航空宇宙

航空宇宙とは、大気圏と宇宙空間を総称して指す用語です。航空宇宙活動は非常に多様で、商業、産業、軍事の分野で多くの用途があります。航空宇宙工学は航空学と宇宙航行学から構成されています。航空宇宙組織は航空機と宇宙船の両方を研究、設計、製造、運用、保守、修理しています。^[1]

宇宙の始まりと空気の終わりは、空気の密度が低すぎるため、揚力体が軌道速度を超えずに有意な揚力を生み出すことができないという物理的な説明に従って、地上100km（62マイル）上空であると提案されています。^[2]

ほとんどの工業国では、航空宇宙産業は官民の協力によって成り立っています。たとえば、米国のアメリカ航空宇宙局、ヨーロッパの欧州宇宙機関、カナダのカナダ宇宙庁、インドのインド宇宙研究機関、日本の宇宙航空研究開発機構、ロシアのロスコスモス宇宙開発公社、中国の中国国家宇宙局、パキスタンのSUPARCO、イランのイラン宇宙機関、韓国の韓国航空宇宙研究院など、いくつかの国では政府が資金を提供する民間宇宙計画を実施しています。

これらの公共宇宙計画に加えて、多くの企業が宇宙船や衛星などの技術的なツールやコンポーネントを製造しています。宇宙計画に関与している有名な企業には、ボーイング、コブハム、エアバス、スペースX、ロッキード・マーティン、ユナイテッド・テクノロジーズ、MDA、ノースロップ・グラマンなどがあります。これらの企業は、航空機の製造など、航空宇宙の他の分野にも関与しています。

近代航空宇宙は1799年に技術者ジョージ・ケイリーによって始まった。ケイリーは「固定翼と水平・垂直尾翼」を備えた航空機を提案し、現代の飛行機の特徴を定義した。^[3]

19世紀には、英国航空協会（1866年）、アメリカロケット学会、航空科学研究所が設立され、航空学はより真剣な科学分野となった。^{[3] 1891年に}キャンバー翼を導入したオットー・リリエンタールなどの飛行士は、グライダーを使用して空気力を分析した。^[3]ライト兄弟はリリエンタールの研究に興味を持ち、彼の出版物をいくつか読んだ。 [3] 彼らはまた、飛行士であり「飛行機の進歩」 （1894年）の著者であるオクターブ・シャヌートからもインスピレーションを得た。^{[3]ケイリー}、リリエンタール、シャヌート、その他の初期の航空宇宙技術者による準備作業のおかげで、ライト兄弟は1903年12月17日にノースカロライナ州キティホークで初の動力による持続飛行を成功させた。

戦争とSF小説は、コンスタンチン・ツィオルコフスキーやヴェルナー・フォン・ブラウンのような科学者や技術者に、大気圏外飛行の実現を思い起こさせるきっかけを与えました。第二次世界大戦は、ヴェルナー・フォン・ブラウンにV1ロケットとV2ロケットの開発を思い起こさせるきっかけを与えました。

1957年10月のスプートニク1号の打ち上げにより宇宙時代が始まり、1969年7月20日にはアポロ11号が初の有人月面着陸を達成した。^[3] 1981年4月にはスペースシャトルコロンビアが打ち上げられ、軌道空間への定期的な有人アクセスが開始された。軌道空間での継続的な人間の存在は1986年の「ミール」から始まり、「国際宇宙ステーション」に引き継がれている。^[3] 宇宙の商業化と宇宙観光は、航空宇宙のより最近の特徴である。

航空宇宙製造業は、「航空機、誘導ミサイル、宇宙船、航空機エンジン、推進装置、および関連部品」を生産するハイテク産業です。^[4]産業の大半は政府向けです。米国政府は、各OEM (相手先商標製品製造会社) に、商業および政府機関 (CAGE) コードを割り当てています。これらのコードは、航空宇宙産業の各製造会社、修理施設、およびその他の重要なアフターマーケットベンダーを識別するのに役立ちます。

米国では、国防総省とアメリカ航空宇宙局（NASA）が航空宇宙技術と製品の二大消費者です。他には、非常に大規模な航空業界が含まれます。航空宇宙産業は、2006年に472,000人の賃金労働者と給与労働者を雇用しました。^[5]それらの仕事のほとんどはワシントン州とカリフォルニア州にあり、ミズーリ州、ニューヨーク州、テキサス州も重要です。米国の主要な航空宇宙メーカーは、ボーイング、ユナイテッドテクノロジーズコーポレーション、スペースX、ノースロップグラマン、ロッキードマーティンです。有能なアメリカ人従業員が高齢化して引退するにつれて、これらのメーカーは拡大する労働力不足に直面しています。産業界に新鮮な労働者を供給するために、航空宇宙共同見習い協議会（AJAC）などの見習いプログラムは、ワシントン州のコミュニティカレッジや航空宇宙企業と協力しています。

民間航空宇宙産業の重要な拠点としては、北米ではワシントン州（ボーイング）、カリフォルニア州（ボーイング、ロッキード・マーティンなど）、カナダ・ケベック州モントリオール（ボンバルディア、プラット・アンド・ホイットニー・カナダ）、欧州ではフランスのトゥールーズ（エアバスSE）、ドイツのハンブルク（エアバスSE） 、ラテンアメリカではブラジルのサン・ジョゼ・ドス・カンポス（エンブラエル）、メキシコのケレタロ（ボンバルディア・エアロスペース、ゼネラル・エレクトリック・アビエーション）、メキシコのメヒカリ（ユナイテッド・テクノロジーズ・コーポレーション、ガルフストリーム・エアロスペース）などがある。

欧州連合では、エアバスSE、サフラン、タレス、ダッソー・アビエーション、レオナルド、サーブABなどの航空宇宙企業が世界の航空宇宙産業と研究活動の大きなシェアを占めており、欧州宇宙機関は航空宇宙技術と製品の最大の消費者の一つとなっています。

インドのバンガロールは航空宇宙産業の主要中心地であり、ヒンドゥスタン航空機、インド国立航空宇宙研究所、インド宇宙研究機関の本部がある。インド宇宙研究機関（ISRO）は2008年10月にインド初の月探査機チャンドラヤーン1号を打ち上げた。

ロシアでは、オボロンプロムや統一航空機製造会社（ミコヤン、スホーイ、イリューシン、ツポレフ、ヤコブレフ、およびベリエフを含むイルクートを含む）などの大手航空宇宙企業が、この産業における主要な世界的プレーヤーに数えられています。歴史的なソビエト連邦も主要な航空宇宙産業の本拠地でした。

英国はかつて、自国の旅客機や軍用機を製造し、大規模な航空宇宙産業を維持しようとしていたが、現在では大陸企業との協力関係に大きく依存しており、米国などの国からの輸入も盛んになっている。しかし、英国は航空宇宙産業が非常に活発で、BAEシステムズなどの大手企業が、欧州および世界中の他のメーカーに、完成航空機、航空機部品、サブアセンブリ、サブシステムを供給している。

カナダはかつてジェット戦闘機などの自主設計機（CF-100戦闘機など）を製造していたが、数十年にわたり、これらの需要を満たすために米国や欧州からの輸入に依存してきた。しかし、カナダは一般に戦闘能力はないものの、依然として軍用機を製造している。もう1つの注目すべき例は、1950年代後半に開発されたアブロ・カナダ CF-105 アローである。これは超音速戦闘迎撃機であり、1959年に開発が中止されたことは非常に物議を醸した。

フランスは空軍と海軍向けに独自の戦闘機を製造し続けており、スウェーデンも中立国としての立場を支えるため、スウェーデン空軍向けに独自の戦闘機を製造し続けている。(サーブ ABを参照) 他のヨーロッパ諸国は、パナビア トルネードやユーロファイター タイフーンなどの戦闘機の製造で協力するか、米国から輸入するかのいずれかを行っている。

パキスタンには発展途上の航空宇宙工学産業があります。この分野の研究開発に携わる主要な組織としては、国家工学科学委員会、カーン研究所、パキスタン航空複合体などがあります。パキスタンには、誘導ロケット、ミサイル、宇宙船の設計と製造の能力があります。カムラ市には、いくつかの工場を含むパキスタン航空複合体があります。この施設は、 MFI-17、MFI-395、K-8、JF-17サンダー航空機の製造を担当しています。パキスタンには、武装および非武装の無人航空機の設計と製造の能力もあります。

中華人民共和国では、北京、西安、成都、上海、瀋陽、南昌が航空宇宙産業の主要な研究・製造センターとなっている。中国は軍用機、ミサイル、宇宙船の設計、試験、製造の広範な能力を開発してきた。1983年に実験機の上海Y-10が中止されたにもかかわらず、中国は依然として民間航空宇宙産業を発展させている。

航空機部品業界は、航空宇宙製造部門からの中古航空機部品の販売から生まれました。米国では、部品ブローカーや再販業者が従わなければならない特定のプロセスがあります。これには、認定修理ステーションを利用して部品をオーバーホールし、「タグ付け」することが含まれます。この認定は、部品が OEM 仕様を満たすように修理またはオーバーホールされたことを保証します。部品がオーバーホールされると、その価値は航空宇宙市場の需要と供給によって決まります。航空会社が航空機を地上に保有している場合、その航空機を再び運行するために必要な部品は非常に貴重になります。これにより、特定の部品の市場が活性化する可能性があります。航空機部品の商品販売を支援するオンライン マーケットプレイスがいくつかあります。

航空宇宙および防衛産業では、20世紀末から21世紀にかけて多くの統合が行われました。1988年から2011年の間に、世界中で6,068件を超える合併と買収が発表され、その総額は6,780億ドルに上ります。^[6]最大の取引は次のとおりです。

• 2018年にユナイテッド・テクノロジーズ・コーポレーションがロックウェル・コリンズを300億ドルで買収
• 2011年にユナイテッド・テクノロジーズ・コーポレーションがグッドリッチ・コーポレーションを162億ドルで買収^[7]
• 1999年にアライドシグナルとハネウェルが株式交換により156億ドルで合併した^[8]
• 1996年にボーイングとマクドネルが合併し、その価値は134億ドルに達した^[9]
• 1999年にGECの子会社であるマルコーニ・エレクトロニック・システムズがブリティッシュ・エアロスペース社に129億ドルで買収された^[10]（現在のBAEシステムズ）
• 1997年にレイセオンがヒューズ・エアクラフト社を95億ドルで買収

航空宇宙分野ではさまざまな技術や革新が利用されており、その多くは第二次世界大戦頃に開拓されたものである。^[11]

• ショート・ブラザーズが特許を取得した折りたたみ式翼は、 単純な折りたたみからV-22の回転翼全体、そして空港互換性のためにボーイング777Xの12フィート（3.7メートル）の翼端を折りたたむまで、航空母艦の収納を最適化します。
• 低速性能を改善するため、デ・ハビランド DH4はハンドレページ社によって高揚力装置（全翼幅の前縁スラットと後縁フラップ）を備えた単葉機に改造されました。1924 年には後方および下方に伸びるファウラー フラップが米国で発明され、ロッキード モデル 10 エレクトラに使用され、 1943 年には前方ヒンジの前縁クルーガー フラップがドイツで発明され、後にボーイング 707に使用されました。
• 1927 年に NACAラングレーの大型プロペラ研究トンネルで着陸装置が大きな抗力源であることが確認され、1930 年にはボーイング モノメールに格納式着陸装置が搭載されました。
• 1930 年代には、ドーム型リベットに代わってフラッシュ リベットが使用され、空気圧リベット ガンが強力な反作用バッキング バーと組み合わせて使用​​されるようになりました。塑性変形に依存せず、 Hi-Lok などのせん断ファスナーや、十分なトルクでカラーが折れるまで締め付けるねじ付きピンなどの特殊なリベットが開発され、疲労寿命が向上しました。
• 1935年に初飛行したクイーンビーは、高射砲訓練用のタイガーモスから派生した無線操縦標的無人機でした。ライアン・ファイアビーはジェット推進標的無人機で、長距離偵察用無人機であるライアン・モデル147ファイアフライとライトニングバグに発展しました。イスラエルのIAIスカウトとタディラン・マスティフは、IAIサーチャーを含む一連の戦場用無人機を立ち上げました。CIA向けのゼネラル・アトミックス社の長時間滞空型無人機グナットから開発されたMQ-1プレデターは、武装したMQ-9リーパーにつながりました。
• 第一次世界大戦の終わりには、コンプレッサーで吸入空気を圧縮することでピストンエンジンのパワーを増強できるようになり、高度とともに減少する空気密度を補うことも可能になりました。これは、1930 年代のボーイング B-17 や最初の与圧式旅客機用のターボチャージャーによって改良されました。
• 1937 年のヒンデンブルク号の事故により旅客飛行船の時代は終わりを告げましたが、アメリカ海軍は1960 年代まで対潜水艦戦や空中早期警戒に飛行船を使用し、小型飛行船は空中広告、遊覧飛行、監視、研究に引き続き使用され、エアランダー 10やロッキード マーティン LMH-1 の開発が続けられています。
• 1930年代半ば、米国の航空会社は高高度飛行に興味を持ち、与圧キャビンを備えたロッキード XC-35 が1937 年にテストされ、ボーイング 307 ストラトライナーが商業運航を開始した最初の与圧航空機となった。
• 1933年、透明なアクリル樹脂であるプレキシガラスがドイツで導入され、ガラスよりも軽量であることと、バブルキャノピーにより戦闘機パイロットの視界が改善されたことから、第二次世界大戦の直前に初めて航空機の風防に使用されました。
• 1930 年 1 月、イギリス空軍のパイロット兼エンジニアであるフランク・ホイットルが、吸気口、コンプレッサー、燃焼器、タービン、ノズルを備えたガスタービン航空機エンジンの特許を申請し、一方、独立したターボジェットはドイツの研究者ハンス・フォン・オハインによって開発されました。両方のエンジンは 1937 年初頭の数週間以内に稼働し、ハインケル HeS 3推進のハインケル He 178実験機は 1939 年 8 月 27 日に初飛行を行い、ホイットル W.1推進のグロスター E.28/39プロトタイプは 1941 年 5 月 15 日に飛行しました。
• 1935年、イギリスは航空機の無線探知と測距を実証し、1940年にはイギリス空軍がブリストル ブレニムに初のVHF航空機搭載レーダーを導入し、続いて1941年にはブリストル ボーファイターに空洞マグネトロンを備えた高解像度のマイクロ波周波数レーダーを導入し、1959年にはレーダーホーミングヒューズAIM-4 ファルコンがコンベア F-106に搭載された米国初の誘導ミサイルとなった。
• 1940年代初頭、イギリスのハリケーンとスピットファイアのパイロットは、高重力状況で下半身に血液が溜まってG-LOCになるのを防ぐためにGスーツを着用しました。メイヨークリニックの研究者は、水で満たされた膀胱に代わる空気で満たされた膀胱を開発し、1943年にアメリカ軍はデビッドクラーク社の圧力スーツを使い始めました。
• 現代の射出座席は第二次世界大戦中に開発されたもので、パラシュートを展開する前にロケットから射出されるレール上の座席である。これは1960年代後半にアメリカ空軍によって改良され、射程距離50 nmのターボジェットエンジン搭載オートジャイロ、カマンKSA-100 SAVERとなった。
• 1942 年、機械工のジョン・T・パーソンズが、複雑な構造物を組み立てるのではなく合金の塊から切り出す数値制御加工を考案しました。これにより、隔壁や主翼外板の製造における品質の向上、重量の軽減、時間とコストの節約が実現しました。
• 第二次世界大戦では、ドイツのV-2ロケットがジャイロスコープ、加速度計、原始的なコンピュータを組み合わせてリアルタイム慣性航法を実現し、ランドマークやガイド星を参照せずに推測航法を可能にし、宇宙船や航空機用のパッケージ化されたIMUにつながりました。
• 英国のマイルズM.52超音速航空機にはアフターバーナーが装備され、ノズル内で追加の燃料を燃焼させてターボジェットの推力を増強する予定だったが、1946年にキャンセルされた。
• 1935年、ドイツの航空力学者アドルフ・ブーゼマンは高速抗力を減らすために後退翼の使用を提案し、メッサーシュミット P.1101戦闘機の試作機は第二次世界大戦の終わりまでに80%完成しました。その後、米国のノースアメリカン F-86とボーイング B-47 は1947年に飛行し、ソ連のMiG-15として、そして英国のデ・ハビランド コメットは1949年に飛行しました。
• 1951 年、アブロ ジェットライナーには、翼と尾翼の前縁に電気熱抵抗を使用したグッドイヤー社の防氷システムが搭載されました。ジェット機は高温のエンジンブリード エアを使用し、軽量の航空機は空気圧式除氷ブーツを使用するか、プロペラ、翼、尾翼の前縁にウィープ式防氷液を使用します。
• 1954年、ベル研究所は米国のボーイングB-52向けに初のトランジスタ式航空機用デジタルコンピュータであるTradicを開発し、1960年代にはレイセオンがMIT開発のアポロ誘導コンピュータを構築しました。MIL -STD-1553航空電子工学デジタルバスは1973年に定義され、ジェネラルダイナミクスF-16で初めて使用され、一方、民間のARINC 429は1980年代初頭にボーイング757 / B767とエアバスA310で初めて使用されました。
• 第二次世界大戦後、宇宙船用太陽光発電の最初の推進者であるハンス・K・ツィーグラーが、ヴェルナー・フォン・ブラウンとともにペーパークリップ作戦で米国に招かれ、 1958年にヴァンガード1号が最初の応用となり、後に国際宇宙ステーションの0.33ヘクタール（0.82エーカー）の太陽電池アレイのような宇宙展開構造物に強化されました。
• 旅客機に搭乗するには、 階段を登るよりも、搭乗ブリッジを利用する方がアクセスしやすく、快適で、効率的です。
• 1950年代には、推力と燃料効率を改善するために、ジェットエンジンの気流は、推進効率を高めるために、コアストリームと低速のバイパスストリームに分割されました。最初は、1960年にボーイング707に搭載された0.3 BPRのロールスロイス コンウェイで、次に1.5 BPRのプラットアンドホイットニー JT3Dが続き、 J79から派生したゼネラルエレクトリック CJ805は、巡航燃料消費量が28%少ないコンベア990に搭載されました。バイパス比は、9.3 BPRのロールスロイス トレントXWB、10:1 BPRのGE9X、高圧力比コアを備えたプラットアンドホイットニー GTFに改善されました。

機能安全は、システムまたは機器の一般的な安全性の一部に関係します。これは、システムまたは機器が適切に操作され、危険、リスク、損傷、または傷害を引き起こすことなく操作できることを意味します。

機能安全は航空宇宙産業において極めて重要であり、妥協や過失は許されません。この点で、欧州航空安全機関（EASA）^[12]などの監督機関は、厳格な認証基準で航空宇宙市場を規制しています。これは、可能な限り最高レベルの安全性を実現し、確保することを目的としています。米国のAS 9100、欧州市場のEN 9100、アジアのJISQ 9100などの規格は、特に航空宇宙産業を対象としています。これらは、航空宇宙車両の機能安全に適用される規格です。そのため、適切な規制への準拠を確保および証明するために、車両とスペアパーツの認証、検査検証、テストを専門とする企業もあります。

スピンオフとは、NASA が作成したコーディングや製品が直接生み出した技術で、別の目的のために再設計されたものを指します。^[13]これらの技術的進歩は航空宇宙産業の主な成果の 1 つであり、コンピューターや携帯電話などのスピンオフ技術によって 52 億ドル相当の収益が生み出されています。^[13]これらのスピンオフは、医療、輸送、エネルギー、消費財、公共の安全など、さまざまな分野で応用されています。^[13] NASA は、資金がどのように活用されているかを強調するために、前述の分野に対する多くの特定の製品と利点に関する「スピンオフ」と呼ばれる年次レポートを発行しています。^[14]たとえば、この出版物の最新版である「スピンオフ 2015」では、航空宇宙の成果の医療派生製品の 1 つとして内視鏡が取り上げられています。^[13]このデバイスは、入院期間を短縮する低侵襲手順を通じて合併症を減らし、より正確でコスト効率の高い脳神経外科手術を可能にします。^[13]「これらのNASAの技術は、企業や起業家にそれぞれの業界での競争上の優位性を与えるだけでなく、商業用の月面着陸船などの新興産業の形成にも役立っています」とダニエル・ロックニーは述べています。^[15]

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• Blockley, Richard、Wei Shyy。航空宇宙工学百科事典（アメリカ航空宇宙学会、2010 年）。
• Brunton, Steven L.、他「データ駆動型航空宇宙工学：機械学習による業界の再構築」AIAA Journal.. 59.8 (2021): 2820-2847.オンライン

• Davis, Jeffrey R.、Robert Johnson、Jan Stepanek 編『航空宇宙医学の基礎』（Lippincott Williams & Wilkins、2008 年）オンライン版。

• Mouritz, Adrian P.航空宇宙材料入門(Elsevier、2012) オンライン。

• Petrescu、Relly Victoria、他「航空宇宙のための最新の推進力 - レビュー」Journal of Aircraft and Spacecraft Technology 1.1 (2017)。

• Phero、Graham C.、Kessler Sterne。「航空宇宙革命：開発、知的財産、価値」（2022年）。オンライン

• ウィルズ、ジョスリン。『綱引き：監視資本主義、軍事契約、安全保障国家の台頭』（マギル・クイーンズ大学出版、2017年）、カナダにおける軍事開発の歴史に関する学術書。オンライン書評

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