特許 7350990 制御装置およびコンピュータプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-15

(45)【発行日】2023-09-26

(54)【発明の名称】制御装置およびコンピュータプログラム

(51)【国際特許分類】

   B64G 3/00 20060101AFI20230919BHJP

   B64G 1/24 20060101ALI20230919BHJP

   B64G 1/64 20060101ALI20230919BHJP

【ＦＩ】

B64G3/00

B64G1/24 200

B64G1/64 600

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2022511784

(86)(22)【出願日】2021-03-12

(86)【国際出願番号】 JP2021010236

(87)【国際公開番号】W WO2021200055

(87)【国際公開日】2021-10-07

【審査請求日】2022-09-29

(31)【優先権主張番号】P 2020062397

(32)【優先日】2020-03-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】渡瀬 大貴

(72)【発明者】

【氏名】森田 大地

【審査官】志水 裕司

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－３３０９４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２４２７００（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－２２６９７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１０４１２８６８（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６４Ｇ ３／００

Ｂ６４Ｇ １／２２

Ｇ０５Ｄ １／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

宇宙航行体に搭載される制御装置であって、
非協力対象物の撮像画像を画像処理することによって、前記非協力対象物の重心位置と、前記重心位置を通り前記非協力対象物の長手方向と平行なベクトルであって前記宇宙航行体を前記非協力対象物に接近させるべき方向のベクトル成分を有する第１ベクトルとを取得する画像処理部と、
前記宇宙航行体が前記非協力対象物に接近航行するための目標軌道を生成する軌道生成部と、
前記宇宙航行体の姿勢を制御することによって、前記宇宙航行体を前記目標軌道上で航行させる制御部と、
を備え、
前記画像処理部は、前記宇宙航行体が前記目標軌道上を航行している間における前記非協力対象物の撮像画像から前記第１ベクトルおよび前記撮像画像中の前記非協力対象物のアスペクト比を取得し、
前記制御部は、取得された前記第１ベクトル及び前記アスペクト比に基づいて、前記宇宙航行体が前記目標軌道上の目標位置に到達したか否かを判定する、
制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載の制御装置であって、
前記画像処理部は、前記宇宙航行体が前記目標軌道上を航行している間における前記非協力対象物の撮像画像中の前記非協力対象物のアスペクト比を繰り返し取得し、
前記制御部は、取得された前記アスペクト比が１になるまでの間、前記目標軌道における前記接近させるべき方向側において前記宇宙航行体の姿勢を変化させて前記目標軌道を航行させる、
制御装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の制御装置であって、
前記制御部は、前記目標軌道を生成する際に用いられた前記第１ベクトルと、前記宇宙航行体が前記目標軌道を航行中に前記画像処理部により新たに取得された前記第１ベクトルとが一致しない場合、少なくとも、前記目標軌道の生成と、生成された前記目標軌道上の航行とを繰り返す、
制御装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の制御装置であって、
前記撮像画像は二値化画像である、
制御装置。

【請求項5】

請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の制御装置であって、
前記目標軌道は、前記非協力対象物を中心とする円軌道を含む経路であり、
前記制御部は、前記宇宙航行体の姿勢を制御することによって、前記宇宙航行体を前記円軌道上で周回航行させる、
制御装置。

【請求項6】

請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の制御装置であって、
前記画像処理部は、前記非協力対象物における長手方向の非対称性に基づいて、前記第１ベクトルを算出する、
制御装置。

【請求項7】

請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の制御装置を備える宇宙航行体であって、
前記非協力対象物を除去する除去装置と、
前記除去装置を前記非協力対象物に固定する固定装置と、
を備える、
宇宙航行体。

【請求項8】

請求項７に記載の宇宙航行体であって、
進行方向前方に向かって伸展する伸展部と、
前記伸展部における前記進行方向前方の端部に取り付けられ、前記非協力対象物の端部に設けられているＰＡＦの開口部に係合する係合部と、
を備える、
宇宙航行体。

【請求項9】

請求項７または請求項８に記載の宇宙航行体であって、
前記除去装置は、ＥＤＴを備える、
宇宙航行体。

【請求項10】

請求項７から請求項９までのいずれか一項に記載の宇宙航行体であって、
前記宇宙航行体の姿勢を制御する装置として、スラスタと、リアクションホイールとのうちの少なくとも一方を備える、
宇宙航行体。

【請求項11】

コンピュータプログラムであって、
非協力対象物の撮像画像を画像処理することによって、前記非協力対象物の重心位置と、前記重心位置を通り前記非協力対象物の長手方向と平行なベクトルであって宇宙航行体を前記非協力対象物に接近させるべき方向のベクトル成分を有する第１ベクトルとを取得する機能と、
前記宇宙航行体が前記非協力対象物に接近航行するための目標軌道を生成する機能と、
前記宇宙航行体の姿勢を制御することによって、前記宇宙航行体を前記目標軌道上で航行させる機能と、
をコンピュータに実現させ、
前記非協力対象物の重心位置と前記第１ベクトルとを取得する機能は、前記宇宙航行体が前記目標軌道上を航行している間における前記非協力対象物の撮像画像から前記第１ベクトルおよび前記撮像画像中の前記非協力対象物のアスペクト比を取得する機能を含み、
前記宇宙航行体を前記目標軌道上で航行させる機能は、取得された前記第１ベクトル及び前記アスペクト比に基づいて、前記宇宙航行体が前記目標軌道上の目標位置に到達したか否かを判定する機能を含む、
コンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、宇宙航行体を非協力対象物に接近させる航法に関する。

【背景技術】

【0002】

スペースデブリは年々増加の一途をたどっており、宇宙利用あるいは宇宙開発に大きな影響を及ぼしつつある。そこで、現存するスペースデブリを積極的に除去するためにさまざまな技術が提案されている。代表的な一例としては、衛星を利用してスペースデブリ除去装置（以下、「除去装置」という）を非協力対象物であるスペースデブリに固定し捕獲する技術が知られている。

【0003】

ターゲットとなるスペースデブリは役目を終えた人工衛星やロケット等であり、リフレクタや通信機器を有していないため、スペースデブリの除去においては、除去装置を備えた除去衛星をスペースデブリに確実に接近させる必要がある。一般的に、除去衛星はスペースデブリに対して以下のフェーズで順次接近させる。

【0004】

まず、遠距離域では例えばＧＰＳ航法等を利用してスペースデブリまで数キロメートル程度の距離まで接近させる。次に、中距離域では、例えば光学カメラ等の撮像装置を用いて、スペースデブリの方角情報のみを用いた相対航法（Angles-Only Navigation：ＡＯＮ）により数百メートル程度の距離まで接近させる。さらに近距離域では、スペースデブリの相対位置または姿勢を計測してフライアラウンドによりスペースデブリまで数十メートル程度の距離まで接近させる（フライアラウンドフェーズ）。そして固定域では、スペースデブリに対して数センチメートル程度までを接近させる（プレドッキングフェーズ）。

【0005】

このような除去衛星をスペースデブリに接近させる技術として、例えば特許文献１では中距離域における宇宙機の誘導方法が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】国際公開第２０１６／０６３９２３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１の誘導方法は、宇宙機から非協力対象物であるターゲットの推定軌道の情報を地上局に送信し、地上局は宇宙機の軌道を変更または誘導する処理を行う。しかし、特許文献１の誘導方法では、特に近距離域のフライアラウンド中にターゲットの姿勢が変化してしまうと、宇宙機がターゲットに対して望ましい位置に誘導されない可能性がある。

【0008】

そこで、本開示は、簡易な構成で非協力対象物に対して、より望ましい位置に宇宙航行体を航行させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の一形態によれば、宇宙航行体に搭載される制御装置が提供される。この制御装置は、非協力対象物の撮像画像を画像処理することによって、前記非協力対象物の重心位置と、前記重心位置を通り前記非協力対象物の長手方向と平行なベクトルであって前記宇宙航行体を前記非協力対象物に接近させるべき方向のベクトル成分を有する第１ベクトルとを取得する画像処理部と、前記宇宙航行体が前記非協力対象物に接近航行するための目標軌道を生成する軌道生成部と、前記宇宙航行体の姿勢を制御することによって、前記宇宙航行体を前記目標軌道上で航行させる制御部と、を備え、前記軌道生成部は、前記第１ベクトルと、前記撮像画像の撮像方向のベクトルである第２ベクトルとにより規定される平面において前記目標軌道を生成する。

【0010】

上記形態の制御装置によれば、非協力対象物の重心位置を通り非協力対象物の長手方向と平行なベクトルであって宇宙航行体を非協力対象物に接近させるべき方向のベクトル成分を有する第１ベクトルと、撮像画像の撮像方向のベクトルである第２ベクトルとにより規定される平面において目標軌道を生成するので、地上局を介さずに目標軌道を生成できる。したがって、地上局を介して目標軌道を生成する構成に比べて、情報処理量が増加することを抑制できる。

【0011】

本開示は、制御装置以外の種々の形態で実現できる。例えば、制御装置を備える宇宙航行体、宇宙航行体の制御方法、かかる方法を実現するためのコンピュータプログラム、かかるコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体等の形態で実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本開示の一実施形態としての制御装置の概略構成を示すブロック図である。

【図2】図２Ａは、宇宙航行体がスペースデブリに接近する様子を模式的に示す説明図であり、図２Ｂは、宇宙航行体の固定装置がスペースデブリに固定された様子を模式的に示す説明図である。

【図3】図３は、画像航法処理の処理手順を示すフローチャートである。

【図4】図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃは、スペースデブリの撮像画像の一例を模式的に示す説明図である。

【図5】図５Ａ及び図５Ｂは、宇宙航行体の姿勢の制御の一例を模式的に示す説明図である。

【図6】図６は、目標軌道が生成される手順を説明する説明図である。

【図7】図７は、目標軌道の一例を模式的に示す説明図である。

【図8】図８は、宇宙航行体が目標軌道上を周回航行する様子を模式的に示す説明図である。

【図9】図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃは、宇宙航行体がスペースデブリを捕獲して除去する様子を模式的に示す説明図である。

【図10】スペースデブリ除去システムの概略構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

［装置構成］
図１に示すように、制御装置１０は、宇宙航行体１００に搭載され、宇宙航行体１００の航行を制御する。本実施形態において、宇宙航行体１００は、宇宙空間における非協力対象物であるスペースデブリを捕獲して除去する人工衛星である。スペースデブリは、軌道上に存在する不要な人工物体であり、例えば、使用済みの人工衛星、打ち上げロケットの上段、爆発や衝突により生じた破片等が該当する。

【0014】

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、スペースデブリ２００は、長手方向において非対称な外観形状を有する。スペースデブリ２００は、円筒状の本体部２２０と、本体部２２０の一方の端部に連設された円錐台状の衛星分離部（ＰＡＦ：Payload Attach Fitting）２１０とを備える。ＰＡＦ２１０は、人工衛星とロケットを分離する機構であり、開口部２３０を有している。

【0015】

図１に示すように、宇宙航行体１００には、制御装置１０の他、撮像装置４０、宇宙航行体１００の姿勢を制御する姿勢制御装置５０、スペースデブリ２００に宇宙航行体１００を固定する固定装置２０およびスペースデブリ２００を除去する除去装置３０が搭載されている。撮像装置４０、固定装置２０および姿勢制御装置５０は、制御信号線を介して制御装置１０に接続されている。

【0016】

制御装置１０は、除去対象となるスペースデブリ２００に宇宙航行体１００を接近させる軌道（以下、「目標軌道」とも呼ぶ）を生成する。また、制御装置１０は、宇宙航行体１００の姿勢を制御することによって、宇宙航行体１００を目標軌道上を航行させるとともに、図２Ａの実線矢印に示すように、スペースデブリ２００に接近させて、スペースデブリ２００を捕獲可能な位置まで宇宙航行体１００を移動させる。本実施形態において制御装置１０は、ＣＰＵおよびメモリを備えるマイクロコンピュータとして構成されている。制御装置１０のＣＰＵは、メモリに記憶されたコンピュータプログラムを展開して実行することにより、制御部１１、画像処理部１２および軌道生成部１３として機能する。

【0017】

制御部１１は、宇宙航行体１００の全体の動作を制御する。

【0018】

画像処理部１２は、撮像装置４０により撮像されたスペースデブリ２００の撮像画像を画像処理し、スペースデブリ２００の重心位置と、スペースデブリ２００の第１ベクトルと、撮像画像におけるスペースデブリ２００のアスペクト比とを取得する。本実施形態において「第１ベクトル」とは、スペースデブリ２００の重心位置を通り、スペースデブリ２００の長手方向に平行なベクトルであり、宇宙航行体１００をスペースデブリ２００に接近させるべき方向のベクトル成分を有するベクトルを意味する。また、「宇宙航行体１００をスペースデブリ２００に接近させるべき方向」とは、スペースデブリ２００の長手方向においてＰＡＦ２１０が位置する側に向かう方向を意味する。重心位置、第１ベクトルおよびアスペクト比の取得手順については、後述する。

【0019】

軌道生成部１３は、画像取得部１２により取得された第１ベクトルを利用して目標軌道を生成する。

【0020】

撮像装置４０は、スペースデブリ２００を撮像し、撮像画像を画像処理部１２に出力する。撮像装置４０は、例えば、光学カメラである。本実施形態では、撮像装置４０は、撮像画像を二値化した二値化画像を出力する。

【0021】

姿勢制御装置５０は、制御部１１からの指示に応じてスラスタ５１およびリアクションホイール５２を駆動させることによって、宇宙航行体１００の姿勢を制御する。なお、姿勢制御装置５０は、スラスタ５１とリアクションホイール５２とのうちのいずれか一方を省略してもよい。また、姿勢制御装置５０は、スラスタ５１およびリアクションホイール５２に代えて、または、スラスタ５１およびリアクションホイール５２に加えて、磁気トルカ、モーメンタムジャイロ等の他の姿勢制御装置を備えていてもよい。

【0022】

固定装置２０は、除去装置３０が備える後述の導電性テザー３１をスペースデブリ２００に固定する。図２Ｂに示すように、固定装置２０は、伸展部２１と、係合部２２とを備える。伸展部２１は、宇宙航行体１００の進行方向の前方、すなわち、ＰＡＦ２１０に向かって伸展する部位である。係合部２２は、伸展部２１における宇宙航行体１００の進行方向の前方の端部に設けられている。係合部２２は、複数の突出部材と、突出した状態を維持する固定部材とを有し、収納状態から突出状態に移行可能である。突出部材が収納状態にあるときには、係合部２２全体の寸法が開口部２３０よりも小さい。伸展部２１が伸展して突出部材が開口部２３０内に挿入されると、開口部２３０の半径よりも長い棒状で維持され（突出状態）、係合部２２の寸法が、ＰＡＦ２１０の開口部２３０よりも大きくなる。ＰＡＦ２１０の内部空間は開口部２３０よりも広いため、係合部２２はＰＡＦ２１０内で抜け落ちることはない。このように、簡素な構成でスペースデブリ２００に容易かつ確実に捕獲することができる。なお、係合部２２の突出部材は、複数であればよいが、３つ以上であることが好ましい。また、３つ以上の突出部材が突出状態にあるときには、突出部材同士の角度がそれぞれ等角度となることが好ましい。これにより、突出状態にある複数の突出部材の先端を結んだ多角形が正多角形となるため、ＰＡＦ２１０の内部空間で均等な方向に広がり、係合部２２をＰＡＦ２１０に対して安定して係合させることができる。

【0023】

除去装置３０は、導電性テザー（EDT：ElectroDynamic Tether）３１を備える。ＥＤＴ３１は、導電性を有する紐部材であり、リールに巻き取られた状態で除去装置３０に設けられている。図９Ａに示すように、ＥＤＴ３１は、固定装置２０を介してスペースデブリ２００のＰＡＦ２１０に固定される。

【0024】

スペースデブリ２００が地球を周回する軌道上を進行するに伴ってＥＤＴ３１が地球磁場中を移動すると、ＥＤＴ３１に誘導起電力およびローレンツ力が生じる。その結果、スペースデブリ２００に対しては、進行方向とは逆方向に推進力が生じるので、スペースデブリ２００の推進速度を低減させることができる。スペースデブリ２００の推進速度が低減すると、スペースデブリ２００の高度が徐々に低下してスペースデブリ２００は軌道上から離脱して大気圏に突入する。なお、除去装置３０は、ＥＤＴ３１を備える構成に限定されず、スペースデブリ２００の軌道を変更するスラスタを備えていてもよい。この場合、除去装置３０は、固定装置２０に直接連結されてもよいし、ＥＤＴ３１のようなテザーを介して固定装置２０に連結されてもよい。また、除去装置３０の動作（例えば、リールからＥＤＴ３１を繰り出す動作等）を制御部１１が制御してもよい。

【0025】

［宇宙航行体１００の画像航法］
本実施形態では、宇宙航行体１００は、スペースデブリ２００との距離に応じて、遠距離域、中距離域、近距離域および固定域の４段階で順次スペースデブリ２００に接近する。遠距離域では、例えばＧＰＳ航法等を利用して、スペースデブリ２００まで数百メートル、例えば、１００メートル付近まで宇宙航行体１００を接近させる。中距離域では、撮像装置４０による角度を用いた相対航法によりスペースデブリ２００まで数十メートル、例えば３０メートル付近まで宇宙航行体１００を接近させる。近距離域では、図３に示す画像航法処理を実行することにより、スペースデブリ２００まで数メートルまで宇宙航行体１００を接近させ、その後、宇宙航行体１００をスペースデブリ２００の目標位置まで航行させる。画像航法処理は、宇宙航行体１００が近距離域に到達すると開始される。

【0026】

制御部１１は、スペースデブリ２００の撮像画像が取得可能か否かを判定する（ステップＳ１）。本実施形態では、制御部１１は、スペースデブリ２００が日陰内にあるか否かを判定することによって、撮像画像の取得可否を判定する。スペースデブリ２００が日陰内にあれば、撮像装置４０においてスペースデブリ２００の二値化画像を取得しやすいためである。なお、ステップＳ１は、制御部１１により実行されなくてもよく、撮像装置４０により実行されてもよい。また、例えば、宇宙航行体１００に光センサを設けて、かかる光センサの検出結果に基づいて、スペースデブリ２００が日陰内にあるか否かを判定してもよい。スペースデブリ２００が日陰内にあれば、宇宙航行体１００からスペースデブリ２００の方向に光を照射することでスペースデブリ２００の二値化画像を容易に取得できる。また、撮像画像の取得可否は、スペースデブリ２００が日陰内にあるか否かに基づいて判定しなくてもよく、スペースデブリ２００の二値化画像を取得可能であることを判定できれば、他の任意の判断基準を採用してもよい。

【0027】

ステップＳ１においてスペースデブリ２００の撮像画像を取得可能でないと判定された場合（ステップＳ１：ＮＯ）、スペースデブリ２００の撮像画像を取得可能と判定されるまで、上述のステップＳ１が繰り返し実行される。他方、スペースデブリ２００の撮像画像を取得可能であると判定された場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、制御部１１は、撮像装置４０からスペースデブリ２００の撮像画像を取得する（ステップＳ２）。上述のとおり、スペースデブリ２００の撮像画像は、二値化画像である。

【0028】

制御部１１は、画像処理部１２に撮像画像を画像処理させる（ステップＳ３）。具体的には、画像処理部１２は、公知の画像処理方法により、撮像画像から、スペースデブリ２００の重心位置と、撮像画像におけるスペースデブリ２００のアスペクト比と、スペースデブリ２００の第１ベクトルとを取得する。スペースデブリ２００の重心位置は、撮像画像中のスペースデブリ２００の形状に応じて算出できる。例えば、撮像画像中のスペースデブリ２００の形状が長方形である場合は、対角線の交点を算出することにより重心位置を取得できる。また、撮像画像におけるスペースデブリ２００のアスペクト比は、撮像画像の長辺と短辺との比から算出できる。短辺を基準とした場合、アスペクト比は１以上の値が算出され、長辺を基準とした場合には、アスペクト比は１以下の値が算出される。また、第１ベクトルは、スペースデブリ２００の形状が長手方向に非対称であることに基づき算出できる。

【0029】

制御部１１は、第１ベクトルを取得可能か否かを判定する（ステップＳ４）。

【0030】

図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃに示すスペースデブリ２００の撮像画像Ｉｍｇ１、Ｉｍｇ２及びＩｍｇ３において、白抜きの実線Ｌ１は第１ベクトルに沿った方向、白抜きの破線Ｌ２はスペースデブリ２００の姿勢を検出するための基準線である。

【0031】

図４Ａに示すように、スペースデブリ２００を斜め方向から撮像した場合、撮像画像Ｉｍｇ１中のスペースデブリ２００ａは、実際のスペースデブリ２００の長手方向の長さよりも短く見えるが、アスペクト比は１ではない。図４Ｂに示すように、スペースデブリ２００を横方向（側方）から撮像した場合には、撮像画像Ｉｍｇ２中のスペースデブリ２００ａは、実際のスペースデブリ２００の長手方向に対応した形状に見える。この場合においてもアスペクト比は１ではなく、短辺を基準とすれば最大値に、長辺を基準とすれば最小値になっている。

【0032】

図４Ａ，図４Ｂではいずれも、便宜上、略円柱状のスペースデブリ２００を撮像した状態で図示しているが、実際には、スペースデブリ２００は長手方向に非対称な形状を有しているので、撮像画像Ｉｍｇ１及びＩｍｇ２では、スペースデブリ２００ａの長手方向である実線Ｌ１を検出することができ、また、第１ベクトルの向きも検出できる。このように、宇宙航行体１００が、図４Ａまたは図４Ｂに例示する撮像画像Ｉｍｇ１及びＩｍｇ２撮像可能な位置にある場合、制御部１１は第１ベクトルを取得できると判定する（ステップＳ４：ＹＥＳ）。

【0033】

これに対して、図４Ｃに示すように、スペースデブリ２００の長手方向のいずれか一方の端部からスペースデブリ２００を撮像した場合には、撮像画像Ｉｍｇ３においてスペースデブリ２００ａは略円形に見える。そのため、スペースデブリ２００ａの長手方向を特定できないため、実線Ｌ１を検出できない。図４Ｃでは、便宜上、図４Ａ，図４Ｂと同様に実線Ｌ１を図示しているが、実際の長手方向は不明である。この場合、撮像画像Ｉｍｇ３においてスペースデブリ２００ａのアスペクト比は実質的に１であるため、第１ベクトルを取得できない。このように、宇宙航行体１００が、図４Ｃに例示する撮像画像Ｉｍｇ３しか撮像できない位置にある場合には、制御部１１は第１ベクトルを取得できないと判定する（ステップＳ４：ＮＯ）。

【0034】

第１ベクトルが取得できないと判定された場合（ステップＳ４：ＮＯ）、制御部１１は、第１ベクトルを取得できるようにするために、姿勢制御装置５０を動作させてスペースデブリ２００に対して宇宙航行体１００を相対移動させる（ステップＳ５）。宇宙航行体１００の姿勢制御は、航行中に継続的に実施され、例えば、リアクションホイール５２を用いたゼロモーメンタム方式等により行われる。宇宙航行体１００が予め設定された軌道上を航行する際は、航行中に撮像装置４０の撮像範囲内にスペースデブリ２００が常に入るように宇宙航行体１００の姿勢を制御することで、撮像画像の中心とスペースデブリ２００の重心とを対応させることができる。以下、具体的に説明する。図５Ａ，図５Ｂの左側図では、宇宙航行体１００を立方体状に図示し、スペースデブリ２００の二値化画像２００ａを図４Ａ～図４Ｃと同様に円柱状に図示している。図５Ａ，図５Ｂの右側図では、スペースデブリ２００の撮像画像Ｉｍｇ４及びＩｍｇ５を示し、撮像画像Ｉｍｇ４及びＩｍｇ５において、撮像画像Ｉｍｇ４及びＩｍｇ５の中心位置を点線十字のレチクルにより示し、スペースデブリ２００ａの重心位置ＦＰは、×印により示している。以降の説明では、スペースデブリ２００ａの重心位置ＦＰを「デブリ重心」と呼ぶ。

【0035】

図５Ａの左側に示すように、撮像装置４０の撮像方向Ｄ１は、破線矢印により示している。宇宙航行体１００からデブリ重心に向かう方向（以下、「重心方向」と呼ぶ）Ｄ２は、点線矢印により示している。重心方向Ｄ２は撮像方向Ｄ１よりも上側となっている。

【0036】

図５Ａの右側に示すように、スペースデブリ２００の二値化画像２００ａは、撮像画像Ｉｍｇ４の中心よりも上側に位置している。なお、図５Ａ及び図５Ｂに示す撮像画像Ｉｍｇ４及びＩｍｇ５には、スペースデブリ２００の重心位置ＦＰａが重ねて示されている。

【0037】

制御部１１は、撮像画像の中心よりも上側に位置するデブリ重心ＦＰａが撮像画像の中心に位置するように、姿勢制御装置５０のリアクションホイール５２を動作させて、宇宙航行体１００の姿勢を制御する。

【0038】

図５Ｂの左側図では、宇宙航行体１００の回転方向Ｄ３を実線の矢印により示している。リアクションホイール５２を制御することによって、宇宙航行体１００を回転方向Ｄ３に回転させることにより、図５Ｂの右側図に示すように、デブリ重心ＦＰａと撮像画像Ｉｍｇ５の中心とを一致させることができる。

【0039】

なお、スペースデブリ２００の重心と撮像画像の中心とを完全に一致させなくてもよく、例えば、撮像画像の中心を基準としてデブリ重心を所定範囲内に対応させてもよいし、逆に、デブリ重心を基準として所定範囲内に画面中心を対応させてもよい。あるいは、撮像画像の中心以外の基準を設けてデブリ重心を一致または対応させてもよい。

【0040】

図３に示すように、ステップＳ５の実行後、上述のステップＳ２、ステップＳ３及びステップＳ４が繰り返し実行される。他方、上述のステップＳ４において第１ベクトルを取得できると判定された場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、制御部１１は、軌道生成部１３に、目標軌道を生成させる（ステップＳ６）。具体的には、軌道生成部１３は、第１ベクトルと、撮像方向Ｄ１のベクトルである第２ベクトルとにより規定される平面（以下、「軌道計画用平面」と呼ぶ）において目標軌道を生成する。

【0041】

軌道計画用平面は、取得した撮像画像の画像処理結果に基づいて規定することができ、例えば、図６に示すように、スペースデブリ２００を中心とする円（図６において格子線で網掛けした領域）を含む平面Ｆである。なお、宇宙航行体１００において撮像画像の中心とデブリ重心ＦＰとを一致させた場合には、軌道計画用平面Ｆは、デブリ重心を含む平面として規定されればよい。

【0042】

図６では、第１ベクトルＶ１をブロック矢印により示している。第１ベクトルＶ１の向きをスペースデブリ２００の前方と規定したとき、宇宙航行体１００は、スペースデブリ２００の斜め後方の位置Ｐ１にあるとする。撮像装置４０はデブリ重心ＦＰを向いてスペースデブリ２００を撮像しているので、第２ベクトルＶ２は、位置Ｐ１からデブリ重心ＦＰに向かうベクトルとなる。この場合、軌道計画用平面Ｆは、第１ベクトルＶ１および第２ベクトルＶ２により規定される円を含む平面である。

【0043】

なお、図６では、スペースデブリ２００の位置を基準とする宇宙航行体１００の相対的な位置として、斜め後方の位置Ｐ１の他、側方の位置Ｐ２、斜め前方の位置Ｐ３、前方の位置Ｐ４、および後方の位置Ｐ５を示しているが、これらのいずれの位置であっても、第２ベクトルＶ２はデブリ重心ＦＰに向かうベクトルであり、軌道計画用平面Ｆは、第１トルＶ１および第２ベクトルＶ２を含むように規定されていればよい。また、図６に示す５つの位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４、Ｐ４及びＰ５はいずれも軌道計画用平面Ｆに含まれる図面手前側の円周上の位置であるが、図面奥側の円周上の位置であってもよい。

【0044】

ステップＳ６では、制御部１１は、目標軌道として、図７に示すようにスペースデブリ２００のＰＡＦ２１０直上までの軌道であって、デブリ重心ＦＰを中心とする円の円周上を含む経路Ｒ１を生成する。経路Ｒ１は、円軌道を含む経路である。目標軌道を円軌道を含む経路とすることで、宇宙航行体１００を円軌道上で周回させることができるので、スペースデブリ２００に対して宇宙航行体１００を相対停止させてＰＡＦ２１０直上となる位置（以下、「目標位置」という）に接近させるための航行を複数回繰り返すことができる。なお、目標軌道は、円軌道を含む経路Ｒ１に代えて、楕円軌道を含む経路であってもよい。

【0045】

また、軌道計画用平面Ｆがデブリ重心ＦＰを中心とする円を含む平面であっても、目標軌道は円軌道を含まない経路であってもよい。例えば、宇宙航行体１００の推進薬消費ができる限り小さくなる経路であってもよい。具体的には、図７に示す目標軌道Ｒ２のように、軌道計画用平面Ｆに含まれる円周上の位置から放物線状に航行して、スペースデブリ２００の前方の位置を目指す経路としてもよい。また、例えば、宇宙航行体１００から目標位置までの到達時間をできる限り小さくする（あるいは最小にする）経路を目標軌道としてもよい。具体的には、図７に示す目標軌道Ｒ３のように、軌道計画用平面Ｆに含まれる円周上の位置から、目標軌道Ｒ２の経路よりも距離が短くなるような放物線状の経路として、スペースデブリ２００の前方の位置を目指す経路としてもよい。

【0046】

また、軌道計画用平面Ｆは、スペースデブリ２００を含む平面であればよく、デブリ重心ＦＰを含む平面でなくてもよい。

【0047】

図３に示すように、制御部１１は、宇宙航行体１００を生成された目標軌道上を航行させる（ステップＳ７）。具体的には、制御部１１は、姿勢制御装置５０を制御することによって宇宙航行体１００の姿勢を制御して、宇宙航行体１００に目標軌道上を航行させる。

【0048】

ここで、スペースデブリ２００には摂動が生じる可能性があり、スペースデブリ２００の実際の航行位置と、ステップＳ６で生成した目標軌道との間で誤差が生じる場合がある。そのため、制御部１１は、宇宙航行体１００が目標軌道上を航行している間、スペースデブリ２００の摂動により目標軌道を再度生成する必要があるか否かを判定する必要がある。

【0049】

そこで、制御部１１は、撮像装置４０からスペースデブリ２００の撮像画像を取得し（ステップＳ８）、取得した撮像画像を画像処理部１２に画像処理させて（ステップＳ９）、第１ベクトルＶ１を取得する。ステップＳ８及びステップＳ９は、上述のステップＳ２及びステップＳ３と同じであるので、詳細な説明は省略する。

【0050】

制御部１１は、現時点の目標軌道生成時における第１ベクトルＶ１と、ステップＳ９において再取得した第１ベクトルＶ１とが一致するか否かを判定する（ステップＳ１０）。現時点の目標軌道生成時における第１ベクトルＶ１とは、現時点の目標軌道を生成する際に軌道計画用平面Ｆを規定するために用いられた第１ベクトルＶ１を意味し、上述のステップＳ３において取得された第１ベクトルＶ１である。かかる第１ベクトルＶ１を「前回の第１ベクトルＶ１１」とし、ステップＳ９において新たに取得された第１ベクトルＶ１を「今回の第１ベクトルＶ１２」としたとき、スペースデブリ２００に摂動が生じていなければ、前回の第１ベクトルＶ１１と今回の第１ベクトルＶ１２とが一致していることになる。これに対して、スペースデブリ２００に摂動が生じていれば、前回の第１ベクトルＶ１１を取得した時点における目標軌道上のスペースデブリ２００の位置に対して、今回の第１ベクトルＶ１２を取得した時点、すなわち現在のスペースデブリ２００の位置がずれていることになる。この場合、現時点の目標軌道上で宇宙航行体１００を航行させても、宇宙航行体１００を目標位置に到達させることができない。それゆえ、本実施形態では、現時点の目標軌道が現在のスペースデブリ２００の位置に対して適切であるか否かを判定するために、前回の第１ベクトルＶ１１と今回の第１ベクトルＶ１２とが一致するか否かを判定することとしている。第１ベクトルＶ１１及びＶ１２が一致しているか否かの判定は、互いの軸方向を対比させて行う。

【0051】

第１ベクトルＶ１１及びＶ１２が一致していないと判定された場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、新たに目標軌道を生成する必要がある。したがって、制御部１１は、第１ベクトルＶ１１及びＶ１２が一致すると判定されるまでの間、上述のステップＳ６、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ９及びＳ１０を繰り返し実行する。この場合、ステップＳ１０における前回の第１ベクトル１１は、目標軌道を再生成したときに用いた第１ベクトル（すなわち、ステップＳ９で取得された第１ベクトル）である。これに対して、第１ベクトルＶ１１及びＶ１２が一致していると判定された場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）には、第１ベクトルＶ１１及びＶ１２の方向にずれがないので、現時点の目標軌道は、現在のスペースデブリ２００の位置から見て適切な軌道である。

【0052】

制御部１１は、宇宙航行体１００を航行させつつ、第１ベクトルＶ１側の位置においてアスペクト比が１であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。目標軌道として、例えば、図６に示す、軌道計画用平面Ｆに含まれる円周上の円軌道を含む経路が作成された場合、宇宙航行体１００は、かかる円周上を太線矢印により示される方向Ｎに周回する。位置Ｐ１で撮像装置４０がスペースデブリ２００を撮像すると、図４Ａに示す撮像画像Ｉｍｇ１が得られ、上述のとおり、スペースデブリ２００の二値化画像２００ａのアスペクト比は１ではない。宇宙航行体１００が位置Ｐ１から位置Ｐ２に航行すると、撮像装置４０はスペースデブリ２００の側方からスペースデブリ２００を撮像することになる。それゆえ、図４Ｂに示す撮像画像Ｉｍｇ２が得られ、上述のとおり、スペースデブリ２００の二値化画像２００ａのアスペクト比は１ではない（短辺を基準とすれば最大値、長辺を基準とすれば最小値である）。宇宙航行体１００が位置Ｐ２から位置Ｐ３に航行すると、位置Ｐ１の場合と同様に図４Ａに示す撮像画像Ｉｍｇ１が得られる。宇宙航行体１０が位置Ｐ４に位置すると、図４Ｃに示す撮像画像Ｉｍｇ３が得られ、スペースデブリ２００の二値化画像２００ａのアスペクト比は実質的に１となる。なお、位置Ｐ４は、上述のとおり、スペースデブリ２００の前方の位置であって、スペースデブリ２００の第１ベクトルＶ１側の位置であり、ＰＡＦ２１０の直上となる位置である。なお、宇宙航行体１００が位置Ｐ５でスペースデブリ２００を撮像すると、位置Ｐ４の場合と同様に、図４Ｃに示す撮像画像Ｉｍｇ３が得られ、スペースデブリ２００の二値化画像２００ａのアスペクト比は実質的に１となる。しかし、位置Ｐ５は目標位置ではないので、ステップＳ１１ではアスペクト比が１になるか否かに加えて、宇宙航行体１００の位置が目標軌道上における第１ベクトルＶ１側であるか否かも判断している。

【0053】

ステップＳ１１において第１ベクトルＶ１側の位置においてアスペクト比が１でないと判定された場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、第１ベクトルＶ１側の位置においてアスペクト比が１であると判定されるまで、上述のステップＳ７、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１０及びＳ１１が繰り返し実行される。このように、宇宙航行体１００は、自身の航行軌道が現在の軌道でよいのか、あるいは、改めて軌道を生成すべきかを、継続的に監視しながら、ステップＳ７～ステップＳ１１を繰り返している。

【0054】

他方、第１ベクトルＶ１側においてアスペクト比が１であると判定された場合には（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、制御部１１は、宇宙航行体１００が目標位置に到達したと判断して宇宙航行体１００を相対停止させる（ステップＳ１２）。ステップＳ１２の実行後、制御部１１は画像航法処理を終了して、スペースデブリ２００の除去処理に移行する。

【0055】

なお、生成された目標軌道が図７に示す経路Ｒ１のように、円軌道を含む経路であれば、制御部１１は、アスペクト比が１になった後に、図６に示す位置Ｐ４からスペースデブリ２００のＰＡＦ２１０の前方に向かって接近する航行を実行した後、目標位置に到達したと判定してもよい。あるいは、目標軌道が図７に示す軌道Ｒ２またはＲ３のように、円軌道の途中からショートカットしてＰＡＦ２１０に接近する場合には、アスペクト比が１になった時点で目標位置に到達したと判定してもよい。

【0056】

以上の構成により、デブリ重心、第１ベクトルＶ１、アスペクト比および第２ベクトルＶ２という容易に取得できるデータを用いることで、スペースデブリ２００の姿勢を検出した上で目標軌道を生成することができる。それゆえ、情報処理量が過剰になることなく容易に、かつ正確に宇宙航行体１００をスペースデブリ２００に接近させることができる。また、地上局を介さずに宇宙航行体１００単体で目標軌道を生成することが可能となり、スペースデブリ２００の撮像画像を地上局に送信して地上局で目標軌道を生成する必要がなくなる。

【0057】

加えて、生成された目標軌道に基づいて宇宙航行体１００を航行させる際には、第１ベクトルＶ１側の位置でスペースデブリ２００の撮像画像のアスペクト比が１になる位置を到達目標とし、アスペクト比が１にならない場合には、改めて画像処理および目標軌道の生成を繰り返すフィードバック制御を行う。これにより、宇宙航行体１００は地上局と通信しなくても、スペースデブリ２００の目標位置まで自律的に航行させることができる。その結果、より正確な位置に宇宙航行体１００を航行させることができる。

【0058】

また、軌道計画用平面Ｆがスペースデブリ２００を中心とする円を含む面であれば、その円周上を目標軌道の一部とすることができる。そのため、スペースデブリ２００を中心とする円軌道上で宇宙航行体１００を周回航行させることができるので、スペースデブリ２００の撮像画像のアスペクト比が１になる位置に到達するまで宇宙航行体１００の周回航行を継続することができる。

【0059】

上述のステップＳ１２において目標位置に到達したと判定されて宇宙航行体１００が航行を相対停止したときに、その位置でアスペクト比が１からずれていれば、目標位置と宇宙航行体１００との間に誤差が発生することになる。例えば、図８に示すように、位置Ｐ２から矢印Ｎ１方向に宇宙航行体１００が周回航行し、スペースデブリ２００の前方の位置Ｐ４を目指したものの、少し行き過ぎて斜め前方の前側寄りの位置Ｐ６に至ったとする。このとき、宇宙航行体１００は、矢印Ｎ１方向の周回航行を再開するのではなく、矢印Ｎ１方向とは反対側の矢印Ｎ２方向に周回航行してもよい。

【0060】

このように、宇宙航行体１００は、アスペクト比が１からずれた位置Ｐ６から、アスペクト比が１になる位置Ｐ４に収束するように、周回航行を再開すればよい。これにより、宇宙航行体１００は、周回航行を一度相対停止しても、アスペクト比に基づいて周回航行を再開し、目標位置に相対停止するための動作を再チャレンジすることができる。

【0061】

なお、本実施形態では、制御部１１は、第１ベクトルＶ１側の位置でアスペクト比が１になるように、宇宙航行体１００を航行させているが、本開示はこれに限定されない。制御部１１は、第１ベクトルＶ１およびアスペクト比に基づいて宇宙航行体１００が目標軌道上の目標位置に到達したことを判定する構成であればよい。例えば、制御部１１は、第１ベクトルＶ１側の位置でのアスペクト比の航行中の変化が極小を示す位置に達するまで姿勢制御装置５０を動作させて宇宙航行体１００を目標軌道上で航行させてもよい。このとき、アスペクト比の変化の極小を所定の数値範囲に設定し、アスペクト比がこの数値範囲に入ったときに、実質的にアスペクト比が１であると判定してもよい。あるいは、制御部１１は、第１ベクトルＶ１を基準として、スペースデブリ２００の二値化画像２００ａのアスペクト比が所定の数値範囲に入る場合に、宇宙航行体１００が目標位置に到達したと判定してもよい。なお、アスペクト比は０．５であってもよい。

【0062】

［スペースデブリの除去］
宇宙航行体１００が目標位置に到達し、図２Ａに示すように、スペースデブリ２００のＰＡＦ２１０に対向した状態で固定域（固定装置２０による固定動作が可能な距離、例えば、スペースデブリ２００まで１．５メートル程度）まで到達すると、スペースデブリ２００を捕獲する処理が実行される。具体的には、制御部１１は、固定装置２０による除去装置３０の固定動作を開始させる。固定装置２０の伸展部２１が伸展し、これにより係合部２２がＰＡＦ２１０の開口２３０内に挿入される。その後、係合部２２は、開口２３０から脱離しないでＰＡＦ２１０内に係合され、その結果、除去装置３０は固定装置２０を介してスペースデブリ２００のＰＡＦ２１０に固定される。

【0063】

宇宙航行体１００がスペースデブリ２００を捕獲すると、図９Ａに示すように、宇宙航行体１００は、スペースデブリ２００から離脱する方向に航行する。これに伴い、除去装置３０内に収容されていたＥＤＴ３１がリールから引き出される。図９Ｂに示すように、除去装置３０および固定装置２０は宇宙航行体１００から分離するとともに、宇宙航行体１００はスペースデブリ２００の周回軌道から離脱する。宇宙航行体１００が離脱した後も、除去装置３０は、スペースデブリ２００から離れる方向に航行を続けるため、図９Ｃに示すように、除去装置３０からのＥＤＴ３１の繰り出しが継続し、ＥＤＴ３１が大きく延伸する。ＥＤＴ３１は、最終的には数キロメートル（例えば５キロメートルから１０キロメートル）まで延伸する。その後、ＥＤＴ３１の作用によってスペースデブリ２００の推進速度が低減し、地球周回軌道からデオービットされ、スペースデブリ２００は大気圏に突入して燃え尽きる。

【0064】

［変形例１］
図１０に示すスペースデブリ除去システム５００は、宇宙航行体１００ａと、管理センタ３００とを備える。スペースデブリ除去システム５００では、宇宙航行体１００ａと管理センタ３００とが通信を行い、管理センタ３００が宇宙航行体１００ａの管理を行う。宇宙航行体１００ａは、管理センタ３００と通信する衛星通信部６０を追加して備える点において、実施形態の宇宙航行体１００と異なる。宇宙航行体１００ａのその他の構成は、宇宙航行体１００の構成と同じであるので、同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。管理センタ３００は、地上局であり、宇宙航行体１００ａと通信する地上通信装置３１０と、宇宙航行体１００ａを管理する地上管理装置３２０とを備える。

【0065】

スペースデブリ除去システム５００では、例えば、遠距離域および中距離域での宇宙航行体１００ａの航行を地上管理装置３２０が制御してもよい。また、例えば、宇宙航行体１００ａが近距離域まで接近したときに、図３に示す画像航法処理の開始を地上管理装置３２０から制御部１１に対して指示してもよい。あるいは、例えば図３に例示する画像航法処理において、必要に応じて地上管理装置３２０による管理制御のステップが含まれていてもよい。地上管理装置３２０によって制御が管理されるステップとしては、例えば、宇宙航行体１００ａが目標軌道を周回航行する際の周回方向が挙げられる。具体的には、宇宙航行体１００ａの初期位置が図８に示す位置Ｐ２である場合に、矢印Ｎ１方向に周回航行させるのか、矢印Ｎ１方向とは反対方向である矢印Ｎ２方向に周回航行させるかを、地上から指示してもよい。また、例えば、固定装置２０による除去装置３０の固定動作の開始を地上管理装置３２０から制御部１１に対して指示してもよい。また、例えば、除去装置３０がスペースデブリ２００のＰＡＦ２１０に固定された後におけるスペースデブリ２００から離脱する方向への宇宙航行体１００ａの航行を、地上管理装置３２０が制御してもよい。

【0066】

［変形例２］
上記形態において、宇宙航行体１００、１００ａは、スペースデブリ２００を捕獲する人工衛星であったが、本開示はこれに限定されない。例えば、宇宙航行体１００、１００ａは、人工衛星に推進薬を補充するための人工衛星であってもよい。この場合、宇宙航行体１００、１００ａの目標位置は、推進薬補給の挿入口の直上としてもよく、また、除去装置３０が固定される位置は、薬液補給の挿入口であってよい。

【0067】

［変形例３］
上記形態において、撮像装置４０は、二値化画像を画像処理部１２に出力していたが、本開示はこれに限定されない。例えば、撮像装置４０から出力される画像は、モノクロ多階調画像またはカラー画像であってもよい。この場合、撮像装置４０から取得した画像を画像処理部１２が二値化してもよい。

【0068】

［変形例４］
上記形態において、固定装置２０によるスペースデブリ２００の固定部位は限定されない。例えば、固定装置２０は、スペースデブリ２００に銛を打ち込んで固定する構成であってもよい。また、例えば、固定装置２０は、スペースデブリ２００を投網で包みとる構成であってもよいし、ロボットアームでスペースデブリ２００の一部を把持する構成等の他の任意の構成であってもよい。

【0069】

［変形例５］
上記実施形態では、撮像画像を取得可能であると判定された場合に撮像画像を取得していたが、本開示はこれに限定されない。例えば、撮像装置４０は常時撮影を行っており、画像処理部１２に入力される撮像画像が二値化画像でない場合には、画像処理部１２において画像処理を行うことによってスペースデブリ２００を検出してもよい。

【0070】

以上説明した本開示の一実施形態に係る制御装置は、宇宙航行体に搭載される制御装置であって、非協力対象物の撮像画像を画像処理することによって、前記非協力対象物の重心位置と、前記重心位置を通り前記非協力対象物の長手方向と平行なベクトルであって前記宇宙航行体を前記非協力対象物に接近させるべき方向のベクトル成分を有する第１ベクトルとを取得する画像処理部と、前記宇宙航行体が前記非協力対象物に接近航行するための目標軌道を生成する軌道生成部と、前記宇宙航行体の姿勢を制御することによって、前記宇宙航行体を前記目標軌道上で航行させる制御部と、を備え、前記軌道生成部は、前記第１ベクトルと、前記撮像画像の撮像方向のベクトルである第２ベクトルとにより規定される平面において前記目標軌道を生成する。

【0071】

上記形態の制御装置によれば、非協力対象物の重心位置を通り非協力対象物の長手方向と平行なベクトルであって宇宙航行体を非協力対象物に接近させるべき方向のベクトル成分を有する第１ベクトルと、撮像画像の撮像方向のベクトルである第２ベクトルとにより規定される平面において目標軌道を生成するので、地上局を介さずに目標軌道を生成できる。したがって、地上局を介して目標軌道を生成する構成に比べて、情報処理量が増加することを抑制できる。

【0072】

上記形態の制御装置において、前記画像処理部は、前記宇宙航行体が前記目標軌道上を航行している間における前記非協力対象物の撮像画像から前記第１ベクトルおよび前記撮像画像中の前記非協力対象物のアスペクト比を取得し、前記制御部は、取得された前記第１ベクトルおよび前記アスペクト比に基づいて、前記宇宙航行体が前記目標軌道上の目標位置に到達したか否かを判定してもよい。この形態の制御装置によれば、宇宙航行体が目標軌道を航行中にも、第１ベクトルおよびアスペクト比の情報を得て宇宙航行体が目標位置に到達したことを判定するので、地上局と通信しなくても、非協力対象物に対して望ましい位置にあるか否かを自律的に判断できる。

【0073】

上記形態の制御装置において、前記画像処理部は、前記宇宙航行体が前記目標軌道上を航行している間における前記非協力対象物の撮像画像中の前記非協力対象物のアスペクト比を繰り返し取得し、前記制御部は、取得された前記アスペクト比が１になるまでの間、前記目標軌道における前記接近させるべき方向側において前記宇宙航行体の姿勢を変化させて前記目標軌道を航行させてもよい。この形態の制御装置によれば、アスペクト比が１になるまでの間、宇宙航行体を非協力対象物に接近させるべき方向側において宇宙航行体の姿勢を変化させつつ目標軌道で宇宙航行体を航行させる。すなわち、第１ベクトル側でアスペクト比が１にならない場合には、改めて画像処理および目標軌道の生成を繰り返すフィードバックを行うことができる。それゆえ、地上局と通信しなくても目標位置に対して宇宙航行体を自律的に航行させることができる。

【0074】

上記形態の制御装置において、前記制御部は、前記目標軌道を生成する際に用いられた前記第１ベクトルと、前記宇宙航行体が前記目標軌道を航行中に前記画像処理部により新たに取得された前記第１ベクトルとが一致しない場合、少なくとも、前記目標軌道の生成と、生成された前記目標軌道上の航行を繰り返してもよい。

【0075】

上記形態の制御装置において、前記撮像画像は二値化画像であってもよい。

【0076】

上記形態の制御装置において、前記目標軌道は、前記非協力対象物を中心とする円軌道を含む経路であり、前記制御部は、前記姿勢制御部を制御することによって、前記宇宙航行体を前記円軌道上で周回航行させてもよい。

【0077】

上記形態の制御装置において、前記画像処理部は、前記非協力対象物における長手方向の非対称性に基づいて、前記第１を算出してもよい。

【0078】

本開示の他の実施形態に係る宇宙航行体は、上記いずれかの形態の制御装置と、前記非協力対象物を除去する除去装置と、前記除去装置を前記非協力対象物に固定する固定装置と、を備えていてもよい。

【0079】

上記形態の宇宙航行体において、進行方向前方に向かって伸展する伸展部と、前記伸展部における前記進行方向前報の端部に取り付けられ、前記非協力対象物の端部に設けられているＰＡＦの開口部に係合する係合部と、を備えていてもよい。

【0080】

上記形態の宇宙航行体において、前記除去装置は、ＥＤＴを備えていてもよい。

【0081】

上記形態の宇宙航行体において、前記宇宙航行体の姿勢を制御する装置として、スラスタと、リアクションホイールとのうちの少なくとも一方を備えていてもよい。

【0082】

本開示の他の実施形態に係るコンピュータプログラムは、非協力対象物の撮像画像を画像処理することによって、前記非協力対象物の重心位置を通り前記非協力対象物の長手方向と平行なベクトルであって前記宇宙航行体を前記非協力対象物に接近させるべき方向のベクトル成分を有する第１ベクトルとを取得する機能と、前記宇宙航行体が前記非協力対象物に接近航行するための目標軌道を生成する機能と、前記宇宙航行体の姿勢を制御することによって、前記宇宙航行体を前記目標軌道上で航行させる機能と、をコンピュータに実現させ、前記目標軌道を生成する機能は、前記第１ベクトルと、前記撮像画像の撮像方向のベクトルである第２ベクトルとにより規定される平面において前記目標軌道を生成する機能を含んでいてもよい。

【0083】

本明細書で開示する要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ASIC（Application Specific Integrated Circuits）、従来の回路、および/または、それらの組み合わせ、を含む回路または処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路または回路と見なされる。本開示において、回路、ユニット、または手段は、列挙された機能を実行するハードウェアであるか、または、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウェアである。ハードウェアは、本明細書に開示されているハードウェアであってもよいし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラムまたは構成されているその他の既知のハードウェアであってもよい。ハードウェアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、手段、またはユニットはハードウェアとソフトウェアの組み合わせであり、ソフトウェアはハードウェアおよび/またはプロセッサの構成に使用される。

【0084】

なお、本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態や複数の変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【0085】

また、上記説明から、当業者にとっては、本開示の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本開示を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本開示の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

【符号の説明】

【0086】

１００、１００ａ：宇宙航行体
１０：制御装置
１１：制御部
１２：画像処理部
１３：軌道生成部
４０：撮像装置
５０：姿勢制御装置
５１：スラスタ
５２：リアクションホイール
２０：固定装置
２１：伸展部
２２：係合部
３０：除去装置
３１：ＥＤＴ
２００：スペースデブリ
２１０：ＰＡＦ
２２０：本体部
２３０：開口部
５００：スペースデブリ除去システム
６０：衛星通信部
３００：管理センタ
３１０：地上通信装置
３２０：地上管理装置
Ｉｍｇ１，Ｉｍｇ２，Ｉｍｇ３，Ｉｍｇ４，Ｉｍｇ５：撮像画像
２００ａ：スペースデブリの二値化画像
Ｄ１：撮像方向
Ｄ２：重心方向
Ｄ３：回転方向
ＦＰ，ＦＰａ：重心
Ｖ１：第１ベクトル
Ｖ２：第２ベクトル
Ｆ：軌道計画用平面
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６：位置
Ｎ，Ｎ１，Ｎ２：方向
Ｒ１：経路
Ｒ２，Ｒ３：軌道

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】