宇宙天気と人的被害:2002年アフガニスタンでのアナコンダ作戦に影響

宇宙天気が人命に被害をもたらすとは大変衝撃的なことです。2014年9月24日付のTHE CONVERSATIONに”Bad space weather may have caused fatal Afghan gun battle(宇宙天気の悪化がアフガンでの致命的な戦闘を引き起こした可能性”という記事が掲載されています。

記事の元は、Wiley Online Libraryに掲載されたAGUのSpace Weather関連の研究成果です。”Progress toward Forecasting of Space Weather Effects on UHF SATCOM after OPERATION Anaconda“。「アナコンダ作戦後に宇宙天気がUHF 衛星通信に与える影響の予測に向けての伸展」といったところでしょうか。

発端は2002年、アフガニスタンでアメリカ軍が実施したアルカイダ、タリバン掃討作戦「アナコンダ作戦」中に、「Takur Gharの戦闘」と呼ばれる事件が発生しました。DoDの記事によると、2002年3月4日にアフガニスタン東部の山岳地帯、3000m級の山頂Takur GharへMH-47E チヌーク(コールサイン:Razor 03)がNavy SEALsの兵士と空軍のコンバット・コントローラーを移送しようとしていたところ、着陸間近に展開してたアルカイダ兵の攻撃を受けました。同機は損傷しつつその場を離れますが、SEALsの隊員でニール・ロバーツ一曹がヘリコプターから転落してしまいます。7km離れたところに着陸した同機は、ただちに別のヘリコプター、コールサイン:Razor 04により空軍のコンバット・コントローラー隊員ジョン・チャップマン二等空曹とSEALs隊員から成るロバーツ一曹の救出隊を組織します。しかし転落現場で救出隊もアルカイダ兵と戦闘になり、チャップマン二等空曹は死亡、SEALs隊員も負傷しました。さらに2機のMH-47Eと23人の救出隊が組織されますが、こちらも激しい戦闘になり多数の死傷者を出しました。その後に判明したところでは、ロバーツ一曹は転落後間もなく、銃撃戦の中で死亡していたということです。(固有名詞や階層に誤りがある場合はご指摘ください)

発端となったMH-47E Razor 03には、”hot”な地帯を避けて着陸するよう繰り返し衛星通信を介して警告が送られたということですが、通信障害のため警告が届かず、MH-47E機は危険な地帯に着陸を試みて攻撃された、と研究には述べられています。事件後の調査では、警告が届かなかった原因は山岳地帯の地形による通信条件の悪さと、ヘリコプター搭載の通信機器ではUHF電波に十分な出力が得られなかったため、と結論付けられたそうです。

この問題を、12年後に別の側面から検証したのが上記、ジョンズ・ホプキンス大学応用物理学研究所のMichael A. Kellyらによる、宇宙天気との関連に関する研究です。アブストラクト及び解説記事を総合すると、アナコンダ作戦は1996年から2006年までの太陽活動サイクル 23ピーク期間中に実施されました。この期間、2002年3月4日には「電離層プラズマバブル」と呼ばれる電離層の擾乱が発生し、通信障害を引き起こしたというのです。この時期の電離層擾乱を観測したのは、2001年に打ち上げられたNASAの”熱圏・電離層・中間層エネルギーとダイナミクス”観測計画「TIMED」衛星です。

解説記事によれば、プラズマバブルとは電離層の高密度の領域の中に、急激に密度の低い部分が下から泡のように上昇してくる現象とあります。緯度の低い地域で日没後に発生し、電離層の密度が一様でなくなると、電波の位相の乱れを引き起こすということです。GPSなど航法衛星の測位精度の低下を引き起こす原因となります。衛星通信でも同様で、プラズマバブルによる電波の位相の乱れと現地山岳地帯でのマルチパスが合わさり、米軍が使用していたUHF静止通信衛星の電波のSN比が大きく変動して通信ができなくなった、ということです。

THE CONVERSATION より。電離層プラズマバブルが電波(画像ではGPS測位信号)に与える影響の模式図

研究はここから一歩前進し、電離層プラズマバブルの活動をシミュレートするモデルを構築し、将来の軍事作戦などに役立つ「宇宙天気予報」の発展に努めようというものです。宇宙天気というと、お決まりのように「太陽フレアの影響でGPSの精度低下や通信障害が発生する可能性があります」といった警告を報道などで見かけます。言葉の意味はわかっても、実際にそれで何が起きるのかなかなか想像しにくいものがありますが、このように具体的かつクリティカルな局面での影響を示されると、少しだけ実感しやすくなるように思います。

【補足】BBC Horizon視聴記:ネコのひみつの暮らし

今朝のエントリではいくつか取りこぼしているところがありましたので追記です。

GPS首輪の仕様:重量35g(装着される動物の体重の1~2%というのがスタンダードのようですから、ネコの体重を平均3~4kgと考えればこれくらいになりますね)。GPSモジュールの測位間隔は30秒毎、加速度センサーの記録頻度は2秒毎。メモリはマイクロSDを使用。

煉瓦造りの建物や下草の密生したところではやはりGPS信号の受信に問題があるとのこと、研究チームは信号解読のノウハウを積み上げて数十センチメートルまで精度を上げた、とありますね。どうやっているんだ……知りたい。また、GPS信号が貧弱な状態が続くということは、ネコが屋内にいるということだと判断して、動作を押さえるというかスリープのような状態に入るそうです。測位もきっと休止ですね。ソフトウェアのアップデートやデータの吸い上げを毎晩行っているそうですから、充電はその際にできます。やはり太陽電池はイエネコ用の場合は必要なさそうです。

キャットカムとIRフィルターについて:
「IRフィルターを取り外せるようにして昼夜使い分ける」なんてさらりと書きましたが、ちゃんとわかっていなかったので夫の意見を仰ぎました。
「実はほとんどのCCDは人間の目よりも赤外線方向に感度を持っているもの。IRフィルター(赤外線カットフィルター)は、CCDの前に取り付けて赤外線をカットするためのフィルター。そうしないと、白熱電球などの熱を出す光源から赤外線まで拾って、赤いものがもっと真っ赤になるなど色がおかしくなってしまう。CCD搭載のカメラにはほとんど最初から組み込まれている」というのがまず前提。そして「日中はそのまま撮影するとして、問題は夜。暗い夜には少しでも多くの光源を拾って撮影したいので、IRフィルターを取り外して赤外線にも感度を持つようにするということじゃないかな」とのこと。ネコの行動時間によって日中、夜間どちらの撮影になるかわかりませんので、取り外したIRフィルターを状況に応じて再装着できるようにしてあるということですね。いろいろ改造してありますね。

BBC Horizon視聴記:ネコのひみつの暮らし

先日、Wired.jpがイエネコの行動追跡に関する英BBCのドキュメンタリーを報じて話題になっていました。BBCと英王立獣医大学、リンカーン大学、ブリストル大学らの研究者がイギリス・サリー州の村で、50匹ネコにGPS首輪をつけて行動を追跡。行動範囲や活動の時間帯、ネコ社会の様子などを観察したというものです。

番組はBBC2の自然科学ドキュメンタリーシリーズ Horizon で6月13日に放映された”The Secret Life of the Cat” です。残念ながらBBCのiPlayerはイギリス国内でないと視聴できないのですが、まあ人気番組ですので、タイトルでググるとだいたい観られます。非公式アップロードですのでリンクは貼りません。

番組で行われた調査によって”ホームレンジ”と呼ばれるネコの行動範囲がオスでも100m程度であること(最大で縦300m、横200mほどの大きな行動範囲を持つネコがいたそうですが)、行動範囲がほかのネコと重なる場合、行動時間帯が重ならないようにして衝突を避けているネコの社会性などが明らかになりました。ネコは、ほかのネコが行動の際に残して行ったマーキングから、いつごろライバルがそこで行動していたのか知り、同じ時間帯にそこを避けているらしいのですね。また、狩りで持ち帰ってきた獲物を集める調査も。ネズミや小鳥も捕っていますが、大きいところではモグラやウサギ。「片目だけ転がっていたの」という戦利品を持ちこんでくれた飼い主もいました。ただし、狩りはエサのためではどうもないようで、天気が悪かったり飼い主からエサをもらえば積極的に狩りはしませんし、よその家でごはんをもらっているネコもかなりいるようです。ネコドアから出入りして、フードボウルに首を突っ込んでいる映像が残っていたりして、「ナイトスナッキング」なんて呼ばれていました。

さて、GPS首輪による動物の行動追跡といえば呼ばれなくても私の出番です。どんな首輪をどのように使って研究したのか知りたいところです。こちらは安心して参照できますが、BBCニュースに掲載された今回の研究のためのGPS首輪開発サイドストーリーです。開発に当たったのは、イギリス王立獣医大学の”ストラクチャー&モーションラボ”。アラン・ウィルソン教授はこの分野では第一人者の方のようですね。

同研究所とウィルソン教授は先行して大型のネコ科の動物、チーターやライオン向けの同種の首輪型センサー”RVC Wildlife Collars”を開発しているとのこと。搭載されているのはGPS、加速度センサーとジャイロスコープ、CPUの組み合わせです。カロリズムにGPSを付けたという感じで、MEMSの進歩の賜物ですね。基本的にはネコ用も同じものですが、難題はイエネコ向けには小型軽量化を図らなくてはならないということです。小さい分、バッテリーが持たないというのですね。ただ、イエネコの場合、飼われている家に帰ってきたら充電できますので、野生動物用のように太陽電池は必要ないようです。

GPSアンテナが測位を始めるとそれなりの電力を消費し、常時測位していれば電力消費はあっという間です。そこで、加速度計がネコの動きを感知するとGPSが測位を開始するようにして電力消費を抑えたというのが今回の開発の勘所ですね。「おかげで私たちは、面白くもないネコの睡眠中のデータばかり集めるはめに陥らなくて済みました」だそうです。イエネコ用GPS首輪の動作時間は約24時間です。

合わせて、番組ではイエネコ用HDカメラも開発しています。当初GoProを使おうと考えていたということですが(夫によると最近、ディスカバリーチャンネルなどの自然科学ドキュメンタリーでGoProを見ない日はないくらいの使用率だそうですが)、73gは目標重量の2倍のということで断念。市販のペットカムは解像度が低すぎ、ということで”HD808″というキーリングに取り付けられるカメラを利用し、120度の広角レンズをつけて改造したものを番組では使用しています。こちらも加速度センサーをトリガーにして録画を開始し、バッテリー消費を抑えている点は同じです。それでも元のままではバッテリーが持たないそうで、4つのLEDを1つにするとかあっちを削り、こっちを削りしてして作ったカスタム使用。8-10時間の映像を記録できるようになっています。日中と夜間撮影ではビットレートを調整するとか、IRフィルターを取り外せるようにして昼夜使い分けるとか、細かいカスタマイズをしていますねえ。

人工衛星やエレクトロニクスを使った動物の行動調査そのものはハイテクを駆使しているのですが、機器開発の話を聞くとこういう泥臭い実装の話がたくさんでてきて、これが私には本当に面白いのです。日本で行われている、NOAA衛星とアルゴスシステムを使った渡り鳥の飛来経路調査などもそうですが、位置情報の送信機は動物の体重の何%以下とか、地味で羽根に溶け込む色合いにしないと他の猛禽に狙われてしまうとか。

ネコの場合、木の枝の間や生け垣の下、自動車の下などGPSの電波が届きにくい、マルチパスも多いところにもぐり込むことが多そうなので、そのあたりをどうやって補正して位置情報を取得しているのか気になるところです。加速度センサーやジャイロがついているというあたり補正する方法はあると思いますが、本当に位置からカスタム開発になるのでしょうね。

番組では、「ネコの福祉が最優先です」という言葉が出てきます。研究者の方にうかがったところでは、研究で動物に機器を取り付けて負担にならないようにするといった基準では世界一厳しいのがイギリスだそう。基準を満たしていないと論文を審査すらしてもらえないとのことです。ネコ用GPS首輪の場合、引っかかったらすぐに取れて落ちる仕様だということが繰り返し強調されています。

ところで、6月13日付の日経新聞記事チーター、1歩で速度変え方向転換 加速パワーはボルトの4倍に「英王立獣医大などのチームが…」「アフリカ南部ボツワナに生息する野生のチーター5頭に、GPSや加速度計を組み込んだ首輪を付け…」なんて文言が出てきます。あら同じ研究者かしらと思ったらまさしく。BBCのイエネコ番組では、公民館でGPS首輪装着ボランティアを募る際に、アラン・ウィルソン教授が「これはチーター用」と大きなサイズの首輪を見せています。ボツワナのチーターに取り付けられたものですね。掲載誌はネイチャー。ネイチャーニュースに紹介記事がありますが、こちらも面白いのです。

国土交通省 第1回DMVの導入・普及に向けた検討会 傍聴録

2月6日 国土交通省で開催された『DMVの導入・普及に向けた検討会』第1回の傍聴に行ってきました。
報道発表資料:第1回 DMVの導入・普及に向けた検討会の開催について
会議資料は今後公開されるそうですが、現時点ではまだです。(議事録と同時?)
メモをアップしておきます。

追記(2013/03/05):国道交通省のページに構成員名簿、議事要旨、配布資料がアップされています。

DMVの導入・普及に向けた検討会について

 

測位衛星とDMVとの関係についていまひとつピンときていなかったのですが、今回のJR北海道の報告を聞いてようやくわかりました。

まずは国交省鉄道局総務課企画室より、検討会の設置趣旨およびDMVの概要について
・DMV Dual Mode Vehicleとは、道路から鉄道への乗り入れを可能とする車両
・鉄道とバスの乗り継ぎが不要。
・道路ではゴムタイヤで走行、線路では鉄道車輪を出して走行
・JR北海道が技術開発中
「非常にドアツードアに近い輸送が可能」鉄道局次長 田端浩委員説明

JR北海道取締役会長 柿沼博彦委員より、DMVの開発と実証の状況説明

(鉄道の採算性)1日500人未満の利用者
鉄道を廃止してバスに転換する→「事業者と地域の対立構図」
インフラ廃止に対することへ、事業者として割り切れない思い
しかしバスも疲弊、バスとの融合をはかりたい
1933年、英での事例から
DMV試験機、(ボンネットバス様の外見)ノーズカバーは車輪隠し
鉄道ほどの効率はないものの、道路を走るより高効率
脱軌道回路→GPS利用で国交省と協議
平成16年完成のDMV901号試験車(工場の人員輸送に使っていた中古マイクロバスを200万円で購入)
【課題】鉄道の位置合わせに関しては、GPSでは誤差がある。準天頂衛星に期待
(運転保安システムとして、鉄道では[1]運行監視システム、[2]踏切制御システム、[3]運転方向制御システム、[4]列車間隔制御システム、および車内信号システムが必要。しかしDMV車両は軽量のため、鉄道用の保安システムを搭載することができない。踏切制御、列車間隔制御にGPSというか電波航法を利用する開発を進めたが、現状ではGPSでは誤差があり実用上の検討には時間が必要、ということ)
道路の位置情報は、GPSで
質問:平成19年、20年の営業運行は観光目的?
→ほとんど観光。指定席300円~500円のため、家族で貸切した例も。九州からも来た人がいた
質問:地域交通としては?
かなりいろいろな人が見に来たので、地域交通としては別のことを考えておかないとパンクしてしまうかも
質問:(関心を持ったのは)鉄道マニア? バスマニア?
ほとんど鉄道マニア。道路から線路に乗ったときの、振動の違いを「鉄道だ!」と楽しんでいるらしい
【課題】
線路幅7cm、タイや23cm 応力が加わる。タイヤへの荷重をかけないような分散が必要
曲線が回れないといけない(後続がついてこないと)、線路にゴムタイヤが回らなくなる
ガイド車輪、道交法ではゴムタイヤどうし1/3以上はみ出してはいけない
FFのマイクロバスではできない。FRのマイクロバスで、針の穴を通すような設計
【資料から:DMVの車両】
・トヨタ「コースター」マイクロバスを改造。日野自動車「レンジャー」の前軸に交換している。新型DMV試作車(DMV923)は定員29名

JR北海道開発DMV試験車両を利用した、各地の鉄道事業者での走行実証について報告
【熊本県 南阿蘇鉄道】
・平成19年から実証走行
・観光、地域輸送両方で実証実験実施
南阿蘇鉄道草村大成委員:中山間地をかかえる過疎地帯→地域交通が大事、行政としてはそう考える。観光面の話は、南阿蘇での24年7月の豪雨災害後、交通機関は防災のかなめ。道路寸断、鉄道は活きていたという事例があった。
新たな一面として、防災

【静岡県富士市 岳南鉄道】
平成19年1月実証運行を実施
富士市 藁科靖委員:やはり観光面での可能性?
水陸両用車、2000円/30分。バス/船運転士交代が発生
公共交通の需要 富士駅-新富士駅の連絡(現状バスのみ)
公共交通の目的を満たせるか

【岐阜県恵那市 明知鉄道】
明知鉄道 毎年7700万円の赤字、恵那市、隣市で赤字補てん、観光も伸び悩み
急勾配の区間があるため、試験走行の上、H22年に実証運行。観光地を巡るルートも設定
試乗はモニター募集 130人に対して1400人以上の応募。5歳~83歳まで
「鉄路では思っていたより乗り心地が悪い」という回答も
「乗り換えの負担が軽い」という期待が最も大
通勤時、乗客の積み残しが発生するのではという懸念
鉄道は鉄道運行士、道路はバス運行士、2名での運行が必要。
人員の確保が必要、事業体制が今後の課題
明知鉄道 勝正憲委員:電子電動閉塞方式(線路に電流)
GPS取り入れ、システムを大幅に変更するのか? なるべくお金をかけないようにしたい

【徳島県 阿佐東線】
地元ではTVなどで反響
「いつ導入されるのか」という声も

【自由討議】
政策研究大学院大学 日比野直彦委員:まだ観光では車利用が多い、鉄道は高齢者が多いが、最近20代が増えているという。観光向けのアトラクション的運行では、そういう層にはまるのか? また補助制度は? 地域の足にどうするのか
意見:鉄道を観光に活用する場合、車両もひとつの魅力
質問:雪、冬季には支障があるのか
JR北海道柿沼委員:現状、鉄道の運行なみに走れる検討。さらっと降った10cm、固まった10cmでも違う。後ろのゴム駆動タイヤが線路に乗って、前後の車輪がガイド、踏切をうまく超えられるか。現状は後ろの車輪の追従性をよくする。踏切に板厚、50cm雪想定で検証してみた
夕張市 高畠信次委員:(夕張市)コンパクトシティ化 南北のJR線路中心に集約していく。JR1列車あたり平均7人しか乗っていない
津軽鉄道 澤田長二郎委員:津軽鉄道もぜひやりたい。雪のない時期に活用(雪の時期はストーブ列車)。観光向け
津軽鉄道は総距離20.7km、勾配少ない、トンネルない、条件がよい。テストに使ってください。とりあえず夏場でも
高知県 金谷正文委員:観光用と受け取るのか、日常の足と考えるのか
運用面でバスとの比較。徳島の実証、高知県とは室戸岬を挟むところに70kmくらいの空白地帯JR北海道 柿沼委員:(各地の実証で出た課題について)すでに課題が解決している面も。
トンネル火災→仕様を鉄道車両レベルに
強風→シミュレーションでは鉄道レベルに検討済み
乗り心地→かなり改善、よくなっている。明知鉄道(貸し出し)車両は初期のもの
(鉄道の)25mごとのレール付き合わせ、年月が経つと隙間が広がる。車輪が50cmと小さいと振動が大きい。突合せを斜交い場にすると乗り心地向上する。
首都大学東京 矢ケ崎紀子委員:試乗したら乗り心地よかった 鉄道「おお鉄道だ」切り替えがフレッシュな体験。バス路線を使った観光番組を見ている(番組名不明)県境を越えるのが大変、など新しい発見がある。
地域鉄道に関する地元の無関心。その市場に任せているとうまくいかない。無関心をクリアする工夫を必要。車両の製造コスト低減の必要
座長 一橋大学大学院 山内弘隆委員:ハード、技術、法的面の課題。明日すぐにはクリアできない
リクルートライフスタイル 横山幸代委員:自動車観光旅行58%、若者だと36%に下がる
温泉、見るだけという観光からもっと新しい試みへ。
旅行の89%は個人手配旅行、団体向けとは違うフレキシブルな取り組み可能?
富裕層向けのプレミアムサービスが可能か。
トヨタ自動車 下村修之委員:トップダウンの試みなので、協力していきたい
日本観光振興協会 見並委員代理 安本達式氏:観光資源への期待