JPH0219040B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、低傾度軌道を回る衛星でそのピツ
チ軸の方向に角運動量のバイアスが与えられてい
る衛星の姿勢制御に、特に、閉ループ系に於て、
自動的に磁気的にトルクを生じさせて、ロール軸
とヨー軸の制御を行なうことに関するものであ
る。

安定化された軌道を回る衛星には、その姿勢が
その軌道に対する所望の向きまたは位置からそれ
たとき、その姿勢を元に戻すように変化させる手
段が必要である。

二重スピン安定化方式を利用した衛星において
磁気的な方法で発生させたトルクを利用すること
については、既に知られている。このような磁気
的な方法でトルクを発生させ利用する方式（以
下、磁気的トルク方式と云う）は、たとえば電流
の流れるコイルまたは電磁石のようなトルク発生
装置の作る磁場と地球の磁場とが相互に作用し
て、反作用トルクを発生することを利用してい
る。この反作用トルクが、この分野で周知のよう
に、トルク発生の続く時間と磁束の大きさに比例
して、衛星の基準軸の位置を修正することにな
る。

衛星のピツチ軸に一致する軸線上に設けられた
単一の慣性輪を備える衛星の姿勢制御のための閉
ループ・システムの一つが、バツキンガム
（Arthur Buckingham）氏とハネイ氏（Thomas
Haney）氏の発明に基づいて、ウエスチングハ
ウス電機会社（Westinghouse Electric
Corporation）に1969年２月25日付で与えられた
米国特許第3429524号「姿勢制御方式（Attitude
Control System）」で述べられている。ここで述
べられている方式では、磁気的にトルクを発生す
るための互いに垂直に配設された３個のコイル
と、一つの３軸磁力計と、ロールとヨーの双方で
の誤差感知手段の組合せから成る電磁的作動方式
によつて、ロールとヨーの制御が行なわれる。こ
の３軸磁力計は、衛星の主軸の於ける、地球磁場
成分の測定に用いられる。ロール姿勢感知手段
（IR地平線センサ）がロール誤差を検出すると、
ピツチ軸とロール軸とに設けられたコイルに電流
を流すことによつて、ヨー軸に関する修正トルク
が発生される。同様に、ヨー姿勢感知手段がヨー
誤差を感知すると、ピツチ軸とヨー軸とに設けら
れたコイルに電流を流すことによつて、ロール軸
に関する修正トルクが発生される。どちらの場合
にも、衛星に積込まれた衛星の３軸のそれぞれに
一つずつの計算機が、IRセンサ、ヨー角センサ
お磁よび３軸磁力計と協同して、トルク発生コイ
ルで磁場を発生させる電流を制御する。

ピツチ軸の方向にある角運動量がバイアスとし
て与えられている軌道衛星におけるロールとヨー
誤差を制御するための、別の閉ループ・システム
が、パーケル（Harold Perkel）氏による米国特
許第3834653号（特開昭49−8000号公報）「衛星の
ための閉ループ・ロールとヨー制御（Closed
Loop Roll and Yaw Control for Satellites）」
に述べられている。ここに述べられているシステ
ムは、感知されたロール誤差を、閉ループ系の唯
一の制御入力パラメータとして用いて制御の目的
を達成する。衛星のジヤイロスコープ効果を利用
することによつて、この制御系は、ヨー感知器の
必要性を除き、また、ヨー感知器に応じてロール
軸に関して独立に与えられる修正トクルを不要に
している。同期（この場合、いわゆる静止）した
または低傾度軌道にある衛星において、そのロー
ル軸に平行に向けられた磁気双極子は、ロール誤
差が若し予め定められた閾値を超えると、軌道面
に垂直な主磁場と作用し合つてヨー軸の向き（傾
き）を修正する制御トルクを発生する。姿勢感知
器は、電子的論理装置と協同して、衛星の姿勢の
修正に要するトルクを発生させるのに適当な極性
と大きさを持つ電流を双極子生成手段に供給す
る。修正されないロール誤差とヨー誤差の各々は
慣性空間では衛星軌道全体を通して一定に維持さ
れるので、パーケル氏の発明では、衛星が軌道に
沿つて飛行している間に、制御あるいは修正トル
クがヨー軸に対してだけ与えられる。この方法で
は、ヨー誤差がロール誤差として感知される時は
何時でも、磁気的方法によつて発生するトルク
（以下便宜上磁気的トルクと云う）で、ロール誤
差として感知される誤差部分を直接減少させ、そ
れによつてヨー誤差を間接的に減少させる。

前記パーケル氏の発明では、ヨー誤差は衛星に
装備された地球感知器によつては感知されないと
いうことを認識している。ヨー誤差の検出と修正
を必要としないパーケル氏の発明は、ロール誤差
とヨー誤差は慣性空間における誤差という形で測
定され、しかも軌道に沿うある一つの衛星位置と
別の位置とで変化することはないことから、次の
様な事実を利用している。すなわち、或る角運動
量がバイアスとして与えられた（以下、角運動量
バイアスされたと云う）地球軌道衛星が、(a)その
平行な角運動量ベクトルとピツチ軸が軌道面に対
して垂直となるように方向ずけられており、か
つ、(b)軌道に沿つた飛行中、（衛星のヨー軸が地
球の中心に向くように）衛星のヨー軸を局部的鉛
直方向に対して平行に維持させるに十分な速度で
ピツチ軸を中心として回転しているならば、ロー
ル誤差とヨー誤差とは正弦波的に交替し、軌道の
約1/4周ごとに両誤差が完全に入れ替るという事
実である。より詳しく言えば、角運動量バイアス
された衛星が前述のように方向ずけられ、かつ、
前述のように軌道全体を通してスピン軸を中心に
回転いているものと仮定すると、(a)ロール誤差と
ヨー誤差のいずれも存在しない時には、ロール軸
とヨー軸は軌道面と一致する面を規定し、ピツチ
軸は、事実上、軌道面に対して垂直になり、ま
た、(b)ロール誤差とヨー誤差の双方が存在する時
には、軌道に沿う第１の軌道位置では、所定の閾
値を超えて検出されたロール誤差（これは衛星に
装備された地球感知器によつて感知される）が修
正され、衛星が第１の軌道位置から90゜離れた第
２の軌道位置に向つて（第１の軌道位置から）飛
行を続けその第２の軌道位置を通過する時に、衛
星はスピン軸を中心に回転しているので、第１の
軌道位置でヨー誤差として観測された誤差が、衛
星が第２の軌道位置に向つて接近しその位置を通
過する時には、ロール誤差として表わされ（また
感知され）る。その結果、パーケル氏の発明で
は、衛星のロール誤差が衛星の各軌道全体を通し
て連続的に感知され、所定の閾値以上の感知され
るロール誤差がある時には、衛星が軌道に沿つて
進行する時に衛星のロール軸とヨー軸を交替に
（また結果的にはピツチ軸を）所望の方向へ位置
ずけするように、トルクが衛星のヨー軸に関して
のみ与えられる。ロール誤差の閾値を低くする
と、ロールの正確さを改善するという点では有利
である。しかし、後述するように、ロール誤差軸
の閾値を低くすることは、或る場合にはヨー誤差
を減少させるが、他の場合にはヨー誤差を事実上
増加させヨー誤差を増長させることになる。

この発明の目的は、ヨー感知手段を使用せずに
しかもヨーの抑制作用を正しく制御しつつ、ロー
ル誤差とヨー誤差の双方を直接に最小化する高度
に精密な軌道衛星の姿勢制御装置を提供すること
である。

この出願の発明は、閉ループ制御系で、低傾度
軌道にある角運動量バイアスされた衛星のピツチ
軸を、軌道法線と平行にさせることについて実施
される。この装置は、ロールとヨーの両誤差を直
接に最小化するために要するトルクを働かせるの
に、適当な極性と大きさの電流で付勢される磁気
的トルク発生手段を具えている。感知手段は、衛
星のロール誤差だけに比例する信号を発生する。
この感知手段の出力信号は、閾値比較器に与えら
れ、そこで、制御トルク発生要否判定閾値と比較
される。信号が閾値（ゼロであつてもよい）を超
えると、磁気的トルク発生器を有するトルク発生
手段に適当な信号が与えられ、所要のトルク発生
のための磁束が発生され、ロール誤差が修正され
るようになる。

この発明は、地球の赤道面と小さい角を作る軌
道面にある低傾度軌道（例えば第５図の軌道８
０）を回る、ピツチ軸方向に角運動量（例えば第
ａ図の）がバイアスとして与えられた軌道衛星
のための、この衛星のロール誤差とヨー誤差を自
動的に制御してその衛星のピツチ軸と角運動量ベ
クトルとを前記軌道面に対して垂直な所望の姿勢
をとるように方向づける姿勢制御装置に関する。
そして、この装置は、 (a) 前記軌道面に対する法線と速度ベクトルとに
よつて形成される面からの前記ピツチ軸の角度
偏差、すなわち前記所望の姿勢からのロール軸
の回りの前記衛星の偏差を表わす出力信号を発
生するロール誤差感知手段と（例えば地球線感
知器６０、感知器電子回路装置６２）と、 (b) 前記衛星に設けられていて、前記衛星のロー
ル軸とヨー軸を含む平面内に在つてこの平面内
において前記ロール軸（例えば第５図のロール
軸１６）から予め定められた偏角（例えば70゜）
だけ変位した軸上に磁気的双極子（磁気的トル
ク発生手段によつて生成される磁場を意味し、
例えば第５図に示す）を発生させる磁気トルク
発生手段（例えば磁気的トルク発生器７４）
と、 (c) 前記感知手段に結合されていて、前記感知手
段の出力信号が所定のロール誤差閾値（例えば
0.02度）を越える時点を検知し、且つ、前記感
知手段の出力信号の符号が変るまで制御信号を
生成する検知手段（例えば閾値検出器６６、誤
差の向き感知器６８、論理回路７０）と、 (d) 前記検知手段に結合されていて、前記検知手
段の前記制御信号に応じて前記磁気的トルク発
生手段を付勢して前記磁気的双極子を発生させ
る手段（例えばトルク発生器ドライバ回路７
２）と、 を備えている。

上述のように、本願発明によれば、磁気的双極
子はロール軸から予め定められた偏角だけ変位し
て発生するので、この変位した磁気的双極子が地
球の磁場と相互に作用しあつてロール軸とヨー軸
との双方に沿う磁気的トルクは発生する。この結
果、本願第３図を参照して後述するように、ヨー
誤差の増大を生ずることなくロール誤差の閾値を
いくらでも低く設定することができるので、軌道
衛星を所望の姿勢に正しく維持することができ
る。

以下、添付図面を参照して詳細に説明する。

第１ａ図に、任意適当なあるいは所望の形状を
持つことのできる衛星あるいは宇宙船を表わす物
体１０が示されている。この宇宙船の質量中心１
２から、互いに垂直な３本の線すなわち符号１
４，１６および１８の附けられたＸ軸、Ｙ軸およ
びＺ軸が伸びている。これらの軸は、通常それぞ
れヨー軸、ロール軸およびピツチ軸と呼ばれる。
第１ａ図には、符号１５，１７および１９で示さ
れる三つの、局部的軌道基準単位ベクトルr^，t^お
よびn^も示されている。各単位ベクトルは、宇宙
船がその軌道に対して正常な向きにあるとき、宇
宙船の３本の胴体軸一つずつに一致する向きを持
つている。即ち、r^１５は、「名目上の」ヨー軸１
４に一致する単位ベクトルであり。t^１７は同じ
くロール軸１６に一致する単位ベクトルであり、
n^１９は、同じくピツチ軸１８に一致する正向き
の軌道面法線に平行な単位ベクトルである。

ピツチ（Ｚ）軸１８は、宇宙船１０について、
符号２１の与えられている総角運動量ベクトル
と共線的（軸とベクトルが互いに平行または一致
する）関係にあつて、その宇宙船１０が、その使
用目的に適つた向きをもつて働いているとき、そ
の軌道面に直角な方向であると定義される。この
ピツチ軸１８は、運動量輪（図示されていない）
の回転軸に平行である。これに与えられる符号の
規則として、第１ａ図に示されるピツチ軸１８は
正の向きであり、正の角運動量ベクトル２１の向
きと一致しているものとする。即ち、この分野で
の通常の取きめに従つて、宇宙船１０の持つ角運
動量は、ピツチ軸を中心として反時計回りに自転
する胴体１０を持つことと等価である。ヨー軸１
４とロール軸１６とは、互いに垂直であると共に
それぞれピツチ軸と直交している。この説明の中
で上記の様に定義され使用されるこれらの軸系は
普通の取りきめに従つてＸ−Ｙ−Ｚの順に右手指
で表わされる。Ｚ軸１８は、ピツチ軸あるいはス
ピン軸と呼ぶことにする。このＺ軸は、運動量輪
（スピン軸）（図示されていない）の軸に平行であ
る。

この発明の一つの実施例を説明するために、角
運動量ベクトルはピツチ軸１８と共線的である
と仮定する。さらにこのピツチ軸は衛星の軌道面
に垂直であるものとする。

この発明によれば、角運動量の与えられている
軌道衛星に対して、地球からの制御指令を必要と
せずに、ある自動的作動手段によつて、その衛星
の角運動量ベクトル（第１ａ図）できまる方向
が軌道面の法線と一致するようにその向きを定め
ることができる。この自動的動手段は、閉ループ
を構成する普通のトルク発生器、感知器および電
気的な論理回路を持つものである。

第１ｂ図には、この発明の一実施例に関して以
下の説明に用いられる、いくつかのパラメータを
表わす線図が示されている。第１ａ図について上
記したＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸と同じＸ軸、Ｙ軸お
よびＺ軸が第１ｂ図中の対応する位置にそれぞれ
示されている。局部的鉛直方向（地球の重心に向
う方向）ベクトル２２ａは、宇宙船のヨー軸１４
の向きを定めるために所望の基準方向と共線的に
なつている。ベクトル２４ａは、この宇宙船の軌
道面に垂直な方向を示す。直線２６ａは、軌道座
標軸２２ａ，２４ａおよび２３ａに対して、ある
ヨー角Ψ（プシー）とあるロール角φ（フアイ）を
持ちピツチ角θ_P（シータ）を持たない宇宙船のヨ
ー軸の位置を示す。同様に、直線２８ａは、ヨー
角Ψとロール角φを持ち、ピツチ角θ_Pを持たない
ロール軸の位置を示す。これらのいくつかのベク
トルで表わされる角と方向は、次のように定義さ
れる。

θ_Pは、宇宙船のピツチ誤差であつて、ピツチ軸
（Ｚ）と局部鉛直線２２ａで形成される平面とヨ
ー軸（Ｘ）との間の角であると定義される。

φは、宇宙船のロール角であつて、軌道面に対
する法線２４ａと速度ベクトル２３ａで形成され
る平面とピツチ軸との間の角であると定義され
る。

Ψは、宇宙船のヨー軸であつて、ピツチ軸と局
部鉛直線２２ａで形成される平面と軌道面法線２
４ａの間の角であると定義される。

この発明の実施は、本質的に一つのジヤイロス
コープである。スピンしている衛星の性質に関係
する。ジヤイロスコープの特性によつて安定化さ
れた宇宙船の性質の一つは、適当なトルクを与え
なければ宇宙空間内でそのスピン軸の方向を移動
させ得ないことである。

スピンで方向が定められる宇宙船では、その軌
道全体を通じてロールとヨーが正弦波的の相互に
入れ変わるから、地球を基準とする宇宙船にとつ
て最も困難なヨーの直接測定を必要としないで、
スピン軸の位置を決定することができる。

この発明においては、後述のように、ロールの
誤差が、閉ループ系の唯一の制御入力パラメータ
として用いられる。

第２図に、「名目上の」ロール／ヨー平面にお
ける宇宙船の角運動量ベクトルの投影の軌跡が示
されている。妨害トルクが存在しなければ、この
角運動量ベクトルは名目ロール／ヨー平面に垂直
であり、従つて、このベクトルの投影はこの平面
に現われない。太陽からの圧力（太陽から来るプ
ラズマの流れ−太陽風−で与えられる圧力、な
ど）重力勾配、あるいは宇宙船の磁気双極子の残
留磁束などが、単独にあるいは組合わされて生じ
る妨害トルクの結果として、上記の角運動量ベク
トルは名目ロール／ヨー平面に直角な位置から外
れ（歳差を生じ）そのため宇宙船のロール誤差と
ヨー誤差が現われる。この角運動量ベクトルの移
動の名目ロール／ヨー平面への投影は符号３６で
示される径路を描く。この径路３６は、制御トル
クが与えられなければ、次第に半径の大きくなる
渦線を形成する。その渦線の一部分のみが第２図
に示されている。

ロール軸に平行な向きを与えられていてかつ名
目的ヨー軸の傾きを修正するトルクを発生する双
極子によるトルク作用がロール誤差とヨー誤差と
に与える効果を示すために、第２図には−φ₁（３
０），−φ₂（３２）および−φ₃（３４）で示される
三つのロール誤差閾値が描かれている。双極子は
衛星のロール軸に対して平行に配置されているの
で、この双極子から生ずるトルクはヨー軸の傾き
を修正するように（ロール軸の傾きを修正するよ
うに供給される成分はない）供給される。ロール
軸に供給されるトルクが存在しないと、発生する
修正トルク（これはヨー軸にだけ供給される）
は、３８，４０，４２，…で示された方向に向つ
てロール誤差だけをゼロに減少させるように歳差
運動を起こす。前記の各閾値は、磁気的トルク作
用の始められる以前に、宇宙船に生じていること
が許されるロール誤差限界の大きさを角度で表わ
している。閾値が線３０に設定されると、ロール
軸に平行とされた双極子による磁気的トルク作用
の効果として、径路３８で示されるようにロール
とヨーの双方の誤差が減少させられる。閾値が、
線３２まで低められると、磁気的トルクの効果と
して、径路４０で示されるようにロールとヨーの
両誤差がやはり減少させられるが、それらの誤差
の減少量は、前に閾値が線３０に設定された場合
における減少量より少ない。ロール閾値がさらに
線３４まで低くされると、径路４２で表わされる
ように、ロール誤差は減少するが、ヨー誤差が増
加する。従つて、ロール軸に平行にされた磁気的
トルク発生器を用いた場合、ロール閾値を低く選
ぶとヨー誤差を成長させることになり、その大き
なヨー誤差がジヤイロスコープ的な直交結合作用
によつてロールに加えられて乱れが増すために、
かえつてロール誤差修正性能をそこなうことにな
る可能性がある。

次に、第３図にも、妨害トルクが存在する場合
に於ける、宇宙船の角運動量ベクトルの名目ロー
ル／ヨー平面に対する投影が示されている。この
投影で描かれる径路５０は渦線であり、比較のた
めに、第２図の曲線３６と同じものが描かれてい
る。第３図に示されるロール誤差についての閾値
を示す−φ₁（４４），−φ₂（４６），−φ₃（４８）
も、
第２図の三つの閾値３０，３２，３４と同じであ
る。

この発明によれば、磁気的トルク発生器は、宇
宙船内に、衛星のピツチ軸に垂直で、ヨー軸とロ
ール軸で形成される平面内にある磁気双極子を形
成するように設けられる。この双極子は、パーケ
ル氏の発明における双極子のように平面内に配置
されるが、パーケル氏の発明とは違つて、ロール
軸に対して平行とはならずその平面内で所定の偏
角だけロール軸から変位するように方向ずけられ
る。その結果、本願発明の双極子が付勢される
と、合成トルクの各成分が、ロール誤差をゼロに
減少させるようにヨー軸に供給され、また、ロー
ル軸に対しても或る方向に供給されて、ヨー誤差
をゼロにする方向にヨー軸を中心とする歳差運動
を起こす。磁気双極子をこのように方向ずけする
ことの効果は、種々のロール閾値について第３図
を調べ、その磁気的トルク作用の効果を同じ閾値
について第２図で示されたものと比べることによ
つて、理解されよう。、ロール誤差閾値が線４４
に設定されているときの、上記偏角（スキユー）
の与えられた双極子による磁気的トルク作用の効
果が、径路５２で表わされている。第３図の径路
と第２図の径路３８を比較すれば、同じロール閾
値−φ₁について、偏角を与えられた双極子の方
が、ロール軸に平行に置かれた双極子に比して遥
かに大きくロール誤差とヨー誤差を減少させるこ
とがわかる。同様に、第２図と第３図の比較によ
つて、−φ₂と−φ₃のロール閾値についても、偏角
を与えられた双極子は、径路５４，５６で示され
るように、ロール軸に平行な双極子よりも良好な
修正をロール誤差とヨー誤差の両方について行な
うことがわかる。閾値が−φ₃まで下げられると
偏角を与えられた双極子では、径路５６で示され
るように、ロール誤差とヨー誤差の双方が減衰さ
れるが、ロールに平行な双極子では、第２図の径
路４２で示されるように、ヨー誤差がかえつて増
大することに注目すべきである。このようにロー
ル／ヨー平面内で制御双極子にある偏角を与える
ことにより、ロール閾値をゼロまでも低下させる
ことが可能になり、ロール軸に平行にされた双極
子に比べて、宇宙船の姿勢をより正しく設定する
ことができる。

次に、第４図に、この発明の実施例を表わすブ
ロツク図が示されている。衛星１０に適当に設け
られた地平線感知器６０のような姿勢感知器は、
地表面からのエネルギーに応動する。この姿勢感
知器は、この分野で知られている任意適当な構成
のものでよい。代表的な形態として、“Ｖ”字形
に地平線を走査する１対の感知器を設けることが
できる。この地平線感知器６０からの信号に応じ
て、感知器に付属する電子回路装置６２は衛星の
ロール誤差φに比例する信号を発生する。前述の
如く衛星のロール誤差は、角運動量軸（すなわ
ち、第１ｂ図のＺ軸と一致している軸）と、速度
ベクトルと軌道面法線で形成される平面（第１ｂ
図の速度ベクトル２３ａと軌道面法線２４ａとで
形成される平面）の間の位置ずれを表わす。地平
線感知器６０および／または感知器電子回路装置
６２の具体的な構成によつて、回路装置６２から
の出力信号はアナログ波形でもデジタル形でもよ
い。

感知器電子回路装置６２の出力は、雑音を少く
するために、電子的なまたはデイジタルなフイル
タ６４で処理される。この濾波処理された出力信
号は、閾値検出器６６で所定の閾値レベルと比較
される。この閾値レベルは、その衛星に要求され
る姿勢の精度に従つて決められる。場合によつて
はこの閾値レベルがゼロレベルであつてもよい。
在来の、例えば特開昭49−8000号公報に開示の閾
値検出器６６は、ロール誤差が所定の閾値レベル
を超えると或る出力信号を発生しこれを維持する
回路を具えている。この検出器６６からの出力信
号はロール誤差の符号が変わるまで維持される。
この符号が変わることは、トルク発生器７４によ
り発生された制御トルクによつて、ロール誤差が
最小化されたことを示す。もし、ロール誤差が所
定の閾値レベル以上であれば、トルク発生器７４
で発生される磁気双極子の向き（極性）が、誤差
の向き感知器６８で決定される。誤差の向き感知
器６８で示される誤差の向きによつて、磁気的ト
ルク発生器に流れて所望の制御トルクを発生させ
る電流の向き（極性）が決定される。たとえば、
地平線感知器６０が、“Ｖ”字形とされた１対の
感知器から成るものであれば、誤差の向き感知器
６８は、どちらの感知器出力が他方よりも先行す
るかを示し、これによつてロール誤差の向きが表
わされる。この型の地平線感知器に対しては、誤
差の向き感知器６８は、これらの感知器からの二
つの出力信号を比較する適当な位相比較検出器で
ある。

機能組合せ論理回路７０は、閾値検出器６６と
誤差の向き感知器６８の双方からの出力信号に応
じて、トルク発生器ドライバ回路７２に、ロール
誤差が最小となるようにトルク発生器７４を作動
させるのに適当な電流の極性と大きさを指示す
る。ドライバ回路７２は、普通は電流源または電
圧源で構成されていて、これらの電源は論理回路
７０からの信号に応じて、磁気的トルク発生器７
４に対する適当な電流極性を決める信号を発生す
る。磁気的トルク発生器７４は、たとえば空心コ
イルまたは電磁石のような単一のユニツトでもよ
いし、あるいは船体への取付けの便のために、
個々のベクトルの和が所望の双極子としての大き
さと極性となる磁気双極子を形成するように複数
個のユニツトを配列したものでもよい。そこで、
磁気的トルク発生器７４に流れる電流の向きは、
濾波されたロール誤差信号の向きできまる。

第５図は、この発明が実施されている衛星に関
係する種々の力とトルクのベクトル関係を、別の
形で示すものである。この図は、地球８２を周る
同期（静止）高度軌道８０にある衛星１０を示
す。軌道８０の面は、大体赤平面に一致してい
る。同期高度にある衛星にとつて、地球の磁場Ｂ
は軌道法線に事実上平行である。ロール／ヨー平
面内でピツチ軸に直交するように衛星内に置かれ
る磁気的トルク発生器７４は、図示される座標系
について、〔＋ロール軸〕と〔−ヨー軸〕に沿う
成分または〔−ロール軸〕と〔＋ヨー軸〕に沿う
成分を持つ磁気双極子を発生する。これらの成分
を持つ磁気双極子と地球の磁場との相互作用で、
〔＋ロール軸〕と〔＋ヨー軸〕に沿うトルク、あ
るいは〔−ロール軸〕と〔ヨー軸〕に沿うトルク
からなる磁気的制御トルクが発生される。この制
御トルクが衛星のロール誤差とヨー誤差を減少す
るのに用いられる。

一つの計算機化モデルに従つて種々のロール閾
値に基づく計算を行ない、双極子磁場の強さ、ロ
ール／ヨー平面内での双極子位置を決定した。こ
の計算には、ピツチ軸方向に特定に角運動量がバ
イアスとして与えられた低傾度軌道衛星の計算機
化モデルを使用した。この計算機化モデルに用い
られた入力パラメータは、地球の磁場（約0.9ミ
リガウス）、軌道の形（静止軌道）、宇宙船に与え
られる予想される種々の妨害（外乱）トルク（ロ
ール軸に沿つて約40μin−lb）と宇宙船角運動量
（350in−lb−sec）である。妨害トルクは、個々
にあるいは互いに組み合わされて働く太陽風の圧
力、重力勾配、宇宙船の残留磁気双極子などから
生じる。これらの妨害トルクは、太陽風の圧力と
重力勾配によるトルクの効果を表わすためには、
宇宙船の船体の表面性質と質量性質を具体的に定
め、また、残留磁気双極子によるトルクの効果を
表わすには、宇宙船の船体の各軸における双極子
成分（上記計算機化ヨデルでは5.0Atm²）を具体
的に定めることによつて、計算に入れることがで
きる。

それから、偏角を与えられた双極子とその種々
の方向を計算機化モデルに入力した。それから、
ロール／ヨー平面内での双極子によつて最良の方
向を決めるために、双極子の大きさと方向を変化
させた。

この特定のピツチ軸方向にある角運動量がバイ
アスとして与えられた衛星とこれに与えられた任
務に対して、ロール閾値は0.02度に設定すること
ができ、双極子磁場の強さは90.0Atm²であり、ま
た双極子はロール／ヨー平面内で〔＋ロール軸〕
から〔−ヨー軸〕に向けて70゜だけ回転させた軸
線に平行の方向を与えるべきことが、コンピユー
タ・モデルで示された。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は、衛星とその角運動量ベクトルに関
係する三つの軸を示す図、第１ｂ図は、軌道法線
に関係する慣性の軸を示す図、第２図は、磁気双
極子をロール軸に平行に向けた状態でロール／ヨ
ー制御を行なつた場合の、局部軌道ロール／ヨー
平面へのピツチ軸の動きの投影を示す図、第３図
は、磁気双極子がロール／ヨー平面内でロール軸
とある偏角を作る方向に置かれたときの、第２図
と同様の図、第４図は、この発明の実施例とする
閉ループロール／ヨー制御装置のブロツク図、第
５図は、この発明に関係する機械的な制御に関連
するベクトル関係を示す図である。第１ａ〜第３
図で、１０……衛星の胴体、１２……その質量中
心、１４（＋Ｘ）……ヨー軸、１６（＋Ｘ）……
ロール軸、１８（＋Ｚ）……ピツチ軸、r^，t^，n^
……衛星の存在する軌道上の点における基準ベク
トル、Ψ……ヨー軸、φ……ロール角、θ_P……ピ
ツチ角、−φ₁，−φ₂，−φ₃……ロール誤差閾値；第
４図で、６０……地平線感知器、６２……感知器
電子回路装置、６４……フイルタ、６６……閾値
検知器、６８……誤差の向き感知器、７０……論
理回路、７２……トルク発生器のドライバ、７４
……磁気的トルク発生器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 地球の赤道面と小さい角を作る軌道面にある
   低傾度軌道を回る、ピツチ軸方向に角運動量がバ
   イアスとして与えられた軌道衛星のための、この
   衛星のロール誤差とヨー誤差を自動的に制御して
   その衛星のピツチ軸と角運動量ベクトルとを前記
   軌道面に対して垂直な所望の姿勢をとるように方
   向づける姿勢制御装置であつて、 (a) 前記軌道面に対する法線と速度ベクトルとに
   よつて形成される面からの前記ピツチ軸の角度
   偏差、すなわち前記所望の姿勢からのロール軸
   の回りの前記衛星の偏差を表わす出力信号を発
   生するロール誤差感知手段と、 (b) 前記衛星に設けられていて、前記衛星のロー
   ル軸とヨー軸を含む平面内に在つてこの平面内
   において前記ロール軸から予め定められた偏角
   だけ変位した軸上に磁気的双極子を発生させる
   磁気トルク発生手段と、 (c) 前記感知手段に結合されていて、前記感知手
   段の出力信号が所定のロール誤差閾値を越える
   時点を検知し、且つ、前記感知手段の出力信号
   の符号が変るまで制御信号を生成する検知手段
   と、 (d) 前記検知手段に結合されていて、前記検知手
   段の前記制御信号に応じて前記磁気的トルク発
   生手段を付勢して前記磁気的双極子を発生させ
   る手段と、 を備えた軌道衛星の姿勢制御装置。