特殊気象から航空機運航を守る技術 “WEATHER-Eye”
次世代航空イノベーションハブ
気象影響防御技術チーム

滑走路雪氷検知技術
滑走路雪氷モニタリングシステム

滑走路の雪氷状態をリアルタイムで把握する【キーとなる技術】
埋設型雪氷モニタリングセンサ

世界初の雪氷モニタリングシステム◼ 航空機運航の遅延/欠航の低減◼ 航空機事故やインシデントの低減◼ 雪氷滑走路での運航新基準の適用支援◼ 滑走路除雪の適切なタイミングの決定【キーとなる技術】

埋設型雪氷モニタリングセンサ◼ 埋設型で雪氷内の光散乱状態を計測◼ AI（機械学習）による雪氷状態同定
実証実験

技術比較
雪氷状態
同定レベル
GLASS
（JAXA）

Level3
厚さ・種類

GLASS3 (JAXA)【目標】
G LASS-RUNWAY（JAXA)

埋設型センサ実証実験(2019年冬季@北見工大) 【雪厚】

改良（予定）
改良

Level2
厚さ

Level1検知

光点強度計測センサー（JAXA）

衛星リモート
センシング

5㎜

レーザー
積雪深計等

光反射による道路表面計測等

ザー滑走路面計測センサ―等【雪質】

路面埋設型他

他の分野へのスピンオフ＞±1mm＞±10mm

10 ㎜

20 ㎜

30 ㎜

40 ㎜

50 ㎜

厚い

薄い

センサの埋設

路面センサー

観測部分

地上設置型

＞±100mm

計測例-雪厚・雪質に対する散乱光の変化-

100 pixels

厚さ 5 ㎜

厚さ 5 ㎜

厚さ 5 ㎜

新雪

圧雪

しもざらめ

問い合わせ先（滑走路雪氷検知技術について）

雪氷厚さ
計測精度

神田 淳 kanda.atsushi@jaxa.jp , 050-3362-7052※宇宙航空研究開発機構/北見工業大学/センテンシア/三菱スペース・ソフトウエアの共同開発※雪氷状態同定の技術については、国土交通省の交通技術開発推進制度での委託の下、実施しています。
※特願2013-124336, 特願2015-50304, 米国15/711,385, 特願2017-209152, 特願2017-208077 等

自動車運転支援、道路運行管理、鉄道運行管理 等

被雷危険性予測技術被雷危険性予測システム

航空機被雷の発生数を軽減する

世界初の被雷危険性予測システム

被雷回避
判断支援

気象観測

◼ 航空機被雷がもたらす欠航・遅延の低減◼ 航空機被雷による点検・修理作業、及び航空機材のダウンタイムを削減◼ 適切な離着陸経路・タイミングの選択を支援◼ 上空における適切な退避場所の選択を支援【キーとなる技術】

被雷危険性予測アルゴリズム◼ 気象レーダ等の観測情報を入力◼ AI（機械学習）等を用いた危険領域の同定

被雷危険性
予測情報

技術比較

データ解析

対象とする雷雷は対象でないJAXA技術(TRL4)LiDAS(TRL9)LIDEN+
雷Nowcast(TRL9)

データ解析

被雷危険領域予測
被雷時刻

Aircr
aft
異なる特徴量を線種の違いで表現している

閾値取得

第二回WEATHER-Eye
オープンフォーラムより抜粋

AI技術等によるロジック化

空港
空港
航空機
航空機
地上レーダエコー（2km高度面）

自然雷のみ

危険領域

地上レーダエコー由来の特徴量

航空機誘雷＋自然雷

凡そ100 km

問い合わせ先（被雷危険性予測技術について）技術の詳細は次の文献をご覧ください：Yoshikawa and Ushio (2009), “Tactical Decision-Making Support Information forAircraft Lightning Avoidance —Feasibility Study in Area of Winter Lightning,” Bulletin of American Meteorological Society.

吉川 栄一 yoshikawa.eiichi@jaxa.jp , 050-3362-3797

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気象影響防御技術チーム

被雷防御技術被雷時の損傷/航空機の被雷数を減らす

被雷の概要■被雷による遅延/欠航の低減■被雷損傷修理によるダウンタイムの低減■被雷損傷の修理コスト削減--【キーとなる技術】-＋-

1.雷雲により機体周りに電界集中が発生-＋---

耐雷複合材料

2. リーダー発生■複合材料の被雷損傷を低減する耐雷性樹脂

3. 被雷

着雷制御

航空機の被雷メカニズム点検、修理■電界計測センサーによる航空機周りの電界計測■電荷制御デバイスによる機体への電荷付与■リーダー発生を抑制する機体周囲の電界制御

着雷制御

耐雷複合材料＋ ＋－－ －

樹脂の導電性を向上させ、被雷損傷を低減させる－

導電率の比較 (S/cm) （高いほど雷撃損傷が小さくなる）

板厚方向

耐雷複合材料板厚方向
1002. 電荷制御デバイスに
より機体に電荷付与

3. 集中を緩和
してリーダー発生を抑制－－

CFRP断面

通常の複合材料

電極

－

高－
－
－－－
＋＋損傷

低耐雷複合
導電率材料

通常の複合材料（上）雷撃試験後写真（下）NDI結果

治具

エンジン防除氷技術＋
電界計測センサ
電荷制御デバイス

問い合わせ先（被雷防御技術について）
岡田 孝雄 okada.takao@jaxa.jp , 050-3362-5061

ジェットエンジンのタービンを砂塵から守る◼ ファン効率低下の抑制◼ 推力低下の抑制◼ 氷の剥離による物理的損傷の抑制◼ 損傷や付着を抑制することによる安全性向上、長寿命化＝＞MRO（Maintenance, Repair and Overhaul）コストの削減◼ 損傷や付着が発生しても空力性能や冷却効率の低下を抑制＝＞長期運用時の燃費を削減【キーとなる技術】【キーとなる技術】

アクティブ、パッシブ双方による防除氷方式◼ CFRPの発熱特性を活用したアクティブ（エネルギー投入有り）
な防除氷ファン
◼ 翼型形状の工夫によるパッシブ（エネルギー投入無し）な防除氷ファン

耐エロージョン・耐デポジション設計技術◼ マルチフィジックスCFDによる3D翼設計技術◼ 流体伝熱連成シミュレーションによる冷却設計技術◼ 実環境（高温高速流れ）を模擬可能な実証試験技術

防除氷ファン（パッシブ）
前縁

低圧タービンで発生する課題• 硬い砂塵が高速で部材に衝突し、損傷させる（エロージョン現象）• 流路形状が変化し、空力性能が低下する

後縁

ベース形状
オリジナルファン
ヒーティング防除氷ファン
コンセプト⊕エンジン砂塵防御技術

ジェットエンジンのファンの着氷を抑制する

防除氷ファン（アクティブ）→⊕耐雷複合材料（上）雷撃試験後写真（下）NDI結果雷撃試験の様子と試験結果

耐雷複合材料コンセプト

－

ベース形状
候補形状の例
耐エロージョン翼形状の探索結果

正圧面
前縁

全圧損失係数

アルミ、 複合材料- 複合材料- 複合材料銅
繊維方向 横方向
板厚方向
105
102
10-210-4

1. 電界集中を検知

エロージョン前
エロージョン後改善形状

高圧タービンで発生する課題

後縁
氷厚
厚い

• 高温の砂塵が溶融し、部材表面に付着する（デポジション現象）• 冷却空気流路を閉塞させると
厚
極めて危険

試験写真

薄

電流印加無し

CFRP試験供試体
着氷試験結果

電流印加有り正圧面

スイープファン
着氷数値解析結果

薄い

問い合わせ先（エンジン防除氷技術について）
水野 拓哉 tmizuno@chofu.jaxa.jp , 050-3362-7164

解析による付着厚さ予測
Rolls-Royce

砂塵による粒子付着

試験前
試験後
材料劣化の評価試験

問い合わせ先（エンジン砂塵防御技術について）
鈴木 正也 msuzuki@chofu.jaxa.jp , 050-3362-4676

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次世代航空イノベーションハブ
気象影響防御技術チーム

火山灰・氷晶検知技術
火山灰と航空路の関係

運航に影響を及ぼす大気中の危険物質を検知

世界初の搭載用火山灰・氷晶遠隔計測

火山灰に対する飛行可否は灰の重量密度で判断
晴天時で目視できる場合もある領域。
目視による危険性判断は不適切

小粒の火山灰:目視判断不可。風により各地へ拡散

現VAAC基準

火山灰重量密度：高【キーとなる技術】

密度：低搭載型遠隔測定技術■偏光状態測定による浮遊物質の識別技術■受信光強度から浮遊物質の重量密度への変換技術■アイセーフティと入手容易性を備えた1.5μm帯レーザを採用した新しいセンシング技術

大粒の火山灰

飛行可？不可？
迂回が必要?

飛行可能時間[hrs]■航空路上の浮遊物質(火山灰・氷晶)の識別と重量密度算出による安全情報の提供■火山灰・氷晶領域の過剰な迂回による経済損失の削減

新基準案

飛行不可

飛行可能

★夜間はもちろん、日中でも目視判断はできない
発生している現象の概要★衛星による測定では火山灰の上部表面しか測れ
火山灰重量密度
飛行可否の境界[mg/m3]
ないため、離着陸時の航空機にとっては、過大(R. Clarkson, Volcanic Ash and Aviation – Rolls-Royce Position, May 2017に加筆)
エンジンが火山灰・氷晶を吸引することによる推力低下評価となることもピトー管に大量の氷晶が付着し、誤動作を誘発
例）アイスランドでの噴火時、6日間飛行を停止★定量的な測定ができればその際の航空会社の損失は17億米ドル以上
最適な航空路確保が可能に
小粒の火山灰は成層圏下部等の逆転層部で拡散検知技術：レーザ光を送受信して対象の識別と重量密度の算出
・非球形/球形により対象からの散乱光の・受信光の信号強度と空中の火山灰や氷晶の偏光状態が変化
粒形分布実測モデルから重量密度を算出
・上記偏光の違いを利用し火山灰や氷晶を識別

積乱雲の上部にある氷晶もレーダでは検知困難

球形粒子(水滴、大気汚染粒子等)

大粒の火山灰は近傍に落下

非球形粒子(氷晶、火山灰等)

重量密度：高重量密度：低レーザ光

送信光

レーザ光

送信光

火山灰重量密度はわからず
運航可否は、経験的な判断に依存
受信光

受信光

問い合わせ先（火山灰・氷晶検知技術）
井之口 浜木 inokuchi.hamaki@jaxa.jp , 050-3362-4072

偏光状態は保持される 偏光状態は保持されない

受信光強度：小受信光強度：大開催のご案内

WEATHER-Eyeコンソーシアム
2016年1月、航空工学に加え気象・光・土木などの専門家が結集

第4回
WEATHER-Eyeオープンフォーラム

コンソーシアムメンバ（2019年8月9日現在）

気象影響防御技術（WEATHER-Eye）コンソーシアム
https://www.weather-eye.jp/

気象影響防御技術（WEATHER-Eye）の研究開発
http://www.aero.jaxa.jp/research/star/safety/weather-eye/index.html

開催日時：2019年12月11日（水） 13:00-17:25
開催場所：一橋講堂
東京都千代田区一ツ橋2-1-2 学術総合センター2階
定 員 ：400名
参加費 ：無料
申込方法：公式Web ページから申込み（ページ開設は10 月中旬予定）
https://www.weather-eye.jp/event/weye2019.html
問い合わせ先：WEATHER-Eyeコンソーシアム事務局
info@weather-eye.jp