概要
- GPS登場以前、航空機は 天測航法 などで航行
- B-52爆撃機には Astro Compass と Angle Computer が搭載
- Angle Computer は電気機械式アナログ計算機で三角関数計算を自動化
- システムは星の位置から 精密な方位 や位置情報を算出
- 操作や計算方法、星の座標変換の仕組みについて解説
GPS以前の航空機航法と天測航法
- GPS普及前、航空機は 天測航法 （星や太陽の位置を利用）を活用
- 天測航法は 高精度 で 妨害不可能、放送インフラ不要
- ただし 手動計算は困難かつ時間がかかる という課題
- 1960年代初頭、B-52爆撃機用に 自動天測システム が開発
- 当時のデジタルコンピュータは不適切だったため、 Angle Computer （電気機械式アナログ計算機）を使用
Angle Computerの仕組み
- Angle Computer は複雑な電気機械構造を持つ
- ジャイロやIMUとは異なり、 回転部品は存在しない
- 「 天球」を物理的にモデル化し、星の位置を示すポインタを動かす
- 方位角や高度などの角度情報は シンクロ装置 を通じて電気的に出力
- ナビゲーションシステムへ ワイヤバンドル で情報伝達
Astro Compassシステム
- Astro Compassは 星を自動追尾し高精度な方位（0.1度単位） を算出
- 主な出力は方位だが、「 位置線法」で位置特定も可能
- Astro Tracker（光学追尾装置）は機体上部に設置、4インチのガラスドームが特徴
- 追尾望遠鏡は 光電子増倍管 で星の光を検出、ジャイロとモーターで安定化
- プリズムを回転・傾斜させ特定の星を狙う機構
システム構成と操作パネル
- Astro Compassは 19個のコンポーネント で構成
- 右側：10個のアンプ・計算機（Angle Computer含む）
- 左側：9個のコントロール・インジケータパネル
- 操作は Master Control Panel でデータ値を選択・入力
- 各ノブは形状が異なり、触覚で区別可能
- 各データ値は 電気機械式ディスプレイ で個別表示
- Star Dataディスプレイは 3つ分 あり、最大3つの星のデータを保持・切替可能
必要な天体情報とAir Almanac
- 天体データは Air Almanac （天測暦）に掲載
- 米国政府が1941年から発行、10分ごとの天体データを収録
- 各日のシートに太陽・月・惑星・星の位置情報を記載
- 星の座標はほぼ不変だが、太陽や惑星は日々変化
ナビゲーショントライアングルと座標変換
- Air Almanacの座標（天球上）は 地上座標系 とは異なる
- 航空機の現地座標（ 水平座標系）へ変換するには 球面三角法 を使用
- 水平座標系は 方位角（Azimuth） と 高度（Altitude） で星の位置を表現
- 地球の自転により、星の方位角・高度は常に変動
- これらの複雑な三角関数計算をAngle Computerが自動実行
天球座標と用語
- 天球座標は 赤道座標系 を採用
- 赤緯（Declination） ：地球の緯度に相当
- 時角（Sidereal Hour Angle, SHA） ：経度に相当
- 基準子午線（0°）は 春分点（First Point of Aries, ♈︎）
- 地球の歳差運動により、春分点は時代とともに移動
- 星の固定座標を地球の回転座標系に変換
- GHA（Greenwich Hour Angle） やLHA（Local Hour Angle）を計算
まとめ
- 天測航法は 高精度かつ信頼性の高い航法 として重要
- B-52用Astro Compassは 自動追尾・計算機能 で実用性を大きく向上
- Angle Computer によるアナログ計算の工夫と、複雑な座標変換の知見
- 現代のGPS登場以前の 航空技術の粋 を示すシステム