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ロサンゼルスから北東へ160kmほど車を走らせて、広大な砂漠地帯に入る。すると、やがて干上がった湖底（ロジャース乾湖）の広大な広がりに足を踏み入れることになる。

そこは決して風光明媚な観光地というわけではない。だが、米航空宇宙局（NASA）アームストロング飛行研究センターのエンジニアたちにとって、66平方マイル（約171平方キロメートル）にもおよぶ平坦で乾燥した硬質粘土の土地は、革新的な試験機を飛ばすのに理想的な滑走路なのだ。

2018年2月、アームストロング飛行研究センターの上空を、尾部と翼端を白く塗った黒い航空機が飛んだ。遠隔操作されていた機体には、NASAのロゴに加えて、「Area-I」というロゴも飾られている。Area-Iとは、この技術評価研究試作機をつくった会社のことだ（この機体は、技術評価研究試作機：Prototype Technology-Evaluation Research Aircraftの頭文字から「PTERA（プテラ）」と呼ばれている。ジュラ紀後期の翼竜「プテロダクティルス」を想起させる略称だ）。

乾湖は周囲に対象物がなく遠近感がつかみにくいので、この機体を遠くから見るとボーイング737のようにも見える。だが実際には、これは737型旅客機を正確に11パーセントのサイズに縮小したもの、つまり、無人飛行試験用のスケールモデルだ。

翼長が11フィート（約3.35m）のプテラの主翼は、普段は通常の飛行機と同様にまっすぐだが、この試験飛行ではちょっと奇妙なことが起きる。左右の翼の途中にヒンジがあり、それぞれの先端から4分の1ほどの部分が、ちょうど鳥の翼のように上下にスイングできるようになっている。

翼が変形する理由

これは「スパンワイズ適応翼」（Spanwise Adaptive Wing：略称「SAW：ソー」）プロジェクトのためにつくられたものだ。形状記憶合金でつくられた軽量な新型アクチュエーターを使って、飛行中に翼を変形させる技術の実証を目指している。

エンジニアたちがこの機体の翼に、普通の人なら驚いてしまいそうな変形をさせたい理由は、より大きな揚力を得ながら空気抵抗を減らし、超音速飛行における安定性を高めることにある。この技術がうまく機能すれば、やがてはフルサイズ機体へのスケールアップも期待でき、より優れた旅客機の開発につながる可能性もある。

とはいえ、それはあくまでも理論的な話であり、この技術が現実の世界で試されるのは今回が初めてだ。試験機はスムーズに離陸し、すぐに乾湖の上空で大きな競馬場のようなループを描く飛行に移った。その間、機体は自動操縦で飛び続け、研究者たちはデータの収拾に専念した。

飛行中には、翼を0度から70度の間で上下に「折り曲げる」動作が繰り返された。NASAの航空宇宙工学技術者で、このプロジェクトの研究主任であるマット・モホルトは、「素晴らしい成果です。この機体は非常に順調に飛び、挙動にも問題はありませんでした」と語る。

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チームは当初、2日間で合計6回の飛行を予定していた。「機体がとても順調に飛んでくれたので、予想していたよりもずっと効率よく、さまざまな機動を試すことができました。その結果、わずか3回の飛行を行っただけで、すべての研究データを集め終えてしまったほどです」

形状記憶合金を採用したワケ

形状記憶合金は、温度の変化に反応して伸縮したりねじれたりする金属だ。この機体では形状記憶合金が、長さ約25.4cm、直径約1.3cmのトルクチューブに収められ、両端には溝が切られている。

合金の成分は、このプロジェクトに参加しているNASAグレン研究センターの研究者の手によって、ヒーターで制御された温度変化だけに反応するよう調整された。砂漠の熱い日に太陽の熱に反応しては困るからだ。

チューブの中央部分にあるグラファイトヒーターが温度を上げると、やがて合金がねじれて、翼を動かし始める。このスパンワイズ適応翼の場合、合金はニッケル、チタニウム、ハフニウムからなるのだという。

一般的な電気モーターとギアボックス、あるいは油圧機構でも、同じように翼を動かすことはできる。実際、すべての旅客機のフラップは、そうしたシステムで作動しているが、それには重くて大きいという難点がある。

その点、形状記憶合金にこれと同じ仕事をさせられれば、重量とサイズは何分の1かに抑えられる。よりすっきりとした新しい翼型を可能にすると同時に、軽量化によって燃料消費率も向上する。

スパン適応翼の原理は、不吉な名前と外観を持つ1960年代の試作戦略爆撃機「XB-70ヴァルキリー」によって実証されている（ヴァルキリーは、北欧神話の戦いの乙女ワルキューレの英語読み）。この試作機の主翼の一部はヒンジを介して連結されており、音速以下での飛行中は水平に維持されるが、超音速飛行では下向きに折りたたむことができた。これには、翼の先端部に衝撃波が及ばないようにして空気抵抗を減らしながら、パイロットが操作できる垂直舵面（主翼が水平なときには、もっぱら尾翼に頼ることになる）を増やして、方向安定性を高める効果があった。

プテラの主翼も、両端が垂直に近い角度になっているときには、翼後端のフラップが尾翼の方向舵に似た働きをして、左右方向のヨーイング（左右の首振り運動）の動きに影響を及ぼす。「翼を下向きに折り曲げると、機体がより安定するようになり、上向きに折り曲げると大きなヨーが得られます」と、モホルトは言う。

これは、横風を受けながらの着陸には役立つに違いない。また、こうして尾翼の負担の一部を肩代わりしてやれば、将来の航空機では尾翼のサイズを小さくすることができるだろう。

第一歩は始まったばかり

形状記憶合金にも欠点はある。動作が遅いのだ。エンジニアたちは、合金の加熱と冷却プロセスのスピードアップに取り組んでいるものの、現時点では気分が悪くなりそうな戦闘機のデモ飛行並みの機動は不可能で、ずっと穏やかな飛び方しかできない。

見事に成功した今回の試験飛行で収集されたデータはシミュレーターに入力され、形状変化を制御する方法の開発と最適化、形状変化が航空機の性能に及ぼす影響の分析などに利用される。また、NASAグレン研究センターでは、この機体よりはるかに大型のアクチュエータを、F-18ジェット戦闘機の主翼に取り付けて、これがフルスケールでも機能することを地上試験で実証しようとしている。

新しい航空機技術が、旅客機でも使えるほど安全であることを証明するには、何十年という単位の時間がかかる。だが、第一歩として見れば、今回の試験は有望な前途を示すものだった。

形状記憶合金の基礎研究には、ボーイングもパートナーとして参加している。いずれは、あなたが乗った飛行機の窓から、飛行中に主翼が下へと折りたたまれるのを眺める日が来るかもしれない。