スーパープレッシャー気球による長時間飛翔システムの開発

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16206081
• Research Institution: Japan Aerospace Exploration Agency
• Principal Investigator: 斎藤 芳隆 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部大気球観測センター, 助教授 (50300702)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山上 隆正 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部大気球観測センター, 教授 (40013718) ; 井筒 直樹 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部大気球観測センター, 助手 (90184639) ; 曽根 理嗣 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部宇宙探査工学系, 助教授 (70373438) ; 内藤 均 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 総合技術研究本部エレクトロニクスグループ, 主任開発員 (40270813)
• Keywords: 科学観測気球 / スーパープレッシャー気球 / 衛星通信 / 燃料電池

Research Abstract

科学観測気球は手軽に宇宙実験ができるというメリットはあるが、日昇日陰が繰り返される中緯度帯では飛翔時間が搭載バラスト量によって決まってしまうため、観測時間が数日程度と制限されている。一ヶ月程度の長期間にわたり飛翔させるためには、バラストが不要であるスーパープレッシャー気球の開発が必要である。この気球は、密閉した気球にあらかじめ圧力をかけておき、気球ガスの温度変化に起因する気球体積の変動を小さくおさえる方法である。理論的には成立することが示されており、本研究では実際に製作する方法を確立することが目的である。また、長時間飛翔を行う際には、通信経路の確保、電源供給も従来と異なる方法が必要であり、本研究では、衛星通信を用いた通信方法の確立、気球搭載用の燃料電池の開発を合わせて行っている。
本年度もスーパープレッシャー気球を中心に開発を進めた。成果は以下のとおりである。
1.昨年度に製作した、実際に飛翔させる気球の1/3モデルを気球につりさげて飛翔させることで、気球環境下での耐圧性能試験を行い、温度環境の変化による影響を調べた。数値計算との比較を通じて、気球が飛翔する低温環境では、気球頭部、下部に大きなひずみが生じており、製作方法に改良が必要であることがわかった。
2.改良した手法で小型気球を製作し、地上で空気を送り込んで膨らませる試験を行った。圧力、および、温度を変化させた際の気球の形状変化の計測、および、破壊圧力の測定を行い、数値計算との比較を通じて、懸案となっていたひずみが解消されていることが確認された。
3.衛星通信の手段として、インマルサットを利用することも念頭におき、アンテナ指向システムの構築をはじめた。
4.気球搭載用の燃料電池として、小型の自律型システムを開発し、総重量80kgの100W級のシステムの試作品を製作した。気球実験にむけ、温度制御なしでの運転、低気圧下での運転の試験準備を進めた。