04̲044-050大気観測装置1c 07.8.8 9:28 AM ページ44

長田 真司 *
本稿は、昨年 10 月 13 日開催の第 43 回飛行機シンポジウムにおける企画講演の内容を記事に編集したものです。

1. はじめに（財）日航財団および（株）日本航空インターナショナルは、気象庁気象研究所と共同して、温室効果気体の観測を行っています。世界に先駆けて、1993 年から開始されたこの観測は、月平均 2

図 1 現行のフラスコサンプリング装置回のペースで、2005 年 12 月まで順調に続けられてきました。この観測装置が搭載された機体の退運び込まれ、CO2（二酸化炭素）、CH4（メタン）、役が近づいたことを受けて、2003 年に、新しいおよび CO（一酸化炭素）の濃度が分析されます。

大気観測計画が発足しました。この計画により、現行のフラスコサンプリング装置は、2 個のユニ2 種類の新しい航空機搭載型大気観測装置が開発ット、およびポンプから構成されています。各ユ

され、JAL（日本航空インターナショナル）機 5

ニットにはそれぞれ 6 個のフラスコが内蔵され、機、および JAXA （宇宙航空研究開発機構）機 1

あらかじめプログラムされたタイマーにより、合機にこれらの装置が搭載されます。

計 12 地点（図 2）の大気を採取することができます。

2. 現行の大気観測について
現在行なわれている大気観測では、オーストラリア〜成田線に就航する（株）日本航空インター

3. 新大気観測プロジェクトについてナショナルのボーイング 747-200 型機 2 機に、フ前述のとおり、現行の大気観測に使用されていラスコサンプリング装置（図 1）が搭載され、巡るボーイング 747-200 型機の将来の退役に備え、航中に高度 10,000 メートルの大気が採取されてAMATRAS（Atmospheric Measurement by Airliners

います。成田到着後、装置が気象庁気象研究所にfor TRAce Species）と呼ばれる新大気観測プロジ
ェクトが 2003 年に発足しました｡＊

Osada Shinji（株）ジャムコ44

本プロジェクトでは、地球温暖化に対応する有東京整備工場技術課

効な対策を推進するために、気候モデルの高精度航空技術No.613〔06-04〕

04̲044-050大気観測装置1c 07.8.8 9:28 AM ページ45

CME が、ボーイング 777-200ER 型機（3 機）にはCME が、また、JAXA のビーチクラフト 65 型機には CME が、それぞれ搭載されます。本プロジ
ェクトは、文部科学省の科学技術振興調整費を得て、実施されています。なお、本プロジェクトの構成メンバーとその役割は次のとおりです｡
・（財）日航財団：プロジェクトの取りまとめで、観測装置を航空機に搭載するための基本仕様、運用方法の研究を行います｡
・東北大学：学術的な総括、および収集データの解析システムの研究開発を行います。
・国立環境研究所：二酸化炭素自動連続測定器、および新規フラスコサンプリング装置の開発、試作、ならびに観測データの分析を行います。
・気象庁気象研究所：新規フラスコサンプリング装置の開発・試作支援および評価を行います｡
・宇宙航空研究開発機構：所有機を用いての試験観測を行います｡
・（株）日本航空インターナショナル：観測装置
図 2 現行の観測の搭載方法、および機体情報取得方法の基礎研究、および同社所有機に大気観測装置を取付け化を図ることによって、気候変動予測の不確実性るための機体改修、JCAB-STC 取得、試験観測を低減し、さらに、その影響を地域別に評価するを行います。

ことを重要課題としています。また、温室効果気・（株）ジャムコ：装置に耐空性を付加するため体の海洋および陸地での発生源（ソース）、およの基礎研究、および当局から承認を取得するたび吸収源（シンク）を把握するための 3 次元モデめの試験方法の調査・研究、ならびに 2 種の大ルに入力するデータ（地理的分布および高度分布）気観測装置の開発設計、製作および、FAA（米を地球規模で取得することを目標としています。

連邦航空局）STC 取得を行います｡

このために、温室効果気体観測装置（新フラス
コ サ ン プ リ ン グ 装 置 、 ASE ： Automatic Air
Sampling Equipment）、および二酸化炭素自動連続測 定 器 、 CME ： Continuous CO 2 Measuring

4. CME について

図 3、図 4Equipment）と呼ばれる 2 種類の測器を開発し、CME の設計のコンセプトは、軽量小型で、運これらを搭載するための機体改造を、ボーイング用中の手間ができるだけかからないことです。内747-400 型機およびボーイング 777-200ER 型機に部に使用する高圧ボトルおよびコンピュータ等は施し、日米両国の航空当局から追加型式承認民生品を使用しています。また、筐体は複合材ハ（STC）を取得することを計画しています。米国

ニカムを使用した構造で、整備性を考慮して、4の航空当局から STC を取得する目的は、欧米の面のカバーを取り外すことができるようにしましエアラインにもこれらの測器の搭載を薦めるためた。CME は、空調用ダクトから導かれたエアをです。

用いて、二酸化炭素濃度を連続的かつ高精度で測きょうたい

ボーイング 747-400 型機（2 機）には ASE と航空機搭載型大気観測装置の開発について定します。そのため、CME には二酸化炭素が赤45

04̲044-050大気観測装置1c 07.8.8 9:28 AM ページ46

Mass FlowController

図 3 CME 系統図

表 1 CME 主な仕様

外線を吸収するという性質を利用した、NDIR（非分散赤外線）を用いた二酸化炭素測定器が内蔵されています。NDIR は、温度等の周辺環境の影響を受けるため、いかなる環境下でも正確な計測を行えるように、たとえば 340 ppm と 390 ppmといった、厳密に管理された二酸化炭素濃度を有する｢標準ガス｣によってその測定値を較正します。この標準ガスは、1,800 psi で充填されており、高圧ガス容器となるため、STC 取得のために、米図 4 CME46

国および日本の高圧ガス規則に適合するボトルを航空技術

No.613〔06-04〕

04̲044-050大気観測装置1c 07.8.8 9:28 AM ページ47採用しました。CME は、2 ヵ月ごとの定期整備で取り卸されるまでの間、離陸直後から着陸直前まで測定を続けます。測定結果は、機体の位置情報、日付、時刻、外気温などとともに CME 内部のメモリーに記録されます｡定期整備の取り卸し時、計測結果が回収され、国立環境研究所で分析されます｡CME の主な仕様は表 1 のとおりです。

5. ASE について

図 5、図 6

図 5 ASE

新フラスコサンプリング装置 ASE の基本性能
は、現在運用されているフラスコサンプリング装

どの位置情報を、機体の ARINC429 データ・バス置のそれと同様です。配管には採取した気体の状から取得できるようにしており、これにより、サ態に影響を与えないよう、内面を鏡面状に仕上げンプリングしたい地点の位置情報（何れかひとつた BA（Bright Annealing）管が使用され、チタニがサンプリング開始のトリガーになる）をあらか

ュウム製フラスコの内面は、同様の理由で電解研じめプログラムしておくことで、サンプリングし磨などの処理が施されています。機体への搭載後たい地点 12 箇所の試料を採取することができまは、装置を取り卸すまで特別な操作を必要としなす。ASE 内のフラスコには、空調用ダクトからいように考慮されています。

導かれたエアがポンプで加圧され充填されます。

ASE は、2 個のユニット（ASE-1、ASE-2）、おただし高圧ガスとならないよう、充填圧がよびポンプから構成されており、ASE-1、ASE-240.6psia（279kPa）を越えない範囲で、かつ極力にはそれぞれ 6 個のフラスコ（容量 1.7 リットル）多くの試料が採取できるよう設定されています。

が内蔵されています。また、緯度、経度、高度な試料を各フラスコに採取した時点の、機体の位置

表 2 ASE 主な仕様

航空機搭載型大気観測装置の開発について47

図 6 ASE 系統図

04̲044-050大気観測装置1c 07.8.8 9:29 AM ページ48

48

航空技術

No.613〔06-04〕

04̲044-050大気観測装置1c 07.8.8 9:29 AM ページ49

情報、日付、時刻、外気温、充填圧力などが、

4 異常作動：最大 32.2V、最小 20.5V で 5 分間

ASE-1 に内蔵されているメモリーに記録されま

5 瞬間的低電圧： 12V、7sec

す｡もし何らかの原因により ARINC データ・バス

6 異常サージ： 28V → 46.3V → 37.8V、3 回からの位置情報が遮断された場合でも、あらかじ・ Voltage Spike

めプログラムされたタイマーによってサンプリン（RTCA/DO-160D Section 17.0 Category B）

グが継続されます。また、試料の採取が正常に終600V を 1 分間に 50 回了しなかった場合も、その状態に応じたメッセー

・ Radio Frequency Susceptibility

ジが記録され、地上での整備に活用されます。

（RTCA/DO-160D Section 20.0

Category T）

観測フライトが終わると ASE を機体から取り無線周波伝導感受性： 10kHz 〜 400MHz

卸し、ASE 本体を国立環境研究所に搬送し、採取

無線周波放射感受性： 100MHz 〜 8GHzした試料の分析が行なわれます｡

・ Emission of Radio Frequency Energy

ASE の主な仕様は表 2 のとおりです。

（RTCA/DO-160D Section 21.0Category M）

無線周波伝導妨害性： 150kHz 〜 30MHz
無線周波放射妨害性： 150kHz 〜 60GHz

6. 環境試験について民間航空機の貨物室に搭載し、STC を取得するため、以下の環境試験を行いすべてに合格しました｡（）内は適用基準。

・ Temperature（RTCA/DO-160D Section 4.5 Category A4）

・ Proof and Burst Pressure Test
〔14CFR Part25 1438（b）〕
常用圧力の 3 倍・ Rupture Disc Burst Test（CGA S-1.1, KHK）
Rated Burst Pressure ： 2,668psi
・ Static Load Test

1Ground Survival Low Temp.：− 55 ℃, 3hr（D6-55441 Rev.D）

2Operating Low Temp ：− 15 ℃, 30min

Lateral ： 10g

3Ground Survival High Temp. ： 60 ℃, 3hr

Up ： 3.6g

4Short-time Operating High Temp ： 60 ℃, 30min

Down ： 6.8g

5Operating High Temp ： 40 ℃, 2hr
・ Altitude（RTCA/DO-160D Section 4.6 Category A4）

7. 先行観測115,000ft（57.18kPa）, 2hr
・ Vibration2005 年 2 月に、JAXA のビーチクラフト 65 型機（RTCA/DO-160D Section 8.0 Category S）に CME が搭載され、修理改造検査に合格しましCurve Cた。その後、機体の耐空検査時を除いて、月 2 回・ Waterproofness（RTCA/DO-160D Section 10.0 Category W）の観測が実施されています。この観測は、相模湾上空 7,000 メートルから 500 メートルまでの間で2ステップ状に高度を下げて実施されています。

・ Power Input

ビーチクラフト 65 型機は非与圧であるため、エ280litter/m /hr, 15min（RTCA/DO-160D Section 16.0 Category A）

アポンプによって加圧された外気が CME に送ら

1 正常作動：最大 30.3V、最小 22.0V で 30 分間れています。

2 電源瞬断： 0V、2 回
3 正常サージ： 28V → 47V → 40V → 28V →17V → 28V
航空機搭載型大気観測装置の開発について

第 1 回、第 2 回の観測では、レギュレータの調整などの問題があり、高い高度での観測結果は得られませんでしたが、レギュレータの設定値の変4904̲044-050大気観測装置1c 07.8.8 9:29 AM ページ50

ASE 1STA 980
Floor beam

ASE 2CME
図 7 大気観測装置搭載図

更などを行った結果、第 3 回の観測以降は正常なついては、2005 年 10 月にボーイング 747-400 型機観測が続いています。

初号機の改修が行われ、観測が行われています。
2006 年 2 月に 2 号機の改修、また、2006 年 3 月にボーイング 777-200ER 型機の改修が計画されてい8. 機体改修および観測 図 7ます。観測の結果等については、別途報告される予定です。

（株）日本航空インターナショナルの所有機に

50

航空技術

No.613〔06-04〕