明らかに：ロケットの殻の厚さがわずか数ミリなのはなぜか？

高さ数十メートルの巨大なロケット「長征5号」を見ると、この大型ロケットの外殻は十分な強度を持つために非常に厚く重くなければならないと誤解してしまいがちです。しかし実際には、一般的に使用されているロケットシェルの「スキン」の厚さはわずか1.2 mm〜2 mmであり、フェアリングの「スキン」の最も薄い部分でもわずか0.3 mmです。たとえば、ロケットを大人に例え、殻を大人の外皮に例えると、この外皮は「セミの羽のように薄い」と表現できます。

では、このいわゆる「皮膚」はなぜこんなに薄いのでしょうか?

「スキン」の主な材質はアルミニウム合金で、強度、耐腐食性が高く、軽量で低コストです。長征3Aシリーズ、長征2Fなどのロケットの飛行中に最高の総合性能を発揮し、「スキン」として最適です。さらに重要なのは、アルミニウム合金は軽量なのでロケットの重量を軽減できることです。人々はロケットを「薄い皮と大きな中身」と表現します。 「外皮」が薄ければ、より多くの燃料を積載でき、より重い衛星を「持ち上げる」ことができる。

ロケットの殻がこのように薄く設計されているのは、主にロケットの重量を減らし、積載量を増やすためです。ロケットの重量を1キログラム減らすと、積載量を1キログラム増やすことができます。衛星や宇宙船の重量も1キログラム増加し、宇宙に行く宇宙飛行士や宇宙船の保護が強化される。ロケットは一般に「薄い外皮と大きな中身」を持ち、重量の大部分はロケットの中身の燃料であると説明されます。しかし、燃料は「重荷」であり、自由に増減することはできません。そのため、ロケット設計者はロケットの外殻に着目し、ロケットの重量を減らすために外殻を薄くすることを目指しました。

ロケットの頑丈さは確保できるでしょうか？

ロケットの外殻は実際には複数の部分で構成されています。スキン、ストリンガー、フレームリングが含まれます。フレームリングとストリンガーは円筒形のフレームを形成し、リベットでスキンと結合されます。スキンは主に形状維持、せん断力伝達、計器ケーブル設置の役割を果たし、トラスは主な縦方向支持力の役割を果たします。桁、フレームリング、スキンの関係は、提灯の竹ひごと外側のガーゼカバーの関係に似ています。私たちが普段目にするロケットの「外殻」は、実は単なる「外皮」に過ぎません。

ロケットの「外皮」は非常に薄く柔らかいが、力の解析に基づく科学的な計算と構造の最適化を経て、「外皮」とフレームはリベットで固定される。各シェルセグメントには何千ものリベットがあり、全体の構造の強度と剛性を確保しています。打ち上げプロセス中、どの方向に外力が加えられても、ロケットの飛行には影響しません。しかし、「スキン」が薄すぎて、内部フレームの強度を確保するために継続的に密度を高めると、シェルの重量が増加し、望ましい効果が得られなくなります。したがって、設計者は、ロケット本体の強度と信頼性を確保しながら、材料の使用量が最小限になるように、「スキン」、フレーム リング、ストリンガーの最適な比率を計算する必要があります。

長征5号大型ロケットのフェアリングの「外皮」パネルの厚さはわずか0.3mmです。同じ剛性で、ロケットシェルセクションの重量は10％以上削減されます。ロケット構造設計者の李曹氏によると、この方法により、ロケットはより多くの燃料を搭載でき、堅牢性を確保しながらペイロードを軌道に乗せることができるという。そのため、ロケットの外殻は卵の殻のように薄いにもかかわらず、飛行中にロケットが十分な強度を保つことができます。

さらに、中国の新世代ロケットタンクも非常に薄く、壁の厚さはわずか1mmです。

中国第一航空宇宙科学技術研究所の長征2号Fロケットの主任設計者、易龍氏は、より直感的な例え話をした。私たちが日常的に飲んでいるコカコーラの缶は、きっととても薄く見えるはずだ、と。ロケットタンクと同じ積載量にしたい場合、コカコーラの缶を3分の2薄くすることができます。中国人は卓越性と完璧さを追求しており、ロケット製造の背後には「職人技の創意工夫」が存在します。航空宇宙科学技術の発展において驚くべき成果がもたらされたのは、数え切れないほどの優れた航空宇宙分野の才能ある人々の懸命な努力のおかげです。宇宙飛行士の知恵と勇気は中国の宇宙産業を輝かし、宇宙を探索し星を追いかけるという人類の夢に強固な基盤を築いた。