JPH0472000A - 静止光ファイバ・テザー衛星方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 静止光ファイバ・テザー衛星方式に関し、静止テザー衛
星を構成するテザー線、例えばケブラーの中に光ファイ
バ線を埋め込み、情報の伝送を可能とし、 ■　静止テザー衛星を構成する衛星間中継、■　衛星監
視制御信号伝達による制御系の簡略化および経済化、 ■　テザー線の伸び等の測定によるテザー衛星の距離制
御、センサーの実現 などを目的とし、 静止衛星軌道上の１衛星を中心にして該衛星と地球め中
心を結ぶ直線上の両側に複数の衛星を配置し、内部に複
数の光ファイバ線を含んだ強度の優れた細い高分子材料
線から構成された通信可能な光ファイバ・テザー線で衛
星間を連鎖し、該複数衛星間の地球からの重力の差によ
り生ずる重力傾度により常に地球の中心方向を安定に指
向して全体として地球の自転速度とほぼ同じ速度で回転
する静止衛星系を構成したものである。

［産業上の利用分野］ 本発明は、静止衛星軌道（Ｇｅｏｓｔａｔｉｏｎａｒｙ
　５ａｔｅ１１ｉｔｅ　０ｒｂｉｔ：ＧＳＯ）上の１衛
星を中心に両側に複数の衛星をテザー状に連鎖した静止
テザー衛星のテザー線に光ファイバを埋め込んで衛星間
中継を行う新しい衛星方式（静止光ファイバ・テザー衛
星方式と言う）に関するものである。

〔従来の技術〕

有限の天然資源である静止衛星軌道（ＧＳＯ）の混雑は
近年に到りますます激しくなり、この有効利用と打上可
能衛星数の増加が必要である。

軌道有効利用のために、国際無線通信諮問委員会（ＣＣ
ＪＲ）の固定衛星業務研究グループ（ＳＧ−４）で研究
されてきており、ＣＣＪＲＲｅｐ　、４５３−４に記述
されている。これには、アンテナ・サイドロープ特性の
改善（オフセット・カセグレン・アンテナの使用など）
、偏波の利用、スポット・ビーム衛星アンテナの利用、
干渉許容値の緩和、干渉補償、サービス・エリアの地域
的分布を考慮した衛星最適配置（１）　などがあり、軌
道有効利用率の改善を図ってきている。この改善率は夫
々の技術で２〜３倍の場合が多くさらに新しい技術が必
要とされる。

静止テザー衛星（Ｇｅｏｓｔａｔｉｏｎａｒｙ　Ｔｅｔ
ｈｅｒ　５ａｔｅｌｌｉｔｅ：ＧＴＳ）　”　は静止衛
星軌道の利用を一本の線から二次元的な使用に拡大する
もので１０〜２０倍の軌道有効利用率の改善が可能とな
るものである。

第４図は静止テザー衛星（ＧＴＳ）を説明する図である
。同図において、１は静止衛星軌道（ＧＳＯ）、２ない
し４は衛星、５は細線、６は地球をそれぞれ示している
。

静止テザー衛星は、第４図に示すように、静止衛星軌道
１上の衛星２を中心にして、この点と地球６の中心との
線上に複数の衛星３．４を配置し、この間を直径１ｍｍ
以下のＫｅｂ　Ｉｅｒ材などの細線５で接続する。この
時、地球６の引力により異なった重力が各衛星にかかり
、重力傾度が発生する。この結果、この衛星群２，３．
４は安定に地球のまわりを回転し、その周期が地球回転
と一致すれば静止して見える。地球局から見て、衛星間
隔がある程度の分離角を有している場合には同一周波数
帯が各衛星用に使用でき、衛星の個数倍の軌道有効利用
が達成出来る。

各周波数のパラメータを現在の技術で実現されているハ
ードウェアの特性を用いて通信容量を計算すると、静止
衛星軌道１１だけを用いる従来のシステムに比較して、
第７図に示す様に、６／４ＧＨｚ帯では３〜５倍、１４
／１ｉＧＨｚ帯では８〜１４倍、３０　／　２０　Ｇ　
Ｈｚ帯では１０〜１８倍の通信容量の増加が実現出来る
。

参考文献 （１）初出、室谷、“静止衛星軌道有効利用におけるサ
ービス・エリアの地域的分布の影響”、電子通信学会誌
論文誌、　Ｖｏｌ、６２−Ｂ、Ｎｏ、６＋ｐｐ、５１９
−５２６．１９７９−０６ （２）初出、“静止衛星軌道に係わる諸問題とその有効
利用のための各種対策゛°、北海道工業大学研究紀要、
第１６号、　ｐｐ、２９１−３０４＋　１９８８−０３
〔発明が解決しようとする課題〕 上述のように静止テザー衛星は、静止衛星軌道への打上
可能衛星数やシステム内の通信容量の増加に大きな効果
があるが、各衛星間はケブラー等のテザー線５で結ばれ
ているだけで、情報の伝達は各衛星毎に地上の専用地球
局から伝送する必要がある。このため地球局数は衛星数
だけ必要となるのは当然である。

また、静止テザー衛星を構成する衛星間隔は地球局アン
テナのサイドローブの切れが所要のＣ／Ｉを満足するだ
けの距離を離す必要がある。このため、干渉経路の複雑
となる従来の方法では衛星間隔が大きくなり、静止テザ
ー衛星を構成するテザー線５が長くなる。このことは、
重量、信顛性。

価格などの点で不利であるものと考えられる。

本発明は、この点に鑑みて創作されたものであって、静
止テザー衛星を構成するテザー線、例えばケプラーの中
に光ファイバ線を埋め込み、情報の伝送を可能とし、 ■　ＧＴＳを構成する衛星間の中継、 ■　衛星監視制御信号伝達による制御系の簡略化および
経済化、 ■　テザー線の伸び等の測定によるテザー衛星の距離制
御、センサーの実現 などを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

そしてそのため、本発明の静止光ファイバ・テザー衛星
方式は、静止衛星軌道上の１衛星を中心にして、該衛星
と地球の中心を結ぶ直線上の両側に、複数の衛星を配置
し、該衛星間を、内部に複数の光ファイバ線を含んだ強
度の優れた細い高分子材料線から構成された通信可能な
光ファイバ・テザー線で連鎖し、該複数衛星間の地球か
らの重力の差により生ずる重力傾度により、常に地球の
中心方向を安定に指向して、全体として地球の自転速度
とほぼ同じ速度で回転する静止衛星系を構成することを
特徴とするものである。

また、本発明においては、該複数の衛星が異なったサー
ビス・エリアを照射し、該光ファイバ・テザー線により
該複数衛星間で衛星間中継を行う構成にしておき、該サ
ービス・エリアの地域的分布に着目して該複数衛星の配
列順序を決定している。

更に、本発明においては、地球から全ての衛星への監視
制御信号の伝送または全ての衛星からの地球への監視制
御信号の伝送を所定の衛星と該衛星をアクセスしている
地球局との間で行い、該衛星から残りの衛星には該光フ
ァイバ・テザー線を経由して地球局からの監視制御信号
を伝送し、各衛星では自分宛の監視制御信号を分離し、
当該監視制御信号で指示された制御を行っている。

更に、本発明においては、該光ファイバ・テザー線の中
の光ファイバ線の一部に衛星間距離測定用ディジタル信
号を伝送しておき、２衛星間の距離が変化した時に該衛
星間距離測定用ディジタル信号の位相変化を測定するこ
とにより該距離変化量を測定している。

〔作用〕

本発明においては、衛星間を光ファイバ・テザー線で連
鎖しているので、静止光ファイバ・テザー衛星を構成し
ている衛星間の中継を簡単に行うことが出来る。

また、本発明においては、複数の衛星のそれぞれが互い
に異なるサービス・エリアを照射し、光ファイバ・テザ
ー線で複数の衛星間中継を行う構成とし、サービス・エ
リアの地域的分布に基づいて複数衛星の配列順序を決定
しているので、光ファイバ・テザー線の総合長を短くす
ることが出来る。

更に、本発明においては、特定の衛星（例えば、地球に
一番近い衛星）と該特定の衛星のサービス・エリアの中
に存在する地球局との間でデータ伝送を行い、地球局か
ら衛星に送るべきデータを特定の衛星を介して行い、ま
た、衛星から地球局に送るべきデータを特定の衛星を介
して行っているので、全ての衛星の姿勢制御や速度制御
、衛星監視テレメトリ−信号、その他の信号の伝送のた
めの衛星監視制御地球局の数を少なく出来ると共に、複
数衛星内の監視制御信号送受信装置を省略することが可
能である。

更に、本発明においては、光ファイバ・テザー線中の光
ファイバ線に衛星間距離測定用ディジタル信号を伝送し
ておき、衛星間距離測定用ディジタル信号の位相変化に
基づいて衛星間距離の変化量を測定しているので、他の
距離測定用機器の搭載を省略することが出来る。

〔実施例〕

第１図は本発明の光ファイバ・テザー線の例を示す図で
ある。同図において、１０はケブラー（またはアラミド
・ファイバ）、２０は光ファイバ線、３０は光ファイバ
・テザー線をそれぞれ示している。

静止光ファイバ・テザー衛星（Ｐ−ＧＴＳ）で使用され
る光ファイバ・テザー線３０は、第１図に示すように、
直径約１　ｍｍ程度のケブラー（またはアラミド・ファ
イバ）の中に、直径約１２５μｍの光ファイバ線２０を
複数本埋め込んで構成されている。

光ファイバ・テザー線３０の中を高速信号が伝送できる
ようになっている。

第２図は本発明の静止光ファイバ・テザー衛星方式の例
を示す図である。同図において、ｌは静止衛星軌道、６
は地球、３２ないし３４は衛星、３５と３６は衛星間隔
をそれぞれ示す。

第２図に示すように、光ファイバ・テザー線３０で複数
の衛星３２，３３．３４を接続して、中心の１衛星３２
を静止衛星軌道ｌ上に配置して静止させることにより静
止衛星系を構成する。これにより、静止光ファイバ・テ
ザー衛星方式が得られる。

この時の衛星間の間隔３５．３６は、 ■　使用周波数 ■　地球局アンテナの寸法 ■　地球局アンテナのサイドローブ特性■　所要衛星系
での許容干渉量 ■　変復調方式 ■　サービスエリアが同一か、異なっているかなどで決
定される。

この衛星間隔３５．３６が短ければ、衛星の重量が小さ
くなって打上コストが少なくなる。各衛星間の方向制御
や速度制御が容易になる。同じ長さのテザー長の場合に
は接続できる衛星数を増加できる。信軌性が良くなる。

などの長所が得られる。

光ファイバ・テザー線３０の中を情報が伝送出来ること
により、衛星間中継が可能となる。これにより、衛星間
隔３５．３６を短くすることが可能であり、以下にこれ
を説明する。

第５図はシングルビーム衛星通信方式とマルチビーム衛
星通信方式を説明する図である。同図において、４０は
シングルビーム衛星通信方式、４１はマルチビーム衛星
通信方式、４２はビーム、４３はシングルビーム衛星、
４４はサービス・エリア、４５は複数のビーム、４６は
サテライト・スイッチをそれぞれ示している。

第５図はシングルビーム衛星通信方式４０とマルチビー
ム衛星通信方式４１について説明している。従来の衛星
通信では、日本のＣ８−２やＣ５３（さくら２，３号）
のように、ビーム４２が単一であるシングルビーム衛星
４３が大部分であった。しかし、さらに大容量化を図り
、経済的な衛星システムを構築するためには、マルチビ
ーム衛星通信方式４１の採用が有効である。

マルチビーム衛星通信方式４１は日本又は米国などのサ
ービス・エリア４４を複数のビーム（マルチビーム）４
５で照射して、衛星にサテライト・スイッチ４６を搭載
し、ビーム相互間の切替を行って大容量の伝送を行うも
のである。１つの衛星のビームは複数サービス・エリア
４４すべてを照射しており、逆に１つのサービス・エリ
ア中には１つの衛星にアクセスする１つの地球局が必要
である。衛星が複数になった場合は１サービス・エリア
中に衛星数だけの地球局が存在する。

第６図は従来の静止テザー衛星（ＧＴＳ）を用いたマル
チビーム衛星通信方式を説明する図である。

同図において、１は静止衛星軌道、６は地球、５１ない
し５８は８個のサービス・エリア、６１ないし６８は８
個の衛星、６９は衛星間隔の合計をそれぞれ示している
。

上述のマルチビーム衛星方式を静止テザー衛星に適用す
ることにより、効率的に大容量伝送が行われるものと考
えられる。第６図はこの１例を示しており、８サービス
・エリア５１ないし５８を照射する８個の衛星６１〜６
８がテザー線で連鎖されている例を示している。各衛星
６１ないし６８は８サービス・エリア５１〜５８を照射
しているので干渉ルートは複雑となり、衛星間隔の合計
６９は大きくなる。この理由は、テザー線がケブラーの
みで情報伝送が行えないためである。

第３図は本発明によるマルチビーム衛星通信方式を説明
する図である。同図において、■は静止衛星軌道、６は
地球、５１ないし５８は８個のサービス・エリア、７１
ないし７７は光ファイバ・テザー線、８１ないし８８は
８個の衛星、８９は衛星間隔の合計、９０は制御信号を
それぞれ示している。

第３図の静止テザー衛星では、本発明による光ファイバ
・テザー線７１ないし７７を使用して衛星８１ないし８
８間を接続している。これは従来から考えられている衛
星間中継（Ｉｎｔｅｒ　５ａｔｅｌｌｉｔｅ　Ｌｉｎｋ
：ｌ５Ｌ）を電波（２３ＧＨｚ、６０ＧＨｚなど）やレ
ーザ光を使用することなく、衛星間通信を光ファイバ・
テザー線７１ないし７７で実現するものである。

第３図の実施例では、１衛星はｌサービス・エリアを専
用に照射し、各サービス・エリア間の情報は光ファイバ
・テザー線７１ないし７７で伝送するようにしている。

この結果、干渉ルートは非常に単純化され、サービス・
エリア５１ないし５８が地理的分布していることを考慮
して衛星配列順序を決定するアルゴリズム（菖）　を用
いると、衛星間隔の合計８９を小さくすることが可能と
なる。

第６図のマルチビーム衛星方式と比較すると、テザー線
長を約１／３に短縮することが可能となる。

また、第６図の静止テザー衛星の場合における衛星６１
ないし６８の位置の制御は各衛星向けのアンテナを具備
し、同時に制御信号を送り、個々に制御することが必要
である。この原因はテザー線に信号が伝送出来ないため
である。

一方、第３図のような光ファイバ・テザー線７１ないし
７７を使用する本発明の実施例においては、例えば地球
に一番近い衛星８８のサービス・エリア５３内に存在す
る地球局から制御信号９０を衛星８８に伝送すれば、衛
星８８から光ファイバ・テザー線７１ないし７７を通し
て残りすべての衛星８１ないし８７に制御信号を伝送す
ることが可能となる。制御信号とは、例えば衛星の姿勢
制御のための制御信号や位置制御のための制御信号であ
る。各衛星で得られた観測データや各衛星の状態を示す
データを衛星８８を介して地球局に送ることも出来る。

この結果、衛星監視制御局は１ケ所（予備を考えても２
ケ所）で良く、システムの経済化に寄与する。

また、第１図の光ファイバ・テザー線３０の中の１本ま
たは複数本の光ファイバに衛星間距離測定用ディジタル
信号を通しておき、衛星間の距離が変化し、光ファイバ
・テザー線の長さが増減した時に、ディジタル信号の位
相の変化を測定することにより変化量を知ることが可能
となる。これにより、非常に精度の良い測定が可能とな
り、測定系は電子部品で構成できるので小型、信顧性。

軽量化の点で有利となる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明の静止光ファイ
バ・テザー衛星方式は、光ファイバを使用しない従来の
静止テザー衛星方式に比べて下記のような効果を有する
。

（ａ）　　テザー衛星を連鎖する際に、光ファイバ・テ
ザー線に情報を伝送し、衛星間中継機能を付加すること
が可能となる。これにより、各衛星が異なったサービス
・エリアを照射し、サービス・エリアの地域的分布を考
慮してテザー衛星の順序を決め配列することにより、衛
星間の干渉条件を緩和でき、衛星間隔を小さくすること
が出来る。これにより、テザー線長を短くでき、テザー
・システムの重量、信軌性、コスト等の改善が可能とな
る。

（ロ）上記の光ファイバ・テザー線により、衛星間中継
機能が付加されると、サービス・エリア内の地球局は特
定の専用衛星にアクセスすれば良い、これは光ファイバ
・テザー線を用いない静止テザー衛星システムで複数サ
ービス・エリアを照射するマルチビーム衛星を連鎖する
方式では、各サービス・エリアに衛星の数だけの地球局
を設置する必要があるが、これに比べて本発明を採用し
たシステムでは大幅なシステム経済化が可能である。

（Ｃ）　　静止テザー衛星システムでは各衛星の位置。

速度の調整を衛星監視制御局から行う必要がある。光フ
ァイバ・テザー線を使用しない場合は個々の衛星毎に個
別に監視制御する必要があり、それだけのアンテナや送
受信装置などを地上に設備する必要があった。光ファイ
バ・テザー線を用いることにより、光ファイバ・テザー
線を介して衛星間に制御信号が伝送でき、１個の衛星の
みに制御信号を伝送すれば良く、地球局は少なくて良い
。また、テザー衛星の最も近い衛星に制御信号を送れば
良く、自由空間損失が小さく、地球局のアンテナ直径や
送信出力が小さくて良く、システムの経済化が可能とな
る。また、遅延量が少ないので、緊急な場合などに迅速
な制御が可能となる。

（ｄ）　　光ファイバ・テザー線の中にディジタル信号
を伝送しておき、その長さが変化した場合にディジタル
信号の位相変化を検出すれば伸縮の値が分る。この情報
を衛星の位置制御に必要な信号として用いることにより
、大型のテザー張力検出装置を新たに搭載する必要が無
く、静止テザー衛星システムの経済化が図れる。

（ｅ）　　光ファイバ・テザー線は、静止テザー衛星シ
ステムへの適用を考えているが、地上における情報伝達
にも当然使用可能である。例えば基地局の大型地球局と
多数の小型地球局の間を衛星で結び、この小型地球局か
ら各加入者（家庭）への分配を行う場合に、該光ファイ
バ・テザー線を使うことが可能である。幹線用光ファイ
バ・ケーブルは中継器の半導体部品等を動作させるため
にバイアス給電用の銅線が必要でケーブル中に含まれる
が、上記の加入者用回線では距離はある程度短く、各家
庭には商用電源が供給されているので、バイアス給電用
銅線は不要である。このような部品型地上光伝送路に光
ファイバ・テザー線を用いることにより、経済化が図れ
、１加入者当たりの負担金が少なくてすむ。

げ）その他、航空機や船艦、自動車、ビル内などの情報
伝送線路として使え、非常に細くて軽量で電磁誘導など
による影響を受けないために、有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光ファイバ・テザー線の例を示す図、
第２図は本発明の静止光ファイバ・テザー衛里方式を説
明する図、第３図は本発明によるマルチビーム衛星通信
方式を説明する図、第４図は静止テザー衛星を説明する
図、第５図はシングルビーム衛星通信方式とマルチビー
ム衛星通信方式を説明する図、第６図は従来の静止テザ
ー衛星（ＧＴＳ）を用いたマルチビーム衛星通信方式を
説明する図、第７図は従来方式に比べたＧＴＳ方式の衛
星数２通信容量増加の例を示す図である。 ｌ・・・静止衛星軌道、２ないし５・・・衛星、６・・
・地球、１０・・・ケブラー、２０・・・光ファイバ線
、３０・・・光ファイバ・テザー線、３２ないし３４・
・・衛星、３５と３６・・・衛星間間隔、４０・・・シ
ングルビーム衛星通信方式、４１・・・マルチビーム衛
星通信方式、４２・・・ビーム、４３・・・シングルビ
ーム衛星、４４・・・サービス・エリア、４５・・・複
数のビーム、４６・・・サテライト・スイッチ、５１な
いし５８・・・８個のサービス・エリア、６１ないし６
８・・・８個の衛星、６９・・・衛星間隔の合計、７１
ないし７７・・・光ファイバ・テザー線、８１ないし８
８・・・衛星、８９・・・衛星間隔の合計、９０・・・
制御信号。 特許出願人　　　初　１）健（外２名）代理人弁理士　
　京　谷　四　部 本’１ｌ−ｅＡｔ）光ファイノ（・テブーに巣箱 図 オリ行明へ静止光ファイバ・ｉす“−慎ゼ１方氏第２図 静止テブーＶも 第４図 シンクルビーム侯１畳ｊ１１方式ヒマル＋ビーム鵠１星
２ｉ化力式第５図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）静止衛星軌道上の１衛星を中心にして、該衛星と
   地球の中心を結ぶ直線上の両側に、複数の衛星を配置し
   、 該衛星間を、内部に複数の光ファイバ線を含んだ強度の
   優れた細い高分子材料線から構成された通信可能な光フ
   ァイバ・テザー線で連鎖し、該複数衛星間の地球からの
   重力の差により生ずる重力傾度により、常に地球の中心
   方向を安定に指向して、全体として地球の自転速度とほ
   ぼ同じ速度で回転する静止衛星系を構成する ことを特徴とする静止光ファイバ・テザー衛星方式。
2. （２）該複数の衛星が異なったサービス・エリアを照射
   し、 該光ファイバ・テザー線により該複数衛星間で衛星間中
   継を行う構成にしておき、 該サービス・エリアの地域的分布に着目して該複数衛星
   の配列順序を決定する ことを特徴とする請求項（１）記載の静止光ファイバ・
   テザー衛星方式。
3. （３）地球から全ての衛星への監視制御信号の伝送また
   は全ての衛星からの地球への監視制御信号の伝送を所定
   の衛星と該衛星をアクセスしている地球局との間で行い
   、 該衛星から残りの衛星には該光ファイバ・テザー線を経
   由して監視制御信号を伝送し、 各衛星で自分宛の監視制御信号を分離し、当該監視制御
   信号で指示された制御を行う ことを特徴とする請求項（１）記載の静止光ファイバ・
   テザー衛星方式。
4. （４）該光ファイバ線の中の光ファイバ・テザー線の一
   部に衛星間距離測定用ディジタル信号を伝送しておき、 ２衛星間の距離が変化した時すなわち光ファイバー・テ
   ザー線の長さが増減した時に該衛星間距離測定用ディジ
   タル信号の位相変化を測定することにより該距離変化量
   を測定することを特徴とする請求項（１）記載の静止光
   ファイバ・テザー衛星方式。