａの楕円軌道を表している。一点鎖線は、人工衛星２１０Ｂの楕円軌道を表している。破線は、人工衛星２１０Ｃの楕円軌道を表している。
点線は、人工衛星２１０Ａの楕円軌道を表している。一点鎖線は、人工衛星２１０Ｂの楕円軌道を表している。破線は、人工衛星２１０Ｃの楕円軌道を表している。
「Ｈａ」は近地点高度であり、「Ｈｃ」は常時近地点利用高度である。常時近地点利用高度は、３機の人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の少なくともいずれかによって対象地域を近地点側から監視することが可能な高度である。
「Ｈｂ」は遠地点高度であり、「Ｈｄ」は常時遠地点利用高度である。常時遠地点利用高度は、３機の人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の少なくともいずれかによって対象地域を遠地点側から監視することが可能な高度である。
それぞれの利用高度（Ｈｄ、Ｈｃ）は、図８のグラフにおいて２つの楕円軌道の交点の高度に相当する。
「Ｈｂ」は遠地点高度であり、「Ｈｄ」は常時遠地点利用高度である。常時遠地点利用高度は、３機の人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の少なくともいずれかによって対象地域を遠地点側から監視することが可能な高度である。
それぞれの利用高度（Ｈｄ、Ｈｃ）は、図８のグラフにおいて２つの楕円軌道の交点の高度に相当する。
人工衛星２１０が対象地域の上空に滞在する時間の長さを、人工衛星２１０の滞在時間と称する。
遠地点側では、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の滞在時間が長く、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の視野範囲が広い。
遠地点側では、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の滞在時間が長く、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の視野範囲が広い。
衛星制御装置３１０は、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）が利用高度Ｈｄよりも高い高度を飛行しているときに対象地域が視野範囲に収まるように、利用高度Ｈｂと監視装置２１１の視野角とのそれぞれを設定する。これにより、対象地域の常時監視が可能となる。
近地点側では各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の通過時間が短いので、近地点側での監視は常時性を有さない。しかし、対象地域がいかなる緯度に存在しても、少なくともいずれかの人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）は、利用高度Ｈｃよりも低い高度から対象地域を監視することができる。
衛星制御装置３１０は、利用高度Ｈｃにおいて所望の分解能を達成できるように監視装置２１１の分解能を設定する。これにより、対象地域を高分解能で監視することが可能となる。
図９および図１０に基づいて、衛星高度および軌道傾斜角の調整について説明する。
人工衛星２１０の楕円軌道の長軸は衛星高度と相関する。そのため、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の高度を微調整することにより、軌道面の法線方向から見た場合の楕円軌道の相対角度を維持することができる。楕円軌道の相対角度を維持するための衛星高度の条件を「高度条件」と称する。
楕円軌道の太陽同期は、衛星高度と軌道傾斜角との相関によって成立する。そのため、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の軌道傾斜角を微調整することにより、楕円軌道の太陽同期を維持することができる。太陽同期を維持するための軌道傾斜角の条件を「傾斜角条件」と称する。
したがって、高度条件と傾斜角条件との両方が成立することにより、楕円軌道の相対角度を維持したまま、且つ、楕円軌道の太陽同期を維持したまま、衛星コンステレーション２００を運用することが可能となる。
人工衛星２１０の楕円軌道の長軸は衛星高度と相関する。そのため、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の高度を微調整することにより、軌道面の法線方向から見た場合の楕円軌道の相対角度を維持することができる。楕円軌道の相対角度を維持するための衛星高度の条件を「高度条件」と称する。
楕円軌道の太陽同期は、衛星高度と軌道傾斜角との相関によって成立する。そのため、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の軌道傾斜角を微調整することにより、楕円軌道の太陽同期を維持することができる。太陽同期を維持するための軌道傾斜角の条件を「傾斜角条件」と称する。
したがって、高度条件と傾斜角条件との両方が成立することにより、楕円軌道の相対角度を維持したまま、且つ、楕円軌道の太陽同期を維持したまま、衛星コンステレーション２００を運用することが可能となる。
衛星制御装置３１０は、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の高度を調整するためのコマンドを生成する。また、衛星制御装置３１０は、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の軌道傾斜角を調整するためのコマンドを生成する。そして、衛星通信装置３２０は、これらのコマンドを各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）へ送信する。
各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）において、監視制御装置２１２は、これらのコマンドにしたがって、衛星高度および軌道傾斜角を調整する。具体的には、監視制御装置２１２は、これらのコマンドにしたがって推進装置２１４を制御する。推進装置２１４が衛星速度を変えることにより、衛星高度と軌道傾斜角とを調整することができる。
各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）において、監視制御装置２１２は、これらのコマンドにしたがって、衛星高度および軌道傾斜角を調整する。具体的には、監視制御装置２１２は、これらのコマンドにしたがって推進装置２１４を制御する。推進装置２１４が衛星速度を変えることにより、衛星高度と軌道傾斜角とを調整することができる。
図９において、地球１０１の中に記された黒丸は北極点を表している。
人工衛星２１０の飛行速度が増速すると、人工衛星２１０の高度が上昇する。そして、人工衛星２１０の高度が上昇すると、人工衛星２１０の対地速度が減速する。
人工衛星２１０の飛行速度が減速すると、人工衛星２１０の高度が下降する。そして、人工衛星２１０の高度が下降すると、人工衛星２１０の対地速度が増速する。
人工衛星２１０の飛行速度が増速すると、人工衛星２１０の高度が上昇する。そして、人工衛星２１０の高度が上昇すると、人工衛星２１０の対地速度が減速する。
人工衛星２１０の飛行速度が減速すると、人工衛星２１０の高度が下降する。そして、人工衛星２１０の高度が下降すると、人工衛星２１０の対地速度が増速する。
図１０に示すように、人工衛星２１０が赤道上空を横切る地点（分点）において推進装置２１４が軌道面と直交する方向へ推力を発生させれば、効果的に軌道傾斜角を微調整することができる。
地球１０１の自転に伴い、対象地域は、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の軌道面から独立して移動する。また、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）は、対象地域の移動とは無関係に楕円軌道を飛行する。
そのため、高度条件と傾斜角条件との両方が成立しても、３機の人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）がタイミングよく連携して対象地域を継続監視できるとは限らない。
そのため、高度条件と傾斜角条件との両方が成立しても、３機の人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）がタイミングよく連携して対象地域を継続監視できるとは限らない。
各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）を軌道面内で増速または減速させることにより、３機の人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）がタイミングよく連携して対象地域を継続監視できる。
そこで、衛星制御装置３１０は、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）を軌道面内で増速または減速させるためのコマンドを生成する。そして、衛星通信装置３２０は、生成されたコマンドを各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）へ送信する。
その後、衛星制御装置３１０は、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の衛星高度と軌道傾斜角とを調整するためのコマンドを生成する。そして、衛星通信装置３２０は、生成されたコマンドを各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）へ送信する。
これにより、短期的に監視条件を最適に調整し、且つ、長期的に各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の楕円軌道の相対関係を維持することが可能となる。
そこで、衛星制御装置３１０は、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）を軌道面内で増速または減速させるためのコマンドを生成する。そして、衛星通信装置３２０は、生成されたコマンドを各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）へ送信する。
その後、衛星制御装置３１０は、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の衛星高度と軌道傾斜角とを調整するためのコマンドを生成する。そして、衛星通信装置３２０は、生成されたコマンドを各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）へ送信する。
これにより、短期的に監視条件を最適に調整し、且つ、長期的に各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の楕円軌道の相対関係を維持することが可能となる。
対象地域の位置および各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の位置は、共通の座標系を利用して管理することができる。そして、共通の座標系を利用することにより、対象地域の位置に応じて各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）を制御することができる。
共通の座標系の具体例は、地球固定座標系である。地球固定座標系は、日本の準天頂測位衛星および米国のＧＰＳが採用する座標系である。
ＧＰＳはＧｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍの略称である。
共通の座標系の具体例は、地球固定座標系である。地球固定座標系は、日本の準天頂測位衛星および米国のＧＰＳが採用する座標系である。
ＧＰＳはＧｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍの略称である。
衛星制御装置３１０は、慣性空間における衛星姿勢条件を勘案して、対象地域を指向するために最適なポインティング条件を算出することができる。
衛星制御装置３１０は、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の最適なポインティング条件を示すコマンドを生成する。そして、衛星通信装置３２０は、生成されたコマンドを各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）へ送信する。
衛星制御装置３１０は、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の最適なポインティング条件を示すコマンドを生成する。そして、衛星通信装置３２０は、生成されたコマンドを各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）へ送信する。
監視制御装置２１２は、地上設備３００からのコマンドにしたがって、人工衛星２１０のポインティング機能を制御する。
監視制御装置２１２は、姿勢制御装置２１５を制御してもよいし、監視装置２１１のポインティング機構を制御してもよい。
監視制御装置２１２は、姿勢制御装置２１５を制御してもよいし、監視装置２１１のポインティング機構を制御してもよい。
対象地域の監視には、対象地域と各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の相対距離を短くすることが有効である。また、太陽高度が高い条件下での撮像、つまり、明るい条件下での撮像が有効である。
そこで、衛星制御装置３１０は、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の飛行位置を調整するためのコマンドを生成する。そして、衛星通信装置３２０は、生成されたコマンドを各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）へ送信する。
その後、衛星制御装置３１０は、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の衛星高度と軌道傾斜角とを調整するためのコマンドを生成する。そして、衛星通信装置３２０は、生成されたコマンドを各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）へ送信する。
これにより、短期的に監視条件を最適に調整し、且つ、長期的に各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の楕円軌道の相対関係を維持することが可能となる。
そこで、衛星制御装置３１０は、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の飛行位置を調整するためのコマンドを生成する。そして、衛星通信装置３２０は、生成されたコマンドを各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）へ送信する。
その後、衛星制御装置３１０は、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の衛星高度と軌道傾斜角とを調整するためのコマンドを生成する。そして、衛星通信装置３２０は、生成されたコマンドを各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）へ送信する。
これにより、短期的に監視条件を最適に調整し、且つ、長期的に各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の楕円軌道の相対関係を維持することが可能となる。
図１１に基づいて、太陽同期軌道について説明する。地球１０１の中に記された黒丸は北極点を表している。地球１０１の中央に記された線は赤道を表している。
太陽同期軌道は、太陽入射角が維持される軌道である。つまり、人工衛星２１０の軌道が太陽同期軌道である場合、人工衛星２１０の軌道面に対して太陽入射角は一年中変わらない。
太陽同期軌道は、太陽入射角が維持される軌道である。つまり、人工衛星２１０の軌道が太陽同期軌道である場合、人工衛星２１０の軌道面に対して太陽入射角は一年中変わらない。
図１２に基づいて、太陽同期の円軌道について説明する。
太陽同期の円軌道は、太陽同期軌道であり、且つ、円軌道であり、且つ、傾斜軌道である。
太陽同期の円軌道において、採用可能な軌道高度の範囲は、約５００キロメートルから約５７００キロメートルまでである。約５００キロメートル以下では、大気抵抗の影響が無視できないため、太陽同期性を維持することができない。約５７００キロメートル以上では、地球楕円体の効果による軌道面の回転が限界に達するため、太陽同期性を維持することができない。
太陽同期の円軌道は、太陽同期軌道であり、且つ、円軌道であり、且つ、傾斜軌道である。
太陽同期の円軌道において、採用可能な軌道高度の範囲は、約５００キロメートルから約５７００キロメートルまでである。約５００キロメートル以下では、大気抵抗の影響が無視できないため、太陽同期性を維持することができない。約５７００キロメートル以上では、地球楕円体の効果による軌道面の回転が限界に達するため、太陽同期性を維持することができない。
図１２には、１日あたりの人工衛星２１０の周回数が整数となる円軌道の属性値を示している。各属性値は、おおよその値である。つまり、図１２に記された各数値は、丸め誤差を含む概数である。
図１２に示す円軌道の属性値は、太陽同期が成立するための属性値の一例である。１日あたりの人工衛星２１０の周回数が整数となる必然性はなく、太陽同期が成立するための円軌道の属性値は多く存在する。
図１２に示す円軌道の属性値は、太陽同期が成立するための属性値の一例である。１日あたりの人工衛星２１０の周回数が整数となる必然性はなく、太陽同期が成立するための円軌道の属性値は多く存在する。
円軌道の離心率はゼロであり、離心率を変えると円軌道は楕円軌道になる。
太陽同期の楕円軌道は、軌道長径に大きく依存する。具体的には、太陽同期の円軌道の半径の２倍が、軌道長径の目安となる。
太陽同期の円軌道の半径、すなわち、地球の中心から太陽同期の円軌道までの距離は、円軌道の地表高度に地球の半径を加算して算出される。地球の半径は約６３７８キロメートルである。
太陽同期の楕円軌道は、軌道長径に大きく依存する。具体的には、太陽同期の円軌道の半径の２倍が、軌道長径の目安となる。
太陽同期の円軌道の半径、すなわち、地球の中心から太陽同期の円軌道までの距離は、円軌道の地表高度に地球の半径を加算して算出される。地球の半径は約６３７８キロメートルである。
人工衛星２１０を１日に７周回させるための太陽同期の円軌道の半径は、約１１５２２キロメートルである。この半径は、円軌道の地表高度（約５１４４キロメートル）に地球の半径（約６３７８キロメートル）を加算して算出される。したがって、人工衛星２１０を１日に７周回させるための太陽同期の楕円軌道の長径は、約２３０００キロメートルである。この長径は、太陽同期の円軌道の半径（約１１５２２キロメートル）を２倍して算出される。
楕円軌道の長径は、遠地点高度と近地点高度とに依存する。遠地点高度と近地点高度との比率は自由である。例えば、遠地点高度が約１００００キロメートルであり、近地点高度が約３００キロメートルである場合、楕円軌道の長径は、上記の長さ（約２３０００キロメートル）になる。
つまり、離心率を変更して遠地点高度と近地点高度といったパラメータを微調整することにより、人工衛星２１０を１日に７周回させるための太陽同期の楕円軌道を見出すことができる。
楕円軌道の長径は、遠地点高度と近地点高度とに依存する。遠地点高度と近地点高度との比率は自由である。例えば、遠地点高度が約１００００キロメートルであり、近地点高度が約３００キロメートルである場合、楕円軌道の長径は、上記の長さ（約２３０００キロメートル）になる。
つまり、離心率を変更して遠地点高度と近地点高度といったパラメータを微調整することにより、人工衛星２１０を１日に７周回させるための太陽同期の楕円軌道を見出すことができる。
７周回における太陽同期の楕円軌道は、約１４０度の軌道傾斜角を有する。つまり、遠地点および近地点が、プラスマイナス４０度（＝１８０－１４０）の緯度の上空に位置する。そのため、この楕円軌道は、約４０度の緯度に位置する日本の監視に適している。
７周回以外の周回数についても同様に、太陽同期の楕円軌道が求まる。
つまり、離心率を変更して遠地点高度と近地点高度といったパラメータを微調整することにより、任意の周回数における太陽同期の楕円軌道を見出すことができる。
つまり、離心率を変更して遠地点高度と近地点高度といったパラメータを微調整することにより、任意の周回数における太陽同期の楕円軌道を見出すことができる。
＊＊＊実施の形態１の特徴＊＊＊
実施の形態１の主な特徴について説明する。
衛星コンステレーション２００は、地球の対象地域を監視する３機以上の人工衛星２１０を備える。
３機以上の人工衛星２１０のそれぞれが、太陽同期性と軌道傾斜角とを有する楕円軌道を周回する。
それぞれの楕円軌道の長軸が、軌道面の円周方向に対して約１２０°ずつ均等な間隔で傾いている。つまり、それぞれの楕円軌道の長軸が、軌道面において、隣り合う２つの楕円軌道のそれぞれの長軸と均等な角度を成す。
実施の形態１の主な特徴について説明する。
衛星コンステレーション２００は、地球の対象地域を監視する３機以上の人工衛星２１０を備える。
３機以上の人工衛星２１０のそれぞれが、太陽同期性と軌道傾斜角とを有する楕円軌道を周回する。
それぞれの楕円軌道の長軸が、軌道面の円周方向に対して約１２０°ずつ均等な間隔で傾いている。つまり、それぞれの楕円軌道の長軸が、軌道面において、隣り合う２つの楕円軌道のそれぞれの長軸と均等な角度を成す。
地上設備３００は、衛星制御装置３１０と衛星通信装置３２０とを備え、衛星コンステレーション２００を制御する。
衛星制御装置３１０は、衛星コンステレーション２００の人工衛星２１０毎に調整コマンドを生成する。調整コマンドは、人工衛星２１０の高度と人工衛星２１０の楕円軌道の軌道傾斜角とを調整するためのコマンドである。
衛星通信装置３２０は、衛星コンステレーション２００の人工衛星２１０毎に、生成された調整コマンドを人工衛星２１０へ送信する。
衛星コンステレーション２００の人工衛星２１０毎に、人工衛星２１０の高度と人工衛星２１０の楕円軌道の軌道傾斜角とが調整コマンドにしたがって調整される。これにより、各人工衛星２１０の楕円軌道の太陽同期性が維持され、且つ、各人工衛星２１０の楕円軌道の長軸と他の人工衛星２１０の楕円軌道の長軸との相対角度が維持される。
衛星制御装置３１０は、衛星コンステレーション２００の人工衛星２１０毎に調整コマンドを生成する。調整コマンドは、人工衛星２１０の高度と人工衛星２１０の楕円軌道の軌道傾斜角とを調整するためのコマンドである。
衛星通信装置３２０は、衛星コンステレーション２００の人工衛星２１０毎に、生成された調整コマンドを人工衛星２１０へ送信する。
衛星コンステレーション２００の人工衛星２１０毎に、人工衛星２１０の高度と人工衛星２１０の楕円軌道の軌道傾斜角とが調整コマンドにしたがって調整される。これにより、各人工衛星２１０の楕円軌道の太陽同期性が維持され、且つ、各人工衛星２１０の楕円軌道の長軸と他の人工衛星２１０の楕円軌道の長軸との相対角度が維持される。
衛星制御装置３１０は、衛星コンステレーション２００の人工衛星２１０毎に人工衛星２１０の推進装置を制御する制御コマンドを生成する。制御コマンドは、人工衛星２１０の楕円軌道における人工衛星２１０の位置を調整するためのコマンドである。
衛星通信装置３２０は、衛星コンステレーション２００の人工衛星２１０毎に、生成された制御コマンドを人工衛星２１０へ送信する。
衛星コンステレーション２００の人工衛星２１０毎に、人工衛星２１０の楕円軌道における人工衛星２１０の位置が制御コマンドにしたがって調整される。これにより、各人工衛星２１０が他の人工衛星２１０と連携して対象地域の監視を継続する。
衛星コンステレーション２００の人工衛星２１０毎に、制御コマンドが実行された後に調整コマンドが実行される。
衛星通信装置３２０は、衛星コンステレーション２００の人工衛星２１０毎に、生成された制御コマンドを人工衛星２１０へ送信する。
衛星コンステレーション２００の人工衛星２１０毎に、人工衛星２１０の楕円軌道における人工衛星２１０の位置が制御コマンドにしたがって調整される。これにより、各人工衛星２１０が他の人工衛星２１０と連携して対象地域の監視を継続する。
衛星コンステレーション２００の人工衛星２１０毎に、制御コマンドが実行された後に調整コマンドが実行される。
また、衛星制御装置３１０は、衛星コンステレーション２００の人工衛星２１０毎に人工衛星２１０の推進装置を制御する制御コマンドを生成する。制御コマンドは、人工衛星２１０の速度を調整するためのコマンドである。
衛星通信装置３２０は、衛星コンステレーション２００の人工衛星２１０毎に、生成された制御コマンドを人工衛星２１０へ送信する。
衛星コンステレーション２００の人工衛星２１０毎に、人工衛星２１０の速度が制御コマンドにしたがって調整される。これにより、人工衛星２１０に割り当てられた対象時間帯において地球の対象地域に対する人工衛星２１０の相対位置が調整される。
衛星コンステレーション２００の人工衛星２１０毎に、制御コマンドが実行された後に調整コマンドが実行される。
対象時間帯は、対象地域の監視が行われる時間帯である。
衛星通信装置３２０は、衛星コンステレーション２００の人工衛星２１０毎に、生成された制御コマンドを人工衛星２１０へ送信する。
衛星コンステレーション２００の人工衛星２１０毎に、人工衛星２１０の速度が制御コマンドにしたがって調整される。これにより、人工衛星２１０に割り当てられた対象時間帯において地球の対象地域に対する人工衛星２１０の相対位置が調整される。
衛星コンステレーション２００の人工衛星２１０毎に、制御コマンドが実行された後に調整コマンドが実行される。
対象時間帯は、対象地域の監視が行われる時間帯である。
衛星コンステレーション２００の各人工衛星２１０は、監視方向を変更するためのポインティング機能を有する。
衛星制御装置３１０は、衛星コンステレーション２００の人工衛星２１０毎にポインティングコマンドを生成する。ポインティングコマンドは、人工衛星２１０のポインティング機能を制御するためのコマンドである。
衛星通信装置３２０は、衛星コンステレーション２００の人工衛星２１０毎に、生成されたポインティングコマンドを人工衛星２１０へ送信する。
衛星コンステレーション２００の人工衛星２１０毎に、人工衛星２１０のポインティング機能がポインティングコマンドにしたがって制御される。これにより、人工衛星２１０に割り当てられた対象時間帯において人工衛星２１０の監視方向が地球の対象地域に向けられる。
衛星制御装置３１０は、衛星コンステレーション２００の人工衛星２１０毎にポインティングコマンドを生成する。ポインティングコマンドは、人工衛星２１０のポインティング機能を制御するためのコマンドである。
衛星通信装置３２０は、衛星コンステレーション２００の人工衛星２１０毎に、生成されたポインティングコマンドを人工衛星２１０へ送信する。
衛星コンステレーション２００の人工衛星２１０毎に、人工衛星２１０のポインティング機能がポインティングコマンドにしたがって制御される。これにより、人工衛星２１０に割り当てられた対象時間帯において人工衛星２１０の監視方向が地球の対象地域に向けられる。
各人工衛星２１０は、監視方向を変更するためのポインティング機能を有する。
各人工衛星２１０は、監視制御装置２１２を備える。
監視制御装置２１２は、ポインティング機能を制御することによって、監視方向を地球の対象地域に向ける。
各人工衛星２１０は、監視制御装置２１２を備える。
監視制御装置２１２は、ポインティング機能を制御することによって、監視方向を地球の対象地域に向ける。
各人工衛星２１０は、監視装置２１１と監視制御装置２１２とを備える。
監視装置２１１は、分解能可変機能を有する。
監視制御装置２１２は、監視装置２１１の分解能可変機能を制御することによって、監視装置２１１の分解能を調整する。
監視装置２１１は、分解能可変機能を有する。
監視制御装置２１２は、監視装置２１１の分解能可変機能を制御することによって、監視装置２１１の分解能を調整する。
各人工衛星２１０は、監視装置２１１と監視制御装置２１２とを備える。
監視装置２１１は、オートフォーカス機能を有する。
監視制御装置２１２は、監視装置２１１のオートフォーカス機能を制御することによって、監視装置２１１の焦点を対象地域に合わせる。
監視装置２１１は、オートフォーカス機能を有する。
監視制御装置２１２は、監視装置２１１のオートフォーカス機能を制御することによって、監視装置２１１の焦点を対象地域に合わせる。
各人工衛星２１０は、地上設備３００と通信する通信装置２１３を備える。
通信装置２１３は、地上設備３００と人工衛星２１０との相対距離の変動に対応するダイナミックレンジを有する。
通信装置２１３は、地上設備３００と人工衛星２１０との相対距離の変動に対応するダイナミックレンジを有する。
＊＊＊実施の形態１の効果＊＊＊
３機の人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）が交互に遠地点近傍に長時間滞在するので、対象地域を常時監視することが可能となる。また、３機の人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）が交互に近地点近傍を通過するので、対象地域を高分解能で観測することができる。
３機の人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）が交互に遠地点近傍に長時間滞在するので、対象地域を常時監視することが可能となる。また、３機の人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）が交互に近地点近傍を通過するので、対象地域を高分解能で観測することができる。
実施の形態２．
衛星コンステレーション２００において３つの楕円軌道のそれぞれの長軸がエレベーション方向において互いに均等な間隔で傾いた形態について、主に実施の形態１と異なる点を図１３から図２０に基づいて説明する。
エレベーション方向は、緯度方向、すなわち、南北方向に相当する。
衛星コンステレーション２００において３つの楕円軌道のそれぞれの長軸がエレベーション方向において互いに均等な間隔で傾いた形態について、主に実施の形態１と異なる点を図１３から図２０に基づいて説明する。
エレベーション方向は、緯度方向、すなわち、南北方向に相当する。
実施の形態１で説明したように、任意の周回数における太陽同期の楕円軌道を見出すことが可能である。
１４周回／日の太陽同期の楕円軌道は、１５００キロメートルの遠地点高度と３００キロメートルの近地点高度とのそれぞれを微調整することによって見出すことができる。
１４周回／日の楕円軌道は、約９８度の軌道傾斜角を有する。そのため、この楕円軌道は、プラスマイナス８２度（＝１８０－９８）の緯度に位置する対象地域の監視に適している。
１４周回／日の楕円軌道は、約９８度の軌道傾斜角を有する。そのため、この楕円軌道は、プラスマイナス８２度（＝１８０－９８）の緯度に位置する対象地域の監視に適している。
図１３および図１４に、太陽同期の楕円極軌道を示す。
図１３は、北極点の上空から見た楕円極軌道を示している。地球１０１の中に記した黒丸は北極点を表している。以降の図においても、地球１０１の中に記した黒丸は北極点を表す。
図１４は、赤道の上空から見た楕円極軌道を示している。地球１０１の中に記した線は赤道を表している。以降の図においても、地球１０１の中に記した線は赤道を表す。
太陽同期の楕円極軌道において、軌道面の最北端は、正午１２時に太陽１０２の直下を横切る。
太陽同期の楕円極軌道の具体例は、軌道面のＬＳＴが正午１２時となる楕円軌道である。ＬＳＴはローカルサンタイムの略称である。
図１３は、北極点の上空から見た楕円極軌道を示している。地球１０１の中に記した黒丸は北極点を表している。以降の図においても、地球１０１の中に記した黒丸は北極点を表す。
図１４は、赤道の上空から見た楕円極軌道を示している。地球１０１の中に記した線は赤道を表している。以降の図においても、地球１０１の中に記した線は赤道を表す。
太陽同期の楕円極軌道において、軌道面の最北端は、正午１２時に太陽１０２の直下を横切る。
太陽同期の楕円極軌道の具体例は、軌道面のＬＳＴが正午１２時となる楕円軌道である。ＬＳＴはローカルサンタイムの略称である。
１４周回／日の楕円軌道は、約９８度の軌道傾斜角を有するため、いわゆる極軌道に似た軌道である。つまり、１４周回／日の楕円軌道は、図１３および図１４に示す楕円極軌道に似ている。
＊＊＊第１実施例＊＊＊
図１５および図１６に、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）がＬＳＴ１２：００の楕円軌道を周回する衛星コンステレーション２００を示す。
ＬＳＴ１２：００の楕円軌道とは、軌道面のＬＳＴが正午１２時となる楕円軌道である（図１５参照）。
衛星コンステレーション２００は３機の人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）で構成され、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）は楕円軌道を周回する。３つの楕円軌道のそれぞれの長軸は、エレベーション方向（緯度方向、南北方向）において互いに１２０度ずつ均等にずれている（図１６参照）。これにより、近地点側から監視する人工衛星２１０と遠地点側から監視する人工衛星２１０とが交互に、地球１０１の対象地域の上空に飛来することとなる。
各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）は、約１００分で１周回する。つまり、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）は、約１００分に１回、対象地域の上空を再訪する。そのため、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）は、日照の時間帯に複数回、対象地域を監視できる可能性がある。
図１５および図１６に、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）がＬＳＴ１２：００の楕円軌道を周回する衛星コンステレーション２００を示す。
ＬＳＴ１２：００の楕円軌道とは、軌道面のＬＳＴが正午１２時となる楕円軌道である（図１５参照）。
衛星コンステレーション２００は３機の人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）で構成され、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）は楕円軌道を周回する。３つの楕円軌道のそれぞれの長軸は、エレベーション方向（緯度方向、南北方向）において互いに１２０度ずつ均等にずれている（図１６参照）。これにより、近地点側から監視する人工衛星２１０と遠地点側から監視する人工衛星２１０とが交互に、地球１０１の対象地域の上空に飛来することとなる。
各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）は、約１００分で１周回する。つまり、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）は、約１００分に１回、対象地域の上空を再訪する。そのため、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）は、日照の時間帯に複数回、対象地域を監視できる可能性がある。
ＬＳＴ１２：００の楕円軌道では、基本的に正午１２時が最適な監視時刻である。
正午１２時の前後では、１０時２０分頃と１３時４０分頃とに監視機会がある。但し、楕円軌道の長軸が回転するので、正午１２時の前後の監視機会では、対象地域を斜視することとなり、監視条件が悪くなる。
そのため、３つの楕円軌道のＬＳＴを変更することによって３機の人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）が対象地域の上空に飛来する時間帯をずらすことが有効である。
正午１２時の前後では、１０時２０分頃と１３時４０分頃とに監視機会がある。但し、楕円軌道の長軸が回転するので、正午１２時の前後の監視機会では、対象地域を斜視することとなり、監視条件が悪くなる。
そのため、３つの楕円軌道のＬＳＴを変更することによって３機の人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）が対象地域の上空に飛来する時間帯をずらすことが有効である。
＊＊＊第２実施例＊＊＊
図１７および図１８に、互いにＬＳＴ時刻が異なる楕円軌道を各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）が周回する衛星コンステレーション２００を示す。
人工衛星２１０Ａは、ＬＳＴ１２：００の楕円軌道を周回する。
人工衛星２１０Ｂは、ＬＳＴ１３：３０の楕円軌道を周回する。ＬＳＴ１３：３０の楕円軌道は、軌道面のＬＳＴが１３時３０分となる楕円軌道である。
人工衛星２１０Ｃは、ＬＳＴ１０：３０の楕円軌道を周回する。ＬＳＴ１０：３０の楕円軌道は、軌道面のＬＳＴが１０時３０分となる楕円軌道である。
図１７および図１８に、互いにＬＳＴ時刻が異なる楕円軌道を各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）が周回する衛星コンステレーション２００を示す。
人工衛星２１０Ａは、ＬＳＴ１２：００の楕円軌道を周回する。
人工衛星２１０Ｂは、ＬＳＴ１３：３０の楕円軌道を周回する。ＬＳＴ１３：３０の楕円軌道は、軌道面のＬＳＴが１３時３０分となる楕円軌道である。
人工衛星２１０Ｃは、ＬＳＴ１０：３０の楕円軌道を周回する。ＬＳＴ１０：３０の楕円軌道は、軌道面のＬＳＴが１０時３０分となる楕円軌道である。
ＬＳＴ１２：００の楕円軌道の長径を、アジマス方向（経度方向、東西方向）にプラスマイナス２２．５度回転させることにより、ＬＳＴ１０：３０の楕円軌道およびＬＳＴ１３：３０の楕円軌道が構成される（図１７参照）。
３つの楕円軌道のそれぞれの長軸は、エレベーション方向（緯度方向、南北方向）において互いに１２０度ずつ均等にずれている（図１８参照）。
これにより、近地点側から監視する人工衛星２１０と遠地点側から監視する人工衛星２１０とが交互に、地球１０１の対象地域の真上に飛来することとなる。
そのため、各ＬＳＴの前後の監視機会を含めると、おおよそ９時から１５時までの間、断続的に対象地域を監視することが可能である。
３つの楕円軌道のそれぞれの長軸は、エレベーション方向（緯度方向、南北方向）において互いに１２０度ずつ均等にずれている（図１８参照）。
これにより、近地点側から監視する人工衛星２１０と遠地点側から監視する人工衛星２１０とが交互に、地球１０１の対象地域の真上に飛来することとなる。
そのため、各ＬＳＴの前後の監視機会を含めると、おおよそ９時から１５時までの間、断続的に対象地域を監視することが可能である。
各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の対地速度が速いので、長時間の継続監視はできない。しかし、各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）の１日あたりの周回数が多いので、３機の人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）によって、９回から１２回程度、対象地域を監視する機会ができる。
＊＊＊第３実施例＊＊＊
図１９および図２０に、互いにＬＳＴ時刻が異なる楕円軌道を各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）が周回する衛星コンステレーション２００を示す。
人工衛星２１０Ａは、ＬＳＴ１２：００の楕円軌道を周回する。
人工衛星２１０Ｂは、ＬＳＴ１５：００の楕円軌道を周回する。ＬＳＴ１５：００の楕円軌道は、軌道面のＬＳＴが１５時となる楕円軌道である。
人工衛星２１０Ｃは、ＬＳＴ９：００の楕円軌道を周回する。ＬＳＴ９：００の楕円軌道は、軌道面のＬＳＴが９時となる楕円軌道である。
図１９および図２０に、互いにＬＳＴ時刻が異なる楕円軌道を各人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）が周回する衛星コンステレーション２００を示す。
人工衛星２１０Ａは、ＬＳＴ１２：００の楕円軌道を周回する。
人工衛星２１０Ｂは、ＬＳＴ１５：００の楕円軌道を周回する。ＬＳＴ１５：００の楕円軌道は、軌道面のＬＳＴが１５時となる楕円軌道である。
人工衛星２１０Ｃは、ＬＳＴ９：００の楕円軌道を周回する。ＬＳＴ９：００の楕円軌道は、軌道面のＬＳＴが９時となる楕円軌道である。
ＬＳＴ１２：００の楕円軌道の長径を、アジマス方向（経度方向、東西方向）にプラスマイナス４５度回転させることにより、ＬＳＴ９：００の楕円軌道およびＬＳＴ１５：００の楕円軌道が構成される（図１９参照）。
３つの楕円軌道のそれぞれの長軸は、エレベーション方向（緯度方向、南北方向）において互いに１２０度ずつ均等にずれている（図２０参照）。
これにより、近地点側から監視する人工衛星２１０と遠地点側から監視する人工衛星２１０とが交互に、地球１０１の対象地域の真上に飛来することとなる。
そのため、各ＬＳＴの前後の監視機会を含めると、おおよそ７時３０分から１６時３０分までの間、断続的に対象地域を監視することが可能である。
３つの楕円軌道のそれぞれの長軸は、エレベーション方向（緯度方向、南北方向）において互いに１２０度ずつ均等にずれている（図２０参照）。
これにより、近地点側から監視する人工衛星２１０と遠地点側から監視する人工衛星２１０とが交互に、地球１０１の対象地域の真上に飛来することとなる。
そのため、各ＬＳＴの前後の監視機会を含めると、おおよそ７時３０分から１６時３０分までの間、断続的に対象地域を監視することが可能である。
３機の人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）によって、断続的ではあるものの日中の全ての時間帯において、高分解能な監視が可能となる。
＊＊＊実施の形態２の特徴＊＊＊
実施の形態２の主な特徴について説明する。
衛星コンステレーション２００は、地球の対象地域を監視する３機以上の衛星コンステレーション２００を備える。
３機以上の人工衛星２１０の少なくともいずれかが、軌道面の最北端が正午１２時に太陽直下を横切る軌道を周回する。
実施の形態２の主な特徴について説明する。
衛星コンステレーション２００は、地球の対象地域を監視する３機以上の衛星コンステレーション２００を備える。
３機以上の人工衛星２１０の少なくともいずれかが、軌道面の最北端が正午１２時に太陽直下を横切る軌道を周回する。
３機以上の人工衛星２１０のそれぞれの軌道が、太陽同期性と軌道傾斜角とを有する楕円軌道である。
それぞれの楕円軌道の長軸が、経度方向において、隣り合う２つの楕円軌道のそれぞれの長軸と均等な角度を成す。
それぞれの楕円軌道の長軸が、経度方向において、隣り合う２つの楕円軌道のそれぞれの長軸と均等な角度を成す。
３機以上の人工衛星２１０の少なくともいずれかが、軌道面のローカルサンタイムが正午１２時となる軌道を周回する。
衛星コンステレーション２００は、３機の人工衛星（２１０Ａ～２１０Ｃ）を備える。
１機の人工衛星２１０Ａが第１楕円軌道を周回する。第１楕円軌道の軌道面の最北端が正午１２時に太陽直下を横切る。
２機の人工衛星の一方（２１０Ｂ）が第２楕円軌道を周回する。第２楕円軌道の長軸が緯度方向のプラス側において第１楕円軌道の長軸と規定角度を成す。
２機の人工衛星の他方（２１０Ｃ）が第３楕円軌道を周回する。第３楕円軌道の長軸が緯度方向のマイナス側において第１楕円軌道の長軸と規定角度を成す。
規定角度は４５度以下の角度である。
１機の人工衛星２１０Ａが第１楕円軌道を周回する。第１楕円軌道の軌道面の最北端が正午１２時に太陽直下を横切る。
２機の人工衛星の一方（２１０Ｂ）が第２楕円軌道を周回する。第２楕円軌道の長軸が緯度方向のプラス側において第１楕円軌道の長軸と規定角度を成す。
２機の人工衛星の他方（２１０Ｃ）が第３楕円軌道を周回する。第３楕円軌道の長軸が緯度方向のマイナス側において第１楕円軌道の長軸と規定角度を成す。
規定角度は４５度以下の角度である。
＊＊＊実施の形態２の効果＊＊＊
人工衛星２１０Ａの楕円軌道がいわゆる極軌道に近い軌道であっても、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
人工衛星２１０Ａの楕円軌道がいわゆる極軌道に近い軌道であっても、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
実施の形態３．
衛星コンステレーション２００の運用について、主に実施の形態１および実施の形態２と異なる点を説明する。
衛星コンステレーション２００の運用について、主に実施の形態１および実施の形態２と異なる点を説明する。
衛星コンステレーション２００の実現性を検証するために、１機の人工衛星２１０が製造（開発）され、製造（開発）された１機の人工衛星２１０が軌道投入される。地上設備３００は、１機の人工衛星２１０を制御する。
そして、衛星コンステレーション２００の実現性が検証された後、３機の人工衛星２１０による衛星コンステレーション２００が運用される。地上設備３００は、３機の人工衛星２１０を制御する。
そして、衛星コンステレーション２００の実現性が検証された後、３機の人工衛星２１０による衛星コンステレーション２００が運用される。地上設備３００は、３機の人工衛星２１０を制御する。
衛星コンステレーション２００の整備途上において、１機ないし２機の人工衛星２１０が先行して整備されてもよい。地上設備３００は、１機ないし２機の人工衛星２１０を制御する。
＊＊＊実施の形態の補足＊＊＊
実施の形態は、好ましい形態の例示であり、本発明の技術的範囲を制限することを意図するものではない。実施の形態は、部分的に実施してもよいし、他の形態と組み合わせて実施してもよい。
実施の形態は、好ましい形態の例示であり、本発明の技術的範囲を制限することを意図するものではない。実施の形態は、部分的に実施してもよいし、他の形態と組み合わせて実施してもよい。
１００ 監視システム、１０１ 地球、１０２ 太陽、１０３ 軌道面、２００ 衛星コンステレーション、２１０ 人工衛星、２１１ 監視装置、２１２ 監視制御装置、２１３ 通信装置、２１４ 推進装置、２１５ 姿勢制御装置、２１６ 電源装置、３００ 地上設備、３１０ 衛星制御装置、３２０ 衛星通信装置。
Claims (14)
- 可視光学センサを具備し、地球の対象地域を監視する３機以上の人工衛星を備え、
前記３機以上の人工衛星のそれぞれが、軌道面の法線ベクトルが公転と同期することにより太陽入射角が維持される太陽同期性と軌道傾斜角とを有する非凍結の楕円軌道を周回し、
それぞれの楕円軌道の長軸が、軌道面において、隣り合う２つの楕円軌道のそれぞれの長軸と均等な角度を成す
衛星コンステレーション。 - 請求項１に記載の衛星コンステレーションを制御するための地上設備であり、
前記衛星コンステレーションの人工衛星毎に、人工衛星の高度と人工衛星の楕円軌道の軌道傾斜角とを調整するための調整コマンドを生成する衛星制御装置と、
前記衛星コンステレーションの人工衛星毎に、生成された調整コマンドを人工衛星へ送信する衛星通信装置と、を備え、
前記衛星コンステレーションの人工衛星毎に、人工衛星の高度と人工衛星の楕円軌道の軌道傾斜角とが調整コマンドにしたがって調整されることによって、人工衛星の楕円軌道の太陽同期性が維持され、且つ、人工衛星の楕円軌道の長軸と他の人工衛星の楕円軌道の長軸との相対角度が維持される
地上設備。 - 前記衛星制御装置は、前記衛星コンステレーションの人工衛星毎に、人工衛星の楕円軌道における人工衛星の位置を調整するために人工衛星の推進装置を制御する制御コマンドを生成し、
前記衛星通信装置は、前記衛星コンステレーションの人工衛星毎に、生成された制御コマンドを人工衛星へ送信し、
前記衛星コンステレーションの人工衛星毎に、人工衛星の楕円軌道における人工衛星の位置が制御コマンドにしたがって調整されることによって、人工衛星が他の人工衛星と連携して対象地域の監視を継続し、
前記衛星コンステレーションの人工衛星毎に、制御コマンドが実行された後に調整コマンドが実行される
請求項２に記載の地上設備。 - 前記衛星制御装置は、前記衛星コンステレーションの人工衛星毎に、人工衛星の速度を調整するために人工衛星の推進装置を制御する制御コマンドを生成し、
前記衛星通信装置は、前記衛星コンステレーションの人工衛星毎に、生成された制御コマンドを人工衛星へ送信し、
前記衛星コンステレーションの人工衛星毎に、人工衛星の速度が制御コマンドにしたがって調整されることによって、人工衛星に割り当てられた対象時間帯において地球の対象地域に対する人工衛星の相対位置が調整され、
前記衛星コンステレーションの人工衛星毎に、制御コマンドが実行された後に調整コマンドが実行される
請求項２に記載の地上設備。 - 請求項１に記載の衛星コンステレーションを制御するための地上設備であり、
前記衛星コンステレーションの各人工衛星は、監視方向を変更するためのポインティング機能を有し、
前記地上設備は、
前記衛星コンステレーションの人工衛星毎に、人工衛星のポインティング機能を制御するためのポインティングコマンドを生成する衛星制御装置と、
前記衛星コンステレーションの人工衛星毎に、生成されたポインティングコマンドを人工衛星へ送信する衛星通信装置と、を備え、
前記衛星コンステレーションの人工衛星毎に、人工衛星のポインティング機能がポインティングコマンドにしたがって制御されることによって、人工衛星に割り当てられた対象時間帯において人工衛星の監視方向が地球の対象地域に向けられる
地上設備。 - 請求項１に記載の衛星コンステレーションで使用される人工衛星であり、
監視方向を変更するためのポインティング機能を有し、
前記ポインティング機能を制御することによって、前記監視方向を地球の対象地域に向ける監視制御装置を備える
人工衛星。 - 請求項１に記載の衛星コンステレーションで使用される人工衛星であり、
分解能可変機能を有する監視装置と、
前記監視装置の前記分解能可変機能を制御することによって、前記監視装置の分解能を調整する監視制御装置と、
を備える人工衛星。 - 請求項１に記載の衛星コンステレーションで使用される人工衛星であり、
オートフォーカス機能を有する監視装置と、
前記監視装置の前記オートフォーカス機能を制御することによって、前記監視装置の焦点を対象地域に合わせる監視制御装置と、
を備える人工衛星。 - 請求項１に記載の衛星コンステレーションで使用される人工衛星であり、
前記衛星コンステレーションを制御するための地上設備と通信する通信装置を備え、
前記通信装置が、前記地上設備と前記人工衛星との相対距離の変動に対応するダイナミックレンジを有する
人工衛星。 - 可視光学センサを具備し、地球の対象地域を監視する３機以上の人工衛星を備え、
前記３機以上の人工衛星の少なくともいずれかが、軌道面の最北端が正午１２時に太陽直下を横切る軌道を周回し、
前記３機以上の人工衛星のそれぞれの軌道が、軌道面の法線ベクトルが公転と同期することにより太陽入射角が維持される太陽同期性と軌道傾斜角とを有する非凍結の楕円軌道であり、
それぞれの楕円軌道の長軸が、経度方向において、隣り合う２つの楕円軌道のそれぞれの長軸と均等な角度を成す
衛星コンステレーション。 - 可視光学センサを具備し、地球の対象地域を監視する３機以上の人工衛星を備え、
前記３機以上の人工衛星のそれぞれの軌道が、軌道面の法線ベクトルが公転と同期することにより太陽入射角が維持される太陽同期性と軌道傾斜角とを有する非凍結の楕円軌道であり、
それぞれの楕円軌道の長軸が、経度方向において、隣り合う２つの楕円軌道のそれぞれの長軸と均等な角度を成し、
前記３機以上の人工衛星の少なくともいずれかが、軌道面のローカルサンタイムが正午１２時となる軌道を周回する
衛星コンステレーション。 - 前記衛星コンステレーションは、３機の人工衛星を備え、
１機の人工衛星が第１楕円軌道を周回し、前記第１楕円軌道の軌道面の最北端が正午１２時に太陽直下を横切り、
２機の人工衛星の一方が第２楕円軌道を周回し、前記第２楕円軌道の長軸が緯度方向のプラス側において前記第１楕円軌道の長軸と規定角度を成し、
前記２機の人工衛星の他方が第３楕円軌道を周回し、前記第３楕円軌道の長軸が緯度方向のマイナス側において前記第１楕円軌道の長軸と前記規定角度を成し、
前記規定角度が４５度以下の角度である
請求項１０または請求項１１に記載の衛星コンステレーション。 - 請求項１または請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載の衛星コンステレーションに備わる人工衛星であり、軌道に投入される人工衛星。
- 請求項１３に記載の人工衛星を備える衛星コンステレーションを制御するための地上設備。
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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