航空宇宙用複合材料：航空工学を推進する

新しく改良された材料が航空宇宙工学の世界を革新しています。本記事では、火星およびその先を目指すことを可能にする新しい複合材料のいくつかを取り上げます。

航空宇宙用複合材料：カーボンファイバー、ナノチューブ、グラフェン

炭素繊維は、1800年代に電球フィラメントとして、竹や綿などの材料を使用して初めて製造されました。その後、20世紀半ばになって初めて、研究者たちはこの材料を構造要素として探求し始めました。

現在、炭素繊維のほとんどはポリアクリロニトリルから作られています。これらの微細な個々の繊維はプラスチック結合剤の助けを借りて結び付けられ、非常に強力で軽量な材料を形成します。炭素繊維材料によって得られる軽量化は、宇宙に到達するロケット、飛行中の飛行機、そして次回のサイクリングでの燃料消費を削減することを意味します。

炭素材料技術の次の進化として、他の航空宇宙用複合材料、カーボンナノチューブ、グラフェン、バックミンスター・フラーレンを検討することができます。これらの材料はいずれも、炭素原子が隣接する3つの原子と結合して構成されています。

航空宇宙および防衛用エアロゲル

サミュエル・スティーブンス・キストラーは、1931年にゼリーから液体を取り除くことでエアロゲルを作り出しました。結果として得られる固体物質は主に空気で構成されています。現代のエアロゲルは多くの場合シリコンから形成され、液体分子を取り除いて、体積の99%以上が空気である非常に多孔性の物質が作られます。

「静止した」空気として構成されているため、エアロゲルは優れた断熱材です。エアロゲルの高い多孔性とクヌーセン効果により、分子運動、ひいては熱エネルギーの移動を制限することで、含まれるガスよりも熱伝導率が低くなることがあります。この多孔性によりエアロゲルは親水性となり、大量の水分を吸収することができます。しかし、添加剤を用いることで防水性を持たせることも可能です。

これらの特性により、エアロゲルは非常に優れた材料であり、NASAを含む幅広い潜在的な用途を提供します。未加工の状態では非常に脆く、間違いなくエキゾチックな側面がありますが、最小限の体積で極端な断熱が必要とされる地上での用途にも使用されています。

金属3Dプリンティング、高度な熱処理、航空宇宙複合材料、さらにその先へ

歴史を通じて、金属加工の進歩は社会を前進させてきました。全く新しい素材というわけではありませんが、金属を3Dプリントする能力により、以前は不可能だった形状を形成することが可能になりました。3Dプリントがロケットの製造に広く使用されていることを考えてみてください。

3Dプリンティングに付随して、金属の特性を向上させるための加熱および冷却方法は、宇宙および航空宇宙工学において今後も活用され続けることは間違いありません。金属、シリコン、炭素で作られた新しい航空宇宙部品の幅広い種類が未来へと私たちを導くのが期待されます。