(57)【要約】【課題】外部から電力の供給を必要とせずに小型化することができる飛翔体、飛翔システム及び飛行方法を提供することを目的とする。【解決手段】飛翔体１００であって、本体部１１０と、本体部１１０を進行方向へ推進させるプロペラと、フィルム状の太陽電池である太陽電池フィルムと、太陽電池フィルムをその一端を接続した状態で格納する格納部と、を備え、本体部１１０は、格納部を駆動して、太陽電池フィルムの一端が格納部に接続された状態で、太陽電池フィルムを格納部から進行方向の後方に展開させる格納駆動部１８８と、太陽電池フィルムにより生成される電力を蓄電する蓄電部１７０と、太陽電池フィルムにより生成される電力又は蓄電部１７０に蓄電されている電力を用いてプロペラを駆動する推進駆動部１８４と、を備える。【選択図】図４
2012025349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛翔体であって、
本体部と、
前記本体部を進行方向へ推進させる推進部と、
フィルム状の太陽電池である太陽電池フィルムと、
前記太陽電池フィルムをその一端を接続した状態で格納する格納部と、を備え、
前記本体部は、
前記格納部を駆動して、前記太陽電池フィルムの前記一端が前記格納部に接続された状態で、前記太陽電池フィルムを前記格納部から前記進行方向の後方に展開させる格納駆動部と、
前記太陽電池フィルムにより生成される電力を蓄電する蓄電部と、
前記太陽電池フィルムにより生成される電力又は前記蓄電部に蓄電されている電力を用いて前記推進部を駆動する推進駆動部と、
を備えることを特徴とする飛翔体。
【請求項２】
前記本体部は、
前記本体部の前記進行方向を制御する操舵部と、
前記本体部の位置を検出する位置検出部と、を更に備え、
前記格納駆動部は、検出された前記位置が成層圏の所定高度に達した場合に、前記格納部を駆動して、前記太陽電池フィルムを展開させることを特徴とする請求項１に記載の飛翔体。
【請求項３】
前記格納駆動部は、検出された前記位置が成層圏の所定高度を外れた場合に、前記格納部を駆動して、展開されている前記太陽電池フィルムを前記格納部に格納することを特徴とする請求項２に記載の飛翔体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の飛翔体である第１飛翔体と第２飛翔体とを備えた飛翔システムであって、
前記第２飛翔体は、
前記太陽電池フィルムの他端が接続された第２本体部と、
前記第２本体部を前記進行方向へ推進させる第２推進部と、を備え、
前記第２本体部は、
前記太陽電池フィルムにより生成される電力を蓄電する第２蓄電部と、
前記太陽電池フィルムにより生成される電力又は前記第２蓄電部に蓄電されている電力を用いて前記第２推進部を駆動する第２推進駆動部と、を備えることを特徴とする飛翔システム。
【請求項５】
前記第２推進駆動部は、前記格納部が駆動された場合に、前記第２推進部の駆動力を一時的に落として前記第２飛翔体の速度を前記第１飛翔体の速度よりも遅くすることにより、前記太陽電池フィルムを前記格納部から前記進行方向の後方に展開させることを特徴とする請求項４に記載の飛翔システム。
【請求項６】
前記第２本体部は、前記太陽電池フィルムが展開された場合に、前記第２本体部の前記進行方向を制御して、前記第２飛翔体の高度を前記第１飛翔体の高度よりも低くする第２操舵部を更に備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の飛翔システム。
【請求項７】
前記第２本体部は、
前記第２本体部の位置を検出する位置検出部と、
日時データを記憶する日時データ記憶部と、を更に備え、
前記第２操舵部は、前記太陽電池フィルムが展開された場合に、前記第２本体部の位置及び前記日時データに基づく絶対太陽位置に応じて、前記第２飛翔体の高度を制御することを特徴とする請求項６に記載の飛翔システム。
【請求項８】
前記本体部は、
太陽の位置を検出する光検出部を更に備え、
前記操舵部は、検出された前記太陽の位置に対して前記本体部が垂直に位置するように、前記本体部の傾きを制御することを特徴とする請求項４〜７のいずれか１つに記載の飛翔システム。
【請求項９】
前記本体部は、
風況を算出する算出部と、
前記風況が所定の条件を満たす場合、その旨を通知する通知部と、
を更に備えることを特徴とする請求項４〜８のいずれか１つに記載の飛翔システム。
【請求項１０】
飛翔体の飛行方法であって、
前記飛翔体は、
本体部と、
前記本体部を進行方向へ推進させる推進部と、
フィルム状の太陽電池である太陽電池フィルムと、
前記太陽電池フィルムをその一端を接続した状態で格納する格納部と、を備え、
格納駆動部が、前記格納部を駆動して、前記太陽電池フィルムの前記一端が前記格納部に接続された状態で、前記太陽電池フィルムを前記格納部から前記進行方向の後方に展開させる格納駆動ステップと、
蓄電部が、前記太陽電池フィルムにより生成される電力を蓄電する蓄電ステップと、
推進駆動部が、前記太陽電池フィルムにより生成される電力又は前記蓄電ステップにより蓄電された電力を用いて前記推進部を駆動する推進駆動ステップと、
を含むことを特徴とする飛行方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛翔体、飛翔システム及び飛行方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、成層圏に常時滞在できる飛翔体を用いた無線通信網の開発が進められている。成層圏は山頂より高高度なので、成層圏に飛翔体を常時滞在させれば、無線通信の中継機器を減らしつつ多くの無線通信範囲をカバーすることができる。また成層圏は人工衛星よりも格段に低高度なので、成層圏に飛翔体を常時滞在させれば、携帯電話などの送信電力が低電力の電子機器に対しても容易に無線通信の中継が可能になる。
【０００３】
例えば特許文献１には、翼の上面に太陽電池パネルを設けることにより、昼間は太陽電池パネルにより得られた電力で成層圏プラットフォームを駆動させ、夜間は送電装置から送られた電力で成層圏プラットフォームを駆動させる技術が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されたような技術では、飛翔体を成層圏に滞在させるために、飛翔体に電力を供給する送電装置が必要となる。また、飛翔体に設けられた太陽電池により得られる電力を蓄電して夜間の飛行に必要な電力を代替しようとすると、大量の太陽電池が必要となり飛翔体を大型化する必要があるが、飛翔体を大型化すると空気の擾乱で分解しない剛性及び靭性を確保しなければならず、高価格化などの問題が生じる。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、外部から電力の供給を必要とせずに小型化することができる飛翔体、飛翔システム及び飛行方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様にかかる飛翔体は、飛翔体であって、本体部と、前記本体部を進行方向へ推進させる推進部と、フィルム状の太陽電池である太陽電池フィルムと、前記太陽電池フィルムをその一端を接続した状態で格納する格納部と、を備え、前記本体部は、前記格納部を駆動して、前記太陽電池フィルムの前記一端が前記格納部に接続された状態で、前記太陽電池フィルムを前記格納部から前記進行方向の後方に展開させる格納駆動部と、前記太陽電池フィルムにより生成される電力を蓄電する蓄電部と、前記太陽電池フィルムにより生成される電力又は前記蓄電部に蓄電されている電力を用いて前記推進部を駆動する推進駆動部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の別の態様にかかる飛翔システムは、上記飛翔体である第１飛翔体と第２飛翔体とを備えた飛翔システムであって、前記第２飛翔体は、前記太陽電池フィルムの他端が接続された第２本体部と、前記第２本体部を前記進行方向へ推進させる第２推進部と、を備え、前記第２本体部は、前記太陽電池フィルムにより生成される電力を蓄電する第２蓄電部と、前記太陽電池フィルムにより生成される電力又は前記第２蓄電部に蓄電されている電力を用いて前記第２推進部を駆動する第２推進駆動部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の別の態様にかかる飛行方法は、飛翔体の飛行方法であって、前記飛翔体は、本体部と、前記本体部を進行方向へ推進させる推進部と、フィルム状の太陽電池である太陽電池フィルムと、前記太陽電池フィルムをその一端を接続した状態で格納する格納部と、を備え、格納駆動部が、前記格納部を駆動して、前記太陽電池フィルムの前記一端が前記格納部に接続された状態で、前記太陽電池フィルムを前記格納部から前記進行方向の後方に展開させる格納駆動ステップと、蓄電部が、前記太陽電池フィルムにより生成される電力を蓄電する蓄電ステップと、推進駆動部が、前記太陽電池フィルムにより生成される電力又は前記蓄電ステップにより蓄電された電力を用いて前記推進部を駆動する推進駆動ステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、外部から電力の供給を必要とせずに小型化することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１実施形態の飛翔体の太陽電池フィルム展開前の状態例を示す平面図である。
【図２】図２は、第１実施形態の飛翔体の太陽電池フィルム展開後の状態例を示す平面図である。
【図３】図３は、第１実施形態の飛翔体の格納部の例を示す縦断面図である。
【図４】図４は、第１実施形態の飛翔体の機能構成例を示すブロック図である。
【図５】図５は、第１実施形態の飛翔体で行われる飛行動作例を示すフローチャートである。
【図６】図６は、第２実施形態の飛翔システムの太陽電池フィルム展開前の状態例を示す平面図である。
【図７】図７は、第２実施形態の飛翔システムの太陽電池フィルム展開後の状態例を示す平面図である。
【図８】図８は、第２実施形態の飛翔システムの太陽電池フィルム展開後の飛行姿勢例を示す側面図である。
【図９】図９は、第２実施形態の第１飛翔体の本体部の上面に設けられた光検出部の例を示す図である。
【図１０】図１０は、第２実施形態の第１飛翔体の機能構成例を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態の第２飛翔体の機能構成例を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、第２実施形態の飛翔システムで行われる予備機との交替動作例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら、本発明にかかる飛翔体、飛翔システム及び飛行方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の各実施形態では、飛翔体を成層圏に常時滞在させることで、地上波デジタルテレビ放送の中継局として利用する場合を例に取り説明するが、これに限定されるものではない。以下の各実施形態の飛翔体は、成層圏に常時滞在させることで、携帯電話又はラジオ放送などの電波利用機器の中継局として利用することもできる。
【００１２】
（第１実施形態）
まず、第１実施形態の飛翔体の構成について説明する。
【００１３】
図１は、第１実施形態の飛翔体１００の太陽電池フィルム展開前の状態の一例を示す平面図であり、図２は、第１実施形態の飛翔体１００の太陽電池フィルム１５０展開後の状態の一例を示す平面図である。図１及び図２に示すように、飛翔体１００は、本体部１１０と、太陽電池１１４と、プロペラ１２０と、連結部１３０と、格納部１４０と、太陽電池フィルム１５０とを、備える。
【００１４】
本体部１１０は、通常のプロペラ飛行機に近い翼面過重の機体構造となっており、地表から対流圏を経て上昇する折の大気擾乱による破壊に強い構造となっている。また、本体部１１０の主翼１１２の上面には、太陽電池１１４が貼付されている。
【００１５】
プロペラ１２０（推進部の一例）は、本体部１１０を進行方向へ推進させるものであり、第１実施形態では、本体部１１０の進行方向前方に配置されている。なお第１実施形態のプロペラ１２０は、牽引式のプロペラとなっている。
【００１６】
連結部１３０は、本体部１１０と格納部１４０とを連結するものである。第１実施形態では、連結部１３０は、本体部１１０の進行方向後方に設置されており、本体部１１０の進行方向後方に格納部１４０を連結している。
【００１７】
太陽電池フィルム１５０は、低剛性なフィルム状の太陽電池であり、第１実施形態では、フレキシブルフィルムタイプを用いている。
【００１８】
格納部１４０は、太陽電池フィルム１５０をその一端を接続した状態で格納するものである。図３は、第１実施形態の飛翔体１００の格納部１４０の一例を示す縦断面図（図１の平面図においては横断面図）である。図１及び図３に示すように、格納部１４０は、円筒形状のケースとなっており、その中央部に巻き芯１４１が設けられている。格納部１４０は、太陽電池フィルム１５０を巻き芯１４１に巻きつけて格納している。太陽電池フィルム１５０の一端は巻き芯１４１に接続され、太陽電池フィルム１５０の他端は排出口１４２から格納部１４０の外部に排出可能となっている。
【００１９】
格納部１４０は、図１に示す状態において、飛翔体１００が成層圏の所定高度に達すると、巻き芯１４１を時計回り（図３の縦断面図における時計回り）に回転することで排出口１４２から太陽電池フィルム１５０を排出する。このように第１実施形態では、太陽電池フィルム１５０が本体部１１０の進行方向後方に排出されるため、飛翔体１００は、排出した太陽電池フィルム１５０を牽引する状態となる。従って太陽電池フィルム１５０は、図２に示すように、対気速度による風を受けて本体部１１０の進行方向後方に展開される。また格納部１４０は、図２に示す状態において、飛翔体１００が成層圏の所定高度から外れると、巻き芯１４１を反時計回り（図３の縦断面図における反時計回り）に回転することで太陽電池フィルム１５０を巻き取って、図１に示すように、太陽電池フィルム１５０を格納部１４０に格納する。
【００２０】
なお第１実施形態では、太陽電池フィルム１５０を巻き取って格納部１４０に格納する例について説明したが、太陽電池フィルム１５０の格納方式はこれに限定されるものではなく、例えば、太陽電池フィルム１５０を折り畳んで格納部１４０に格納するようにしてもよい。
【００２１】
図４は、第１実施形態の飛翔体１００の機能構成の一例を示すブロック図である。図４に示すように、飛翔体１００の本体部１１０は、蓄電部１７０と、電力制御部１８０と、操舵部１８２と、推進駆動部１８４と、位置検出部１８６と、格納駆動部１８８と、無線通信部１９０と、主制御部１９２とを、備える。
【００２２】
蓄電部１７０は、太陽電池１１４及び太陽電池フィルム１５０により生成された電力を蓄電するものであり、例えば、蓄電池により実現できる。
【００２３】
電力制御部１８０は、太陽電池１１４及び太陽電池フィルム１５０により生成された電力を安定化させて、蓄電部１７０に蓄電（充電）させる。また電力制御部１８０は、安定化させた電力、又は蓄電部１７０に蓄電されている電力を、操舵部１８２、推進駆動部１８４、位置検出部１８６、格納駆動部１８８、無線通信部１９０、及び主制御部１９２などに供給する。具体的には、電力制御部１８０は、太陽が出ている日中においては、太陽電池１１４及び太陽電池フィルム１５０により生成され、安定化させた電力を上述した各部に供給し、太陽が出ていない夜間においては、蓄電部１７０に蓄電されている電力を上述した各部に供給する。
【００２４】
操舵部１８２は、本体部１１０の進行方向を制御するものである。
【００２５】
推進駆動部１８４は、プロペラ１２０の駆動源であり、例えばモータなどにより実現できる。推進駆動部１８４は、主制御部１９２の制御を受け、太陽電池１１４や太陽電池フィルム１５０により生成された電力、又は蓄電部１７０に蓄電されている電力を用いてプロペラ１２０を駆動する。
【００２６】
位置検出部１８６は、本体部１１０の高度を含む位置を検出するものであり、ＧＰＳセンサ及び気圧計などにより実現できる。
【００２７】
格納駆動部１８８は、格納部１４０の駆動源であり、例えばモータなどにより実現できる。格納駆動部１８８は、主制御部１９２の制御を受け、太陽電池１１４や太陽電池フィルム１５０により生成された電力、又は蓄電部１７０に蓄電されている電力を用いて格納部１４０を駆動する。これにより、格納駆動部１８８は、太陽電池フィルム１５０の一端が格納部１４０に接続された状態で、太陽電池フィルム１５０を格納部１４０から進行方向後方に展開させたり、展開されている太陽電池フィルム１５０を格納部１４０に格納したりする。
【００２８】
無線通信部１９０は、地上の図示せぬ放送局から地上波デジタルテレビ放送の電波を受信して、地上の所定領域に送信するものであり、受信アンテナ、受信機、制御機、送信機、及び送信アンテナなどにより実現される。なお飛翔体１００は、成層圏の所定高度の同一箇所に留まる上で、旋回などを行う必要があるため、制御機により飛翔体１００の飛行姿勢に応じて送信アンテナの指向性はリアルタイムに可変制御される。これにより、意図しない地上の領域に電波を到達させてしまうことや、必要な地上の領域に電波が届かないことを防止できる。
【００２９】
主制御部１９２は、飛翔体１００の各部を制御するものであり、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）などの既存の制御装置により実現できる。例えば、主制御部１９２は、位置検出部１８６により検出された位置が成層圏の所定高度に達していると判断すると、格納駆動部１８８に対して太陽電池フィルム１５０を格納部１４０から展開させるための制御を行う。同様に、主制御部１９２は、位置検出部１８６により検出された位置が成層圏の所定高度から外れていると判断すると、格納駆動部１８８に対して太陽電池フィルム１５０を格納部１４０に格納させるための制御を行う。
【００３０】
次に、第１実施形態の飛翔体の動作について説明する。
【００３１】
図５は、第１実施形態の飛翔体１００で行われる飛行動作の一例を示すフローチャートである。なお、飛翔体１００を成層圏の所定高度まで上昇させるためには大きなエネルギーが必要となるため、第１実施形態では、対流圏を抜けるまでは他の飛行機（図示省略）に牽引させて上昇させるものとする。また飛翔体１００の蓄電部１７０も予め地上で満充電状態としておき、上昇などの駆動力のエネルギーを得られるようにしておく。具体的には、高度１５ｋｍ程度に達するまでは飛翔体１００を他の飛行機に牽引させ、高度１５ｋｍ程度に達すると飛翔体１００を他の飛行機から切り離し、飛翔体１００自身による飛行を開始させる。図５では、これ以降の飛翔体１００の飛行動作について説明する。なお、図５で説明する飛翔体１００の飛行動作は、太陽光による電力を利用できる日中に行うものとする。
【００３２】
まず、推進駆動部１８４は、プロペラ１２０を駆動して操舵部１８２により制御された進行方向に飛翔体１００を上昇させる（ステップＳ１００）。
【００３３】
続いて、主制御部１９２は、位置検出部１８６により検出された位置が成層圏の所定高度である高度２０ｋｍに達しているか否かを判断する（ステップＳ１０２）。
【００３４】
主制御部１９２により所定高度である高度２０ｋｍに達していないと判断された場合には（ステップＳ１０２でＮｏ）、ステップＳ１００に戻り、引き続き飛翔体１００を上昇させる。
【００３５】
一方、主制御部１９２により所定高度である高度２０ｋｍに達していると判断された場合には（ステップＳ１０２でＹｅｓ）、格納駆動部１８８は、格納部１４０を駆動することにより、太陽電池フィルム１５０を格納部１４０から展開させる（ステップＳ１０４）。
【００３６】
続いて、操舵部１８２は、進行方向を制御して飛翔体１００を成層圏の所定高度に滞在させる（ステップＳ１０６）。
【００３７】
なお、飛翔体１００を地上に戻す場合など、位置検出部１８６により検出された位置が成層圏の所定高度を外れていると主制御部１９２に判断された場合には、格納駆動部１８８は、格納部１４０を駆動することにより、展開されている太陽電池フィルム１５０を格納部１４０に格納する。
【００３８】
以上のように第１実施形態の飛翔体１００は、飛翔体１００の飛行等に必要な電力を生成する太陽電池のうち、本体部１１０に設けることが可能な分量の太陽電池１１４のみを主翼１１２に貼付し、残りについては、太陽電池フィルム１５０を用いて飛翔体１００の進行方向後方に展開して牽引する。従って第１実施形態の飛翔体１００によれば、外部から電力の供給を必要とせずに小型化することができる。
【００３９】
（第２実施形態）
第２実施形態では、２機の飛翔体を用いた飛翔システムについて説明する。なお以下では、第１実施形態との相違点の説明を主に行い、第１実施形態と同様の機能を有する構成要素については、第１実施形態と同様の名称・符号を付し、その説明を省略する。
【００４０】
まず、第２実施形態の飛翔システムの構成について説明する。
【００４１】
図６は、第２実施形態の飛翔システム１０００の太陽電池フィルム展開前の状態の一例を示す平面図である。図７は、第２実施形態の飛翔システム１０００の太陽電池フィルム１５０展開後の状態の一例を示す平面図である。図８は、第２実施形態の飛翔システム１０００の太陽電池フィルム１５０展開後の飛行姿勢の一例を示す側面図である。図９は、第２実施形態の第１飛翔体１１００の本体部１１１０の上面に設けられた光検出部１１９６の一例を示す図である。図６〜図８に示すように、飛翔システム１０００は、第１飛翔体１１００と、第２飛翔体１２００とを、備える。
【００４２】
なお、第１飛翔体１１００については、本体部１１１０の上面に光検出部１１９６が設けられている点、及び本体部１１１０の機能構成を除き、第１実施形態の飛翔体１００と同様である。これらの第１実施形態の飛翔体１００との相違点については、後述する。
【００４３】
第２飛翔体１２００は、本体部１２１０と、太陽電池１２１４と、プロペラ１２２０と、連結部１２３０とを、備える。
【００４４】
本体部１２１０（第２本体部の一例）は、第１実施形態の飛翔体１００と同様の構造となっており、本体部１２１０の主翼１２１２の上面には、太陽電池１２１４が貼付されている。なお、太陽電池１２１４の発生電力は最大２ｋｗであり、太陽電池１１４も同様である。
【００４５】
プロペラ１２２０（第２推進部の一例）は、本体部１２１０を進行方向へ推進させるものであり、本体部１２１０の進行方向後方に配置されている。なおプロペラ１２２０は、推進式のプロペラとなっている。
【００４６】
連結部１２３０は、本体部１２１０と、第１飛翔体１１００の格納部１４０に格納されている太陽電池フィルム１５０の他端とを、連結するものである。連結部１２３０は、本体部１２１０の進行方向前方に設置されており、本体部１２１０の進行方向前方に太陽電池フィルム１５０の他端を連結している。
【００４７】
なお第２実施形態では、第２飛翔体１２００のプロペラ１２２０は、推進式のプロペラとなっており、第２飛翔体１２００の本体部１２１０の進行方向後方に配置されているため、本体部１２１０の進行方向前方に配置されている太陽電池フィルム１５０と干渉することはない。
【００４８】
また第２実施形態では、太陽電池フィルム１５０が第１飛翔体１１００の格納部１４０から本体部１１１０の進行方向後方に排出されると、第２飛翔体１２００は、プロペラ１２２０の推進力を弱め、第１飛翔体１１００よりも速度を若干遅くすることにより、太陽電池フィルム１５０を進行方向後方に引く。これにより、太陽電池フィルム１５０に張力が与えられ、図７に示すように展開される。なお第２飛翔体１２００は、太陽電池フィルム１５０が展開された後は、プロペラ１２２０の推進力を元に戻し、第１飛翔体１１００と同速度とする。また第２飛翔体１２００は、プロペラ１２２０の駆動力を調整して太陽電池フィルム１５０にかかる張力を調整して太陽光を受けられるような適度な展開状態を維持する。
【００４９】
なお、太陽電池フィルム１５０の寸法は、幅１２ｍ、長さ２００ｍ、厚さ５０ミクロンである。また、太陽電池フィルム１５０は、アラミド繊維によるベースフィルムの上に成膜された薄膜型太陽電池である。また第２実施形態では、展開された太陽電池フィルム１５０は、大きな風力を受けるため、太陽電池フィルム１５０の端部には剛性を補強するためのテープ１１５２が配されている。具体的には、太陽光が照射される面の反対面側の端部に幅５０ｃｍでテープ１１５２が配されている。これにより太陽電池フィルム１５０は、大きな張力に耐える構成となっている。
【００５０】
この面積２４００平方メートルの太陽電池フィルム１５０は、直角に日光が照射された場合の理想最大出力は２４０ｋＷ程度であるが、第１飛翔体１１００及び第２飛翔体１２００に牽引されている状態では凧の足と類似した状態にあるため、常に光と垂直に保持することが難しい。従って、太陽が直上にある状態での平均出力は１８０ｋＷ程度となる。
【００５１】
また第２実施形態では、飛翔システム１０００は、太陽電池フィルム１５０が第１飛翔体１１００の格納部１４０から展開されると、図８に示すように、第２飛翔体１２００の高度を第１飛翔体１１００の高度よりも低くして飛行する。これは、飛翔システム１０００において、太陽電池フィルム１５０が最も大きな空気抵抗及び揚力を受けることを利用した飛行姿勢であり、第１飛翔体１１００の高度を第２飛翔体１２００よりも高くすることで上向きの揚力を得ることができる。なお、第１飛翔体１１００及び第２飛翔体１２００の高度差を変更することで、飛翔システム１０００の飛行高度を変更でき、太陽電池フィルム１５０に昇降舵としての機能を果たさせることができる。例えば、図８に示すように、進行方向前方の第１飛翔体１１００の高度が進行方向後方の第２飛翔体１２００よりも高い場合、飛翔システム１０００は、大きな揚力を受けるため、上昇させることができる。
【００５２】
図１０は、第２実施形態の飛翔システム１０００の第１飛翔体１１００の機能構成の一例を示すブロック図である。第１飛翔体１１００は、光検出部１１９６及び各種センサ１１９１を備えている点、並びに操舵部１１８２及び主制御部１１９２の制御内容が、第１実施形態の飛翔体１００と相違する。
【００５３】
光検出部１１９６は、図９に示すように、光（太陽光）を検出する複数の光検出センサ１１９６Ａ〜１１９６Ｃが角度を異ならせて設けられており、光検出部１１９６に設けられた光検出センサ１１９６Ａ〜１１９６Ｃが検出した光量から太陽の位置を検出する。具体的には、光検出部１１９６は、光検出センサ１１９６Ａ〜１１９６Ｃのうち検出した光量が最も多い光検出センサの方向に太陽が位置していることを検出する。
【００５４】
操舵部１１８２は、光検出部１１９６により検出された太陽の位置に対して、本体部１１１０が垂直に位置するように、本体部１１１０の傾きを制御する。例えば、朝夕の太陽が傾いた位置にある場合であっても、太陽電池フィルム１５０に角度をつけて、太陽光と太陽電池フィルム１５０とが垂直に近づくように制御する。これにより、太陽の傾きに応じて太陽電池フィルム１５０の太陽光に対する垂直度を補正することができ、太陽電池フィルム１５０の出力を高めることができる。なお、この場合、太陽電池フィルム１５０の受ける力によって飛翔システム１０００の高度が上昇又は下降をするので、適宜第１飛翔体１１００及び第２飛翔体１２００の高度を反転させて目標高度に対してジグザグの変更を行うことになる。
【００５５】
各種センサ１１９１は、対気速度、湿度、加速度、日照などを検出するセンサであり、例えば、ピトー管などにより実現できる。
【００５６】
主制御部１１９２（算出部及び通知部の一例）は、各種センサ１１９１の検出結果に基づいて風況を算出し、算出した風況が所定の条件を満たす場合、その旨を予備機に通知する。これにより、飛翔システム１０００を予備機に交替することができる。
【００５７】
図１１は、第２実施形態の飛翔システム１０００の第２飛翔体１２００の機能構成の一例を示すブロック図である。図１１に示すように、第２飛翔体１２００の本体部１２１０は、蓄電部１２７０と、電力制御部１２８０と、操舵部１２８２と、推進駆動部１２８４と、位置検出部１２８６と、日時データ記憶部１２８８と、無線通信部１２９０と、各種センサ１２９１と、主制御部１２９２とを、備える。
【００５８】
蓄電部１２７０は、太陽電池１２１４及び太陽電池フィルム１５０により生成された電力を蓄電するものであり、例えば、蓄電池により実現できる。
【００５９】
電力制御部１２８０は、太陽電池１２１４及び太陽電池フィルム１５０により生成された電力を安定化させて、蓄電部１２７０に蓄電（充電）させる。また電力制御部１２８０は、安定化させた電力、又は蓄電部１２７０に蓄電されている電力を、操舵部１２８２、推進駆動部１２８４、位置検出部１２８６、日時データ記憶部１２８８、無線通信部１２９０、各種センサ１２９１、及び主制御部１２９２などに供給する。具体的には、電力制御部１２８０は、太陽が出ている日中においては、太陽電池１２１４及び太陽電池フィルム１５０により生成され、安定化させた電力を上述した各部に供給し、太陽が出ていない夜間においては、蓄電部１２７０に蓄電されている電力を上述した各部に供給する。
【００６０】
推進駆動部１２８４（第２推進駆動部の一例）は、プロペラ１２２０の駆動源であり、例えばモータなどにより実現できる。推進駆動部１２８４は、主制御部１２９２の制御を受け、太陽電池１２１４や太陽電池フィルム１５０により生成された電力、又は蓄電部１２７０に蓄電されている電力を用いてプロペラ１２２０を駆動する。
【００６１】
そして推進駆動部１２８４は、第１飛翔体１１００により格納部１４０が駆動され、太陽電池フィルム１５０が進行方向後方に排出された場合に、プロペラ１２２０の駆動力を落として、第２飛翔体１２００の速度を第１飛翔体１１００の速度よりも遅くする。これにより、第２飛翔体１２００は、太陽電池フィルム１５０を進行方向後方に引くことになり、太陽電池フィルム１５０に張力が与えられ、図７に示すように展開される。なお推進駆動部１２８４は、太陽電池フィルム１５０が展開された後は、プロペラ１２２０の駆動力を元に戻し、第２飛翔体１２００の速度を第１飛翔体１１００と同速度とする。
【００６２】
位置検出部１２８６、無線通信部１２９０については、それぞれ第１実施形態の飛翔体１００の位置検出部１８６、無線通信部１９０と同様であるため説明を省略する。また、各種センサ１２９１についても、第１飛翔体１１００の各種センサ１１９１と同様であるため説明を省略する。
【００６３】
日時データ記憶部１２８８は、現在の日時データを更新記憶するものである。
【００６４】
操舵部１２８２（第２操舵部の一例）は、本体部１２１０の進行方向を制御するものであり、太陽電池フィルム１５０が展開された場合に、本体部１２１０の進行方向を制御して、図８に示すように、第２飛翔体１２００の高度を第１飛翔体１１００の高度よりも低くする。具体的には、操舵部１２８２は、位置検出部１２８６により検出された本体部１２１０の位置及び日時データ記憶部１２８８に記憶されている現在の日時データに基づく絶対太陽位置に応じて、第２飛翔体１２００の高度を制御する。これにより、太陽の傾きに応じて太陽電池フィルム１５０の太陽光に対する垂直度を補正することができる。
【００６５】
主制御部１２９２は、第２飛翔体１２００の各部を制御するものであり、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）などの既存の制御装置により実現できる。例えば、主制御部１２９２は、第１飛翔体１１００から太陽電池フィルム１５０を進行方向後方に排出したことの通知を受け、推進駆動部１２８４及び操舵部１２８２を制御する。また主制御部１２９２は、位置検出部１２８６により検出された本体部１２１０の位置及び日時データ記憶部１２８８に記憶されている現在の日時データを用いて絶対太陽位置を算出する。
【００６６】
なお、無線通信部１２９０において、放送波の送信出力は１チャンネルあたり５Ｗであり、送信機は、１０チャンネル分備えている。送信機の消費電力は連続３００Ｗ程度であり、無線通信部１２９０全体の消費電力は５００Ｗ未満である。また、推進駆動部１２８４及びプロペラ１２２０の消費電力は最大３０ｋＷであり、平均して１０ｋＷ程度の消費電力で第２飛翔体１２００は飛行する。また、蓄電部１２７０は、出力容量が２００ｋＷｈであり、プロペラ１２２０を１０時間程度駆動できる。なお、蓄電部１２７０の質量は１トン程度である。また、日中において、気象状態により風速が一時的に強いときは太陽電池１２１４及び太陽電池フィルム１５０により生成された電力、並びに蓄電部１２７０に蓄電されている電力の出力を合算してプロペラ１２２０の駆動力を増して第２飛翔体１２００を飛行させ、流されることを防止する。第１飛翔体１１００についても同様である。
【００６７】
次に、第２実施形態の飛翔システムの動作について説明する。
【００６８】
なお、飛翔システム１０００の飛行動作の基本的な流れは、図５のフローチャートで説明した第１実施形態の飛翔体１００の飛行動作とほぼ同様であるため、相違点のみ説明する。
【００６９】
第１実施形態の飛翔体１００同様、第２実施形態の飛翔システム１０００も対流圏を抜けるまでは他の飛行機（図示省略）に牽引されて上昇する。
【００７０】
そして、図５のフローチャートのステップＳ１００の制御を第１飛翔体１１００及び第２飛翔体１２００で行い、ステップＳ１０２〜Ｓ１０４の制御を第１飛翔体１１００が行い、ステップＳ１０６の制御を第２飛翔体１２００が行う。なお、ステップＳ１０４では、更に、第２飛翔体１２００の推進駆動部１２８４が、プロペラ１２２０の駆動力を一時的に落として、第２飛翔体１２００の速度を第１飛翔体１１００の速度よりも一時的に遅くするとともに、第２飛翔体１２００の操舵部１２８２が、本体部１２１０の進行方向を制御して、第２飛翔体１２００の高度を第１飛翔体１１００の高度よりも低くする。
【００７１】
ここで、飛翔システム１０００を滞在させる成層圏の所定高度を高度２０ｋｍとしている理由について説明する。まず、飛翔システム１０００は、太陽電池又は蓄電池由来の電力でプロペラを駆動して飛行するものであるため、大気が薄くなると駆動力及び揚力を得られないという問題がある。
【００７２】
このため、高度が高いほど見通し距離が伸びて電波発信に好ましい環境となるが、駆動力及び揚力の関係から、飛翔システム１０００は、高度３０ｋｍ〜３５ｋｍ程度までの上昇が限界であり、高度４０ｋｍを超える領域では高度を維持できない。
【００７３】
また、高度１０ｋｍ以下の対流圏では、激しい大気擾乱に遭遇する可能性が高く、大気擾乱に遭遇した場合、太陽電池フィルム１５０に強いストレスが働き、飛翔システム１０００が破壊されてしまう可能性がある。更に、高度１０ｋｍ以下の対流圏では、雲が多く、電力不足による飛行不能になる可能性もある。また、高度１２ｋｍ以下は、旅客機など通常の飛行機が飛行する空域と重なり、飛翔システム１０００を滞在させることができない。
【００７４】
以上の観点から、飛翔システム１０００を滞在させる高度としては、高度１３ｋｍ〜３０ｋｍ付近が適しており、第２実施形態では、高度２０ｋｍとしている。
【００７５】
なお、飛翔システム１０００を高度２０ｋｍに滞在させる場合、地上波テレビ送信局として、半径１００ｋｍ以上の領域をカバーでき、例えば、飛翔システム１０００を東京都心上空２０ｋｍ付近に滞在させ、地上デジタルテレビ放送を行った場合、関東全県および静岡県西部、長野県、及び福島県西部までカバーすることができる。
【００７６】
また、日本全国に展開する場合には、飛翔システム１０００を１０機程度飛行させることで離島も含め日本全土をカバーできる。これにより、全国で数百箇所以上のテレビ中継局を集約し、放送システムを低コスト化することができる。
【００７７】
なお、第２実施形態の飛翔システム１０００は、故障に備えて、図示せぬ予備システムと２セットペアで運用される。飛翔システム１０００は定位置に配置され、予備機はその時点の風向により、風上側２０ｋｍ程度の位置で待機させる。飛翔システム１０００に故障が生じたり、風に流されたり、墜落しそうな場合に、予備機にその旨を通知することで、予備機を定位置に移動させ、中継局としての運用を継続することができる。また、予備機との交換でも対応できない場合に備え、飛翔システム１０００と同様の無線通信部を備えた通常のジェット推進の高高度飛行機を用意しておき、問題が生じた場合に、この飛行機を飛ばしてバックアップを行うようにしてもよい。
【００７８】
図１２は、第２実施形態の飛翔システム１０００で行われる予備機との交替動作の一例を示すフローチャートである。
【００７９】
まず、第１飛翔体１１００の位置検出部１８６は、第１飛翔体１１００の位置のセンシングを行う（ステップＳ２００）。
【００８０】
続いて、第１飛翔体１１００の主制御部１１９２は、第１飛翔体１１００の対地移動ベクトルＶｇを算出する（ステップＳ２０２）。
【００８１】
続いて、第１飛翔体１１００のピトー管などの各種センサ１１９１は、第１飛翔体１１００周りの流速センシングを行う（ステップＳ２０４）。
【００８２】
続いて、主制御部１１９２は、第１飛翔体１１００の対気移動ベクトルＶａを算出する（ステップＳ２０６）。
【００８３】
続いて、主制御部１１９２は、Ｖｗ＝Ｖｇ−Ｖａを算出する（ステップＳ２０８）。
【００８４】
続いて、主制御部１１９２は、｜｜Ｖｇ｜｜、｜｜Ｖａ｜｜、｜｜Ｖｗ｜｜＝｜｜Ｖｇ｜｜−｜｜Ｖａ｜｜を算出する（ステップＳ２１０）。
【００８５】
続いて、主制御部１１９２は、Ｖｗ及び｜｜Ｖｗ｜｜を用いて、第１飛翔体１１００周囲の風況（第１飛翔体１１００周囲の風向及び風速情報）を導出する（ステップＳ２１２）。
【００８６】
続いて、主制御部１１９２は、第１飛翔体１１００周囲の風況のアップウインド方向に対する飛翔角度とＰＶ発電量を算出する（ステップＳ２１４）。
【００８７】
続いて、主制御部１１９２は、ＰＶ発電量、蓄電残量によるプロペラ運用推力情報を取得する（ステップＳ２１６）。
【００８８】
続いて、主制御部１１９２は、プロペラ運用推力情報及びペイロード情報による第１飛翔体１１００の運用可能対気速度Ｖｐを算出する（ステップＳ２１８）。
【００８９】
続いて、主制御部１１９２は、∫Ｖｐｄｔ−∫｜｜Ｖｗ｜｜ｄｔ  ＞  ０  ｆｏｒ  ｔ１  ｔｏ  ｔ２が成立すれば（ステップＳ２２０でＹｅｓ）、第１飛翔体１１００（飛翔システム１０００）の飛行を継続し（ステップＳ２２２）、∫Ｖｐｄｔ−∫｜｜Ｖｗ｜｜ｄｔ  ＞  ０  ｆｏｒ  ｔ１  ｔｏ  ｔ２が成立しなければ（ステップＳ２２０でＮｏ）、図示せぬ予備機に交替の連絡を行う（ステップＳ２２４）。
【００９０】
以上のように第２実施形態の飛翔システム１０００は、飛翔システム１０００の飛行等に必要な電力を生成する太陽電池のうち、第１飛翔体１１００の本体部１１１０に設けることが可能な分量の太陽電池１１４のみを主翼１１２に貼付するとともに、第２飛翔体１２００の本体部１２１０に設けることが可能な分量の太陽電池１２１４のみを主翼１２１２に貼付する。そして、残りについては、太陽電池フィルム１５０を用いて第１飛翔体１１００及び第２飛翔体１２００で吊る。従って第２実施形態の飛翔システム１０００によれば、外部から電力の供給を必要とせずに小型化することができる。
【００９１】
（変形例）
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、第２実施形態の飛翔システム１０００においては、第１飛翔体１１００の制御内容や構成を第２飛翔体１２００の制御内容や構成としてもよいし、第２飛翔体１２００の制御内容や構成を第１飛翔体１１００の制御内容や構成としてもよい。つまり、第１飛翔体１１００及び第２飛翔体１２００の制御内容や構成は適宜入れ替えることができる。
【符号の説明】
【００９２】
１００、１１００  飛翔体（第１飛翔体）
１１０、１１１０  本体部
１１２  主翼
１１４  太陽電池
１２０  プロペラ
１３０  連結部
１４０  格納部
１４１  巻き芯
１４２  排出口
１５０  太陽電池フィルム
１７０  蓄電部
１８０  電力制御部
１８２、１１８２  操舵部
１８４  推進駆動部
１８６  位置検出部
１８８  格納駆動部
１９０  無線通信部
１９２、１１９２  主制御部
１１９１  各種センサ
１１９６  光検出部
１１９６Ａ〜１１９６Ｃ  光検出センサ
１２００  第２飛翔体
１２１０  本体部
１２１２  主翼
１２１４  太陽電池
１２２０  プロペラ
１２３０  連結部
１２７０  蓄電部
１２８０  電力制御部
１２８２  操舵部
１２８４  推進駆動部
１２８６  位置検出部
１２８８  日時データ記憶部
１２９０  無線通信部
１２９１  各種センサ
１２９２  主制御部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９３】
【特許文献１】特開２００２−２１１４９６号公報
【図１】
2012025349.tif 000003
【図２】
2012025349.tif 000004
【図３】
2012025349.tif 000005
【図４】
2012025349.tif 000006
【図５】
2012025349.tif 000007
【図６】
2012025349.tif 000008
【図７】
2012025349.tif 000009
【図８】
2012025349.tif 000010
【図９】
2012025349.tif 000011
【図１０】
2012025349.tif 000012
【図１１】
2012025349.tif 000013
【図１２】
2012025349.tif 000014