三菱重工技報 Vol.48 No.4 (2011) 航空宇宙特集

技 術 論 文12

我が国の防衛に貢献する無人水中航走体（UUV）への取組み
Development of Unmanned Undersea Vehicle
for International Security Environment Surrounding Our Country

田 中 聖 *1

吉 岡 和 則 *2

Satoshi Tanaka

Kazunori Yoshioka

浅 野 陽 一 郎 *3

大 武 茂 樹 *4

Yoichiro Asano

Sigeki Ohtake

池 野 聡 *4

漆 畑 敬 一 *4

Satoshi Ikeno

Keiichi Urushibata

近年，遠隔地から危険な場所の情報収集が可能な航空無人機や陸上無人機などが活躍する場面が増えてきている．水中の世界でも無人化のニーズは高まっており，防衛分野における機雷捜索や ASW（Anti-Submarine Warfare：対潜水艦戦），海洋情報収集など長時間にわたる情報収集活動に適していると期待されている．本稿では UUV を構成する技術の歴史的背景を交えて，その取組みを報告する．

|1. はじめに当社では，大正６年(1917)三菱合資会社長崎兵器製作所を設立して以来，旧海軍から防衛省に至るまで，100 年近くの魚雷研究開発の歴史を有している．UUV には魚雷と共通する部分が多く，また船舶海洋部門でも，水中ビークルとして潜水艦や有人潜水船の建造実績を有していることから，これらの技術を総合的に活用することで UUV 開発が可能であると考えている．そこで防衛装備品として求められる条件を考察しつつ，社内で取り組んでいる UUV 技術について紹介する．

|2. 防衛装備品としての UUVUUV（Unmanned Undersea Vehicle）は 1980 年代頃に現れた新しい言葉である．直訳すれば無人水中航走体となり，広義に解釈すれば，魚雷，機雷処分具などの ROV（Remotely OperatedVehicle），水中移動標的なども UUV の範疇として捉えることもできる．しかし，ここでは既に武器として古くからその使用目的・分類が定まっているものは除外し，主として水中における情報収集を目的として使用される狭義の UUV について論述する．当該 UUV は情報収集するためのセンサを運搬する独立した動力装置を搭載し，取得情報を伝送するための通信リンク機能を保有した上で水中を自由に航走するイメージのものである．
さて，この種の UUV には，主として海底探査などを目的とする民間向けのものと作戦海域の各種情報収集を目的とする防衛用のものとがあり，その最大の相違点は，後者に機動運用性が求められるところにある．例えば，十分な運用環境が把握されていない海域での作戦遂行を強いられる各種艦艇・航空機では，自らがその海域の作戦環境把握に努めなければならず，その手段として UUV の機動運用が重要視されることとなる．この場合，各種艦艇・航空機には，UUV を迅速に展開して情報収集を行い，速やかに回収できる運用機能が求められる．このため防衛装備品としての UUV には発射管発射，航空機・ヘリ搭載など魚雷と同等に扱える必要があり，発射管発射できる寸法規格の採用，各種ミッションごとに装換するペイロードに対応できるインタフェース
規格の統一，更には機動運用性を維持するための保管や補給整備体制も重要となる．この観点*1 航空宇宙事業本部特殊機械部部長*2 航空宇宙事業本部特殊機械部次長*3 航空宇宙事業本部特殊機械部主席プロジェクト統括*4 航空宇宙事業本部特殊機械部課長

三菱重工技報 Vol.48 No.4 (2011)13から，諸外国の UUV にも魚雷形状をしているものが多数存在しており，魚雷メーカである当社が，防衛装備品としての UUV 開発に着手する十分な技術的背景があるものと考えている．

|3. UUV 技術について
防衛装備品としての UUV に必要とされる機能は，しばしば既存技術で対応できない場合がある．それらを実用化していくための最初のステップとして社内での事前検証が重要と考えている．
ここではセンサ技術，水中ナビゲーション技術，エネルギー技術，水中環境モデリング＆シミュレーション技術，システム統合技術などへの社内取組み状況とその成果について説明する（図１）．
なお，UUV に搭載して検証すべき技術については技術実証機で海上試験を行っている．

図１ UUV 技術

3.1 センサ技術
UUV はミッションに対応した各種センサを搭載する．本項では，世界的に重要視されている埋没機雷を探知する音響センサの研究について紹介する．埋没機雷とは敷設されたときに砂泥中に埋没してしまうか，長期間にわたって砂泥が機雷上に堆積し，外観上見えなくなる機雷を意味する．これを探知するためには，海底下に伝播しやすい低周波音波を用い，低周波化により低下する(劣化する)分解能を向上させる合成開口技術を採用した探知センサが求められる．
合成開口処理技術の概要を示す（図２）．本技術を適用した音響センサとそれを搭載する水中航走体を試作し，埋没機雷の探知に関する社内試験を実施した結果，埋没模擬機雷の探知画像データを取得することができ，従来，探知困難であった埋没機雷を UUV で捜索できる技術見通しが得られた（図３）．

図２ 合成開口処理技術の概要

図３ 埋没機雷 探知画像

三菱重工技報 Vol.48 No.4 (2011)14

3.2 水中ナビゲーション技術
一般に UUV は自己位置を把握するために慣性航法装置（ジャイロや対地速度計など）を搭載しているが，水中航走時間が長くなると，位置誤差が大きくなるため，定期的に浮上して GPS（Global Positioning System）で位置確認するか，母船から正確な位置情報を入手し誤差補正が必要となる．そこで海面浮上や母船支援を必要とすることなく長期間にわたって自律航走すべく，海底地形をベースとした自己座標を求める水中ナビゲーション技術について検証した．
本技術では MBES（Multi-Beam Echo Sounder：測深儀）を利用し，事前に用意した海域のデータベースと，UUV が航走中に読み取った海底地形のローカルマップと照合を行うものであり（図４），マッチングしたポイントで位置補正を行う水中ナビゲーションロジックを検証した後，技術実証機による海上試験を実施している（図５）．この結果，UUV 単独でも海底地形を読み取りながら，おおむねデータメッシュ分解能の精度で水中ナビゲーションが可能となる技術見通しが得られた．

図４ 海底地形照合によるポジショニングの原理

図５ ローカルマップとデータベースの照合結果

3.3 エネルギー技術
UUV の特徴は比較的に低出力で長時間航走することであり，UUV のエネルギー源にはエネ
ルギー密度が高い方式が求められる．したがって，エネルギー搭載量，すなわち体積及び重量当たりのエネルギー密度が高い方式が求められる（図６）．また，繰り返し航走させる必要があることから，その整備性に優れたシステムが望ましいと考えている．このような観点から，代表的なものとしてリチウムイオン電池を活用した電池電動機方式の動力装置の研究開発を行った（図７）．さらに，より高いエネルギー密度を目指して，化学反応を利用した燃料電池用水素・酸素発生装置の研究も行っている．

図６ エネルギー密度比較

図７ リチウムイオン－電池電動機

3.4 水中環境モデリング＆シミュレーション技術
水中環境モデリング＆シミュレーション技術は，魚雷や機雷処分具などの水中航走体開発において，計画から設計，評価の各開発段階の目的に合わせて，水中航走体に要求される性能の導出や，電気的応答性を含めた機能，性能の総合評価などに活用している．
水中航走体の開発における水中環境モデリング＆シミュレーションの重要な要素の一つとして水中音響モデルがあげられ，“水中での音の伝搬，反響（残響）”などを模擬している．水中音響モデルは，今までの魚雷，機雷処分具などの開発の中で実海面データの反映によりモデルの精緻化を図ってきており，高い模擬精度を有している．この技術により，様々な運用環境下（各種海三菱重工技報 Vol.48 No.4 (2011)15象条件）での評価を，陸上で行うことも可能である(図８)．この水中環境モデリング＆シミュレーショ
ン技術を UUV の開発に活用することによって全ての様々な運用環境下で実航走をさせなくとも，評価を行うことができ効率的な開発を行うことが可能となる．

図８ 水中音響モデル概要

3.5 システム統合技術
UUV の運用には，管制システム，母機・母艦システム及び情報ネットワークシステム等のシステ
ム統合技術が必要であり，その一つとして，魚雷や UUV 等の水中航走体を発射可能な統合発射管についても研究している．
航走体は使用目的に応じて設計するため，外部システムとの機械的／電気的インタフェースは航走体ごとに異なるのが一般的である。そのため，従来は航走体ごとの専用発射管をその都度開発／装備することで対応してきた．それに対し，統合発射管は外部インタフェースを同一とし，内部インタフェースは航走体ごとにモジュール交換可能な“キャニスタ方式”を採用することで，異なる航走体の発射機能を 1 つのパッケージとして統合することができる．これにより，母機・母艦運用に応じて搭載する航走体の種類や本数を自由にアレンジすることが可能となる（図９）．
平成 20 年度には，当該発射管開発における主要技術課題の一つである「ガス発生器による航走体の射出」について，模擬弾を用いた社内試験（陸上射出試験）を実施した．また，これまで培ってきた技術を流用することにより，UUV に航空機（固定翼機及び回転翼機）との適合性を持たせることも可能である．

3.6 技術実証機
社内研究で試作したセンサや水中ナビゲーション技術などの実証試験のために平成 18 年（2006）に Marine Challenger 150 を製作した（図１０）．構造上の特徴としては，既述した各種センサなどをミッションモジュールにまとめ，試験状態に応じて組み替えられるようにしており，本図ではペイロードとして MBEＳが付くように組み替えたものとなっている．また，電源にはリチウムイオン電池を搭載し，低速で航走することができる．海面に浮上している状態であれば，無線 LAN で設定変更や遠隔操作，GPS を利用して設定経路に沿った航走が可能である．今後とも技術実証機として各種センサなどの評価に活用していく．

図９ 統合発射管装備例

図１０ 技術実証機 Marine Challenger150

三菱重工技報 Vol.48 No.4 (2011)16|4. 今後の展開
UUV 具現化の最大の課題は，そのエネルギー源確保と通信手段の構築にある．これらの課題
は自ずと UUV 運用形態を大きく二分することとなる．一つは UUV の戦術的運用形態であり，今一
つは UUV の戦略的運用形態である．戦術用 UUV は，比較的至近距離で短時間運用されることから，オペレータと常時リンクされている通信形態とリアルタイムで収集した情報を元にオペレータの判断で UUV を遠隔操作できる機能形態が求められる．従って，当該 UUV には電池を搭載することで長時間運用を犠牲にしても機動性に富む形態が主流となっている．これらは，母艦からの常時管制が必要という意味において遠隔操縦と本質的には変わりなく，現存する UUV のほとんどがこのタイプに属している．
他方，今後の展開が期待される戦略用 UUV は，オペレータと常時管制が困難な状況下でも長期間にわたって運用できる形態を目指すことから，UUV 独自で状況変化に柔軟に対応できる行動判断機能，目標の自動探知類別機能など高知能化が求められることとなる．ただし，防衛装備品の性格上，全てを無人機の判断に委ねることには自ずと限界があり，オペレータ判断をいかにオーバーラップさせるかが課題となる．このため通信頻度の差こそあれ，何らかの手段で UUV をネットワークの中に組み込んでおく方策が必要である．その一つとして，ここでは USV（UnmannedSurface Vehicle）との組合せ（システム化）案を提唱する．USV には，UUV を遠方の危険海域に運ぶ遠距離運用，水中ネットワーク構成での運用，さらには通信やエネルギー源を補完するためのシステム運用が期待できる（図１１）．

図１１ 遠隔海域での UUV/USV 運用構想

|5. まとめUUV は新しいテーマであるが，当社が長年培ってきた魚雷技術及び潜水艦などの技術が十分適用できるものと考えられる．さらに今後の UUV 開発で課題となる動力，通信，高知能化などの技術分野でも当社の蓄積技術の活用が可能と判断される．UUV 開発は，単なる水中航走体を創ることではなく，それを核とする各種のシステム構築が重要である．そのため，戦術用 UUV，戦略用 UUV 開発は防衛省（海上自衛隊）による海中情報収集システム構築の一翼を担うテーマとなるであろう．
当社としては作戦海域を自由に活動する UUV や USV の事業化を通して防衛省（海上自衛隊）の情報収集能力向上に貢献できればそれに勝る喜びはない．

参考文献(1) 長倉ほか，水中航走体向け海底地形照合航法技術の開発，三菱重工技報，Vol.45 No.4（2008）p.74～77(2) 長倉ほか，Shallow Water Propagation Prediction Using Normal Mode Method，UDT Europe 2007