無人機を用いた落下貫入型火山活動観測プローブの開発および西ノ島新島での実証観測

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H01793
• Research Institution: Japan Aerospace EXploration Agency
• Principal Investigator: 田中 智 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (30249932)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 村上 英記 高知大学, 自然科学系, 教授 (10166259) ; 白石 浩章 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (10353418) ; 及川 純 東京大学, 地震研究所, 助教 (40262084) [Withdrawn] ; 後藤 健 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (40300701) ; 水野 貴秀 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (50270442) ; 尾崎 正伸 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (90300699)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: ペネトレータ / 西之島新島 / 地震観測 / 磁場観測 / 無人航空機

Outline of Annual Research Achievements

本課題研究は地球物理学的な観測（地震、磁場など）装置を100km離れた場所から無人航空機で搬送し、数ヶ月以上観測する投下型観測プローブ（ペネトレータ）の開発と観測システムを構築することが目的である。研究内容は大きく２つにわかれ、「観測プローブの開発」と「観測機投下システムの開発」である。
「観測プローブの開発」に関しては観測装置に必要な性能、仕様を決定した。観測機が無人機から投下後、地面に貫入する際に加わる数千Gの衝撃の耐性がクリティカルな技術開発要素である。耐性衝撃性構造の有無を検討した上で機器の選定および改良、開発を行った。室内実験にて同等レベルの衝撃を印可し、地震計、地震計位置調整システム（ジンバル）、磁力計、空振計、GPS、データ処理システム、通信機、一次電池、二次電池、データ処理システム、など予定している搭載機器のほぼ全てにおいて十分な耐衝撃性を有することを確認した。実際に観測を行う貫入プローブ（実機）の仕様（搭載センサー、性能、寿命、搭載方法）についても概ね確定させるに至っている。
「観測機投下システムの開発」に関しては、観測機器を飛行時に安全かつ正確に分離させるランチャーの開発、GPSで無人航空機の位置情報を取得し、所定の位置に到達した時点で分離させるシステムを開発した。1/2スケールサイズを用いた投下試験を２回の時期にわけて述べ１０回実施し、目標精度である半径10m程度の位置に貫入させることに成功した。分離時において構体に必要以上に回転トルクを与える課題が発生したが、分離方法の改良を行い、追加試験を実施して課題を解決した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

「観測プローブの開発」について：平成27年度に計画していた観測機器の要素技術の開発を完了した。平成28年に計画している、実機搭載仕様、構造決定を先行実施した。なお、観測機のフレキシビリティーを上げるためにセンサーや電源が取り替え可能な「モジュール化」を計画していたが、予算の都合上採用しないこととした。しかし、これまで開発実績のある一体型構造で進めることで今後の研究に支障はない。
「観測機投下システムの開発」について：平成２７年度に計画した無人航空機による投下システムの基礎開発と1/2スケールモデルを用いた投下試験まで予定通り完了した。

Strategy for Future Research Activity

「観測プローブの開発」について：実機（実際に西之島新島に設置する観測機）の仕様、構造を確定し、平成29年度に予定している実機製造を先行着手する。
「観測機投下システムの開発」について：直径90mm、長さ600mm、重量9kg程度の実観測機が搭載できるようにスケールアップし、投下試験を実施する。
上記２点が順調に遂行された場合は平成29年度に計画している西之島新島への投下試験を繰り上げて実施する方針である。