バルーン空撮[技術解説]　－　特許出願までの道程

空撮の事故は、全国ニュースになりかねません。
農薬散布のラジコンヘリが墜落した程度なら・・・（これは、相当数発生してます）大きな問題になりません。
航空写真ナビの撮影など、都市部を当初から想定したことから墜落事故の可能性は徹底的に排除する必要がありました。

最初に行ったのが、産業用ヘリコプターメーカーへの問い合わせです。
ＧＰＳ内蔵（自動運転が可能）で、ペイロード数十キロ（弊社の撮影機材は5kg程度）にて、価格は１５００万円程度。
減価償却にメンテナンス費用を考慮して計算すると・・・

１フライトで５万円のフライト原価が必要という計算が行えました。

この価格（機体が１５００万円）は、大きな障害にはならないと考えていました。
空撮事故に最大の配慮をするなら当然の金額と思えたからです。

機体を導入する方向で、技術的な話をメーカーと進めたところ・・・
予想外の設計の甘さが露呈しました。
機械的な信頼に関しては、１５００万円の産業用ラジコンヘリコプターは、３０万円程度のホビー用ラジコンヘリコプターそれほど変わらないという衝撃的な事実です。
具体的には、「主要部の二重化がされていない」という点で指摘できます。
←赤い矢印がサーボと呼ばれる、ヘリコプターの姿勢を制御している部分です。（ホビー用）
通常のラジコンヘリコプターでは、メインローターの制御に３個のサーボが用いられます。
この一つにでも障害があった場合は、墜落の可能性は極めて高くなります。（即時墜落という事もあります）
この様に重要な部品なのですが、ホビー用のラジコンヘリコプターは、「価格的な問題」と「余剰浮力が少ない」ことから二重化がされていません。
二重化とは、同じ機能を有するパーツを２セットもちい、もしもトラブルがあった場合にも性能を確保するという考えです。
例えば・・・エンジンを二つ搭載する。一台のエンジンが止まっても５０％の出力を確保する。などとなります。

産業用ヘリコプターに戻ります。
高価な産業用ヘリコプターは、十分な予算も余剰浮力も確保されています。
当然、主要なサーボや受信機などは二重化。場合によっては、ＧＰＳユニットなどもと考えたのですが・・・全て一重でした。
エンジン冷却などは、空撮という用途用に強化されています。（上空でエンジンが止まりにくくするため）
しかし、制御部分に信頼性に関しては大きな疑問となりました。
そこで、メーカーに以下の問い合わせをしました。

0[Zero]：「もしかすると・・・サーボに何かあったら墜落ですか？」

メーカー：「その通りです・・・」

この時点で、産業用ヘリコプター採用の可能性は消えました。
ラジコンのトラブルの定番と呼べる制御部分に関しての信頼性は、価格から考えると低すぎると考えました。
なお、ホビー用でも１００万円程度の飛行機などになると、制御部分は二重化されてきます。
0[Zero]では、飛行機による空撮も考えていますが主要制御部分は二重化が当然と考えています。

シンプルな質問です。
空撮に携わっているならば、即答できて当然な内容です。
この質問に対して、全てを納得できる返答が出来た、バルーン製造メーカーは一社もありませんでした。

値段は、立派でした。（値段の話しかしないところも・・・）
しかし・・・　性能の保証も出来ないよな代物に支払う金額としては納得できる金額ではありませんでした。

この段階で、バルーンの納入先を海外に求めることになりました。
ラジコン機器やカメラは、日本は最先端ですが、空撮用のバルーンに関しては後進国であることがわかりました。
空撮の需要が高い国々の方が、バルーンが進んでいるのではと思ったのです。

結論から述べると・・・
「その通り」でした。
海外のバルーンは、目安となるペイロード・対風性能・使用ヘリウムガス量が明確にWebサイトに記載されていました。
（海外の事ですので、結構アバウトですが・・・）
価格についても、十分納得出来る金額でした。
仕上がり（見た目）は、国内製造品が良いでしょうが、実務性能は海外製バルーンが数段上回るな・・・というのがその時の印象です。

これを購入してしまえば、話は早いのですが・・・
「ポチッ」と出来なかったのです。
理論だった研究の末に行き着いている形に見えなかったのです。
もちろん、現場で鍛え上げられた道具感はあります。
しかし、洗練されていないのです。
最新の素材に、ラジコンヘリコプターによる空撮CubicVRの開発によって得ることが出来たノウハウを投ずれば・・・

空撮用のバルーンなら、世界のトップを狙えるぞ・・・

元々は、産業用ヘリコプターの導入を考えていたのです。
この予算と今までのノウハウをバルーン開発に投ずれば、バルーンのダウンサイズを図りつつ国内のどのバルーンよりも高性能とする目処は、開発当初から立てられました。
目標は、4t車程度の専用車両にての移動を確保しつつ、実務で想定される範囲の風で、国内トップクラスの性能を有すこと。
これは、ある素材を採用することにより、容易に実現出来ると卓上では計算出来ました。
その素材とは・・・

エバールです。

このページにて詳しく解説しています。
従来のバルーン素材である塩ビから、エバールに材料を置き換えることにより機体重量を大幅に削減。
結果として、バルーンサイズのダウンが可能に＝前面投射面積が低減。
ますます、ダウンサイズが可能に・・・との目論見です。

そこで、最初に購入したのがエバール製の国産バルーンです。
ダウンサイジングの最大のポイントは軽量化。
その鍵を握るのは、もっとも軽量化効果の高いバルーン素材の置換と睨みました。
耐風性能の低いことを承知して購入したのが、このバルーンです。

この機体からスタートし特許の出願までは、外注にて５機。
社内にて、それ以上の数の試作バルーンを創ることになりました。（この部分も、特許出願が完了したことから公開することが可能になりました）

最初のバルーンが飛んだ日を今でも覚えています。
わずか2m/Sの風（そよ風以下）で、繋留角度は４５度を下回りました。（特許申請済の最新世代なら、８０度以上）
「バルーンは、ここまで風に弱いのか・・・」
社員の多くが、その初フライトに参加しましたが、「こんなのが仕事になるのか・・・」と思ったことでしょう。

この一つでも欠けると、車載式の風に強いバルーンは生まれませんでした。
特に需要なのが、「時速18km/Hでは、空気抵抗は無視できる」です。
これは、日本製のバルーンに多く見られる根本的な設計ミスです。
風に流されることを嫌うあまりに、実機の飛行船の形を模しています。
もっと極端なのは、ミサイルの形状に近いような物まで存在します。

空気抵抗は、風（速度）の二乗に比例します。
空気抵抗が重要なスポーツ（自転車競技）などを体験するとわかるのですが、時速40km/H以下程度の速度では、それほど空力は重要ではありません。
ましてや、空撮バルーンで必要な、時速20km/H以下の速度では・・・飛行船やミサイルの形は不要なのです。
ここに気が付いていないと・・・永遠に風に強いバルーンは生まれません。

空力については、海外の軍用スペックバルーンを見ると勉強になります。
北極圏にて風速30m/Sに対応・・・などという化け物みたいなスペックでも、形状は非飛行船型です。
実際の飛行機が身近にあることから、空力に関しての考えた方は日本人よりも進んでいます。

飛行船型も試作・・・

時速18km/Hでは、流線型にするよりも風に正対することの方が遙かに重要です。

このバルーンの飛行姿勢を目にしたのは大きな収穫でした。
0[Zero]では、この時の経験を生かしテスト機を一台制作しました。
この時に採用されたコンセプトが、特許の申請項の重要なポイントとなりました。

ここから、0[Zero]のエバール製バルーンは、飛躍的な対風性能を身につける事になりました。
このコンセプトが形になった、2008年３月から、このページを書いている2009年３月まで、風による空撮業務のキャンセルは１例もありません。
中には、最大風速10m/Sを超えるような案件も含まれます。
さらに重要なのは、0[Zero]の空撮の回数です。
パノラマ空撮ギャラリーなどで紹介されているのは、ほとんどは業務外の空撮です。
例えば、蔵王のパノラマ撮影は、仙台と山形にての空撮業務の終了後に行われています。
（業務で撮影された画像は非公開）
これ以外にも、無数の業務での撮影実績があります。
お客様から公開許可を頂けていない案件はご紹介できないので、パノラマ空撮ギャラリーでの公開は一部なのです。

このページを書いているのは、2009年３月１７日です。
直近の一週間の空撮業務は・・・（業務以外のテストは除いています）

このペースと困難な条件にも関わらず、完成率１００％を誇っています。
既製バルーンを使っている頃は、慎重に撮影タイミングを図っても完成率は６０％前後でした。

海外でパテントが取得されている、バルーンも基本的には0[Zero]と同じ考えなのですが・・・
理論が整然としてないことが確認できました。
「何となく、この形にすると風に強くなる」という程度です。
今の、0[Zero]のバルーンは、なぜ風が吹いても垂直に上昇するのかを理論立てて説明できます。
効率よく風を浮力に変化するという0[Zero]のバルーンは、風速10m/Sでも一人で運用出来ます。
風速5m/S以下では、繋留角度70度を保証。
しかも、ヘリウムガスを現場で廃棄しないエコバールとなりました。

0[Zero]は、航空写真ナビなどのソフトも自社開発を行う空撮会社です。
世界トップクラスのハードウェアも自社にて開発・製造を行っています。
ここまで、自社にて開発から実務までを行う、バルーン空撮会社は世界でも例がありません。
美しい画像を安全・迅速に撮影するには、徹底した理論の検証の元に成立している、ハードウェアとソフトウェアが存在しています。