NASA パスファインダー

パスファインダー パスファインダープラス
ハワイ上空を飛行中のパスファインダー
一般情報
タイプ	遠隔操作UAV
メーカー	エアロバイロンメント
プライマリユーザー	NASA ERAST プログラム
建造数	1
歴史
に発展した	NASA センチュリオン NASA ヘリオス

NASAパスファインダーとNASAパスファインダープラスは、太陽電池と燃料電池システムを搭載した無人航空機の進化シリーズの一部として開発された最初の2機の航空機です。エアロバイロンメント社は、 NASAの環境研究航空機およびセンサー技術（ERAST）プログラムの一環としてこの航空機を開発しました。これらは、長期間の高高度航空機が大気圏衛星として機能し、大気圏の研究タスクを実行し、通信プラットフォームとして機能することを可能にする技術を開発するために製造されました。^{[1]これらはさらに}NASAセンチュリオンとNASAヘリオス航空機に発展しました。

エアロバイロンメント社は、 1974年に初の太陽光発電式飛行モデルを製作したロバート・ブーシェ氏の先駆的な研究に倣い、1970年代後半から1980年代前半にかけて、ゴッサマー・ペンギンとソーラー・チャレンジャーの車両で本格的な太陽光発電式航空機の開発を開始しました。エアロバイロンメント社は、ERASTプログラムの一環として、レイ・モーガン氏のリーダーシップの下、4世代にわたる長時間飛行が可能な無人航空機（UAV）を製作しました。その最初の製品がパスファインダーでした。

1983年、エアロバイロンメント社は、米国政府機関から資金提供を受け、「高高度ソーラー」またはHALSOLと呼ばれる UAVコンセプトを秘密裏に調査した。HALSOLプロトタイプは1983年6月に初飛行した。ネバダ州グルーム湖で9回のHALSOL飛行が行われた。機体に太陽電池が装備されていなかったため、飛行は無線制御とバッテリー電源を使用して行われた。HALSOLの空気力学は検証されたが、調査の結果、太陽電池もエネルギー貯蔵技術も当面このアイデアを実用化するには未熟であるという結論に至り、HALSOLは保管された。^[2]

1993年、10年間の保管期間を経て、この航空機は弾道ミサイル防衛機構（BMDO）による短期任務のために飛行可能な状態に復帰した。小型の太陽電池アレイが追加され、1993年秋から1994年初頭にかけてNASAドライデン基地のBMDOプログラムにより、太陽光とバッテリー電源の組み合わせで5回の低高度チェックアウト飛行が行われた。^[3]

1994年、この航空機は科学プラットフォーム航空機技術の開発のためNASA ERASTプログラムに移管された。この航空機は「文字通り、科学的なサンプル採取や画像撮影の任務で数週間から数か月間空中にとどまることができる将来の太陽光発電航空機群の先駆者」であるため、「パスファインダー」と改名された。 ^{[3]非常に軽量で壊れやすい航空機構造で、非常に高い}アスペクト比（翼幅と翼弦の比率）を持つ航空機が、空港から離着陸でき、太陽の力で非常に高い高度（50,000フィート（15,000メートル）から80,000フィート（24,000メートル））まで飛行できることを実証するために、一連の飛行が計画された。さらに、ERASTプロジェクトでは、さまざまな科学研究で使用される機器を運ぶためのこのようなUAVの実現可能性も判断したいと考えていた。^[4]

1995年10月21日、格納庫での事故で機体が大きな損傷を受けたが、その後再建され、機体の脆弱性が露呈した。^[4]

パスファインダーは8つの電動モーター（後に6つに減らされた）で駆動され、最初はバッテリーで駆動された。翼幅は98.4フィート（30.0メートル）だった。2つの翼下ポッドには、着陸装置、バッテリー、3重冗長計器システム、および2重冗長飛行制御コンピュータが収納されていた。1993年後半にこの航空機がERASTプロジェクトに採用された頃には、太陽電池が追加され、最終的には翼の上部表面全体が覆われるようになった。^[1]太陽電池アレイは、航空機の電動モーター、航空電子機器、通信、およびその他の電子システムに電力を供給する。パスファインダーには、夜間の限られた飛行時間を可能にするために、2〜5時間電力を供給できるバックアップバッテリーシステムもあった。^[3]

パスファインダーは時速わずか15マイル（24 km/h）から25マイル（40 km/h）の速度で飛行します。ピッチ制御は、翼の後縁にある小さなエレベーターを使用して維持されます。旋回とヨー制御は、翼の外側部分のモーターを減速または加速することで実現されます。^[3]

パスファインダーミッションの主な科学活動には、森林の栄養状態の検出、 1992年のハリケーン・イニキによる被害後の森林再生、沿岸水域の堆積物/藻類濃度、サンゴ礁の健康状態の評価などがある。科学活動はNASAエイムズ研究センターが調整し、ハワイ大学とカリフォルニア大学の研究者も参加している。パスファインダーの飛行では、ERASTが開発した2つの科学機器、エイムズで開発された高スペクトル分解能デジタルアレイスキャン干渉計（DASI）と高空間分解能航空機搭載リアルタイム画像システム（ARTIS）がテストされた。これらの飛行は1997年に高度22,000フィート（6,700メートル）から49,000フィート（15,000メートル）の間で行われた。^[3]

1995年9月11日、パスファインダーはNASAドライデンから12時間の飛行中に、太陽光発電航空機の非公式高度記録である50,000フィート（15,000メートル）を樹立しました。^{[1] [4]} NASAがパスファインダーに対して主張したこの記録とその後の記録は、国際的に認められた航空世界記録認定機関であるFAIによって検証されなかったため、非公式のままです。全米航空協会は、 NASAと業界のERASTチームに、1995年の「最も記憶に残る10の記録飛行」の1つとして賞を授与しました。^[3]

その後の改造後、この機体はハワイのカウアイ島にある米海軍太平洋ミサイル試射場（PMRF）に移された。1997年の春から夏にかけて7回の飛行を行ったが、そのうちの1回でパスファインダーは1997年7月7日に太陽光発電機とプロペラ機の高度記録を71,530フィート（21,800メートル）まで押し上げた。この飛行中、パスファインダーは島の陸上および沿岸の生態系についてさらに詳しく知るために2つの軽量画像機器を搭載し、科学研究のプラットフォームとしてのこうした機体の可能性を実証した。^[1]

1998年、パスファインダーはより長い翼を持つパスファインダープラス構成に改造された。オリジナルのパスファインダーの主翼5セクションのうち4セクションを使用したが、後継機のセンチュリオン/ヘリオス用に設計された高高度用翼を組み込んだ新しい44フィート (13 m) の中央翼セクションに置き換えられた。新しいセクションはオリジナルの2倍の長さになり、機体全体の翼幅は98.4フィート (30.0 m) から121フィート (37 m) に増加した。新しい中央セクションの上部には、カリフォルニア州サニーベールのサンパワー社が開発した、より効率的なシリコン太陽電池が搭載され、受け取った太陽エネルギーのほぼ19%を機体のモーター、航空電子機器、通信システムに電力を供給するための有用な電気エネルギーに変換できた。これは、オリジナルのパスファインダーの中間および外側の翼パネルの表面のほとんどを覆う古い太陽電池アレイの約14%の効率と比較される。最大潜在出力はパスファインダーの約7,500ワットからパスファインダープラスでは約12,500ワットに増加した。電動モーターの数は8個に増加し、使用されたモーターは後継機用に設計されたより強力なユニットであった。^[3]

1998年夏にPMRFで行われたパスファインダープラス開発飛行では、後継機であるセンチュリオンの動力、空力、システム技術が検証された。1998年8月6日、デレク・リソスキーが操縦するパスファインダープラスは、太陽光発電とプロペラ駆動の航空機の高度記録を80,201フィート（24,445メートル）に引き上げ、その設計を証明した。^{[1] [5]}

2002年7月、Pathfinder-Plusは、エアロバイロンメントの子会社であるSkytower, Inc.が開発した商用通信中継装置を搭載し、同機を放送プラットフォームとして使用するテストを行った。Skytowerは、NASAおよび日本の総務省と提携して、同機を使用してHDTV信号とIMT-2000無線通信信号の両方を65,000フィート（20,000メートル）から送信することに成功し、「大気圏衛星」の概念をテストした。これにより、同機は高さ12マイル（19キロメートル）の送信塔と同等の性能を発揮した。同機の見下ろし角度が高いため、送信にはわずか1ワットの電力しか使用されず、これは地上の塔で同じ信号を送信するのに必要な電力の1/10,000に相当した。^[6] SkyTowerの戦略および事業開発担当副社長であるスチュアート・ヒンドルによると、「SkyTowerプラットフォームは基本的に時間遅延のない静止衛星である」という。さらに、ヒンドル氏は、成層圏を飛行するこのようなプラットフォームは、実際の衛星とは対照的に、はるかに高いレベルの周波数利用を達成できると述べた。「単一のスカイタワープラットフォームは、1平方マイルあたり1秒あたりのバイト数で、同じ周波数帯域を使用する静止衛星の固定ブロードバンドローカルアクセス容量の1,000倍以上を提供できます。」^[7]

エアロバイロンメント社の社長レイ・モーガン氏は、このコンセプトについて次のように述べている。「我々がやろうとしているのは、いわゆる『大気圏衛星』を作ることです。これは宇宙空間で衛星が行うのと同じような機能の多くを、大気圏内という非常に近い場所で実行します。」^[8]

• 電気飛行機
• 無人航空機の歴史
• 再生燃料電池
• NASA センチュリオン(初飛行 1998 年 11 月 10 日)
• NASA/AeroVironment Helios プロトタイプ(初飛行 1999 年 9 月 8 日)
• QinetiQ/エアバス ゼファー（2008年初飛行）
• Facebook Aquila（初飛行 2016年6月28日）
• ソフトバンク/エアロバイロンメントHAPSモバイル（初飛行 2019年9月11日）
• BAEシステムズ PHASA-35（初飛行2020年2月17日）

この記事には、もともとパブリック ドメインにある Greg Goebel の Web 記事「Unmanned Aerial Vehicles」から引用した資料が含まれています。この記事には、 アメリカ航空宇宙局 の Web サイトまたはドキュメントからのパブリック ドメインの資料が組み込まれています。

• 「光起電の妙技：太陽の光が当たらない場所に配線する優れた太陽電池」、ダニエル・チョーによる記事、2003年9月号のサイエンティフィック・アメリカン誌33ページ

ウィキメディア・コモンズには、 AeroVironment Pathfinderに関連するメディアがあります。

• NASAのヘリオスプロジェクト
• 子どものためのヘリオス
• DesignsbyALX による Helios モデル。Wayback Machineで 2011-05-19 にアーカイブされています。
• 「3G は成層圏 65,000 フィート (20,000 メートル) でテストされました」3G ニュース リリース 2002 年 7 月 23 日
• パスファインダープラスの高度記録に関するサイエンスデイリーの記事
• エアポートインターナショナルでの通信中継の成果
• Space.comの記事
• 未来のモノにおける太陽光発電UAVの歴史
• NASM での Pathfinder Plus
• NASA-AeroVironment 後続プロジェクト契約^{[永久リンク切れ‍ ]}
• ヘリオス記録挑戦記事
• NASA 画像コレクション:
  • NASA パスファインダー 2013-04-15ウェイバックマシンにアーカイブ
  • NASA パスファインダー プラス
  • NASA センチュリオン
  • NASA ヘリオス プロトタイプ