特許 7579025 ナノサテライトシステム用統一プラットフォーム

(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】2024-10-29

(45)【発行日】2024-11-07

(54)【発明の名称】ナノサテライトシステム用統一プラットフォーム

(51)【国際特許分類】

   B64G 1/10 20060101AFI20241030BHJP

   B64G 1/66 20060101ALI20241030BHJP

   B64G 1/44 20060101ALI20241030BHJP

【ＦＩ】

B64G1/10 700

B64G1/66 C

B64G1/44 300

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2023516718

(86)(22)【出願日】2021-02-11

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-11-02

(86)【国際出願番号】 BG2021000007

(87)【国際公開番号】W WO2022082275

(87)【国際公開日】2022-04-28

【審査請求日】2024-01-19

(31)【優先権主張番号】113251

(32)【優先日】2020-10-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】BG

(73)【特許権者】

【識別番号】522244067

【氏名又は名称】エンデュロサット ジョイント ストック カンパニー

【氏名又は名称原語表記】ＥＮＤＵＲＯＳＡＴ ＪＯＩＮＴ ＳＴＯＣＫ ＣＯＭＰＡＮＹ

【住所又は居所原語表記】Ｍａｎａｓｔｉｒｓｋｉ Ｌｉｖａｄｉ，１Ａ’Ｆｌｏｒａ’Ｓｔｒｅｅｔ，’Ｏｂｓｉｄｉａｎ’Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ＢＧ－１４０４ Ｓｏｆｉａ ＢＵＬＧＡＲＩＡ

(74)【代理人】

【識別番号】100103872

【弁理士】

【氏名又は名称】粕川 敏夫

(74)【代理人】

【識別番号】100149456

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 喜幹

(74)【代理人】

【識別番号】100194238

【弁理士】

【氏名又は名称】狩生 咲

(74)【代理人】

【識別番号】100205648

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 真一

(72)【発明者】

【氏名】チャットジス，アントニオス ニコライ

(72)【発明者】

【氏名】ナイデノフ，ミレン ヴァレシフ

(72)【発明者】

【氏名】クラチマロフ，ゲオルギ ヴァレシフ

【審査官】諸星 圭祐

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３８９６０２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－１６８４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２５３２８４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１３－５０７８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０７４９２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０８１５３１８３（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１０００２００５（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６４Ｇ １／１０

Ｂ６４Ｇ １／２２－ １／６８

Ｈ０４Ｂ ７／１４－ ７／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ナノサテライトシステム用統一プラットフォームであって、
電源モジュール（２）、オンボードコンピュータ（３）、及び通信モジュール（５）が双方向に接続された通信バス（７．１，７．２，７．３，７．４）を備え、
ＵＨＦトランシーバ（５．１）を備え、
前記プラットフォームは、展開型ソーラーパネル（１．１－１．４）を備え、
前記ソーラーパネルは、前記電源モジュール（２）に単方向に接続され、姿勢決定・制御モジュール（４）に双方向に接続され、
前記姿勢決定・制御モジュール（４）は、通信バス（７．１）、（７．２）に双方向に接続され、
前記オンボードコンピュータ（３）は、追加インターフェース（９．１）、（９．２）に双方向で接続され、
前記通信モジュール（５）は、ＵＨＦアンテナ（６．１）を含むアンテナユニット（６）に双方向に接続され、
前記ＵＨＦアンテナ（６．１）は、追加インターフェース（９．２）に接続され、
前記プラットフォームは、通信バス（７．３）、（７．４）及び追加インターフェース（９．１）、（９．２）の両方に双方向に接続されたペイロード（８．１－８.ｎ）を備えることが可能であり、
展開型ソーラーパネル（１．１－１．４）、電源モジュール（２）、オンボードコンピュータ（３）、姿勢決定・制御モジュール（４）、及び通信モジュール（５）のそれぞれには、冗長回路（１０）が搭載されている、
ナノサテライトシステム用統一プラットフォーム。

【請求項2】

請求項１に記載のナノサテライトシステム用統一プラットフォームにおいて、
前記通信モジュール（５）は、Ｓバンドレシーバ（５．３）に接続されたＳバンドトランスミッタ（５．２）及び／又は追加高速無線通信デバイスを備えることが可能であり、
アンテナブロック（６）は、Ｓバンドアンテナ（６．２）、Ｘバンドアンテナ（６．３）及び／又は他の周波数用のアンテナが可能であって、
Ｓバンドトランスミッタ（５．２）及びＳバンドレシーバ（５．３）は、Ｓバンドアンテナ（６．２）に接続され、
追加高速無線通信デバイス５．４は、Ｘバンドトランスミッタ、Ｋａバンドトランスミッタ、Ｗ／Ｖバンドトランスミッタのタイプであり、Ｘバンドアンテナ６．３及び／又は他の周波数用のアンテナに接続されている、
ナノサテライトシステム用統一プラットフォーム。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のナノサテライトシステム用統一プラットフォームにおいて、
Ｓバンドトランスミッタ（５．２）、Ｓバンドレシーバ（５．３）、及び追加高速無線通信デバイス（５．４）は、通信バス（７．１、７．２、７．３、７．４）と双方向に接続されている、
ナノサテライトシステム用統一プラットフォーム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、宇宙技術や人工衛星産業の分野で応用できるナノサテライトシステム用統一プラットフォームに関するものであり、特に地上からプラットフォームのペイロードにアクセスし、地上局からプラットフォームに送られるタスクやコマンドを実行するためのものである。

【背景技術】

【0002】

宇宙開発及び関連インフラは、今日の世界においてますます重要性を増している。宇宙分野は驚異的な速度で進化しており、これは、今後数年間で多くの産業に大規模な変化をもたらすであろう。今後１０年間で、７，０００機以上の新しいナノサテライトが世界中で打ち上げられると予想されている。

【0003】

ナノサテライトは、地球観測、通信目的、情報伝達、研究及び訓練にますます活用されている。専門家によると、ＩｏＴ（Internet of Things）ネットワークの活性化には、実際に更新できない旧式のシステムを持つ大型衛星よりも、ナノサテライトの方が適しており効果的だという。ＩｏＴとは、家庭用機械からコンピュータ、さらには物まで、まだ未開発のデジタルポテンシャルを持つあらゆる種類のデバイスのネットワークである。ネットワーク接続があれば、人間の手を煩わせることなく、互いに情報を交換することができる。これには、ほぼすべての場所にモバイルネットワークが必要であり、このサービスは、人工衛星及び人工衛星プラットフォームによって最適に提供される。

【0004】

人工衛星プラットフォームは、ラジオやテレビ番組の放送、遠隔作業、遠隔医療、オンライントレーニング、エネルギーや輸送（航空、船舶等）を含むさまざまな産業分野へのサービスにも使用されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の目的は、自律的で、インテリジェントで、安全で、安定した人工衛星の制御及び地上局との通信の両方を提供し、プラットフォーム上に位置するペイロードとの間でデータをダウンロード及びアップロードできる、ナノサテライトシステム用統一プラットフォームを作成することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この問題は、電源モジュール、オンボードコンピュータ、最小限のＵＨＦトランシーバを備えた通信モジュールが双方向に接続された通信バスを備えたナノサテライトシステム用統一プラットフォームを構築することで解決された。また、プラットフォームは、拡張可能なソーラーパネルを備え、拡張可能なソーラーパネルは、電源モジュールに単方向に接続され、通信バスに双方向に接続された姿勢決定・制御モジュールに双方向に接続されている。オンボードコンピュータは、追加インターフェースと双方向に接続されています。通信モジュールは、補助インターフェースに接続されたＵＨＦアンテナを備えたアンテナユニットと双方向に接続されている。

【0007】

このプラットフォームは、通信バス及び追加インターフェースの両方に双方向に接続されたペイロードを備えることが可能である。展開型ソーラーパネル、電源モジュール、オンボードコンピュータ、姿勢決定・制御モジュール、及び通信モジュールのそれぞれは、冗長回路を備えている。

【0008】

一実施形態において、通信モジュールは、Ｓバンドレシーバに接続されたＳバンドトランスミッタ及び／又は追加高速無線通信デバイスを備えることが可能である。アンテナユニットは、Ｓバンドアンテナ、Ｘバンドアンテナ、及び／又は他の周波数用のアンテナを備えることが可能である。Ｓバンドトランスミッタ及びＳバンドレシーバは、Ｓバンドアンテナに接続され、追加高速無線通信デバイスは、Ｘバンドトランスミッタ、Ｋａバンドトランスミッタ、Ｗ／Ｖバンドトランスミッタといったタイプであり、Ｘバンドアンテナ、及び／又は他の周波数用のアンテナに接続されている。

【0009】

Ｓバンドトランスミッタ、Ｓバンドレシーバ、及び追加高速無線通信デバイスは、通信バスに双方向で接続されている。

【0010】

このナノサテライトシステム用統一プラットフォームの利点は、プラットフォームの全モジュール間に構築された統一通信構造により、最大７０％のリソースを失っても動作可能な非常に高いレベルの冗長性を持つプラットフォームのペイロードへの地球からのアクセスを提供することである。また、各モジュールに冗長回路が実装されており、放射線障害でマイクロコントローラのメモリが完全に消去された場合でも、メモリの主要部分が復元されるため、マイクロコントローラが、完全に自己回復及び／又は再プログラミングできるのも利点である。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、本発明によるナノサテライトシステム用統一プラットフォームの模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１に示すように、作成されたナノサテライトシステム用統一プラットフォームは、通信バス７．１、７．２、７．３、７．４を備え、これらの通信バスに双方向に、電源モジュール２、オンボードコンピュータ３、及びＵＨＦトランシーバ５．１を含む通信モジュール５が接続されている。また、このプラットフォームは、展開型ソーラーパネル１．１－１．４を備え、これらは、電源モジュール２に単方向に接続され、姿勢決定・制御モジュール４に単方向に接続され、姿勢決定・制御モジュール４は、通信バス７．１、７．２に双方向に接続されている。オンボードコンピュータ３は、追加インターフェース９．１、９．２と双方向に接続されている。通信モジュール５は、ＵＨＦアンテナ６．１を備えたアンテナユニット６と双方向に接続され、ＵＨＦアンテナ６．１は、追加インターフェース９．２と接続されている。

【0013】

このプラットフォームは、通信バス７．３、７．４、及び追加インターフェース９．１、９．２と双方向に接続されたペイロード８．１－８.ｎを備えることができる。

【0014】

展開型ソーラーパネル１．１－１．４、電源モジュール２、オンボードコンピュータ３、姿勢決定・制御モジュール４、通信モジュール５のそれぞれは、冗長回路１０を備えている。

【0015】

一実施形態では、通信モジュール５は、Ｓバンドレシーバ５．３に接続されたＳバンドトランスミッタ５．２、及び／又は追加高速無線通信デバイス５．４を備えることができる。アンテナユニット６は、Ｓバンドアンテナ６．２、Ｘバンドアンテナ６．３、及び／又は他の周波数用のアンテナを備えることができる。Ｓバンドトランスミッタ５．２及びＳバンドレシーバ５．３は、Ｓバンドアンテナ６．２に接続され、追加高速無線通信デバイス５．４は、Ｘバンドトランスミッタ、Ｋａバンドトランスミッタ、Ｗ／Ｖバンドトランスミッタのタイプであり、Ｘバンドアンテナ６．３及び／又は他の周波数用のアンテナに接続されている。

【0016】

Ｓバンドトランスミッタ５．２、Ｓバンドレシーバ５．３、及び追加高速無線通信デバイス５．４は、通信バス７．１、７．２、７．３、７．４と双方向に接続されている。

【0017】

作成されたナノサテライトシステム用統合プラットフォームのモジュールは、以下のような機能及び特徴を有している。展開型ソーラーパネル１．１－１．４は、太陽エネルギーを電気に変換し、電源モジュール２の入力に供給される。ソーラーパネル１．１－１．４は、ソーラーセル、光センサ、ジャイロスコープ、マイクロコントローラ、コネクタを備えている。

【0018】

電源モジュール２は、ソーラーパネルからの入力電力変換器、充電器、平衡装置、バッテリー、発熱体、出力電力変換器を備えている。電源モジュール２は、プラットフォームのすべてのモジュールに電源を供給し、ソーラーパネル１．１－１．４から受け取った電力を分配し、電圧レベルの異なるモジュールへの電源に適した電気的パラメータを持つようにする。エネルギーの一部は、電源モジュール２のバッテリーに蓄えられる。

【0019】

オンボードコンピュータ３は、プラットフォームソフトウェアの主要な部分が実行されるモジュールである。オンボードコンピュータ３は、プラットフォーム全体の主要な動作モードを司る。オンボードコンピュータ３は、４つのマイクロコントローラ（メインのデュアルコア２個及び前者２個のプログラミングデバイスとして機能する２個）、コネクタ、外部メモリ、２個のメモリカードスロットを備えている。

【0020】

姿勢決定・制御モジュール４は、地球やその他の基準物に対し、人工衛星を所望の方向に正しく向ける役割を担っている。姿勢決定・制御モジュールは、メインマイクロコントローラを搭載した制御基板、作動装置（リアクションホイール）を搭載した基板、及びセンサ（２台のカメラ、磁場センサ、高精度光センサ）を搭載した基板を備えている。

【0021】

通信モジュール５は、地球からの人工衛星の基本的な接続及び制御のために、ＵＨＦトランシーバ５．１を備える必要がある。ＵＨＦトランシーバ５．１は、２０Ｋｂｐｓという低速を維持し、地球へのポインティングを必要としない。ＵＨＦトランシーバ５．１は、コネクタ、マイクロコントローラ、無線回路を備えている。

【0022】

通信モジュール５は、より高速なダウンリンク－５Ｍｂｉｔ/ｓを維持し、人工衛星から地球に大きなデータやテレメトリを送信するために使用されるＳバンドトランスミッタ５．２を備えることができる。Ｓバンドトランスミッタ５．２は、コネクタ、マイクロコントローラ、２つのメモリカードスロット、変調器、無線回路を備えている。通信モジュール５は、Ｓバンドレシーバ５．３も備えることができ、より高速のアップリンク－５Ｍｂｐｓをサポートし、プラットフォームモジュール用の新しいソフトウェア用のファイルなど、より大きなファイルをアップロードし、地球から人工衛星を制御するために使用される。Ｓバンドレシーバ５．３は、コネクタ、マイクロコントローラ、２つのメモリカードスロット、復調器、無線回路を備えている。通信モジュール５は、Ｘバンドトランスミッタ、Ｋａバンドトランスミッタ、Ｗ／Ｖバンドトランスミッタ等の他の追加高速無線通信デバイス５．４を備える可能性を有する。追加高速無線通信デバイス５．４は、無線周波数スペクトルの異なるバンドで、人工衛星から地球まで１５０Ｍｂｐｓから数Ｇｂｐｓの高いデータレートを維持する。追加高速無線通信デバイス５．４は、人工衛星から地球へ、写真や動画等の大量の情報を素早く転送する役割を担っている。追加高速無線通信デバイス５．４は、コネクタ、マイコン、２個のメモリカードスロット、変調信号発生用デジタル部、無線回路を備えている。

【0023】

アンテナユニット６は、必然的にＵＨＦアンテナ６．１を備え、ＵＨＦアンテナ６．１は、機械的フレーム、制御用マイクロコントローラ及びコネクタを搭載した基板、並びに展開機構を備えた金属アンテナを備えている。

【0024】

アンテナユニット６は、Ｓバンドアンテナ６．２、Ｘバンドアンテナ６．３、及び／又は他の周波数用のアンテナを備えることが可能であり、これらは別々の金属パッチを有する基板及びコネクタを備えている。アンテナは、通信モジュール５からの通信機器の動作に必要なインフラの一部であり、それぞれ、いずれかの周波数が必要でない場合（Ｓバンド、Ｘバンド、Ｋａバンド等）、それぞれのアンテナは配置されない。

【0025】

通信バス７．１、７．２、７．３、７．４は、プラットフォームの全モジュール間、及びプラットフォームのセキュリティに追加の制約がある外部モジュールとのデータ交換を保証するものである。通信バス７．１、７．２、７．３、７．４は、合計４つの通信チャネルを提供する。通信バス７．１、７．２は、システムバスであり、プラットフォームモジュールにのみ利用可能であり、通信バス７．３、７．４は、ペイロードにも対応可能であり、プラットフォームモジュールに加えて、ペイロード８．１－８.ｎも通信バス７．３、７．４に接続されている。通信バス７．１、７．２、７．３、７．４は、４重予約で、すべてのモジュール間で高速及び低速の両方のデータ交換速度をサポートしている。通信バス７．１、７．２、７．３、７．４は、制御及びデータ交換の両方に適している。また、バスの１つに障害が検出された場合、プラットフォームの一般的な状態に影響を与えることなく、次に機能するバスに通信を転送し、データ交換を継続するようなメカニズムがプラットフォームに実装されている。

【0026】

ペイロード８．１－８.ｎは、宇宙から地球を探査する手段、宇宙環境を探査する手段、又は軌道上で計測及び／又は実験を行う装置であるサードパーティ製クライアントデバイスである。ペイロード８．１－８.ｎは、写真・ビデオカメラ、赤外線カメラ、地球及び／又は別の人工衛星への無線又は光接続を有する通信モジュールであってもよい。また、宇宙空間での研究の対象となる電子機器、機構、その他の種類のカーゴであってもよい。

【0027】

追加インターフェース９．１、９．２は、ペイロード８．１－８.ｎとプラットフォームとの接続に使用され、その場合、負荷の安定性は低下する。ＵＡＲＴ、Ｉ２Ｃ、ＳＰＩインターフェースがサポートされている。

【0028】

冗長回路１０は、メインマイクロコントローラ２個及び補助マイクロコントローラ２個の２組で構成される制御・監視回路である。メインマイクロコントローラは、完全に互換性のある機能を持ち、２つのうち１つに不具合が生じた場合、他方がその機能を１００％引き継ぐ。補助マイクロコントローラは、耐放射線性のメモリを有し、それぞれのメインマイクロコントローラの外部プログラミングデバイスの役割を果たす。メインマイクロコントローラのメモリを削除及び／又は変更しても、補助マイクロコントローラがそれを復元することができる。メインマイクロコントローラの回復及び／又は再プログラミングのこの機能は、それぞれのモジュール内のローカルレベルのみに限定されるものではない。すなわち、あるモジュールのメインマイクロコントローラ及び／又は補助マイクロコントローラは、通信バス７．１、７．２、７．３、７．４を介して、別のモジュールにあるメインマイクロコントローラ及び／又は補助マイクロコントローラを再プログラミングすることができる。

【0029】

プラットフォームの機能は以下の通りである。軌道上でプラットフォームがキャリアから分離した直後、電源ユニット２が起動し、プラットフォームの全モジュールの電源が活性化される。次に、各モジュールに信号が送信され、モジュールがオンになる。分離後３０分までは、軌道にもよるが、オンボードコンピュータ３から信号が送信され、ＵＨＦアンテナ６．１及びソーラーパネル１．１－１．４が開かれる。プラットフォームの姿勢を安定させるためのシステムは、オンボードコンピュータ３及び姿勢決定・制御モジュール４により起動される。通信モジュール５は、ＵＨＦトランシーバ５．１を介してプラットフォーム固有の信号を一定の間隔で送信することでモードに入り、地上局によって傍受することができる。プラットフォームとの接続を確立した後、通常の動作モードに入り、その間、ミッションに提供されるタスク及び／又は地上局からプラットフォームへ送信されるコマンドが実行される。

【0030】

プラットフォームを構成する各モジュールには、ソフトウェア及びハードウェアレベルのロジックが実装されており、プラットフォームの自律的な機能を提供する。プラットフォームは、サブシステムの基本指標及び重要指標に基づいて推定を行い、所定の瞬間にどの動作モードが最も効果的又は適切であるかを決定する。

【0031】

プラットフォームのインテリジェンスは、地上局から割り当てられたタスクに応じて、タスクの準備のためにさまざまなプロセスを開始するタイミングを事前に計画することである。これには、衛星の正しい向き、必要なエネルギーの取得、ペイロードの指示及び起動(カメラ、無線、実験等)といった操作が含まれる。

【0032】

このプラットフォームのセキュリティは、ナノサテライトとの通信のためのすべての無線チャンネルが暗号化されていることにある。これにより、複数のペイロードを異なる顧客に展開でき、各顧客が自分のペイロードのみにアクセスすることができるようになる。

【0033】

これは、「機能共有」を実現するプラットフォームのアーキテクチャと、プラットフォーム内のすべてのモジュール間で構築された統一的な通信構造とによって可能になった。つまり、あるモジュールが破損しても、他のモジュールがその機能の一部をカバーすることができる。さらに、各モジュールにはプログラマーが実装されており、マイクロコントローラのメモリが放射線障害により完全に消去された場合でも、メモリの主要部分を復元できるため、マイクロコントローラは完全に機能する状態に自己回復することができる。

【図1】