スペースシャトルの機体材料

スペースシャトルの機体材料には何が使用されていますか？
断熱材は調べましたので、断熱材以外で教えてください。

No.3 回答者： DLIVE 回答日時： 2011/01/28 22:10

以前、スペースシャトルの断熱システムに興味をもち、その時に調べた資料をもとに回答します。

耐熱タイルとの比較参考資料となればと思います。


宇宙から地球に帰還するときにスペースシャトルは過酷な空力加熱にさらされて、空気の温度は1万度にもなるそうです。
このため、機体内部の温度が所定値より高くならないように保護する必要があります。
熱からの保護には幾つか方法があり、それによって使われる耐熱材料も異ります。

スペースシャトルの耐熱タイルなどにみられる輻射冷却法は、材料が加熱されて高温になると、自ら熱を外に向かって輻射するようになることを利用しています。
輻射熱量は温度が高くなるほど多くなり、入ってくる熱量と、輻射放熱量が同じになったところで平衡温度になります。
平衡温度に達してからはこの耐熱材自体からの熱伝導が内部に伝わりますが、ホットストラクチャーといわれる、熱を伝え難い構造をその内側に挟み込むことで、この内部侵入を防ぎます。
輻射冷却法の場合、耐熱材料を再使用できますが、平衡温度が材料の溶ける限界以下までの熱量までしか対応できません。耐熱タイルによる輻射冷却による保護は、スペースシャトルのように翼を使って再突入する、比較的軽度な加熱環境が限度とされています。
温度が1400℃以下であれば再利用可能といわれています。

再突入カプセルなどの場合のように、シャトルの数十倍も厳しい加熱環境に耐える必要がある場合にはアブレータと呼ばれる耐熱材料が使われます。
アブレータは輻射による熱からの保護と逆の発想で、軟弱に焼けて溶けて熱は耐えられない素材を使います。アブレータは、炭素繊維をフェノール樹脂で固めたＦＲＰの一種であり、300℃を越えれば熱分解を始めます。熱分解する際に反応熱を奪い、内部を保護します。
アブレータは質量あたりの反応熱（吸熱反応）が大変大きい素材です。
アブレータ最表面は熱分解してしまい炭化していますが、その内側の熱分解している部分から発生したガスは、アブレータ自体から熱を奪いながら表面に噴出します。
噴出したガスは表面近傍に漂い、高温の空気と耐熱材料の間に層をなして熱を遮断します。アブレータの表面は2000℃以上になるそうです。
さらに、アブレータは樹脂製のため、熱伝導率が金属やタイルに比べて非常に小さく、本質的に熱を内部に伝え難いという性質があります。
このようにアブレータは、分解しながら無くなっていきます。地上に降りるまでに無くなってしまわないために、十分な厚さのアブレータが貼られています。
アブレータは耐熱タイルより高温に耐えますが、一回しか使用できません。

No.2 回答者： Wr5 回答日時： 2011/01/28 17:35

Wikipediaをどこまで信じるか…によるでしょうが……

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B9%E3%83%9A% …

アルミニウム合金、チタニウム合金など…のようです。
断熱材で覆っているので、基本構造部分はアルミでも大丈夫…ということでしょう。
# 強度の必要な部分などはチタニウム合金でしょうけど。

No.1 回答者： noname#131337 回答日時： 2011/01/28 15:26

外装はセラミック製の耐熱タイルだったと思います。

打ち上げ時にこれが数枚剥がれ落ち、帰還時に事故があったのは有名ですよね。
非常に悲しい事故でした。