NASA、次世代の耐熱シールド技術を実証

NASAは、月や火星の有人ミッションから帰還する宇宙船を守る次世代の耐熱シールド材を、実際の大気圏再突入で試験した。試験の舞台は、ノースロップ・グラマンが運用する国際宇宙ステーション向け補給船シグナスXLの第24回補給ミッションである。補給船が宇宙ステーションを離れる際、船内には廃棄物とともに12機の小型実験カプセルが積み込まれていた。

この試験はKREPE-3（ケンタッキー再突入プローブ実験）と呼ばれ、低コストで成果の大きいミッションのシリーズとして3回目にあたる。補給船の運用末期という、本来は使われない時間を活用して貴重なデータを集める点が特徴だ。実施にはケンタッキー大学を中心に、ケンタッキー州、NASAの競争的研究支援プログラムEPSCoR、複数のNASAセンター、連邦機関や民間企業のパートナーが加わっている。カプセルの設計はケンタッキー大学の学生が手がけ、温度・圧力・運動・磁場・光を測るセンサーを備える。補給船は計画どおり大気中で崩壊し、その途中でカプセルが放出されて計測を始める。データは衛星経由で研究者にリアルタイムで届く仕組みだ。

試される材料と形状は幅広い。実績のあるスペースシャトルのセラミックタイルのほか、ジョンソン宇宙センターとオークリッジ国立研究所が開発した3Dプリント製の耐熱シールドも搭載される。注目されるのはエイムズ研究センターのMERINOである。炭素とフェノール系の繊維を層にしてフェルトのように縫い合わせたもので、従来品より柔軟で、製造が速く、安価だとされる。火星は大気が薄いため再突入時の熱負荷が小さく、より軽い防護で済む可能性があり、MERINOは火星ミッション向けの候補と位置づけられている。一方で形状そのものを試す機体もある。ドラゴンフライのタイタン突入機と同じ形の機体や、傘のように広げて減速面積を増やす展開式シールドの試験機が含まれる。

意味の面では、実際の飛行で得たデータが地上試験と計算モデルの差を埋める材料になると考えられる。とくに形状の検証は、計算モデルを実データで裏付ける狙いが大きいとみられる。貨物船の余力を使う仕組みは、大規模な専用飛行を組まなくても材料の知見を積み上げられるため、開発サイクルを短くする可能性がある。

日本の製造業にとって、この試験は材料・加工・計測の各段階で関わる余地がある。炭素繊維やフェノール樹脂を使った積層材、耐熱セラミックス、3Dプリント造形、小型カプセルの構造部材や計測部品は、いずれも部品・素材メーカーの得意分野と重なる。試験で評価された材料は「安く、速く作れること」が条件として重視されている点も見逃せない。記事は米国の取り組みを報じたもので、日本企業の参加には触れていない。ただし、耐熱材の量産性や品質管理への要求が今後高まる可能性はあり、早めに技術の動きを追っておく価値はある。

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