JP2000187081A - 空中観測装置および観測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サンプル採取装置やカメラのような観測装置
を搭載する飛行機を用いて、高空での大気の状態の観測
と、サンプルの採取を行い得るようにする。 【解決手段】 観測装置等を搭載する飛行機１０は、グ
ライダーとしての滑空機能とエンジンを用いた飛行機能
とを有し、地上からの制御信号により飛行させる。前記
飛行機１０をバルーン１に吊り下げて高空まで上昇さ
せ、その後に切離し装置２を作動させて切り離し、エン
ジンを作動させ得る高度に降下してから、エンジンを作
動させて飛行させ、飛行の途中で観測装置を用いて観測
したデータを送受信器を用いて地上に送信させるととも
に、サンプル採取装置を用いてサンプルの採取を行わせ
るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、観測装置等を装備
する飛行機と、バルーンとを組み合わせて構成する観測
装置および観測方法に関する。

【０００２】

【従来の技術および解決を要する課題】一般に高空の気
象観測を行う際には、ラジオゾンデのような装置を用い
ており、気象観測機器をバルーンに吊り下げて高空まで
上昇させ、その上昇の途中で観測したデータを、テレメ
ータ等の装置を用いて地上の受信装置に伝達するような
方法が用いられている。前記バルーンに観測機器を支持
させて行う方法においては、バルーンが一定の高度に達
するまでの間では、所定の高度毎に観測機器から観測デ
ータが送信されるので、気温や風向き等のデータを比較
的容易に収集することが可能である。また、有人飛行機
の胴体に観測機器を装着して、１万メートル以上の高空
における気象の観測や、空気に含まれるほこり成分やガ
ス成分等のデータを得ることも行われている。さらに、
局地的な気象観測や空気中に含まれる有害物質の測定
は、小型の無人飛行機を用いて行うこともあり、そのよ
うな限定された地域での大気の条件を観測することによ
り、比較的詳細なデータを得ることが可能になる。

【０００３】ところが、前記バルーンを用いて気象観測
を行う場合には、バルーンが気流に流されることは当然
のことであるが、気流の影響を大きく受けることと、観
測機器の回収が困難なことが多くあるために、使い捨て
の機器のコストが高価であるという問題がある。また、
前記バルーンを用いる方法にあっては、観測機器を回収
できないために、空気中に含まれる微量ガス成分や、粉
塵等の分析のためのサンプルを得ることができないとい
う問題がある。

【０００４】そこで、空気のサンプル等を得るために
は、有人飛行機にサンプル回収用の機器を積載して行う
と、地域や高度に区分した観測データやサンプルの採取
を容易に行うことが可能であることから、非常に有効で
あると考えられるが、飛行機を用いることは非常にコス
トが高いという問題がある。前記有人飛行機の問題を解
決するためには、例えば、小型の無人飛行機を使用する
ことも１つの方法として考えられる。しかし、小型の無
人飛行機は飛行時間が限られることや、無線による制御
範囲が限定される等の問題があることの他に、エンジン
の性能等の条件により飛行する高度が限られるという欠
点があり、高空での観測に用いるためには適していない
と考えられているのが現状である。

【０００５】本発明は、前記従来の観測方法の欠点を解
消するもので、バルーンと小型の無人飛行機とを組み合
わせて用い、低コストで大気のデータの収集や、空気の
サンプルの収集を行う観測装置と観測方法を提供するこ
とを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、空中観測装置
に関し、請求項１の発明は、大気の観測やサンプルの採
取、撮影装置のような観測装置を装備する小型の飛行機
と、前記小型の飛行機を一定の高度まで上昇させるバル
ーンと、前記バルーンに小型の飛行機を支持させ、任意
に作動させる切離し装置と、を組み合わせて構成するこ
とを特徴とする。請求項２の発明は、前記小型の飛行機
をグライダー機能と、エンジン推力を用いた飛行が可能
な装置として構成し、飛行機の位置する高度に応じてエ
ンジン機能を使用して飛行させることを特徴とする。請
求項３の発明は、前記小型の飛行機には大気の観測装置
やサンプル採取装置、撮影装置のような観測装置を装備
し、地上の制御装置からの指令によりもしくは前記飛行
機に装備する制御装置によって、前記観測装置を作動さ
せることを特徴とする。

【０００７】請求項４の発明は、観測方法に関し、大気
の観測やサンプルの採取、撮影装置のような観測装置を
装備する小型の飛行機と、前記小型の飛行機を切り離し
装置を介して支持するバルーンとを組み合わせて構成
し、前記バルーンを用いて飛行機を上昇させ、前記バル
ーンが一定の高度に達してから切離し装置を作動させて
飛行機を切り離し、前記飛行機を滑空させながら所定の
高度まで降下させてから、エンジンを無線指令により、
またはあらかじめ制御装置に設定した制御プログラムに
より作動させて、エンジンの推力により飛行機を飛行さ
せて回収するとともに、前記飛行機の飛行中に前記制御
装置に設定した機能を用いて、または地上の制御装置か
らの無線指令により作動させて、大気の観測やサンプル
の採取、カメラを用いた観測を、前記飛行機に装備する
観測装置を行うことを特徴とする。

【０００８】前述したように、小型の無人飛行機をバル
ーンに吊り下げて高空まで上昇させる手段を用いること
により、無人飛行機のエンジンでは上昇させ得ない高さ
で、観測装置等を用いた観測を行うことができ、バルー
ンから飛行機を切り離した後で、地上からの信号によ
り、飛行機を安全に回収することができる。また、本発
明において使用する飛行機は、グライダー機能による滑
空とエンジンを用いた飛行とができるので、地上からの
コントロールを容易に行い得るとともに、装置を回収す
ることができ、飛行機と観測装置等を繰り返して使用で
きる。したがって、本発明においては、バルーンのみが
消耗品となるので、観測経費を低減させることができ、
サンプル採取装置を用いてサンプルの採取等も容易に行
うことができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図示される例にしたがって、本発
明の空中観測装置を説明する。本実施例に使用する装置
は、図１に示すように、バルーン１に切離し装置２を介
して吊り下げる小型の無人飛行機１０を用いている。前
記飛行機１０としては、例えば、本出願人の保有する特
許第２６９９２６３号公報に示されるような装置を用い
ることができるもので、前記小型の無人飛行機は図２に
示されるような構成のものである。前記図１に示される
例において、バルーン１の揚力荷重（大きさまたはガス
の体積）は、吊り下げて支持する飛行機１０の重量に対
応させる揚力を構成し、飛行機１０との接続部には切離
し装置２を設けている。前記切離し装置２は例えば、火
薬を用いた切断装置または信号により切離を行う装置と
して構成し、バルーン１が所定の高度に達した際に、切
離し装置２に装備している発火装置、または電気信号に
よる装置を作動させて、飛行機１０をバルーンから切り
離すことができるようにする。なお、本実施例において
は、バルーン１に飛行機１０を逆さに吊り下げている
が、そのようにして吊り下げて支持することにより、切
離し装置を用いてバルーンから飛行機を切り離した後
で、飛行機の飛行姿勢を容易に制御できるようにするた
めである。

【００１０】前記図２に示す飛行機１０は、主翼部１５
と尾翼を含む操舵部１６、およびエンジン１７とプロペ
ラ１８とを有し、エンジンを停止した状態で滑空させ得
るように、グライダーの機能を有する装置として構成さ
れる。なお、本実施例に示す飛行機においては、前記プ
ロペラ１８には、プロペラガード１９を設けて保護して
いる。前記飛行機１０の胴体部１１にはペイロードボッ
クス１２を配置して、飛行と操向、その他の動作を行う
ための制御装置や電源等を収容させ、その胴体の下部ま
たは他の任意の位置には、観測機器１３、サンプリング
機器１４等を装着可能に構成している。また、前記観測
装置としては、ガスやほこり等の大気に含まれる物質の
採取機器や、温度検知手段、その他の空中での観測に用
いる機器、または、地表面を撮影する一般的なカメラや
ＴＶカメラ類等を用いることが可能である。

【００１１】本実施例に示す装置において、例えば、従
来のバルーンによる環境観測の最高高度であるところ
の、７０００ｍないしはそれ以上の高空まで上昇させ得
るものとして構成し、その高さにバルーン１が達した時
点で、切離し装置２を作動させて飛行機１０を切り離
す。前記バルーンから切り離された飛行機１０は、前記
７０００ｍ程度の高空ではエンジンが良好に作動しない
ので、エンジンの推力を用いずにグライダーの機能を利
用して滑空しながら、所定の高度まで下降させるように
する。その後に、飛行機１０がエンジン作動に十分な高
度（３０００ｍ）の高さまで降下してから、地上からの
信号または飛行機に設けている制御装置によりエンジン
を作動させるとともに、操舵部を操作して誘導しながら
目的地に着地させるようにする。

【００１２】前記飛行機１０がバルーンとともに上昇す
る際や滑空しながら下降する時、または、エンジンを作
動させて自力で降下する時等の空中を飛行している状態
で、観測機器を用いて大気の状態を観測したり、空気の
サンプルを採取することができる。前記飛行機に搭載す
る観測機器としては、例えば、従来の環境観測のデータ
として得ている気圧、風向、湿度、その他の一般的な観
測データの他に、大気中に含まれているガス成分の分析
や、塵や埃等の浮遊物質の量のデータ等を得るための装
置を装備することができる。また、前記飛行機にＴＶカ
メラやスチールカメラ、赤外線カメラ等の小型のカメラ
類を装備する場合には、空中から地表面の観測を行うこ
とができる。さらに、大気中に含まれる微量のガス成分
や、浮遊物質の量や種類等のデータを得ようとする場合
には、サンプリング機器１４を用いてサンプルを採取
し、そのサンプリング容器を回収することにより、後で
微量分析を行い得るようにすることも可能である。

【００１３】前記飛行機１０に装備する制御装置におい
ては、図３のブロック図に示されるような回路を設けて
構成することができる。前記図３に示す例では、地上で
制御の指令を出力するオペレータには、飛行機に積載す
る各装置のコントロールを行うための制御装置５と、送
受信器６および、データ処理装置と記録装置７等を配備
する。そして、バルーンから飛行機の切り離しの動作の
後で、飛行機１０を滑空させる飛行の制御と、エンジン
の制御と操舵部に対する制御等の信号を、前記送受信器
６を用いて送信する。また、飛行機の飛行中に観測機器
を作動させてデータを収集し、そのデータを地上の測定
装置に向けて発信する動作や、サンプリング機器の動作
の制御等をも行うことができるようにする。

【００１４】前記飛行機１０のペイロードボックスに配
置する制御装置２０においては、制御回路２３に対して
地上の送受信器との間での信号の送受信のための送受信
器２１と、装置の高度を計測する高度計２２とを配置し
ている。また、前記制御回路２３に対しては機器による
測定作業と、飛行機の飛行の制御のためのデータとを蓄
積したメモリ２４を接続し、飛行機制御回路２５と観測
機器制御回路３０とを接続する。前記飛行機制御回路２
５には、エンジン制御回路２６と操舵部制御回路２７の
回路を接続して、操舵部１６とエンジン１７に対するコ
ントロールの動作を行うようにする。さらに、バルーン
が所定の高度まで達した情報が高度計２２により得られ
ると、制御回路２３は切離し装置２に対して切り離し信
号を出力し、前記切離し装置２を作動させて飛行機１０
をバルーン１から切り離し、飛行機１０をグライダー機
能を利用して飛行制御しながら滑空させるようにする。
なお、前記切離し装置２の動作は、高度計２２の信号を
地上で受信して、地上制御装置５からの指令により行う
ことも可能である。

【００１５】前記観測機器制御回路３０に接続する制御
装置としては、図４に示すような回路を構成することが
できるもので、観測機器動作制御回路３１を介して観測
装置１３を作動させ、その観測装置により得られるデー
タを、データ送信回路３２を介して送受信器２１に伝達
する。そして、前記送受信器２１から地上の送受信器６
にデータを送り出して、データ処理装置７により処理す
ることができる。また、データが少ない数の場合には、
制御回路に接続したメモリにデータを蓄積しておき、飛
行機を回収した後でそのデータの分析を行っても良い。
さらに、機体にサンプル採取装置１４を装備している場
合には、サンプラー制御回路３３を介してサンプル採取
装置を作動させて、空気のサンプルの採取等を行わせ、
サンプルを採取した容器等を密封した状態で回収するこ
とができる。

【００１６】前述したようにして、飛行機１０に装備し
た観測装置を用いて、高空の大気の状態を観測する場合
には、高度計２２からの高度のデータを用いて、制御回
路のメモリに設定しているプログラムに応じて、任意の
観測装置を作動させる。そして、観測装置により得られ
た観測データは、送受信器を介して地上制御装置５に向
けて送信し、データ処理装置７のディスプレイに表示す
ることや、記録紙として出力させることができる。ま
た、飛行機に装備するサンプル採取装置においては、例
えば、袋状またはパイプ状のサンプル採取部材を用いる
ことができ、その採取部材の口を開かせて大気のサンプ
ルを採取し、その口を硬く閉じて密封する手段等を設け
ることによって、その採取した高度でのサンプルの状態
を維持できるようにする。なお、飛行機に搭載するサン
プル採取装置の構成は、採取したサンプルを密封状態で
保持できるものであれば、任意の手段を用いることが可
能である。

【００１７】なお、本発明に用いる飛行機としては、図
示されるような機構のものに限定されるものではなく、
その他に、滑空とエンジンによる飛行とを切り換えるこ
とができる機体であれば、任意の飛行機を使用すること
ができる。また、飛行機に搭載するエンジンは、任意の
形式のレシプロエンジンやその他のエンジン類を使用す
ることが可能であり、機体の大きさ等に応じて良好に飛
行させ得る性能を有するものとして構成することができ
る。さらに、装備する観測装置やサンプル採取装置の重
量を十分に支持できる大きさの飛行機と、バルーンとを
組み合わせて装置を構成することが可能である。そし
て、バルーンの性能に応じて、大気観測の最高高度を設
定することができ、飛行機を上昇または下降させる途中
で、任意の高度での観測を行うことができる。

【００１８】

【発明の効果】前述したように、飛行機をバルーンに吊
り下げて高空まで上昇させる手段を用いることにより、
飛行機のレシプロエンジンでは上昇させ得ない高さで、
観測装置等を用いた観測を行うことができ、バルーンか
ら飛行機を切り離した後で、地上からの信号や飛行機の
制御装置に設定した情報にもとづいて飛行の制御を行っ
て、飛行機を安全に回収することができる。また、本発
明において使用する飛行機は、グライダー機能による滑
空とエンジンを用いた飛行とができるので、地上からの
コントロールを容易に行うことができ、カメラやその他
の観測装置を回収できる。そして、任意のサンプルを飛
行機とともに回収することができるので、飛行機と観測
装置等を繰り返して使用できる。したがって、本発明に
おいては、バルーンのみが消耗品となるので、観測経費
を低減させることができ、サンプル採取装置を用いてサ
ンプルの採取等も容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の装置の構成を示す説明図である。

【図２】 本発明に使用する飛行機の説明図である。

【図３】 本発明の制御装置のブロック図である。

【図４】 観測機器制御回路に接続する制御機構のブロ
ック図である。

【符号の説明】

１ バルーン、 ２ 切離し装置、 ５ 地上制
御装置、６ 送受信器、 ７ データ処理装置、
１０ 飛行機、１１ 胴体部、 １２ ペイロー
ドボックス、 １３ 観測装置、１４ サンプル採
取装置、 １５ 主翼、 １６ 操舵部、１７
エンジン、 １８ プロペラ、 ２０ 制御装置、
２１ 送受信器、 ２２ 高度計、 ２３ 制御
回路、２５ 飛行機制御回路、 ２６ エンジン制
御回路、２７ 操舵部制御回路、 ３０ 観測機器
制御回路、３１ 観測機器動作制御回路、 ３２
データ送信回路、３３ サンプラー制御回路。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 大気の観測やサンプルの採取、撮影装置
   のような観測装置を装備する小型の飛行機と、 前記小型の飛行機を一定の高度まで上昇させるバルーン
   と、 前記バルーンに小型の飛行機を支持させ、任意に作動さ
   せる切離し装置と、 を組み合わせて構成することを特徴とする空中観測装
   置。
2. 【請求項２】 前記小型の飛行機をグライダー機能と、
   エンジン推力を用いた飛行が可能な装置として構成し、
   飛行機の位置する高度に応じてエンジン機能を使用して
   飛行させることを特徴とする請求項１に記載の空中観測
   装置。
3. 【請求項３】 前記小型の飛行機には大気の観測装置や
   サンプル採取装置、撮影装置のような観測装置を装備
   し、 地上の制御装置からの指令によりもしくは前記飛行機に
   装備する制御装置によって、前記観測装置を作動させる
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の空中観測装
   置。
4. 【請求項４】 大気の観測やサンプルの採取、撮影装置
   のような観測装置を装備する小型の飛行機と、 前記小型の飛行機を切り離し装置を介して支持するバル
   ーンとを組み合わせて構成し、 前記バルーンを用いて飛行機を上昇させ、前記バルーン
   が一定の高度に達してから切離し装置を作動させて飛行
   機を切り離し、 前記飛行機を滑空させながら所定の高度まで降下させて
   から、エンジンを無線指令により、またはあらかじめ制
   御装置に設定した制御プログラムにより作動させて、エ
   ンジンの推力により飛行機を飛行させて回収するととも
   に、 前記飛行機の飛行中に前記制御装置に設定した機能を用
   いて、または地上の制御装置からの無線指令により作動
   させて、大気の観測やサンプルの採取、カメラを用いた
   観測を、前記飛行機に装備する観測装置を行うことを特
   徴とする観測方法。