アルミニウムが宇宙飛行の主力製品である理由
宇宙船は、構造体 1 キログラムごとに推進剤が必要となるため、重量を最小限に抑えながら、激しい打ち上げ振動、極端な温度変動、放射線に耐える必要があります。アルミニウム合金は、高い比剛性、良好な熱安定性、放射線遮蔽能力、および数十年にわたる飛行実績を兼ね備えた、これに匹敵する材料はほとんどありません。{1}ミッションに応じて、衛星の乾燥質量の 50 ～ 90 パーセントがアルミニウム合金で構成され、主要構造物、推進薬タンク、パネル、ブラケット、計器に使用されます。この材料は、軌道上や月面で経験する温度範囲全体で信頼性の高い性能を発揮します。
打ち上げロケットおよび宇宙船の構造におけるアルミニウム
ロケットステージ、アダプター、フェアリングには、2219、7075、6061 などのアルミニウム合金がシート、プレート、鍛造品、押出成形品で使用されています。アルミニウム-リチウム合金は、従来の合金よりも軽くて硬いため、現在大型打ち上げロケットで一般的に使用されています。アルミニウム ハニカム サンドイッチ パネルとして構築された宇宙船構造は、非常に軽量でありながら高い剛性を実現し、極低温推進剤と貯蔵可能な推進剤の両方にアルミニウム推進剤タンクが使用されています。同じ合金は、衝撃荷重下での軽量性と靭性が重要となる探査車のシャーシと着陸装置にも使用されています。
アルミニウムによる放射線遮蔽
宇宙では、電子機器と乗組員を太陽粒子現象や銀河宇宙線から保護する必要があります。アルミニウムの船体はこの放射線のかなりの部分を吸収し、遮蔽効率を高めるために金属はポリエチレンなどの水素が豊富な材料と組み合わされることがよくあります。-アルミメッキポリマーフィルムを使用した多層断熱ブランケットは太陽熱を反射し、二次シールドを提供します。軌道ステーションのモジュールと月着陸船の構造は、主要な放射線障壁としてアルミニウムの壁を使用しており、将来の地表生息地も同じアプローチに従い、追加の遮蔽質量としてレゴリスなどの地元の材料が追加される可能性があります。
月のレゴリスをアルミニウムに加工する
月のレゴリスには重量で約 10 ～ 18 パーセントの酸化アルミニウムが含まれており、将来のミッションのための金属源となる可能性があります。抽出コンセプトでは、溶融塩電解または FFC ケンブリッジ プロセスを使用して、太陽光発電を使用して酸化物をアルミニウム金属に還元します。アルミニウムは構造物に使用できる可能性があり、加工されたレゴリスから直接生息地要素を構築するための 3D プリント技術がテストされています。月でアルミニウムを生産できれば、地球から打ち上げなければならない質量が大幅に減り、これが月面での持続可能な運用の鍵となる。
宇宙服と地上システムのアルミニウム
アルミニウムは、宇宙飛行士の生存と移動を維持するシステムにも使用されています。宇宙服の外衣の反射アルミメッキ層は太陽光線をそらし、生命維持装置のバックプレート構造にはアルミニウムのハニカムが使用されており、軽量での強度を高めています。{1}}ジョイントベアリングとヘルメットバイザーのコーティングには、薄膜および精密部品にアルミニウムが使用されています。表面では、太陽電池アレイのフレーム、アンテナ構造、探査機のコンポーネントはアルミニウムの押し出し材とシートで作られており、将来の火星生息地のコンセプトは、加圧居住空間用の透明または膨張可能なパネルを備えたアルミニウムのフレームとドームに依存しています。
火星植民地への道
長期間の-ミッションは、地球からの補給を減らすために現場の資源利用に依存します。{1}火星や月のレゴリスから生産されたアルミニウムは、構造物、植物を放射線から守る温室、さらには帰還車両の推進剤酸化システムにも使用できる可能性があります。{3}軽量のアルミニウム フレームにより、太陽光発電施設の導入が実用的になります。また、アルミニウムで裏打ちされたフィルムは、膨張可能な生息地ライナーの候補となります。{5}したがって、1 世紀にわたって航空宇宙で使用されてきた同じ合金が、人類の地球外への拡大の基盤であり続けることが期待されています。
よくある質問
Q: 宇宙船にはなぜ鋼鉄よりもアルミニウムが好まれるのですか?
A: アルミニウムは強度対重量比がはるかに高いため、打ち上げ荷重に耐えながら構造を軽量化できます。{0}{1}その熱特性と製造特性は航空宇宙製造にも適しています。
Q: 月のレゴリスは本当にアルミニウムに変わるのでしょうか?
A：原則としてはい。レゴリスには酸化アルミニウムが含まれており、太陽光発電で発電した電力を利用して溶融塩電気分解などのプロセスで酸化アルミニウムを金属アルミニウムに還元することができ、模擬物質の試験研究が進行中である。
Q: アルミニウムは宇宙放射線からどのように保護されますか?
A: アルミニウムは放射線粒子を吸収して散乱し、その背後にある線量を低減します。これは、水素を豊富に含む材料と組み合わせると最も効果的です。-その性能は、数十年にわたる宇宙船の運用によって十分に特徴づけられています。
Q: 宇宙船にはどのようなアルミニウム合金が使用されていますか?
A: 一般的な合金には、タンクと主要構造用の 2219 と 2195、高強度継手用の 7075、一般構造とブラケット用の 6061 があり、強度、溶接性、耐食性を考慮して選択されています。{3}
Q: アルミニウムは将来の宇宙計画にも依然として関連していますか?
A: もちろんです。新しい打ち上げロケット、月着陸船、軌道ステーション、生息地のコンセプトはすべて引き続きアルミニウム合金を指定しており、月から供給されるアルミニウムは最も有望な現場資源の 1 つと考えられています。-