地球上の壮大な風洞が宇宙飛行をより快適にする

宇宙船が火星に着陸したり、未来の貨物機が都市の上空を飛んだりする前に、設計され、風洞で厳格にテストされる必要がある。大手航空会社が使用するボーイング 747 ジェット機などの旅客機でさえ、このようなテストを受ける。これらの施設により、エンジニアは航空機や宇宙船を地面からわずか数フィートの高さで「飛ばす」ことができる。NASA は 100 年にわたってこの機械を使用してきたが、ついに 21 世紀に合わせて更新された新しい風洞を建設中だ。これは、同機関にとって 40 年以上ぶりの新しい風洞となる。

バージニア州ラングレー研究所に2025年に開設予定のNASA飛行力学研究施設（FDRF）は、高さ100フィートを超える。NASAのリーダーたちは、この施設が未来の宇宙船を作る鍵となると考えている。NASAは、この新しい風洞を使って、月と火星への有人宇宙飛行、さらに太陽系で厚い大気を持つ2つの惑星、金星と土星のメタンが豊富な衛星タイタンへのロボットミッションの準備をする計画だ。この施設はまた、NASAが2050年までに排出量を実質ゼロにするという目標に沿って、より持続可能なものにしたいと考えている次世代の地球行き航空機にとっても鍵となるだろう。

「この施設で私たちがやろうとしていることは、文字通り世界を変えることです」と、NASAラングレー研究センター所長のクレイトン・ターナー氏は、施設の起工式のプレスリリースで述べた。「私たちの研究者の謙虚な精神とこの努力により、私たちは新たな高みに到達し、人類のよりよい発展のために未知のものを明らかにすることができるでしょう。」

風洞は、通常、巨大なファンを使用して、静止した物体の周囲に空気を送り込み、飛行中の航空機の周囲、上、下の空気の動きをシミュレートします。これにより、エンジニアは実験で観察したものに基づいて設計を微調整し、航空機をより安定させ、空気力学的に優れたものにすることができます。風洞は、新しい技術を試す安全な場所であり、人間が搭乗する前に航空機の安全性をテストする重要なステップです。また、ロケットや宇宙船にとっても重要です。エンジニアは、航空機が惑星の大気圏を安全に横断できることを確認する必要があります。（生物学者は、NASAのものではないものの、風洞を使用して、飛翔中のガチョウを観察したこともあります。）

ラングレーで最も新しく建設された風洞は、1980 年に建設された国立遷音速施設です。この施設は引き続き稼働しますが、FDRF は、1939 年に建設された 12 フィートの低速回転トンネルと 1940 年に建設された 20 フィートの垂直回転トンネルという、どちらも 80 年近く経過した既存の 2 つの風洞に取って代わります。新しい施設でテストされる飛行機は、当初の建設者が夢見ていた以上のものになります。「プロペラ付きのものをテストしたのは何十年も前です」と、NASA ラングレーの主任エンジニアであるチャールズ・「マイク」・フレモーは、このプロジェクトに関する最近の地域講演で冗談を言いました。

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NASA の最初の風洞 (米国政府初の風洞) は、1921 年にラングレーに建設されました。基本的には、強力なファンを備えた豪華な箱でした。それ以来、NASA は 40 を超える風洞を建設してきましたが、その多くは特殊な目的を持っています。中には、ミニチュア モデル専用の非常に小さなものもあれば、ジェット機全体が収まるほど大きなものもあります。それぞれが異なる温度、圧力、風速を生み出し、航空機が現実世界で遭遇する可能性のあるさまざまな状況をシミュレートすることを目的としています。一部の風洞は、時速 4,000 マイル以上で空気を移動させることができます。これは、747 の通常の巡航速度である約 600 mph よりも大幅に速い速度です。

多くの有名なミッションは、風洞でその旅をスタートさせています。たとえば、キュ​​リオシティ探査車のパラシュートは、火星の大気圏で膨張して開くずっと前に、カリフォルニア州のNASAエイムズにある国立実物大航空力学複合施設で最初にテストされました。過去数年間、オリオン宇宙船やSLSロケットなど、アメリカ人を再び月に送ることを目指すNASAのアルテミス計画の主要部分が風洞でテストされました。

FDRF の新しい風洞は、これまでの施設よりも効率が良く、コストを削減します。さらに、これまでは模型を展開する際に機械に吸い込まれる危険があった風洞テストを行うスタッフにとっても安全になります。「現在と同じように、非常に熟練した技術者が手動で模型を展開します。これは冗談ではありません」とフレモー氏はプレゼンテーションで述べました。これまでは、軽傷者が出ただけで、ほとんどの事故は施設自体に損傷を与えるだけでした。しかし、今後はリスクを最小限に抑えるためのフェイルセーフがさらに強化されます。

映画「バック・トゥ・ザ・フューチャー」のホバーカーや、古典的な「宇宙家族ジェットソン」風の空飛ぶ車で実証されているように、垂直離陸の技術をテストすることで、空飛ぶ車への道も開かれるかもしれない。これらは突飛なアイデアだが、実績のある風洞の助けがなければ、離陸することは決してできないだろう。