Laser Energy Transmission to a Small-Unmanned Aerial Vehicle

Abstract

A laser energy transmission system for a small-unmanned airplane(Kite-plane) has been developed and a long-time flight demonstration was done successfully in Osaka dome stadium (baseball stadium) at an altitude of 50 m. This test flight shows that it can be practically applied for the surveillance flight in natural disaster such as earthquakes, floods etc. In order to increase the horizontal range keeping the low altitude, an application to a helicopter flight is undertaken. 1. は じ め に 我々はこれまでに半導体レーザーと太陽電池を用い たレーザーエネルギー伝送システムによって月極域に あるといわれる氷を探査する氷探査車を送り込むこと を考えていた 1) ．月の氷については，NASA の月探査機 によって一年中太陽光が届かない月極域のクレーター 底部に大量の氷が存在するというデータがもたらされ ている 2) ．しかし，これは直接水分子を観測したわけで はないので， 確実に氷であるというためには探査車によ る直接観測が必要である． このとき探査車は太陽光が得 られないので，我々が考えたシステムでは，長期間探査 車を運用するために，半導体レーザーによってクレー ター外縁から底部へエネルギー伝送を行うというもの である．我々はこれまでに，月氷探査車モデルを用いて 長距離エネルギー伝送実験を行っている（第 1 図） 3) ． このようなレーザーエネルギー伝送は宇宙空間のみ ではなく地上でもその応用が考えられる． とくに人間が 近づきにくい場所（原子炉事故や自然災害）で長時間活 動する場合はエネルギー源の確保が重要である． そこで， *1 ©2008 日本航空宇宙学会 平成 19 年 3 月 12 日, 第 26 回宇宙エネルギーシンポジウムにて講演 平成 19 年 11 月 23 日原稿受理 *2 近畿大学リエゾンセンター 地上応用として， レーザーエネルギー伝送のみで飛行す る小型無人飛行機の長時間飛行実証試験システムを作 製し飛行実験を行った． 2. 小型無人飛行機へのエネルギー伝送 小型無人飛行機に限らず， 飛行機はバッテリーや燃料 の量によって飛行時間が限られる． 長時間飛行するため には外からエネルギーを供給する必要がある． 我々は月 氷探査車で考えた半導体レーザーと太陽電池によるレ ーザーエネルギー伝送システムを使用し， 長時間無着陸 飛行を目指すことにした． レーザー光でエネルギーを伝 送して飛行機を飛行させることは，これまでに NASA が幅 2 m のプロペラ駆動のラジコン飛行機に太陽電池 を搭載して 1 kW の赤外線レーザーを照射、手動で追尾 する実験を行っている 4) ．日本では東工大が紙飛行機に 貼り付けたアルミに水滴をつけてパルス幅 5 ns の YAG レーザーを照射することで、 瞬間的な水の蒸発の反発力 で飛行させている 5) ．だが我々のような自動追尾による 長時間運用可能なシステムは初めてである． レーザーエネルギー伝送型小型無人飛行機の利用状 況としては，災害時の状況把握，通信網の確保，緊急時 の携帯電話・放送電波などの中継基地，資源探査，環境 観測，都市部の 24 時間通信中継基地，防犯モニター， レジャーやホビーでの活用，などを想定している． 3. 長時間飛行実証試験システムの作製 今回作製したシステムはレーザーエネルギーのみで 飛行し続けることを実証する試験システムであり， 小型 無人飛行機（カイト型飛行機）とレーザーエネルギー伝 送システムから構成されている． 小型無人飛行機はラジ コン飛行機で，地上から手動にて制御を行う．機体には 地上からレーザー光を受ける太陽電池と小型バッテ 第 1 図 月氷探査車モデルへの長距離エネルギー伝送実験 宇宙技術