CRPの超小型衛星および打ち上げ機向けエンジニアリンググレードPBF複合材料が航空宇宙産業に新たな機会をもたらす

超小型衛星の重量は通常 2 キログラム未満で、小型であるにもかかわらず、航空宇宙産業に大きな影響を与えます。コンパクトで打ち上げも簡単なこれらの超小型衛星は、今日では商業、政府、軍事、民間の機関によって、電磁スモッグ汚染の監視、通信の改善、データ収集から高周波信号や宇宙から撮影された地球の画像の撮影まで、さまざまな目的で使用されています。しかし、これらの小型デバイスの最近の急増と成功の背景には何があるのでしょうか?一方、超小型衛星は、大型衛星に比べて大きな利点（打ち上げコストが低いなど）があり、電子機器の小型化の傾向の恩恵を受けています。しかし、それらの開発を可能にし、利用しやすくするもう 1 つの要素があります。それは、付加製造技術です。
△ランチャーコンセプト図：V2Albapod Deployer が 4 つの Pocket Qubes を放出する様子を示しています。写真提供：Rocket Lab。
CRP グループの粉末床溶融結合 (PBF) 用エンジニアリンググレードの Windform 複合材は、宇宙利用の厳しい要件を満たす低コストの超小型衛星を開発する新たな機会を切り開きます。同社の炭素繊維とガラス繊維の強化材は、航空宇宙用途を念頭に置いて開発されました。
△ Windform 素材が航空宇宙産業に与える影響
CRP テクノロジーは、JAXA (宇宙航空研究開発機構) などの航空宇宙業界のリーダーと長年協力しており、特定のグレードは G フォーステストに合格し、NASA および ESA のガス放出基準を満たしています。後で詳しく説明しますが、Windform 素材は超小型衛星の製造にとって非常に重要です。これは、長年にわたって多くの Windform 衛星が打ち上げられ、現在も軌道上で正常に動作しているという事実からも明らかです。
風洞材料と超小型衛星の台頭<br /> 近年、イタリアに本拠を置く CRP Technology とその姉妹会社である CRP USA は、数多くの航空宇宙業界のリーダーや機関の重要なパートナーとなっています。これは、CRP の PBF 固有の Windform 複合材料ファミリーのおかげです。この複合材料は、超小型衛星などの宇宙用途、および UAS/UAV システムや革新的な航空機エンジン部品などの成層圏内用途に必要な堅牢性と耐久性を提供します (詳細は後述)。
△タイタンランチャー。写真提供：JAXA/NASA
CRP のプレハブ宇宙部品は、NASA や JAXA などの国家宇宙機関や航空宇宙産業のリーダーによって、打ち上げ機や超小型衛星の開発と製造に使用されています。興味深いことに、同社の製品はCubeSatアプリケーションとともに進化してきました。近年、航空宇宙アプリケーションや関連分野の高まる需要を満たすために、数多くの新しいWindform素材が導入されています。同社は航空宇宙分野に限っても、導電性や絶縁性、ガス放出に対する耐性など、さまざまな有益な特性を備えた 7 種類の工業グレードの複合材料を提供しています。これらの材料は、粉末床融合プロセスの精度と組み合わせることで、狭いスペースでのさまざまな器具や技術に適合するように最適化された、強力で詳細な構造を作成するのに最適です。
航空宇宙分野では、Windform 材料の応用による成功例が数多くあります。たとえば、CRP Technology と CRP USA は、世界最先端の超小型衛星を製造および打ち上げているスコットランドの航空宇宙企業 Alba Orbital や、観測および通信用の PocketQube 衛星ミッションの開発を専門とするペンシルバニア州に拠点を置く Mini-Cubes LLC と提携しています。前者は、PocketQube 衛星を軌道に乗せるために 3D プリントデバイス AlbaPod v2 を使用します。このランチャーはCRPテクノロジー社によって製造されており、炭素繊維強化ポリアミド複合材であるWindform XT 2.0で作られています。 AlbaPod v2 は 4 回のミッションで使用され、25 個の PocketQube ペイロードを軌道に打ち上げることに成功しており、現在、AlbaPod v2 は市場で唯一、運用可能で飛行実績のある PocketQube ランチャーとなっています。 CRP USA は Mini-Cubes LLC と協力して、同じ Windform 複合材料を使用して宇宙グレードの PocketQube 衛星を製造しています。
Windform XT 2.0 は、高い引張強度、耐衝撃性、耐ガス性、空気圧および流体に対する耐性を備え、小型衛星に最適な材料特性を備えています。 Windform 複合材料シリーズのもう 1 つの特徴は、密度が極めて低く、重量が軽いことです (特に、同等の強度と耐久性を持つ金属と比較した場合)。これは非常に重要です。なぜなら、打ち上げコストは主にペイロードの重量によって決まるため、CubeSat が軽いほど、展開が簡単で安価になるからです。
CRP の Windform 材料と PBF テクノロジーは、宇宙環境のストレスに耐えることが認定された、より強力で耐久性の高い部品を製造できるなど、FDM、SLA (さらには非複合 SLS) などの他の 3D 印刷プロセスに比べていくつかの利点も提供します。 (Windform コンポーネントは、3 軸すべてにわたる最大 14 kg のランダム振動や、-40 度から 80 度の熱真空サイクルなど、さまざまなストレステストに合格しています。) Windform 材料はガス放出コンプライアンスも実証しており、PCB、バッテリー、アンテナなどの電子機器での使用に適しています。 Windform LX は絶縁特性も備えているため、電子機器のハウジングに特に適しています。
△ Oresat は、狭いスペースでも完全に機能する 3 バンド、4 要素アンテナシステムを使用します。
Windform 衛星アプリケーション<br /> 3D プリントされた Windform が超小型衛星や打ち上げロケットにどのように使用されているかについてはこれまでたくさんお話ししてきましたが、具体的にどの部分が 3D プリントされているのか、またその理由は何かを知ることは興味深いことです。 CRP 3D 印刷技術の一般的な用途の 1 つは、電子機器を安全かつしっかりと取り付けることができる複雑な構造を作成することです。「Windform は、小型衛星内の複数のボード間でケーブルを配線するという複雑な課題を克服します」と同社は説明している。
たとえば、TuPOD 衛星では、CRPUSA は、電子機器を搭載した単一のボードを収容するように設計された下部を除いて、空洞のない滑らかな円筒を 3D プリントしました。 3D プリント設計と Windform XT 2.0 の強度により、電子基板は TubeSat 統合プロセス中に発生する可能性のある損傷から完全に保護されます。
CRP はまた、最近計画されたオレゴン州の航空宇宙ミッション用のカスタム 3D プリントコンポーネントの製造において、ポートランド州航空宇宙協会 (PSAS) を支援しました。最終的な目標は、複数の電子部品を狭いスペースに効率的に収め、かつ絶縁もできる真空密閉部品を開発することです。 PSAS は、非導電性の Windform LX 素材を使用することで、トリプルバンド、4 要素アンテナのパッケージ密度要件を満たすエンクロージャを作成できました。
PSAS チームのメンバーは次のように語っています。「私たちが知る限り、これほどアンテナ密度の高い衛星は他にありません。CRP の Windform LX を見つけてとてもうれしく思いました。この製品は、衛星のすべての部品の設計方法を完全に変えてくれます。」CRP の高性能複合材料は、次世代の超小型衛星の構造部品の製造にも使用されています。
△ CRP テクノロジーは、FLYING-CAM の最大かつ最も汎用性の高いスーパードローンに採用されており、耐久性が向上しています。
スペースをアクセス可能にする
Windform 素材と 3D プリントの使用は、超小型衛星の普及に大きな役割を果たし、軌道システムを、資金力のある研究機関や宇宙機関専用のニッチな技術から、誰もが利用できるものへと進化させるのに貢献しています。付加製造宇宙技術の民主化は、世界に関する情報や洞察への前例のないアクセスを可能にするため、国や企業を同様に変革する可能性があります。 CRP は、特定の付加製造材料と技術が広く採用されることにより、将来的に宇宙探査が拡大すると予測しています。超小型衛星もこの進歩の一環であり、これらの小型装置は単純な観測からより複雑なデータの収集や探査まで、さまざまな目的に使用できるようになりました。
CRP は次のように述べている。「Windform の 3D 印刷技術の使用は、超小型衛星およびナノ衛星の開発に革命をもたらし、民主化します。これらの衛星は軽量、高度な標準化、市販部品の使用を特徴としており、コストと開発時間を大幅に削減します。」超小型衛星の開発は、CRP グループが航空宇宙分野で果たしている役割の 1 つにすぎないことは注目に値します。
△新世代の航空機では最先端の Windform コンポーネントが使用されており、騒音と摩擦を大幅に低減できます。
持続可能な開発を実現する次世代航空機
CRP グループの Windform 素材は、効率性を重視して設計された新世代の航空機の開発にも使用されています。これらの航空機には、目覚ましい改善をもたらす最先端の Windform コンポーネントが搭載されています。あるユースケースでは、3D プリントされたエンジン部品が、既存の高効率エンジンよりも 10% 効率の高い航空機エンジンの製造に重要な役割を果たしました。この成果は、現代の航空機の性能と持続可能性を向上させるための継続的な取り組みにおける大きなマイルストーンです。
「このプロジェクトの主な成果は、部品の強度、軽さ、薄さです。エンジン部品は、騒音と摩擦を減らしながら速度性能を向上させることができるため、初めてテストされ、承認されました」とCRPは述べています。この使用例の詳細はほとんど秘密にされていますが、長く複雑な試験に合格し、現在は通常の生産納品の次の段階に入っています。
ドローンとUAVはCRPグループにとってもう一つの重要な分野であり、同社は飛行可能な構造物、ブラケットや推進システムなどの軽量コンポーネント、交換部品、リモートコントロールなどを製造するサービスを提供しています。
最終的に、CRP グループのテクノロジー、特にその強力な Windform 素材は、より幅広い組織、研究者、新興企業に航空宇宙アプリケーションの可能性を広げ、新しい時代の到来に貢献することができます。

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