成層圏プラットフォームプロジェクト

成層圏プラットフォーム

平成13年度

事業実施報告書



ミレニアム・プロジェクト「成層圏プラットフォーム」事業実施報告書

【府省名:文部科学省】

事  項説     明
実施施策名 成層圏プラットフォーム(飛行船分野)
実施目標 二酸化炭素等の温室効果気体の直接観測を可能とする成層圏滞空飛行船(成層圏プラットフォーム)について、飛行船を成層圏に到達可能とする技術及び定点に滞空する技術を確立し、関連する飛行試験を実施すること。
平成13年度の事業実施状況 (総括:本年度の目標に対する達成状況、来年度以降の課題)
 当初計画に従って必要な要素技術開発を行なうとともに、飛行試験機の設計・製作作業を進捗させた。来年度から定点滞空試験機の製作に着手する等、事業規模が拡大すること。

(具体的な事業実施内容)
1.要素技術開発
 成層圏滞空飛行試験及び定点滞空飛行試験の両方に必要な要素技術開発試験を実施し、膜構造の試作および実運用を模擬した評価試験、風洞・水槽試験による設計データの取得等、多くの成果を獲得。

2.成層圏滞空飛行試験
 成層圏滞空飛行試験については、試験機の詳細設計を行なうとともに、製作に着手した。平成14年度中に組立までを終了し、地上機能試験を行なう予定。

3.定点滞空飛行試験
 定点滞空飛行試験については試験機の基本設計の第一フェイズを実施した。これを受けて平成14年度中に製作に入る予定。

4.大気採取測定システム
 大気・採取測定システムの製作を完了するとともに、地上試験により、過酷な条件の下でも正常に動作し、仕様書で要求された「測定精度」を達成

5.実験場・地上設備整備
 昨年度行なった両飛行試験の試験場の選定結果に基づき、地元自治体と実験の実施に関する協定を締結し、両実験場の整備計画を策定した。

6.その他
 昨年度評価・助言会議における指摘等に基づき、関係機関間の連携・調整の仕組みを見直し、関係機関間の技術連絡会を発足させることで対応した。また、両飛行試験に係わる許認可等に関して関係機関(国土交通省等)との調整を開始した。他に開発協議会、広報活動を行った。

平成14年度以降の事業実施計画・方針
(本年度の改善点)
 成層圏滞空飛行試験については、試験機の製作・組立を完了し、地上での機能確認試験を行なう。また必要な維持設計を実施する。

 定点滞空飛行試験については、試験機の平成15年度の完成を目標に、平成14年度に詳細設計と並行して製作に着手する。また、引き続き必要な要素技術開発・評価を実施。

 大気・採取システムについては、性能・精度の確認試験を行うとともに、環境シミュレータによる模擬試験を行う予定。

 また、両飛行試験の実施に必要な実験場・地上支援設備の整備を引き続き実施し、特に成層圏滞空飛行試験については平成14年度中に完了し、飛行試験に備える。

 実際の飛行試験の実施に対応した実施体制の更なる整備についても検討をおこなう。

関係機関や民間との連携の状況  本施策は文部科学省総務省及び、その付属機関である航空宇宙技術研究所通信・放送機構、海洋科学技術センター等との密接な連携により実施。その一環として、航空宇宙技術研究所と通信・放送機構との間で共同研究契約が締結されている。また、産学との連携を図るため成層圏プラットフォーム開発協議会が設けられ、本事業の方針検討、評価、普及活動などを実施。航空宇宙技術研究所においては客員研究官、特別研究員などの制度を利用し、産学との人材交流を積極的に実施。
 大気採取測定システムは海洋科学技術センターの協力により開発を進めている。
当該テーマにかかる外的な研究環境(国際動向、研究動向等)など参考事項 ・平成13年10月1、2日に「第3回成層圏プラットフォームワークショップ」を開催し、海外の実施機関等外国からの24人を含み、総数328人の参加があった。
・平成13年9月18〜20日にインドネシア衛星協会の主催でHAPS2001シンポジウムが開催された。
平成13年度所要経費
平成14年度予算措置
1,105百万円

1,483百万円


ミレニアム・プロジェクト「成層圏プラットフォーム」事業実施報告書

【府省名:総務省】

事  項説     明
実施施策名 成層圏プラットフォーム(追跡管制分野)
実施目標  飛行船の追跡管制に必要な風観測・予測システム、飛行・運用シミュレータ等の各要素技術の開発・評価等を実施し、これら要素技術を統合した成層圏プラットフォーム運用のための追跡管制技術を確立する。
平成13年度の事業実施状況 (総括:本年度の目標に対する達成状況、来年度以降の課題)

1.システム技術
 追跡管制システム(ITACS)について、飛行船の運用シーケンス等の運用要求の見直しを行い、これを設計仕様に反映させて詳細設計を実施した。また、定点滞空飛行試験に適用する追跡管制設備(TTRAC)の製作に着手した。

2.風観測・予測技術(MEWS)
 MEWSの構成要素である観測システムの設計・製作を行い、平成14年度から観測に入ることとしている。
 予測モデルに観測データを取り込んだ予測シミュレーションの評価を行い、誤差要因の分析とモデルの改良により予測精度の向上を図った。
 成層圏滞空飛行試験に向けた長期観測により、局地の気象特性が明らかになってきており、気象特性を把握するためデータの収集をさらに行う。

3.飛行・運用シミュレーション技術(FLOPS)
 予測モデルの風予測データをFLOPSにオンラインで取り込んだ飛行経路の予測シミュレーションを可能にした。
 また、実時間処理飛行シミュレータ装置及び遠隔操縦装置を設計・製作した。 引き続き、予測シミュレーションを行い、その模擬結果の精度評価及び精度向上のための方策の検討を進める。

注)ITACS :Integrated Tracking And Control System(統合型追跡管制システム)
TTRAC :Telemetry, TRAcking and Command subsystem
((狭義の)追跡管制システム/追跡管制設備)
MEWS :MEteorological, especially Wind observation and prediction (Sub)System (風観測・予測システム)
FLOPS :FLight and OPeration Simulator(飛行・運用シミュレータ)

(具体的な事業実施内容)

1. システム技術

(1)追跡管制設備(TTRAC)
 TTRACの詳細設計を概ね終了し、ハードウェア、ソフトウェアの製作に着手した。
 このうちの地上追跡管制設備を構成する運用管制装置については、主要な構成品(追跡管制サーバ、進行管理サーバ、運用者端末、ネットワーク機器)の製作を終了した。これにより、運用者が行う操作、判断、指示等とそのために必要な情報、タイミング等、飛行船の具体的かつ詳細な運用方法の検討ができるようになった。
 また、地上テレメトリコマンド装置は、空中線、空中線駆動装置、大電力増幅装置の製作を終了した。

(2)追跡管制システム(ITACS)
 TTRACの運用管制装置とMEWS、FLOPSの各設備間のデータインタフェースの一部を確立した。
 また、気象ドップラーレーダ及びウインドプロファイラの製作を終了した。

(3)運用方法の検討
 運用の実施判断(打上げGO/NOGO判断等)に必要な情報(気象予測、飛行経路予測等の詳細情報)とその判断基準を検討した。
 また、運用体制を検討し、全ての運用期間に亘り、各運用者が行う作業項目・内容を定義し、各運用者が追跡管制機器・装置で処理する情報を明確にした。

2.風観測・予測技術(MEWS)

(1)平成13年度に製作・調達した気象観測機材
 飛行試験においては、運用の最終的な実施可否の判断が、気象に大きく左右されることから、事前に実験場における局地の気象を観測し、気象特性を把握し、予測性能の向上を図っておくことが必要である。平成13年度は、そのための観測機材の製作・調達を行った。これらの機材を用いて、平成14年度に定点滞空飛行試験を行う実験場(北海道大樹町。以下、「大樹実験場」という。)に設置し、定点滞空飛行試験に備えた局地データの取得を行うこととしている。

(2)風観測・予測システムの検討
 飛行船システム本体の運用要求と追跡管制システムからの要求をベースに風観測・予測に対する要求分析を行い、性能の設定を行った。

(3)実験場における気象観測
 平成13年度始めに実験場が決定したことにより、局地の気象特性を確認するため現地における気象データの委託観測を開始した。
 また、6月の1ヶ月間に亘り、茨城県日立市北河原地区において地上の風向・風速を観測した結果、風速は4m/sを越えないこと、朝方は北西方向の風が多いことが観測されている。

(4)気象現象と飛行安全の検討
 国内の気象・大気観測に関する有識者(国家機関、大学の教授等)を委員とする「気象環境検討委員会」に、飛行船の安全性に対しリスクをもたらす項目を示し、通信・放送機構三鷹成層圏プラットフォームリサーチセンター(MRC)の検討結果の審査を依頼するとともに、高度な専門分野に関しては予測方式の検討をしてもらい、風観測・予測システムの設計の妥当性確認、アルゴリズム修正等に反映している。

3. 飛行・運用シミュレーション技術(FLOPS)

(1)FLOPSのシステム検討
 FLOPSのソフトウェア/ハードウェア構成、主要構成要素に対する機能及び性能要求、運用構想、検証計画等の見直し検討を行った。

(2)FLOPSによるシミュレーションの実施
 フィージビリティスタディによる実用機及び予備設計による定点滞空試験機を対象として飛行経路の予測シミュレーションを行い、内部ガスの温度変化を緩和するための吸排気の方法、成層圏における風の大気重力波変動に対する定点滞空特性、浮力のみによる上昇、浮力のほか空力的な揚力を伴う上昇、大気中に存在する温度逆転層の通過等種々の飛行方法の検討を実施した。

(3)実時間処理飛行シミュレータ装置等の製作
 飛行船システムの、構造、空力特性、制御方式、テレメトリ・コマンド項目等の予備設計成果を反映しつつ、実時間処理飛行シミュレータ装置等の設計・製作を実施した。また、飛行試験を安全、確実に遂行するためには、従来の飛行船で確立された既存の飛行方法、飛行制御方式からステップアップして最終目標の自律制御飛行方式に移行する試験の進め方が必要であることが飛行船システム側から示されたため、これまで非常時対応と考えてきた手動遠隔操縦がより重要になった。このため操縦用視界画像の精細化等、機能の強化についても検討を行った。
 このほか、遠隔操縦装置の製作及び飛行安全関連プログラムの作成を行った。

平成14年度以降の事業実施計画・方針
(本年度の改善点)
 平成13年度の研究開発の成果を踏まえ、各技術の研究開発を継続する。

1. システム技術

(1)TTRACの機器・装置の製作・試験を行う。

(2)TTRACとMEWS、FLOPSとの結合試験を行い、データインタフェースを確立する。

(3)システム実証試験、すなわち、設定した運用体制・役割分担に基づき、運用訓練及びリハーサルを行うとともに、運用手順、運用体制・役割分担の妥当性の評価を行う。また、搭載機器を航空機等に搭載し、地上局との間で無線回線を確立し、かつ、維持できることを確認する

(4)上記の作業と並行して、定点滞空試験機の詳細な運用方法を検討し、運用手順の作成、評価、改良を加えて運用手順を確立する。

(5)定点滞空飛行試験において、ITACSを運用し、システム及び運用技術の評価を行う。

2. 風観測・予測技術(MEWS)

(1)風観測・予測設備の実験場への設置・調整と観測を開始する。

(2)シミュレーションと予測精度の評価を継続して行い、誤差要因の分析と予測精度の改善を図る。

(3)予測モデルに地域の気象特性を反映させ、最適化を図る。

(4)風観測・予測システムの総合調整を行う。

3.飛行・運用シミュレーション技術(FLOPS)

(1)飛行計画策定支援装置及びインタフェース装置の設計・製作を行う。

(2)定点滞空試験機の基本設計に対する機体モデルの変更または改修を行う。

(3)飛行・運用シミュレータの総合調整を行う。

関係機関や民間との連携の状況  本プロジェクトは総務省及び文部科学省並びに両省の関係機関である通信・放送機構、航空宇宙技術研究所、地球科学技術推進機構、海洋科学技術センター及び宇宙開発事業団との密接な連携により実施している。また、産学官の連携を図るため成層圏プラットフォーム開発協議会が設けられ、プロジェクトの方針検討、評価、普及活動などを実施している。さらに、招聘研究員、研究フェロー等の制度を利用し、産学との人材交流を実施している。
当該テーマにかかる外的な研究環境(国際動向、研究動向等)など参考事項  平成13年10月1、2日に「第3回成層圏プラットフォームワークショップ」を開催し、同プロジェクトの開発の進捗や今後の計画、及び最近の海外活動の紹介、討論会を行った。(参加申込み総数は328名(うち国内304名、海外24名)で2日間を通じて291名の出席を得た。)
平成12年度所要経費
平成13年度所要経費
平成14年度予算措置
平成12年度:1360百万円

平成13年度: 760百万円

平成14年度: 979百万円の一部