研究者たちは、火災の挙動を予測するのに役立つ正確で持続可能な気象データを提供することを目指して、風速センサーをドローン、NASAのAlta Xクワッドコプターに取り付けた。
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山火事は、米国を含む世界中で数と深刻さを増しており、風は主要な要因だ。風は予期せぬ予測不可能な火災の拡大、公衆への脅威、および火災による死亡につながり、マイクロ気象は火災と戦うための非常に効果的なツールとなる。
このキャンペーンは、NASAのFireSenseプロジェクトによって実施された。FireSenseプロジェクトは、NASAの科学技術を運用機関の手に委ねることによって、山火事管理における課題に対処することに重点を置いている。
NASAエイムズ研究センター（カリフォルニア州シリコンバレー）のFireSenseプロジェクト科学者であるジャクリーン・シューマン氏は、次のようにコメントしている。
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シューマン氏：米国森林局や国立気象局などの運用機関が新しい技術を容易に採用できるようにすることも、このキャンペーンの主要な目標でした。
FireSenseチームは「Alta Xドローン」を選択した。なぜなら、米国森林局はすでにクワッドコプターのフリートと訓練されたドローンパイロットを保有しており、必要なセンサーとそれに付随するインフラストラクチャを統合することが、同機関にとってはるかに容易で費用対効果が高くなる可能性があるからだ。
ドローンのペイロードに2つのセンサーを選択した理由も、その採用のしやすさにあった。
1つ目のラジオゾンデは、風向と風速、湿度、温度、および圧力を測定し、国立気象局によって毎日使用されている。もう1つのセンサーである風速計は、風速と風向を測定し、世界中の気象観測所や空港で使用されている。
NASAラングレー研究所を拠点とするFireSense無人航空システム（UAS）の責任者であるロバート・マクスウェイン氏は、次のようにコメントしている。
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マクスウェイン氏：風速計はどこにでもありますが、通常は固定されています。私たちはすでに世界中で使用されているセンサータイプを採用し、それに翼を与えています。
どちらのセンサーも、世界中の気象学者にすでに馴染みのあるデータセットを作成するため、プラットフォームの潜在的な用途が広がるという。
従来の予測方法：気象観測気球
従来、地球規模の気象予測データは、ラジオゾンデを気象観測気球に取り付けて空に放出することによって収集されている。このシステムは、地域的な気象予報には適している。しかし、山火事の急速に変化する環境は、火災の挙動を正確に予測するためには、より頻繁で、的を絞った予測を必要とする。これはドローンにとって最適な分野だ。
ラングレーのFireSenseプロジェクトマネージャーであるジェニファー・ファウラー氏は、次のようにコメントしている。
ファウラー氏：これらのドローンは、気象観測気球を置き換えることを意図したものではありません。目標は、山火事のためのより頻繁で局所的なデータを取得するためのドロップインソリューションを作成することであり、すべての気象予報を置き換えることではありません。
ドローンによる制御、反復試験、持続可能性
ドローンは、正確な場所の上空で測定を継続するように操縦できる。現場の予報担当者は、状況の変化に応じて数時間おきにドローンを飛行させ、天候が火災の方向と速度にどのように影響するかを判断するためのタイムリーなデータを収集できる。
地上の消防隊員は、消防士や資源の配置場所、防火線の設定場所、近隣コミュニティの保護場所について迅速な決定を下すために、この情報を必要とする場合がある。
ドローンのような再利用可能なプラットフォームは、予報飛行の経済的および環境的影響も軽減する。
ミズーラでのキャンペーン
このような技術を火災現場に投入する前に、テストを行う必要がある。それがFireSenseチームがこの夏に行ったことだ。
マクスウェイン氏は、ミズーラでの状況を研究にとっての「星の配置」だと説明した。複雑な山岳地形は、不規則で歴史的に予測不可能な風を生み出し、地上の監視機器が少ないため、気象予報が非常に困難だ。3日間のキャンペーン中、近くでいくつかの火災が発生し、研究者はドローンが煙の状態の中でどのように機能するかをテストすることができた。
写真右：NASAラングレーのドローンクルーのトッド・フェランテ氏（左）とブレイデン・チェンバレン氏（右）が、2024年8月27日の初テスト飛行の前にNASAアルタXクワッドコプターの内部センサーを調整している
これらのデータセットが作成されると、それらを使用可能な形式に変換する必要があった。気象学者は数値に慣れているが、活動中の火災の現場指揮官は、どの条件が変化しているか、そしてどのように変化しているかを迅速に理解できる形式でデータを確認する必要がある。そこで、データ視覚化パートナーが登場する。ミズーラでのキャンペーンでは、MITRE、NVIDIA、およびEsriのチームがNASAに加わった。
今後の展望
火災監視のためのドローン機能の開発はミズーラで始まったものではなく、そこで終わるものでもない。
マクスウェイン氏：このキャンペーンは、ほぼ10年にわたる研究、開発、エンジニアリング、およびテストを活用したものです。NASA全体で使用できるUAS飛行能力を構築しました。
NASA Alta Xとそのセンサーペイロードは、モンタナで特定された改善点を取り入れ、2025年春にアラバマ州とフロリダ州に向かう。そこでチームは、別の地域の山火事管理者との技術実証を再度行う予定だ。
FireSenseプロジェクト
FireSenseプロジェクトはワシントンD.C.のNASA本部が主導し、山火事プログラム内に位置付けられており、プロジェクトオフィスはNASAエイムズにある。FireSenseの目標は、地球科学と技術的能力を運用上の山火事管理機関に移転し、火災の発生前、発生中、発生後の米国の山火事管理における課題に対処することだ。
