中国宇宙ステーションでタングステン合金3100℃ 宇宙材料実験で世界記録 - NewsTomo

中国の宇宙ステーションで、タングステン合金を摂氏3100度以上まで加熱する世界記録の材料科学実験が行われました。宇宙空間でここまでの高温を実現したのは初めてで、核融合やロケットエンジンなど極限環境で使う新素材の研究に向けた大きな一歩といえます。

3100℃超を達成した宇宙材料実験とは

今回の実験は、中国の宇宙ステーションにある「Tianhe」コアモジュールの中に設置されたコンテナフリー（無容器）材料科学実験キャビネットで実施されました。この装置は、固体や液体の試料を容器に触れさせずに加熱・観測できるのが特徴です。

キャビネットは過去4年間にわたり、ロケットエンジンの炎にも耐える耐熱材料を中心に、タングステン合金、ニオブ合金、新しい高温材料などの実験を続けてきました。

今回、そのタングステン合金を3100度以上まで加熱することに成功しました。これは太陽表面の温度のおよそ半分に迫る温度であり、宇宙空間で行われた材料科学実験として最高レベルの加熱温度とされています。

この記録的な実験は、軌道上の乗組員と、Northwestern Polytechnical University 物理科学技術学院を中心とする地上の研究チームとの連携によって実現しました。

地上の研究室では、重力を打ち消すように電場を使って試料を空中に浮かせる「静電浮遊装置」が開発されました。この技術を応用することで、宇宙ステーションのコンテナフリー材料科学実験キャビネットの内部で、試料を安定して浮かせた状態のまま加熱・観測できるようになっています。

研究チームは地上で多数の予備実験を行ったうえで、宇宙ステーション向けの詳しい研究計画を設計し、軌道上クルーとともに超高温実験を進めました。

タングステンは、現在知られる元素の中で最も高い融点を持ち、その融点は3412度とされています。このためタングステンおよびタングステン合金は、核融合炉やロケットエンジンなど極端な高温環境での利用が期待される重要な材料です。

しかし、タングステン合金が実際に超高温状態になったとき、どのような物理的・化学的性質を示すのか、詳しく理解することは長年の課題でした。今回の実験の責任者の一人であるHu Liang 教授は、なぜ宇宙空間での実験が必要なのか、次のようなポイントを挙げています。

宇宙ステーションの微小重力環境では、溶けたタングステンをほぼ完全な球形に保つことができます。これにより、表面張力や熱伝導などの物性を、理想的な形状で精密に測定できます。
タングステンは非常に密度が高いため、地上の重力環境では、他の元素と合金化するときに成分が偏りやすくなります。一方で微小重力下では、タングステン合金の組成や内部構造が均一になり、その結果として性能が大きく向上するとされています。