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公開番号2025034755
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-13
出願番号2023141347
出願日2023-08-31
発明の名称太陽発電衛星および太陽発電衛星の制御方法
出願人国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
代理人個人,個人,個人,個人
主分類B64G 1/44 20060101AFI20250306BHJP(航空機;飛行;宇宙工学)
要約【課題】より少ないエネルギーで衛星の姿勢を維持でき、太陽発電衛星の稼働コストを低減させることができる太陽発電衛星および太陽発電衛星の制御方法を提供する。
【解決手段】送電用アンテナ110と、間隔を空けて配置された複数の縦梁120と、前記縦梁120同士を接続する横梁130と、1または複数の太陽電池パネル140と、を備える長尺の太陽発電衛星1であって、前記複数の縦梁120は、前記太陽発電衛星1の長手方向に平行または傾斜する方向に延び、前記送電用アンテナ110は、前記太陽発電衛星1の長手方向の一方の端部側に設けられ、前記送電用アンテナ110の送電方向が前記太陽発電衛星1の前記長手方向と平行な方向を向き、前記太陽電池パネル140は、前記縦梁120に対して回転可能に接続される、ことを特徴とする太陽発電衛星1とその制御方法。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
送電用アンテナと、
間隔を空けて配置された複数の縦梁と、
前記縦梁同士を接続する横梁と、
１または複数の太陽電池パネルと、
を備える長尺の太陽発電衛星であって、
前記複数の縦梁は、前記太陽発電衛星の長手方向に平行または傾斜する方向に延び、
前記送電用アンテナは、前記太陽発電衛星の前記長手方向の一方の端部側に設けられ、
前記送電用アンテナの送電方向が前記太陽発電衛星の前記長手方向と平行な方向を向き、
前記太陽電池パネルは、前記縦梁に対して回転可能に接続され、
前記太陽電池パネルの回転軸が前記太陽電池パネルの面と平行でありかつ前記複数の縦梁の長手方向と直交する、
ことを特徴とする太陽発電衛星。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記太陽電池パネルが、前記縦梁の前記長手方向に複数設けられている、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽発電衛星。
【請求項３】
前記太陽電池パネルと前記縦梁とを接続する回転ジョイントおよび支持部がさらに設けられ、
前記支持部は、前記縦梁および前記回転軸に交差する方向または前記縦梁の前記長手方向に延び、
前記支持部に沿って、前記回転ジョイントが移動可能である、
ことを特徴とする請求項２に記載の太陽発電衛星。
【請求項４】
前記太陽電池パネルの前記回転軸に沿って、複数の前記太陽電池パネルが設けられている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽発電衛星。
【請求項５】
前記縦梁の前記長手方向の長さが、前記太陽電池パネルの前記回転軸と垂直な方向の長さの３倍以上である、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽発電衛星。
【請求項６】
送電用アンテナと、
間隔を空けて配置された複数の縦梁、前記縦梁同士を接続する横梁および複数の太陽電池パネルを一組として含む複数のパネル構造体と、
を備える長尺の太陽発電衛星であって、
前記複数の縦梁は、前記太陽発電衛星の長手方向に平行または傾斜する方向に延び、
前記送電用アンテナは、前記太陽発電衛星の前記長手方向の一方の端部側に設けられ、
前記送電用アンテナの送電方向が前記太陽発電衛星の前記長手方向と平行な方向を向き、
前記パネル構造体のそれぞれにおいて、
前記複数の太陽電池パネルのそれぞれは、前記縦梁に対して回転可能に接続され、
前記太陽電池パネルの回転軸が前記太陽電池パネルの面と平行でありかつ前記複数の縦梁の長手方向と直交し、
前記太陽発電衛星の前記長手方向の前記送電用アンテナが設けられた端部とは反対側の端部において、前記パネル構造体同士が接続されている、
ことを特徴とする太陽発電衛星。
【請求項７】
前記太陽電池パネルと前記縦梁とを接続する回転ジョイントおよび支持部がさらに設けられ、
前記支持部は、前記縦梁および前記回転軸に交差する方向または前記縦梁の前記長手方向に延び、
前記支持部に沿って、前記回転ジョイントが移動可能である、
ことを特徴とする請求項６に記載の太陽発電衛星。
【請求項８】
前記縦梁の前記長手方向の長さが、前記太陽電池パネルの前記回転軸と垂直な方向の長さの３倍以上である、
ことを特徴とする請求項６または７に記載の太陽発電衛星。
【請求項９】
請求項１、２、６または７に記載の太陽発電衛星の制御方法であって、
公転軌道上において、前記太陽電池パネルが太陽を向くように制御し、かつ前記送電用アンテナが地球上の受信用アンテナを向くように制御する、
ことを特徴とする太陽発電衛星の制御方法。
【請求項１０】
請求項２または３に記載の太陽発電衛星の制御方法であって、
前記太陽発電衛星が公転軌道上で太陽方向から４０～５０度または２２０～２３０度の位相に位置するときに、前記太陽発電衛星を前記太陽発電衛星の前記長手方向と平行な回転軸周りに１８０度回転させる、
ことを特徴とする太陽発電衛星の制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽発電衛星および太陽発電衛星の制御方法に関する。
続きを表示（約 4,700 文字）【背景技術】
【０００２】
地球周りの公転軌道上に人工衛星を打ち上げて、太陽光発電を行う宇宙太陽発電衛星システムがある。このシステムに用いられる太陽発電衛星は、発電するための太陽電池パネルを太陽方向に、地球上にマイクロ波電力を送るための送電用アンテナを地球方向に、各々向ける必要がある。太陽発電衛星は、そのサイズが数ｋｍ、重さが数万トンとなる巨大構造物である。そのため、姿勢安定のために多大のエネルギーを要する。
【０００３】
例えば、非特許文献１又は２に記載されるような従来の太陽発電衛星では、広くて薄い太陽電池パネルが公転軌道の軌道面内に広がっている。このような構造では、衛星の姿勢制御に多大な推力が要る。また、非特許文献３に記載されるような従来の太陽発電衛星では、太陽電池パネルを太陽方向に、アンテナを地球方向に、各々向けることができないため、発電能力が不十分である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
Ｇ．Ｍ．Ｈａｎｌｅｙ， “Ｓａｔｅｌｌｉｔｅｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓ（ＳＰＳ）ｃｏｎｃｅｐｔｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｓｔｕｄｙＩ－Ｅｘｅｃｕｔｉｖｅｓｕｍｍａｒｙ”，ＮＡＳＡ，ＣＲ－３３１７，１９８０．
ＤＯＥａｎｄＮＡＳＡｒｅｐｏｒｔ； “ＳａｔｅｌｌｉｔｅＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ；ＣｏｎｃｅｐｔＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄＥｖａｌｕａｔｉｏｎＰｒｏｇｒａｍ”，ＲｅｆｅｒｅｎｃｅＳｙｓｔｅｍＲｅｐｏｒｔ，Ｏｃｔ．１９７８．
Ｓ．Ｓａｓａｋｉ，Ｋ．Ｔａｎａｋａ，Ｋ．Ｈｉｇｕｃｈｉ，Ｎ．Ｏｋｕｉｚｕｍｉ，Ｓ．Ｋａｗａｓａｋｉ，Ｎ．Ｓｈｉｎｏｈａｒａ，Ｋ．Ｓｅｎｄａ，ａｎｄＫ．Ｉｓｈｉｍｕｒａ， “Ａｎｅｗｃｏｎｃｅｐｔｏｆｓｏｌａｒｐｏｗｅｒｓａｔｅｌｌｉｔｅ：Ｔｅｔｈｅｒｅｄ－ＳＰＳ”，ＡｃｔａＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａ，６０，ｐｐ．１５３－１６５，２００６．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、従来では、太陽発電衛星が巨大であるため、その姿勢安定には多大なエネルギーが必要になるという問題があった。また、効率的な発電および送電のためには、太陽電池パネルを太陽方向に、アンテナを地球方向に、各々向けるための特別な構造と装置が必要であった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、より少ないエネルギーで衛星の姿勢を維持でき、太陽発電衛星の稼働コストを低減させることができる太陽発電衛星および太陽発電衛星の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本開示の一態様に係る太陽発電衛星は、
送電用アンテナと、
間隔を空けて配置された複数の縦梁と、
前記縦梁同士を接続する横梁と、
１または複数の太陽電池パネルと、
を備える長尺の太陽発電衛星であって、
前記複数の縦梁は、前記太陽発電衛星の長手方向に平行または傾斜する方向に延び、
前記送電用アンテナは、前記太陽発電衛星の前記長手方向の一方の端部側に設けられ、
前記送電用アンテナの送電方向が前記太陽発電衛星の前記長手方向と平行な方向を向き、
前記太陽電池パネルは、前記縦梁に対して回転可能に接続され、
前記太陽電池パネルの回転軸が前記太陽電池パネルの面と平行でありかつ前記複数の縦梁の長手方向と直交する、
ことを特徴とする。
上記の構成からなる太陽発電衛星によれば、地球上の受信アンテナを指向する送電用アンテナが長尺の太陽発電衛星の長手方向の一方の端部側に設けられかつその送電方向が太陽発電衛星の長手方向と平行な方向を向いているため、重力方向と太陽発電衛星の長手方向がほぼ一致するため、より少ないエネルギーで衛星の姿勢を維持できる。また、太陽電池パネルが縦梁に対して回転可能に接続されているため、公転軌道上で、太陽電池パネルの面が太陽へ向くように制御することが可能となり、太陽光を効率的に受光できる。よって、衛星の制御を簡略化し、より少ないエネルギーで衛星の姿勢を維持できるため、太陽発電衛星の稼働コストを低減させることができる。
（２）上記（１）に記載の太陽発電衛星では、
前記太陽電池パネルが、前記縦梁の前記長手方向に複数設けられていてもよい。
（３）上記（２）に記載の太陽発電衛星では、
前記太陽電池パネルと前記縦梁とを接続する回転ジョイントおよび支持部がさらに設けられ、
前記支持部は、前記縦梁および前記回転軸に交差する方向または前記縦梁の前記長手方向に延び、
前記支持部に沿って、前記回転ジョイントが移動可能であってもよい。
（４）上記（１）から（３）のいずれかに記載の太陽発電衛星では、
前記太陽電池パネルの前記回転軸に沿って、複数の前記太陽電池パネルが設けられていてもよい。
（５）上記（１）から（３）のいずれかに記載の太陽発電衛星では、
前記縦梁の前記長手方向の長さが、前記太陽電池パネルの前記回転軸と垂直な方向の長さの３倍以上であってもよい。
（６）本開示の一態様に係る太陽発電衛星は、
送電用アンテナと、
間隔を空けて配置された複数の縦梁、前記縦梁同士を接続する横梁および複数の太陽電池パネルを一組として含む複数のパネル構造体と、
を備える長尺の太陽発電衛星であって、
前記複数の縦梁は、前記太陽発電衛星の長手方向に平行または傾斜する方向に延び、
前記送電用アンテナは、前記太陽発電衛星の前記長手方向の一方の端部側に設けられ、
前記送電用アンテナの送電方向が前記太陽発電衛星の前記長手方向と平行な方向を向き、
前記パネル構造体のそれぞれにおいて、
前記複数の太陽電池パネルのそれぞれは、前記縦梁に対して回転可能に接続され、
前記太陽電池パネルの回転軸が前記太陽電池パネルの面と平行でありかつ前記複数の縦梁の長手方向と直交し、
前記太陽発電衛星の前記長手方向の前記送電用アンテナが設けられた端部とは反対側の端部において、前記パネル構造体同士が接続されている、
ことを特徴とする。
上記の構成からなる太陽発電衛星によれば、地球上の受信アンテナを指向する送電用アンテナが長尺の太陽発電衛星の端部側に設けられかつその送電方向が太陽発電衛星の長手方向と平行な方向を向いているため、重力方向と太陽発電衛星の長手方向がほぼ一致するため、より少ないエネルギーで衛星の姿勢を維持できる。また、太陽電池パネルが縦梁に対して回転可能に接続されているため、公転軌道上で、太陽電池パネルの面が太陽へ向くように制御することが可能となり、太陽光を効率的に受光できる。よって、衛星の制御を簡略化し、より少ないエネルギーで衛星の姿勢を維持できるため、太陽発電衛星の稼働コストを低減させることができる。さらに、パネル構造体同士が接続されていることによって、太陽発電衛星自体の剛性を確保することができる。
（７）上記（６）に記載の太陽発電衛星では、
前記太陽電池パネルと前記縦梁とを接続する回転ジョイントおよび支持部がさらに設けられ、
前記支持部は、前記縦梁および前記回転軸に交差する方向または前記縦梁の前記長手方向に延び、
前記支持部に沿って、前記回転ジョイントが移動可能であってもよい。
（８）上記（６）または（７）に記載の太陽発電衛星では、
前記縦梁の前記長手方向の長さが、前記太陽電池パネルの前記回転軸と垂直な方向の長さの３倍以上であってもよい。
（９）本開示の一態様に係る太陽発電衛星の制御方法は、
上記（１）、（２）、（６）または（７）に記載の太陽発電衛星の制御方法であって、
公転軌道上において、前記太陽電池パネルが太陽を向くように制御し、かつ前記送電用アンテナが地球上の受信用アンテナを向くように制御する、
ことを特徴とする。
（１０）本開示の一態様に係る太陽発電衛星の制御方法は、
上記（２）または（３）に記載の太陽発電衛星の制御方法であって、
前記太陽発電衛星が公転軌道上で太陽方向から４０～５０度または２２０～２３０度の位相に位置するときに、前記太陽発電衛星を前記太陽発電衛星の長手方向と平行な回転軸周りに１８０度回転させる、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る太陽発電衛星および太陽発電衛星の制御方法によれば、より少ないエネルギーで衛星の姿勢を維持でき、太陽発電衛星の稼働コストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本開示に係る太陽発電衛星の軌道を説明するための概略的な図である。
第一実施形態に係る太陽発電衛星の構造を説明するための概略的な斜視図である。
第一実施形態に係る太陽発電衛星の構造を説明するための概略的な斜視図である。
第一実施形態に係る太陽発電衛星のそれぞれの位相における太陽電池パネルの向きを説明するための概略的な図である。
第二実施形態に係る太陽発電衛星の構造を説明するための概略的な斜視図である。
第二実施形態に係る制御方法１において、太陽発電衛星のそれぞれの位相における太陽電池パネルの向きを説明するための概略的な図である。
第二実施形態に係る制御方法２において、太陽発電衛星のそれぞれの位相における太陽電池パネルの向きを説明するための概略的な図である。
第三実施形態に係る太陽発電衛星の構造を説明するための概略的な斜視図である。
図８の太陽発電衛星を太陽電池パネルの回転軸に平行な方向から見た平面図である。
第三実施形態に係る太陽発電衛星を太陽電池パネルの回転軸に平行な方向から見た平面図である。
第四実施形態に係る太陽発電衛星の構造を説明するための概略的な斜視図である。
第四実施形態に係る他の太陽発電衛星の構造を説明するための概略的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について例を挙げて説明するが、本発明は以下で説明する例に限定されないことは自明である。
以下の説明では、具体的な数値や材料を例示する場合があるが、本発明の効果が得られる限り、他の数値や材料を適用してもよい。また、以下の実施形態の各構成要素は、互いに組み合わせることができる。また本明細書中において、「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
（【００１１】以降は省略されています）

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