Alphabetのインターネット接続のための高空飛行を行う子会社Loonは、インターネットを利用した成層圏気球の飛行期間の新記録を主張している。同社は、2020年7月に発表した223日という独自の記録を3ヶ月近く更新したという。

イーロン・マスクのSpaceXやジェフ・ベゾスのブルーオーシャンのような企業による超小型衛星のコンステレーションが、届きにくい場所にインターネットの接続性をもたらすために競い合っている。ソフトバンクが支援したOneWebは非常に資金を燃焼する競争に破れ、経営破綻した。

先週、マイクロソフトは、この急成長する宇宙競争において、自社のクラウドユニットを「選ばれるプラットフォームとエコシステム」にするために、SpaceXと協業してAzure Spaceを立ち上げたが、これはアマゾンがほんの数ヶ月前に立ち上げた新事業によく似ている。ビル・ゲイツはまた、最近、衛星アンテナ会社のKymetaに8520万ドルの投資を主導したが、これはあらゆる車両や船舶にインターネットアクセスを装備するのに役立つ。

近年、低軌道(LEO)衛星の分野では多くの活動が行われているが、Loonの気球ははるかに低い高度を飛行するため、コンシューマ機器に直接LTEサービスを提供することができる。これにより、高コストな衛星の端末を必要とせず、消費者の機器に直接LTEサービスを提供することができる。また、Loonの車両は地球に近い位置にあるため、地上のインターネット接続機器のデータ転送の遅延が軽減される。

Googleの親会社Alphabetは、「ムーンショット」プロジェクトとして5年間開発した後、2018年にLoonを独立した事業体としてスピンアウトさせた。Loonの気球は地球の上空平均20kmの成層圏を移動しており、条件の変化が気球の方向と速度に影響を与える。これに対抗するために、Loonはアルゴリズムと予測モデルを使用して、好ましい風の流れを見つけるまで気球を上下に動かし、制限区域を避けながら意図した方向に移動し続けるのを支援する。これにより、LTEのカバレッジを拡大し、遠隔地や災害時に地上インフラが損傷を受けた地域にもサービスを提供することが可能になるとされる。

気球は風力で動くため、長時間上空にとどまることができる。2つの無線トランシーバーを含む搭載電子機器は、ソーラーパネルと充電式バッテリーで駆動する。

Loonは現在、約100のアクティブな気球の艦隊を持っていると述べた。その気球の1つは2019年5月にプエルトリコから打ち上げられ、ペルーに移動し、3ヶ月間のパイロットサービスの一環としてテストされた。その後、それは地球上を約215,000km移動し、最終的には3月にメキシコのバハに着陸した。最初に地上を離れてから312日経過していた。

「この新しい飛行期間の記録は、1つの気球を312日間飛行させたからではなく、当社のすべての飛行システムを長持ちさせるための努力が功を奏していることを示す非常に目に見える指標だからだ」と、LoonのCTOであるSal Candidoはブログ記事で述べている。

「飛行システムは、従来の成層圏気球というよりも、気球をベースにした高高度プラットフォーム(HAP)のように見える。これは、長寿命や航法上の要求を含む、ルーンのニーズが成層圏飛行士の多くと同じではないため、当然のことだ。成層圏気球を使用する私たちの独自の方法は、同様に独自の設計、構築、製造の方法を規模に応じて教えてくれた。

エンジニアリング、モデリング、シミュレーションを活用した進歩的なアプローチ

Loonでは、最初のバルーン エンベロープ フィルムが形に切り取られるずっと前から、すべての工程でモデリングとシミュレーションが行われていた。初期段階では、物理学に基づいた設計手法を開発し、気球の高度な仕様を決定した。これにより、ペイロード容量、航法性、およびミッションの寿命の最適なバランスを設計することができます。別の言い方をすれば、Loonの気球は、気球を展開する場所で人々を繋ぐために特別に作られている。

この時点では、ほとんどの場合、テストのためにプロトタイプを作ることになる。Loonの開発チームは、従来のシステムエンジニアリングを超えて、シミュレーション能力を活用して、これらの想定される飛行システムの性能を評価している。ハードウェアに着手する前に何百万回ものシミュレーション飛行を行うことで、システムの性能の全範囲を確認することができる。

「ほとんどの高高度気球キャンペーンとLoonの大きな違いの一つは、私たちが打ち上げているフライトシステムの数だ。Loonではほぼ毎週のように気球を打ち上げており、現在(私が書いている時点では)世界中で100機近くのフライトシステムを打ち上げている。このように、私たちには再現性があり経済的な製造プロセスが必要であり、一握りの気球を機能させるだけの能力ではない」とCandidoはブログ記事で述べている。

飛行中は、当社の自動システムがバルーンを慎重に管理し、飛行システムの性能に関連する数百もの遠隔測定データ ストリームを監視している。自動システムは、気球内の揚力ガス量(気球が成層圏に留まるためのガスタンクの残存距離)を推定し、フライト中にバラストの量を慎重に調整して、太陽が気球に照らされると気球内の圧力が上昇して気球フィルムに過度のストレスがかからないようにしている。

ナビゲーションシステムは、成層圏が異常に寒いときに夜を通して加圧された滞在するのに十分なバルーンを暖かく保つ高度を選択する。当社のフライトエンジニアのチームは、1日24時間、週7日、1年365日、気球を監視し続けている。人間と自動化とのパートナーシップにより、飛行中の活動が、打ち上げ前に飛行システムに行われた他のすべての作業と同様に、長寿命化に貢献することを保証する。

フライトが終了した場合は、事前に計画されたリカバリーゾーンに誘導され、航空管制と連携してパラシュートの下に着陸する。Loon社の回収チームは、これらのフライトシステムを回収するために、非常に人里離れた場所に移動することもしばしばある。例えば、以下の映像はペルーの砂漠での回収の様子だ。

ペルーの砂漠で回収される気球。Image via Loon

ルーンのフライトシステムは最終的に帰還するが、気象気球はほとんど回収されないのとは対照的だ。Loon社では、成層圏の気球を画像化して解析するために、基本的に世界最大の気球フラットベッド スキャナー(下)を使用しているという。

世界最大のフラットベッドスキャナは、風船の寿命を制限する劣化を特定するのに役立つ。シャークスリッパがスキャナーを保護する。Image via Loon

「この画像が記録されると、人間と自動化された機械学習の両方で分析し、データ駆動型の洞察を生成することができる。これはすでに大きな成果を上げており、時間の経過とともに、このデータセットが当社のシステムの寿命を継続的に改善する上でますます影響力を持つようになることを期待している」Candidoは述べている。