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

2004 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16206081
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 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)
• 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。
本年度は初年度にあたり、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.実際に飛翔させる気球の1/3モデルを設計製作し、地上にて空気を送り込んで圧力を加え、気球が設計どおりの形状を保ち、圧力に耐えることを確かめた。この課程で、懸念となっていた気球頭部、下部の製作方法を開発した。
2.体積1.5万m3の気球を製作し、飛翔性能試験を行ったところ、耐圧が地上試験から予想される値よりも悪かった。これをうけて、製作方法、および、放球方法に改良を加えた。現在、小型試験気球を製作している。
3.衛星通信の手段として、インマルサット、「こだま」を利用することも念頭におき、基礎資料を検討している。
4.気球搭載用の燃料電池として、小型の自律型システムの設計を行った。また、既存スタックを使用したパッシブ発電試験を実施し、熱的/電気的に受動制御により燃料電池発電を気球ミッションにおいて所望の時間(100時間程度)実施可能であることを確認した。