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深海巡航探査船「うらしま」

深海巡航探査機「うらしま」は1998年からJAMSTECが開発を続けている自律型の深海探査ロボットです。機体に内蔵したコンピュータにあらかじめ設定されたシナリオに従って、自分の位置を計算しながら航走することができます。2005年2月28日には、世界記録となる連続航走距離317kmを達成しました。
「うらしま」は地球温暖化のメカニズムを解明するために必要な塩分濃度、水温等の海洋データを広範囲にわたって自動で採取することができます。また、海底に接近して探査を行い、非常に高い解像度の海底地形や海底下構造のデータを取得できます。プログラムされた調査測線に沿って運動を制御するので、同一地点の調査や狭い範囲を往復させる調査も可能です。


自律型無人探査機(AUV)の必要性

従来の母船とケーブルでつながっている探査機は、行動の自由度が限られてしまい比較的狭い範囲でしか行動できません。これでは広大かつ3次元的な世界の海を調べるには限界があります。
また、地球温暖化の原因と考えられる二酸化炭素が海洋でどのように吸収され、移動するのかを調べるには、さまざまな海域で多数の海水サンプルを効率的かつ自動的に採取する必要があります。しかし、世界には人を寄せつけない荒れた海域や氷に閉ざされた海、活動中の海底火山など、母船が近づくことのできない場所があり、しかもそうした海域の調査こそがとても重要なのです。
そこでケーブルなしで自力で航行し、自動観測する自律型無人探査機(AUV:Autonomous Underwater Vehicle)が必要となります。
JAMSTECは、海洋や地球環境に大きな影響を与える北極海の氷の下の航行を目指しています。それには最低でも深度6,000m、航続距離5,000kmが必要です。
実験機として開発された「うらしま」は、さまざまな試験を通じ、将来の実用機を完成させるための基礎データを得ることができると大いに期待されています。

システム


運動センサの中核の高精度リングレーザジャイロ。これによって初めて実用的な慣性航法が可能になった
自分の位置をどう測るか?
無人機が自力で航行するには、自分で現在の位置を計測したり、どれだけ走ったかを計測しながら進まなければなりません。地上では人や車の位置を知るためにGPSが使われていますが、海中では電波がほとんど伝わらないため、海中での位置計測にGPSを使うことができません。
そのため、「うらしま」は運動を時々刻々計測しながら移動量を求める慣性航法と、海底に設置された音響灯台からの信号によって距離を求める音響航法のそれぞれの長所を組み合わせて航行します。

「うらしま」は慣性航法と音響航法を交互に使って航行する
慣性と音響の航法を交互に利用する海中ロボットのナビゲーションの模式図

「うらしま」の動力源
リチウムイオン電池または燃料電池が動力源として用いられます。リチウムイオン電池はエネルギー密度が高く、寿命も長いので、携帯電話や電気自動車などにも使われている高性能の蓄電池ですが、「うらしま」に搭載されている大きさのものでは、約100kmしか航行できません。燃料電池はさらにエネルギー密度が高く、300km以上の航行が可能です。燃料電池とは、水素と酸素から水ができる反応で移動する電子を外部で利用する発電装置です。最も軽い水素原子から得られる電力は同じ質量の蓄電池よりも大きなエネルギーを期待できます。
閉鎖式燃料電池
自動車など、地上で使われる燃料電池は、水素を燃料タンクに貯蔵して酸素は空気中から取り込み、また生成した水は空気中へ放出するだけです。それに対して、海中では酸素を海水から取り込むことが困難であり、「うらしま」では酸素もタンクに貯蔵して機体内に搭載します。また、生成した水を環境圧の高い機体外部へ放出するには多大なエネルギーを必要とするうえに、重量のバランスが崩れるというデメリットがあるため、生成した水も燃料電池用の耐圧容器の中に貯める仕組みにしています。このように「うらしま」の燃料電池システムは、機体の外部から何も取り込まず、外部へ何も放出しない“閉鎖式”となっています。この技術は、深海に不可欠な技術で、大気中で使用する自動車や定置型燃料電池の技術より、一段と高度な技術を必要とします。

深海巡航探査機「うらしま」データ

最大使用深度 3,500m
航続距離 100km以上(リチウムイオン電池を搭載時)
300km以上(燃料電池を搭載時)
寸法 10m(L)×1.3m(W)×1.5m(H)
質量 約7トン(リチウムイオン電池を搭載時)
約10トン(燃料電池を搭載時)
速力 3ノット(最大4ノット)
動力源 リチウムイオン電池または燃料電池
運用方式 自律航走、音響遠隔(無索、母船追従)
調査機器 海底および海底下探査機器、海洋物理計測機器
・自動多点採水装置(CO2計測用)
・CTDO(塩分、水温、溶存酸素計測)
深海底研究用(地震研究等)
・低照度デジタルカメラ
・サイドスキャンソーナ
・サブボトムプロファイラ
・マルチビーム測深機
「うらしま」の構造

主な経歴

2006年12月 「今年のロボット」大賞2006優秀賞受賞
2006年7月 熊野トラフ泥火山微細地形構造調査
~海溝型巨大地震とメタンハイドレート資源研究への一助に期待~
2006年6月 伊豆半島東方沖において地すべり痕確認-深海底微細地形の把握に成功-
2005年2月 巡航探査機の世界新記録航続距離317kmを達成 

2003年6月 世界で初めて燃料電池で航続距離220kmを達成
2001年8月 自律型無人機の世界最深記録および無線画像伝送の伝達距離を更新
2000年12月 駿河湾内水深1,753mより水中カメラで撮影したカラー映像の音響画像伝送に成功し、自律型無人機として世界新記録を更新
1998年4月 2005年実稼働を目指して深海巡航探査機「うらしま」の開発を開始