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技術 衛星航行システム及び衛星の軌道投入方法

出願人 NECスペーステクノロジー株式会社
発明者 青山順一
出願日 2001年4月17日 (20年4ヶ月経過) 出願番号 2001-118004
公開日 2002年10月23日 (18年10ヶ月経過) 公開番号 2002-308198
状態 特許登録済
技術分野 航行(Navigation) 宇宙航行 航行(Navigation) 飛行船・気球・飛行機
主要キーワード 共通予備 フィージビリティ 衛星航行システム 初期軌道 移動周期 軌道投入 予備衛星 予備機
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この項目の情報は公開日時点(2002年10月23日)のものです。
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図面 (7)

課題

従来の衛星打ち上げステムに比べて、ロケット等を使用した衛星の打ち上げ回数を少なくする事によって経済的な衛星の打ち上げシステム及び打ち上げ方法を提供する。

解決手段

地球1の赤道2に対して所定の傾斜角度θに設定された、当該地球1を周回する複数個軌道4−1、4−2、4−3であって、それぞれの軌道面S1、S2、S3が、互いに所定の角度を形成する様に配置されており、且つ各軌道には少なくとも一つの衛星5が投入され、当該それぞれの衛星5は、互いに所定の位相を以て当該個々の軌道4−1、4−2、4−3を周回する様に構成されていると同時に、LEパーキング軌道6に少なくとも一つの予備衛星7を常時周回させておく様に構成された衛星航行システム100、及び。LEOパーキング軌道6に複数個の衛星を一旦打ち上げた後、各衛星を軌道4のそれぞれに個別に投入する衛星の打ち上げ方法。

概要

背景

従来から、通信ステムGPSシステムに使用されている人工衛星は、ビルの様な建物や、山等の障害物に影響されないで所定の情報通信が出来る様に、出来るだけ高度の高い、つまり天頂に近い位置に静止させておく必要があり、その為に、例えば、図3に例示する軌道傾斜角45゜で、静止軌道と同一軌道高度に代表される高々度・高軌道傾斜角で周期24時間の準天頂軌道を3面用いて、各々に衛星を投入する準天頂軌道衛星システムが知られている。

かかる準天頂軌道衛星システムに於いては、それぞれの準天頂軌道に一つの衛星を投入して、それぞれの準天頂軌道においては、相互の衛星の移動周期に所定の位相差を持たせて周回させると、図4に示す様に、8の字型の地上軌跡軌跡を描きつつ軌道運動を行い、中高緯度地域にも、常時、仰角70゜以上の高仰角可視が得られると言う特徴を有しているので、この高仰角可視性の特徴の故に、地上障害物による通信遮断の無い移動体衛星通信サービス提供が可能である事から、近年注目を集めている。

かかるシステムでは、図5に示す様に、一つの地域で24時間の間に、3個の衛星が途切れることなく順次天頂付近で、高度は時間により異なるものの、略同一の角度範囲内に目視されるので、好ましいシステムである。

しかし、上記した従来のシステムに於いては、3面の異なる軌道面から構成されている事により、例えば、デュアルロンチ等によって、1回の衛星打ち上げロケットの打ち上げで、2台の衛星を別々の軌道面に投入する事は、相当のエネルギーを要することから実現性が乏しく、従って、1回の衛星打ち上げロケットの打ち上げで、1台の衛星しか打ち上げる事が出来ないので経済的な軌道投入が出来ないと言う問題が有った。

更に、従来のシステムに於いては、軌道上共通予備衛星が不可能であるなどの理由により、システム構築が高額になると言う欠点が在った。この為、経済的・効率的なシステム構築の実現が課題であった。

概要

従来の衛星打ち上げシステムに比べて、ロケット等を使用した衛星の打ち上げ回数を少なくする事によって経済的な衛星の打ち上げシステム及び打ち上げ方法を提供する。

地球1の赤道2に対して所定の傾斜角度θに設定された、当該地球1を周回する複数個の軌道4−1、4−2、4−3であって、それぞれの軌道面S1、S2、S3が、互いに所定の角度を形成する様に配置されており、且つ各軌道には少なくとも一つの衛星5が投入され、当該それぞれの衛星5は、互いに所定の位相を以て当該個々の軌道4−1、4−2、4−3を周回する様に構成されていると同時に、LEパーキング軌道6に少なくとも一つの予備衛星7を常時周回させておく様に構成された衛星航行システム100、及び。LEOパーキング軌道6に複数個の衛星を一旦打ち上げた後、各衛星を軌道4のそれぞれに個別に投入する衛星の打ち上げ方法。

目的

従って、本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を改良し、経済的で且つ効率的な衛星の打ち上げシステム及び衛星の軌道投入方法を提供するものである。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
2件

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請求項1

地球の赤道に対して所定の傾斜角度に設定された、当該地球を周回する複数個軌道であって、当該各軌道は、それぞれの軌道面が、互いに所定の角度を形成する様に配置されており、且つそれぞれの軌道には少なくとも一つの衛星が投入され、当該それぞれの衛星は、互いに所定の位相を以て当該個々の軌道を周回する様に構成されていると同時に、LEパーキング軌道に少なくとも一つの予備衛星を常時周回させておく事を特徴とする衛星航行システム

請求項2

当該軌道は、準天頂軌道である特徴とする請求項1記載の衛星航行システム。

請求項3

当該軌道は3軌道に設定され、各軌道間に於けるそれぞれの軌道面同志が形成する角度は120度である事を特徴とする請求項1又は2に記載の衛星航行システム。

請求項4

当該それぞれの軌道の当該赤道に対する傾斜角度は、高仰角衛星可視を必要とする地域によって異なる値に設定される事を特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の衛星航行システム。

請求項5

当該個々の軌道には、複数個の衛星が周回する様に構成されている事を特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の衛星航行システム。

請求項6

当該一つの軌道に投入されている複数個の衛星の内、少なくとも一つは予備の衛星である事を特徴とする請求項5記載の衛星航行システム。

請求項7

当該LEOパーキング軌道に、複数の予備の衛星を常時周回させておく事を特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の衛星航行システム。

請求項8

当該LEOパーキング軌道は、地球の赤道に対して、当該準天頂軌道と略同一の傾斜角度に設定されている事を特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載の衛星航行システム。

請求項9

当該LEOパーキング軌道は、当該準天頂軌道よりも高度が低い高さに設定されている事を特徴とする請求項1乃至8の何れかに記載の衛星航行システム。

請求項10

当該LEOパーキング軌道は、地球の偏平性に起因して、当該LEOパーキング軌道面が、所定の周期で地球を中心として旋回する軌道面遷移動作を行うものである事を特徴とする請求項1乃至9の何れかに記載の衛星航行システム。

請求項11

地球の赤道に対して所定の傾斜角度に設定された、当該地球を周回する複数個の準天頂軌道であって、当該各準天頂軌道は、それぞれの軌道面が、互いに所定の角度を形成する様に配置されており、且つ当該準天頂軌道よりも高度が低く、当該準天頂軌道の地球の赤道に対する所定の傾斜角度と略同一の傾斜角度に設定されたLEOパーキング軌道とから構成された衛星航行システム系に於いて、複数個の衛星を一つの打ち上げ手段により同時に当該LEOパーキング軌道に投入した後に、当該複数個の衛星の一部を当該複数の準天頂軌道の内の一つの準天頂軌道内に投入する事を特徴とする衛星の軌道投入方法

請求項12

当該複数個の衛星を一部ずつ、順次にそれぞれの準天頂軌道に個別に投入する事を特徴とする請求項11記載の衛星の軌道投入方法。

請求項13

当該LEOパーキング軌道には、少なくとも一つの当該衛星を予備衛星として残しておく事を特徴とする請求項11又は12に記載の衛星の軌道投入方法。

請求項14

当該LEOパーキング軌道に投入された複数の衛星の内の一部の衛星は、当該LEOパーキング軌道の軌道面遷移動作によって、当該LEOパーキング軌道の軌道面が、当該複数の準天頂軌道の内の一つの準天頂軌道の軌道面と一致した時点で、当該準天頂軌道に、適宜のトランスファー軌道を介して投入する事を特徴とする請求項11乃至13の何れかに記載の衛星の軌道投入方法。

請求項15

当該準天頂軌道に投入された当該一部の衛星が複数である場合には、少なくとも一つを予備衛星として使用する事を特徴とする請求項14記載の衛星の軌道投入方法。

請求項16

当該LEOパーキング軌道の軌道面遷移動作によって、当該LEOパーキング軌道の軌道面が、当該複数の準天頂軌道の内の一つの準天頂軌道の軌道面と一致する毎に、当該LEOパーキング軌道に投入された複数の衛星の内の一部ずつが順次に、当該準天頂軌道に、適宜のトランスファー軌道を介して投入される事を特徴とする請求項14又は15に記載の衛星の軌道投入方法。

請求項17

当該LEOパーキング軌道内に残留している一つ或いは複数の当該予備衛星は、当該準天頂軌道を周回している何れかの衛星の機能が低下したか或いは機能不全となった場合には、当該LEOパーキング軌道の軌道面が当該予備衛星を必要とする当該準天頂軌道の軌道面と一致した時点で当該LEOパーキング軌道を周回中の予備衛星の一部を当該準天頂軌道に投入する事を特徴とする請求項11乃至16の何れかに記載の衛星の軌道投入方法。

請求項18

当該LEOパーキング軌道に保持されている当該予備衛星の数が不足して来た場合には、地上から別の打ち上げ手段を使用して予備衛星を当該LEOパーキング軌道に投入する事を特徴とする請求項11乃至17の何れかに記載の衛星の軌道投入方法。

発明を実施するための最良の形態

0001

本発明は、衛星航行システム及び衛星の軌道投入方法に関するものであり、特に詳しくは、従来の衛星打ち上げステムに比べて、ロケット等を使用した衛星の打ち上げ回数を少なくする事によって経済的な衛星の打ち上げシステム及び打ち上げ方法に関するものである。

背景技術

0001

本発明に係る当該衛星航行システム及び衛星の軌道投入方法は、上記した技術構成を採用しているので、軌道傾斜角45゜、静止軌道と同じ軌道高度に代表される高々度、高軌道傾斜角で、軌道周期24時間の準天頂軌道、複数面に衛星を投入し、中高緯度地域に対しても常時高仰角衛星可視を実現する新規なシステムを提供するものであって、特に、準天頂軌道衛星において、LEパーキング軌道(LEOPO)を用いる事により、複数の衛星をマルチロンチシステムによって、同時にLEOパーキング軌道に投入する事により、従来の打ち上げ方式の半分の打ち上げ回数、従って半分の打ち上げコストで軌道投入を可能とする打ち上げ方式、及び、同じくLEOPOを用いて準天頂衛星システムの軌道上予備機システムを構成する事により、従来の構成よりも少ない機数で軌道上予備機を準備しておく事が出来るシステムを提供する事が可能となる。

0002

従来から、通信システムやGPSシステムに使用されている人工衛星は、ビルの様な建物や、山等の障害物に影響されないで所定の情報通信が出来る様に、出来るだけ高度の高い、つまり天頂に近い位置に静止させておく必要があり、その為に、例えば、図3に例示する軌道傾斜角45゜で、静止軌道と同一軌道高度に代表される高々度・高軌道傾斜角で周期24時間の準天頂軌道を3面用いて、各々に衛星を投入する準天頂軌道衛星システムが知られている。

0002

0003

かかる準天頂軌道衛星システムに於いては、それぞれの準天頂軌道に一つの衛星を投入して、それぞれの準天頂軌道においては、相互の衛星の移動周期に所定の位相差を持たせて周回させると、図4に示す様に、8の字型の地上軌跡軌跡を描きつつ軌道運動を行い、中高緯度地域にも、常時、仰角70゜以上の高仰角可視が得られると言う特徴を有しているので、この高仰角可視性の特徴の故に、地上障害物による通信遮断の無い移動体衛星通信サービス提供が可能である事から、近年注目を集めている。

0003

発明が解決しようとする課題

0004

かかるシステムでは、図5に示す様に、一つの地域で24時間の間に、3個の衛星が途切れることなく順次天頂付近で、高度は時間により異なるものの、略同一の角度範囲内に目視されるので、好ましいシステムである。

課題を解決するための手段

0004

0005

しかし、上記した従来のシステムに於いては、3面の異なる軌道面から構成されている事により、例えば、デュアルロンチ等によって、1回の衛星打ち上げロケットの打ち上げで、2台の衛星を別々の軌道面に投入する事は、相当のエネルギーを要することから実現性が乏しく、従って、1回の衛星打ち上げロケットの打ち上げで、1台の衛星しか打ち上げる事が出来ないので経済的な軌道投入が出来ないと言う問題が有った。

0005

0006

更に、従来のシステムに於いては、軌道上共通予備衛星が不可能であるなどの理由により、システム構築が高額になると言う欠点が在った。この為、経済的・効率的なシステム構築の実現が課題であった。

0006

0007

従って、本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を改良し、経済的で且つ効率的な衛星の打ち上げシステム及び衛星の軌道投入方法を提供するものである。

0007

0008

本発明は上記した目的を達成するため、以下に記載されたような技術構成を採用するものである。即ち、本発明に係る第1の態様としては、地球の赤道面に対して所定の傾斜角度に設定された、当該地球を周回する複数個の軌道であって、当該各軌道は、それぞれの軌道面が、互いに所定の角度を形成する様に配置されており、且つそれぞれの軌道には少なくとも一つの衛星が投入され、当該それぞれの衛星は、互いに所定の位相を以て当該個々の軌道を周回する様に構成されていると同時に、LEOパーキング軌道に少なくとも一つの予備衛星を常時周回させておく衛星航行システムであり、又、本発明に係る第2の態様としては、地球の赤道面に対して所定の傾斜角度に設定された、当該地球を周回する複数個の準天頂軌道であって、当該各準天頂軌道は、それぞれの軌道面が、互いに所定の角度を形成する様に配置されており、且つ当該準天頂軌道よりも高度が低く、当該準天頂軌道の地球の赤道面に対する所定の傾斜角度と略同一の傾斜角度に設定されたLEOパーキング軌道とから構成された衛星航行システム系に於いて、複数個の衛星を一つの打ち上げ手段により同時に当該LEOパーキング軌道に投入した後に、当該複数個の衛星の一部を当該複数の準天頂軌道の内の一つの準天頂軌道内に投入する衛星の軌道投入方法である。

0008

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0027

軌道傾斜角:45゜
軌道高度:1000km
離心率:0
かかる軌道パラメータに基づいて、当該LEOパーキング軌道6の地球偏平性に起因する軌道面遷移角速度Ωを演算すると、(1)式より

0028

ID=000003HE=065 WI=082 LX=0640 LY=1750
この例で選定した軌道パラメ−タを用いると、(1)式で与えられる軌道面遷移角速度Ωは以下のように計算される。

0029

ΩEX≒4.2゜/日
つまり、当該LEOパーキング軌道6は、一日で約4.2°旋回する事を示している。

0030

0031

最長軌道面遷移日数=360゜/ΩEX=360/4.2≒86日
上よりLEOパーキング軌道6の軌道パラメータを上述した例のように選ぶ事により、最長でも90日未満で、当該LEOパーキング軌道6に於ける軌道面sを所望の軌道面(S1、S2、S3・・・の何れか)と一致するまで遷移させる事が可能となり、初期軌道投入及び軌道上予備衛星をシステム的フィージビリティを有する時間内で、所定の準天頂軌道に投入する事が可能となる。

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発明の効果

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図面の簡単な説明

0047

--

0048

0049

本発明の衛星航行システム100及び衛星の軌道投入方法は、上記した様な構成を採用しているので、経済的で且つ効率的な衛星航行システム及び衛星の軌道投入方法を実現出来るのである。

0050

0051

0052

0053

0054

0055

図1図1は、本発明の衛星航行システムの一具体的の構成示す図である。
図2図2は、本発明の衛星の軌道投入方法の一具体例を示す図である。
図3図3は、従来に於ける衛星航行システムの一例を示す図である。
図4図4は、従来に於ける衛星航行システムの地上軌跡の例を示す図である。
図5図5は、従来に於ける衛星航行システムでの衛星の仰角と高さの例を示すグラフである。
図6図6は、本発明に於ける衛星航行システムの構成例を示す図である。

0056

100…衛星航行システム
1…地球
2…赤道
4、4−1、4−2、4−3…軌道、準天頂軌道
5、5−1、5−2、5−3…衛星6…LEOパーキング軌道
7…予備衛星
S1、S2、S3…LEOパーキング軌道の軌道面
s…LEOパーキング軌道の軌道面
10…トランスファー軌道

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