2001 年 10 月 31 日

サイエンティフィック・システム研究会
平成 13 年度

合同分科会資料

高高度飛行体 IT 基地の開発動向〜無人飛行体を浮かべてケータイ、デジタル放送、観測への無線利用〜
ハイパーメディアコンソーシアム理事長 矢田光治
yada@hicom.co.jp

１．高高度飛行体（ソーラープレーン）
２１世紀の幕開けに相応しい、全く新しいテクノロジーによるプラットホームの概念が萌芽しつつある。
高高度飛行体（ソーラープレーン）を静止衛星のように使用し、無線による通信・放送インフラを構築しようという動きである。これは通信・観測機器(監視カメラ・センサなど)を搭載した無人の飛行体を比較的気象状態が安定している高度２万ｍの成層圏に長期間滞空させ、静止衛星のように無線プラットホーム（中継基地）として利用しようとするものである。
すでに米国においては、ＮＡＳＡからの技術援助を受け、エアロバイロメント社(AeroVironment Inc.)がソーラープレーン ヘリオス（Helios） の開発を進めている。同社が開発した太陽光発電による全翼機としてヘリオスは４代目に当たるが、２代目のパスファインダープラス（Pathfinder Plus）は、すでに高度約２４,４６１ｍの成層圏に到達し、実用化へ大きく前進したことを証明している（１９９８年８月）。
そしてヘリオスには高度２万ｍで６ヶ月以上の継続飛行という目標が設定されている。
全長約８６．５ｍ、重量約６００㎏と極めて軽量なヘリオスは、機体上部の表面が全て太陽電池で覆われ、太陽光線を効率良くエネルギーに変えて飛行する。
太陽光線からエネルギーが得られない夜間は、太陽電池から燃料電池による電力供給へと切り換える。
この切り換えの仕組みは、昼間太陽電池によって作り出された余剰エネルギーをエレクトロライザー(Electrolyzer)と呼ばれる装置に蓄え、水を水素と酸素に電気分解する際に使用する。
電気分解により生成された水素と酸素はそれぞれ別々のタンクへと貯蔵され、太陽電池による発電が停止する夜間に燃料電池へと送られ、水と電力が生成されるという先程とは逆のプロセスをとる。こうして作られた電力が翌朝までのヘリオスの動力となり、２４時間の飛行が可能となるのである。このような構造を持つ飛行体は、エネルギーの自給自足を実現し、地球環境にやさしい飛行を半永久的に続けられることになる。２１世紀のテクノロジーとして世界高高度飛行体 IT 基地によるワイヤレスネットワーク概念図

中の注目を集める理由の一端がここにあると言えよう。

２．衛星通信／地上通信サービスとの比較
次世代型通信について思いを巡らせるとき、誰もが想像するキーワードといえば「ワイヤレス」、そして｢ブロードバンド｣であろう。ワイヤレステクノロジーの更なる発展により、私たちの生活は空間・時間的束縛から解放されるであろうし、ブロードバンドサービスは、近い将来に３次元のデータ送受信を可能にするかもしれない。そして、この２大キーワードを同時に実現する可能性を秘めているということが高高度飛行体に世界中が注目するもう一つの大きな理由である。これまでこの２大キ−ワードを実現するために多くの研究開発がなされてきた。それは地上通信と衛星通信によるインフラ構築である。高高度飛行体によるインフラ構築を考える際、従来の地上系・衛星系インフラと対比させることで、その特長が浮かび上がってくる。
まず地上通信を例にとると、光ファイバ、そして地上通信大容量ワイヤレスネットワー
クを構築する際には、多くの基地局や中継装置が必要であり、必然的にインフラ構築コストも増大する。そして阪神大震災に代表される大災害発生時におけるサービスにも課題が残る。
一方、滞空しているため地上基地局設置コストがかからず、災害にも強い高高度飛行体は、無人飛行(地上パイロット１人で多数の飛行体の制御が可能)・完全無線という長所を生かして、リアルタイムでの火山活動観測も可能ということになる。
次に衛星通信であるが、通常の衛星軌道は地上から約３万ｋｍ離れており、比較的近距離でイリジウム計画にも使われたＬＥＯ衛星でさえ、地上からの距離は約７８０ｋｍである。上空２万ｍ（２０ｋｍ）を飛行する高高度飛行体はこれらの衛星よりも格段に地上と近いため、強い電波によるデータの送受信が可能となる。つまり高品質なワイヤレスブロードバンドサービスを時差なく提供できるのである。それに加え、強い電波がケータイ・ＰＤＡなどの端末装置を小型化、低価格化へと導き、広く一般に受け入れられることにもなる。
カバーエリアに関しては衛星通信と比較して劣るが、１機数億円程度と予想される価格は様々な場面において柔軟性があり、応用が利く。例えば地価が高く、高層ビルの立ち並ぶ大都市で、通信・放送タワーの役割を果たすことや、従来の地上系・衛星系サービスを補完するものとして位置付けることなども可能で、ＴＶ塔の機能としてデジタルＴＶの中継地、次世代ＩＴＳの利用が期待される。
従って、高高度飛行体によるワイヤレスネットワークの特長は、柔軟性・低コスト・ブロードバンドサービスという３つのキーワードによって言い表すことができよう。

３．巨大産業への発展
２１世紀のハイパーインフラとして高高度飛行体を利用したサービスは、従来型の方法論が直面している「ラストワンマイル」を打開するものとしての期待が高まる。なかでも通信中継、モバイル、放送中継

の分野においてドラスティックな変化をもたらすものとして注目されている。通信中継ではＦＷＡ(加入者系無線アクセスシステム)・高速インターネット、モバイルではＩＭＴ−２０００、そして放送中継においてはデジタルＴＶ、とそれぞれへの応用が可能であり、通信と放送の融合という流れを促進させることであろう。
世界に目を向けると、高い電話回線敷設コストが障壁となり、いまだに電話回線が敷設されていない地域が数多くある。こうした地域において高高度飛行体を使うことにより、電話回線を敷設するより大幅に低いコストで、直ちに無線通信を行うことが可能となる。
状況は違うが、これはわが国に関しても同様の事が言える。光ファイバを日本全体に敷設する場合、利用者数の少ない地域では敷設コストと比較して効率的ではない。
一方、高高度飛行体を使い、主要都市では光ファイバとの併用で有線・無線双方の高速ブロードバンドネットワークサービスを提供でき、人口が分散している地域では高高度飛行体によるワイヤレスブロードバンドサービスが提供できるというような、柔軟かつ効率的な利用も可能となる。
さらには、気象観測、地表観測によるリアルタイムマップ、ナビゲーションシ
ステム、位置情報サービス、次世代ＩＴ
Ｓ、災害時の監視などにも有効利用できる。車両間情報通信によって自動車の自動制御・運転を実現させるＩＴＳへの応用にも大いに期待が膨らむ。その他、機体・太陽電池・燃料電池技術の研究開発により、さらなる多目的利用法も考えられるであろう。特に、太陽電池と燃料電池を使ったクリーンエネルギーは今後の技術革新により、発電効率の向上、機器の小型化・低価格化が実現すれば各家庭において電力の自給自足が可能となる。
このように多方面への利用可能性を非常に秘めた高高度飛行体は、わが国のＩＴ技術の発展のみならず、産学官を巻き込んだ一大産業への発展を予感させる。そして、高高度飛行体による無線ネットワークが現実に構築されれば、多くのビジネスチャンスが生まれるとともに、２１世紀型ＩＴ社会の幕開けとなるであろう。

４．参考資料1) http://www.hicom.co.jp/HMC/