AUTUMN

6

特集

無人
航空機

JAXA研究者が語る“無人航空機が拓く未来”「複数MAV協調運用による複雑任務対応能力｣の研究

複数の小型無人航空機が協調して一つの任務を行う

2 0 14 A U T U M N N o .

6

近年、注目を集めている人が乗らない航空機――無人航空機。
今号はJAXAが研究開発をすすめる「無人航空機」について紹介します。

CONTENTS

P. 3 - 7

P. 3 - 7

特集 無人航空機

JAXA研究者が語る“無人航空機が拓く未来”

P. 8 - 9

P. 8 - 9

無人航空機「複数MAV協調運用による複雑任務対応能力」の研究
複数の小型無人航空機が協調して一つの任務を行う

P. 1 0 - 1 1

P. 1 0 - 1 1

東京大学・企業・JAXAが航空人材育成で協力

東京大学航空宇宙工学科の教育プログラムを調布航空宇宙センターで開催
インタビュー 東京大学大学院 工学系研究科 航空宇宙工学専攻 鈴木真二教授
東京大学大学院 工学系研究科 航空宇宙工学専攻 李家賢一教授

座談会
●●●

P. 1 2物体の“ひずみ”を１本の光ファイバーで検知
光ファイバーセンサーの研究

P. 1 2

P. 1 4

研究者リレーインタビュー
第2回 「子どもたちの時代には、
２時間でアメリカに行ける世界にしたい」
推進システム研究グループ 極超音速技術セクション 主任研究員 小島孝之

P. 1 3

年は、防犯や監視、宅配などの新しいニーズやアイデアも次々と出てきています。
そんな無人航空機の現状
や課題、
JAXAが目指す無人航空機について、
JAXA航空本部で無人航空機の研究に携わる皆さんに語っていただきました。

● 出席者（聞き手：編集部 水野）

P. 1 4

P. 1 5

航空技術図鑑 [2]「電気信号で航空機を操縦する“フライ・バイ・ワイヤ”とは」

P. 1 6

このページは使用不可です。

人が乗らない航空機――無人航空機は、
農薬散布や空撮などさまざまな用途で使用されています。
また近P. 1 3

ベルリンでIFARメンバーとミーティング～JAXA航空本部の国際連携最新レポート～

JAXA研究者が語る“無人航空機が拓く未来”

P. 1 5【Flight Path Topics】
・PIV計測データを活用したデバイス配置最適化技術開発のための風洞試験を実施
・成田空港周辺で騒音計測を実施
・D-SEND#2の2回目試験、実施できず■無人機とは何なのか？

久保 「無人機」
は無人の乗り物全般を指し、

最近、
「無人機」
という言葉をよく耳にします

無人機のカテゴリに含まれる場合もありまが、そもそも無人機とはどんなものなので

す。
しかし、
「無人機」
と言うとやはり「無人航

運航システム・安全技術研究グループ
無人機安全技術セクション

しょうか？

空機」
を表すことが多いと思います。
無人航空セクションリーダー人が搭乗していない宇宙探査機や人工衛星も機は英語で「Unmanned Aerial Vehicle」
あ石川 無人機とは、操縦者が乗っていない状

るいは「Unmanned Air Vehicle」などと呼ば態で遠隔あるいは自動で操縦されて飛ぶ航空

れ、頭文字を取って「UAV」と表記されます。

機のことで、人を乗せないまま仕事を行える

また、
近年では、
航空機そのものだけでなく、ことが大きな特徴の一つです。

地上設備なども含めたシステム全体を指す「Unmanned Aircraft System」
（UAS）
や遠隔

運航システム・安全技術研究グループ
グループ長

石川和敏

河野 敬

運航システム・安全技術研究グループ
無人機システム技術セクション
研究員

久保大輔

航空技術実証研究開発室
UARMSチーム
チームリーダー

村岡浩治

表紙写真
日本原子力研究開発機構と共同で研究開発を進めている放射線モニタリング無人機システム（UARMS）の飛行試験の様子です。組み込まれたプロ
グラムに従って決められたルートを自動で飛行し、広い範囲の放射線量を計測することができます。
0203

航空技術実証研究開発室
UARMSチーム チームリーダー

無人航空機

村岡浩治

操縦という点を強調した「Remotely Piloted

え判断しながら飛行するといった技術の研究

タリングに最適な無人航空機を作る

Aircraft System」（RPAS）という言葉も使わも進められています。

ことができるだろうと考え、福島の原

れています。
米国では、メディアを中心に「ド

子力発電所事故の後にJAEAと共同で■JAXAが研究開発する無人航空機

ローン（Drone）」と呼ばれることも多いよう

UARMSの研究開発が始まりました。

です。
河野

現在は飛行実験を進めている段階で、無人航空機には大小さまざまな種類

JAXA航空本部ではどのような無人航空機

2014年度中の完成を目指しています。

の研究開発に取り組んでいるのでしょうか。

完成すれば、20～40キロメートルの長がありますが、大きく二つに分類する考え方

い航続飛行の範囲で、放射線モニタリにまとまりつつあります。
一つは
「大型」
の部

石川 大きく二つに分けられます。
一つは航

類で、
有人航空機と同じような性能や機体規

空技術の実験でツールとして無人航空機を利無を確認したりといった任務を、
MAV（Micro

空中からの放射線モニタリングは、現在有模を持っていて、
有人航空機と一緒に飛べる用する研究。
例えばD-SENDプロジェクトの

Aerial Vehicle）と呼ばれる小型無人航空機

人のヘリコプターや無人ヘリコプターが用いような無人機。
もう一つは
「小型」
で模型飛行

超音速試験機などが挙げられます。

を複数機連携させて行うシステムの研究もられています。
有人ヘリコプターの場合、コス行っています。
（詳しくは、8ページからの記

トが高く、また航空法の制限があって低空ま事をご覧ください）

では降りられません。
一方、
無人ヘリコプター

ングが行えるようになります。

機から派生したような、有人航空機と同じよ

もう一つは、
無人航空機自体を社会のインうな装備を積むことができないけど安く簡

フラとして役立てるための研究開発です。
災

単に製作できる航空機です。

害発生時に地方自治体の職員が自分たちで無

あとは、先ほど話題に挙がった「放射線モニはゆっくり低空を飛ぶことができて詳細な

人航空機を飛ばして、災害の規模や被害状況

タリング無人機システム（UARMS）」があり計測ができますが、長時間広い範囲を飛ぶとなどを観測できる災害監視無人機システム

ます。

いったことが得意ではありません。UARMS

無人航空機を飛ばすためにはどのような技術が必要で、
その技術を実現させるためには検討されている72時間滞空し地上の観測を行う滞空型無人機のイメージ

どのような課題があるとお考えでしょうか。
石川 無人航空機のメリットは、
人を乗せな

小型化・軽量化できることが挙げられます。

ばすようにするためには、
何かトラブルが発を2012年まで研究開発していました。
また、

ならば、
低空を高速で飛ぶことができるので、災害時、たとえばトンネル事故や地震などで村岡 JAXAでは、以前に21時間連続飛行が有人ヘリコプターと無人ヘリコプターの観測

内部が崩壊しているような建造物の中を飛行できる固定翼の無人航空機を研究していまを補完することができます。

し、生存者を探索したり火災や有毒ガスの有したので、その技術をベースに放射線モニ生した際に着陸させる、あるいは飛行を中断

石川 まだ計画段階ですが、
72時間連続して的には、
Dangerous
（危険）
、
Dirty
（汚い）
、
Dull

河野

無人航空機は、パイロットが機上にさせるという技術や、致命的なトラブルを発

高高度を滞空できる滞空型無人機システムも

（怠慢、
退屈な）
という、
いわゆる
“3D”
と呼ば

乗っていないので、どうやってパイロットの生させないためにどのような冗長性を持たせ検討しています。
72時間滞空できる無人航空れる仕事で有効に使えると言われています。

代替を行うかという技術が必要になります。

るのかといった技術がキーポイントになると機を交代で飛ばすことで、
365日24時間上空

例えば同じ場所やルートを長時間観測した

すなわち、無人航空機には有人航空機でパイ思います。

からの観測ができるという構想で、日本の広り、台風のような有人では危険な場所を飛ん

ロットが行っていた「観察」
「判断」
「操縦」の

で観測したりという仕事が考えられます。
無３段階に相当する技術が必要になります。
例

パイロットの代替技術という話がありました

る被災状況を連続的に監視して情報を提供し

人航空機に与えられる任務はこのようにさえば、GPSを使った位置測定や速度を計測しが、無人航空機が自ら考えて飛行する自律飛たりといったことを考えています。

まざまで、
無人航空機にはそれぞれの任務を「観察」
を行うためのセンサー、
そのセンサー

行技術についてはどのような状況なのでしょ達成するための技術が必要になります。

からの情報を元に「判断」するための飛行制うか。

くても任務を行うことができることで、一般

い領海を監視したり、災害地で刻々と変化す■無人航空機に関する法整備の課題とは無人航空機のもう一つのメリットは、
人間

御用コンピューター、判断結果に沿って機が乗るスペースが不要なので、その分機体を体を制御し「操縦」するためのアクチュエー

村岡 広範囲の放射線計測を目的として、
日

ターなどの技術です。

本原子力研究開発機構（JAEA）と共同で研究

無人航空機は、法律の中ではどのように扱われているのでしょうか。

もう一つ、有人航空機にはなかった要素と開発を進めている「放射線モニタリング無人

しては、
無人航空機にはセンサーで計測した機システム（UARMS）」
では、
あらかじめ指示

機体や周囲の状況を地上に送ったり、逆に地しておいた飛行ルートに沿って飛行させてい河野 航空機に関しては
「航空法」
という法律

上から指令を送ったりするための通信系統ます。
我々はこれをプログラム飛行と呼んでがありますが、その中では航空機を人が乗っが必要になります。

います。

て輸送に使う機器
（航空法、
第二条）
と定義し
ていて、
無人の航空機は扱っていません。
例外

UARMSには採用されていませんが、どこ
村岡 さらに、安全に無人航空機を飛として、すでに存在する有人航空機からパイをどのように飛行するのかを航空機自らが考放射線モニタリング無人機システム（UARMS）実験の様子

運航システム・安全技術研究グループ グループ長

石川和敏

04

05

運航システム・安全技術研究グループ
無人機システム技術セクション 研究員

無人航空機

久保大輔

ロットを降ろすことができる改造を加えた航空機を「無操縦者航空機」
として規定
（航空法、

河野 ヨーロッパでは、複数のプロペラを搭

久保 日本に限った話ではありませんが、将

第八十七条）
しているだけで、最初から人が乗載したマルチコプターと呼ばれる小型の無人

来の無人航空機の利用方法として期待されらないことを前提として作られた機体につい航空機を使った、
さまざまなサービスを提供ているのが、
橋梁やトンネルなどインフラ点ては航空機として見ていません。
したがって、する企業がここ数年で急増しています。
一番

検の分野です。

現在の航空法の範疇では、
無人航空機は航空多いサービスは空撮だと思いますが、その他

これまでは義務化されていなかっ機ではないのです。

に上空から農地を赤外線カメラで観測して農たインフラの定期点検も今後は必要

作物の状態を観測するとか、
空中で測量を行になると言われていますが、足場を

石川 航空法の他に、「航空機製造事業法」とい3Dの地図を作製するといったものがあり組んで点検すると莫大なコストが掛いう法律があります。
全重量が150キログラます。

かってしまいます。
無人航空機ならば、ムを超える航空機を製造する際には、
ライセ

アメリカの場合、ヨーロッパと比べると商ンスを取得して必要な設備を揃えなければな

用利用が十分に開放されていないので、公的らないとされています。
ですから、
そのような

機関が比較的大型の無人航空機を使って、国

大型の無人航空機には、
有人航空機と同じレ

災害現場上空をカメラで撮影することを想ベルの信頼性や安全性、耐空性などが求めら定した災害監視無人機システムの飛行実験れることになると思います。

河野

日本では、農薬散布用無人ヘリコプとができると期待をされています。

境の警備や山林の火災監視などに利用してい将来、旅客機のような大きな航空機も無人に世界もあり得るでしょう。しかし、無人の車ます。

なるのでしょうか。

両もそうですが、旅客機も社会的なルールや倫理的な問題などクリアすべき課題は非常（左）。
トラックの荷台に設置されたカタパル
トから離陸する災害監視無人機（上）。

アメリカなど海外では法整備の動きがあると聞きますが、
日本はいかがでしょうか。

足場が無くても飛んでいって点検するこ

石川 日本の場合は、先ほども話が出ました

石川 現在、自動車でも無人で走行する車両

が、
農薬散布用無人ヘリコプターが非常に発（UGV）が研究されており、
土木・建築分野ででの法整備を促すため、
国土交通省などに対ければなりません。
あとは消防署や警察署へ展しています。
農地と住宅地が近い、作付面積は無人作業車、農業分野では無人トラクターし、試験での実績を基に提案しているところも事前に説明が必要です。
もちろん実験段階

が比較的小さいといった日本の実情に合ったも現実に近づきつつあります。
技術的には遠です。

ではこうした手続きが必要ですが、実用化さ無人航空機の利用だと思います。

い将来、無人操縦の旅客機が空を飛ぶようなターが多数運用されていて、実は無人機大国に多いと思います。

れて日常的に飛行させるときには、手続き方だとよく言われるのですが、現状では一般社

石川 法整備とは少し話が違いますが、今は団法人農林水産航空協会や業界団体の日本産

無人航空機で実験をする手続きも複雑です。

業用無人航空機協会が決めた自主的な運用

航空局や空港への許可申請はもちろんのこ

ルールを運用者が守っている状況です。

と、
広い地域を飛行する場合には地方自治体法の検討も必要になってくるでしょう。

■広がる無人航空機の活用範囲

JAXAでは厳密な安全基準を作った上で、や周辺住民へのお知らせも必要ですし、
海上

無人航空機は現在どのように使われていて、無人航空機による試験を行っています。
日本を飛行する場合には漁業関係者とも話をしな

今後どのような目的で使われる可能性がある

近年、無人航空機をさまざまなサービスに活用するというニュースを耳にする機会が増えています。無のでしょうか。

人航空機は応用範囲も広く、さまざ
まな活用方法が考えられ、今後ます
ます私たちにとって身近な技術となっていくことでしょう。
しかし、無人航空機の活用拡大のためには、その技術や法整備などいくつもの課題が残されています。無人航空機の技術で、安全で安心な社

ヤマハ発動機の産業用無人ヘリコプター会の実現に貢献したい。
JAXA航空「FAZER」。ヤマハは産業用無人ヘリコプ
ターの分野で長い歴史と実績を持っている。

本部のチャレンジは続きます。

画像提供：ヤマハ発動機株式会社

小型無人航空機（MAV）。複数機で協調・連携させることによって複雑任務を可能にすることを目指している。

運航システム・安全技術研究グループ
無人機安全技術セクション セクションリーダー

河野 敬

06

07

「複数MAV協調運用による複雑任務対応能力」の研究――

複数の小型無人航空機が協調して一つの任務を行う

複 協調させるか?

数機をどのように

もう一つ重要となるのは、
複数のMAVを運用する際に、それぞれのMAVに対して最適な任務を割り当て、
効率的に運用する計画を立てる作業をコンピューターに行わせる技術、
すなわち“タスク生成とプランニング”です。

近年、小型の無人航空機の性能が高くなり、産業分野においても活躍の場を広げつつあります。

例えば、ある目標に対してどのMAVがより近JAXAでは、
そのような小型無人航空機が複数で連携協力しながら、災害時に倒壊したトンネルや建築物など

い場所にいるのか、より早く到着するMAVは屋内で救助支援などを行うことができるシステムの研究に取り組んでいます。

どれかを判断し、該当するMAVに対して指示を出す、というような一連の判断と指示を行複うことです。
1機、2機であれば、経験を積んだ

数のMAVが協力してさまざまな任務を果たすシステム

JAXA航空本部が取り組んでいる「複数オペレーターならば、その都度状況に合わせとができるようになります。

MAV協調運用による複雑任務対応能力」の

このような任務を、複数のMAVを使って行て判断し操縦することができますが、数が多研究は、GPS電波が届かない屋内で、複数のうメリットは何でしょうか。
災害現場では、壁

くなるとどんなに経験を積んだオペレーター

MAVとは、Micro Aerial Vehicleの頭文字

MAVを連携・協調させることで、単独では困や天井が崩れて電波が届かない場所ができでも操縦は難しくなります。

をとったもので、大きくても数十cm程度の小難な任務に対応できるようなシステムの実ることも考えられます。
複数のMAVを使って誰もが使いやすいシステムにするため、「オ型・超小型の無人航空機を指す言葉です。特現を目指すものです。
研究を担当する運航シ

電波を中継すれば、電波の届かない範囲をな

ペレーターは抽象的な指示を与えるだけで、に、本研究でもプラットフォームとして使用

ステム・安全技術研究グループの久保大輔研くし隅々まで探索ができるようになります。

あとは全体のシステムが勝手に最適かつ効率しているようなマルチローター形式の機体

究員は「屋内での火災やトンネルの崩落事故

また、災害現場ですから、突発的な事故が発のいい仕事のやり方を実現してくれるシステ

は、複雑な機構を持たない電動プロペラと制のような、レスキューの方がいきなり現場に生してMAVが損傷する可能性もあります。
そムを目指しています」（久保研究員）。

御系統を組み合わせただけのシステムであ入っていくことができないような災害への対うした場合でもMAVが複数あれば、脱落した

現在はまだ基礎研究段階ですが、
久保研究り、
簡易タイプはホビー向けに市販されてい応があります」と一例を挙げます。
二次災害のMAVの任務を別のMAVが肩代わりしたりサ員は「2015年度には、複数機で何らかの実証

るほか、高度な機能を持ったタイプは、空撮や危険があって人が入れない災害現場に、小型ポートしたりできます。

試験を行いたい」と意気込みを語ります。
しか災害時の被害調査などへの利用が広がりつつの飛行ロボットが先行して内部の状況を確認

さらに、複数のMAVが各々別々の任務を行

あります。

できれば、
救助を速やかに、
かつ安全に行うこうことで、より効率的に任務を達成できます。

し、それまでに越えなくてはならない、
技術的な課題もまだまだ多いのです。

「人でも、建物の中で捜し物をする場合、一人

無人航空機の技術はとても応用範囲の広いで探すのは大変だし時間もかかります。
そこ

技術です。
特にMAVのような小型の無人機がを一人ではなく複数で同時に探せば、また無

屋内で安定した飛行を実現できるようになれ

線などを使って上手に連携ができれば、一人のときよりもはるかに早く探し出せるのと同じことです。
（」久保研究員）。

屋

内で安定して飛行させる難しさ

ば、現在の研究で想定しているような災害時

複数のMAVが連携しながら飛行する様子の支援だけでなく、私たちの日々の生活に役

また、屋外であればGPSによって容易に方法を検討しています。
ライダーによる計測

立つMAVが登場する日が来るかもしれませ

自分の絶対位置を把握できますが、
屋内では

方法では、
壁や障害物からの距離を測定してん。

GPS信号を取得することができないため自周囲の地図を作製して自分の位置を把握しま分の位置がわかりません。
自分がどこにいるす。
「部屋の形状と自分の位置をある程度把握

かという情報は、
安全に飛行させるために非するところまで研究は進んでいる」と久保研

常に重要です。
建物の図面をあらかじめプロ

究員は言います。
ただし、搭載を検討している

この研究において必要となる技術の一つ

グラムに組み込むことができれば、屋内でもライダーで計測できるのは平面内
（二次元）
の

が、
機体を屋内で安定して飛行させる技術で自分の位置を把握することが比較的容易にな

情報だけなので、屋内全体の様子を知るためす。
屋内であれば、
屋外のように風などの影響

りますが、屋内の状況が変化している可能性には、MAVの姿勢（レーザーの向き）や高度をを受けないため、飛行させることは難しくなが高い災害時にはそれだけでは十分ではあり変えて計測しなければなりません。
また、
ライ

い、
と思うかもしれません。
しかし、
狭い空間

ません。

ダー自体の重量が比較的重いため、機体のサではMAVが自ら生み出す気流が壁に反射しMAV自身が周囲の状況を判断する手法とて機体を不安定にしたり、他のMAVの飛行にして、現在ライダーと呼ばれるレーザー光を影響を与えたりします。

利用したセンサーを使う方法と画像を使った

運航システム・安全技術研究グループ
無人機システム技術セクション研究員

久保大輔

イズが大きくなってしまうという課題もあります。

運用構想図。複数のMAVがお互いに通信し情報を交換して任務を達成する。電波の届かない場所でも、MAVが中継することで進入できる。また、脱落する機体があっても別のMAVがそれを補うことも可能だ。

08

09

report●「航空技術イノベーション概論」とはJAXA 航空本部へのメッセージ

東京大学・企業・JAXAが航空人材育成で協力

航空機構造の講義の様子。

～東京大学航空宇宙工学科の教育プログラムを
調布航空宇宙センターで開催～

大学、学会、航空関連企業、そしてJAXA共通の課題です。
東京大学がこの8月に開講した「航空技術イノベーション概論」
は、通常の大学キャンパスでの講義とは異なり、大学の先生による基礎理論に加え、企業は製れぞれ講義を行うのが特徴です。2日目かボーイング社の支援を受け、事務局は航空イノらは東京大学の本郷キャンパスから場所

ベーション総括寄付講座（寄付元：三菱重工業

をJAXA調布航空宇宙センターに変え、講

株式会社）が担当しています。

義に加えJAXAの試験設備の見学やその設

例えば「航空機開発」
や「空気力学」「構造工

備を使った実習実験も行われました。

―― 今回の講義について、感想をお聞かせくす。
大学によって利用方法が異なりますが、東ださい。

京大学ではこれを航空機の概念設計の講義に

今年は主に３年生を対象にした３日間の集教育支援フォーラムによって、
JAXAの最新設

中講義でしたので、学生も集中して学べたと思

備や最新の解析ツールなど教育に利用できるいます。

ことを大学に知ってもらって、そうした教育にのような普段の授業では触れる機会が少ない

さまざまな視点で俯瞰して学べる教育プログラムです。
JAXA航空本部も航興味のある大学をJAXAにはできるだけ支援していっていただきたいです。

テーマについて話してもらえたことは貴重で、2m×2m低速風洞内で翼型模型から発する騒音をて受講した学生の方々にお話を伺いました。

日間に集中して行われました。
講義の実施にはまた今回の講義では、
回転翼や空力弾性など品開発の立場から、
JAXAは研究開発の立場から講義することで、航空技術をこの講義の最終日に同行させていただき、
鈴木真二教授と李家賢一教授、
そし

学」
「回転翼」
などのテーマに沿って、大学の先生や企業の開発者、JAXAの研究者がそ役立てています。
JAXAと大学をつなげる航空

次世代を担う航空人材を育成すること。
それは我が国の航空産業発展のため、

空人材育成支援の一環として協力しました。

東京大学航空宇宙工学科の主に大学3年生を対象とした講義で、今年は8月4日～6日の３

通常の大学での講義を補完する形になってい下げるため、模型に部材の取り付けを行う学生たちます。

（上）。設置した部品の効果で、模型から発生する騒音が低くなったことを波形モニターで確認した（下）。

東京大学大学院 工学系研究科
航空宇宙工学専攻

業の製品開発につながるという流れを学生に―― 航空人材育成でJAXAへ期待すること理解してもらうため、
大学、
JAXA、
企業の三者

は何ですか。

李家賢一教授従来から大学とJAXAは研究の分野で非常大学ではどうしても教室内での座学が中心に深いつながりがあり、大学院生はこれまでにになりますから、
JAXAの研究開発の現場を直もJAXAと関わる機会がありましたが、学部レ接体験できる機会はとても重要だと思います。

ベルでの教育上のつながりはあまりありませ

３年生は専門学習を始めたばかりですので、―― 航空分野の人材育成でJAXAに期待すメーカーやJAXAの人たちから話を聞いたり、ることは何ですか。

最新設備に触れたりしたことは貴重な財産になったと思います。
講義で言葉として聞くだけ

日本航空宇宙学会が主導している「航空教にお話をしてもらうということに大きな意味があります。

―― 今回受講した学生たちに期待することは？

でなく、実際に目の当たりにすることができた育支援フォーラム」
を通じて、
JAXAのCFD解経験は、今後の卒業論文などにも役立つことと析ツール※がいくつかの大学で利用されていま思います。

●「航空技術イノベーション概論」を受講して この講義を受講してみた感想を聞かせてください。

んでした。
今回の講義は、学生がJAXAの研究―― 航空宇宙工学科以外の学生も参加して活動や設備に触れて、見識を深められる良い機

いますね。

会でした。
来年も、
今回のような集中講義にしたいと考えているので、今後もこのような教育

東京大学大学院 工学系研究科
航空宇宙工学専攻

鈴木真二教授

航空機は、航空工学だけでなくいろいろなプログラムに協力していただきたいと考えてフィールドの人たちが協力しないと作り上げいます。
具体的にどのようなプログラムにする

られないものですから、
航空宇宙工学科だけでかは、学生の感想を聞いて検討していきたいとなく他学科の人たちも航空機に興味を持って思います。

もらえればいいと思っています。
ですから、航―― 今回の講義を開催した目的と意義を教

空宇宙工学科以外の学生も参加できるように―― 今回受講した学生たちにはどのようなえてください。

していますし、今回も受講した25名のうち半印象をお持ちですか。

工学部
機械工学科
吉田周平さん

工学系研究科航空宇宙工学専攻
浜島静香さん

工学系研究科航空宇宙工学専攻
東俊彦さん

機械分野と航空分野で異なるアプローチ方法だと

HTV-Rが再突入する際の圧力分布を解析した結

これまで論文で何度かお名前を拝見してきた方々

か文化の違いを知ることができました。また、機械工

果を3Dプリンターで出力する手法は、今までに見たの話を実際に聞けたのは、
とても貴重な経験でした。

学科ではなじみのない複合材料の利点や課題が聞けことがなかったので興味深く感じました。

て面白かったです。

工学系研究科航空宇宙工学専攻
清水敦司さん

理学部物理学科
和田有希さん

工学部
マテリアル工学科
福原智さん

大きな風洞があることは知っていましたが、人が航空機が好きということもありますが、航空の勉

航空機の破壊の話は、マテリアル工学科の破壊力入れるほどの大きな風洞は大学にはないので驚きま強ができるチャンスは今しかないと思って受講しま学で習ったこととピッタリ合っていて、航空分野とした。私も大きな風洞を使った実験をしてみたいでした。メーカーは一つのテーマを大勢で開発してい関連があるなと感じました。また、これまでは強くて学習意識が高く、興味を持って受講していたとす。今回は要素技術の講義が多かったのですが、せって、JAXAは一人がオールマイティーに何でも研究

軽い材料が出来れば一番良いと考えていましたが、３日間の集中講義にしました。
普段の大学の授思います。
普段の大学での授業よりも積極的

かくJAXAに来ているので、それらの技術がどのよしていて、メーカーとJAXAではかなり違う印象をメーカーやJAXAの方の講義を聞いて、材料を作る

うに組み合わされて大きなプロジェクトになってい受けました。

プロセスやその評価も大切なことを知りました。

業では、実際の航空業界の現場に触れる機会でしたし、これから専門的な勉強をする３年生はなかなかありません。
そこで、大学が行っては、
貴重な経験からいろいろなものを吸収している基礎研究とJAXAの研究が、最終的には企くれたでしょう。

分くらいは機械や土木、
精密、
システムといっこの講義は今年が２回目で、去年は一年間を通じて行う週一回の授業形式でしたが、今年はた学科の学生です。
航空機が好きな学生にはどんどん参加してほしいと思います。

夏休み中にわざわざ参加するほどなので、皆るのかも聞いてみたかったです。

皆さん、インタビューにご協力をいただきありがとうございました。
今回同行させていただいて、非常に魅力的でかつ実践的な教育プロ
グラムになっていると感じました。
この中から次世代の航空業界を担ってくれる人が現れることを期待しています。
※JAXAは、独自開発した高速かつ高効率なCFD解析ソフト「FaSTAR」
を、
教育支援ソフトとしてパソコンでも10使えるように改良し、「航空教育支援フォーラム」
を通じて、大学の教育現場へ提供している。

11

ひずみゲージ

物 体 の“ ひ ず み ”を １ 本 の光ファイバセンサー（直径約0.15mm）

光 フ ァ イ バ ー で 検 知

光ファイバーセンサー
の研究

ベルリンで
IFARメンバーとミーティング～JAXA航空本部の国際連携最新レポート～

試験用の翼に配置された光ファイバーセンサー。
ファイバーは翼表面に直線状に接着固定され、テープによって保護（必ずしも必要ではない）
されている。
左側

JAXAの持つ技術をさらに磨き社会へと還元するため、海外の公的研究機関・大学・企業との共同研究や国際機関へ

へ伸びているのは従来のひずみゲージ。

の参加などの国際的な協力活動を活発に行っています。
今年５月に開催されたベルリンエアショー2014（2014年

航空本部事業推進部国際担当

5月20～25日）
では、多数の航空関係機関が集結したことから、
JAXAが副議長を務める国際航空研究フォーラム

中曽根温子

物体のひずみや損傷箇所を把握することは、
航空機・宇宙機の（IFAR）の会合が開催されました。
また、
IFARメンバーの中でも重要な協力パートナーであるアメリカ航空宇宙局（NASA）、
ドイツ航空宇宙分野に限らず、様々な分野においても必要、かつ重要なことでセンター（DLR）とミーティングを行いました。
今回はその成果を通して、
JAXA航空本部の国際連携の最新状況をご紹介します。

す。
これまで、
ひずみを計測するためには、多数の「ひずみゲージ」
を計測対象に貼りつけるなどの必要があり、またゲージが■ATM分野でIFARへの協力を開始

ひずみゲージの信号ケーブル

取り付けられている点でしか計測できませんでした。

IFAR（International Forum for Aviation Research）
は、
公的航空研究開発機関によって構成される

JAXAでは、
光ファイバーをセンサーに応用し、1本の光ファイ
バーでのひずみ計測を可能とする光ファイバーセンサーの研究に取り組んでいます。

光ファイバー
センサーのケーブル

世界初の国際組織で、各国政府や国際機関などへの協力・助言・提言を目的としています。
今回、
加盟24機
関のうちベルリンエアショーに集った11機関が出席して、IFARの協力の進捗状況や運営方針を話し合う

ひずみゲージの計測に必要なケーブルと光ファイバーセンサー。
光ファイバー

会合を開催しました。
今回の大きなステップは、
航空交通管理（ATM: Air Traffic Management）
分野でのセンサーなら、一本の光ファイバーでひずみの分布を計測できる。

協力開始です。
IFAR設立から５年、技術分野では既に化石燃料に替わる代替燃料が環境へ与える影響の研究について協力を行っており、ATM分野での協力が第２弾の取り組みとなります。
ベルリンではATM
ワーキング・グループに参加する機関による最初の会合が開催され、JAXAのATM分野の研究者も参加し、

光ファイバーはセンサーとしても利用できる

置することで、
光ファイバー上の複数の点でひり1mm以下の空間分解能を達成し、現在実験各機関からIFARの活動への期待が表明されました。
アジア太平洋地域をはじめとして世界各地で大幅なずみを計測できるのです。

室レベルではあるものの、翼全体に発生するひ

航空輸送量の増加が見込まれている中、次世代航空交通管理システムの実用化に向けて欧米や日本で活

従来のひずみ計測で使用されているセン

ずみを高い精密さで検出できるまでになって発な研究開発が行われています。
IFARは研究機関のグローバルなネットワークを通して各地域が有する

光ファイバーは、
元々、
通信分野への利用をサー「ひずみゲージ」
は、ゲージを取り付けたいます。
また、一本の光ファイバーセンサーで、技術と問題を結び、世界の航空交通が直面する課題のより早く効率的な解決に貢献したいと考えます。

前提に開発されたものですが、
光ファイバーの点でしかひずみを計測できませんでした。
また

ひずみと温度を同時に検出する実験にも成功

特性がセンサーとして利用できるのではない

ゲージごとにデータ送信用ケーブルが必要で、しています。

ドイツ・ブランデンブルグ門前にて、今回の会合
参加機関と。JAXAは2013年にIFARの副議長に就任、議長のNASAとともにIFARを牽引する役割を担う。

■NASAとATMに関する相互協力に合意

かと考えられ、
1970年代から多くの研究がな

配線が非常に煩雑になります。
ひずみの計測点

光ファイバーセンサーは、風洞試験で利用すされてきました。
さらに、ファイバー・ブラッグ・を増やそうとすると、それだけケーブルが増えれば、模型の変形をより精密に計測できると考NASAとの会合では、
今後ATM分野で研究協力を実施する合意文書に調印しました。
NASAの航空研究ミッション本部は、
JAXA航空本部にとっグレーティング（FBG）と呼ばれる周期的に屈てしまうのです。
光ファイバーセンサーであれえられています。
近い将来、航空機の製造段階て最も重要で親密なパートナーです。
これまでにも航空機の騒音低減技術や超音速機技術の分野で共同研究を進めてきましたが、環境と安全の分

折率の変わる箇所を書き込む技術が1980年

ば、１本の光ファイバーを配線するだけで、線で行われる静荷重試験などで利用されること

野でより戦略的に研究協力を推し進めるべく協議を重ねた結果、ATM分野での協力開始への合意に至りました。
今後５年間をかけて、
JAXAが持つ代後半に生まれ、
光ファイバーセンサーの一つ

上の多くの点のひずみ計測が可能になります。

になるかもしれません。
さらに、宇宙分野では

騒音軽減運航技術とNASAの空港スケジュール管理技術や、JAXA・NASAの災害時の航空機の運航技術をベースとして、NASAとJAXAの相互利

すでに、土木・建築・エネルギーなどの分野

液体水素の燃料タンクの漏洩検知などへの応益に基づく協力を進めていく予定です。
また、
NASAはIFARの議長、
JAXAは副議長であり、IFARの運営についても緊密に連携・協力していく方針を用も検討しています。

確認しました。

として現在使われるようになりました。
FBGが配置された光ファイバーに光を通では、
光ファイバーセンサーが実用化されていすと、FBGのある箇所で特定の波長の光が反

ます。
油田では、
井戸の掘削時に内部の温度を「“構造ヘルスモニタリング”と呼んでいます

射し、それ以外の光は透過する、一種のフィル

計測するために光ファイバーセンサーを利用が、航空機の翼や胴体の歪みや破損を、
光ファ

ターとして機能します。
ファイバーに力が掛かしている例があります。
また、
パイプラインにイバーでリアルタイムに把握できるようにな

るとファイバーが伸縮し、反射する光の波長も沿って光ファイバーを配置することで、パイプることを目指して研究を進めています。
そうな変化します。
反射光の波長を調べることで、光ラインの破損や分断の検知に利用する例もあ

れば、事故も減らせますし、
メンテナンスの回

2001年からフランスのONERA（フランス国立航空宇宙研究所）
も含めた３機関による共同研究の枠組み

ファイバーの長さ方向に対する歪みや温度変ります。

数も劇的に減らせるでしょう。
さらにアクチュを確立し、さまざまな共同研究を実施しています。
今回は航空部門のトップ同士での会合を開催し、JAXA

エアーター技術などを加えて構造の機能化をとDLRの協力関係をより戦略的に深化させていくことを確認しました。

化が分かります。
そして、
FGBを複数箇所に配多点センシングとOFDR方式による分布センシングの違い
多点センシング

航空機の状態を1本の光ファイバーで把握する

分布センシング

JAXAでは、位置基準となるミラーからの反射光とFBG計測部からの反射光の干渉に計測場所を特定する「光周波数領域反射測定

計測値からの予測
実際のひずみ（OFDR）」
技術で、検知領域内のひずみ分布を計測する研究に取り組んでいます。
OFDR技術の概念自体は以前から提案されていましたが、

計測値

計測値

同じ光ファイバーセンサーでも、
分布センシングなら検知領域全体を細かく測定できるので、精密な測定が可能になる。

12

JAXAでは独自のデータ処理アルゴリズムによ

ドイツのDLRもまた、
JAXA航空本部と長い間協力関係を築いている重要な海外パートナーの一つで、行うことにより、材料の持つ物性や構造の持つ

DLRには航空本部の職員が度々在外研究員として派遣されており、人材交流を通じて研究現場同士の特性の限界を超えて、航空機の性能を飛行中

関係が深まっています。
今回のドイツ出張では、JAXA職員が複合材料分野で在外研究をしているDLR

さらに向上させる能力を与えることができる

シュトゥットガルトを訪問しました。
そこではDLRの職員と密にコミュケーションをとりながら双方に有でしょう」と構造技術研究グループ井川寛隆主益な研究開発が進められています。
こうした人材の交流は相互理解と信頼関係の土壌となり、新しい研究

任研究員は夢を語ります。

協力へと発展する可能性を高めています。

より発生する光強度の周期的変化に着目して計測結果■DLRとの連携深化を確認

JAXAとDLR、双方の航空分野のトップが顔を合わせたミーティング。

また、
DLRシュトゥットガルトでは、
燃料電池とモーターにより推進する実証機の話を聞くことができ
構造技術研究グループ
構造機能化セクション 主任研究員

井川寛隆

ました。
こちらも以前、
JAXA航空本部の研究者が在外研修を行っていた研究室です。
ベルリンエアショーでは、実際にこの実証機のデモフライトを見ることができ、地上からはほとんど音が聞こえない静粛性を備えた優雅な飛行の姿が印象的でした。

DLRの電動推進実証機（DLR-H2 Antares）。

国境を越えて行き来する航空機の開発では、技術開発の国際競争と、非競争分野の技術の底上げや環境問題対策、基準の策定などでの国際協力が共に重要です。
航空本部では今後も海外パートナーとの信頼関係を大切にしながら戦略的な国際協力を推進していきます。

13

[2]

研究者リレーインタビュー 第2回「子どもたちの時代には、
２時間でアメリカに行ける世界にしたい」
推進システム研究グループ 極超音速技術セクション
主任研究員

小島孝之

1973年神奈川県生まれ。
早稲田大学機械工学科、
東京大学大学院航空宇宙工学科、宇宙科学研究所COE研究員を経て2003年航空宇宙技術研究所
（現
JAXA）
入所。
2010年10月～2011年9月米国メリーランド大学客員研究員。
2012年10月～2014年6月事業推進部技術研究企画室。
研究に取り組んでいる極超音速旅客機の模型を前に説明する小島主任研究員。

2回目となる今回は、マッハ5で飛行する
極超音速旅客機を研究している小島孝之主任研究員です。
極超高速で飛行する夢のような航空機の実現を目指す研究や、研究者を目指したきっかけなどについて話を聞きました。

――JAXAが研究する極超音速旅客機とは重要になってきます。
私は特に空力と熱に関す

どのようなものですか。

る設計を担当しています。

――現在の夢はなんですか。
大学院に入った頃には、宇宙に行く飛行機を東京からロサンゼルスまで太平洋を2時間――どのようなきっかけで研究者を目指し、自分で作って、自分で操縦して宇宙へ行くといで横断できる旅客機です。
現在の構想としてどのような経緯でこの研究に関わることにう夢がありましたが、年を重ねた今では自分がは、全長80メートル程度100人乗りで、音速のなったのですか。

操縦して宇宙まで飛ぶということはちょっと5倍、マッハ5のスピードで飛びます。

「電気信号で航空機を操縦する“フライ・バイ・ワイヤ”とは」従来の航空機では、パイロットが操縦桿やペダルを操作した動きをケーブル（索）や棒状のロッドなど機械的な方式で伝えていました。
しかし
近年では、
機体を制御するための動きを電気信号で伝える「フライ・バイ・ワイヤ」（FBW）という方式が普及し、
電線（ワイヤー）
によってパイロットの操縦を動く翼（動翼）に伝えています。

進化した操縦機構～フライ・バイ・ワイヤ
航空機が飛行する際、操縦桿やペダルなど

載する空間も必要です。
そこで大型機では、
操（ワイヤー）を通じて動翼を動かすアクチュの操縦装置の動きを、
主翼や尾翼に取り付け

縦装置の動きを電気信号に変換し、油圧装置

エーターに伝えます。
電気信号をワイヤーでられたエルロンやラダーといった動翼に伝えによって動翼を動かす油圧系統が使われるよ

伝えることで、自由な配線が可能となって設ることで機体を制御します。
小型機では、操縦

うになりました。
ポンプによって油圧パイプ

計の自由度が高くなりました。
また、
重量も軽

装置と動翼をケーブルやロッドで機械的に繋に油を送り込み、その力でアクチュエーター

く、
整備工程を減らせるというメリットも生ぎ、
パイロットの動きをそのまま力として伝を動かす油圧系統は、パイロットの負担も少まれました。

えていました。
しかし、この方法では装置が重なく、配管の自由度も高かったからです。

くなり、機体が大きくなるほどパイロットのFBWは油圧方式よりも進化した方式で、パ負担も増えます。
また、ケーブルやロッドを搭

イロットの動きに対応した電気信号を、
電線

▼機械式

ラダー
アクチュエーター▼フライ・バイ・ワイヤ式

無理かなと思っています。
しかし、
やはり今ま

極超音速旅客機は速く飛ぶためにこれまで小学校6年生のときに、マンションの屋上かで世の中に存在しなかった新しい航空機を作の飛行機とは違うところがあります。通常のら双眼鏡でぼやっとしたハレー彗星を見て感りあげたいという気持ちはあります。
アメリカ

飛行機はジェット燃料を使って飛びますが、動したことが、宇宙への憧れを持つきっかけでへ２時間で行けるようになれば日帰りも可能

JAXAでは、ロケットに使うような液体水素をした。
中学・高校では地学部に入って、山の頂上になりますし、生活も変わってくる。
ライフス

燃料に使う極超音速機の研究をしています。

から星を見て宇宙にいるような気分を味わっ

タイルのイノベーションを起こして、人類に貢

マッハ5という高速で飛ぶと、空気の圧縮によていました。
その頃から、
星や宇宙のことを仕献することを夢見ています。

りエンジンに取り込む空気の温度が1000℃に事にしたいと考えるようになって。

もなります。
この空気をマイナス250℃の液体

大学院のときには、
相模原の宇宙科学研究所

水素で冷やすことによりエンジンが効率よく（現在のJAXA宇宙科学研究所）
で再使用型宇作動できるようになります。

宙輸送機に利用する極超音速エンジンの研究

セージをお願いします。

高温になると金属は、単純計算では1000℃に関わりました。
それ以来、15年ぐらい液体水

航空宇宙分野は、
とても複雑なシステムであ素を使った極超音速エンジンの研究に携わっり、
複数の分野にまたがる総合工学です。
概算と80センチも伸びる計算になります。
機体が

ています。

になりますが、部品点数をとってみても自動車

その間、
メリーランド大学に1年間の留学もコンピューター

エルロン
アクチュエーター――航空宇宙分野を目指す後輩たちへのメッで1%程度伸びますから、80メートルの機体だ
伸びても問題が起きないような構造にするか、操縦桿

ケーブル（索）電線（ワイヤー）に比べてロケットは10倍、飛行機はさらにそのFBWが可能にするインフライト・シミュレーション

熱による変形が少ない材料にするか、変形してさせてもらいました。
新しい概念のインテーク

10倍の部品点数になります。
部品点数だけではならない部分は何らかの方法で熱を逃がすを、今研究しているエンジンに適用できないか

なく、
空力や熱、
構造などの工学的側面、さらにか遮断するかといった熱の管理も問題になりを調べるのが目的でしたが、アメリカの最新情

ビジネスや法律など多岐にわたる課題が出てます。

報に触れることもできました。
日本の方が進んきます。
裾野も広く波及効果も大きいことが特JAXAの実験用航空機「MuPAL-α」には、ミュレーション」
を可能としています。
インフ

また、
空気力学的な問題としては、音速を超でいる要素技術もありますが、全体をシステム徴です。
そうした意味では、
どんな経験でも役

機械式操縦装置とFBWの二つが搭載されてライト・シミュレーションにより、計画中の航えて飛行する際に発生する衝撃波があります。

としてまとめる能力に関しては日米でだいぶ立つと言えます。
勉強だけでなく、趣味や好き

おり、
スイッチ一つで簡単に切り替えること

空機が飛行する前に操縦を体験したり、
あえ

速度が速くなるほど衝撃波は強くなり、
それに

違います。
アメリカは多くの人材を投入するのなこと、何でもいろいろなことを経験し、引きができるようになっています。MuPAL-αのて航空機が故障した状態を再現して、故障が伴ってエンジンの効率も落ちてしまうので、可で、開発スピードも早いですね。

出しをいっぱい持っていることが重要だと思FBWでは、
コンピューターにさまざまな航空発生しても飛行を継続できる制御プログラム

います。

機の飛行特性データを組み込むことで、別のの研究に利用したりしています。

変インテーク※といった衝撃波の形を上手にコントロールしてエンジンの効率を保つ技術も航空機の操縦を模擬できる「インフライト・シ※可変インテーク 速度や高度などの飛行状況に応じて、最適な形状に変化するインテーク（空気取り入れ口）。

14

15

配置
活用したデバイス
PIV計測データを施
めの風洞試験を実
た
の
発
開
術
技
化
最適
※1 などのデレータ
テックス・ジェネり
航 空 機の翼にボル
時に風 洞試 験を繰場合、通常は設 計。
す
バイスを配置する
ま
出し
き
導
配置を
性のもっとも良いな
細返し行い、空力特詳で度密る高※2 計 測によって得られ
JA XA では、PIV
りも短期間で確
でよ
ま
れ
こ
、
することで
研
計 測データを活用導き出せる手法をいデバイス配置を
実に空力特 性の良。
究開発しています
洞を使った PIV 計
2m×2m 遷音速 風に月2014 年 6によータの有無や配置ックス・ジェネレ
測試験で、ボルテきえることがで ましの 違いを明 確に捉って発 生する気 流
用いて、効果の取得されたデータを
今後、PIV 計 測で。
た。
を進める予定です
す手法の研究開発
出
き
導
を
置
配
い
高

、翼表面の流れ中に渦を発生させに取り付けて気流
翼等
機の
航空
※1
照明を使って突起物です。
せ、レーザ光等のを制御するためのサとなる粒子を混入さ速度を計測す
レー
ト
流の
中に
、気
気流
して
※2
量を解析
像から粒子の移動撮影した粒子の画る手法です。
.5 参照）（Flight Path No

成田空港周辺で騒音計測を実施

７月 1 日から 11 日まで、成田空港周辺の皆さまにご協力いただき、成田空港に着陸する航空機の騒 音計測を行いました。計測は、2013
年 11 月、2014 年 1 月、3 月に続き 4 回目となり、これ
で四季それぞれの気象
条件における騒音データが 取得できました。
将来、航空交通 量の拡大が予測される中、空港周辺への騒音影響も解決しなければならない問題です。DR
EAMS
プロジェクトでは、航 空交通量が拡大しても騒音影響を受ける範囲が拡大しないよう、気象 条件によって騒音がどのように拡散するかを予測し、地 上に騒音が広がらな
いような進入 経路 の最適化などの低 騒音 運航
技術に取り組んでいます。これまでの計 測結果は、気 象条
件が 騒音の伝搬に及ぼす影響を考慮可能な「騒 音予測モデル」の研究に利用していきます。

（速 度の速気流 速度 計測 結果、黄緑 色でい順に、赤色 、黄色示す）
レータが無いボルテックス・ジェネ
遅に見られる気 流の場合（下 ）
ボル
が、
色）
黄緑
色、
（黄
いところ
タを付けた場
テックス・ジェネレー
ている。
なっ
く
小さ
では
）
（上
合
着陸時の騒音を計測する様子

D-SEND#2の2回目試験、実施できず

概念実証プロジェクト第２フェーズ試験
験を予定していた低ソニックブーム設計
目試
、２回
場で
実験
ンジ
エスレ
スウェーデンの。
試験を実施することができませんでした
め、
試験期間内に気象条件が整わなかったたは、（D-SEND#2）
手
計測地点の約１２km
試験機が気球から分離後、では、2013 年８月１６日に実施した 1回目試験を計測することができ
ム
クブー
ッ
ニ
していた飛行状態でのソ前で予定飛行経路から外れたため、想定組んできました。
に取り対策
びその原因の特定及JAXAは調査・対策チームを設置し、ませんでした。
ってからは、天に入期間試験始。
現地で準備作業を開２回目試験に向け、2014 年６月中旬から待っ
条件が整うのをそして気球の予測軌道など試験可能な
地上風、気、８月26 日の試験
日、
月23
８
時間
現地
ようやく条件が整い、ていました。
やむなく試験
化。
が悪天候中で実施に向け準備作業を開始するも、途中止の判断をしました。
てD-SEND#2 の試験計画を再
今後 JAXAでは、今回の状況も踏まえ検討していきます。
景
試験機の点検JAXA 航空マガジン
FLIGHT PATH No.6
2014年９月発行

発行：JAXA（宇宙航空研究開発機構）
航空本部
発行責任者：JAXA航空本部事業推進部長 張替正敏
〒182-8522 東京都調布市深大寺東町7丁目44番地1
TEL 050-3362-8036 FAX 0422-40-3281
ホームページ http://www.aero.jaxa.jp/【禁無断複写転載】JAXA航空マガジン「FLIGHT PATH」
からの複写もしくは転載を希望される場合は、航空本部までご連絡ください。

D-SEND#2のリハーサル風