RUAG 3Dプリント衛星部品

多くの人にとって、無限に広がる宇宙といえば、ハリウッドの映画スタジオが語るSFの物語を思い浮かべるだろう。しかし、現実の世界では、他のどの分野よりも、宇宙旅行においてこそ、強い意志と明確なビジョンが、必要な技術を生み出し、宇宙での展開に備えるために不可欠であることは間違いない。スイスの技術集団RUAGが、地球を高所から観測するために設計したセンチネル衛星の建設で直面した課題がこれだった。地球の大気圏外でも、アディティブ・マニュファクチャリングは重要な役割を果たしている。

チャレンジ

センチネル衛星用超軽量・堅牢なアンテナブラケットの製造

2016年のドイツ航空宇宙センター（DLR）の報告によると、輸送ペイロード1kgあたりの宇宙探査のミッションコストは20,000ユーロ以上である。1グラムでも節約できれば、上昇に必要な燃料が少なくて済むため、打ち上げ総費用が削減される。その結果、航空宇宙エンジニアは、余分な重量が急速に蓄積されるため、あらゆる部品から可能な限りグラム単位で削る必要がある。この場合、スイスのRUAGグループは、最適に設計されたアンテナブラケットを必要としていました。

しかし、重量の最適化だけでは十分ではない。ロケットの打ち上げ時には、ペイロードが大きく揺さぶられ、振動のレベルも相当なものになる。

また、時速数千キロという圧倒的な速度は、高いGフォースはもちろんのこと、旅客機で期待されるようなスムーズな飛行ができないことを意味する。安定性と剛性は、仕様書に記載される第二の必須項目である。残念ながら、この要件は軽量設計の必要性とは正反対である。

エンジニアは、形と重量の間で実行可能なレベルの妥協点を特定するために複雑な構造を採用する。

RUAGチームは、従来の製造方法では限界があったため、アンテナブラケットの構造に強度と重量の最適な組み合わせを求めた。

ありがたいことに、アディティブ・マニュファクチャリングは、必要な自由設計を実現する完璧な可能性を提供してくれた。部品テストは、前述の振動のためだけでなく、特に難しい課題だった。宇宙空間では、一般的に修理が不可能なため、信頼性が重視される。そのため、このようなコンポーネントの認証には長期にわたる複雑なプロセスが必要となる。すべての認証は、それを達成したエンジニアにとって称賛に値する。 

結果

このような努力の結果、センチネル衛星用の新しいアンテナブラケットは、すべての期待を上回るものとなった。この部品は認証を取得し、宇宙空間での使用が承認された。宇宙での積層造形の利用がまだ始まったばかりであることを考えれば、この成果はさらに注目に値する。 

例えば、部品の最小剛性要件は30％以上上回っており、乱気流飛行の後でも理想的なアンテナ位置を確保するのに十分なマージンを確保し、地球との無線通信を保証した。要求されたレベルの安定性が達成されたのは、応力分布が非常に均一だったからでもある。

さらに、アディティブ・マニュファクチャリングを使用することで、最終部品の重量が大幅に削減された。

この例では、革新的な技術を使用することで、部品特性の向上とシステム・コストの削減という、ありそうでなかった組み合わせを実現することに成功した。「このプロジェクトの結果には非常に満足しています。プロセス面では未知の領域に足を踏み入れましたが、安定した軽量コンポーネントを手に入れることができました。

「アディティブ・マニュファクチャリングは、宇宙旅行における基本的な手続き上の要求を満たすことができることを示している。複数の設計上の利点と部品自体の特性は、確かにこれを証明しています。私はこの技術に今後大きな可能性を感じています"