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成層圏プラットフォーム

平成14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14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うとともに、飛行試験機の設計・製作作業を進捗させた。平成15年度夏期には成層圏滞空飛行試験を実施すると共に、平成15年度末に着手する予定の定点滞空飛行試験に備えた試験機の製作・機能確認試験、実験計画や実施体制の整備等が課題となる。

(具体的な事業実施内容)
1.成層圏滞空飛行試験
 成層圏滞空飛行試験については、試験機の製作が完了し、メーカーより領収した。またサブスケール供試体による放船模擬試験を行い、その結果等を踏まえて飛行試験計画をまとめた。

2.定点滞空飛行試験
 定点滞空飛行試験については、平成14年6月に基本設計、続いて平成15年3月に詳細設計を終了し、試験機の製作に着手した。また試験機の開発に必要な各種評価試験を行った。

3.大気採取測定システム
 平成13年度に製作したプロトタイプを基に実用機を完成させ、信頼性試験を行い、想定される環境下でも問題なく大気中の二酸化炭素測定が可能なことを確認した。さらに実用機を航空機に搭載し、高高度での動作確認試験を行った。また、実用機を成層圏滞空試験機に搭載し、インターフェース確認を行った。

4.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双方に必要な要素技術開発試験を実施し、膜材料の評価試験、小型飛行船による飛行制御基礎試験、電源系開発試験等多くの成果を獲得。

5.実験場・地上設備整備
 成層圏滞空飛行試験を行う北河原実験場の整備を完了した。また定点滞空飛行試験を行う大樹実験場については現在整地を終了し、格納庫、実験支援棟の整備を開始した。

6.その他
 評価・助言会議の助言に基づき平成14年度に発足した関係機関技術連絡会を定期的に行い、関係機関間の調整を密にすると共に必要に応じて調整部会、分科会を設置して詳細な検討を行った。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)との調整を継続している。他に開発協議会、広報活動を行った。

平成15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、平成15年7月下旬〜8月上旬(予備として8月下旬〜9月上旬)の気象良好な一日を選んで本試験を実施する。

 定点滞空飛行試験については、試験機の維持設計、製作を行い、平成15年度末に飛行試験を開始する予定。

 大気採取計測システムについては、上記日程に合わせて成層圏滞空試験機に搭載し、大気中の二酸化炭素濃度を測定する。

 また、定点滞空飛行試験に必要な大樹実験場の整備を引き続き行うと共に、成層圏滞空飛行試験の実施まで北河原実験場を維持する。

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、その関係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。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、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員、特別研究員の制度を利用し、産学との人材交流を積極的に実施。
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15年2月24、25日に「第4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37人を含み、総数336人の参加があった。
・平成14年10月2、3日にインドネシア衛星協会の主催でHAPS2002シンポジウムが開催された。
平成14年度所要経費
平成15年度予算措置
1,513百万円
2,445百万円


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14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
 定点滞空飛行試験に向けて、航空宇宙技術研究所(NAL)と連携し、システム仕様及び開発スケジュールの細部についての調整、確定を終えた。また、それを反映させてた追跡管制システム(ITACS)の設計を行い、・製作を開始実施した。ITACSの製作に当っては、飛行船本体側との調整の結果、開発工程の一部を短縮したため、今後、関係する機関及び企業との間の協力と、より一層の厳密なスケジュール管理を必要とする。

2.風観測・予測技術(MEWS)
 成層圏滞空飛行試験、定点滞空飛行試験に先立って局地的な固有の気象特性を解明すべく、それぞれの実験場に観測設備の据え付けを終え、観測による気象データの収集を行うとともに分析を開始した。今後更に、局地気象特性の解明と取得データによる予測技術の検証を行い、MEWSの精度を上げなくてはならない。

3.飛行・運用シミュレーション技術(FLOPS)
 インタフェース装置を製作してFLOPSとTTRACとのインタフェースの確立を終えた。更に、飛行船システムの要素技術試験データによってシミュレーションの検証を一部実施した。平成15年度前半に行う定点滞空試験機の最終的な機体モデルのFLOPSへの組み込みを行うとともに、シミュレーションまでに、機体モデルを改修し、外部環境モデルの検証及びFLOPSの精度向上に向けた検討を行う必要がある。

注)ITACS : Integrated Tracking And Control System(追跡管制システム)
TTRAC : Telemetry, TRAcking and Command subsystem(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)
 平成13年度に継続してTTRACのハードウェア、ソフトウェアの製作を行った。このうち運用管制装置は、追跡管制サーバ(主系)のテレメトリ処理、コマンド処理の機能を完備させるとともに追跡管制サーバ(従系)を製作した。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。
 地上テレメトリコマンド装置の主系については、ベースバンド部を除いて製作を完了した。更に、搭載テレメトリコマンド装置、従系の地上テレメトリコマンド装置、航法システム等の製作を開始した。

(2)追跡管制システム(ITACS)
 テレメトリデータの配信を除く、飛行経路情報及び遠隔操縦コマンド等の送受信に関するTTRAC/FLOPS間インタフェースの確立をシステム機能試験によって検証した。
 MEWSは、予測システム及び気象観測設備のうち気象ドップラーレーダ、ウィンドプロファイラ(VHFレーダ)、風向・風速計及び気象予測装置を定点滞空飛行試験を行う大樹実験場に設置し、無人による連続観測と気象予測計算を開始した。これらの観測・予測データは、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)との間に設けた回線によりMRCにおいて取得することが可能となっている。このように取得したデータの一部を解析し、その結果を第4回SPFワークショップで発表した。

(3)運用方法の検討
 定点滞空試験機の基本設計結果に基づいて、運用方法、運用体制等を検討し、NALと共同して基本案の作成を行った。また、大樹実験場におけるITACSの展開のほか、実験支援棟内でのITACS及び人員の配置についても検討を行った。
 更に、定点滞空試験機の離着陸では、開発リスク低減のため適用することとなった手動遠隔操縦について、NALと共同して操縦者及びその場所、自動制御飛行への遷移方法等の基本概念を設定するとともに、操縦のためのフライトディレクタ、予測経路のトンネル型表示方式等について調査を行った。

2.風観測・予測技術(MEWS)

(1)MEWSの実験場への据付及び観測
 平成13年度に調達したMEWSの大樹実験場への据付・調整を行い、無人によるデータ取得を開始した。飛行船の運動が風に大きく影響されることから、観測設備は、風向、風速を測定する装置を重点的に配置した。地上から上空まで高度毎に観測機器を割り当てて観測を行う。また、夏季の試験に備えて7月〜8月の霧発生頻度を調べるため視程計を使って観測を行った。
 一方、日立実験場では、平成13年度に設置したドップラーソーダ及び風向・風速計による観測を連続して行い、成層圏滞空飛行試験における打上げ時の地上安全確保に重要な低空域の風のデータ蓄積と局地特性の解明を行った。

(2)実験場の観測データによる局地気象の解析
 飛行船の運用における気象予測の基礎とすべく、実験場の気象観測データに基づいて解析を行い、局地的な気象特性に関する知見を得た。

1)日立実験場における北東気流強風と逆転層の関係
 成層圏滞空飛行試験が行われる日立実験場で観測した北東気流の地上の強風と前夜21時に秋田又は根室で観測された温度逆転層の関係に着目して分析を行った結果、強風は北方における逆転層の温度幅が大きいときに発生し、逆転層の発生高度が高いほど持続する傾向があることが分かった。このことから、21時の気象庁ゾンデ観測結果を使うことにより、その後の強風の予測が可能となった。

2)大樹実験場における霧の予測手法
 2年間にわたる夏季の大樹実験場における霧観測のデータ等解析結果から、翌早朝に実験場に霧が有るか無いかを予測する手法を開発した。検証の結果、かなり高い精度で予測できることが分かった。平成15年度も観測データを蓄積することにより、飛行試験時の霧予測を一層確実なものにすることができる。

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及びTTRAC間のコマンドデータ及びテレメトリデータについて、飛行船システム側との調整を含め、詳細なフォーマットを定義した。それによりTTRACとの間でデータの送受信を可能とした。
 また、飛行試験の進行中においても飛行経路の予測を可能とするための検討を行い、インタフェース装置にこの機能を持たせることとした。

(2)FLOPSによるシミュレーションの実施
 NALによって平成14年夏に行われた飛行制御基礎試験の試験データの提供を受け、FLOPSに組み込んである熱解析モデルを検証した。シミュレーションによって得られたエンベロープ及びヘリウムガスの温度とも、試験データとよく一致していることが確かめられた。

(3)インタフェース装置の製作
 FLOPSからTTRACに送出するデータの処理を行い授受を可能とするインタフェース装置の設計・製作を実施した。これにより、飛行計画に必要な飛行経路情報、飛行安全確保のための飛行空域情報、遠隔操縦装置からのコマンド信号等をLAN接続によりTTRACに送信することが可能となった。また、飛行運用中の経路予測をインタフェース装置で行えるよう飛行経路予測プログラムを装備した。

平成15年度以降の事業実施計画・方針
(本年度の改善点)
 平成14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・装置を継続して製作し、MEWS、FLOPSと統合してITACSを完成させる。

(2)運用方法の検討を継続して行い、運用手順を策定する。

(3)ITACSのシステム実証試験として、設定した運用体制・役割分担に基づき運用訓練を行うとともに、搭載機器を航空機等に搭載して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)ITACSの運用により定点滞空飛行試験を関係機関と協力して実施し、取得した飛行試験データを解析してITACS及び運用技術の評価を行い、研究開発成果を取りまとめる。

2.風観測・予測技術(MEWS)

(1)成層圏滞空飛行試験(日立実験場)において的確な気象情報を提供する。

(2)MEWSの総合調整及びITACSへの統合を行う。

(3)定点滞空飛行試験(大樹実験場)に備え、局地気象の観測及び取得データの解析を行って気象特性を解明する。

3.飛行・運用シミュレーション技術(FLOPS)

(1)飛行経路予測プログラム等に定点滞空試験機の詳細設計による機体モデルの組み込みを行う。

(2)FLOPSの総合調整及びITACSへの統合を行う。

(3)運用模擬及び操縦訓練(遠隔操縦及び自律飛行制御)による評価を行う。

関係機関や民間との連携の状況 本施策プロジェクトはは総務省、及び文部科学省及び、並びに両省そ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等及び宇宙開発事業団と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、本事業の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、通信・放送機構においては、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積極的に実施している。
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15年2月24、25日に「第4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37人を含み、総数336人の参加があった。平成15年2月26、27日に「第4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336名(うち国内299名、海外37名)で2日間を通じて324名の出席を得た。)

平成13年度所要経費
平成14年度所要経費
平成15年度予算措置
単位:百万円
平成13年度: 760
平成14年度: 761百万円
平成15年度:1514百万円の一部