宇宙の未来を形作る10の最先端航空宇宙テクノロジートレンド

2040年までに1兆ドルを超える収益が見込まれる世界の宇宙経済は、宇宙の研究、探査、利用に関わる多様な活動を含みます。航空宇宙産業には多くの側面があり、数十億ドルの資金が投じられているため、成長と革新の機会が数多く存在します。今後数年間で予想される10の航空宇宙テクノロジートレンドについてご紹介します。

クイックリンク：

• 航空宇宙テクノロジーとは？
• 現在の航空宇宙産業の展望
• 注目の航空宇宙エンジニアリング技術トレンド10選
• 航空宇宙の未来はここに！

航空宇宙テクノロジーとは？

航空宇宙とは、大気圏と宇宙空間を総称するもので、商業、産業、軍事用途にわたる多様な産業です。航空宇宙工学は航空工学と宇宙工学で構成され、航空機や宇宙船の研究、設計、製造、運用、保守には多くの組織が関わっています。

航空宇宙テクノロジーとは、航空機と宇宙船の構築、試験、保守を指します。技術者は、信頼性が高く再利用可能な宇宙打ち上げ機と関連地上支援設備に関連するシステムの組み立て、サービス、試験、運用、修理に携わる場合があります。

現在の航空宇宙産業の展望

パンデミックで最も大きな影響を受けた産業の一つが、商業およびビジネス関連の航空旅客輸送でした。実際、2020年は航空旅客需要の歴史上最悪の年となりました。しかし、ワクチンの普及とCOVID-19規制の緩和により、アメリカ人の60%が2021年は2019年よりも多く旅行する予定だと答えています。世界的な航空旅行の増加が見込まれる一方で、消費者の行動パターンはパンデミックを機に変化した可能性があります。例えば、現在は長距離国際線よりも短距離・国内線への関心が高まっています。

一方で、パンデミック継続中にもかかわらず、2020年上半期の宇宙打ち上げは過去数年とほぼ同水準でした。成功した41回の打ち上げは、過去5年間の平均43回をわずかに下回る程度です。資金の増加とコストの低下が続く中、宇宙産業は主に衛星ブロードバンドインターネットアクセスの分野で機会拡大が見込まれます。2020年の宇宙投資は256億ドルと堅調で、2021年も投資の勢いは持続すると予想されます。

全体として、航空宇宙産業は2020年の文字通りかつ比喩的な停止状態から、ゆっくりしかし着実に回復しつつあります。

注目の航空宇宙エンジニアリング技術トレンド10選

航空宇宙産業が継続的に改善を進める中、注目すべき10のトレンドを紹介します。

1. ゼロ燃料航空機

エアバスは最近、世界初のゼロエミッション水素商用機の3つのコンセプトを発表しました。これらは2035年までに就航する可能性があります。各コンセプトは、様々な技術的道筋と空力構成を探求し、航空業界全体の脱炭素化を先導するという野心を支えるため、ゼロエミッション飛行の実現に向けた異なるアプローチを表しています。エアバスが提示した全コンセプトは、水素を主要動力源としており、クリーンな航空燃料として非常に有望であり、航空宇宙だけでなく多くの産業がカーボンニュートラル目標を達成するための解決策になると考えています。

2. 構造ヘルスモニタリング（SHM）

構造ヘルスモニタリングは、定期的にサンプリングされた応答測定値を用いて、橋梁、航空機、建物などの工学構造物の材料的・幾何学的特性の変化を監視するために、システムを長期間にわたって観測・分析するものです。大惨事につながる疲労破壊を伴う航空機事故は、多くの犠牲者を出す可能性があるため、この分野での革新が極めて重要です。

構造ヘルスモニタリングの基盤は、埋め込み型または取り付け型の非破壊検査（NDE）センサーを用いて構造物を監視し、そのデータを構造物の状態評価に活用する能力にあります。過去10年間で、研究者たちはSHM用NDEセンサーの開発で大きな進歩を遂げ、SHM結果の分析と通信に必要なハードウェアとソフトウェアを開発しました。一定の成熟度に達し、構造物の広い領域を監視できるNDE SHMセンサーには、光ファイバー、アクティブ超音波、受動的音響放射があります。

さらに、グラフィックス処理装置（GPU）などの低コストで新興の計算ハードウェアにより、高度な物理ベースモデルを用いたNDE検査の改善や、機械学習などの高度なデータ分析手法の活用が進んでいます。これは例えばNASAにとって特に重要で、長期間の宇宙飛行を支援するための新しいツール開発が必要とされています。

3. 先進材料

革新的な材料は、より軽量で敏捷な航空機や新興の極超音速システム、個人防護具、リスクや損傷を軽減できるあらゆる分野で活用できます。先進材料の開発進展は、エネルギー収集、カモフラージュ、構造および個人のヘルスモニタリングなどの機能統合に対応すると期待されています。例えば、グラフェンはわずか1原子厚の炭素ベース材料で、軽量、耐久性があり、大容量エネルギー貯蔵に適用可能なバッテリーの製造に使用でき、通常のバッテリーよりも急速充電が可能です。

4. スマートオートメーションとブロックチェーン

ブロックチェーンは一般的に暗号通貨システムと関連付けられますが、データの透明性を活用してセキュリティを強化します。レコードレベルのデータセキュリティのための公開鍵暗号化と、単一障害点がないことによるネットワーク耐性の向上が可能です。さらに、アクセス権と資格管理を自動化できるため、他のセキュリティ対策や懸念事項にリソースを割くことができます。

どのように機能するのでしょうか。コンポーネント、機器、システムをバリューチェーンに沿って移動させるための多大な労力をかける代わりに、ブロックチェーンは内部および外部のサプライチェーン参加者をエンドカスタマーまで相互接続することを可能にします。また、分散した集団全体で安全で監査可能、追跡可能、共有可能な記録を提供します。製造パートナーと顧客の間で、共有ブロックチェーン台帳を通じて迅速に合意形成が可能です。これには、設計の明確かつ不変の履歴、すべての変更、試験結果、すべてのコンポーネントの供給源に関する認証記録などが残ります。

5. 積層造形（3Dプリンティング）

積層造形としても知られる3Dプリンティングは、従来の製造方法と比較して、著しく少ない材料でコンポーネントや部品を製造する優れた製造ソリューションであることが証明されています。材料を積み重ねてアイテムを作成するため、材料の密度を減らしながらも高い強度を持つ、極めて複雑な幾何学形状を構築できます。

重量削減は、速度、積載量、燃料消費、排出ガスなどの分野での性能向上に直結するため、航空宇宙テクノロジー産業では最優先事項です。この認識から、航空宇宙・防衛産業はシートフレームからエアダクトまで、最新製品への3Dプリンティング応用を模索しています。

6. 超音速飛行

超音速飛行とは、航空機が音速より速く飛行することです。米ユナイテッド航空は、2029年までに15機の新型超音速旅客機を購入し、「超音速を航空業界に取り戻す」計画を発表しました。超音速旅客飛行は、2003年にエールフランスとブリティッシュエアウェイズがコンコルドを退役させて以来、途絶えていました。

新型「オーバーチュア」機は、デンバー拠点のブーム社が製造しますが、同社はまだ超音速ジェットの試験飛行を行っていません。ユナイテッド航空の契約は、新型機が安全基準と騒音公害懸念をクリアすることを条件としています。

7. より強靭で動的なA&Dサプライチェーン

航空機需要の低迷と、パンデミックによる人の移動と物流の制限により、多くの重要な航空宇宙・防衛（A&D）サプライチェーンが機能不全に陥りました。これは、商業航空宇宙とアフターマーケットビジネスへの依存度が高い中小サプライヤーに特に大きな影響を与えました。

2021年には、業界の焦点がサプライチェーンをより強靭で動的なネットワークへ変革する方向にシフトすると考えられます。これは、国内回帰、垂直統合、サイバー防御の強化などの戦略で実現可能です。さらにサプライチェーンを強化するため、OEMとサプライヤーは、内部プロセスの自動化とワークフローの合理化、スマート管理システムの導入、データ分析の活用など、デジタルツールを活用すべきです。デロイトの最近の調査では、業界幹部の72%が外部アライアンスパートナーを活用するためにサプライチェーンエコシステムへの投資を行っていると答えています。

8. IoTを活用したメンテナンス問題の予測

航空機メンテナンス・修理会社は、航空機部品と設備の予知保全のためにIoT技術を広く活用しています。IoTベースの予知保全ソリューションは、例えばCNC工作機械のスピンドルに取り付けられた超音波センサーと振動センサーからデータを収集することで、潜在的な損傷を予測するのに役立ちます。収集されたデータを分析することで、破損する前に脆弱なスピンドルと工具を特定できます。IoT技術は、エンジン、翼フラップ、ブリードバルブ、着陸装置から技術者へ重要データを送信し、予防保全を可能にします。このデータは、技術者がメンテナンススケジュールを作成し、部品を調達し、関連作業員を手配して設備を修理するのを支援します。

9. 人工知能（AI）

航空宇宙テクノロジー産業も、研究と教育における機械学習やアクティブラーニング、人工知能の恩恵を受けています。機械学習は、人工知能を用いてデータ内の新しいパターンと関係性を発見することで、材料に関する新たな洞察を得る能力を提供します。AIは人間よりもはるかに複雑な問題を処理でき、人間の脳が情報を処理するのにかかる時間と比較して、数千もの結果を瞬時に検証できます。

例えば、次世代テクノロジーを創造するために、米空軍研究所（AFRL）の研究者たちは、機械学習、AI、自律システムを用いて、材料発見のスピードを指数関数的に高め、技術コストを削減しています。

10. 自律飛行システム

自律技術の導入は複数の産業で成長トレンドとなっており、航空宇宙産業も例外ではありません。その多くは自律飛行の拡大に焦点を当てており、最終目標は完全な無人飛行の実現です。これはまだ数年先になるかもしれませんが、今後数年間で投資と革新が継続的にこの方向に向けられるでしょう。今後数年で、操縦士が1人になり、その後完全自律運航へ移行する可能性があります。これはドローンで既に実現していますが、この技術を旅客機や長距離飛行に対応させるには、明らかにスケールアップが必要です。

航空宇宙の未来はここに！

革新的なテクノロジーと製造プロセスが絶え間なく開発されており、中小規模メーカーは、航空宇宙企業がサプライチェーン拡大のためにニッチなサプライヤーを求めていることから恩恵を受けています。最新トレンドを把握し続けることは、貴社の製造ビジネスが航空宇宙産業の全てを活用するのに役立ちます。

今日の航空宇宙産業がこれほど複雑で脆弱な状況にある中、専門家のコンサルティングを受けることは不可欠です。CMTCにご連絡いただき、航空宇宙テクノロジー運用の最適化についてご相談ください！