【Exploring Next Generation Aerospace Mobility and its Extension to Social System via Supercomputer Fugaku】

「富岳」が拓く次世代航空宇宙モビリティとその社会システムへの展開

The aerospace field is bringing about a significant transformation in human mobility, encompassing all aspects of transportation. International aviation organizations such as the International Civil Aviation Organization (ICAO) predict that passenger and cargo transportation demand will more than double over the next 20 years compared to pre-COVID-19 levels. It is estimated that over one-third of the world's air traffic will be concentrated in the Asia-Pacific region, and our country will also experience significant impacts from the increase in aviation demand. In this context, Narita International Airport, which plays a central role in international transportation in the Tokyo metropolitan area, has announced plans to aim for an annual aircraft movement of 500,000 (approximately twice the pre-COVID-19 level), along with runway extensions, new runway construction, and the integration of multiple terminal buildings as part of a mega-terminal concept. Additionally, they have announced the development of railway and road networks, as well as the expansion of next-generation Mobility as a Service (MaaS) businesses. The growing demand in air transportation not only brings significant changes to society by constructing human and material flow networks centered around airports but also generates demand for various forms of next-generation mobility such as unmanned aircraft and "flying cars." Airlines have already unveiled business plans for air mobility, connecting the metropolitan area's airports with the city center using flying cars. Furthermore, the Federal Aviation Administration (FAA) and NASA have announced the concept of Upper Class E Traffic Management (ETM), which expands the framework of air traffic management, essentially the management of the sky's traffic, to the higher altitudes of the stratosphere. They envision that air traffic will expand further into space in the near future. The expansion of infrastructure in the form of communication, navigation, and surveillance is a critical task for next-generation aerospace mobility. Space utilization plays a crucial role, including satellite communication utilizing geostationary satellites, the Global Navigation Satellite System (GNSS) providing global navigation capabilities, and reinforcement systems to enhance their accuracy. Thus, air traffic management is not only an indispensable element in aircraft operations but also an immensely important academic and research field that expands its scope to space utilization and human social life.
In light of this, the Aerospace Mobility Lab is conducting collaborative research with Tokyo University of Science and Tohoku University. We work in collaboration with airport companies, airlines, corporations, domestic and international research institutions, and universities to develop operational simulators that achieve multiscale analysis by coupling different statistical modeling approaches for airport-to-airport, airport surface, and within-airport management in the context of aerospace mobility systems. Utilizing the supercomputer Fugaku, we are evolving our previously developed cellular automaton simulator for air traffic and deploying the software in society, aiming to create value and co-create the future of mobility with the world as our laboratory.

航空宇宙分野は人類のモビリティ（移動・交通手段に関するモノ・コト全般）に、大きな変革をもたらしています。国連の専門組織であるICAO（国際民間航空機関）など世界の航空関連組織は、今後20年間に旅客および貨物輸送の需要がCOVID-19以前の2倍以上に増加すると予測しています。世界の航空交通輸送量の三分の一以上はアジア環太平洋地域に集中すると試算されており、我が国も航空需要増加の大きな影響を受けます。このような状況のもと、首都圏において国際交通輸送の中心的役割を担う成田国際空港では、航空機の発着回数年間50万回（COVID-19以前の約2倍）を目指し、滑走路の延伸や増設だけでなく、複数のターミナルビルを一体化するメガターミナル構想や、鉄道網・自動車道路網の整備および次世代の交通 MaaS（Mobility as a Service）事業の拡充を発表しています。このように、航空輸送の需要増大は、空港をノードとする人流・物流ネットワークを構築しながら社会に大きな変化をもたらすだけでなく、無人航空機や「空飛ぶクルマ」のようなさまざまな形態の次世代モビリティの需要を創出しています。航空会社は、首都圏空港と都心を結ぶエアモビリティとして、空飛ぶクルマのビジネスプランを発表しています。アメリカ連邦航空局とNASAは、現在、一般的な民間航空機が主に飛行する対流圏だけでなく、近い将来には航空交通がより宇宙に拡大するという予想のもと、航空交通管理、いわば空の交通整理の枠組みを、より高高度な成層圏上層に展開する新しい運用概念としてETM（Upper Class E Traffic Management）を発表しました。これらの次世代航空宇宙モビリティには、通信・航法・監視というインフラの拡充が重要課題であり、静止衛星を活用する衛星通信、全地球的航法衛星システムGNSS（Global Navigation Satellite System）、それらの精度を向上させる補強システムなど、宇宙利用が欠かせません。このように、航空交通管理は、航空機の運航において不可欠な存在であり、きわめて重要な学術・研究分野であるだけでなく、対象とする範囲を宇宙利用に、そして人間の社会生活のなかに拡大しています。

そこで、航空宇宙モビリティラボは、東京理科大学、東北大学との共同研究を実施し、空港会社、航空会社、企業、国内外の研究機関・大学と連携しながら、航空宇宙モビリティシステムを対象に、空港間、空港地上面、空港内マネジメントにおいて、異なる統計解析モデルを用途に応じて連成させるマルチスケール解析を実現する運航シミュレータを開発し、ヒト・モノの移動を最適化する研究プロジェクトに取り組んでいます。スーパーコンピューター富岳を利用し、これまでに研究開発した航空交通のセルオートマトンシミュレータを発展させながら、ソフトウェアを社会に展開し、世界を実験室とした次世代モビリティの価値共創を目指しています。