欧州ニュースペースのためのアディティブ・マニュファクチャリング

2023年1月16日｜閲覧時間：5分

ニュー・スペース産業は、その発足当初から米国中心主義が強かったのですが、新技術の出現とニュー・スペース産業に投資する民間組織により、その地理的焦点は世界のより多くの地域を取り込むまでに広がっています。この記事では、アディティブ・マニュファクチャリング技術などのフロンティア技術と欧州の役割の拡大により、ニュー・スペースのグローバル化を探ります。

欧州におけるニュースペースの進展

当初の宇宙開発競争では、最初に大気圏を離脱した国、最初に月面に着陸した国などを競い合いました。しかし、ニュー・スペースによって、そのような国境が崩れ始めています。宇宙産業は、もはや政府機関だけが追求するベンチャーではなく、独立した企業が、専門知識、開拓者精神、巨額の民間資金とベンチャーキャピタル、そして（文字通り）世界でも類を見ない野心を携えて、徐々にこの産業の多くを占め始めています。高度な製造技術、衛星とその部品の小型化、再使用可能な打ち上げシステム、レーザーを使った通信装置、レーザーを使った点火装置、人工知能など、このニュー・スペース・ウェーブを牽引する技術的なブレークスルーは数多くあります。

ヨーロッパは全体として、最も先進的な宇宙インフラを有しており、多くの政府機関や民間企業が宇宙産業の発展に貢献しています。これらの国々の産業、科学、学問の卓越性は、何十年もの間、技術の限界を押し広げ続けてきたからです。これらの開発の多く、例えばアディティブ・マニュファクチャリング、は宇宙探査に関して直接的かつ非常に有益な応用が可能であり、このような強力な宇宙探査の歴史と関連インフラを持つ欧州が、ニュースペース産業とその未来に関与し、重要な役割を果たすことは論理的なステップです。 

欧州、特にドイツのニュースペース市場は成長しています。この業界に参入したばかりの新興企業の先見的な起業家精神によって火がついたニュー・スペースの「新しい」野心と熱意は、ここ数年ヨーロッパにも及んでいます。ドイツのIsar Aerospace社、HyImpulse社、Rocket Factory社、イギリスのOrbex社、Skyrora社、スペインのPLD Space社、Pangea Aerospace社など、非常に堅実な企業がいくつも誕生しています。

EOSは、概念実証(POC)を可能にするパートナーとして、また業界特有のニーズに合わせたAMソリューションのカスタマイズを含む、信頼性の高いシリアルAMソリューションのプロバイダーとして、世界の大手宇宙企業や新興企業と提携してきました。EOSの中心的な貢献は、ニュー・スペース・プレーヤーが、彼らの野心的なコンセプトを実現し、製造するために不可欠な製造技術へのアクセスを、彼らの性能目標を満たしながら、迅速で、信頼性が高く、費用対効果の高い方法で改善することです。 

欧州宇宙機関（ESA）は、欧州各地にある多数のBIC（ビジネス・インキュベーション・センター）のネットワークで構成されるESAスペース・ソリューションを通じて、ニュー・スペースに典型的なこの起業家精神を育成してきました。ここでは、現在ヨーロッパで盛んなニュースペース組織とプロジェクト、およびそれらの発展にアディティブ・マニュファクチャリンがどのように大きく貢献したかを示す2つの優れた例を紹介します：

ESAのプロメテウス

アリアン・グループ、フランス国立宇宙研究センター（CNES）、ESAは、PROMETHEUSプロジェクト（低コスト、柔軟性、再利用性をプロジェクトの中核として設計された一連の新液体ロケットエンジン）に共同で取り組んでいます。このプロジェクトの目的は、100トン級の先進的な液体酸素（LOx）・メタン（LCH4）エンジンを設計、製造、試験することです。このエンジンは、コストと環境への影響を減らすために再利用できるように設計されています。また、様々な打上げタイプにより包括的に使用できるように、可変推力と複数の点火設定により、柔軟な運用ができるように意図されています。

これまで、機能的かつ構造的な役割を担うロケットエンジン部品は、ほとんどアディティブ・マニュファクチャリンでは製造されていません。PROMETHEUSプロジェクトは、AMの設計の柔軟性と製造時間の短縮を利用して、この状況を変えることを目指しています。PROMETHEUSプロジェクトでは、（エンジン重量の）最大70％をアディティブ・マニュファクチャリングで製造する予定です。目指す結果は、部品点数を減らし、生産を迅速化し、無駄を省きながら、低コストのエンジン部品の迅速な生産を促進するプロセスの最適化です。アディティブ・マニュファクチャリングがこのプロジェクトの部品をどのように進化させているかを示す有力な例として、アリアンのモノシャフトターボポンプがあり、これはPROMETHEUSエンジン専用に設計・製造されています。こうした努力は、打ち上げのコストと複雑さを大幅に削減し、欧州の宇宙産業の国際競争力を高めることにつながっています。

イザール・エアロスペース

ESA BICバイエルンから生まれた顕著なサクセス・ストーリーの1つが、ミュンヘンを流れるイザール川にちなんで名付けられた、ミュンヘンを拠点とするイザール・エアロスペース・テクノロジーズ社である。イザール・エアロスペース社は、小型・中型衛星や衛星コンステレーション向けに、宇宙へのアクセスをより柔軟で安価なものにすることを目指している。イザールのスペクトラム・ロケットは、先進的な素材と技術を組み合わせて、完全に自社開発された。イサールの狙いのひとつは、従来の有毒なロケット燃料を炭化水素混合燃料に置き換えることで、ロケット打ち上げ時の排出ガスを大幅に削減することです。この目的を達成するため、イザー社は有毒燃料エンジンに代わる最初の高性能LOX/炭化水素エンジンの製造を目指しています。イザー・エアロスペース社は現在、その最初のロケットを試験中で、2023年の初打ち上げに向けて準備を進めている。 

積層造形は、Isar Aerospace社がSpectrumの発射装置とエンジンの開発に成功する上で中心的な役割を果たしました。積層造形に対する同社の要求が「標準的な」機械で達成できる範囲を超えたとき、Isar AerospaceはEOSおよびAMCMと提携して特注の機械を作成しました。Isar Aerospaceにとって、積層造形は可鍛性と進歩性の完璧なバランスを提供します。これにより、野心的な性能目標に素早く到達できる複雑な形状の開発が可能になり、プロトタイピングと製造プロセス全体を通じて困難な納期を満たすだけでなく、立ち上げ時の部品の大量納入も保証されます。

アディティブ・マニュファクチャリングは、スラスト・チャンバー・アセンブリのような最も重く、最も長いリードタイムを必要とし、最も複雑で高価な部品を最適化することで、宇宙産業における複雑なコストの削減に直接取り組んできました。これには、アプリケーションに特化したシステムとプロセスのカスタマイズが必要でしたが、EOSとAMCMがこれを可能にしました。AMCM M 450とEOS M 290は、この取り組みにおいて重要な役割を果たしています。

AMCM M 450は、ミッションクリティカルな部品のための信頼性の高いシステムとして、ニュースペースのサプライチェーンにおいてすでにその地位を確立しており、最大級の設置台数を誇っています。450 x 450 x 400 mmの大容量の造型が可能で、手動または半自動の粉体ハンドリングオプションを備えています。 

EOS M 290 EOS M 290は、その堅牢なシステム設計と、連日信頼性の高い高性能を実現する強力な400Wファイバーレーザーで有名です。EOS M 290 、中型の造形と多才なアプローチにより、適格な3Dプリント金属部品の業界標準となっており、Isar Aerospaceは宇宙技術の革新の限界を押し広げ続けています。

「積層造形プロセスを強化したいと考えたとき、AMCM M 450の使用を選択しました。EOSのこの安定したマシンは、AMCMによるカスタマイズのおかげで、私たちのエンジン設計に必要な造形スペースを提供できるようになりました。マシンの高い稼働率を達成したいので、プリントジョブ間の非稼働時間は削減しなければならない重要なパラメーターです。具体的には、完全自動の粉体管理（吸引、ふるい分け、再充填など）を考えています。"より効果的な結果を出すために、AMCMと一緒に取り組んでいます。
イザール・エアロスペース社製造部長クリスチャン・ヴェンツル氏

ニュースペースの未来を形作る

アディティブ・マニュファクチャリングは、ニュースペース産業における部品の設計と製造のための重要な手段となっています。アディティブ・マニュファクチャリングによって、企業は生産プロセスと製造される部品の能力を継続的に向上させることができますが、このような開発を十分に活用するには、他の技術と統合する必要があります。

ニュースペース企業の次世代ロケット、エンジン、モジュールは、デジタル設計、人工知能、新素材、アディティブ・マニュファクチャリングのような製造方法といった技術の継続的な進化によって基本的に可能になります。スペースXのスターリンクやアマゾンのカイパーのようなメガ衛星コンステレーションに加え、最近ではEUが独自のコンステレーションIRIS²を発表しました。宇宙とその関連産業に特化した企業がヨーロッパ全土に増えるにつれ、宇宙の未来は紛れもなくグローバルなものとなっています。

著者： Vinu Vijayan