無人艦隊の登場も見えてきた！？　クルマよりも歴史が古い航空機や船舶の自動操縦とは

2023年5月12日 / コラムコメントする

無人艦隊の登場も見えてきた！？　クルマよりも歴史が古い航空機や船舶の自動操縦とは

　近年、クルマの技術でオートパイロット（自動操縦装置）という言葉をよく聞く。オートパイロットとは乗り物を自動で操縦する装置やシステムのことだ。人間に代って操縦を行うことで、ミスをなくしたり、作業負担を軽減して事故を減らしたりと、正確・安全な運転が期待されている。また移動にかかる時間や燃料を減らすこともできる。

　そして自動車に限らず、オートパイロットは今や飛行機、船、鉄道など、いろいろな乗り物に使われているが、それぞれの乗り物によって機能や制御の方法は異なっている。今回はクルマよりもずっと歴史の古い、航空機と船舶のオートパイロットについて取り上げる。

文・イラスト／坂本明、写真／U.S. Air Force、U.S. NAVY、航空自衛隊

■オートパイロットは飛行機から始まった

　オートパイロットが導入されたのは航空機がもっとも古く、最初の航空機用オートパイロットは1912年にアメリカのスペリー社によって開発されている。長時間の飛行でパイロットの疲労を軽減するために開発された装置が始まりだ。さらに1930年代初めに飛行家のウイリー・ポストがスペリー社のA-12オートパイロットを装備したロッキード・ベガ5Cで世界一周を8日間で成功し、オートパイロットの実用性を証明してみせたのだった。ちなみにA-12は空気・油圧ジャイロを使用して高度や針路保持の機能を持っていた。

　この成功によってオートパイロットの開発に拍車がかかり、第二次大戦中にはアメリカでパイロットからの操縦指令を実行できる能力を持つオートパイロット（電気式）が開発され、C-1型オートパイロットとしてB-17やB-29に搭載されている。このオートパイロットはノルデン照準器と連動して爆撃機がより正確な爆撃を行うのに貢献した。

　第二次大戦後は、オートパイロットは単に飛行を制御する機能だけでなく、航法装置としての機能も求められるようになっていく。

　そしてジェットエンジン機の普及にともない登場したのがSP-30型自動操縦装置だ。

　SP-30型は後退翼を持つ高速機につきまとうダッチロールを制御するために開発されたオートパイロットで、ダグラスDC-8に装備された。このオートパイロットは一種のINS（Internal Navigation System：慣性航法装置）のような回路を持っており、それが1970年代後半の飛行機（大型民間機や軍用機）へのINSの標準装備化に繋がっていく。

■オートパイロットから飛行管理システムへ

　INSとは、地上の航法援助施設からの電波や地磁気等に頼らず、飛行機の位置、速度や移動距離を算出することが可能な装置だ。またその精度もかなり高い。

　飛行機が地上からの航法支援を受けれない空域を飛行する時に、自機の位置などの航法情報を把握するために開発されたもので、潜水艦やミサイルなどにも、自律航法装置として搭載されている。

　そのINS（慣性航法装置）をオートパイロットや推力制御装置と組み合わせることで飛行を管理し、出発前に入力した現在位置と通過予定点の座標に沿って目的地まで自動操縦で飛行できるようになった。

　オートパイロットが単なる自動操縦装置から飛行を管理するシステムへの進化の始まりといえる。この方式は初期のボーイング747などで使用されている。

　さらにオートパイロットとINS 、コンピュータを組み合わせたPMS（Performance Management System：性能管理システム）が開発され、ボーイング747-200などに搭載された。燃料を節約するために開発された性能管理システムで、操縦装置はケーブル式で、INSが機械式ジャイロ、それにデジタル式コンピュータを組み合わせたものだった。この方式はボーイング727などの飛行機に導入された。

　そしてエアバスA300やボーイング757などの飛行機に最初に装備され、1980年代以降に開発された飛行機にはほとんど装備されているのがFMS（Flight Management System：飛行管理装置）である。

　これは飛行などを統括管理するアビオニクス、オートパイロット、各種航法計器、INS（慣性航法装置）、GPS（全地球位置把握システム）の技術を一体化させたものだ。

　目的地に到達するために最適な飛行コースを計算し、飛行中は機体の姿勢、飛行高度、針路（機首方位）、速度を管理・制御し、コースを外れたら外れた量を計算して元に戻す操作を行い、最適な飛行が行えるようにエンジンの出力制御を行う。