JP6282688B2 - 係留気球 - Google Patents

Description

本発明は、係留気球に関する。

災害等で基地局の動作が停止した場合に、基地局の機能を代替する中継局を搭載した気球を係留することにより、動作を停止した基地局がカバーしていたエリアの通信障害を解消することが知られている（例えば、特許文献１及び２を参照）。

特開２０１６−００２９７３号公報 特開２０１６−００７８９９号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載される係留気球は、天候の急変、係留索の切断及び巻取装置の故障等の異常事態が発生したときに、係留された気球を緊急降下させることは容易ではない。

本発明は、このような課題を解決するものであり、異常事態が発生したときに、係留された気球を緊急降下させることが可能な係留気球を提供することを目的とする。

上記目的を実現するため、本発明に係る係留気球は、空気よりも比重が小さい気体を収容する第１収容室と、空気を収容する第２収容室と、回転翼を有し、回転翼を回転させて、第２収容室と外部との間で空気を出し入れするブロアと、第１収容室と第２収容室とを隔離する隔離膜と、を有する気球と、隔離膜を切断可能な切断部材と、気球を緊急降下させる指示を示す緊急降下指示信号の受信に応じて、隔離膜の切断指示を示す切断指示信号を切断部材に出力する切断指示部と、一端が気球の表面に接続された係留索と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る係留気球は、緊急降下指示信号を受信する前は、回転翼を第１方向に回転させ、緊急降下指示信号を受信した後は、回転翼を第１方向と反対の第２方向に回転させるブロア制御部を更に有することが好ましい。

また、本発明に係る係留気球では、ブロア制御部は、緊急降下指示信号を受信した後に、所定の条件が成立したときに、回転翼の回転方向を第２方向から第１方向に戻すことが好ましい。

また、本発明に係る係留気球では、所定の条件は、気球の下降速度、緊急降下指示信号を受信してからの経過時間、及び第１収容室又は第２収容室の内部圧力の何れかに基づいて決定されることが好ましい。

本発明によれば、異常事態が発生したときに、係留された気球を緊急降下させることが可能になった。

第１実施形態に係る係留気球の斜視図である。 図１に示す気球の本体部及びペイロード用ドームの断面図である。 図２に示すブロアの斜視図である。 図３に示すブロアの回転翼の回転方向、及び第２収容室の室内圧力と空気の流れの関係を説明するための図であり、（ａ）は第１状態を示し、（ｂ）は第２状態を示し、（ｃ）は第３状態を示す。 図２に示す隔離膜の部分拡大図である。 図１に示す巻取装置及び第１制御装置の電気的な接続関係を示す図である。 図２に示すブロア、電熱線、及び第２制御装置の電気的な接続関係を示す図である。 （ａ）は図１に示す係留気球による気球係留処理のフローチャートであり、（ｂ）は図１に示す係留気球による気球収容処理のフローチャートである。 図１に示す係留気球による緊急下降処理シーケンスを示す図である。 第２実施形態に係る係留気球におけるブロア、電熱線及び第２制御装置の電気的な接続関係を示す図である。 第２実施形態に係る係留気球による緊急下降処理シーケンスを示す図である。 第２実施形態に係る係留気球において気球が緊急降下するときの時間と気球の高度との関係を示す図である。 変形例に係る係留気球における電熱線の配置形状の一例を示す図である。

以下の図面を参照して、本発明に係る係留気球について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明との均等物に及ぶ点に留意されたい。

実施形態に係る係留気球は、異常事態が発生したときに、ヘリウムが収容される第１収容室と、ブロアを介して空気を出し入れすることで体積が調整可能な第２収容室との間を隔離する隔離膜を切断する。実施形態に係る係留気球は、第１収容室と第２収容室との間を隔離する隔離膜を切断することで、第１収容室に収容されたヘリウムを第２収容室及びブロアを介して外部に放出することで気球を緊急降下できる。実施形態に係る係留気球は、気球の内部に配置される隔離膜を切断して気球を緊急降下させるので、降雨等の係留気球の環境条件にかかわらず、気球を緊急降下させることができる。

（第１実施形態に係る係留気球の構成及び機能）
図１は、第１実施形態に係る係留気球の斜視図である。

係留気球１は、気球１０と、係留索２０と、着陸装置３０と、巻取装置４０と、第１制御装置５０とを有する。

気球１０は、本体部１１と、ペイロード用ドーム１２と、スクープ１３とを有する。本体部１１は、気球１０が係留されるとき、扁平球状の形状を有する。ペイロード用ドーム１２は、有底の円筒状の部材であり、底部が本体部１１に接するように配置される。スクープ１３は、姿勢安定膜とも称され、一方の面から他方の面に空気を透過するように編み込まれたポリエステルにより形成される可撓性の面を有する膜材であり、本体部１１の外袋に接合される。

図２は、気球１０の本体部１１及びペイロード用ドーム１２の断面図である。図２において、一点鎖線は電気信号を通信可能なケーブルを示す。

本体部１１は、合成繊維等の堅固、軽量且つ風を通さない材料で形成される外袋１４と、外袋１４に内包された内袋１５１と、内袋１５１に内包され、第１収容室１５３と第２収容室１５４とを隔離する隔離膜１５２とを有する。内袋１５１及び隔離膜１５２は、外袋１４と比較して強度及び耐久性が低く且つ軽量な材料により形成される。例えば、内袋１５１及び隔離膜１５２は、プラスチックフィルムを溶着することにより形成される。第１収容室１５３はヘリウムガスが充填され、第２収容室１５４は空気が充填される。第２収容室１５４は、バロネットとも称され、第２収容室１５４の内部圧力を一定に維持することで、第１収容室１５３の体積と第２収容室１５４の体積の合計の体積を一定にし、本体部１１の形状を一定に維持する。本体部１１は、ブロア１６と、電熱線１７と、第１配線１８１〜第３配線１８３とを更に有する。ブロア１６は、一端が第２収容室１５４に配置され且つ他端が気球１０の外袋１４の外部に配置され、第２収容室１５４と気球１０の外袋１４の外部との間で空気を出し入れする。電熱線１７は、気球１０を緊急降下させることを示す緊急球降下信号の受信に応じて、隔離膜１５２を切断する切断部材である。

ペイロード用ドーム１２は、第２制御装置６０と、中継局１０１とが配置される。第２制御装置６０は、第１配線１８１及び第２配線１８２を介して電熱線１７と接続されると共に、第３配線１８３を介してブロア１６と接続される。中継局１０１は、不図示の中継用アンテナ及び対移動局用アンテナを有し、通信可能なエリア内に位置する携帯端末との間の通信網を形成する。第２制御装置６０、及び中継局１０１は、不図示の電源供給線を介して地表に配置された電源装置（不図示）から電源電圧が供給される。

図３は、ブロア１６の斜視図である。

ブロア１６は、ブロア筐体１６０と、ブロアモータ１６１と、回転軸１６２と、回転翼１６３とを有する軸流送風機である。

ブロア筐体１６０は、円筒状の外形を有し、ブロアモータ１６１、回転軸１６２、及び回転翼１６３が内部に配置されると共に、一端から他端に貫通する通気孔１６４が形成される。ブロアモータ１６１は、第３配線１８３を介して第２制御装置６０に接続され、第２制御装置６０から入力される回転指示信号に応じて回転する。ブロアモータ１６１は、第１方向に回転する指示を示す第１回転指示信号が入力されたときに第１方向に回転し、第１方向と反対の第２方向に回転する指示を示す第２回転指示信号が入力されたときに第２方向に回転する。回転軸１６２は、一端にブロアモータ１６１が接続され、他端に回転翼１６３が接続され、ブロアモータ１６１の回転を回転翼１６３に伝達する。回転翼１６３は、ブロアモータ１６１が第１方向に回転するとき、図３において矢印Ａで示される第１方向に回転する。一方、回転翼１６３は、ブロアモータ１６１が第２方向に回転するとき、矢印Ａで示される第１方向とは反対の第２方向に回転する。

図４は回転翼１６３の回転方向、及び第２収容室１５４の室内圧力と空気の流れの関係を説明するための図であり、図４（ａ）は第１状態を示し、図４（ｂ）は第２状態を示し、図４（ｃ）は第３状態を示す。

図４（ａ）に示す第１状態では、回転翼１６３は矢印Ａで示される第１方向に回転し、第２収容室１５４の室内圧力Ｐ₂はしきい値圧力Ｐ_th未満である。第２収容室１５４の室内圧力Ｐ₂がしきい値圧力Ｐ_th未満であるとき、ブロア１６の回転翼１６３が第１方向に回転することに応じて、空気は気球１０の外部から第２収容室１５４の室内に供給される。空気が気球１０の外部から第２収容室１５４の室内に供給されることに応じて、第２収容室１５４の室内圧力Ｐ₂は上昇する。

図４（ｂ）に示す第２状態のように、第２収容室１５４の室内圧力Ｐ₂が上昇して、所定のしきい値圧力Ｐ_thに達すると、第２収容室の室内圧力とブロア１６の押込圧力とが平衡する。第２収容室の室内圧力Ｐ₂とブロア１６の押込圧力とが平衡すると、ブロア１６の回転翼１６３が第１方向に回転するにもかかわらず、空気は気球１０の外部から第２収容室１５４の室内に供給されない。

第１収容室１５３に収容されるヘリウムは、係留中の気球１０の周囲の温度が上昇したときに、第１収容室１５３の室内圧力Ｐ₁が高くなり破裂することを防止するために、気球１０が係留されるときに第１収容室１５３の室内圧力Ｐ₁が若干低くなるように外袋１４の体積以下で充填される。また、ヘリウムの体積は、気球１０が係留される高度の気圧及び気球１０の周囲の温度等の環境条件に応じて変動するため、第１収容室１５３の体積は気球１０の環境条件に応じて変動する。第１収容室１５３の体積が大きくなると、隔離膜１５２が第２収容室１５４側に移動して第２収容室１５４の体積が小さくなるので、第２収容室１５４の室内圧力Ｐ₂が高くなる。一方、第１収容室１５３の体積が小さくなると、隔離膜１５２が第１収容室１５３側に移動して第２収容室１５４の体積が大きくなるので、第２収容室１５４の室内圧力Ｐ₂が低くなる。

第２収容室１５４の室内圧力Ｐ₂がしきい値圧力Ｐ_thよりも低くなると、ブロア１６の回転翼１６３の第１方向の回転に応じて、空気が気球１０の外部から第２収容室１５４に供給されて、第２収容室１５４の室内圧力Ｐ₂は、しきい値圧力Ｐ_thまで上昇する。ブロア１６の回転翼１６３が第１方向に回転することで、第２収容室１５４の室内圧力Ｐ₂がしきい値圧力Ｐ_thに維持される。第２収容室１５４の室内圧力Ｐ₂がしきい値圧力Ｐ_thに維持されることで、第１収容室１５３に収容されるヘリウムの体積の変動にかかわらず、第１収容室１５３の体積と第２収容室１５４の体積の合計の体積が一定に維持される。本体部１１は、ブロア１６が第１収容室１５３の体積と第２収容室１５４の体積の合計の体積を一定に維持することで、第１収容室１５３に収容されるヘリウムの体積の変動にかかわらず、扁平球状の形状を維持する。

図４（ｃ）に示す第３状態では、回転翼１６３は矢印Ｂで示される第２方向に回転する。ブロア１６の回転翼１６３が第２方向に回転するとき、第２収容室１５４の室内圧力Ｐ₂にかかわらず、第２収容室１５４の室内の空気は、気球１０の外部に放出される。

図５は、隔離膜１５２の部分拡大図である。

電熱線１７は、隔離膜１５２の表面上に直線状に延伸して配置される。電熱線１７の一端は第１配線１８１の一端が接続され、電熱線１７の他端は第２配線１８２の一端が接続される。第１配線１８１及び第２配線１８２の他端は、第２制御装置６０に接続される。電熱線１７は、第２制御装置６０から第１配線１８１及び第２配線１８２を介して加熱電流が供給されると、発熱する。電熱線１７が発熱して、電熱線１７の周囲の温度が隔離膜１５２の溶解温度以上になると、隔離膜１５２は、電熱線１７に沿って直線状に溶解して切断される。

係留索２０は、主係留索２１と、第１副係留索２２と、第２副係留索２３と、第３副係留索２４と、結節部２５を有する。一例では、係留索２０の全長は１００ｍ程度である。主係留索２１の一端は、第１副係留索２２、第２副係留索２３及び第３副係留索２４と結節部２５を介して接合され、第１副係留索２２、第２副係留索２３及び第３副係留索２４の他端は気球１０の本体部１１の表面に接合される。

着陸装置３０は、着陸台３１と、固定部材３２と、四面ローラ３３と、第１ローラ３４と、第２ローラ３５とを有する。着陸台３１は、気球１０の収容時に気球１０を支持する内径４ｍ程度のリング状の受け部と受け部を支持する脚部とを形成するエアチューブである。気球１０は、収納位置に収納されるときに、着陸台３１に着陸する。着陸台３１の重量は３０ｋｇ程度である。固定部材３２は、一端が着陸台３１の脚部に接続され、他端が地表等の固定面に接続され、着陸台３１を固定面に固定する。

四面ローラ３３は、内側に索通過口が形成され、気球１０の上昇に伴って係留索２０が巻取装置４０から巻き出されるとき、及び気球１０の下降に伴って係留索２０が巻取装置４０に巻き取られるときに、索通過口を通る係留索２０を摺動自在に案内する。

第１ローラ３４及び第２ローラ３５は、回転可能な円柱状の案内部を有し、気球１０の上昇に伴って係留索２０が巻取装置４０から巻き出されるとき、及び気球１０の下降に伴って係留索２０が巻取装置４０に巻き取られるときに、案内部が回転する。第１ローラ３４及び第２ローラ３５は、四面ローラ３３と巻取装置４０との間に配置され、係留索２０を所望の方向に案内する。

図６は、巻取装置４０及び第１制御装置５０の電気的な接続関係を示す図である。図６において、一点鎖線は電気信号を通信可能なケーブルを示す。

巻取装置４０は、筐体４１と、巻取モータ４２と、減速機４３と、ドラム４４と、係留索長センサ４５とを有する。筐体４１は、鋼材で形成された直方体形状の枠状部材であり、巻取モータ４２、減速機４３、ドラム４４及び係留索長センサ４５のそれぞれを所定の位置に固定する。巻取モータ４２は、電気信号を通信可能なケーブル４６を介して第１制御装置５０に接続され、第１制御装置５０から送信される制御信号に応じて、第１方向又は第１方向と反対の第２方向に回転する。減速機４３は、巻取モータ４２とドラム４４との間に配置され、巻取モータ４２の回転を減速しながらドラム４４に伝達する。ドラム４４は、巻取モータ４２が第１方向に回転することに応じて係留索２０を巻き出し、巻取モータ４２が第２方向に回転することに応じて係留索２０を巻き取る。係留索長センサ４５は、係留索２０の巻き出し及び巻き取りに応じて回転する回転部材４５１を有し、巻取装置４０が巻き出した係留索２０の巻出長及び巻取装置４０が巻き取った係留索２０の巻取長を測定する。係留索長センサ４５は、測定した巻出長を示す気球高度信号を、ケーブル４６を介して第１制御装置５０に出力する。

第１制御装置５０は、第１無線通信部５１と、第１有線通信部５２と、第１記憶部５３と、入力部５４と、出力部５５と、第１処理部５６とを有する。第１制御装置５０は、巻取装置４０を制御して、係留索２０を巻き出して気球１０を所定の高度で係留する共に、係留索２０を巻き取って気球１０を着陸台３１上の収納位置に収納する。

第１無線通信部５１は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）等の通信方式に従った無線通信を行うためのインターフェース回路を有し、アンテナ５７を介して第２制御装置６０との間で無線通信を行う。第１無線通信部５１は、気球１０を緊急降下させることを示す緊急降下信号を第２制御装置６０に送信する。

第１有線通信部５２は、ケーブル４６を介して巻取モータ４２及び係留索長センサ４５に接続される。第１有線通信部５２は、イーサネット（登録商標）等の通信方式に従った有線通信を行うためのインターフェース回路を有し、巻取モータ４２及び係留索長センサ４５との間で有線通信を行う。第１有線通信部５２は、係留索長センサ４５から入力された収納信号を第１処理部５６に供給する。また、第１処理部５６から取得した制御信号を巻取モータ４２に出力する。

第１記憶部５３は、例えば、半導体メモリ、磁気ディスク装置及び光ディスク装置の内の少なくとも一つを有する。第１記憶部５３は、第１処理部５６による処理に用いられるドライバプログラム、オペレーティングシステムプログラム、アプリケーションプログラム、データ等を記憶する。例えば、第１記憶部５３は、ドライバプログラムとして、第１無線通信部５１及び第１有線通信部５２を制御する通信デバイスドライバプログラム等を記憶する。また、第１記憶部５３は、気球１０を所定の高度に係留する係留処理を実行する気球係留プログラムを記憶する。さらに、第１記憶部５３は、所定の高度に係留されていた気球１０を収納する収納処理を実行する気球収納プログラムを記憶する。コンピュータプログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な可搬型記録媒体から、公知のセットアッププログラム等を用いて第１記憶部５３にインストールされてもよい。

入力部５４は、データの入力が可能であればどのようなデバイスでもよく、例えば、タッチパネル、キーボード等である。オペレータは、入力部５４を用いて、文字、数字、記号等を入力することができる。入力部５４は、オペレータにより操作されると、その操作に対応する信号を生成する。そして、生成された信号は、オペレータの指示として、第１処理部５６に供給される。例えば、入力部５４は、気球１０を所定の高度に係留するためのオペレータによる操作に応じて、気球１０を係留することを示す気球係留指示信号を生成し、第１処理部５６に出力する。また、入力部５４は、気球１０を収納するためのオペレータによる操作に応じて、気球１０を収納することを示す気球収納指示信号を生成し、第１処理部５６に出力する。また、入力部５４は、気球１０を緊急降下させるためのオペレータによる操作に応じて、気球１０を緊急降下させる指示を示す緊急降下指示信号を生成し、第１処理部５６に出力する。

出力部５５は、映像や画像等の表示が可能であればどのようなデバイスでもよく、例えば、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬ（Electro−Luminescence）ディスプレイ等である。出力部５５は、第１処理部５６から供給された映像データに応じた映像や、画像データに応じた画像等を表示する。

第１処理部５６は、一又は複数個のプロセッサ及びその周辺回路を備える。第１処理部５６は、第１制御装置５０の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えば、ＣＰＵである。第１処理部５６は、第１制御装置５０の各種処理が第１記憶部５３に記憶されているプログラム等に基づいて適切な手順で実行されるように、第１無線通信部５１及び第１有線通信部５２等の動作を制御する。第１処理部５６は、第１記憶部５３に記憶されているオペレーティングシステムプログラムやドライバプログラム、アプリケーションプログラム等のプログラムに基づいて処理を実行する。また、第１処理部５６は、アプリケーションプログラム等の複数のプログラムを並列に実行することができる。

第１処理部５６は、第１指示取得部５６１と、気球昇降指示部５６２と、巻出停止指示部５６３と、巻取停止指示部５６４と、緊急降下指示部５６５とを有する。第１処理部５６が有するこれらの各部は、第１処理部５６が有するプロセッサ上で実行されるプログラムによって実装される機能モジュールである。あるいは、第１処理部５６が有するこれらの各部は、独立した集積回路、マイクロプロセッサ、又はファームウェアとして第１制御装置５０に実装されてもよい。

図７は、ブロア１６、電熱線１７、及び第２制御装置６０の電気的な接続関係を示す図である。図７において、一点鎖線は電気信号を通信可能なケーブルを示す。

第２制御装置６０は、第２無線通信部６１と、第２有線通信部６２と、第２記憶部６３と、通電部６４と、第２処理部６５とを有する。第２制御装置６０は、ブロア１６を制御すると共に、第１制御装置５０から緊急降下信号が送信されることに応じて、電熱線１７に加熱電流を流して隔離膜１５２を切断する。

第２無線通信部６１は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）等の通信方式に従った無線通信を行うためのインターフェース回路を有し、アンテナ６６を介して第１制御装置５０の第１無線通信部５１との間で無線通信を行う。第２無線通信部６１は、気球１０を緊急降下させることを示す緊急降下信号を第１制御装置５０の第１無線通信部５１から受信する。

第２有線通信部６２は、第３配線１８３を介してブロア１６に接続される。第１有線通信部５２は、イーサネット（登録商標）等の通信方式に従った有線通信を行うためのインターフェース回路を有し、ブロア１６との間で有線通信を行う。第２有線通信部６２は、第２処理部６５から取得したブロア制御信号をブロア１６に出力する。

第２記憶部６３は、例えば、半導体メモリ、磁気ディスク装置及び光ディスク装置の内の少なくとも一つを有する。第２記憶部６３は、第２処理部６５による処理に用いられるドライバプログラム、オペレーティングシステムプログラム、アプリケーションプログラム、データ等を記憶する。例えば、第２記憶部６３は、ドライバプログラムとして、第２無線通信部６１及び第２有線通信部６２を制御する通信デバイスドライバプログラム等を記憶する。また、第２記憶部６３は、気球１０を緊急降下させる緊急降下処理を実行する気球係留プログラムを記憶する。コンピュータプログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な可搬型記録媒体から、公知のセットアッププログラム等を用いて第２記憶部６３にインストールされてもよい。

通電部６４は、電熱線１７に加熱電流を流すことを示す加熱指示信号が第２処理部６５から入力されると、第１配線１８１及び第２配線を介して電熱線１７に加熱電流を流す。

第２処理部６５は、一又は複数個のプロセッサ及びその周辺回路を備える。第２処理部６５は、第２制御装置６０の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えば、ＣＰＵである。第２処理部６５は、第２制御装置６０の各種処理が第２記憶部６３に記憶されているプログラム等に基づいて適切な手順で実行されるように、第２無線通信部６１及び第２有線通信部６２等の動作を制御する。第２処理部６５は、第２記憶部６３に記憶されているオペレーティングシステムプログラムやドライバプログラム、アプリケーションプログラム等のプログラムに基づいて処理を実行する。また、第２処理部６５は、アプリケーションプログラム等の複数のプログラムを並列に実行することができる。

第２処理部６５は、第２指示取得部６５１と、加熱指示部６５２と、ブロア制御部６５３とを有する。第１処理部５６が有するこれらの各部は、第１処理部５６が有するプロセッサ上で実行されるプログラムによって実装される機能モジュールである。あるいは、第２処理部６５が有するこれらの各部は、独立した集積回路、マイクロプロセッサ、又はファームウェアとして第２制御装置６０に実装されてもよい。

図８（ａ）は係留気球１による気球係留処理のフローチャートであり、図８（ｂ）は係留気球１による気球収納処理のフローチャートである。図８（ａ）に示す気球係留処理及び図８（ｂ）に示す気球収納処理は、予め第１記憶部５３に記憶されているプログラムに基づいて、主に第１処理部５６により、係留気球１の各要素と協働して実行される。

（第１実施形態に係る係留気球による気球係留処理）
まず、第１指示取得部５６１は、気球１０を所定の高度に係留するためのオペレータによる操作に応じて入力部５４から入力される気球係留指示信号を取得する（Ｓ１０１）。次いで、気球昇降指示部５６２は、気球１０を上昇させるために、巻取モータ４２を第１方向に回転させることを示す制御信号を巻取モータ４２に出力する（Ｓ１０２）。巻取モータ４２は、第１方向に回転させることを示す制御信号の入力に応じて第１方向に回転し、巻取モータ４２が第１方向に回転することに応じて、係留索２０がドラム４４から巻き出される。係留索２０がドラム４４から巻き出されることに応じて、気球１０は上昇する。

次いで、気球昇降指示部５６２は、第１無線通信部５１及び第２無線通信部６１を介して、ブロア起動信号を第２制御装置６０に送信する（Ｓ１０３）。第２指示取得部６５１がブロア起動信号を取得すると、ブロア制御部６５３は、ブロア１６の回転翼１６３を第１方向に回転させるブロア制御信号をブロア１６に出力する。ブロア１６の回転翼１６３は、ブロア１６の回転翼１６３を第１方向に回転させるブロア制御信号の入力に応じて第１方向への回転を開始する。

そして、巻出停止指示部５６３は、係留索長センサ４５から入力される気球高度信号に対応する気球１０の高度が所定の高度に達したときに、係留索２０の巻き出しを停止する指示を示す巻出停止指示信号を巻取モータ４２に出力する（Ｓ１０４）。巻取モータ４２は、巻出停止指示信号が入力されると、係留索２０の巻き出しを停止する。

（第１実施形態に係る係留気球による気球収納処理）
まず、第１指示取得部５６１は、気球１０を収納するためのオペレータによる操作に応じて入力部５４から入力される気球収納指示信号を取得する（Ｓ２０１）。次いで、気球昇降指示部５６２は、気球１０を下降させるために、巻取モータ４２を第２方向に回転させることを示す制御信号を巻取モータ４２に出力する（Ｓ２０２）。巻取モータ４２は、第２方向に回転させることを示す制御信号の入力に応じて第２方向に回転し、巻取モータ４２が第２方向に回転することに応じて、係留索２０がドラム４４に巻き取られる。係留索２０がドラム４４に巻き取られることに応じて、気球１０は下降する。

次いで、巻取停止指示部５６４は、係留索長センサ４５からの気球高度信号に対応する高度が、気球１０が着陸台３１に着陸する高度になったときに、係留索２０の巻き取りを停止する指示を示す巻取停止指示信号を巻取モータ４２に出力する（Ｓ２０３）。巻取モータ４２は、巻出停止指示信号が入力されると、係留索２０の巻き出しを停止する。

そして、気球昇降指示部５６２は、第１無線通信部５１及び第２無線通信部６１を介して、ブロア停止信号を第２制御装置６０に送信する（Ｓ２０４）。第２指示取得部６５１がブロア停止信号を取得すると、ブロア制御部６５３は、ブロア１６の回転翼１６３の回転を停止することを示すブロア制御信号をブロア１６に出力する。ブロア１６の回転翼１６３の回転は、回転翼１６３の回転を停止することを示すブロア制御信号の入力に応じて停止する。

（第１実施形態に係る係留気球による緊急下降処理）
図９は係留気球１による緊急下降処理シーケンスを示す図である。図９に示す緊急下降処理は、予め第１記憶部５３及び第２記憶部６３に記憶されているプログラムに基づいて、主に第１処理部５６及び第２処理部６５により、係留気球１の各要素と協働して実行される。

まず、第１指示取得部５６１は、気球１０を緊急降下させるためのオペレータによる操作に応じて入力部５４から入力される緊急降下指示信号を取得する（Ｓ３０１）。次いで、緊急降下指示部５６５は、第１無線通信部５１及び第２無線通信部６１を介して、緊急降下指示信号を第２制御装置６０に送信する（Ｓ３０２）。

次いで、第２指示取得部６５１は、第１制御装置５０から第１無線通信部５１及び第２無線通信部６１を介して送信された緊急降下指示信号を受信する（Ｓ３０３）。次いで、加熱指示部６５２は、電熱線１７に加熱電流を流すことを示す加熱指示信号を通電部６４に出力する（Ｓ３０４）。通電部６４は、電熱線１７に加熱電流を流すことを示す加熱指示信号が第２処理部６５から入力されると、第１配線１８１及び第２配線を介して電熱線１７に加熱電流を流す。電熱線１７は、加熱電流が流れることにより発熱し、隔離膜１５２は、電熱線１７に沿って直線状に溶解して切断される。

そして、ブロア制御部６５３は、ブロア１６の回転翼１６３の回転方向を第１方向から第２方向に反転させることを示すブロア制御信号をブロア１６に出力する（Ｓ３０５）。ブロア１６の回転翼１６３の回転方向は、第１方向から第２方向に反転させることを示すブロア制御信号の入力に応じて第１方向から第２方向に反転する。ブロア１６の回転翼１６３の回転方向が第１方向から第２方向に反転することで、第１収容室に収容されたヘリウムは、電熱線１７が切断した切断部、第２収容室１５４及びブロア１６の通気孔１６４を介して気球１０の外部に放出される。第１収容室に収容されたヘリウムが気球１０の外部に放出されることで、気球１０は浮力が低下して早急に降下することができる。

（第１実施形態に係る係留気球の作用効果）
係留気球１は、気球１０の緊急降下を指示されたときに、ヘリウムを収容する第１収容室１５３と空気を収容する第２収容室１５４とを隔離する隔離する隔離膜１５２を切断する。隔離膜１５２が切断されると、第１収容室１５３に収容されたヘリウムは、電熱線１７が切断した切断部、第２収容室１５４及びブロア１６の通気孔１６４を介して気球１０の外部に放出される。係留気球１は、気球１０の緊急降下を指示されたときに、第１収容室１５３から気球１０の外部にヘリウムを放出することで、気球１０を早急に降下させることができる。また、係留気球１は、気球１０の内部にある隔離膜１５２を切断して気球１０を緊急降下させるので、降雨及び着雪等の影響を受けることなく、気球１０から外部にヘリウムを放出して気球１０を緊急降下させることができる。

また、係留気球１は、気球１０の内部に配置される隔離膜１５２を切断して気球１０を緊急降下させるので、降雨等の係留気球１の環境条件にかかわらず、気球１０の外部にヘリウムを放出して気球１０を緊急降下させることができる。

また、係留気球１は、気球１０の緊急降下を指示されたときに、ブロア１６の回転翼１６３の回転方向を第１方向から第２方向に反転させることで、第１収容室１５３に収容されたヘリウムを早急に放出することができる。

（第２実施形態に係る係留気球の構成及び機能）
第２実施形態に係る係留気球は、第２制御装置７０を第２制御装置６０の代わりに有することが第１実施形態に係る係留気球１と相違する。また、第２実施形態に係る係留気球は、高度センサ７１を有することが第１実施形態に係る係留気球１と更に相違する。第２制御装置７０及び高度センサ７１以外の第２実施形態に係る係留気球の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された係留気球１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

図１０は、ブロア１６、電熱線１７、第２制御装置７０及び高度センサ７１の電気的な接続関係を示す図である。図１０において、一点鎖線は電気信号を通信可能なケーブルを示す。

第２制御装置７０は、第２処理部７５を第２処理部６５の代わりに有することが第２制御装置６０と相違する。第２処理部７５は、ブロア制御部７５３をブロア制御部６５３の代わりに有することが第２処理部６５と相違する。また、第２処理部７５は、下降速度検知部７５４を有することが第２処理部６５と更に相違する。ブロア制御部７５３及び下降速度検知部７５４以外の第２制御装置７０の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された第２制御装置６０の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

高度センサ７１は、グローバル・ポジショニング・システム（Global Positioning System、ＧＰＳ）又は気圧高度計により地表からの高度を測定して、測定した高度を示す気球高度信号を第２制御装置７０に送信する。

（第２実施形態に係る係留気球による緊急下降処理）
図１１は係留気球１による緊急下降処理シーケンスを示す図である。図１１に示す緊急下降処理は、予め第１記憶部５３及び第２記憶部６３に記憶されているプログラムに基づいて、主に第１処理部５６及び第２処理部７５により、係留気球１の各要素と協働して実行される。

Ｓ４０１〜Ｓ４０５の処理は、Ｓ３０１〜Ｓ３０５の処理と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。Ｓ４０６において、下降速度検知部７５４は、気球１０の降下速度が所定のしきい値速度に達したことを検知する（Ｓ４０６）。具体的には、下降速度検知部７５４は、高度センサ７１が測定した高度の単位時間当たりの変化量から気球１０の下降速度を演算し、演算した下降速度が所定のしきい値速度に達したときに、気球１０の降下速度が所定のしきい値速度に達したと判断する。

そして、ブロア制御部７５３は、ブロア１６の回転翼１６３の回転方向を第２方向から第１方向に戻すことを示すブロア制御信号をブロア１６に出力する（Ｓ４０７）。

（第２実施形態に係る係留気球の作用効果）
第２実施形態に係る係留気球は、気球１０の降下速度が所定のしきい値速度に達したときに、ブロア１６の回転翼１６３の回転方向を第２方向から第１方向に戻すことにより、気球１０の浮力が急激に低下して気球１０が急速に落下することを防止する。すなわち、第２実施形態に係る係留気球は、気球１０の降下速度が所定のしきい値速度に達したときに、ブロア１６の回転翼１６３の回転方向を第２方向から第１方向に戻すことにより、気球１０をハードランディングさせずにソフトランディングさせる。

図１２は、第２実施形態に係る係留気球において気球１０が緊急降下するときの時間と気球１０の高度との関係を示す図である。図１２において、横軸は時間を示し、縦軸は気球１０の高度を示す。

図１２では、時間ｔ₁において、電熱線１７が発熱して隔離膜１５２が切断されると共に、ブロア１６の回転翼１６３の回転方向が第２方向に反転して、気球１０の外部へのヘリウムの放出が開始される。時間ｔ₂において、気球１０の下降速度が所定のしきい値速度に達したことが検知されて、ブロア１６の回転翼１６３の回転方向が第１方向に戻り、気球１０の外部へのヘリウムの放出が止まる。時間ｔ₂においてヘリウムの放出が止まることで、気球１０は、ある程度の浮力を維持しながら降下することができるので、気球１０が地上に落下するときに、気球１０に搭載される中継局１０１等の機器が破損することを防止することができる。

（実施形態に係る係留気球の変形例）
第１実施形態及び第２実施形態に係る係留気球では、第１収容室１５３にはヘリウムが収容されるが、実施形態に係る係留気球では、第１収容室１５３には水素などの空気よりも比重が小さい他の気体が収納されてもよい。

また、第１実施形態及び第２実施形態に係る係留気球では、電熱線１７は、隔離膜１５２の表面上に直線状に延伸して配置される。しかしながら、実施形態に係る係留気球では、電熱線の配線形状は、曲線状等他の形状としてもよい。

図１３は、変形例に係る係留気球における電熱線の配置形状の一例を示す図である。

電熱線１７０は、それぞれの一端が第１配線１８１及び第２配線１８２に接続される一対の直線部１７１及び１７２と、両端が一対の直線部１７１及び１７２のそれぞれに接続される円弧部１７３とを有する。

電熱線１７０は、隔離膜１５２を切断する切断部の長さが切断開始点と切断終了点との間の外袋１４の表面上の最短距離である電熱線１７と異なり、隔離膜１５２を切断する切断部の長さが切断開始点と切断終了点との間の外袋１４の表面上の最短距離よりも長い。変形例に係る係留気球では、隔離膜１５２を切断する切断部の長さを切断開始点と切断終了点との間の外袋１４の表面上の最短距離よりも長くすることで、隔離膜１５２を切断した切断部をヘリウムが通過し易くなる。電熱線１７０により切断された隔離膜１５２の切断部は、円弧部１７３に対応する部分が第２収容室１５４側に倒れ込むことにより第１収容室に収容されたヘリウムが第２収容室に通過し易くなる。

また、第１実施形態及び第２実施形態に係る係留気球では、隔離膜１５２を切断する切断部材として電熱線１７が採用されるが、実施形態に係る係留気球では、隔離膜１５２を切断する切断部材は、カッタ等の隔離膜１５２を切断可能な他の部材としてもよい。カッタ等の隔離膜１５２を切断可能な切断部材は、気球１０を緊急降下させる指示を示す緊急降下指示信号の受信に応じて、切断指示部から入力される隔離膜１５２の切断指示を示す切断指示信号に対応する切断指示に応じて隔離膜１５２を切断する。

また、第２実施形態に係る係留気球では、気球の下降速度が所定のしきい値速度に達することを条件として、回転翼１６３の回転方向を第２方向から第１方向に戻す。しかしながら、実施形態に係る係留気球では、緊急降下指示信号を受信してからの経過時間以外の他の条件が成立したときに、回転翼１６３の回転方向を第２方向から第１方向に戻してもよい。例えば、実施形態に係る係留気球では、緊急降下指示信号を受信してから所定の待機時間を経過したときに、回転翼１６３の回転方向を第２方向から第１方向に戻してもよい。また、実施形態に係る係留気球では、第１収容室１５３又は第２収容室１５４の内部圧力を測定し、測定された内部圧力が所定のしきい値圧力に低下したときに、回転翼１６３の回転方向を第２方向から第１方向に戻してもよい。また、第２実施形態に係る係留気球では、高度センサ７１としてＧＰＳ又は気圧高度計が例示されるが、三点測量により高度を測定する機器を高度センサとして搭載してもよい。

１ 係留気球
１０ 気球
１１ 本体部
１２ ペイロード用ドーム
１４ 外袋
１５１ 内袋
１５２ 隔離膜
１５３ 第１収容室
１５４ 第２収容室
１６ ブロア
１７ 電熱線

Claims (4)

1. 空気よりも比重が小さい気体を収容する第１収容室と、
   空気を収容する第２収容室と、
   回転翼を有し、前記回転翼を回転させて、前記第２収容室と外部との間で空気を出し入れするブロアと、
   前記第１収容室と前記第２収容室とを隔離する隔離膜と、を有する気球と、
   前記隔離膜を切断可能な切断部材と、
   前記気球を緊急降下させる指示を示す緊急降下指示信号の受信に応じて、前記隔離膜の切断指示を示す切断指示信号を前記切断部材に出力する切断指示部と、
   一端が前記気球の表面に接続された係留索と、を有することを特徴とする係留気球。
2. 前記緊急降下指示信号を受信する前は、前記回転翼を第１方向に回転させ、前記緊急降下指示信号を受信した後は、前記回転翼を前記第１方向と反対の第２方向に回転させるブロア制御部を更に有する、請求項１に記載の係留気球。
3. 前記ブロア制御部は、前記緊急降下指示信号を受信した後に、所定の条件が成立したときに、前記回転翼の回転方向を前記第２方向から前記第１方向に戻す、請求項２に記載の係留気球。
4. 前記所定の条件は、前記気球の下降速度、前記緊急降下指示信号を受信してからの経過時間、及び前記第１収容室又は前記第２収容室の内部圧力の何れかに基づいて決定される、請求項３に記載の係留気球。

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