NASA ERAST プログラム

環境研究航空機およびセンサー技術（ERAST）プログラムは、高度60,000フィート（18,000メートル）以上の高度で長期間の科学ミッションを実行できる、費用対効果の高い低速飛行の無人航空機（UAV）を開発するためのNASAプログラムでした。このプロジェクトには、NASAと産業界の共同ERASTアライアンスによって実施されたいくつかの技術開発プログラムが含まれていました。このプロジェクトは2003年に正式に終了しました。^[1]

NASA によると、「ERAST は、上層大気科学ミッションを目的とした遠隔操縦航空機の新ファミリーの航空技術とセンサー技術を開発する数年にわたる取り組みでした。60,000 ～ 100,000 フィート (18,000 ～ 30,000 メートル) の高度で長時間低速で巡航するように設計されたこのような航空機は、環境データを収集、識別、監視して地球規模の気候変動を評価し、気象監視と予報を支援するために使用できます。また、空中通信プラットフォームとして機能し、衛星を宇宙に打ち上げるコストのほんの一部で通信衛星と同様の機能を実行できます。」^[2]

ERAST プログラムは、NASA 本部の航空宇宙輸送技術局が後援し、NASAドライデン飛行研究センターが管理していました。カリフォルニア州モフェットフィールドのNASAエイムズ研究センターがセンサー技術の開発を指揮しました。オハイオ州クリーブランドのNASAルイス研究センターとバージニア州ハンプトンのNASAラングレー研究センターは、推進、構造、システム分析の分野で専門知識を提供しました。ALTUS の開発元であるゼネラル アトミックス航空システムズ社を含むいくつかの小規模なハイテク航空開発企業が、プログラムの共通目標に向けて取り組むために ERAST アライアンスで NASA とチームを組みました。" ^[2]

ERASTアライアンスの業界パートナーには、Aurora Flight Sciences、AeroVironment、General Atomics、Scaled Composites、Thermo-Mechanical Systems、Hyperspectral Sciences、Longitude 122 Westなどが含まれています。^[1]

ERASTプロジェクトは、1992年から1994年の間にNASA本部が立ち上げた3つの大規模な航空産業パートナーシップのうちの1つでした。^[3]このパートナーシップは、米国商務省が半導体産業向けに確立した前例であるSematechに基づき、当初NASAの宇宙商業化プログラム向けに提案された、複数当事者によるR&Dパートナーシップの業界モデルに基づいていました。^[4] ERASTプロジェクトでは、NASA当局が技術商業化政策の目的を満たすために採用し、ERAST参加者によってプログラムの技術的成功の重要な要因であると評価された革新的な共同スポンサー研究契約（JSRA）を使用しました。JSRAは、迅速な技術開発の進歩のために協力を最大限に高めるために、柔軟なチーム編成、費用分担、知的財産の共有を許可したNASAの宇宙法協定権限に基づいていました。ERASTに対する連邦政府の拠出金は4,220万ドルと報告され、民間部門の拠出金は、人員、機器、背景の知的財産の現物拠出とともに3万ドルと報告されました。^[5] ERAST JSRAは、アメリカンテクノロジーアライアンス（AmTech）が設計した3つの航空パートナーシップ協定のうちの1つでした。AmTechは、1995年に終了したプロジェクトの期間中、ERASTのファシリテーターおよびパートナーシップマネージャーを務めました。

ERASTが準備する科学ミッションの種類には、地球科学研究のためのリモートセンシング、農業監視のためのハイパースペクトルイメージング、激しい嵐の追跡、通信中継プラットフォームとしての機能などが含まれます。^[2]

エイムズ氏が率いる並行した取り組みでは、環境研究や地球監視のためにこれらの航空機に搭載できる軽量の超小型センサーが開発されました。

ERAST アライアンスが検討している追加技術には、軽量素材、航空電子工学、空気力学、および極度の高度や期間に適したその他の推進形式が含まれます。

ERAST アライアンスのメンバーは航空機の開発と運用を担当していましたが、NASA はプログラム全体のリーダーシップ、主要な資金調達、個々のプロジェクト管理、ペイロードの開発と調整の主たる責任を負っていました。NASA はまた、連邦航空局と長期的な問題に取り組み、これらの遠隔操作航空機を国内の空域で運用するための技術を開発しました。

1987年と1988年に、NASAは2機のNASA有人航空機、改造されたダグラスDC-8ジェット旅客機とU-2スパイ機の民間版であるロッキードER-2を使用して、大気のオゾン層破壊の研究を実施した。しかし、オゾン層の破壊が起こっている南極上空でER-2を操縦することは、パイロットが脱出しなければならない場合、生存の可能性が低いため、危険であると考えられていた。さらに、ER-2の上限は20キロメートル（65,000フィート）であるのに対し、オゾン層の破壊は30キロメートル（100,000フィート）で起こるため、ER-2は昼夜サイクル全体のオゾンの変化を研究するのに十分な時間、上空に留まることはできなかった。^[1]

1988年、NASAはこれらの問題に対処するため、「Perseus」と名付けられたHALE UAVの取得を決定し、この取り組みを小型高高度科学航空機（SHASA）プログラムと名付けました。Perseusは、バージニア州マナサスのAurora Flight Sciencesという新興企業によって設計されました。Perseusの設計は、1991年までわずかな資金で進められましたが、その年、NASAは将来の超音速輸送機の設計を評価する「高速研究プログラム」を実施し、そのような航空機が上層大気に及ぼす可能性のある環境影響についてさらに知る必要がありました。数機の航空機を調達するための資金が利用可能になりました。^[1]

他の政府機関もHALE UAVに興味を持っていたため、1994年9月にNASAの重要課題としてERASTプロジェクトが誕生しました。ERASTは、商業科学アプリケーション、特に高高度大気研究におけるUAVの使用を促進することを正式に目的としていました。ERASTは、UAVとNASAのロッキードER-2用の新しい小型センサーと航空電子工学システムの開発にも重点を置いています。^[1]

Aurora Flight Sciences社が製造したPerseus 概念実証 UAV は、1991 年 11 月に初飛行し、続いて 1993 年 12 月 21 日に 50,000 フィート (15,000 メートル) を超える高度に到達した Perseus A が飛行しました。高度 62,000 フィート (18.9 km) で最大 24 時間飛行するように設計された Perseus B は、1994 年 10 月 7 日に初飛行し、1998 年 6 月 27 日に 60,280 フィート (18,370 メートル) に到達しました。そのプッシャー プロペラは、3 段ターボチャージャーでブーストされたRotax 914ピストン エンジンで駆動され、高度 60,000 フィート (18,000 メートル) まで定常出力 105 hp (78 kW) を発揮します。最大重量は2,500ポンド（1,100 kg）で、260ポンド（120 kg）のペイロードを搭載でき、71.5フィート（21.8 m）の主翼は26:1の高いアスペクト比を持っています。^[6] 2基のロータックス912ピストンエンジンを搭載したより大きな後継機であるテセウスは、1996年5月24日に初飛行しました。 50時間、65,000フィート（20,000 m）まで飛行するように設計された最大重量5,500（2.5 t）のUAVは、幅140フィート（42.7 m）で、340 kg（750ポンド）のペイロードを搭載できました。^[7]

NASAのパスファインダー、センチュリオン、ヘリオス航空機は、太陽光発電と燃料電池 システムを搭載した無人航空機のシリーズであり、エアロバイロンメント社がERASTプログラムの一環として開発した航空機でした。^[8]

エアロバイロンメント社が設計・製造したパスファインダーは、翼幅99フィート（30メートル）の全翼機である。翼の上部に取り付けられた太陽光発電セルは最大7,200ワットを生成し、航空機の6つの電動プロペラと一連の科学機器に電力を供給する。バックアップバッテリーは太陽エネルギーを蓄え、夜間に航空機に電力を供給する。^[9]

ジェネラル・アトミックス社のALTUS IIは、科学研究ミッション用に設計されたMQ-1プレデター無人航空機の民間型である。2機のALTUS航空機のうちの1機であるALTUS IIは、ERASTプログラムに基づいて製造され、関連する研究ミッションの多くに参加してきた。^[2]

ALTUS II は 1996 年 5 月 1 日に初飛行しました。エンジンは当初単段ターボチャージャーで増強され、ALTUS II は 1996 年 8 月にドライデンで行われた最初の一連の開発飛行中に高度 37,000 フィートに到達しました。その年の 10 月、ALTUS II はオクラホマ州でサンディア国立研究所がエネルギー省のために実施した大気放射測定(ARM-UAV) 研究で飛行しました。これらの飛行中に、ALTUS II は遠隔操作航空機の単一飛行耐久記録である 26 時間以上を樹立しました。1996 年 10 月、ALTUS II は科学ペイロードを運ぶ UAV の耐久記録を樹立しました。この機体は ARM-UAV 中に要求された高度で 24 時間以上を過ごしました。

オリジナルの単段式ユニットの代わりに二段式ターボチャージャーを搭載し、燃料タンクを大型化し、中間冷却能力を追加するなど、大幅な改修とアップグレードを行った後、ALTUS II は 1998 年夏に飛行状態に戻った。開発試験飛行の目標は、主要な ERAST レベル 2 パフォーマンス マイルストーンの 1 つである、ガソリン燃料のピストン エンジンを搭載した遠隔操縦航空機を高度 60,000 フィート付近で数時間飛行させることだった。1999 年 3 月 5 日、ALTUS II は 55,000 フィート以上の高度で 3 時間飛行を維持し、ミッション中に最大密度高度 57,300 フィートに到達した。^[10]

ERAST プロジェクトの一環として HyperSpectral Sciences, Inc. が開発した小型の空中リアルタイム画像システム (ARTIS) カメラは、1999 年夏、ウィスコンシン州オシュコシュで開催されたExperimental Aircraft AssociationのAirVenture 99航空ショーの上空を飛行中のScaled Composites Proteus航空機に搭載され、可視写真と近赤外線写真を撮影して実演されました。撮影された画像は、ショー会場のコンピューター モニターにすぐに表示されました。

デジタルアレイスキャン干渉計（DASI）は1997年夏にパスファインダーから運用され、ハワイ諸島の画像干渉データを取得しました。セントルイスのワシントン大学で開発され、エイムズ研究センターと共同開発されたDASIは、遠隔操作、超軽量、低容積、低電力、低帯域幅というパスファインダーの厳しいエンジニアリングと運用要件を満たす必要がありました。^{[11] [12]}

2002 年 3 月、NASA ドライデンは、ニューメキシコ州立大学の技術分析および応用センター (TAAC)、FAA、およびその他のいくつかの団体と協力して、ニューメキシコ州ラスクルーセスで、 UAV への潜在的な適用を目的としたアクティブな検出、視認、回避 ( DSA ) システムの飛行デモンストレーションを実施しました。スケールド コンポジッツ プロテウス航空機は、離着陸や潜在的な緊急事態に対処するために安全パイロットが搭乗していましたが、地上から遠隔操作される代理 UAV として飛行しました。一般航空機から NASA F/A-18までの他の 3 機の航空機が、動作中のトランスポンダーを備えた「協力的な」ターゲット航空機として機能しました。18 の異なるシナリオのそれぞれで、プロテウスに搭載されたグッドリッチ スカイウォッチ HP トラフィック アドバイザリ システム (TAS) は、2 機の航空機が異なる方向から接近するいくつかのシナリオを含む、衝突の可能性のあるコースで接近する航空交通を検出しました。

2003 年 4 月、カリフォルニア州モハベ近郊の制限空域で、トランスポンダーを操作していない「非協力的」航空機に焦点を当てた 2 回目の飛行デモが行われました。このデモでも、プロテウスが代理 UAV として使用されました。プロテウスには、シミュレートされた衝突コースで侵入の可能性のある航空機を検出するために、小型の Amphitech OASys 35 GHz プライマリ レーダー システムが装備されていました。レーダー データは、地上局に直接テレメータ送信されたほか、プロテウスに搭載されたインマルサット衛星システム経由でも送信されました。グライダーから高速ジェット機まで、7 機の侵入航空機が混在し、4 日間にわたって 20 のシナリオで、一度に 1 機または 2 機ずつ飛行しました。いずれの場合も、侵入機のレーダー シグネチャに応じて、レーダーは侵入機を 2.5 マイルから 6.5 マイル (4.0 から 10.5 km) の範囲で検出しました。地上の Proteus の遠隔操縦士は、必要に応じて Proteus に回避行動を取るよう指示することができました。

• NASA ミニスニファー
• 航空科学プログラム
• NASA 地球科学エンタープライズ(旧称「惑星地球へのミッション」)
• 大気衛星

この記事には、もともとパブリック ドメインにある Greg Goebel による Web 記事「Unmanned Aerial Vehicles」から引用した資料が含まれています。

• Katzberg, Stephen J. (1996 年 8 月)。「デジタル アレイ スキャン干渉計コンセプトの性能評価」NASA 技術論文3570。CiteSeerX  10.1.1.30.4304。
• ガイ・ノリス (1999 年 10 月 20 日)。「Out on a wing」。Flightglobal。
• Hammer, Philip D, et al.、「遠隔操縦航空機からの干渉スペクトル画像を使用した表面反射率マッピング」
• パスファインダー ミッション ページ (NASA では現在は非公開)、archive.org にアーカイブされています。
• Pathfinder/Helios 2006年9月22日アーカイブ、Wayback Machine