Stratosphere airframe of despun platform type

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成層圏飛翔体を用い、光を含む電磁波を用いた広域大規模通信ネットワークを構築する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図４に示すように、国際間の通信、特に大陸をまたがるような通信や、広い地域間の通信には、通信衛星などの人工衛星を媒介とする通信システムが用いられてきた。 図４に示す例では、地球９０の周りを３機の通信衛星９１が配置し、通信を中継している。 特に、広い範囲で地表上を移動する車両や船舶、地表付近を飛行する航空機に対する通信を行うためには、衛星通信すなわち人工衛星を媒介とする通信の使用が不可欠である。
【０００３】
ところで、インターネットを始めとする各種のネットワークの普及につれて、通信に対して、より高速、より広帯域であることが求められるようになってきた。 これまで、衛星通信において、地表（地表近傍を飛行する航空機などを含む）と通信衛星との間の通信には、マイクロ波帯あるいは準ミリ波帯の電磁波が使用されている。 しかしながら、さらに高速あるいは広帯域の通信を実現するためには、ミリ波から光の領域の電磁波を使用することが必要である。 しかしながら、地表から通信衛星までの距離が極めて長いことによる電磁波の減衰や、周波数が高くなるにつれて顕著になる降雨や雲による電磁波の減衰を補償する技術が達成されていないため、衛星通信において、ミリ波通信や光通信は実用化されていない。
【０００４】
近年、例えば特開平５−２２７０６９号公報などに開示されるように、地表から約２０ｋｍ程度の高さの成層圏に飛行船型のプラットフォームを浮遊させ、地表の送受信機と通信衛星に搭載する送受信機との間の通信をこの成層圏プラットフォームに搭載する送受信機により中継することが提案されている。 この提案されている技術では、高速広帯域通信に必要なミリ波以上の高い周波数に対して特に影響が大きい降雨や雲による減衰の影響を、成層圏プラットフォームにおいて信号を受信して増幅することにより補償する。 また、成層圏プラットフォームと通信衛星との間はミリ波または光通信を用いて通信することにより、経済的に広域大規模通信ネットワークを構築することができる。 このような通信システムでは、成層圏プラットフォームと通信衛星の間では、降雨減衰を考慮する必要がなく、ミリ波や光の大気による吸収を無視することができ、ミリ波の大容量回線を設定可能である。 また、地上と成層圏プラットフォームの間では、Ｋ型やダクト型のフェージングを無視でき、マルチパス伝搬を無視することが可能となる。
【０００５】
また、通信衛星を介することなく、複数の成層圏プラットフォームで通信を中継することも提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
成層圏プラットフォームによって中継を行う通信ネットワークを構築する場合、成層圏プラットフォームは、一定の地点にとどめておく必要があるとともに、プラットフォームの特定の面のみが長時間太陽に曝されて機体の温度バランスが崩れることがないようにするために、その地点の周りで旋回するように運用する必要がある。 このように成層圏プラットフォームが旋回する場合には、地球に固定された座標ではほぼ一定の場所にいると考えられる通信相手に関し、成層圏プラットフォームの機体を基準とした相対的な方向が、時々刻々と変化することになる。 このため、通信用の指向性アンテナや通信用望遠鏡の向く方向を、成層圏プラットフォームの機体に対して回転させ、地球基準の座標では常に一定方向を向いているようにする必要がある。 しかしながら、成層圏プラットフォームに搭載される複数の指向性アンテナや通信用望遠鏡を一括して回転させる経済的な方法がないのが実情である。
【０００７】
そこで本発明の目的は、個々の指向性アンテナや通信用望遠鏡の姿勢の制御を行うことなく、成層圏プラットフォームに搭載される複数の指向性アンテナや通信用望遠鏡をそれぞれの所定方向に常時向けておくことができるデスパンプラットフォーム型成層圏飛翔体を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のデスパンプラットフォーム型成層圏飛翔体は、成層圏内に配備される成層圏飛翔体であって、飛翔体本体と、飛翔体本体に取り付けられたプラットフォーム部と、プラットフォーム部の水平面内での方位角を検出してプラットフォーム部が水平面内で常に同じ方向を向くように駆動する制御手段と、を有する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。 図１は、本発明の実施の一形態のデスパンプラットフォーム型成層圏飛翔体の構成を示す概略図である。
【００１０】
成層圏プラットフォーム（成層圏飛翔体）１０は、成層圏用の飛行船である飛翔体本体１１と、飛翔体本体１１の中央部から吊り下げるように設けられた架台１２と、架台１２に取り付けられたデスパンプラットフォーム部１３と、を備えている。 ここでは、空中に静止している状態での飛翔体本体１１の天頂方向を向くべき軸をＺ軸とし、この飛翔体の長手方向軸とＺ軸を含む平面内にあってＺ軸に直交する軸をＸ軸とし、Ｘ軸及びＺ軸の両方に直交する軸をＹ軸としている。 デスパンプラットフォーム部１３は、図１には示していない駆動機構により、上記のＺ軸方向を回転軸として回転し続けることができるとともに、Ｘ軸まわり、Ｙ軸まわりにも所定の角度範囲内で姿勢を変化できるようにされている。 この成層圏プラットフォーム１０に備えられるべき送受信機、指向性アンテナ及び通信用望遠鏡などは、デスパンプラットフォーム部１３に取り付けられるようになっている。 具体的には、この成層圏プラットフォーム１０では、デスパンプラットフォーム部１３に、対地表用の送受信機や指向性アンテナなどと、対通信衛星用の送受信機や指向性アンテナなどとが取り付けられており、地表上の送受信機と通信衛星との間の無線通信を中継する。 ここで、送受信機とアンテナ（望遠鏡を含む）を総称して、通信装置と呼ぶ。
【００１１】
また、図示破線で示されるように、架台１２及びデスパンプラットフォーム部１３は、飛翔体本体１１内に収納可能であり、この成層圏プラットフォーム１０の離着陸に際しては、架台１２及びデスパンプラットフォーム部１３が飛翔体本体１１内に格納されるようになっている。 ここでは図示していないが、飛翔体本体１１に、成層圏プラットフォーム１０を飛行させるためのプロペラや駆動エネルギー源が設けられることは当然のことである。
【００１２】
図２は、この成層圏プラットフォーム１０におけるデスパンプラットフォーム部１３の姿勢を制御するための機構を示すブロック図である。 この機構は、成層圏プラットフォーム１０の上述したＺ軸まわりの回転角と、前後方向への傾き（Ｙ軸まわりの回転に対応）と、左右方向への傾き（Ｙ軸まわりの回転に対応）とを検出する回転角検出部２１と、回転角検出部２１の検出結果に基づいて、デスパンプラットフォーム部１３が地球に対して常に一定の姿勢を保つように、架台１２に対するデスパンプラットフォーム部１３の各軸ごとの回転量を算出する回転量算出部２２と、算出された回転量に基づいてデスパンプラットフォーム部１３を回転させまたその姿勢を変化させる駆動部２３とを備えている。 ここでＺ軸まわりの回転角を検出することは、デスパンプラットフォーム部１３の水平面内での方位角を検出することと等価である。 また、前後方向への傾きおよび左右方向への傾きを検出することは、水平面に対するデスパンプラットフォーム部１３の傾きを検出することと等価である。
【００１３】
回転角検出部２１としては、架台１２あるいはデスパンプラットフォーム部１３に取り付けられたジャイロなどの慣性姿勢検出器を用いることができる。 また、成層圏プラットフォーム１０は非常に大型の構造体であるので、成層圏プラットフォーム１０の複数箇所にＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）センサを設け、各ＧＰＳセンサでの測位結果から成層圏プラットフォーム１０の傾きを検出するようにしてもよい。 駆動部２３としては、架台１２に対してＺ軸周りにデスパンプラットフォーム部１３を自転させることができるとともに、デスパンプラットフォーム部１３の前後方向の傾きを変化させ、左右方向の傾きを変化させることができるような公知の姿勢制御機構を用いることができる。
【００１４】
このような成層圏プラットフォーム１０では、成層圏プラットフォーム１０の旋回によって地表上の各点に対する相対的角度が随時変化するが、デスパンプラットフォーム部１３が水平面内で常に同じ方向を向くように制御され、デスパンプラットフォーム部１３が上記のＺ軸まわりで回転するので、成層圏プラットフォーム１０の旋回や方向変更の影響を受けることなく、デスパンプラットフォーム部１３上の指向性アンテナや通信用望遠鏡を常に一定の方向、あるいは地表上の所定の点に向けることができるようになる。 また、気流等の影響で成層圏プラットフォーム１０が前後方向にあるいは左右方向に傾いたとしても、デスパンプラットフォーム部１３ではこの傾きが補償される。 すなわち、水平面に対するデスパンプラットフォーム部１３の傾きが補償される。 これにより、デスパンプラットフォーム部１３上の指向性アンテナや通信用望遠鏡をさらに精度よく、常に一定の方向、あるいは地表上の所定の点に向けることができるようになる。
【００１５】
図３は、上述したような成層圏プラットフォーム１０を複数使用して構成される広域大規模通信ネットワークの一例を示している。 ここでは、地表上の送受信機３０間の無線通信を複数の成層圏プラットフォーム１０が中継することが示されている。 この場合も、各成層圏プラットフォーム１０における旋回や傾きの影響は成層圏プラットフォーム１０のデスパンプラットフォーム部には及ばないようになっているので、対地表間、対成層圏プラットフォーム間の通信を安定して行えるようになる。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、個々の指向性アンテナや通信用望遠鏡の姿勢の制御を行うことなく、経済的に、成層圏プラットフォームに搭載される複数の指向性アンテナや通信用望遠鏡をそれぞれの所定方向に常時向けておくことができるようになる、という効果がある。 これにより、経済的に広域大規模通信ネットワークを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態のデスパンプラットフォーム型成層圏飛翔体の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す成層圏飛翔体のブロック図である。
【図３】複数の成層圏飛翔体から構成される広域大規模ネットワークを説明する図である。
【図４】従来の通信システムを説明する図である。
【符号の説明】
１０ 成層圏プラットフォーム１１ 飛翔体本体１２ 架台１３ デスパンプラットフォーム部２１ 回転角検出部２２ 回転量算出部２３ 駆動部