NASAラングレー研究センター：航空イノベーションのパイオニア

現在ラングレー研究センターとして知られる施設は、NASAの前身であるNACA（National Advisory Committee for Aeronautics：航空諮問委員会）の下で1917年に設立され、米国初の民間航空研究所となりました。その年の後半、バージニア州ハンプトン近郊のラングレー飛行場で建設が始まりました。

1931年、当時世界最大の風洞が完成しました。テストセクションが30×60フィートのラングレー全尺風洞です。この風洞は当時の実物大航空機全体を研究でき、第二次世界大戦期のほぼすべての米国戦闘機設計の抗力クリーンアップ研究に不可欠な役割を果たしました。全尺風洞はその後、マーキュリー宇宙カプセル、月着陸試験機、F-16、超音速輸送機コンセプト、スペースシャトルのテストにも使用されました。

ラングレーの国立超音速施設は液体窒素を使用して飛行条件をより正確にモデル化し、世界で最も精度の高い風洞データを提供しています。1980年代初頭の運用開始以来、ボーイング777と767、スペースシャトル打ち上げ構成、ビジネスジェットコンセプト、オリオン打ち上げ中止システムのデータを提供してきました。

NASAが宇宙に人を送る課題に取り組み始めると、ラングレーも貢献しました。ラングレーに置かれたスペースタスクグループ（1960年代初頭にヒューストンに移転するまで）は、米国の初期宇宙計画の計画を立てました。ラングレースタッフは月着陸施設を設計しました。これは250×400フィートのトラス構造ガントリーで、ケーブルシステムで吊り下げられた月着陸船は、重量の6分の1だけを除いて支持され、すべてのアポロ宇宙飛行士の月着陸訓練に使用されました。アポロ計画が終了すると、施設は改修され、装備された実物大航空機とヘリコプターを吊り下げ、墜落条件で解放して航空機の耐衝撃性を向上させるために使用されました。オリオン構想の開発に伴い、施設はオリオンの着陸時の応力を理解するために使用され、最初は土上での着陸、次に水着陸を理解するために水衝撃水槽が追加されました。

1960年代半ば、ラングレーはランデブー・ドッキングシミュレーターを設計し、ジェミニとアポロの宇宙飛行士を訓練しました。システムはラングレー研究格納庫の天井から実物大のジェミニ、後にアポロカプセルを吊り下げました。シミュレーターはその後解体されましたが、懸吊システムは格納庫の天井に残っています。

現在、ラングレーは多様なフライトシミュレーター、風洞、ラボ、計算ソフトウェアを通じて、航空、探査、科学、宇宙技術におけるNASAの目標を支援しています。

航空

大陸横断の超音速商業旅客便を可能にする取り組みから、航空機をより安全、静か、燃費効率よくする支援まで、ラングレーの航空専門家はアイデアを図面から現実へと導きます。

連邦航空局（FAA）と協力して、ラングレー研究者たちは航空機の衝突安全性を評価するためのテストを実施しました。死亡者削減を目指し、研究者たちはラングレーの着陸衝撃研究施設で実物大のF-28フォッカートランスポート機を落下させ、コンピュータモデル用のデータを生成しました。このデータは、明日の革新的航空機の基準設定に役立ちます。

NASAは、低騒音飛行実証ミッションを通じて、将来の静かな超音速飛行の可能性を切り開き続けています。このミッションでは、ラングレーがX-59静かな超音速技術機の開発で管理責任を分担し、米国の複数のコミュニティにおけるX-59の音への反応評価計画を主導しています。これは、超音速陸上飛行の現在の禁止を解除するための一歩です。

ラングレー研究者たちは、X-59のeXternal Vision Systemを正常にテストしました。これは前方向きのコックピット窓を、センサー、カメラ、コンピュータディスプレイの組み合わせに置き換え、パイロットに前方の拡張現実ビューを提供します。今年初飛行が予定されているX-59に搭載される予定です。

ラングレーはまた、新しい効率的な航空機コンセプトをテストし、全電気技術を研究して、飛行をよりクリーンかつ静かにしています。ボーイングと共に、ラングレー研究者たちは超音速トラスブレースドウィングモデルを設計、製作、テストし、より燃費効率の良い航空機につながる可能性があります。また、NASA初の全電気実験機X-57 Maxwellの設計手法と解析にも貢献しました。

手頃な価格の電気ドローンが市場に溢れ、エアタクシーや自律型個人航空機などのコンセプトに資金が流れる中、新たな航空時代が幕を開けようとしています。ラングレーで開発されたドローン安全ツールは、無人航空機（UAV）が飛んではいけない場所に飛ばないようにする方法、互いに衝突しないようにする方法、緊急時に安全に着陸させる方法といった、無人飛行の実用性に対処します。

新しい航空機が町や都市でどう運用されるかを理解するために、研究者チームはラングレー航空機No.8を作成しました。これはヘリコプターのように離陸する電気飛行機です。3Dプリント部品で作られた無人機は、ラングレーの12フィート低速風洞でテストされました。自律性に加え、ラングレーは新しい航空機に不可欠な多くの他の問題も探求しています。航空交通管理、飛行禁止区域、通信と誘導システム、安全な飛行手順、騒音抑制などです。

ラングレーはまた、航空機騒音低減のための音響ライナーの2つの新しい実装を開発しました。狭い空間内の曲面チャネルに装備して騒音低減を提供できます。2つの実装は、フラップ側縁ライナーと着陸装置ドアライナーで、機体騒音低減用です。これらのアプリケーションでは、音響ライナーは主に着陸時に発生する航空機騒音を低減するように設計されており、航空機がますます厳格化する空港騒音規制に準拠するのに役立ちます。

宇宙

ラングレーは、イノベーター、アーキテクト、科学者、エンジニアを積極的に結集し、小型ペイロードを迅速かつ効率的に宇宙に届けています。小型衛星（スモールサット）は、NASAの定義では質量180kg（397ポンド）以下の宇宙機とされ、宇宙ミッションのコスト削減と宇宙アクセスの拡大という新たな選択肢を提供することで、科学と有人探査の推進に貢献できます。

放射線防護実証のShields-1は、ラングレー初の成功したフリーフライング小型衛星プロジェクトとなりました。2018年のRocket Labによる打ち上げに相乗りし、他の実証や実験とともに軌道に投入されました。Shields-1はラングレーで開発された新しいシールド材料をテストしました。

強力なSpace Launch Systemロケットが、先駆的なNASAミッションを開始します。ラングレーの航空科学チームは、センターのユニタリープラン風洞、14×22フィート亜音速風洞、国立超音速施設風洞で構成をテストしました。

NASAの成功したAscent Abort-2試験飛行は、間もなく月へ、そして将来的には火星へ向かうミッションに搭乗する宇宙飛行士を保護するための重要な一歩でした。ラングレーで管理されているオリオン打ち上げ中止システムプログラムは、必要なときに中止システムが準備できていることを保証します。

コンピュータマウスの約半分のサイズであるSCALPSS（ステレオカメラ月着陸プルーム表面研究用）は、今年、Intuitive MachinesのNova-C月着陸船のペイロードとして月へ向かいます。4つの小さなカメラが、宇宙船が月に着陸する際、その下で何が起こるかをNASA研究者たちに示します。SCALPSSは、着陸船のロケットプルームによって形成されるクレーターについて、着陸船が最終降下と着陸を行う際の月面での重要なデータを提供します。

SCALPSSからのデータは、その後の着陸を知らせるコンピュータモデルを提供します。着陸船の基部周りに配置されるSCALPSSカメラは、着陸船の熱いエンジンプルームが月面と相互作用し始めた正確な瞬間からクレーター形成を監視し始めます。カメラは着陸完了後まで画像を取り続けます。それらの最終ステレオ画像は、小型のオンボードデータストレージユニットに保存された後、着陸船に送られダウンリンクで地球に戻され、研究者たちがクレーターの最終的な形状と体積を再構築できるようにします。

ラングレーはまた、宇宙でのロボット建設技術を形成し、より長く、より遠いミッションを可能にしています。軽量表面操作システムは、月へペイロードを着陸させるために選ばれた企業によって使用されます。オン軌道サービシング、アセンブリ、製造プロジェクトのセットを通じて、研究者たちはロボティクスと自律性を用いて、月と宇宙でインフラを構築する方法を学びます。

LiDAR

光検出と測距（LiDAR）は、NASAにとって強力で多用途なツールとして台頭しています。ラングレーは、リアルタイム地形マッピングと合成視覚ベースのナビゲーションのためのFlash LiDARを開発しました。ビデオレートで取得される3D画像のシーケンスに内在する情報を活用するため、ラングレーはこの画像シーケンスを高解像度3D合成画像に処理することで、同時に補正、強化、相対運動導出ができる埋め込み画像処理アルゴリズムも開発しました。

従来のスキャンLiDAR技術は、1ピクセルあたり1レーザーパルスで画像をラスタスキャンすることで1フレームずつ画像を生成しますが、Flash LiDARは通常のカメラのように、単一レーザーパルスで画像を取得します。Flash LiDARのメリットにより、ロボットシステムの自律視覚ベース誘導制御が可能になります。

ナビゲーションドップラーLiDAR（NDL）は、惑星天体への安全で精密な着陸を保証するために検討されています。NDLは車両の速度と位置を正確に測定し、NASAが初めての女性と次の男性を月に着陸させるのを助ける可能性があります。

技術

• 遠隔非侵襲的心臓活動トレーサー（RENCAT）— このレーザー振動計センサーは、心臓機能、具体的には弁/心室の開閉サイクル（心周期）を遠隔かつ非侵襲的に監視します。患者の衣服による干渉なしに、心臓領域から離れて精密な大きさとタイミング情報を提供します。

• 昆虫付着軽減のための疎水性エポキシコーティング — フッ素化アルキルエーテル含有エポキシが防虫コーティングとして機能します。航空機効率向上のために開発された堅牢で耐久性のあるコーティングですが、自動車や風力エネルギー産業など、昆虫残留物の付着低減が望まれるさまざまな用途で有用です。

• 落雷軽減と損傷検知 — 特許取得済みのSansECセンサーテクノロジーは、共振応答の変化に基づき、センサー近傍の物質の電気インピーダンスを測定できる実証済みのワイヤレスセンシングプラットフォームです。センサーは落雷電流を分散させて落雷被害を軽減する独自の特性を示します。タービンブレード用途では、SansECセンサーのアレイが複合ブレードの表面積をカバーし、落雷軽減と損傷検知の両方を提供します。

• 電気接続不要のワイヤレス温度センサー — このセンサーは電気接続を必要とせず、誘電率変化の測定を利用するSansECセンサープラットフォーム上に構築されています。センサーは耐損傷性、柔軟性、精密さ、低コストを備えています。有望な用途の1つはタイヤ温度センサーです。

• 3Dプリンターテストステーション — 押出し積層造形プロセスにおいて、材料堆積と層間接着のインシチュテストが可能なテストステーションを開発しました。この技術は、3Dプリントプロセス中の部品品質監視という問題に対処します。斬新なのは、コンポーネントが構築される過程でインシチュでテストが行われることです。

• 医薬品包装・監視用ワイヤレスセンサー — SansECセンサーは物理的接触なしで医薬品用途に使用できます。液体や粉末のレベル、内容物の温度、腐敗による変化など、容器の多くの属性を監視できます。改ざんも検知できます。

技術移転

ラングレー研究センターの技術的知識とデータは、商用化のためにライセンシーに提供されます。NASAのライセンシングコンシェルジュ（Agency-）までご連絡いただくか、202-358-7432にお電話ください。NASAラングレーについて詳しくはをご覧ください。