NASA_Pathfinder
火星探査機については、マーズ パスファインダーを参照して
NASA パスファインダーとNASA パスファインダー プラスは、太陽電池および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 機です。AeroVironment， Inc.は、NASA の環境研究航空機およびセンサー技術(ERAST) プログラムの下で車両を開発しました。それらは、長期の高高度航空機が大気衛星として機能し、大気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構築されました。これらはさらにNASA センチュリオンに発展し、NASAのヘリオス機。
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
役割
遠隔操作の無人機
メーカー
エアロビロンメント
プライマリ ユーザー
NASA ERAST プログラム
建造数 1
に発展 NASA センチュリオンNASA ヘリオス
コンテンツ
1 パスファインダー
1.1 発達 1.2 航空機の説明 1.3 飛行試験と記録
2 パスファインダープラス
2.1 大気衛星試験
3 仕様
4 こちらもご覧ください
5 参考文献
6 外部リンク
パスファインダー
AeroVironment は、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 チャレンジャーを搭載した本格的な太陽光発電航空機の開発を開始しました。これは、1974 年に最初の太陽光発電飛行機を製造したRobert Boucherの先駆的な仕事に続きます。 ERAST プログラムの一環として、AeroVironment は Ray Morgan のリーダーシップの下で 4 世代にわたる耐久性のある無人航空機 (UAV) を製造しました。最初の製品は Pathfinder でした。
発達
1983 年、AeroVironment は、 「High Altitude Solar」または HALSOL と呼ばれるUAVのコンセプトを秘密裏に調査するために、不特定の米国政府機関から資金を得ました。HALSOL プロトタイプは 1983 年 6 月に初飛行しました。9 回の HALSOL 飛行がネバダ州のグルーム湖で行われました。航空機には太陽電池が装備されていなかったため、飛行はラジコンとバッテリー電源を使用して行われました。HALSOLの空気力学は検証されましたが、調査の結果、太陽電池もエネルギー貯蔵技術も、当面実用化できるほど成熟していないという結論に至り、HALSOLは保留されました。
1993 年、10 年間保管された後、航空機は弾道ミサイル防衛機構(BMDO)によって短い任務のために飛行状態に戻されました。1993 年の秋から 1994 年初頭にかけて、NASA ドライデンの BMDO プログラムの下で、小型のソーラー アレイを追加して、5 回の低高度チェックアウト フライトが太陽電池とバッテリーの組み合わせで飛行されました。
1994 年に航空機はNASA ERAST プログラムに移行し、科学プラットフォームの航空機技術を開発しました。「パスファインダー」と改名されたのは、「文字通り、科学的サンプリングおよび画像化ミッションで数週間または数か月間空中に留まることができる、将来の太陽光発電航空機のパスファインダー」だったからです。非常に高いアスペクト比(翼幅と翼弦の比)を持つ非常に軽量で壊れやすい航空機構造が、空港からの離着陸と飛行に成功できることを実証するために、一連の飛行が計画されました。太陽の力によって推進される非常に高い高度 (50，000 フィート (15，000 m) から 80，000 フィート (24，000 m) の間) まで。さらに、ERAST プロジェクトは、さまざまな科学研究で使用される機器を運ぶためのそのような UAV の実現可能性を判断したいとも考えていました。
1995 年 10 月 21 日の格納庫事故で機体が深刻な損傷を受け、機体の脆弱性が適切に示されましたが、その後再建されました。
航空機の説明
パスファインダーは 8 個の電気モーター (後に 6 個に減らされた) で駆動され、最初はバッテリーで駆動されていました。翼幅は 98.4 フィート (30.0 m) でした。2 つの翼下ポッドには、着陸装置、バッテリー、3 重冗長計装システム、および 2 重冗長飛行制御コンピューターが含まれています。航空機が 1993 年後半に ERAST プロジェクトに採用されるまでに、太陽電池が追加され、最終的に翼の上面全体を覆いました。太陽電池アレイは、航空機の電気モーター、アビオニクス、通信、その他の電子システムに電力を供給します。パスファインダーには、暗くなってからの限られた時間の飛行を可能にするために、2 時間から 5 時間の電力を供給できるバックアップ バッテリー システムもありました。
パスファインダーは、わずか時速 15 マイル (24 km/h) から時速 25 マイル (40 km/h) の対気速度で飛行します。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。ターンとヨー制御は、翼の外側セクションのモーターを減速または加速することによって行われます。
飛行試験と記録
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の再成長、沿岸水域の堆積物/藻類の濃度、サンゴ礁の健康状態の評価が含まれます。科学活動は、NASAエイムズ研究センターによって調整されており、ハワイ大学とカリフォルニア大学の研究者が含まれています。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、高スペクトル解像度のデジタル アレイ走査干渉計 (DASI) と高空間解像度の空中リアルタイム イメージング システム (ARTIS) がテストされました。どちらもエイムズで開発されました。これらの飛行は、1997 年に 22，000 フィート (6，700 m) から 49，000 フィート (15，000 m) の高度で行われました。
1995 年 9 月 11 日、パスファインダーは、NASA ドライデンからの 12 時間の飛行中に、50，000 フィート (15，000 m) の太陽光発電航空機の非公式の高度記録を打ち立てました。 NASA がパスファインダーについ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によって検証されていないため、非公式のままです。全米航空協会は、NASA 業界の ERAST チームに、1995 年の「最も記憶に残る記録飛行 10 件」の 1 つとして賞を贈りました。
さらなる改造の後、航空機はハワイのカウアイ島にある米海軍の太平洋ミサイル射程施設(PMRF) に移されました。1997 年の春と夏に行われた 7 回の飛行のうちの 1 つで、パスファインダーは、1997 年 7 月 7 日に、太陽光発電の航空機とプロペラ駆動の航空機の高度記録を 71，530 フィート (21，800 m) に引き上げました。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学ぶために2つの軽量の画像機器を搭載し、科学研究のプラットフォームとしてのそのような航空機の可能性を実証しました.
パスファインダープラス
2002 年 6 月、ハワイ上空を飛行中の Pathfinder-Plus、Skytower 通信機器を装備
Udvar-Hazy Centerに展示されている Pathfinder-Plus
1998 年に、パスファインダーはより長い翼のパスファインダー プラス構成に変更されました。元のパスファインダー翼の 5 つのセクションのうち 4 つを使用していましたが、後続のセンチュリオン/ヘリオス用に設計された高高度翼を組み込んだ新しい 44 フィート (13 m) の長さの中央翼セクションに置き換えられました。新しいセクションはオリジナルの 2 倍の長さで、翼幅全体が 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は、カリフォルニア州サニーベールのSunPower Corporationによって開発されたより効率的なシリコン太陽電池で覆われており、受け取った太陽エネルギーのほぼ 19% を有用な電気エネルギーに変換して、航空機のモーター、アビオニクス、および通信システムに電力を供給することができます。これは、元のパスファインダーの翼の中央と外側のパネルのほとんどの表面を覆う古いソーラー アレイの約 14% の効率と比較されます。最大潜在電力は、Pathfinder の約 7，500 ワットから Pathfinder-Plus の約 12，500 ワットにブーストされました。電気モーターの数は 8 つに増え、使用されるモーターは後続の航空機用に設計されたより強力なユニットでした。
1998 年の夏に PMRF で行われた Pathfinder-Plus 開発飛行は、後継機であるセンチュリオンの動力、空力、およびシステム技術を検証しました。1998 年 8 月 6 日、Derek Lisoski が操縦した Pathfinder-Plus 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 m) まで上げて、その設計を証明しました。
大気衛星試験
2002 年 7 月、Pathfinder-Plusは、航空機を放送プラットフォームとして使用するテストで、AeroVironmentの子会社である Skytower， Inc. によって開発された商用通信中継装置を搭載しました。スカイタワーは、NASA および日本の電気通信省と提携して、航空機を使用してHDTV信号とIMT-2000ワイヤレス通信信号の両方を 65，000 フィート (20，000 m)から送信することに成功し、「大気衛星」の概念をテストしました。これにより、航空機は高さ 12 マイル (19 km) の送信機タワーに相当します。航空機の見下ろし角度が高いため、送信はわずか 1 ワットの電力しか使用しませんでした。これは、地上のタワーが同じ信号を提供するのに必要な電力の 1/10，000 です。 SkyTower の戦略およびビジネス開発担当副社長である Stuart Hindle 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す。」さらに Hindle 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使用を達成できると述べています。「単一の SkyTower プラットフォームは、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、1 平方マイルあたりの 1 秒あたりのバイト数で提供できます。」
AeroVironment の社長である Ray Morgan 氏は、このコンセプトについて次のように説明しています。大気中で非常に近い」
仕様
ドライデン ランプの Pathfinder Plus (左) と Helios Prototype (右)
ERAST プログラムによるソーラー航空機の進化
仕様
パスファインダー
パスファインダープラス
センチュリオン
ヘリオス HP01
ヘリオス HP03
長さフィート(m)
12 (3.6)
12 (3.6)
12 (3.6)
12 (3.6)
16.5 (5.0)
弦フィート(m)
8 (2.4)
翼幅フィート(m)
98.4 (29.5)
121 (36.3)
206 (61.8)
247 (75.3)
アスペクト比12対1 15対1 26対1
30.9対1
滑空比18対1 21対1 ? ? ?
対気速度kts(km/h)
15–18 (27–33)
16.5–23.5 (30.6–43.5) ? 最大高度 ft(m)
71，530 (21，802)
80，201 (24，445)
なし
96，863 (29，523)
65，000 (19，812)
空の重量ポンド(kg)? ? ?
1，322 (600) ? 最大。重量ポンド(kg)
560 (252)
700 (315)
±1，900 (±862)
2，048 (929)
2，320 (1，052)
ペイロードポンド(kg)
100 (45)
150 (67，5)
100 ～ 600 (45 ～ 270)
726 (329) ? エンジン
電気、各 2 馬力 (1.5 kW)
エンジン数6 8 14 14 10
太陽光発電出力 (kW) 7.5 12.531 35 18.5 補助力 電池 電池 電池
リチウム電池
リチウム電池、燃料電池
こちらもご覧ください
電気航空機
電気自動車
無人航空機の歴史
ペガサスUAV
キネティック ゼファー
再生型燃料電池
スケーリングされた複合材プロテウス
ソーラーインパルス
参考文献
には、パブリック ドメインに存在する Greg Goebel によるWeb 記事「無人航空機」からの資料が含まれています。
には、米国航空宇宙局の Web サイトまたは文書からのパブリック ドメインの資料が組み込まれています。
^ NASA Helios ファクトシート ^ Goebel， Greg， “”The Prehistory of Endurance UAVs””， Unmanned Aerial Vehicles ， Chapter 12. パブリック ドメインに存在. 2009 年2 月 11 日、 Wayback Machineでアーカイブ ^ g h NASA パスファインダーのファクト シート、archive.org にアーカイブ ^ NASA Pathfinder ファクト シート、archive.org にアーカイブ ^ NAA 記録データベース 2012 年2 月 12 日、 Wayback Machineでアーカイブ ^ 「スカイタワーは成層圏の 65，000 フィート (20，000 m) 以上から世界初の商用通信アプリケーションのテストに成功」、Ewire、2002 年 7 月 22 日、2008 年 9 月 11 日にアクセス 、 2006 年 11 月 20 日にアーカイブ。
^ David、Leonard、””Stratospheric Platform Serves As Satellite”” Space.com、2002 年 7 月 24 日、2008 年 9 月 11 日にアクセス 2008 年5 月 15 日、 Wayback Machineでアーカイブ ^ ナップ、ドン. 「’Atmospheric satellites’ could cut the cost of communication」、CNN、1998 年 8 月 11 日、2008 年 9 月 13 日にアクセス ^ Helios プロトタイプ航空機事故の調査- 第 1 巻、TE Noll ら、2004 年 1 月 ^ archive.org にアーカイブされた NASA センチュリオンのファクト シート ^ NASA.gov
「太陽光発電技術の巧妙さ: より優れた太陽電池—太陽が輝かない場所でのワイヤを使用」、 Scientific American 2003 年 9 月号の 33 ページに掲載された Daniel Cho の記事
外部リンク
・コモンズには、AeroVironment Pathfinderに関連するメディアが
NASAのヘリオス計画
子供用ヘリオス
DesignsbyALX による Helios モデル。
「成層圏の 65，000 フィート (20，000 m) で 3G テスト済み」 3G ニュース リリース 2002 年 7 月 23 日
Pathfinder Plus の高度記録に関するScience Dailyの記事
空港国際でのテレコムリレーの成果
Space.com の記事
The Future of Thingsでの太陽光発電 UAV の歴史
NASMのPathfinder Plus
後続プロジェクトのための NASA-AeroVironment 契約
ヘリオス記録挑戦記事
NASA の画像コレクション:
NASA パスファインダーは 2013 年 4 月 15 日に ウェイバック マシンでアーカイブされました
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 · “