スペースシャトル外部燃料タンク

スペースシャトル外部燃料タンク（ET）

スペースシャトル外部燃料タンク（Space Shuttle External Tank, ET）は、スペースシャトル計画において、液体水素と液体酸素を搭載し、シャトルのメインエンジンに供給する役割を担っていました。打ち上げ時にはシャトルの「背骨」として機体を支え、推進力を供給しますが、役目を終えると大気圏に突入し、そのほとんどが燃え尽きるという、一度限りの使用で終わる巨大な構造物です。

概要

ETは、シャトルを構成する最大のパーツであり、燃料を満載した際には最も重くなります。その構造は、以下の3つの主要な要素から構成されています。

1. 前部液体酸素タンク：先端が尖った形状で、液体酸素を搭載。
2. 中間部非加圧タンク（タンク間構造体）：電子機器を搭載し、液体酸素タンクと液体水素タンクを構造的に結合。
3. 後部液体水素タンク：シャトルの中でも最も巨大な部分で、液体水素を搭載。

打ち上げ時、ETは固体燃料補助ロケット（SRB）や軌道船を支える役割も果たします。SRBとは前部と後部で接続され、軌道船とは機首部と機尾部の支柱で接続されます。後部支持梁の中には、軌道船との間で燃料、ガス、電気信号、電力をやり取りするためのコードやパイプが通っています。

外部燃料タンクの進化

NASAは、長年にわたりETの効率を高めるために、その重量削減に取り組んできました。ETの重量を1ポンド削減するごとに、シャトルの搭載能力も約1ポンド向上すると言われています。

標準重量タンク

初期のETは、全体が白色に塗装されていましたが、断熱効果が不十分だったため、STS-3以降は塗装を廃止し、オレンジ色の断熱材がむき出しになりました。これにより、重量が約272kg削減されました。また、STS-4以降は、煮沸防止管が取り除かれ、さらに軽量化されました。

軽量タンク

STS-6以降に導入された軽量タンクは、標準タンクから構造を改良することで、乾燥重量を約30,000kgにまで減少させました。具体的には、支持桁や支持リングの数を減らし、重要な部分の厚みを減らすなどの工夫が施されました。

超軽量タンク

1998年のSTS-91で導入された超軽量タンク（SLWT）は、構造の大部分にアルミニウム/リチウム合金を使用することで、軽量タンクに比べてさらに3,175kgの重量削減に成功しました。SLWTの導入により、シャトルが国際宇宙ステーションに参加するために要求された性能向上のおよそ50%が達成されたと言われています。

技術的データ

超軽量タンク諸元

全長：46.9m
直径：8.4m
空虚重量：26,500kg
満載時重量：760,000kg

液体酸素タンク諸元

全長：16.6m
直径：8.4m
容積：553,358リットル
液体酸素重量：629,340kg

液体水素タンク諸元

全長：29.6m
直径：8.4m
容積：1,497,440リットル
液体水素重量：106,261kg

構成

ETは、前述の通り、液体酸素タンク、タンク間構造体、液体水素タンクの3つの主要な部分から構成されています。それぞれのタンクは、アルミニウム合金の外殻を支持枠で支える構造となっています。

熱保護系統

ETの熱保護系統は、発泡断熱材や成形された断熱材などから構成されており、極低温の液体水素や液体酸素を保持し、機体の表面温度を適切に保つ役割を果たします。しかし、この熱保護系統は、断熱材の剥離による事故を引き起こす原因ともなりました。

将来的な利用

スペースシャトル計画の終了後、ETの技術は、アレスIやアレスVといった次世代ロケットの開発に活かされています。また、ETを軌道上で再利用するアイデアも存在し、国際宇宙ステーションの居住区や、惑星間飛行のための燃料タンクとしての利用などが検討されていました。

まとめ

スペースシャトル外部燃料タンクは、スペースシャトル計画において重要な役割を果たした巨大な構造物です。その技術は、次世代の宇宙開発にも活かされることが期待されています。

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