シミュレーションを行う為の設定項目の概要
１ シミュレーイションを行うにあたっての条件として以下の項目を設定した 。
★ KE007 のコース逸脱の要因をアンカレッジ出発時に INS ナビゲーション・モード・スイッチをプッシュ
バック （出発の為駐機場より航空機をトラクターにて押し出す事）の移動中に伴い生じる加速度をINS
の加速度検出器 が検出。
★ その結果 INS のプラットホーム上の加速度検出器に対し誤差を補正する為の補整値がセットされた状態
にてINS は 航法計算を始めたと仮定した。
★ 従ってアンカレッジにおける出発準備段階に於いて 現在位置の値は正確に ＩＮＳ へインプットされた
ものと仮定した。
★ INS での飛行ルートであるアンカレッジからソウルまでの各ウェイポイントも正確に INS へインプット
されたものと仮定した。
★ INS の計算機能と自動操縦装置とのインターフェイスは正常と仮定した。
★ INS 以外の航法システム、計器システムは全て正常と仮定した。 サハリン東方海上より始まったソ連戦
闘機の通信内容について、パイロットは故意に偽りの報告はしていないものと仮定した。
★ KE007 パイロットの各ウェイーポイントに於ける航空機管制所への位置通報の内容は偽りのないものと
仮定した。
2．検証について
★ 上記の仮定項目をベースとし KE007 が撃墜されたサハリン西岸上空に到達するのに必要な誤差加速度
を求 め、 INS にその誤差加速度を加えた状態にて飛行コースを計算し、その飛行コース上に、既に判
明しているアンカレッジとベセル間のレーダーによる航跡が符合するかどうか又サハリン上空での自衛
隊レーダーの航跡に符合するかどうか更にサハリン東方より追尾したソ連戦闘機の報告内容と符合する
かどうかを検 証のポイントとしました。
3. INS 加速度誤差発生の考え方
★ INS ナビゲーションユニット内のメカニズム、計算手法の概略は次の様に考えます。
★ INS のプラットホームは航空機の変動による影響を除去し安定させる為にジャイロを使用し更に角度セ
ンサー やトルカーを組み合わせたサーボループにより制御していますが、INS アライメントの時には加
速度センサーの出力をこのサーボループ系に入力することにより加速度センサーが地球の重力を検出し
なくなるように（プラットホームを水平にする）制御します,しかしジャイロは一定の方向を維持する特
性により地球の自転の影響を受ける結果水平面を設定することが出来ません。
この為現在位置の緯度を元に地球の自転に伴い水平面がずれる割合を計算から求め、その補正値をサー
ボループヘ入力することでプラットホームの水平面と真方位（地球の自転軸）を設定します。
従って INS アライメントは正しい現在位置の緯度をインプットし又航空機を動かさないのが絶対条件と
なります。
★ 一方 INS のプラットホームは機械的機構ですので発生する誤差を考慮する必要があります。
プラットホームのアライメントが完了し水平面が設定されても、この誤差により加速度センサーの出力
は完全にはゼロになるとは限りませんので INS 自身この誤差を検出して補正することで精度を上げてい
ます。
この補正値がある値以上になりますと警告ランプを点灯させ INS が異状であることを示します。
★ アライメントが完了しますとレディ・ナビゲーション・ライトが点灯するのでパイロットは INS モー
ド・スイッチをナビゲーション・モードに切り換えます。
ナビゲーション・モードに切り換えると加速度センサーはプラットホーム・スタビライズ・サーボルー
プ系より切り離されて、速度計算の為のセンサーとして機能しますので、この時点での加速度センサー
の出力は完全にゼロにする必要があります、もしもゼロでない場合はゼロにするための補正値が INS に
セットされると考えます。
一般的に計測機器は使用前にゼロ点調整を行いますが、INS についても加速度センサーはナビゲーショ
ン・モードになった時点でゼロ点調整が行われると考えます。
★ 以上の考え方に基づいて KE007 の場合をみますと アンカレッジでの INS に入力する現在位置の緯度、
経度は正確にインプットされ INS のアライメントは正常に行われたにもかかわらず INS モードスイッチ
をプッシュバック中の航空機移動中にナビゲーション位置とした為に、その時の移動に伴い発生した加
速度が加速度検出器のゼロ点調整の為の補正値として INS にセットされた,つまりゼロ点調整を誤ってセ
ットしたと同じ状況が発生し, INS はこの誤った補正値を含めた加速度検出器の出力を基に航法計算をし
た結果 INS は北方にずれるコースへと航空機を誘導したものと考えました。
加速度センサー補正に誤差がある場合のルート設定について
例えば 航空機がＡ点からＢ点までの区間を飛行時間Ｔ秒間で飛行したケースで考察します。
加速度センサーの補正に誤差値を内包した状態にて航法計算を行うと以下の様な結果を招くと考えます。
セットされた誤差補正値を基に INS は飛行時間Ｔ秒後の航空機の移動距離と位置を計算します、そのINS の誤った移動距離は誤差補正加速度値×時間秒^2 となります。
従って INS が計算して求めた位置はこの移動距離 S を航空機の実際に飛行した移動距離 A-B と合成した位置であるＣ点の緯度、経度を表示するとものと考えました。
つまりＡ点からＢ点まで飛行した際、ＩＮＳはＡ点からＣ点まで飛行したと認識し、Ｃ点の緯度、経度を表示します。
実は正常な INS においても誤差を完全にゼロにする事は出来ない為この様な移動距離誤差は生じますが、その許容誤差距離は 時間 を目安としています、つまり1 時間後の許容誤差は最高で６ノーチカルマイルとなりますが、正常な INS の精度は高く、６ノーチカルマイルも誤差を生じる事は通常ありません。
KE007のケースでは約飛行１時間後のベセルでの逸脱距離がレーダー航跡にて１２ノーチカルマイルと判明しはていますので、異常に大きな誤差が INS に有ったと考えられます。
では、INS が計算した誤った位置を飛行中のパイロットが確認出来る可能性について考察します。
航空機が実際に到達したＢ点の位置を地上航法無線標識で確認出来れば可能となります。
INS の機能の一つとして INS が計算したコース上より航空機の現在位置が 異なりますと、INS コースより外れた距離を表示します。
今パイロットは地上航法無線標識にて確実に航空機の位置をＢ点と確認しているわけですから、INS の計 算したコースから外れた位置Ｃ点の位置を示す緯度、経度とＢ-Ｃ間の距離を確認することでINS の精度が正しくないと確認する事が可能となります。
しかし、Ｂ点に地上航法無線標識が無いケースですと正しい位置確認は出来ませんので、ＩＮＳの精度を確認することは不可能です。
自動操縦装置をこの誤差のある INS にて誘導する INS モードで飛行するケースを考察します。
本来の目標地点がＢ点の時 INS は誤差補正加速度値を内包したデーターにより計算しますのでＩＮＳはＡ－Ｃ上を飛行してＣ点に向かっていると認識します。
よっ て目標地点のＢ点に到達すべく誘導を行う必要があります、もともとこの誤った誘導は誤差補正加速度ベクトルが原因ですので、正しい誘導を行うには誤差補正加 速度ベクトルと逆方向のベクトルにて誘導することで解決します。
その結果航空機はＤ点に向かって誘導されＤ点に到達しますが INS の計算は誤差の補正加速度ベ クトルを加えていますので実際にはＤ点に到達してもＩＮＳはＢ点へ正しく誘導したと認識します。
ではパイロットはこの INS の誤った誘導に気が付くでしょうか、もしも本来の目標地点であるＢ点に無線標識がありますと、Ｄ点は無線標識より離れている為 INS の誤った誘導に気が付くはずです、しかし無線標識が無いとなれば確認の方法はありません。
勿論この時の INS の表示するデーターはオン・コースを表示していますので、正規の飛行ルートから逸脱しているとは、全く知る由もありません。
INS に誘導されたコース A-D と正規のコース A-B とでは飛行距離が異なりますが、この現象を INS はどの様に表示するかについて考察します。
飛行中の航空機は風の影響を完璧に受けます、例えば 300 ノットで飛行している場合、無風状態ですと対地速度も 300 ノットですが 50 ノットの追い風が有りま すと対地速度は 350 ノットになります、横風ですと風下にコースが外れますのでコースを外さない様に 機種を風上の方向に修正する必要があります。
この様に風が有りますと真大気速度と対地速度に差が生じます、また風上に機種を修正する偏流角が生じます
航空 機は風のデーターを直接知ることは出来ませんが、これらのデーターを基に計算して間接的に風を検出する方法とっており、これらの計算は INS が行っています。
さて、この INS の機能をふまえて考察します。
加速度センサー補正誤差により誘導され生じた距離 D-B の誤差距離の影響によりＤ点に到達しますが、INS 自身は A-B を飛行したと認識します、しかし実際には A-D を飛行したわけで、この両者のコース距離に差が生じます,そしてこのコース距離の差は風により生じたものとして INS は計算すると考えました。
誤差により生じた風は、実在の風では無い為偏流角は検出しませんので、風の方向は、機首方向となり、追い風又は向かえ風となります。
この架空の風は両者のコ ース距離に差がある時に発生し、差が無いときには発生しません
両者のコース距離に差が出る割合は加速度センサー補正誤差の方向と正規の INS コースの方向の 相対角度で変化します
相対角度がゼロの時、つまり加速度センサー補正誤差の方向と INS 正規のコースの方向が一致している場合は INS は正規のコース上を誘 導します、しかしセンサー補正誤差のベクトルが全て架空の風として計算される事になります。
一方 INS の加速度センサーは補正誤差を含んではいるもののセンサー自体の機能は正常の為実在する風の検出機能は正常ですのでINS は実在する風のベクトルと誤 差により生じた風のベクトルを合成し風のデーターとして表示します
また INS 表示の対地速度は A-D を飛行する速度が実際の速度であるにもかかわらず、A-B を飛行する速度を表示します。
このベクトル図の例では両者コースの距離の差は向かい風として処理します、しかしこの風は実在しませんので、飛行距離は、誤った風のベクトル分伸びてしまう 事となりＤ点に到達します。
実際の風は、INS の風のデーターを INS の認識しているコースの方位と、実際の対地速度と INS の示す対地速度の差より求められるベクトルを分解する事で得ら れるとしました。
この様な INS データーをパイロットはどの様に判断するのでしょうか、パイロットは飛行前に気象情報を確認していますので、予報された風と INS の風のデータ ーに差が有ることを察知すると思います、しかし予報データーとの違いは当然あり得る事ですので、極端に大きな差がなければ、納得する可能性は高いと思いま す、一旦風のデーターに納得してしまいますと、INS は風のデーターも含めて航法計算しますので、INS が表示する諸々のデーター間の整合性は計られますの で、パイロットは INS データーの異常を察知することは難しいと考えます。
過去に、アンカレッジ空港を離陸後、風のデーターが異常であることを察知し、引き返した事例があります、原因はＩＮＳのトラブルであった事が報告されていま す,これらの考察に基づくと KE007 の INS が表示した風のデーターは正しくない事になります
KE007 は位置通報の中で風のデーターを報告しています、一連のシ ミュレーションではＩＮＳの風に対する考察を基にしてKE007 の誤りの風のデーターから本当の風のデーターを割り出しました。 KE007 はベセルでの風を 295 度より 25 ノットと報告しています、このデーターから実際の風を求めた結果は 309 度から18.6 ノットとなりました, ベセルでの風の位置報告は、同じ大韓航空の KE015 便が約１５分後に 310 度から 20 ノットと報告していますので ( KE015 便もアンカレッジからソウル行きの 便であり予定通りソウルに到着している）シミュレーションの計算結果は KE015 便の風のデーターに近く、上記考察は正しいのではないかと考えます。 以上がINS 加速度センサーに補正誤差がある状態にて派生する諸現象について考察しました。
INSプラットホームについて
INS のプラットホームは常に水平で、方向は真方位（地球自転軸と一致する北）の真北を維持する必要があります。
この水平維持を制御する手段としてジャイロを利用しますが、ジャイロは地球の自転の影響を受ける為プラットホームを水平に維持出来ません。
この為プラットホームを常に水平で真北に維持する為には地球の自転に合わせてプラットホームの姿勢を修正する必要があります、この修正する為のデーターとして現在位置の緯度を必要とします、つまりプラットホームの修正量は緯度により変化する事になります
そしてこの緯度は INS アライメント（初期設定）時はパイロットにより駐機場の緯度を入力しますが、その後飛行することで位置が変わりますと、INS 自身が求めた位置の緯度を使用します。 では INS の計算誤差の為に INS が認識している緯度と実際の航空機の現在地の緯度が異なりますと、プラットホームを正しく修正する事が出来なくなり、水平が維持出来なく少しずつ傾きが出てきます、その結果、加速度センサーは地球重力の一部をセンスする事となり、そのセンスした地球重力加速度が速度計算に影響を与える為 INS の誤差は拡大する事になります。
更にプラットホームは飛行した移動距離に応じて修正しないと、やはり傾いてしまいますので INS 自身が計算して求めた移動距離と方位を基に修正をします
しかし誤差を持った INS は正しい移動距離と方位を認識していない為やはりプラットホームは傾き INS の誤差が拡大します。
この様に INS 航法は小さな誤差であっても長時間使用すると誤差が蓄積され、大きな誤差に発展します、特にアンカレッジでは 緯度が高い為にINS アライメントの精度が低下するうえにソウルまでのフライトは長時間を要する為に INS の誤差の蓄積が心配されます
しかも洋上フライトであり、地上航法無線局の援助を受けれない等々を勘案しますと、パイロットは、このフライトでの INS の精度については十分な注意を払っていたと考えられます。
プラットホームの水平を維持する為の修正量は航空機の移動に伴い刻々と変化する為シミュレーションでは１秒毎のルートの計算をし、プラットホームの傾きから生じる誤差を含めて逸脱ルートを計算しました。
大圏コースの緯度、経度の求め方とルート計算
正規ルートの距離のトラックアングル
INS の設定するコースは大圏コースであり、これは地球を球面体と考えて球面三角形の余弦定理及び正弦定理の式より求めました。この式を使用しますと２地点間の緯度、経度が与えられると、その地点間の距離とトラックアングルが求められる又１地点の緯度、経度と次の地点までの距離及びトラックアングルが与えられると、次の地点の緯度と経度を求めることが出来ます。実際の INS がどの様な計算式を使用しているかは不明ですが、この式の計算結果を実際に使用しているフライトプランのリストと照合したところ、両データーは一致し一連のシミュレーションの使用に問題ないことを確認しました。
ルート計算
１．INS に入力した各ウェーポイント（ WP-1,WP-2,WP-3 ）の緯度と経度にて正しいルートの距離とトラッ
クアングルを求める。
２．各ウェーポイントの通過時刻は KE007 の位置通報により判明していますので各ウェーポイントでの誤差距
離はその時刻より求める事が出来ますが、更に前述したプラットホームの傾き及び真方位のずれによる誤
差合成した最終誤差距離（コース逸脱距離）を求める。
３．1 及び 2 のデーターを基にして逸脱したコースのウェーポイント（ WP-X2,WP-X3）の緯度、経度を求
更に対地速度（経由地点間の平均速度）トラックアングル、飛行距離、到達時間差、風のデーターがある
ポイントでは、実際の風に方向と強さを算出しました。
以上が INS のプラットホーム上の加速度センサーに誤ったセンサー補正値がセットされたものと仮定した場合 INS がどの様な航法計算を行うかを考察しました、この考察結果をもとにプログラムを作成しパソコンにて計算することで逸脱ルートを求めました。
シミュレーションはプログラムを起動し、センサー補正値の方位と加速度値を入力する事で一連の計算をさせ、逸脱ルートを求めます。
ルート・シミュレーション
A逸脱ルート
KE007 がミサイル攻撃を受け撃墜された地点は自衛隊のレーダーにより確認されておりその地点を北緯 46 度 34.8 分、東経141 度 26.2分としました。 この地点に逸脱ルートが到達するのに必要な加速度センサー補正誤差値とその方位をシミュレーションした結果、誤差加速度値は 0.00000181 Mile/Sec^2 ( 0.33485 Cm/sec^2 ) 方位は真方位 321 度となりました。 しかしこの逸脱ルートはベセルでの逸脱距離が北方 8.5 ノーチカルマイルとなります。 このベセルでの KE007 の位置はレーダーにて北方へ 12 ノーチカルマイルずれていると確認されていますので、このベセルでの位置の違いは検証の障害となります。
B- 逸脱ルート
ベセルでの位置はレーダー航跡にて判明しており、その逸脱距離は北方１２ノーチカルマイルです。 この逸脱位置になる補正誤差値を求めた結果、誤差加速度値 0.00000254 Mile/Sec^2 ( 0.47040 Cm/Sec^2 )、真方位 321 度となりました。 この逸脱ルートを飛行すると、撃墜される地点は北緯 48 度 27.2 分、東経 139 度 5.7 分となります、この位置はミサイルにて撃墜された位置との緯度差で 1.87 分、距離にして約 112 マイル北方となります。
このルートを Ｂ-ルートとします。
C逸脱ルート
三番目のシミュレーション・ルートは参考として誤差加速度値 0.00000300 Mile/Sec^2 ( 0.5556 Cm/Sec^2 ) をセットして計算しました。撃墜される地点の位置は北緯 49 度 37.5 分、東経 137 度 33.4 分となり、撃墜された位置との緯度差は約 3 度であり、距離にして 180 マイル北方となります。
A逸脱ル―トとB逸脱ルート更にニーバ通過予定時刻を9分変更した理由の検証
これらシミュレーションの結果、撃墜された地点とベセルにおける北方へのずれ 12 ノーチカルマイルの両方を満足するルートが無い事が、検証する上で障害となります、この障害を解決するヒントが書籍 撃墜にあります、その内容は次の様なものです。 ナビー通過時に、はじめは KE015 便経由の位置通報で、「ニーバ通過予定時刻は、15 時 49 分と通報し、9
分後に行ったアンカレッジ対空通信局への直接通報では、「ニーバの通過予定時刻を、15 時53 分と訂正している。 この内容は非常に重要なヒントを暗示していると考えました、INS 航法の場合ウェーポイントを設定しますが、INS の航法計算は各ウェーポイント毎に行っていますので今向かっているウェーポイントの到達予定時刻が、同じコースを継続して飛行しているにもかかわらず、最初の通報からわずか 9
分後に 4 分も、ニーバの通過予定時刻を変更するケースはあり得ません。 なぜ 9 分後に 4 分も到達予定時刻を変更したのか、その要因として最も可能性の高いケースはルートの変更です。 ルートが変更されれば当然区間距離が異なるので次の通過予定時刻も変わります。 INS 航法は、信頼性を高める手法として通常大型機で長距離飛行する航空機は３台の INS を装備しています、各々の INS
の機能は独立して航法計算を行い、ある１台の INS が故障しても残る２台の INS により確実な航法が出来ます、そしてどの INS を使用するかはパイロットが選択出来ます。 そこで A-コースに誘導する INS を No-1 INS とし、Ｂ-コースに誘導する INS を No-2 INS として考察します。 上記シミュレーションからベセル通過は
Ｂ-コースでないとレーダー航跡に合わない為使用しているのは No-2 INS となります。 KE007 はナビー通過後なぜか 使用する INS を No-2 INS からNo-1 INS に切り替えて Ａ-コースに変更したと仮定すると、当然ニーバまでの到達距離は変更され従って到達時刻も変わります。
Ｂ-コースはＡ-コースより逸脱距離が大きいコースです、このＢ-コースのナビー、ニーバ間のコースからＡ-コースのニーバへコース変更した為にニーバ通過予定時刻が４分遅くなり、パイロットは最初の通報から９分後に到達予定時刻変更の通報をしたと想定しました。
なぜ KE007 はコースを変更したのでしょか。
超短波無線によるナビー通過の位置報告の交信が出来ず、後続の KE015 に通報を依頼しています、パイロットは交信出来なかった原因として、無線中継基地のセントポールからより離れていないか懸念した可能性はあります、正しいナビーからセントポールまでの距離は著書撃墜では 135 マイルとなっています、私がシミュレーションしたＢ-コースのナビーは正しいコースから北へ46 マイルずれていますので、セントポールまでの距離は 181 マイルとなり、超短波無線の交信可能範囲の 175 マイルを超えています。 この時、パイロットは通信の出来ない原因究明として 3台の INS のコースデーターを確認した事は容易に想像できます。 現在はB-コース上を No-2 INS を使用して飛行していますので、No-2 INS クロストラックエラー（XTE と表示してあり、航空機の現在位置が自身の計算したルートから逸脱した距離を示すデーター）はゼロを表示しており、飛行機は正しく No-2 INS のコース上を飛行していることを確認しますが、A-コースを設定している No-1 INS のクロストラックエラーは右に 13 マイルを表示、つまり Ａ-コースのルートは現在地から左 13 マイルのところにある事を確認します。 このニーバから先のルートはソ連の空域がすぐ右側に迫りますので、今飛行しているルートより １３マイル左側に設定されている Ａ-ルートに切り替えた方が安全と判断したのではないかと想像します。 ナビー以降はヌック、ニーバのウェーポイントを通過しますが、このコースの左側にあるシェミア島は無線標識と位置通報に使う無線中継アンテナがある重要な島です、正しいルート上でもシェミアとニーバまでの距離は１３５マイルありますので、１３マイル近づくことで確実にシェミアの無線標識を捉えようとしたのもコース切り替えの大きな理由であったかもしれません。 パイロットは対空通信局への位置通報が直接出来なかった事をきっかけとして、３台の INS データーを調べ検討した結果、上記懸念を考慮し B-コースから A-コースへ変更し、最初の位置通報から９分後にニーバ到達予定時刻を４分遅くした時刻で通報したと考察しました。
KE007 はＡ-コースへ変更しＡ-コース上のニーバへ向かいますが、このＡ-コースとシェミアとの最短距離は約２４２ノーチカルマイル離れている事からニーバ通過時の情報を直接管制センターへ通報出来ず、再度後続の KE015 の中継にて位置通報をしています。 またシェミアの航法無線装置である VOR, DME も受信圏外であり受信出来ない為に、KE007 は大きくコースを逸脱し、ソ連領域を飛行している状況を確認出来ず、飛行を継続することになります。
その後ニッピでの位置報告は東京管制に伝えていますが、この位置は超短波無線が使用出来ない空域の為短波無線を使用したものと思います、ニッピにて次のウェーポイントであるノッカ通過予定時刻を１８時２６分と通報した後Ａ-コースのニチム、ノッカのウェーポイントに向かい飛行し、サハリンに接近しますが、既にソ連の戦闘機が追跡し、KE007 の飛行方位を 240 度とソ連の管制に報告しています。
私のシミュレーションによる、このソ連戦闘機が報告した時間に於ける KE007 の位置での方位は真方位で 234.3 度です、ソ連戦闘機は磁方位を使用していると考えますので（通常、方位は磁方位を使用します）、この地点の磁方位と真方位との差は 10 度ありますので磁方位は 244.3 度になります、このＡ-ルートは、もともと私が、撃墜されたポイントに一致するように設定しています、従ってこのルートの方位がソ連戦闘機の報告している方位と一致するかが、検証項目の最も重要なポイントとなります、計算結果の 244.3 度と戦闘機報告の 240 度との差は、わずか 4.3 度です、コンパス計器の１目盛りが普通５度であることをみるに、シミュレーションの方位とソ連戦闘機追跡時の方位は一致していると考えられます。 KE007 は A-ルート上を飛行し、ソ連戦闘機が報告している 240 度の方位とミサイルを発射した時刻に撃墜された場所に到達したことになります。 つまり撃墜されたポイントでの時刻、位置、方位の全てが一致する結果を得ました。 以上がシミュレーションをもとに考察したシナリオですが、現時点にて明らかに判明している、諸事実と一連のシミュレーションしたコースとの相関関係にたいし、矛盾無く一致させる事が出来ました、つまりコース逸脱の原因は、INS に取り込まれた補正誤差値を含めて計算しミサイルにて撃墜された地点へ誘導された事が検証出来たと考えます。
Ａーコース、Ｂ－コース、Ｃ－コース をＩＮＳに設定
