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気象ドローン、または気象感知無人航空機（UAV）[1]は、重量25kg未満[2]で、中層および下層大気（例えば、最大6km）から熱力学データと運動学データを収集するセンサーを搭載した遠隔操縦航空機です。
気象ドローンは、UAVの空域へのアクセスと空域規制の遵守、および世界気象機関の要件を満たすために必要な技術開発に関する交渉が進行中であるため、国立気象水文サービス（NMHS）の支援にはまだ使用されていません。[3]
気象ドローンは主に科学研究ミッションや産業特有の業務を支援するために配備されます。[4]
歴史
初期の提案
大気パラメータを測定するためにUAVが初めて記録されたのは1970年で、気象測定結果を共有するために「小型の無線操縦飛行機が測定プラットフォームとして使用された」。[5]この研究は、空軍ケンブリッジ研究所とNASAのワロップス基地によって支援された。著者らは「気象センサーと計測機器を搭載するためのシンプルで経済的、制御可能で回収可能なプラットフォーム」の必要性を指摘し、小型の無線操縦飛行機を使用して気象データを収集することは実現可能かつ有用であることを実証した。
気象ドローン開発における2番目のマイルストーンは、1993年に米国海軍研究局（ONR）の支援を受けてコロラド大学の研究者グループが製作したプロトタイプでした。 [6]エアロゾンデと呼ばれる固定翼ドローンの目標は、地球上の遠隔地やアクセスできない地域での気象データ収集を可能にすることでした。1995年には、オーストラリアのEnvironmental Systems and Services（ES＆S）Pty Ltd.が、オーストラリア気象局とInsitu Groupを下請けとして、さらなる開発を行いました。1999年には、すべての運用と開発がオーストラリアに拠点を置くAerosonde Ltd.によって開始されました。2007年以来、Aerosonde Ltd.はアメリカの産業コングロマリットTextron Inc.の一部となっています。[7] 2016年までに、エアロゾンデは軍事作戦用の情報収集、監視、偵察（ISR）航空機となり、気象データ収集機能は二次的なものになりました。[8]
その後の発展
2009年、アメリカ国立研究会議は「地上からの気象と気候の観測：全国規模のネットワーク」という報告書を発表し、気象気球から打ち上げられるラジオゾンデ（大気層からデータを収集するために使用される主要なシステム）よりも適切な垂直メソスケール観測方法の必要性を強調しました。 [9]
それ以来、気象ドローンに焦点を当てた研究プログラムが増加しています。[1]オクラホマ大学の自律センシングおよびサンプリングセンターは、この分野で最も活発なグループです。その研究者は、コプターゾンデを開発し、気象ドローンを1時間か2時間ごとに打ち上げてメソスケールのデータを収集するステーションのネットワークである3Dメソネットコンセプトを作成しました。[10] [11]
2022年、米国海洋大気庁（NOAA）は、気象ドローン「エリアI アルティウス600」を初めてハリケーン（ハリケーン・イアン）に配備しました。固定翼ドローンはハリケーンの目の内部と眼壁の低高度（900メートル～1.3キロメートル）を飛行し、温度、圧力、湿度の値を収集しました。
市販の気象ドローンは少なく、市場の大部分はスイスのMeteomatics AG社[10] [12]が供給しており、同社は2013年から気象ドローンの開発・製造を行っている。2020年にはイギリスのMenapia社がMetSpriteで市場に参入した。
種類
固定翼
最初の気象ドローンは固定翼を採用していた。これは研究者が有人航空機の技術進歩を実装し、長時間飛行できるためより広い範囲をカバーできるためである。[13]
回転翼
回転翼気象ドローンは、より汎用性が高く、操作が簡単で、漂い去ってしまうラジオゾンデよりも垂直プロファイルに適しているため、より人気があります。[13]
利点と限界
2019年、世界気象機関（WMO）はフランス国立気象局（ Météo-France ）と協力し、「実用気象報告のための無人航空機（UAV）の使用に関するWMOワークショップ」[3]を開催した。これは気象ドローンの応用について議論した初のワークショップであった。参加者には、国立気象センター、大学の研究グループ、民間企業のメンバーが含まれていた。
ワークショップの議論では、気象ドローンは境界層からの現場測定を収集するのに役立ち、データのギャップを埋め、数値気象予測の精度を向上させるという結論に達しました。しかし、気象ドローンが国の気象サービスをサポートする前に、次のような一連の障壁に対処する必要がありました。
- 国や地域全体の空域規制におけるドローン特有の規制の欠如
- 飛行、燃料補給、燃料レベルの維持の自動化のレベルは限られている
さらに、気象ドローンの安全を確保し、損失を防ぐためには、飛行中の大気の氷結と過度の風の抵抗を解決する必要もありました。1990年代に最初のエアロゾンデが開発されて以来、多くの航空機の損失の原因となっている氷結の問題を解決するための研究が行われてきました。 [6] 2016年、スイスのメテオマティクス社は、氷結の危険が検知されるとローターブレードを加熱する除氷システムを開発した最初の組織でした。[1]
参考文献
- ^ abc Pinto, James O.; O'Sullivan, Debbie; Taylor, Stewart; Elston, Jack; Baker, CB; Hotz, David; Marshall, Curtis; Jacob, Jamey; Barfuss, Konrad; Piguet, Bruno; Roberts, Greg; Omanovic, Nadja; Fengler, Martin; Jensen, Anders A.; Steiner, Matthias (2021-11-01). 「運用気象学における小型無人航空機システム (UAS) の現状と将来」.米国気象学会紀要. 102 (11): E2121–E2136.書誌コード:2021BAMS..102E2121P. doi : 10.1175/BAMS-D-20-0138.1 . ISSN 0003-0007.
- ^ 米国運輸省、連邦航空局 (2016-06-21)。「小型無人航空機システムの運用と認証」(PDF) www.faa.gov。2022年11月16日閲覧。
- ^ ab World Mediterranean Organization, MétéoFrance (2022-11-16). 「実用気象学における無人航空機（UAV）の使用に関するワークショップ」。World Mediterranean Organization 。2022年11月16日閲覧。
- ^ 「米国で気象データを収集する初のドローンが今秋打ち上げられる可能性」 ワシントンポスト。ISSN 0190-8286 。 2022年11月16日閲覧。
- ^ Konrad, TG; Hill, ML; Rowland , JR; Meyer, JH (1970 年 11 月 - 12 月)。「気象センサーのプラットフォームとしての小型無線操縦航空機」(PDF)。APLテクニカル ダイジェスト。10 : 11–19 – Johns Hopkins 応用物理学研究所経由。
- ^ ab Holland, GJ; Webster, PJ; Curry, JA; Tyrell, G.; Gauntlett, D.; Brett, G.; Becker, J.; Hoag, R.; Vaglienti, W. (2001-05-01). 「エアロゾンデロボット航空機：環境観測の新しいパラダイム」アメリカ気象学会誌。82 (5): 889–902. Bibcode :2001BAMS...82..889H. doi : 10.1175/1520-0477(2001)082<0889:TARAAN>2.3.CO;2 . ISSN 0003-0007.
- ^ スタッフ、Defense Industry Daily。「TextronがUAVメーカーのAAI Aerosondeを買収」。Defense Industry Daily 。 2022年11月16日閲覧。
- ^ Peck, Abe (2021-10-27). 「Beyond the Shadow: FTUAS Competition's Next Phase」. Inside Unmanned Systems . 2022-11-16閲覧。
- ^ Council, National Research (2008-11-20)。地上からの気象と気候の観測：全国規模のネットワーク。ISBN 978-0-309-12986-2。
- ^ ab Chilson, Phillip B.; Bell, Tyler M.; Brewster, Keith A.; Britto Hupsel de Azevedo, Gustavo; Carr, Frederick H.; Carson, Kenneth; Doyle, William; Fiebrich, Christopher A.; Greene, Brian R.; Grimsley, James L.; Kanneganti, Sai Teja; Martin, Joshua; Moore, Andrew; Palmer, Robert D.; Pillar-Little, Elizabeth A. (2019年1月)。「地球の下層大気を観測するための自律型UAS大気プロファイリングステーションのネットワークに向けて：3Dメソネットコンセプト」。センサー。19 （ 12）：2720。書誌コード：2019Senso..19.2720C。doi : 10.3390/s19122720 . ISSN 1424-8220. PMC 6631695 .
- ^ 「ドローンは天気予報の未来になるかもしれない」The Virginian-Pilot 。 2022年11月16日閲覧。
- ^ Koch, Steven E.; Fengler, Martin; Chilson, Phillip B.; Elmore, Kimberly L.; Argrow, Brian; Andra, David L.; Lindley, Todd (2018-11-01). 「前対流境界層におけるメソスケール現象のサンプリングのための無人航空機の使用について」。大気 海洋技術ジャーナル。35 (11): 2265–2288。Bibcode :2018JAtOT..35.2265K。doi : 10.1175 / JTECH-D-18-0101.1。ISSN 0739-0572。
- ^ ab Bell, Tyler M.; Greene, Brian R.; Klein, Petra M.; Carney, Matthew; Chilson, Phillip B. (2020-07-16). 「境界層データギャップへの対応：下層大気を調査する新規および既存の方法論の評価」大気測定技術. 13 (7): 3855–3872. Bibcode :2020AMT....13.3855B. doi : 10.5194/amt-13-3855-2020 . ISSN 1867-1381.