JP2016132406A - 水中航走体揚収システム - Google Patents

Abstract

【課題】操作員の作業負荷を低減し又は操作員を不要とし、母船へ水中航走体を迅速に揚収することを可能とする水中航走体揚収システムを提供する。
【解決手段】水中を航走可能な水中航走体２を母船１４に揚収するための水中航走体揚収システム１００であって、水中航走体に接続されたガイド索４と、水中航走体が水中を航走している状態においてガイド索に鉛直方向成分を有する張力を付与可能な浮標６又は錘と、ガイド索を捕獲するための捕獲装置８と、捕獲装置を母船から吊下するための少なくとも一本の吊下ケーブル１０と、母船に設置され、少なくとも一本の吊下ケーブルを巻き上げるための巻き上げ装置１２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本開示は、水中航走体揚収システムに関する。

従来、例えば海底地形の測量や海洋資源の調査等の目的で、水中を航走する水中航走体が開発されている。水中航走体は、エネルギー補給やデータ交換、あるいは任務完了に伴う母船への帰還等を目的として、母船への揚収が必要になる場合がある。

特許文献１には、水中航走体を母船へ迅速に揚収するために、マニピュレータを有する遠隔操縦ビークルを海中に投入して水中航走体を捕獲し、母船へ揚収する水中航走体揚収システムが開示されている。

また、特許文献２には、水中航走体を母船へ揚収する装置ではないが、水中航走体におけるエネルギー補給やデータ交換等を、母船からの支援を要することなく水中で行うことを目的とした水中ドッキング装置が開示されている。この水中ドッキング装置は、水中航走体に設けられた捕捉アームを水中ステーションに設けられたＶ字状の補足部材に引っ掛けることにより、水中ステーションに水中航走体をドッキングするよう構成されている。

特開２０１２−２０６６０２号公報 特許第３０４４２１７号公報

特許文献１に記載の水中航走体揚収システムでは、操作員が遠隔操縦ビークルを操縦して水中航走体に接近させ、水中航走体に設けられたリング形状の保持金物をマニピュレータで捕獲する必要があるため、操作員に高い操作精度が要求され、作業負荷も大きくなりやすい。

また、特許文献２に記載の水中ドッキング装置は、水中航走体の航走海域に比較的大規模な水中ステーションを設置する必要があるため、任意の海域に迅速に展開することが困難である。また、そもそも水中航走体を母船へ揚収する装置ではないため、水中航走体を母船へ迅速に揚収するための知見については開示されていない。

本発明は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、操作員の作業負荷を低減し又は操作員を不要とし、水中航走体へ母船を迅速に揚収することを可能とする水中航走体揚収システムを提供することである。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る水中航走体揚収システムは、水中を航走可能な水中航走体を母船に揚収するための水中航走体揚収システムであって、前記水中航走体に接続されたガイド索と、前記水中航走体が水中を航走している状態において前記ガイド索に鉛直方向成分を有する張力を付与可能な浮標又は錘と、前記ガイド索を捕獲するための捕獲装置と、前記捕獲装置を前記母船から吊下するための少なくとも一本の吊下ケーブルと、前記母船に設置され、前記少なくとも一本の吊下ケーブルを巻き上げるための巻き上げ装置と、を備える。

上記（１）に記載の水中航走体揚収システムによれば、鉛直方向成分を有する張力が浮標又は錘によってガイド索に付与され、ガイド索が水中航走体から鉛直上方向又は鉛直下方向に向かって伸びた状態（張った状態）となる。このように水中航走体から鉛直方向に向かって伸びた状態のガイド索を捕獲装置によって捕獲するため、特許文献１に記載されるシステム（マニュピレータでリング形状の保持金物を捕獲するシステム）や特許文献２に記載されるシステム（水中航走体に設けられた捕捉アームに水中ステーションに設けられたＶ字状の補足部材を引っ掛けるシステム）と比較して、捕獲に要する鉛直方向（深度方向）の位置制御の許容偏差が大きくなり、捕獲装置の深度が所定の値からずれたり波浪等によって時間的に変動する影響を受けにくいため、ドッキングの確実性が増す。さらに、捕獲装置は、母船から吊下ケーブルによって吊下されるため、特許文献２に記載されるような比較的大規模な水中ステーションを水中航走体の航走海域に設置する必要がなく、任意の海域に迅速に展開して水中航走体を捕獲、揚収することができる。
また、水中航走体が自律制御によって捕獲装置とドッキングする方式であり、操作員は捕獲装置をおおよそ一定の速度で曳航して所定の深度と所定の姿勢を保てば済むため、特許文献１のようなマニピュレータ方式と比べ操作員の作業負荷が低減する。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の水中航走体揚収システムにおいて、前記浮標又は前記錘を前記水中航走体の表面または内部に固定するための固定機構を更に備え、前記固定機構は、前記浮標又は前記錘を前記水中航走体の前記表面又は前記内部に固定した状態を解除可能に構成される。

上記（２）に記載の水中航走体揚収システムによれば、浮標又は錘を水中航走体の表面または内部に固定した状態を解除可能な固定機構を備えることにより、捕獲装置によるガイド索の捕獲時（水中航走体と捕獲装置とのドッキング時）にのみガイド索及び浮標又は錘を海中に放出、展開することが可能となるため、通常の航走時にガイド索及び浮標又は錘が航走の妨げにならないようにすることができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の水中航走体揚収システムにおいて、前記水中航走体が水中を航走している状態において前記ガイド索に鉛直方向成分を有する張力を付与可能な前記浮標を備える。

上記（３）に記載の水中航走体揚収システムによれば、鉛直方向成分を有する張力が浮標によってガイド索に付与され、ガイド索が水中航走体から鉛直上方向に向かって伸びた状態（張った状態）となる。このように水中航走体から鉛直上方向に向かって伸びた状態のガイド索を捕獲装置によって捕獲するため、捕獲に要する鉛直方向（深度方向）の位置制御の許容偏差を大きくすることができ、捕獲装置の操作員を不要とする又は捕獲装置の操作員の作業負荷を低減することができる。また、捕獲装置は、母船から吊下ケーブルによって吊下されるため、特許文献２に記載されるような比較的大規模な水中ステーションを水中航走体の航走海域に設置する必要がなく、任意の海域に迅速に展開して水中航走体を捕獲、揚収することができる。また、ガイド索が水中航走体から鉛直上方向に向かって伸びた状態となるため、水中航走体が捕獲装置の下方を通ることができ、水中航走体と捕獲装置との干渉を抑制することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の水中航走体揚収システムにおいて、前記水中航走体が水中を航走している状態において前記ガイド索に鉛直方向成分を有する張力を付与可能な前記錘を備える。

上記（４）に記載の水中航走体揚収システムによれば、鉛直方向成分を有する張力が錘によってガイド索に付与され、ガイド索が水中航走体から鉛直下方向に向かって伸びた状態（張った状態）となる。このように、水中航走体から鉛直下方向に向かって伸びた状態のガイド索を捕獲装置によって捕獲するため、上述のように、捕獲に要する鉛直方向（深度方向）の位置制御の許容偏差が大きくなり、捕獲装置の操作員を不要とする又は捕獲装置の操作員の作業負荷を低減することができる。また、捕獲装置は、母船から吊下ケーブルによって吊下されるため、特許文献２に記載されるような比較的大規模な水中ステーションを水中航走体の航走海域に設置する必要がなく、任意の海域に迅速に展開して水中航走体を捕獲、揚収することができる。

なお、水中航走体の浮力は、故障等で動力喪失するなどの緊急時でも海面に自然に浮上するように、中性浮力よりやや正浮力側に設計されるのが一般的である。上記（３）に記載される浮標式の場合において万が一ガイド索が切断したときには、浮標が有していた浮力分が完全に喪失して水中航走体の浮力が負浮力となる恐れがあるが、上記（４）に記載される錘式の場合において万が一ガイド索が切断しても、水中航走体の浮力は正浮力を維持できるというメリットがある。

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）に記載の水中航走体揚収システムにおいて、前記少なくとも一本の吊下ケーブルは、前記水中航走体と干渉しないように互いに間隔を空けてそれぞれ延在する第１吊下ケーブル及び第２吊下ケーブルを含む。

上記（４）に記載のように錘によってガイド索に張力を付与する場合、ガイド索が水中航走体から鉛直下方向に向かって伸びた状態となるため、吊下ケーブルが水中航走体と干渉しないような工夫が必要となる。この点、上記（５）に記載の水中航走体揚収システムでは、水中航走体と干渉しないように互いに間隔を空けてそれぞれ延在する第１吊下ケーブル及び第２吊下ケーブルを上記少なくとも一本の吊下ケーブルが含むため、吊下ケーブルと水中航走体との干渉を容易に回避することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れか１項に記載の水中航走体揚収システムにおいて、前記捕獲装置は、該捕獲装置の姿勢を安定させるための少なくとも一つの安定翼を含む。

上記（６）に記載の水中航走体揚収システムによれば、安定翼によって捕獲装置の姿勢を安定させることにより、鉛直方向に延びた状態のガイド索を捕獲装置によって捕獲しやすくなる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れか１項に記載の水中航走体揚収システムにおいて、前記捕獲装置は、前記ガイド索を所定位置へ案内するための案内機構と、前記案内機構によって案内された前記ガイド索を前記所定位置に保持するための保持機構とを含む。

上記（７）に記載の水中航走体揚収システムによれば、水中航走体が案内機構に向かっておおよその航走制御を行えば、ガイド索が案内機構に案内されて保持機構によって保持される所定位置に導かれるため、水中航走体と捕獲装置とのドッキングが容易となる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（６）又は（７）に記載の水中航走体揚収システムにおいて、前記保持機構は、前記所定位置からの前記ガイド索の抜け出しを防止するための抜け止め部を有し、前記抜け止め部は、前記案内機構側から前記所定位置側への前記ガイド索の侵入方向の力に対する剛性が、前記所定位置側から前記案内機構側への前記ガイド索の抜け出し方向の力に対する剛性より小さい。

上記（８）に記載の水中航走体揚収システムによれば、ガイド索の張力と抜け止め部の剛性のバランスを適切に設定することにより、簡易な構成でガイド索を所定位置に自動的に（操作員による特段の操作を要することなく）保持することができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（６）又は（７）に記載の水中航走体揚収システムにおいて、前記保持機構は、
前記所定位置からの前記ガイド索の抜け出しを防止するための抜け止め部と、前記抜け止め部を、前記案内機構に案内された前記ガイド索の前記所定位置への侵入を許容する許容位置と、前記所定位置からの前記ガイド索の抜け出しを禁止する禁止位置とに移動させるためのアクチュエータと、を有する。

上記（９）に記載の水中航走体揚収システムによれば、上記（８）に記載の水中航走体揚収システムと比較すると保持機構の構造は複雑化するが、ガイド索の張力と抜け止め部の剛性のバランスを設定する必要がなく、ガイド索を所定位置により確実に保持することができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（７）乃至（９）の何れか１項に記載の水中航走体揚収システムにおいて、前記捕獲装置は、前記所定位置を撮影するための水中カメラを含む。

上記（１０）に記載の水中航走体揚収システムによれば、ガイド索が保持機構によって所定位置に確実に保持されているか否かを水中カメラの撮影内容から遠隔操作員が把握できるため、確実に保持されていることを確認した上で巻き上げ装置による吊下ケーブルの巻き上げを行うことができる。また、ガイド索が所定位置に到達したことを水中カメラの撮影内容から遠隔操作員が把握できるため、上記（９）に記載の抜け止め部を上記許容位置から上記禁止位置へ移動させるタイミングを遠隔操作員が判断することができる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（７）乃至（１０）の何れか１項に記載の水中航走体揚収システムにおいて、前記案内機構は、第１案内部と、前記第１案内部と間隔をあけて配置された第２案内部とを有し、前記第１案内部と前記第２案内部との間隔は、前記所定位置に近づくにつれて小さくなる。

上記（１１）に記載の水中航走体揚収システムによれば、ガイド索は、案内機構の第１案内部又は第２案内部に沿って移動し、所定位置へ到達して保持機構によって保持される。このため、水中航走体が案内機構に向かっておおよその航走制御を行えば、ガイド索が案内機構に案内されて保持機構によって保持される所定位置に導かれるため、水中航走体と捕獲装置とのドッキングが容易となる。

（１２）幾つかの実施形態では、上記（７）乃至（１１）の何れか１項に記載の水中航走体揚収システムにおいて、前記捕獲装置は、第１構造物と、前記第１構造物に対して間隔を空けて並設された前記第２構造物と、前記第１構造物及び前記第２構造物を連結する第３構造物とを有する構造物組立体を含み、前記第１案内部および前記第２案内部は、それぞれ、前記第１構造物と前記第２構造物の間に配置され、前記所定位置は、前記第１構造物と前記第２構造物の間に存在し、前記第１案内部及び前記第２案内部は、それぞれ、前記所定位置に対して前記第３構造物とは反対側に設けられる。

上記（１２）に記載の水中航走体揚収システムによれば、第１案内部及び第２案内部によるガイド索の所定位置への案内を妨げることなく、水中航走体の揚収に要する捕獲装置の剛性を構造物組立体によって確保することができる。

（１３）幾つかの実施形態では、上記（１２）に記載の水中航走体揚収システムにおいて、前記少なくとも一本の吊下ケーブルは、前記所定位置よりも前記第１構造物側で前記構造物組立体に接続される第１吊下ケーブルと、前記所定位置よりも前記第２構造物側で前記構造物組立体に接続される第２吊下ケーブルとを含む。

上記（１３）に記載の水中航走体揚収システムによれば、捕獲装置の姿勢をより安定させることができる。また、ガイド索に鉛直方向の張力を付与するために上記錘を用いる場合には、第１吊下ケーブルと第２吊下ケーブルとの間隔を十分に空けることにより、第１吊下ケーブル及び第２吊下ケーブルと水中航走体との干渉を回避することができる。

（１４）幾つかの実施形態では、上記（１２）又は（１３）に記載の水中航走体揚収システムにおいて、前記第１構造物及び前記第２構造物は、前記捕獲装置の姿勢を安定させるための少なくとも一つの安定翼をそれぞれ有する。

上記（１４）に記載の水中航走体揚収システムによれば、例えば安定翼として垂直翼を有する場合には、捕獲装置が母船に曳航された状態において捕獲装置の進行方位を容易に安定させることができる。また、安定翼として水平翼を有する場合には、捕獲装置に作用する水中重量と所定の船速（曳航速力）における抵抗、揚力、吊下ケーブル張力が釣り合った状態で捕獲装置の深度を安定させることができる。

（１５）幾つかの実施形態では、上記（１２）乃至（１４）の何れか１項に記載の水中航走体揚収システムにおいて、前記第１構造物及び前記第２構造物は、前記捕獲装置に作用する揚力を調節するためのフラップをそれぞれ有する。

上記（１５）に記載の水中航走体揚収システムによれば、捕獲装置の深度を簡易な構成で調節することができる。

（１６）幾つかの実施形態では、上記（７）乃至（１５）の何れか１項に記載の水中航走体揚収システムにおいて、前記水中航走体に設けられたソーナーと、前記水中航走体に設けられ、前記水中航走体の航走制御を行うよう構成された航走制御部と、を更に備え、前記ソーナーは、質問信号を発信しながら前記捕獲装置の相対位置を判定するアクティブ判定モードを実行可能に構成され、前記捕獲装置は前記ソーナーからの前記質問信号を検出した場合に応答信号を発信するよう構成された音響装置を含み、前記ソーナーは、前記アクティブ判定モードにおいて、前記質問信号の発信タイミング及び前記音響装置からの前記応答信号の到来タイミング並びに前記応答信号の到来方位に基づいて、前記捕獲装置の相対位置を判定するよう構成され、前記航走制御部は、前記ソーナーによって判定した前記捕獲装置の相対位置に基づいて、前記ガイド索を前記捕獲装置の前記所定位置へ誘導するように前記水中航走体の航走制御を行うよう構成される。

上記（１６）に記載の水中航走体揚収システムでは、アクティブ判定モードにてソーナーにより判定した捕獲装置の相対位置に基づいて、ガイド索を上記所定位置へ誘導するように水中航走体の航走制御を行うよう航走制御部が構成されている。このため、特許文献１に記載されるシステム（マニュピレータを遠隔操作して水中航走体におけるリング形状の保持金物を捕獲するシステム）と比較して、捕獲装置の操作員を不要とする又は捕獲装置の遠隔操作員の作業負荷を低減することができる。

（１７）幾つかの実施形態では、上記（１６）に記載の水中航走体揚収システムにおいて、前記音響装置によって発信される前記応答信号の周波数帯は、前記ソーナーによって発信される前記質問信号の周波数帯と異なる。

アクティブ判定モードの実行中には、ソーナーの送信音（質問信号）が海面やその他の周囲構造物（母船の船体等）で後方散乱した音波も該ソーナーに受信されるため、音響装置の送信音（応答信号）をソーナーによって検出する際に後方散乱波が障害になりやすい。

そこで、上記（１７）に記載の水中航走体揚収システムでは、音響装置によって発信される応答信号の周波数帯をソーナーによって発信される質問信号の周波数帯と異ならせている。これにより、上記後方散乱波が障害となるリスクが低減される。

（１８）幾つかの実施形態では、上記（１６）又は（１７）に記載の水中航走体揚収システムにおいて、前記母船に設けられ前記水中航走体の相対距離を計測可能な水中音響測位装置を更に備え、前記水中音響測位装置は、前記相対距離を示す情報を前記音響装置に送信するよう構成され、前記音響装置は、前記水中音響測位装置から送信された前記相対距離を示す情報における前記相対距離が前記基準距離以上である場合に、前記相対距離に対応する時間間隔でピンガー信号を発信するよう構成され、前記ソーナーは、前記ピンガー信号の前記時間間隔に対応する前記相対距離が前記基準距離以上である場合に、前記ピンガー信号の時間間隔及び前記ピンガー信号の到来方位に基づいて前記捕獲装置の相対位置を判定するパッシブ判定モードを実行するよう構成され、前記ソーナーは、前記ピンガー信号の前記時間間隔に対応する前記相対距離が前記基準距離を下回った場合に、前記パッシブ判定モードに替えて前記アクティブ判定モードを実行するよう構成される。

アクティブ判定モードの実行中には、音響装置は、母船の船尾付近の高雑音環境下でソーナーからの質問信号を検出する必要があるため、仮に、水中航走体と捕獲装置との相対距離が大きい場合（例えば上記相対距離が上記基準距離より大きい場合）にアクティブ判定モードを実行しようとすると、ソーナーによる質問信号の送波レベルを高めるなど設計上の制約条件が厳しくなる。これに対し、パッシブ判定モードでは、音響装置は、一方的にピンガー音を発信するだけで済み、母船の船尾付近の高雑音環境下でソーナーからの質問信号を検出する必要がない。

このため、上記（１８）に記載のように、水中音響測位装置によって計測した水中航走体の相対距離が基準距離以上の場合にパッシブ判定モードを実行し、該相対距離が基準距離を下回ったらアクティブ判定モードを実行することで、音響装置の仕様及びソーナーの仕様を簡素化することができる。また、母船から遠方に水中航走体があるときの水中航走体の初期誘導と、母船に水中航走体２が接近した際の水中航走体のターミナル誘導とをスムーズに切り替えて実現することができる。

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、操作員の作業を低減し又は操作員の作業を要することなく、水中航走体へ母船を迅速に揚収することを可能とする水中航走体揚収システムが提供される。

一実施形態に係る水中航走体揚収システムの全体構成を概略的に示す図である。 ガイド索及び浮標が航走の妨げとならないように、固定機構が浮標を水中航走体の表面又は内部に固定している状態を示す図である。 浮標を水中航走体の表面又は内部に固定した状態が解除されて、浮標が海中に放出された状態を示す図である。 水中航走体から鉛直上方向に向かって伸びた状態のガイド索を捕獲装置が捕獲した状態を示す図である。 一実施形態に係る水中航走体揚収システムの全体構成を概略的に示す図である。 ガイド索及び錘が航走の妨げとならないように、固定機構が錘を水中航走体の表面又は内部に固定している状態を示す図である。 錘を水中航走体の表面又は内部に固定した状態が解除されて、錘が海中に放出された状態を示す図である。 水中航走体から鉛直下方向に向かって伸びた状態のガイド索を捕獲装置が捕獲した状態を示す図である。 一実施形態に係る捕獲装置を模式的に示す上面図である。 図５に示した捕獲装置の側面図である。 図５に示した捕獲装置の背面図である。 一実施形態に係る捕獲装置を模式的に示す上面図である。 図８に示した捕獲装置の側面図である。 図８に示した捕獲装置の背面図である。 一実施形態に係る保持機構を模式的に示す上面図であり、案内機構によってガイド索が案内されている状態を示す図である。 図１１Ａに示した保持機構について、ガイド索が保持機構によって保持される所定位置に到達する直前の状態を示す図である。 図１１Ａに示した保持機構について、ガイド索が保持機構によって所定位置に保持されている状態を示す図である。 一実施形態に係る保持機構を模式的に示す上面図であり、案内機構によってガイド索が案内されている状態を示す図である。 図１２Ａに示した保持機構について、ガイド索が保持機構によって保持される所定位置に到達した状態を示す図である。 図１２Ａに示した保持機構について、ガイド索が保持機構によって所定位置に保持されている状態を示す図である。 アクティブ判定モードにおける捕獲装置の相対位置の判定手法について説明するための図である。 パッシブ判定モードにおける捕獲装置の相対位置の判定手法について説明するための図である。 一実施形態に係る捕獲装置を模式的に示す上面図である。 一実施形態に係る捕獲装置を模式的に示す上面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、一実施形態に係る水中航走体揚収システム１００（１００Ａ）の全体構成を概略的に示す図である。水中航走体揚収システム１００（１００Ａ）は、水中を航走可能な水中航走体２を母船１４に揚収するためのシステムであり、水中航走体２、ガイド索４、浮標６、捕獲装置８、少なくとも一本の吊下ケーブル１０、巻き上げ装置１２及び母船１４を備える。

水中航走体２は、例えば小型の自律型無人潜水機（ＡＵＶ：Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ）である。

ガイド索４は水中航走体２に接続されている。ガイド索４の上端には浮標６が取り付けられており、浮標６は、水中航走体２が水中を航走している状態においてガイド索４に鉛直方向成分（深度方向成分）を有する張力を付与可能に構成されている。浮標６は、水中航走体２が捕獲装置８とドッキングするために航走しているときの航走速力において、ガイド索４がおおよそ鉛直方向に張る程度の浮力、揚力及び抗力を有する材質と形状である。

捕獲装置８は、少なくとも一本の吊下ケーブル１０によって母船１４から吊下された状態で、該吊下ケーブル１０を介して母船１４によって曳航される。捕獲装置８は、母船１４によって曳航された状態において、ガイド索４を捕獲することにより水中航走体２を捕獲するよう構成されている。なお、後で詳述するが、水中航走体揚収システム１００では、捕獲装置８を水中航走体２へ向けて積極的に移動させて捕獲する方式ではなく、水中航走体２がガイド索４を捕獲装置８へ自律誘導する方式が採用される。

巻き上げ装置１２は、吊下ケーブル１０を巻き上げ可能に構成されており、捕獲装置８による水中航走体２の捕獲が完了した後に、吊下ケーブル１０を巻き上げることによって水中航走体２を母船１４に揚収する。巻き上げ装置１２は、例えばクレーン、ウインチ又はホイストであってもよい。なお、水中航走体２の母船１４への揚収は、捕獲装置８によって捕獲したガイド索４を母船１４の甲板上まで引き上げることによって行ってもよいし、ガイド索４の強度が不足している場合には、捕獲装置８によって捕獲したガイド索４を水面付近まで引き上げた後、より強度の高い不図示の揚収用引き上げ索を水中航走体２に接続して、該揚収用引き上げ索を用いて母船１４の甲板上まで引き上げてもよい。

水中航走体揚収システム１００（１００Ａ）によれば、鉛直方向成分を有する張力が浮標６によってガイド索４に付与され、ガイド索４が水中航走体２から鉛直上方向に向かって伸びた状態（張った状態）となる。このように、水中航走体２から鉛直上方向に向かって伸びた状態のガイド索４を捕獲装置８によって捕獲するため、特許文献１に記載されるシステム（マニュピレータを遠隔操作して水中航走体におけるリング形状の保持金物を捕獲するシステム）や特許文献２に記載されるシステム（水中航走体に設けられた捕捉アームに水中ステーションに設けられたＶ字状の補足部材を引っ掛けるシステム）と比較して、捕獲に要する鉛直方向（深度方向）の位置制御の許容偏差が大きくなり、捕獲装置８の深度が所定の値からずれたり波浪等によって時間的に変動する影響を受けにくいため、ドッキングの確実性が増す。さらに、捕獲装置８は、母船１４から吊下ケーブル１０によって吊下されるため、特許文献２に記載されるような比較的大規模な水中ステーションを水中航走体２の航走海域に設置する必要がなく、任意の海域に迅速に展開して水中航走体２を捕獲、揚収することができる。

また、水中航走体２が自律制御によって捕獲装置８とドッキングする方式であり、操作員は捕獲装置８をおおよそ一定の速度で曳航して所定の深度と所定の姿勢を保てば済むため、特許文献１のようなマニピュレータ方式と比べ操作員の作業負荷が低減する。

なお、図１に示す例示的な実施形態では、ガイド索４は分岐しており、分岐位置の下側において水中航走体２に複数箇所で接続している。一実施形態では、ガイド索４は、水中航走体２の長手方向ｊにおいて重心に対して一方側と他方側とに接続されていてもよい。これにより、水中航走体２の姿勢を安定させた状態で水中航走体を揚収することができる。

図２Ａ〜図２Ｃは、捕獲装置８に対する水中航走体２の接近に伴って、図１に示した浮標６が水中航走体２の表面又は内部から海中に放出（水中航走体２の表面から分離）される様子を示す図である。

一実施形態では、図２Ａ〜図２Ｃに示されるように、水中航走体揚収システム１００（１００Ａ）は、浮標６を水中航走体２の表面または内部に固定するための固定機構１６を更に備える。図２Ａに示すように、水中航走体２が捕獲装置８から比較的離れた位置を航走している通常の航走状態においては、固定機構１６は、ガイド索４の全部又は一部と浮標６とを航走の妨げとならないように水中航走体２の表面又は内部に固定するよう構成されている。図２Ｂに示すように、固定機構１６は、水中航走体２が捕獲装置８に接近して捕獲装置８とのドッキングタイミングが近づくと、浮標６を水中航走体２の表面又は内部に固定した状態を解除して浮標６を海中に放出する。これにより、鉛直方向成分を有する張力が浮標６によってガイド索４に付与され、ガイド索４が鉛直上方向に向かって伸びた状態（張った状態）となる。そして、図２Ｃに示すように、水中航走体２から鉛直上方向に向かって伸びた状態のガイド索４を捕獲装置８によって捕獲する。

このように、浮標を水中航走体の表面または内部に固定した状態を解除可能な固定機構１６を備えることにより、捕獲装置８によるガイド索４の捕獲時（水中航走体２と捕獲装置８とのドッキング時）にのみガイド索４や浮標６を海中に放出、展開することが可能となるため、通常の航走時にガイド索４や浮標６が航走の妨げにならないようにすることができる。

図３は、一実施形態に係る水中航走体揚収システム１００（１００Ｂ）の全体構成を概略的に示す図である。水中航走体揚収システム１００（１００Ｂ）が備える構成のうち、図１に示した水中航走体揚収システム１００（１００Ａ）が備える構成と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。図３に示す水中航走体揚収システム１００（１００Ｂ）は、ガイド索４に鉛直方向成分を有する張力を付与するための手段が図１に示す水中航走体揚収システム１００（１００Ａ）と異なる。すなわち、図１に示す水中航走体揚収システム１００（１００Ａ）は、ガイド索４に鉛直方向成分を有する張力を付与可能な浮標６を備えているが、図３に示す水中航走体揚収システム１００（１００Ｂ）は、浮標６の代わりに、ガイド索４に鉛直方向成分を有する張力を付与可能な錘７を備えている。

水中航走体揚収システム１００（１００Ｂ）によれば、鉛直方向成分（深度方向成分）を有する張力が錘７によってガイド索４に付与され、ガイド索４が水中航走体２から鉛直下方向に向かって伸びた状態（張った状態）となる。そして、水中航走体２から鉛直下方向に向かって伸びた状態のガイド索４を捕獲装置８によって捕獲するため、特許文献１に記載されるシステム（マニュピレータでリング形状の保持金物を捕獲するシステム）や特許文献２に記載されるシステム（水中航走体に設けられた捕捉アームに水中ステーションに設けられたＶ字状の補足部材を引っ掛けるシステム）と比較して、捕獲に要する鉛直方向の位置制御の許容偏差を大きくすることができ、捕獲装置８の操作員を不要とする又は捕獲装置８の操作員の作業負荷を低減することができる。

また、捕獲装置８は、母船１４から吊下ケーブル１０によって吊下されるため、特許文献２に記載されるような比較的大規模な水中ステーションを水中航走体２の航走海域に設置する必要がなく、任意の海域に迅速に展開して水中航走体２を捕獲、揚収することができる。また、水中航走体２には捕獲装置８とのドッキングのためのマニピュレータ等が不要であるため、水中航走体２の装置構成を簡素化し、水中航走体２を小型化することができる。また、水中航走体２と捕獲装置８とのドッキングを海面ではなく海中で行うことができるため、波浪の影響等が軽減され、ドッキングが容易である。

なお、水中航走体揚収システム１００（１００Ｂ）では、ガイド索４が水中航走体２から鉛直下方向に向かって伸びた状態となるため、捕獲装置８又は吊下ケーブル１０が水中航走体２と干渉しないような工夫が必要となる。このため、例えば、後で詳述するように、吊下ケーブル１０は、水中航走体２と干渉しないように互いに間隔を空けてそれぞれ延在する第１吊下ケーブル及び第２吊下ケーブルを含んでいてもよい。

図４Ａ〜図４Ｃは、捕獲装置８に対する水中航走体２の接近に伴って、図３に示した錘７が水中航走体２の表面又は内部から海中に放出（水中航走体２の表面から分離）される様子を示す図である。

一実施形態では、図４Ａ〜図４Ｃに示されるように、水中航走体揚収システム１００（１００Ｂ）は、錘７を水中航走体２の表面または内部に固定するための固定機構１６を更に備える。図４Ａに示すように、水中航走体２が捕獲装置８から比較的離れた位置を航走している通常の航走状態においては、固定機構１６は、ガイド索４の全部又は一部と錘７とを航走の妨げとならないように水中航走体２の表面（底面）又は内部に固定するよう構成されている。図４Ｂに示すように、固定機構１６は、水中航走体２が捕獲装置８に接近して捕獲装置８とのドッキングタイミングが近づくと、錘７を水中航走体２の表面又は内部に固定した状態を解除して錘７を海中に放出する。これにより、鉛直下方向成分を有する張力が錘７によってガイド索４に付与され、ガイド索４が鉛直下方向に向かって伸びた状態（張った状態）となる。そして、図４Ｃに示すように、水中航走体２から鉛直下方向に向かって伸びた状態のガイド索４を捕獲装置８によって捕獲する。

このように、錘７を水中航走体の表面または内部に固定した状態を解除可能な固定機構１６を備えることにより、捕獲装置８によるガイド索４の捕獲時（水中航走体２と捕獲装置８とのドッキング時）にのみガイド索４や錘７を海中に放出することが可能となるため、通常の航走時にガイド索４や錘７が航走の妨げにならないようにすることができる。

次に、図１〜図４Ｃ中の捕獲装置８の具体的構成例について、図５〜図１０を用いて幾つかの実施形態を説明する。
図５は、一実施形態に係る捕獲装置８（８Ａ）を模式的に示す上面図である。図６は、図５に示した捕獲装置８（８Ａ）の側面図である。図７は、図５に示した捕獲装置８（８Ａ）の背面図である。図８は、一実施形態に係る捕獲装置８（８Ｂ）を模式的に示す上面図である。図９は、図８に示した捕獲装置８（８Ｂ）の側面図である。図１０は、図８に示した捕獲装置８（８Ｂ）の背面図である。なお、捕獲装置８（８Ａ）は、図１〜図２Ｃに示した水中航走体揚収システム１００（１００Ａ）における捕獲装置８として採用してもよいし、図３〜図４Ｃに示した水中航走体揚収システム１００（１００Ｂ）における捕獲装置８として採用しても良い。また、捕獲装置８（８Ｂ）は、図１〜図２Ｃに示した水中航走体揚収システム１００（１００Ａ）における捕獲装置８として採用してもよいし、図３〜図４Ｃに示した水中航走体揚収システム１００（１００Ｂ）における捕獲装置８として採用しても良い。

幾つかの実施形態では、例えば図５及び図８に示すように、捕獲装置８（８Ａ，８Ｂ）は、ガイド索４を所定位置Ｐへ案内するための案内機構１８と、案内機構１８によって案内されたガイド索４を所定位置Ｐに保持する（ラッチする）ための保持機構２０（ラッチ機構）とを含む。案内機構１８は、第１案内部２２と、第１案内部２２と間隔をあけて配置された第２案内部２４とを有し、第１案内部２２と第２案内部２４との間隔は、所定位置Ｐに近づくにつれて小さくなっている。このため、ガイド索４は、案内機構１８の第１案内部２２又は第２案内部２４に沿って移動し、所定位置Ｐへ到達して保持機構２０によって保持される。

これにより、水中航走体２が案内機構１８に向かっておおよその航走制御を行えば、ガイド索４が案内機構１８に案内されて保持機構２０によって保持される所定位置Ｐに導かれるため、水中航走体２と捕獲装置８（８Ａ，８Ｂ）とのドッキングが容易となる。

幾つかの実施形態では、例えば図５及び図８に示すように、捕獲装置８（８Ａ，８Ｂ）は、第１構造物２６と、第１構造物２６に対して間隔を空けて並設された第２構造物２８と、第１構造物２６及び第２構造物２８を連結する第３構造物３０とを有する構造物組立体３２を含む。この場合、上述した第１案内部２２および第２案内部２４は、それぞれ、第１構造物２６と第２構造物２８の間に配置される。また、所定位置Ｐは、第１構造物２６と第２構造物２８の間に存在し、第１案内部２２及び第２案内部２４は、それぞれ、所定位置Ｐに対して第３構造物３０とは反対側に設けられる。

これにより、第１案内部２２及び第２案内部２４によるガイド索４の所定位置Ｐへの案内を妨げることなく、水中航走体２の揚収に要する捕獲装置８（８Ａ，８Ｂ）の剛性を構造物組立体３２によって確保することができる。

なお、図５及び図８に示す幾つかの実施形態では、案内機構１８は、第１案内板２３及び第２案内板２５を含んでいる。第１案内板２３及び第２案内板２５は、それぞれ、捕獲装置８が母船１４に曳航されている状態において鉛直方向を厚さ方向とする板状の部材である。第１案内板２３及び第２案内板２５は、互いの間に所定位置Ｐが存在するよう配置されている。第１案内板２３は、捕獲装置８の進行方向ｄ１における前方側で第３構造物３０に連結しており、進行方向ｄ１に直交する水平方向ｄ２における所定位置Ｐと反対側で第１構造物２６に連結している。第１案内部２２は、捕獲装置８の進行方向ｄ１における第１案内板２３の後端に設けられている。第２案内板２５は、捕獲装置８の進行方向ｄ１における前方側で第３構造物３０に連結しており、進行方向ｄ１に直交する水平方向ｄ２における所定位置Ｐと反対側で第２構造物２８に連結している。第２案内部２４は、捕獲装置８の進行方向ｄ１における第２案内板２５の後端に設けられている。なお、図示した実施形態では、案内機構１８の具体的構成として第１案内板２３及び第２案内板２５を例示したが、板状の部材に限定されず、梁状の部材であってもよい。

幾つかの実施形態では、例えば図５及び図８に示すように、吊下ケーブル１０は、所定位置Ｐよりも第１構造物２６側で構造物組立体３２に接続される第１吊下ケーブル４６と、所定位置Ｐよりも第２構造物２８側で構造物組立体３２に接続される第２吊下ケーブル４８とを含む。これにより、捕獲装置８（８Ａ，８Ｂ）の姿勢をより安定させることができる。

なお、上述した水中航走体揚収システム１００（１００Ｂ）に捕獲装置８（８Ａ，８Ｂ）を採用する場合においては、第１吊下ケーブル４６及び第２吊下ケーブル４８は、水中航走体２と干渉しないような間隔を互いに空けてそれぞれ延在するように、構造物組立体３２に接続することが望ましい。これにより、ガイド索４に鉛直方向の張力を付与するための錘を用いる場合であっても、吊下ケーブル１０（第１吊下ケーブル４６及び第２吊下ケーブル４８）と水中航走体２との干渉を回避することができる。

また、吊下ケーブル１０のうち少なくとも一本（第１吊下ケーブル４６及び第２吊下ケーブル４８）は、捕獲装置８に設置される電装品（例えば後述する音響装置５６）の電源ライン及び信号ラインを兼ねていてもよい。すなわち、吊下ケーブル１０のうち少なくとも一本は、電源ライン及び信号ラインのそれ自体から構成されていてもよく、電源ライン及び信号ラインをその一部に含むように構成されていてもよい。

一実施形態では、例えば図５〜図７に示すように、第１構造物２６及び第２構造物２８は、それぞれ、捕獲装置８の進行方向ｄ１に沿った軸線を有する円柱状の構造物である。第３構造物３０は、該軸線に直交する水平方向ｄ２に延在する板状の構造物である。板状の第３構造物３０の鉛直方向の厚みＤ３は、第１構造物２６と第３構造物との連結位置での第１構造物２６の外径Ｅ１より小さく、第２構造物２８と第３構造物３０との接続位置での第２構造物の外径Ｅ２より小さい。

一実施形態では、例えば図５〜図７に示すように、第１構造物２６及び第２構造物２８は、捕獲装置８の姿勢を安定させるための少なくとも一つの安定翼３４をそれぞれ有する。安定翼３４として垂直翼３６（例えば垂直尾翼）を有する場合には、捕獲装置８が母船１４に曳航された状態において捕獲装置８の進行方位を容易に安定させることができる。また、安定翼３４として水平翼３８を有する場合には、捕獲装置８に作用する水中重量と所定の船速（曳航速力）における抵抗、揚力、吊下ケーブル張力が釣り合った状態で捕獲装置８の深度を安定させることができる。図示した実施形態では、水平翼３８は、第１構造物２６及び第２構造物２８の外側（第３構造物３０との連結位置と反対側）に設けられている。

一実施形態では、垂直翼３６及び水平翼３８の少なくとも一方を操舵翼とし、捕獲装置８に設けられた不図示の深度センサ及び姿勢センサの出力に基づいて該操舵翼を制御することにより、適切な深度を維持するための深度制御及び姿勢をより安定化させるためのヨー、ピッチ、ロール姿勢制御を行っても良い。すなわち、垂直翼３６及び水平翼３８の少なくとも一方の翼角を不図示のアクチュエータによって可変な構成とし、深度センサ及び姿勢センサの出力に基づいてアクチュエータを制御するようにしても良い。これにより、装置構成は複雑化するが、天候不良で海面が荒れて母船１４の船体が動揺した場合でも、捕獲装置８の深度が安定し、動揺がある程度抑制されるため、ドッキングの確実性が向上する。

一実施形態では、例えば図８〜図１０に示すように、第１構造物２６及び第２構造物２８は、それぞれ、捕獲装置８の進行方向ｄ１を長手方向とし、進行方向に直交する水平方向ｄ２を短手方向とし、鉛直方向を厚さ方向とする板状の構造物である。第３構造物３０は、該進行方向に直交する水平方向に延在する柱状の構造物である。柱状の第３構造物３０の鉛直方向の厚みＤ３は、板状の第１構造物２６の鉛直方向の厚みＤ１より大きく、板状の第２構造物２８の鉛直方向の厚みＤ２より大きい。

一実施形態では、例えば図８〜図１０に示すように、捕獲装置８の進行方向ｄ１における第１構造物２６の後端及び第２構造物２８の後端には、捕獲装置８に作用する揚力を調節するためのフラップ４４が設けられている。図示した実施形態では、フラップ４４は、鉛直方向（板状の第１構造物２６及び第２構造物２８における厚さ方向）に回動可能なように、第１構造物２６の後端及び第２構造物２８の後端に連結されている。これにより、捕獲装置８の深度を簡易な構成で調節することができる。

図１１Ａ〜図１１Ｃは、図５及び図８に示した保持機構２０の具体的構成例である保持機構２０（２０Ａ）を模式的に示す上面図であり、図１１Ａは、案内機構１８によってガイド索４が案内されている様子を示しており、図１１Ｂは、ガイド索４が保持機構２０（２０Ａ）によって保持される所定位置Ｐに到達する直前の様子を示しており、図１１Ｃは、ガイド索４が保持機構２０（２０Ａ）によって所定位置Ｐに保持されている様子を示している。

一実施形態では、例えば図１１Ａ〜図１１Ｃに示すように、保持機構２０（２０Ａ）は、所定位置Ｐからのガイド索４の抜け出しを防止するための抜け止め部２１（２１Ａ）を有する。ここで、抜け止め部２１（２１Ａ）は、案内機構１８側から所定位置Ｐ側へのガイド索４の進入方向Ｉの力に対する剛性が、所定位置Ｐ側から案内機構１８側へのガイド索４の抜け出し方向Ｏの力に対する剛性より小さい。すなわち、抜け止め部２１（２１Ａ）は、案内機構１８側から所定位置Ｐ側へのガイド索４の侵入方向Ｉへ撓みやすく、所定位置Ｐ側から案内機構１８側へのガイド索４の抜け出し方向Ｏへ撓み難い。図示した実施形態では、抜け止め部２１（２１Ａ）は、第１案内板２３及び第２案内板２５の各々から互いに対向して突出するように設けられた一対の先細り形状部から構成されている。このため、ガイド索４の張力と抜け止め部２１（２１Ａ）の剛性のバランスを適切に設定することにより、簡易な構成でガイド索４を所定位置Ｐに自動的に（操作員による特段の操作を要することなく）保持することができる。なお、図１１Ａ〜図１１Ｃに示す実施形態では、第３構造物３０、第１案内板２３、第２案内板２５、抜け止め部２１（２１Ａ）によって保持機構２０（２０Ａ）が構成される。また、抜け止め部２１（２１Ａ）は、第１案内板２３と第２案内板２５にそれぞれ一つずつ設けられている例を示したが、第１案内板２３と第２案内板２５の何れか一方にのみ設けてもよい。

図１２Ａ〜図１２Ｃは、図５及び図８に示した保持機構２０の具体的構成例である保持機構２０（２０Ｂ）を模式的に示す上面図であり、図１２Ａは、案内機構１８によってガイド索４が案内されている様子を示しており、図１２Ｂは、ガイド索４が保持機構２０（２０Ｂ）によって保持される所定位置Ｐに到達した様子を示しており、図１２Ｃは、ガイド索４が保持機構２０（２０Ｂ）によって所定位置Ｐに保持されている様子を示している。

一実施形態では、例えば図１２Ａ〜図１２Ｃに示すように、保持機構２０（２０Ｂ）は、所定位置からのガイド索４の抜け出しを防止するための抜け止め部２１（２１Ｂ）と、アクチュエータ３３とを有する。アクチュエータ３３は、抜け止め部２１（２１Ｂ）を、案内機構１８に案内されたガイド索４の所定位置Ｐへの侵入を許容する許容位置（図１２Ａにおける抜け止め部２１の位置）と、所定位置Ｐからのガイド索４の抜け出しを禁止する禁止位置（図１２Ｃにおける抜け止め部２１の位置）とに移動させるためのアクチュエータ３３と、を有する。図示する実施形態では、抜け止め部２１（２１Ｂ）は、第１案内部材２５に設けられており、許容位置から第２案内部材２３の方向に移動することで禁止位置に移動する。抜け止め部２１（２１Ｂ）は、禁止位置にあるときに第１案内部材２５から第２案内部材２５に亘って延在していてもよい。図１１Ａ〜図１１Ｃに示す実施形態では、第３構造物３０、第１案内板２３、第２案内板２５、及び抜け止め部２１（２１Ｂ）によって保持機構２０（２０Ｂ）が構成される。

保持機構２０（２０Ｂ）によれば、保持機構２０（２０Ａ）と比較すると構造は複雑化するが、ガイド索４の張力と抜け止め部２１の剛性のバランスを設定する必要がなく、ガイド索４を所定位置Ｐにより確実に保持することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図５、図７、図８及び図１０に示すように、捕獲装置８（８Ａ，８Ｂ）は、所定位置Ｐを撮影するための水中カメラ５０を含む。

これにより、ガイド索４が保持機構２０（２０Ａ，２０Ｂ）によって所定位置Ｐに確実に保持されているか否かを水中カメラ５０の撮影内容から遠隔操作員が把握できるため、確実に保持されていることを確認した上で巻き上げ装置１２による吊下ケーブル１０の巻き上げを行うことができる。また、保持機構２０（２０Ｂ）においては、ガイド索４が所定位置Ｐに到達したことを水中カメラ５０の撮影内容から遠隔操作員が把握できるため、抜け止め部２１（２１Ｂ）を上記許容位置から上記禁止位置へ移動させるタイミングを遠隔操作員が判断することができる。ただし、所定位置Ｐにガイド索４が到達したことを検知する不図示のセンサを保持機構２０（２０Ａ，２０Ｂ）に設けておき、該センサによって所定位置Ｐにガイド索４が到達したことが検知された場合に、抜け止め部２１（２１Ｂ）が自動的に上記許容位置から上記禁止位置へ移動するよう構成してもよい。

次に、水中航走体２によってガイド索４を捕獲装置８へ自律誘導するために上述の水中航走体揚収システム１００（１００Ａ，１００Ｂ）が備える構成について説明する。

幾つかの実施形態では、例えば図１及び図３に示すように、水中航走体揚収システム１００（１００Ａ，１００Ｂ）は、水中航走体２に設けられたソーナー５２と、水中航走体２に設けられ、水中航走体２の航走制御を行うよう構成された航走制御部５４と、捕獲装置８に設けられた音響装置５６とを更に備える。航走制御部５４は、ソーナー５２によって判定した捕獲装置８の相対位置（相対距離及び相対方位）に基づいて、ガイド索４を上記所定位置Ｐへ誘導するように水中航走体２の航走制御を行うよう構成されている。航走制御部５４は、水中航走体２の進行方向の正面に捕獲装置８が位置する状態で、母船１４の速力を上回る速力で母船１４の後方から捕獲装置を追尾するように航走制御を行ってもよいし、母船１４と正対して互いに接近するように航走制御を行ってもよい。なお、水中航走体２が母船１４と正対して互いに接近するように航走制御を行う場合は、図１５及び図１６に示すように、第３構造物３０と案内機構１８との前後方向の位置関係が、図５及び図８における位置関係とは逆になるように捕獲装置８（８Ａ，８Ｂ）を構成すればよい。すなわち、捕獲装置８（８Ａ，８Ｂ）の進行方向において、案内機構１８の入口側が前方を向くように（吊下ケーブル４６，４８が延びる方向と案内機構１８の入口方向が同方向となるように）、第３構造物３０の前方に案内機構１８を設ければよい。

図１及び図３に示すソーナー５２は、水中航走体２の前方に配置されており、質問信号を発信しながら捕獲装置８の相対位置を判定するアクティブ判定モードを実行可能に構成されている。音響装置５６は、ソーナー５２からの質問信号を検出した場合に応答信号を発信するよう構成されている。ソーナー５２は、アクティブ判定モードにおいて、質問信号の発信タイミング及び音響装置５６からの応答信号の到来タイミング並びに応答信号の到来方位（水平方位及び垂直方位）に基づいて、捕獲装置８の相対位置（相対距離および相対方位）を判定するよう構成されている。なお、音響装置５６は、例えば図７及び図１０に示すように、水中航走体２の進行方向に直交する水平方向ｄ２において第３構造物３０の中央に設けられていても良い。これにより、所定位置Ｐへの水中航走体２の誘導を正確に行うことができる。

ここで、図１３を用いて、アクティブ判定モードにおける捕獲装置８の相対位置の判定手法についてより詳細に説明する。

図１３において、タイミングｔ１に水中航走体２のソーナー５２が質問信号Ｓｑ（パルス）を発信すると、タイミングｔ２に捕獲装置８の音響装置５６が質問信号Ｓｑを受信する。音響装置５６は、タイミングｔ２に質問信号Ｓｑを受信すると、音響装置５６に固有の応答遅れτの経過後のタイミングｔ３に応答信号Ｓａ（パルス）を発信する。そして、ソーナー５２が、タイミングｔ４に応答信号Ｓａを受信する。

ここで、ソーナー５２が質問信号Ｓｑを発信するタイミングｔ１から、該質問信号Ｓｑに対する応答信号Ｓａをソーナー５２が受信するタイミングｔ４までの時間をＴ（＝ｔ４−ｔ１）とし、水中の音速をｃとすると、音響装置５６に固有の応答遅れτは時間Ｔに対して十分に小さいため、水中航走体２と捕獲装置８との相対距離Ｒ１（ソーナー５２と音響装置５６との距離）は、以下の（式１）にて近似することができる。
Ｒ１＝ｃＴ／２ （式１）

したがって、ソーナー５２は、質問信号Ｓｑを発信してから該質問信号Ｓｑに対する応答信号Ｓａを受信するまでの時間Ｔと、既知の水中音速ｃとを上記（式１）に代入して、水中航走体２と捕獲装置８との相対距離Ｒ１を算出することができる。また、ソーナー５２は、応答信号Ｓａの到来方位に基づいて、捕獲装置８の相対方位を判定することができる。

幾つかの実施形態では、水中航走体２が自律障害物回避のために前方障害物探知ソーナーを有している場合には、該前方障害物探知ソーナーを上記ソーナー５２として使用してもよい。また、水中航走体２が海底観測や海底面捜索などを任務とする水中航走体であれば、海底起伏に追従して適切な海底高度を維持するために、前下方の測深を行うソーナーを有している場合があるため、この前下方測深ソーナーを上記ソーナー５２として使用してもよい。このように、自律航走のために水中航走体が本来的に備えるソーナーを捕獲装置８の音響装置５６を探知するためのソーナー５２として利用することにより、音響装置５６の探知のための専用のソーナーを新たに設ける必要がなくなるため、水中航走体２の構成を簡素化することができる。

なお、アクティブ判定モードの実行中には、ソーナー５２の送信音（質問信号Ｓｑ）が海面やその他の周囲構造物（母船１４の船体等）で後方散乱した音波も該ソーナー５２に受信されるため、音響装置５６の送信音（応答信号Ｓａ）をソーナー５２によって検出する際に後方散乱波が障害になりやすい。

そこで、音響装置５６によって発信される応答信号Ｓａの周波数帯は、ソーナー５２によって発信される質問信号Ｓｑの周波数帯と異なっていてもよい。例えば、ソーナー５２が上述した前方障害物探知ソーナーまたは前下方測深ソーナーであれば、前方障害物探知または前下方測深のために使用する通常の周波数帯とは異なる周波数帯でソーナー５２が質問信号を送信し、音響装置５６が上記通常の周波数帯で応答信号を返信してもよい。あるいは、ソーナー５２が上記通常の周波数帯で質問信号を送信し、音響装置５６が上記通常の周波数帯とは異なる周波数帯で応答信号を返信してもよい。

このように、音響装置５６によって発信される応答信号Ｓａの周波数帯と、ソーナー５２によって発信される質問信号Ｓｑの周波数帯とを異ならせることにより、上記後方散乱波が障害となるリスクが低減される。

幾つかの実施形態では、例えば図１及び図３に示すように、水中航走体揚収システム１００（１００Ａ，１００ｂ）は、母船１４に設けられ水中航走体２の相対位置（相対距離Ｒ２及び相対方位）を計測可能な水中音響測位装置５８を更に備える。水中音響測位装置５８による水通航走体２の相対位置の計測は、例えばＳＳＢＬ（Ｓｕｐｅｒ
Ｓｈｏｒｔ Ｂａｓｅ Ｌｉｎｅ）方式等の既知の手法によって行われる。

水中音響測位装置５８は、該水中音響測位装置５８と水中航走体２との相対距離Ｒ２を示す情報を音響装置５６に送信するよう構成されている。音響装置５６は、水中音響測位装置５８から送信された相対距離Ｒ２を示す情報における相対距離Ｒ２が基準距離Ｒｔｈ以上である場合に、図１４に示すように、相対距離Ｒ２に対応（連動）する時間間隔Ｔｐ（パルス間隔）でピンガー信号Ｓｐを発信するよう構成されている。

ソーナー５２は、音響装置５６からピンガー信号Ｓｐを受信している場合（音響装置５６から受信したピンガー信号Ｓｐの時間間隔Ｔｐに対応する相対距離Ｒ２が基準距離Ｒｔｈ以上である場合）に、ピンガー信号Ｓｐの時間間隔Ｔｐ及びピンガー信号Ｓｐの到来方位に基づいて捕獲装置８の相対位置（相対距離及び相対方位）を判定するパッシブ判定モードを実行するよう構成されている。ここで、ソーナー５２は、音響装置５６から受信したピンガー信号Ｓｐの時間間隔Ｔｐに基づいて捕獲装置８の相対距離を判定し、音響装置５６から受信したピンガー信号Ｓｐの到来方位から捕獲装置８の相対方位を判定する。

ソーナー５２は、音響装置５６からのピンガー信号Ｓｐがソーナー５２によって受信されなくなった場合（ピンガー信号Ｓｐの時間間隔Ｔｐに対応する相対距離Ｒ２が基準距離Ｒｔｈを下回った場合）に、パッシブ判定モードに替えて上述のアクティブ判定モードを実行するよう構成されている。すなわち、母船１４の水中音響測位装置５８で計測した水中航走体２の相対距離Ｒ２がある程度小さくなったら、音響装置５６は自動的にピンガー信号の発信を停止し、ソーナー５２による水中航走体２の相対位置判定は、自動的にパッシブ判定モードからアクティブ判定モードに切り替わる。

アクティブ判定モードの実行中には、音響装置５６は、母船１４の船尾付近の高雑音環境下でソーナー５２からの質問信号を検出する必要があるため、仮に、水中航走体２と捕獲装置８との相対距離が大きい場合（例えば上記相対距離Ｒ２が基準距離Ｒｔｈより大きい場合）にアクティブ判定モードを実行しようとすると、ソーナー５２による質問信号の送波レベルを高めるなど設計上の制約条件が厳しくなる。これに対し、パッシブ判定モードでは、音響装置５６は、一方的にピンガー音を発信するだけで済み、母船１４の船尾付近の高雑音環境下でソーナー５２からの質問信号を検出する必要がない。

このため、上述のように、水中音響測位装置５８によって計測した水中航走体２の相対距離Ｒ２が基準距離Ｒｔｈ以上の場合にパッシブ判定モードを実行し、相対距離Ｒ２が基準距離Ｒｔｈを下回ったらアクティブ判定モードを実行することで、音響装置５６の仕様及びソーナー５２の仕様を簡素化することができる。また、母船１４から遠方に水中航走体２があるときの水中航走体２の初期誘導と、母船１４に水中航走体２が接近した際の水中航走体２のターミナル誘導とをスムーズに切り替えて実現することができる。

以上のように、航走制御部５４は、アクティブ判定モード又はパッシブ判定モードにてソーナー５２により判定した捕獲装置８の相対位置に基づいて、ガイド索４を上記所定位置Ｐへ誘導するように水中航走体２の航走制御を行うよう構成されている。このため、特許文献１に記載されるシステム（マニュピレータを遠隔操作して水中航走体におけるリング形状の保持金物を捕獲するシステム）と比較して、捕獲装置８の操作員を不要とする又は捕獲装置８の遠隔操作員の作業負荷を低減することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

２ 水中航走体
４ ガイド索
６ 浮標
７ 錘
８ 捕獲装置
１０ 吊下ケーブル
１２ 巻き上げ装置
１４ 母船
１６ 固定機構
１８ 案内機構
２０ 保持機構
２１ 抜け止め部
２２ 第１案内部
２３ 第１案内板
２４ 第２案内部
２５ 第２案内板
２６ 第１構造物
２８ 第２構造物
３０ 第３構造物
３２ 構造物組立体
３３ アクチュエータ
３４ 安定翼
３６ 垂直翼
３８ 水平翼
４４ フラップ
４６ 第１吊下ケーブル
４８ 第２吊下ケーブル
５０ 水中カメラ
５２ ソーナー
５４ 航走制御部
５６ 音響装置
５８ 水中音響測位装置
１００ 水中航走体揚収システム

Claims (18)

1. 水中を航走可能な水中航走体を母船に揚収するための水中航走体揚収システムであって、
   前記水中航走体に接続されたガイド索と、
   前記水中航走体が水中を航走している状態において前記ガイド索に鉛直方向成分を有する張力を付与可能な浮標又は錘と、
   前記ガイド索を捕獲するための捕獲装置と、
   前記捕獲装置を前記母船から吊下するための少なくとも一本の吊下ケーブルと、
   前記母船に設置され、前記少なくとも一本の吊下ケーブルを巻き上げるための巻き上げ装置と、
   を備える水中航走体揚収システム。
2. 前記浮標又は前記錘を前記水中航走体の表面または内部に固定するための固定機構を更に備え、
   前記固定機構は、前記浮標又は前記錘を前記水中航走体の前記表面又は前記内部に固定した状態を解除可能に構成された請求項１に記載の水中航走体揚収システム。
3. 前記水中航走体が水中を航走している状態において前記ガイド索に鉛直方向成分を有する張力を付与可能な前記浮標を備える請求項１又は２に記載の水中航走体揚収システム。
4. 前記水中航走体が水中を航走している状態において前記ガイド索に鉛直方向成分を有する張力を付与可能な前記錘を備える請求項１又は２に記載の水中航走体揚収システム。
5. 前記少なくとも一本の吊下ケーブルは、前記水中航走体と干渉しないように互いに間隔を空けてそれぞれ延在する第１吊下ケーブル及び第２吊下ケーブルを含む請求項４に記載の水中航走体揚収システム。
6. 前記捕獲装置は、該捕獲装置の姿勢を安定させるための少なくとも一つの安定翼を含む請求項１乃至５の何れか１項に記載の水中航走体揚収システム。
7. 前記捕獲装置は、前記ガイド索を所定位置へ案内するための案内機構と、前記案内機構によって案内された前記ガイド索を前記所定位置に保持するための保持機構とを含む請求項１乃至６の何れか１項に記載の水中航走体揚収システム。
8. 前記保持機構は、前記所定位置からの前記ガイド索の抜け出しを防止するための抜け止め部を有し、前記抜け止め部は、前記案内機構側から前記所定位置側への前記ガイド索の侵入方向の力に対する剛性が、前記所定位置側から前記案内機構側への前記ガイド索の抜け出し方向の力に対する剛性より小さい請求項６又は７に記載の水中航走体揚収システム。
9. 前記保持機構は、
   前記所定位置からの前記ガイド索の抜け出しを防止するための抜け止め部と、
   前記抜け止め部を、前記案内機構に案内された前記ガイド索の前記所定位置への侵入を許容する許容位置と、前記所定位置からの前記ガイド索の抜け出しを禁止する禁止位置とに移動させるためのアクチュエータと、
   を有する請求項６又は７に記載の水中航走体揚収システム。
10. 前記捕獲装置は、前記所定位置を撮影するための水中カメラを含む請求項７乃至９の何れか１項に記載の水中航走体揚収システム。
11. 前記案内機構は、第１案内部と、前記第１案内部と間隔をあけて配置された第２案内部とを有し、前記第１案内部と前記第２案内部との間隔は、前記所定位置に近づくにつれて小さくなる請求項７乃至１０の何れか１項に記載の水中航走体揚収システム。
12. 前記捕獲装置は、第１構造物と、前記第１構造物に対して間隔を空けて並設された第２構造物と、前記第１構造物及び前記第２構造物を連結する第３構造物とを有する構造物組立体を含み、
    前記第１案内部および前記第２案内部は、それぞれ、前記第１構造物と前記第２構造物の間に配置され、
    前記所定位置は、前記第１構造物と前記第２構造物の間に存在し、
    前記第１案内部及び前記第２案内部は、それぞれ、前記所定位置に対して前記第３構造物とは反対側に設けられる請求項１１に記載の水中航走体揚収システム。
13. 前記少なくとも一本の吊下ケーブルは、前記所定位置よりも前記第１構造物側で前記構造物組立体に接続される第１吊下ケーブルと、前記所定位置よりも前記第２構造物側で前記構造物組立体に接続される第２吊下ケーブルとを含む請求項１２に記載の水中航走体揚収システム。
14. 前記第１構造物及び前記第２構造物は、前記捕獲装置の姿勢を安定させるための少なくとも一つの安定翼をそれぞれ有する請求項１２又は１３に記載の水中航走体揚収システム。
15. 前記第１構造物及び前記第２構造物は、前記捕獲装置に作用する揚力を調節するためのフラップをそれぞれ有する請求項１２乃至１４の何れか１項に記載の水中航走体揚収システム。
16. 前記水中航走体に設けられたソーナーと、前記水中航走体に設けられ、前記水中航走体の航走制御を行うよう構成された航走制御部と、を更に備え、
    前記ソーナーは、質問信号を発信しながら前記捕獲装置の相対位置を判定するアクティブ判定モードを実行可能に構成され、
    前記捕獲装置は前記ソーナーからの前記質問信号を検出した場合に応答信号を発信するよう構成された音響装置を含み、
    前記ソーナーは、前記アクティブ判定モードにおいて、前記質問信号の発信タイミング及び前記音響装置からの前記応答信号の到来タイミング並びに前記応答信号の到来方位に基づいて、前記捕獲装置の相対位置を判定するよう構成され、
    前記航走制御部は、前記ソーナーによって判定した前記捕獲装置の相対位置に基づいて、前記ガイド索を前記捕獲装置の前記所定位置へ誘導するように前記水中航走体の航走制御を行うよう構成された請求項７乃至１５の何れか１項に記載の水中航走体揚収システム。
17. 前記音響装置によって発信される前記応答信号の周波数帯は、前記ソーナーによって発信される前記質問信号の周波数帯と異なる請求項１６に記載の水中航走体揚収システム。
18. 前記母船に設けられ前記水中航走体の相対距離を計測可能な水中音響測位装置を更に備え、
    前記水中音響測位装置は、前記相対距離を示す情報を前記音響装置に送信するよう構成され、
    前記音響装置は、前記水中音響測位装置から送信された前記相対距離を示す情報における前記相対距離が前記基準距離以上である場合に、前記相対距離に対応する時間間隔でピンガー信号を発信するよう構成され、
    前記ソーナーは、前記ピンガー信号の前記時間間隔に対応する前記相対距離が前記基準距離以上である場合に、前記ピンガー信号の時間間隔及び前記ピンガー信号の到来方位に基づいて前記捕獲装置の相対位置を判定するパッシブ判定モードを実行するよう構成され、
    前記ソーナーは、前記ピンガー信号の前記時間間隔に対応する前記相対距離が前記基準距離を下回った場合に、前記パッシブ判定モードに替えて前記アクティブ判定モードを実行するよう構成された請求項１６又は１７に記載の水中航走体揚収システム。
    
    

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