航空宇宙工学

航空宇宙工学は、航空機や宇宙船の開発に関わる主要な工学分野です。^{[ 3 ]}航空工学と宇宙工学 という、大きく重複する2つの分野があります。アビオニクス工学はこれに似ていますが、航空宇宙工学の電子工学面を扱います。

「航空工学」は、この分野の元の用語でした。飛行技術が進歩し、宇宙空間で運用される乗り物が含まれるようになったため、より広い用語である「航空宇宙工学」が使用されるようになりました。^{[ 4 ]} 航空宇宙工学、特に宇宙航行学の分野は、しばしば口語的に「ロケット科学」と呼ばれます。^{[ 5 ] [ a ]}

航空機は、気圧や温度の変化によって引き起こされるような厳しい条件にさらされ、機体部品には構造的な負荷がかかります。そのため、航空機は通常、空気力学、空気推進、航空電子機器、材料科学、構造解析、製造など、さまざまな技術および工学分野の成果物です。これらの技術間の相互作用は、航空宇宙工学として知られています。複雑で多くの分野が関わっているため、航空宇宙工学は、それぞれが専門分野を持つエンジニアのチームによって実施されます。^{[ 7 ]}

航空宇宙工学の起源は、19世紀後半から20世紀初頭にかけての航空の先駆者たちに遡ることができますが、ジョージ・ケイリー卿の業績は18世紀末から19世紀半ばに遡ります。航空史における最も重要な人物の一人^{[ 8 ]}であり、航空工学の先駆者でもあるケイリー^{[ 9 ]}は、大気圏内のあらゆる飛行体に影響を与える揚力と抗力を分離した最初の人物として知られています^{[ 10 ] 。}

航空工学の初期の知識は、主に経験に基づくものであり、いくつかの概念やスキルは他の工学分野から取り入れられたものでした。^{[ 11 ]}流体力学のようないくつかの重要な要素は、18世紀の科学者によって理解されていました。^{[ 12 ]}

1903年12月、ライト兄弟は動力付き重航空機による初の持続的かつ制御された飛行に成功し、その飛行時間は12秒であった。1910年代には、第一次世界大戦の軍用機の設計を通じて航空工学が発展した。

冷戦

1957年10月4日にソ連が初の人工衛星スプートニクを宇宙に打ち上げたことに対し、アメリカの航空宇宙技術者は1958年1月31日にアメリカ初の人工衛星を打ち上げた。スプートニク危機後の1958年にアメリカ航空宇宙局（NASA）が設立された。1969年には、人類初の月面着陸ミッションであるアポロ11号が実施された。このミッションでは3人の宇宙飛行士が月周回軌道に入り、ニール・アームストロングとバズ・オルドリンの2人が月面を訪れた。3人目の宇宙飛行士、マイケル・コリンズは、アームストロングとオルドリンの訪問後にランデブーするために軌道上に留まった。^{[ 17 ]}

重要な革新は1970年1月30日に起こりました。ボーイング747がニューヨークからロンドンへの初の商業飛行を行ったのです。この航空機は歴史に名を刻み、最大480人の乗客を収容できることから「ジャンボジェット」または「空の女王」として知られるようになりました^{[ 18 ] 。}

航空宇宙工学の要素には以下のようなものがあります。^{[ 22 ] [ 23 ]}

• レーダー断面積―レーダーによるリモートセンシング で観測される車両の特性の研究。
• 流体力学とは、物体の周囲を流れる流体の流れ を研究する学問である。特に、翼などの物体上を流れる空気の流れや、風洞などの物体を通過する空気の流れに関する空力学を指す（揚力学および航空学も参照）。
• 宇宙力学とは、いくつかの変数から軌道要素を予測するなど、軌道力学 を研究する学問である。米国では学部レベルでこの分野を教えている大学は少ないが、大学院レベルでこの分野を扱うプログラムは数多く存在する（通常は当該大学の物理学科と連携して）。
• 静力学と動力学（工学力学） －機械システムの運動、力、モーメントを研究する学問。
• 数学 、特に微積分、微分方程式、線形代数。
• 電気工学― 工学分野における電子工学 の研究。
• 推進力 ― 車両を空中（または宇宙空間）で移動させるためのエネルギーは、内燃機関、ジェットエンジン、ターボ機械、またはロケットによって供給されます（プロペラ推進および宇宙船推進も参照）。このモジュールに最近追加されたものとして、電気推進とイオン推進があります。
• 制御工学 とは、システムの動的挙動を数学的にモデル化し、フィードバック信号などを用いて、望ましい動的挙動（安定しており、大きな変動がなく、誤差が最小限）となるようにシステムを設計する学問である。これは、航空機、宇宙船、推進システム、および航空宇宙機に搭載されているサブシステムの動的挙動に適用される。
• 航空機構造 – 飛行中に遭遇する力に耐えるための機体の物理的構成の設計。航空宇宙工学は、構造的完全性を維持しながら、構造を軽量かつ低コストに保つことを目指しています。^{[ 24 ]}
• 材料科学は 構造物に関連する分野であり、航空宇宙工学では、航空宇宙構造物を構成する材料についても研究します。非常に特殊な特性を持つ新素材が開発されたり、既存の材料が改良されて性能が向上したりします。
• 固体力学 ― 材料科学と密接に関連する分野として、車両部品の応力とひずみの解析を扱う固体力学があります。現在では、MSC Patran/Nastranなどの有限要素解析プログラムが数多く存在し、エンジニアの解析プロセスを支援しています。
• 空力弾性 – 空力力と構造的柔軟性の相互作用であり、フラッター、発散などを引き起こす可能性がある。
• アビオニクスとは、航空機や宇宙船に搭載されるコンピュータシステム の設計とプログラミング、およびシステムのシミュレーションのことである。
• ソフトウェア–航空宇宙用途向けコンピュータソフトウェア の仕様策定、設計、開発、テスト、実装。これには、飛行ソフトウェア、地上管制ソフトウェア、テストおよび評価ソフトウェアなどが含まれる。
• リスクと信頼性 ― リスクと信頼性の評価手法、および定量的手法に関わる数学的手法の研究。
• 騒音制御と は、音の伝達メカニズムを研究する学問である。
• 航空音響学 とは、乱流運動または表面と相互作用する空力によって発生する騒音を研究する学問である。
• 飛行試験―航空機が設計および性能目標、ならびに認証要件を満たしているかどうかを判断するために、性能および操縦特性に関する データを収集および分析するための飛行試験プログラムを設計および実行すること。

これらの要素の大半は、空気力学における流体力学や飛行力学における運動方程式といった理論物理学に基づいています。また、経験的な要素も大きく関わっています。従来、この経験的な要素は、風洞または自由大気中での縮尺模型や試作機の試験から得られていました。近年では、コンピュータ技術の進歩により、計算流体力学を用いて流体の挙動をシミュレーションすることが可能になり、風洞試験にかかる時間と費用を削減できるようになりました。流体力学や水中音響学を研究する学生は、航空宇宙工学の学位を取得することが多いです。

さらに、航空宇宙工学は、航空宇宙機を構成するすべてのコンポーネント（電力、航空宇宙用ベアリング、通信、熱制御、生命維持システムなどのサブシステム）の統合と、そのライフサイクル（設計、温度、圧力、放射線、速度、寿命）を扱います。

航空宇宙工学は、多くの大学の航空宇宙工学科、および一部の大学の機械工学科において、上級ディプロマ、学士、修士、博士課程レベルで学ぶことができます。宇宙に特化した宇宙航行工学の学位を提供する学科もいくつかあります。航空工学と宇宙航行工学を区別している教育機関もあります。航空宇宙産業向けの高度な専門分野や専門分野の大学院学位も提供されています。

航空宇宙工学の学位取得を目指す学生にとって、化学、物理学、コンピュータサイエンス、数学の基礎知識は重要である。^{[ 25 ]}

「ロケット科学者」という用語は、ロケット科学が特に技術的および数学的に高度な精神的能力を必要とする実践であると見なされているため、非常に知的な人物を表すのに使われることがあります。この用語は、「ロケット科学ではない」という表現で、タスクが単純であることを示すために皮肉的に使用されます。 ^{[ 26 ]}厳密に言えば、「ロケット科学」における「科学」の使用は誤称です。科学は宇宙の起源、性質、および挙動を理解することであり、工学は科学的および工学的原理を使用して問題を解決し、新しい技術を開発することです。^{[ 5 ] [ 6 ]}このフレーズの語源的に正しいバージョンは「ロケットエンジニア」です。しかし、「科学」と「工学」は同義語として誤用されることがよくあります。^{[ 5 ] [ 6 ] [ 27 ]}

• ダルマヒンダー・シン・チャンド著『航空工学熱力学』ナレッジ・カーブ社、2017年。ISBN 978-93-84389-16-1。

• NDTAeroTech.com、航空宇宙分野の非破壊検査専門家のためのオンラインコミュニティ
• Kroo, Ilan. 「航空機設計：合成と分析」。スタンフォード大学。2001年2月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年1月17日取得。
• 英国航空サービス訓練航空機整備
• 質疑応答（2021年11月14日アーカイブ、Wayback Machineにて保存）
• DTIC ADA032206: 中国語-英語航空宇宙辞典