WO2025263050A1

WO2025263050A1 - ロケットエンジン用部品、人工天体用部品及び探査車両用部品

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Publication number: WO2025263050A1
Application number: PCT/JP2025/010958
Authority: WO
Inventors: 総一郎齋藤; 隆彦加藤
Original assignee: Technology On Demand; Technology On Demand LLC
Current assignee: Technology On Demand; Technology On Demand LLC
Priority date: 2024-06-22
Filing date: 2025-03-21
Publication date: 2025-12-26
Anticipated expiration: 2026-12-22

Abstract

軽量であることと耐久性に優れることとの両立に加え、宇宙機の大気圏突入時に、宇宙機の形成材料を確実に燃え尽きさせることで、寿命を全うした宇宙機の燃え残りが地球上への落下することを防ぎ、また、低コスト化、大型であっても精密であることをも実現可能なロケットエンジン用部品を提供することを課題とする。　本発明のロケットエンジン用部品は、金属３Ｄプリンタを使用して積層造形した部品であって、ベリリウム及び／又はベリリウム合金と、３種類以上の元素を有するハイエントロピー化した合金、並びにセラミック及びアルミニウムを有する複合材料から選択される１以上とを含み、前記ハイエントロピー化した合金は、前記３種類以上の元素それぞれの原子比が５０％以下の合金である。

Description

ロケットエンジン用部品、人工天体用部品及び探査車両用部品

　本発明は、ロケットエンジン用部品、人工天体用部品及び探査車両用部品に関する。

　人工衛星のように宇宙空間で利用する装置は、ロケットに搭載されて地上から宇宙空間へと運ばれる。このため、ロケットで運ばれる装置には軽量・高性能化が望まれている。

　そこで、出願人は、特許文献１に記載された宇宙空間で用いることが可能な燃料電池を提案している。この燃料電池によれば、セパレータ及び／又は筐体がベリリウム及び／又はベリリウム合金を含むよう構成することにより、軽量であることと耐久性に優れることとを両立している。

特許第７１２６７２８号公報

　ところで、人工衛星やロケットにかかわる部品は、燃料電池に求められる性能に加え、ロケットの大気圏への突入時に、ロケットが燃え尽きる又は小片に分断されることを可能にすることが求められる。

　設計寿命を終えて機能を停止したり事故などにより制御不能となった人工衛星や、宇宙空間に投入されたロケットの上段部分等の回収の必要がない宇宙機は、最終的に大気圏に突入し、突入の際に空気との摩擦熱により燃焼して消滅する。

　しかしながら、宇宙機は、稀にではあるが、大気圏への突入の際に全てが燃え尽きず、機体の一部が地球上に落下するケースもあり、現実に大型の宇宙機の構成部材が地球上に墜落した例も確認されている。

　加えて、ロケットにかかわる構造体や部品は、低コスト化であること、特に、ロケットエンジンはロケットの主要部品であり、大型かつ精密であることが求められる。

　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、軽量であることと耐久性に優れることとの両立に加え、宇宙機の大気圏突入時に、宇宙機の形成材料を確実に燃え尽きさせることで、寿命を全うした宇宙機の燃え残りが地球上への落下することを防ぎ、また、低コスト化、大型であっても精密であることをも実現可能なロケットエンジン用部品、人工天体用部品及び探査車両用部品を提供することである。

　本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、ロケットエンジンに係る部品の少なくとも一部がベリリウム及び／又はベリリウム合金を含むよう構成することで、上記の目的を達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。具体的に、本発明は以下のものを提供する。

　第１の特徴に係る発明は、金属３Ｄプリンタを使用して積層造形したロケットエンジン用部品であって、
　ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含み、
　　３種類以上の元素を有するハイエントロピー化した合金と、
　　セラミックとアルミニウムとを有する複合材料と、
　の１以上をさらに含み、
　前記ハイエントロピー化した合金は、前記３種類以上の元素それぞれの原子比が５０％以下の合金である、ロケットエンジン用部品を提供する。

　第１の特徴に係る発明によれば、軽量かつ耐久性に優れ、また、低コスト化、大型であっても精密であることをも実現可能なロケットエンジン用部品を提供できる。また、宇宙機の大気圏突入時に、宇宙機の形成材料を確実に燃え尽きさせることで、寿命を全うした宇宙機の燃え残りが地球上への落下することを防ぎ、また、低コスト化、大型であっても精密であることをも実現可能なロケットエンジン用部品を提供できる。

　ところで、ロケットエンジン用部品では、ロケットエンジン用部品を地上から打上げるロケット等における積載量の制限から、軽量であることが求められる。このような事由により、宇宙空間で利用されるロケットエンジン用部品では、耐久性に優れていることが求められる。しかも、ロケットエンジン用部品では、大型でありながらも精密さが要求される。

　したがって、ロケットエンジン用部品では、軽量であることと耐久性に優れることとの両立が求められる。また、大型でありながらも精密さが求められる。

　ベリリウムは、温度２５℃、圧力１０１３ｈＰａでの比重が１．８５ｇ／ｃｍ^３であり、銅（同じ条件での比重８．９６ｇ／ｃｍ^３）に比較して非常に軽量な元素である。すなわち、ベリリウムを含む筐体及び／又はセパレータは、軽量に構成し得る。ベリリウム合金を含む筐体及び／又はセパレータについても、同様の特性を期待できる。

　ベリリウムのヤング率は、２８７ＧＰａであり、銅（ヤング率１００～１２８ＧＰａ）のヤング率より高い。したがって、ベリリウムは、高い曲げ強さを有する。すなわち、ベリリウムを含む筐体及び／又はセパレータは、曲げによって破壊されることを防ぎ得る優れた耐久性を有する。ベリリウム合金を含む筐体及び／又はセパレータについても、同様の特性が期待できる。

　ベリリウムの剛性率は、１３２ＧＰａであり、銅（剛性率４８ＧＰａ）の剛性率より高い。したがって、ベリリウムは、外部からの力等による変形が生じにくい。すなわち、ベリリウムを含む筐体及び／又はセパレータは、外部からの力等によって変形して機能が損なわれることを防ぎ得る優れた耐久性を有する。ベリリウム合金を含む筐体及び／又はセパレータについても、同様の特性を期待できる。

　ベリリウムのビッカース硬度は、１６７０ＭＰａであり、銅（３６９ＭＰａ）のビッカース硬度より高い。したがって、ベリリウムは、銅より硬い。また、ベリリウムを含む筐体及び／又はセパレータは、銅の筐体及び／又はセパレータより傷つきにくい、優れた耐久性を有する。ベリリウム合金を含む筐体及び／又はセパレータについても、同様の特性を期待できる。

　ベリリウムの融点は、１５６０Ｋであり、銅（１３５７．７７Ｋ）の融点より高い。したがって、ベリリウムを含む筐体及び／又はセパレータは、銅の筐体及び／又はセパレータより高温に強い、優れた耐久性を有する。ベリリウム合金を含む筐体及び／又はセパレータについても、同様の特性を期待できる。

　ベリリウムの熱膨張率は、２５℃で１１．３×１０^－６［１／Ｋ］であり、銅（１６．５×１０^－６［１／Ｋ］）の熱膨張率より低い。したがって、ベリリウムを含む筐体及び／又はセパレータは、銅の筐体及び／又はセパレータより温度変化による変形が生じにくい、優れた耐久性を有する。ベリリウム合金についても、同様の特性を期待できる。

　第１の特徴に係る発明によれば、軽量かつ耐久性に優れたロケットエンジン用部品を構成し得る。

　したがって、第１の特徴に係る発明によれば、軽量であることと耐久性に優れることとを両立したロケットエンジン用部品を提供できる。

　また、金属３Ｄプリンタを用いることにより、溶接を行わずに積層造型体を形成し、溶接した箇所の強度が他の箇所より低くなることを避け得る。したがって、金属３Ｄプリンタにより形成された積層造型体は、溶接して形成した造型体より、大型でありながらも精密さがあり、しかも優れた耐久性を実現し得る。

　第２の特徴に係る発明は、第１の特徴に係る発明であって、ハイエントロピー化した合金は、５種類以上の元素を有するハイエントロピー合金であるロケットエンジン用部品を提供する。

　第２の特徴に係る発明によれば、５種類以上の元素を有し、５種類以上の元素それぞれの原子比が５０％以下の合金であるハイエントロピー合金が知られている。ハイエントロピー合金は、耐熱性、高温強度、耐腐食性等に優れた合金であることが知られている。すなわち、ハイエントロピー合金は、耐久性に優れる合金である。したがって、軽量であることと耐久性に優れることとを両立したロケットエンジン用部品を提供できる。

　第３の特徴に係る発明は、第１又は第２の特徴に係る発明であって、前記ベリリウム合金は、ベリリウムを原子比で９０％以上含む、ロケットエンジン用部品を提供する。

　第３の特徴に係る発明によれば、ベリリウム合金がベリリウムを原子比で９０％以上含むため、ベリリウム合金をベリリウムと同様のよりいっそう軽い合金とし得る。したがって、ベリリウム合金を含む筐体及び／又はセパレータをよりいっそう軽量にし得る。

　また、第３の特徴に係る発明によれば、ベリリウム合金がベリリウムを原子比で９０％以上含むため、ベリリウム合金をベリリウムと同様のよりいっそう耐久性に優れた合金とし得る。

　したがって、第３の特徴に係る発明によれば、軽量であることと耐久性に優れることとを両立したロケットエンジン用部品を提供できる。

　第４の特徴に係る発明は、第１又は第２の特徴に係る発明であって、前記ベリリウム合金は、単体としての温度２５℃、圧力１０１３ｈＰａでの比重がチタンの比重と略同じかチタンの比重以下である元素を含む、ロケットエンジン用部品を提供する。

　第４の特徴に係る発明によれば、ベリリウム合金が単体としての温度２５℃、圧力１０１３ｈＰａでの比重がチタンの比重と略同じかチタンの比重以下である元素を含むため、ベリリウム合金をよりいっそう軽い合金とし得る。

　したがって、第４の特徴に係る発明によれば、軽量であることと耐久性に優れることとを両立したロケットエンジン用部品を提供できる。

　第５の特徴に係る発明は、第１の特徴から第４の特徴のいずれかに係る発明であって、前記セパレータ及び／又は前記筐体が金属３Ｄプリンタによる積層造形体である、ロケットエンジン用部品を提供する。

　大型部品を形成する場合、比較的単純な形状を有する複数の部品を溶接して複雑な形状の造型体を形成する技術が知られている。溶接して形成する技術により、張り出しがある形状、内部に凹部及び／又は孔がある形状等の複雑な形状の造型体を形成し得る。しかし、溶接して形成する技術では、溶接した箇所の強度が他の箇所より低くなり得る。したがって、溶接して形成する技術は、耐久性においてさらなる改良の余地がある。

　金属粉末をレーザ及び／又は電子ビームで焼結して積層する技術、シート状の金属を切断して積層する技術、金属ワイヤをレーザ及び／又は電子ビームで焼結して積層する技術等の技術を用いて金属の積層造型体を形成する金属３Ｄプリンタが知られている。金属３Ｄプリンタを用いることにより、溶接を行わずに金属の積層造型体を形成し、溶接した箇所の強度が他の箇所より低くなることを避け得る。したがって、金属３Ｄプリンタにより形成された金属の積層造型体は、溶接して形成した造型体より、優れた耐久性を実現し得る。

　したがって、第５の特徴に係る発明によれば、軽量であることと耐久性に優れることとを両立したロケットエンジン用部品を提供できる。

　第６の特徴に係る発明は、第１の特徴から第５の特徴のいずれかに係る発明であって、前記ロケットエンジン用部品として、内部に液体水素を収容するタンクを含み、
　当該タンクは、筒状のシリンダ部と、当該シリンダ部の両端部を塞ぐドーム部と、を有し、金属３Ｄプリンタを使用して前記シリンダ部と前記ドーム部とが一体的に積層造形されたロケットエンジン用部品を提供する。

　第６の特徴に係る発明によれば、金属３Ｄプリンタを使用してシリンダ部とドーム部とが一体的に積層造形されたため、シリンダ部とドーム部との間に繋ぎ目がない。したがって、金属３Ｄプリンタにより形成された液体水素を収容するタンクは、溶接して形成したタンクより、優れた耐久性を実現し得る。

　第７の特徴に係る発明は、ロケットに搭載され宇宙空間に置かれる人工天体の少なくとも一部を構成する、金属３Ｄプリンタを使用して積層造形した人工天体用部品であって、
　ベリリウム及び／又はベリリウム合金と、
　３種類以上の元素を有するハイエントロピー化した合金、並びにセラミック及びアルミニウムを有する複合材料から選択される１以上とを含み、
　前記ハイエントロピー化した合金は、前記３種類以上の元素それぞれの原子比が５０％以下の合金である人工天体用部品を提供する。

　第７の特徴に係る発明によれば、第１の特徴に係る発明と同様に、軽量であることと耐久性に優れることとを両立した人工天体用部品を提供できる。これにより、人工天体を搭載したロケットの軽量化を図ることができる。

　第８の特徴に係る発明は、第７の特徴に係る発明であって、前記ハイエントロピー化した合金は、５種類以上の元素を有するハイエントロピー合金である人工天体用部品を提供する。

　第８の特徴に係る発明によれば、第２の特徴に係る発明と同様のハイエントロピー合金を用いている。これにより、軽量であることと耐久性に優れることとを両立した人工天体用部品を提供できる。

　第９の特徴に係る発明は、第７又は第８の特徴に係る発明であって、前記ベリリウム合金は、ベリリウムを原子比で９０％以上含む人工天体用部品を提供する。

　第９の特徴に係る発明によれば、第３の特徴に係る発明と同様のベリリウム合金を用いている。これにより、軽量であることと耐久性に優れることとを両立した人工天体用部品を提供できる。

　第１０の特徴に係る発明は、第７の特徴から第９の特徴のいずれかに係る発明であって、前記ベリリウム合金は、単体としての温度２５℃、圧力１０１３ｈＰａでの比重がチタンの比重と略同じかチタンの比重以下である元素を含む人工天体用部品を提供する。

　第１０の特徴に係る発明によれば、第４の特徴に係る発明と同様のベリリウム合金を用いている。これにより、軽量であることと耐久性に優れることとを両立した人工天体用部品を提供できる。

　第１１の特徴に係る発明は、第７の特徴から第１０の特徴のいずれかに係る発明であって、前記人工天体の軌道や姿勢を制御するための推力を生成するエンジンを構成する人工天体用部品を提供する。

　第１１の特徴に係る発明によれば、軽量であることと耐久性に優れることとを両立した人工天体用のエンジンを提供できる。これにより、人工天体を搭載したロケットの軽量化を図ることができる。

　第１２の特徴に係る発明は、第７の特徴から第１１の特徴のいずれかに係る発明であって、前記人工天体は、地球を周回する人工衛星である。

　第１２の特徴に係る発明によれば、軽量であることと耐久性に優れることとを両立した人工衛星を提供できる。これにより、人工衛星を搭載したロケットの軽量化を図ることができる。

　第１３の特徴に係る発明は、第７の特徴から第１１の特徴のいずれかに係る発明であって、前記人工天体は、地球以外の所定の天体に向かって移動する探査機である。

　第１３の特徴に係る発明によれば、軽量であることと耐久性に優れることとを両立した探査機を提供できる。これにより、探査機を搭載したロケットの軽量化を図ることができる。

　第１４の特徴に係る発明は、地球以外の所定の天体に向かって宇宙空間を移動する探査機に搭載され、当該所定の天体の地上を走行する探査車両の少なくとも一部を構成する、金属３Ｄプリンタを使用して積層造形した探査車両用部品であって、
　ベリリウム及び／又はベリリウム合金と、
　３種類以上の元素を有するハイエントロピー化した合金、並びにセラミック及びアルミニウムを有する複合材料から選択される１以上とを含み、
　前記ハイエントロピー化した合金は、前記３種類以上の元素それぞれの原子比が５０％以下の合金である、探査車両用部品を提供する。

　第１４の特徴に係る発明によれば、第１の特徴に係る発明と同様に、軽量であることと耐久性に優れることとを両立した探査車両用部品を提供できる。これにより、探査車を搭載したロケットの軽量化を図ることができる。

　本発明によれば、軽量であることと耐久性に優れることとを両立したロケットエンジン用部品、人工天体用部品及び探査車両用部品を提供できる。

図１は、本実施形態のロケットエンジン用部品を搭載したロケット１００の概略構造を示す側面図である。図２は、本実施形態の燃料電池１を正面からみたときの概略を模式的に示す概略模式図である。図３は、図２に示す燃料電池１のセル４周辺を拡大して示す拡大模式図である。図４は、平板型に構成された固体酸化物形燃料電池のセル４周辺を拡大して示す拡大模式図である。図５は、円筒型に構成された固体酸化物形燃料電池のセル４周辺を拡大して示す拡大模式図である。図６は、アルカリ電解質形燃料電池のセル４周辺を拡大して示す拡大模式図である。図７は、溶融炭酸塩形燃料電池のセル４周辺を拡大して示す拡大模式図である。図８は、りん酸形燃料電池のセル４周辺を拡大して示す拡大模式図である。図９は、本実施形態の燃料電池１を斜め上方向からみたときの概略を模式的に示す概略模式図である。図１０は、第１ロケットエンジン１１１の概略配管系統図である。図１１は、第１ロケットエンジン１１１を構成する一部の部品を示す図である。図１２は、第１ロケットエンジン１１１を構成する一部の部品を示す図である。図１３は、第１ロケットエンジン１１１を構成する一部の部品を示す図である。図１４は、第１ロケットエンジン１１１を構成する一部の部品を示す図である。図１５は、第１ロケットエンジン１１１を構成する一部の部品を示す図である。図１６は、第１ロケットエンジン１１１を構成する一部の部品を示す図である。図１７は、第１ロケットエンジン１１１を構成する一部の部品を示す図である。図１８は、第１ロケットエンジン１１１を構成する一部の部品を示す図である。図１９は、第１ロケットエンジン１１１を構成する一部の部品を示す図である。図２０は、第１ロケットエンジン１１１を構成する一部の部品を示す図である。図２１は、第１ロケットエンジン１１１を構成する一部の部品を示す図である。図２２は、第１ロケットエンジン１１１を構成する一部の部品を示す図である。図２３は、第１液体水素タンク１１２の概略構成を模式的示す斜視図である。図２４Ａは、宇宙ステーションに補給する物資を格納する補給機を示す図である。図２４Ｂは、図２４Ａに示す補給機に搭載され、宇宙ステーションからの物資を格納するカプセルにおける姿勢制御スラスタの配置を示す図である。図２５は、第２段液体燃料ロケット１２０の構成を模式的に示す図である。図２６は、実施例１の材料系と比較材との密度と引っ張り強さの実験結果を示す図である。図２７は、実施例１の材料系と比較材との密度と引っ張り強さの実験結果を示す図である。図２８は、実施例１の材料系と比較材との密度と引っ張り強さの実験結果を示す図である。図２９は、実施例２の材料系と比較材との密度と引っ張り強さの実験結果を示す図である。図３０は、実施例３の材料系と比較材との密度と引っ張り強さの実験結果を示す図である。図３１は、実施例４の材料系と比較材との密度と引っ張り強さの実験結果を示す図である。図３２は、実施例４の材料系と比較材との密度と引っ張り強さの実験結果を示す図である。図３３は、実施例４の材料系と比較材との密度と引っ張り強さの実験結果を示す図である。図３４は、実施例４の材料系と比較材との密度と引っ張り強さの実験結果を示す図である。図３５は、実施例５の材料系と比較材との密度と引っ張り強さの実験結果を示す図である。図３６は、合金構造体で構成されるロケット部品の製造工程の一例を示す概念図である。

　以下、本発明を実施するための好適な形態の一例について図を参照しながら説明する。なお、これはあくまでも一例であって、本発明の技術的範囲はこれに限られるものではない。

＜ロケット１００＞
　図１は、本実施形態のロケットエンジン用部品を搭載したロケット１００の概略構造を示す側面図である。

　ロケット１００は、第１段液体燃料ロケット１１０と、第２段液体燃料ロケット１２０と、衛星フェアリング１３０と、固体燃料ロケット１４０と、の大きく分けて４つの部分から構成されている。

　第１段液体燃料ロケット１１０は、第１ロケットエンジン１１１と、液体水素を貯える第１液体水素タンク１１２と、液体酸素を貯える第１液体酸素タンク１１３と、を有する。第１段液体燃料ロケット１１０は、ロケット１００において一番大きな部分であり、打ち上げ初期からロケット１００全体の上昇・加速を行なうためのものである。

　第２段液体燃料ロケット１２０は、第２ロケットエンジン１２１と、液体酸素を貯える第２液体酸素タンク１２２と、液体水素を貯える第２液体水素タンク１２３と、を有する。第２段液体燃料ロケット１２０は、第１ロケットエンジン１１１による第1段階の燃焼終了が終了して、第１ロケットエンジン１１１、第１液体水素タンク１１２及び第１液体酸素タンク１１３を切り離した後に燃焼させて、人工衛星などを最終加速し、正確な軌道に乗せるためのものである。

　衛星フェアリング１３０は、打ち上げ時の空気抵抗、空力加熱、外部音響などから衛星を守るためのカバーである。

　第１液体水素タンク１１２、第１液体酸素タンク１１３、第２液体酸素タンク１２２及び第２液体水素タンク１２３は、質量を極力軽くし、かつ強度を保つため、内面が格子状（アイソグリッド構造）に機械加工されている。

　第１段液体燃料ロケット１１０は、エンジン、タンクのほか、各種搭載電子機器、ヘリウム加圧タンクなどを備える。

　第２段液体燃料ロケット１２０は、エンジン、タンクのほか慣性誘導装置、電子機器などがある。

　ロケット１００は、他にもロケット１００に搭載されている各種の電子機器や、衛星フェアリング１３０内に収納されている各種の装置の電源となる燃料電池１が複数搭載されている。

＜燃料電池１＞
　図２は、本実施形態の燃料電池１を正面からみたときの概略を模式的に示す概略模式図である。燃料電池１は、少なくとも、筐体２と、１以上のセパレータ３（例えば、図２の第１セパレータ３ａ～第７セパレータ３ｇ）と、２以上のセル４（例えば、図２の第１セル４ａ～第６セル４ｆ）と、を備える。

〔筐体２〕
　筐体２は、セパレータ３とセル４とを所定の位置関係において収容する。筐体２は、特に限定されず、従来技術の燃料電池の筐体でよい。筐体２を備えることにより、セパレータ３とセル４とを燃料電池が好適に動作する所定の位置関係において収容できる。

　筐体２は、ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含むことが好ましい。宇宙空間で利用される燃料電池では、燃料電池を地上から打上げるロケット等における積載量の制限から、軽量であることが求められる。宇宙空間は、高温又は低温の極端な温度条件となり得る。また、宇宙空間で利用される燃料電池は、地上で利用される装置より修理等が難しい。これらの事由により、宇宙空間で利用される燃料電池では、耐久性に優れていることが求められる。

　ベリリウムは、温度２５℃、圧力１０１３ｈＰａでの比重が１．８５ｇ／ｃｍ^３であり、銅（同じ条件での比重８．９６ｇ／ｃｍ^３）との比較において非常に軽量な元素である。すなわち、ベリリウムを含む筐体２は、軽量に構成し得る。ベリリウム合金を含む筐体２についても、同様の特性を期待できる。

　ベリリウムのヤング率は、２８７ＧＰａであり、銅のヤング率（１００～１２８ＧＰａ）より高い。したがって、ベリリウムは、高い曲げ強さを有する。すなわち、ベリリウムを含む筐体２は、曲げによって破壊されることを防ぎ得る優れた耐久性を有する。ベリリウム合金を含む筐体２についても、同様の特性を期待できる。

　ベリリウムの剛性率は、１３２ＧＰａであり、銅の剛性率（４８ＧＰａ）より高い。したがって、ベリリウムは、外部からの力等による変形が生じにくい。すなわち、ベリリウムを含む筐体２は、外部からの力等によって変形して機能が損なわれることを防ぎ得る優れた耐久性を有する。ベリリウム合金を含む筐体２についても、同様の特性を期待できる。

　宇宙空間で利用される燃料電池では、燃料電池をロケット等で打ち上げるため、例えば、縦方向に４Ｇ、横方向に２Ｇ等の大きな加速度が加わり得る。この打ち上げにおける加速度により、筐体が変形して機能が損なわれ得る。ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含む筐体２は、剛性率が高いため、この加速度によって変形して機能が損なわれることを防ぎ得る。したがって、筐体２がベリリウム及び／又はベリリウム合金を含むことにより、宇宙空間で利用可能な燃料電池１を提供し得る。

　宇宙空間は、実質的に真空であるため、宇宙空間で利用される燃料電池では、筐体内部と筐体外部との間に筐体内部の燃料及び／又は酸素を含む気体と筐体外部の真空との間の圧力差に起因する力が加えられ得る。ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含む筐体２は、剛性率が高いため、この圧力差によって変形して機能が損なわれることを防ぎ得る。したがって、筐体２がベリリウム及び／又はベリリウム合金を含むことにより、宇宙空間で利用可能な燃料電池１を提供し得る。

　ベリリウムのビッカース硬度は、１６７０ＭＰａであり、銅のビッカース硬度（３６９ＭＰａ）より高い。したがって、ベリリウムは、銅より硬い。また、ベリリウムを含む筐体２は、銅の筐体より傷つきにくい、優れた耐久性を有する。ベリリウム合金を含む筐体２についても、同様の特性を期待できる。

　宇宙空間で利用される燃料電池は、高速で飛来するデブリと衝突するリスクがあり得る。ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含む筐体２は、ビッカース硬度が高いため、デブリによって傷ついて機能が損なわれることを防ぎ得る。したがって、筐体２がベリリウム及び／又はベリリウム合金を含むことにより、宇宙空間で利用可能な燃料電池１を提供し得る。

　ベリリウムの融点は、１５６０Ｋであり、銅の融点（１３５７．７７Ｋ）より高い。これにより、燃料電池１における電気化学反応が高温で行われる反応であっても、筐体２が融解することを防ぎ得る。したがって、ベリリウムを含む筐体２は、銅の筐体より高温に強い、優れた耐久性を有する。ベリリウム合金を含む筐体２についても、同様の特性を期待できる。

　ベリリウムの熱膨張率は、２５℃で１１．３×１０^－６［１／Ｋ］であり、銅の熱膨張率（１６．５×１０^－６［１／Ｋ］）より低い。したがって、ベリリウムを含む筐体２は、銅の筐体より温度変化による変形が生じにくい、優れた耐久性を有する。ベリリウム合金についても、同様の特性を期待できる。

　宇宙空間で利用される燃料電池は、太陽光を浴びる場合に１２０℃の高温となり得る。また、宇宙空間で利用される燃料電池は、太陽光を浴びない場合に－１７０℃の低温となり得る。したがって、宇宙空間で利用される燃料電池は、低温と高温との両方を含む広い温度範囲で利用され得る。広い温度範囲で利用される燃料電池は、温度変化によって変形して機能が損なわれるリスクがあり得る。

　ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含む筐体２は、熱膨張率が低いため、温度変化によって変形して機能が損なわれることを防ぎ得る。したがって、筐体２がベリリウム及び／又はベリリウム合金を含むことにより、宇宙空間で利用可能な燃料電池１を提供し得る。

　鉄、ニッケル、クロム、及び銅等は、ヤング率及び剛性率等に優れるものの、温度２５℃、圧力１０１３ｈＰａでの比重が大きく（鉄７．８７ｇ／ｃｍ^３、ニッケル８．９０ｇ／ｃｍ^３、クロム７．２０ｇ／ｃｍ^３、銅８．９６ｇ／ｃｍ^３）、ベリリウム（比重１．８５ｇ／ｃｍ^３）との比較において軽量でない。

　リチウム及びナトリウム等によって例示されるアルカリ金属並びにマグネシウム及びカルシウム等によって例示されるアルカリ土類金属は、酸素及び／又は水に対する反応性が高く、燃料電池が利用する酸素を含む気体及び／又は燃料電池における電気化学反応の生成物である水と反応するリスクが生じ得る。また、アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、ヤング率、剛性率等がベリリウムより低く、靭性も低い。

　ベリリウムは、比重が小さく、軽量である。ベリリウムは、酸素雰囲気において表面が不働態化するため、酸素と反応するリスクを軽減し得る。ベリリウムは、水と接触した場合において表面が水酸化ベリリウムで覆われる。水酸化ベリリウムは、水に対する溶解度が低いため、水と反応するリスクを軽減し得る。また、ベリリウムは、上述のとおり、耐久性に関する各種の指標が優れている。

　したがって、筐体２がベリリウム及び／又はベリリウム合金を含むため、銅を用いて筐体を構成した燃料電池より、軽量かつ耐久性に優れた燃料電池１を構成し得る。

　必須の態様ではないが、筐体２が含むベリリウム合金は、ベリリウムを原子比で９０％以上含むことが好ましい。筐体２が含むベリリウム合金がベリリウムを原子比で９０％以上含むため、ベリリウム合金をベリリウムと同様のよりいっそう軽い合金とし得る。したがって、ベリリウム合金を含む筐体２をよりいっそう軽量にし得る。

　また、筐体２が含むベリリウム合金がベリリウムを原子比で９０％以上含むため、ベリリウム合金をベリリウムと同様のよりいっそう耐久性に優れた合金とし得る。したがって、ベリリウム合金を含む筐体２の耐久性をよりいっそう高め得る。

　必須の態様ではないが、筐体２が含むベリリウム合金は、単体としての温度２５℃、圧力１０１３ｈＰａでの比重がチタンの比重と略同じかチタンの比重以下である元素を含むことが好ましい。

　筐体２が含むベリリウム合金が単体としての温度２５℃、圧力１０１３ｈＰａでの比重がチタンの比重と略同じかチタンの比重以下である元素を含むため、ベリリウム合金をよりいっそう軽い合金とし得る。したがって、ベリリウム合金を含む筐体２をよりいっそう軽量にし得る。

　必須の態様ではないが、筐体２は、５種類以上の元素を有し、５種類以上の元素それぞれの原子比が５０％以下であるハイエントロピー合金を含むことが好ましい。

　ハイエントロピー合金は、耐熱性、高温強度、耐腐食性等に優れた合金であることが知られている。すなわち、ハイエントロピー合金は、耐久性に優れる合金である。したがって、筐体２がハイエントロピー合金を含むことにより、筐体２の耐久性をよりいっそう高め得る。

　筐体２が含む合金に関し、軽量な実用合金として、例えば、Ｍｇ系の合金がある。しかし、Ｍｇ系の合金は、通常、強度においてさらなる改善の余地がある。

　Ｍｇ系の合金の高強度化に関し、河村能人は、「ＬＰＳＯ型マグネシウム合金の特徴と今後の展望」（まてりあ、第５４巻、第２号（２０１５）ｐｐ．４４－４９．）において、ＬＰＳＯ構造（Ｌｏｎｇ　Ｐｏｒｉｏｄ　ＳｔａＣｋｉｎｇ　Ｏｒｄｅｒｅｄ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｃｅ：長周期積層型規則構造）と命名された結晶構造を有する、比較的高強度のＭｇ合金を開示している。上述の文献は、高圧ガスアトマイズ法で作製した急冷凝固粉末を押出し固化成形して得られるＭｇ_９７Ｚｎ_１Ｙ_２（ａｔ％）合金が降伏強度６１０ＭＰａを示すと記載している。

　上述の文献は、同様のＬＰＳＯ型Ｍｇ合金として、同程度の高強度特性を示すＭｇ－Ｍ－ＲＥ系の合金を開示している。ここで、Ｍは金属元素（Ｃｏ、Ｎｌ、Ｃｕ、Ｚｎ）を示し、ＲＥはレアアース元素（Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ）を示す。

　また、主にダイカスト材として規格化されているＭｇ－Ａｌ－Ｃａ合金のＡｌ及びＣａの添加量を低く抑えることで、高難燃性・高強度・高延性を兼ね添えたＭｇ合金を実現する試みもある。しかし、該合金は、社会実装するための大型化技術の開発が研究途上にあり、実用化においてさらなる改良の余地がある。

　Ｍｉｃｈａｅｌ　Ｃ．Ｃａｏ、Ｊｉｅｎ　Ｗｅｉ　Ｙｅｈ、Ｐｅｌｅｒ　Ｋ．Ｌｉａｗ、及びＹｏｎｇ　Ｚｈａｎｇｉは、「Ｈｉｇｈ－Ｅｎｔｒｏｐｙ　Ａｌｌｏｙｓ：　Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」（ＩＳＢＮ　９７８－３－３１９－２７０１１－１、ＤＯＩ　１０．１００７／９７８－３－３１９－２７０１３－５、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｓ、Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ、（２０１６））において、５種類以上の主元素から構成されるハイエントロピー合金（Ｈｉｇｈ―Ｅｎｔｒｏｐｙ　Ａ１ｌｏｙ）等の金属系材料を開示している。

　実用耐熱合金（Ｎｉ基超合金）の一例であるインコネル７１８合金は、６００℃以上の高温で強度が減少し、１０００℃を超えると降伏強度は２００ＭＰａを下回ることが知られている。上述の文献は、ハイエントロピー合金Ｖ_２０Ｎｂ_２０Ｍｏ_２０Ｔａ_２０Ｗ_２０に関し、高温における強度減少がわずかであり、インコネル７１８合金に比較して、８００℃では約１．５倍、１０００℃では約５．５倍の降伏強度を有すると記載している。したがって、５種類以上の主元素から構成されるハイエントロピー合金を用いることにより、よりいっそう高い強度を実現し得る。

　しかしながら、ハイエントロピー合金Ｖ_２０Ｎｂ_２０Ｍｏ_２０Ｔａ_２０Ｗ_２０は、常温付近での密度が１０ｇ／ｃｍ^３以上の元素を複数含む比較的重い合金であり、密度を下げる点でさらなる改良の余地がある。

　必須の態様ではないが、筐体２は、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、及びＧｄのうち５種類以上の元素を有し、５種類以上の元素それぞれの原子比が略同じであるか、５種類以上の元素のうちいずれか１元素以上の原子比が５～３５％の範囲であり、密度が２．５ｇ／ｃｍ^３以下であるハイエントロピー合金を含むことが好ましい。

　Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、及びＧｄは、比較的軽量な元素である。ハイエントロピー合金が上述の軽量な元素のうち５種類以上の元素を有することにより、２．５ｇ／ｃｍ^３以下の低い密度を達成できる。

　ハイエントロピー合金が５種類以上の元素を有し、５種類以上の元素それぞれの原子比が略同じであるか、５種類以上の元素のうちいずれか１元素以上の原子比が５～３５％の範囲であることにより、合金中の原子の混合状態が安定化し、異種原子の相互の影響により高い格子歪みが得られる。そして、高い格子歪みにより、高温領域までにおける熱拡散率（温度拡散係数）が低くなる。また、高い格子歪みは、原子拡散を遅延し、硬度（強度）を高め、その温度依存性を下げる。したがって、筐体２が上述のハイエントロピー合金を含むことにより、筐体２の耐久性及び／又は軽量性をよりいっそう高め得る。

　必須の態様ではないが、筐体２は、Ａｌ、Ｃａ、Ｚｎ、及びＳｎのうち３種類以上の元素を有し、密度が２．５ｇ／ｃｍ^３以下のＭｇ－Ｌｉ合金であって、ＬｉをＭｇとの比率で８～１１質量％有し、稠密六方格子結晶構造を有する組織と体心立方格子結晶構造を含む組織の混合組織又は体心立方格子結晶構造からなる組織を有するＭｇ－Ｌｉ合金を含むことが好ましい。

　Ｍｇ－Ｌｉ合金が上述の特徴を有することにより、希少なＬｉの使用量を抑えつつ、２．５ｇ／ｃｍ^３以下の低い密度を達成できる。また、耐久性をも高め得る。したがって、筐体２が上述のＭｇ－Ｌｉ合金を含むことにより、筐体２の耐久性及び／又は軽量性をよりいっそう高め得る。

　上述のハイエントロピー合金及び／又はＭｇ－Ｌｉ合金は、鋳造材、鍛造材、圧延材、加工熱処理材及び粉末材であり、密度２．５ｇ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。

　ハイエントロピー合金及び／又はＭｇ－Ｌｉ合金が軽量かつ上述した各種の態様であることにより、筐体２を容易に構成し得る。

　必須の態様ではないが、筐体２は、セラミックとアルミニウムとを有する複合材料を含むことが好ましい。

　セラミックとアルミニウムとを有する複合材料は、軽量、高いヤング率、低い熱膨張率、高い熱伝導率、及び高い破壊靭性を両立可能であることが知られている。すなわち、セラミックとアルミニウムとを有する複合材料は、軽量かつ耐久性に優れる複合材料である。筐体２がセラミックとアルミニウムとを有する複合材料を含むことにより、筐体２をよりいっそう軽量にし、また、耐久性をよりいっそう高め得る。

　筐体内部にセパレータで隔てられた複数のセルを有する燃料電池は、筐体、セパレータ及び／又はセルが複雑な形状を有し得る。複雑な形状の造型体を形成することに関し、比較的単純な形状を有する複数の部品を溶接して造型体を形成する技術が利用されている。溶接して造型体を形成する技術により、張り出しがある形状、内部に凹部及び／又は孔がある形状等の複雑な形状の造型体を形成し得る。しかし、溶接して造型体を形成する技術では、溶接した箇所の強度が他の箇所より低くなり得る。したがって、溶接して造型体を形成する技術は、耐久性においてさらなる改良の余地がある。

　必須の態様ではないが、筐体２は、金属３Ｄプリンタによる積層造形体であることが好ましい。これにより、筐体２は、溶接して形成した筐体より、優れた耐久性を実現し得る。金属３Ｄプリンタは、特に限定されず、例えば、球状粉末又は棒状のワイヤを用いて３Ｄ積層造形する方式、粉末焼結方式、粉末溶融方式、粉末接着方式、シートラミネーション方式、ＤＭＤ（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ　Ｍｅｔａｌ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方式、ＤＥＤ（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｅｐｏｓｉｓｉｏｎ）方式、及びワイヤ繰り出し方式のいずれか１以上を含む方式でよい。

　該球状粉末を作る方法は、特に限定されず、例えば、３Ｄ積層造形用の粉末を作製するガス及び水アトマイザー、プラズマ回転電極式粉末製造機、回転ディスク方式アトマイザー、並びにその他の球状粉末を作製する粉末製造機の１以上を用いる方法でよい。

〔セパレータ３〕
　セパレータ３は、筐体２に収容され、２以上のセル４を隔てるセパレータである。セパレータ３は、特に限定されず、従来技術の燃料電池のセパレータでよい。セパレータ３を備えることにより、２以上のセル４を隔てることができる。これにより、２以上のセル４それぞれは、互いの動作を阻害することなく、燃料を用いて発電し得る。

　セパレータ３は、１のセパレータによって２以上のセル４を隔てるセパレータでもよく、複数のセパレータによって２以上のセル４を隔てるセパレータでもよい。セパレータ３が１のセパレータによって２以上のセル４を隔てるセパレータであることにより、セパレータ３の構造を簡易にし得る。セパレータ３が複数のセパレータによって２以上のセル４を隔てるセパレータであることにより、セパレータの一部を交換すること等を容易にし得る。

　必須の態様ではないが、セパレータ３は、１以上のセル４と筐体２等によって例示される燃料電池１の構成要素の１以上とを隔てるセパレータでもよい（例えば、図２の第１セパレータ３ａ等）。これにより、燃料電池１の構成要素とセル４とを隔て、これらが互いの動作を阻害することなく、燃料を用いて発電し得る。

　セパレータ３は、ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含むことが好ましい。宇宙空間で利用される燃料電池では、燃料電池を地上から打上げるロケット等における積載量の制限から、軽量であることが求められる。宇宙空間は、高温又は低温の極端な温度条件となり得る。また、宇宙空間で利用される燃料電池は、地上で利用される装置より修理等が難しい。これらの事由により、宇宙空間で利用される燃料電池では、耐久性に優れていることが求められる。

　ベリリウムを含む筐体２と同様に、ベリリウムを含むセパレータ３は、軽量に構成し得る。ベリリウム合金を含むセパレータ３についても、同様の特性を期待できる。

　ベリリウムを含む筐体２と同様に、ベリリウムを含むセパレータ３は、曲げによって破壊されることを防ぎ得る優れた耐久性を有する。ベリリウム合金を含むセパレータ３についても、同様の特性を期待できる。

　ベリリウムを含む筐体２と同様に、ベリリウムを含むセパレータ３は、外部からの力等によって変形して機能が損なわれることを防ぎ得る優れた耐久性を有する。ベリリウム合金を含むセパレータ３についても、同様の特性を期待できる。

　ベリリウムを含む筐体２と同様に、ベリリウムを含むセパレータ３は、銅のセパレータより傷つきにくい、優れた耐久性を有する。ベリリウム合金を含むセパレータ３についても、同様の特性を期待できる。

　ベリリウムを含む筐体２と同様に、ベリリウムを含むセパレータ３は、銅のセパレータより高温に強い、優れた耐久性を有する。ベリリウム合金を含むセパレータ３についても、同様の特性を期待できる。

　ベリリウムを含む筐体２と同様に、ベリリウムを含むセパレータ３は、銅のセパレータより温度変化による変形が生じにくい、優れた耐久性を有する。ベリリウム合金についても、同様の特性を期待できる。

　したがって、セパレータ３がベリリウム及び／又はベリリウム合金を含むため、銅を用いてセパレータを構成した燃料電池より、軽量かつ耐久性に優れた燃料電池１を構成し得る。

　必須の態様ではないが、セパレータ３が含むベリリウム合金は、ベリリウムを原子比で９０％以上含むことが好ましい。セパレータ３が含むベリリウム合金がベリリウムを原子比で９０％以上含むため、ベリリウム合金をベリリウムと同様のよりいっそう軽い合金とし得る。したがって、ベリリウム合金を含むセパレータ３をよりいっそう軽量にし得る。

　また、セパレータ３が含むベリリウム合金がベリリウムを原子比で９０％以上含むため、ベリリウム合金をベリリウムと同様のよりいっそう耐久性に優れた合金とし得る。したがって、ベリリウム合金を含むセパレータ３の耐久性をよりいっそう高め得る。

　必須の態様ではないが、セパレータ３が含むベリリウム合金は、単体としての温度２５℃、圧力１０１３ｈＰａでの比重がチタンの比重と略同じかチタンの比重以下である元素を含むことが好ましい。

　セパレータ３が含むベリリウム合金が単体としての温度２５℃、圧力１０１３ｈＰａでの比重がチタンの比重と略同じかチタンの比重以下である元素を含むため、ベリリウム合金をよりいっそう軽い合金とし得る。したがって、ベリリウム合金を含むセパレータ３をよりいっそう軽量にし得る。

　必須の態様ではないが、セパレータ３は、ハイエントロピー合金を含むことが好ましい。セパレータ３がハイエントロピー合金を含むことにより、セパレータ３の耐久性をよりいっそう高め得る。ハイエントロピー合金は、特に限定されず、筐体２と同じでよい。

　必須の態様ではないが、セパレータ３は、Ａｌ、Ｃａ、Ｚｎ、及びＳｎのうち３種類以上の元素を有し、密度が２．５ｇ／ｃｍ^３以下のＭｇ－Ｌｉ合金であって、ＬｉをＭｇとの比率で８～１１質量％有し、稠密六方格子結晶構造を有する組織と体心立方格子結晶構造を含む組織の混合組織又は体心立方格子結晶構造からなる組織を有するＭｇ－Ｌｉ合金を含むことが好ましい。セパレータ３がこのようなＭｇ－Ｌｉ合金を含むことにより、セパレータ３の耐久性をよりいっそう高め得る。

　必須の態様ではないが、セパレータ３は、セラミックとアルミニウムとを有する複合材料を含むことが好ましい。セパレータ３がセラミックとアルミニウムとを有する複合材料を含むことにより、セパレータ３をよりいっそう軽量にし、また、耐久性をよりいっそう高め得る。

　必須の態様ではないが、セパレータ３は、金属３Ｄプリンタによる積層造形体であることが好ましい。これにより、セパレータ３は、溶接して形成したセパレータより、優れた耐久性を実現し得る。金属３Ｄプリンタは、特に限定されず、例えば、球状粉末又は棒状のワイヤを用いて３Ｄ積層造形する方式、粉末焼結方式、粉末溶融方式、粉末接着方式、シートラミネーション方式、ＤＭＤ（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ　Ｍｅｔａｌ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方式、ＤＥＤ（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方式、及びワイヤ繰り出し方式のいずれか１以上を含む方式でよい。

〔セル４〕
　セル４は、燃料を用いて発電可能なセルである。セル４は、特に限定されず、従来技術における燃料電池のセルでよい。セル４の数は、２以上であれば、特に限定されない。２以上のセル４を含むことにより、１のセル４を用いて発電する場合より大きな電位差で発電し得る。

　セル４は、例えば、固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ　ｏｘｉｄｅ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌ、ＳＯＦＣ）のセル、アルカリ電解質形燃料電池（Ａｌｋａｌｉｎｅ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ、ＡＦＣ）のセル、溶融炭酸塩型燃料電池（Ｍｏｌｔｅｎ－ｃａｒｂｏｎａｔｅ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌｓ、ＭＣＦＣ）のセル、りん酸形燃料電池（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ　ａｃｉｄ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌ、ＰＡＦＣ）のセル、固体高分子形燃料電池（Ｐｒｏｔｏｎ－ｅｘｃｈａｎｇｅ　ｍｅｍｂｒａｎｅ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌｓ、ＰＥＭＦＣ、ｐｏｌｙｍｅｒ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ　ｍｅｍｂｒａｎｅ、ＰＥＭ）のセル、及びこれらのセルの１以上を含むセルでよい。

　図３は、図２に示す燃料電池１のセル４周辺を拡大して示す拡大模式図である。図４は、平板型に構成された固体酸化物形燃料電池のセル４周辺を拡大して示す拡大模式図である。図５は、円筒型に構成された固体酸化物形燃料電池のセル４周辺を拡大して示す拡大模式図である。図６は、アルカリ電解質形燃料電池のセル４周辺を拡大して示す拡大模式図である。図７は、溶融炭酸塩形燃料電池のセル４周辺を拡大して示す拡大模式図である。図８は、りん酸形燃料電池のセル４周辺を拡大して示す拡大模式図である。以下、必要に応じて図３－７を参照して、セル４の構成について説明する。

　セル４は、燃料流路４１、燃料極４２、電解質４３、酸素極４４、及び酸素流路４５を有する。

　セル４の形状は、特に限定されず、平板型（図３、図４、図７、図８）でもよく、円筒型（図５、図６）でもよい。

　セル４が固体酸化物形燃料電池のセルである場合、セル４は、平板型のセル４（図４）及び／又は円筒型のセル４（図５）を含むことが好ましい。セル４が図４に示す平板型のセル４を含むことにより、平板型のセル４を積層する手順で燃料電池１を構成できる。これにより、燃料電池１をよりいっそう容易に製造し得る。セル４が図５に示す円筒型のセル４を含むことにより、燃料極４２、電解質４３、酸素極４４、及び酸素流路４５の形状を耐圧性が高い形状である円筒型とし得る。これにより、燃料及び／又は酸素の圧力が高い場合における耐久性を高め得る。

　セル４がアルカリ電解質形燃料電池のセルである場合、セル４は、円筒型のセル４（図６）を含むことが好ましい。セル４が図６に示す円筒型のセル４を含むことにより、２以上のセパレータ３等によって画定される空間にアルカリ電解質を入れて電解質４３’を構成し、該空間に円筒型の燃料極４２及び酸素極４４を配置する手法でセル４を構成できる。これにより、電解質４３’が液体のアルカリ電解質であっても、燃料電池１をよりいっそう容易に製造し得る。

　セル４が溶融炭酸塩形燃料電池のセルである場合、セル４は、多孔質体を含む燃料極４２’、多孔質体を含む電解質４３”、及び多孔質体を含む酸素極４４’を有する平板型のセル４（図７）を含むことが好ましい。セル４を構成する各部材が多孔質体を含むことにより、液体の溶融炭酸塩である電解質４３”であっても、電解質４３”をより確実に保持できる。これにより、燃料電池１の性能を高め得る。

　セル４がりん酸形燃料電池のセルである場合、セル４は、リブ付きの燃料極４２及びリブ付きの酸素極４４を有する平板型のセル４（図８）を含むことが好ましい。燃料極４２及び酸素極４４がリブ付きであることにより、液体のりん酸溶液である電解質４３’と燃料及び／又は酸素との接触面積を大きくし得る。これにより、燃料電池１の性能を高め得る。

　セル４が固体高分子形燃料電池のセルである場合、セル４は、平板型のセル４（図３）を含むことが好ましい。セル４が図３に示す平板型のセル４を含むことにより、平板型のセル４を積層する手順で燃料電池１を構成できる。これにより、燃料電池１をよりいっそう容易に製造し得る。

［燃料流路４１］
　燃料流路４１は、セル４における電気化学反応を用いた発電において還元剤として機能する燃料の流路である。燃料流路４１は、燃料極４２と、筐体２、セパレータ３、及び電解質４３によって例示される燃料電池１の構成要素の１以上とによって画定される。セル４が燃料流路４１を有することにより、燃料極４２に燃料を供給できる。

　燃料流路４１は、外部から供給される燃料を燃料極４２に供給可能に構成される。これにより、セル４は、外部から供給される燃料を用いて、連続的に発電し得る。したがって、一次電池及び／又は二次電池より大きい電力量を連続的に取り出すことが可能な燃料電池１を提供できる。

　燃料流路４１は、発電後の燃料を燃料流路４１の外部に排出可能に構成されることが好ましい。これにより、発電後の燃料が燃料流路４１に残り、セル４の発電効率が低下することを防ぎ得る。

　セル４が固体酸化物形燃料電池、アルカリ電解質形燃料電池、及び／又は溶融炭酸塩型燃料電池のセルである場合、燃料流路４１は、燃料極４２で生じる水を排出可能な流路であることが好ましい。これにより、固体酸化物形燃料電池、アルカリ電解質形燃料電池、及び／又は溶融炭酸塩型燃料電池のセル４における燃料極４２で生じる水によって発電効率が低下することを防ぎ得る。

　セル４が固体酸化物形燃料電池のセルである場合、燃料流路４１は、燃料極４２に一酸化炭素を供給可能な流路であることが好ましい。これにより、固体酸化物形燃料電池の燃料極４２において一酸化炭素と酸素イオンとを反応させ得る。

　セル４が溶融炭酸塩型燃料電池のセルである場合、燃料流路４１は、燃料極４２で生じる二酸化炭素を排出可能な流路であることが好ましい。これにより、溶融炭酸塩型燃料電池のセル４における燃料極４２で生じる二酸化炭素によって発電効率が低下することを防ぎ得る。

　セル４が固体高分子形燃料電池のセルである場合、燃料流路４１は、燃料極４２に水を供給可能な流路であることが好ましい。これにより、固体高分子形燃料電池のセル４における燃料極４２が乾燥し、発電効率が低下することを防ぎ得る。

［燃料極４２］
　燃料極４２は、電解質４３及び酸素極４４と協働することで、燃料流路４１から供給された燃料を用いて電子を外部に供給する反応を実現可能なアノードである。燃料極４２は、特に限定されず、従来技術の燃料電池の燃料極でよい。セル４が燃料極４２を有することにより、燃料流路４１から供給された燃料を用いて電子を外部に供給することができる。これにより、セル４は、燃料を用いて発電できる。

　燃料極４２は、燃料を用いて電子を外部に供給する反応を促す触媒を含むことが好ましい。これにより、セル４における発電効率をよりいっそう高めることができる。触媒は、特に限定されず、従来技術の燃料電池の燃料極で用いる触媒でよい。

　燃料極４２は、燃料を拡散可能な拡散構造を含むことが好ましい。これにより、燃料を拡散し、燃料を用いて電子を外部に供給する反応をよりいっそう効率的に行い得る。そして、セル４における発電効率をよりいっそう高めることができる。

　セル４が固体酸化物型燃料電池のセルである場合、燃料極４２は、電解質４３を介して酸素極４４から酸素イオンを受け取ることが可能であることが好ましい。これにより、酸素極４４から負の電荷を有する酸素イオンを受け取り、燃料によって酸素イオンを還元することで電子を外部に供給し得る。セル４が固体酸化物型燃料電池のセルであり、燃料流路４１が燃料極４２に一酸化炭素を供給可能な流路である場合、燃料極４２は、一酸化炭素と酸素イオンとを反応させることが可能であることが好ましい。これにより、一酸化炭素と酸素イオンとを反応させることで電子を外部に供給し得る。

　セル４がアルカリ電解質形燃料電池のセルである場合、燃料極４２は、電解質４３を介して酸素極４４から水酸化物イオンを受け取ることが可能であることが好ましい。これにより、酸素極４４から負の電荷を有する水酸化物イオンを受け取り、燃料によって水酸化物イオンを還元することで電子を外部に供給し得る。

　セル４がアルカリ電解質形燃料電池のセルである場合、燃料極４２は、ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含んでもよい。これにより、燃料極４２を軽量にし、その耐久性を高め得る。ベリリウムの電気抵抗率は、１００℃で５５．３［ｎΩ・ｍ］であり、鉄の電気抵抗率（１４７［ｎΩ・ｍ］）より低い。したがって、燃料極４２は、ベリリウムを含むことにより、燃料極４２の電気抵抗を鉄の燃料極より低くし、発電効率を向上し得る。ベリリウム合金についても、同様の効果を期待できる。

　セル４が溶融炭酸塩型燃料電池のセルである場合、燃料極４２は、電解質４３を介して酸素極４４から炭酸イオンを受け取ることが可能であることが好ましい。これにより、酸素極４４から負の電荷を有する炭酸イオンを受け取り、燃料によって炭酸イオンを還元することで電子を外部に供給し得る。

　セル４がりん酸形燃料電池及び／又は固体高分子形燃料電池のセルである場合、燃料極４２は、燃料を還元することで生成した水素イオンを、電解質４３を介して酸素極４４に供給可能であることが好ましい。これにより、酸素極４４に正の電荷を有する水素イオンを供給し、電子を外部に供給し得る。

［電解質４３］
　電解質４３は、燃料極４２と酸素極４４との間におけるイオンの移動を媒介可能な電解質である。電解質４３は、特に限定されず、従来技術の燃料電池の電解質でよい。セル４が電解質４３を有することにより、燃料極４２と酸素極４４との間におけるイオンの移動を媒介し、燃料極４２が電子を外部に供給するようにし得る。

　セル４が固体酸化物型燃料電池のセルである場合、電解質４３は、イットリア安定化ジルコニア、スカンジア安定化ジルコニア、及びガドリニウムドープセリア等によって例示される酸素イオンの移動を媒介可能な固体酸化物を含むことが好ましい。これにより、固体酸化物によって酸素イオンの移動を媒介し、燃料極４２が電子を外部に供給するようにし得る。

　セル４がアルカリ電解質形燃料電池のセルである場合、電解質４３は、水酸化カリウム水溶液等によって例示されるアルカリ性の水溶液を含むことが好ましい。これにより、アルカリ性の水溶液によって水酸化物イオンの移動を媒介し、燃料極４２が電子を外部に供給するようにし得る。

　セル４が溶融炭酸塩型燃料電池のセルである場合、電解質４３は、炭酸リチウム及び炭酸ナトリウム等によって例示される炭酸塩の１以上を溶融したものを含むことが好ましい。これにより、溶融した炭酸塩によって炭酸イオンの移動を媒介し、燃料極４２が電子を外部に供給するようにし得る。

　セル４がりん酸形燃料電池のセルである場合、電解質４３は、リン酸水溶液を含むことが好ましい。これにより、リン酸水溶液によって水素イオンの移動を媒介し、燃料極４２が電子を外部に供給するようにし得る。

　セル４が固体高分子形燃料電池のセルである場合、電解質４３は、イオン伝導性を有する高分子（イオン交換樹脂）を含むことが好ましい。これにより、イオン交換樹脂によって水素イオンの移動を媒介し、燃料極４２が電子を外部に供給するようにし得る。イオン交換樹脂は、イオン交換樹脂を膜状にしたイオン交換膜であることが好ましい。これにより、水素イオンの移動距離を短くし、水素イオンがよりいっそう容易に移動し得る。したがって、セル４の発電効率を高め得る。

［酸素極４４］
　酸素極４４は、燃料極４２及び電解質４３と協働することで、酸素流路４５から供給された酸素を用いた電気化学反応によって電流を生成可能なカソードである。酸素極４４は、特に限定されず、従来技術の燃料電池の酸素極でよい。セル４が酸素極４４を有することにより、酸素流路４５から供給された酸素を用いた電気化学反応によって電流を生成することができる。これにより、セル４は、燃料を用いて発電できる。

　酸素極４４は、酸素を用いた電気化学反応を促す触媒を含むことが好ましい。これにより、セル４における発電効率をよりいっそう高めることができる。触媒は、特に限定されず、従来技術の燃料電池の酸素極で用いる触媒でよい。

　酸素極４４は、酸素を拡散可能な拡散構造を含むことが好ましい。これにより、酸素を拡散し、酸素を用いた電気化学反応をよりいっそう効率的に行い得る。そして、セル４における発電効率をよりいっそう高めることができる。

　セル４が固体酸化物型燃料電池のセルである場合、酸素極４４は、電解質４３を介して燃料極４２に酸素イオンを供給可能であることが好ましい。これにより、燃料極４２に負の電荷を有する酸素イオンを供給し、電流を生成し得る。

　セル４がアルカリ電解質形燃料電池のセルである場合、酸素極４４は、電解質４３を介して燃料極４２に水酸化物イオンを供給可能であることが好ましい。これにより、燃料極４２に負の電荷を有する水酸化物イオンを供給し、電流を生成し得る。

　セル４がアルカリ電解質形燃料電池のセルである場合、酸素極４４は、ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含んでもよい。これにより、酸素極４４を軽量にし、その耐久性を高め得る。ベリリウムの電気抵抗率は、１００℃で５５．３［ｎΩ・ｍ］であり、鉄の電気抵抗率（１４７［ｎΩ・ｍ］）より低い。したがって、酸素極４４は、ベリリウムを含むことにより、酸素極４４の電気抵抗を鉄の酸素極より低くし、発電効率を向上し得る。ベリリウム合金についても、同様の効果を期待できる。

　セル４が溶融炭酸塩型燃料電池のセルである場合、酸素極４４は、電解質４３を介して燃料極４２に炭酸イオンを供給可能であることが好ましい。これにより、燃料極４２に負の電荷を有する炭酸イオンを供給し、電流を生成し得る。

　セル４がりん酸形燃料電池及び／又は固体高分子形燃料電池のセルである場合、酸素極４４は、電解質４３を介して燃料極４２から水素イオンを受け取ることが可能であることが好ましい。これにより、燃料極４２から正の電荷を有する水素イオンを受け取り、電流を生成し得る。

［酸素流路４５］
　酸素流路４５は、セル４における電気化学反応を用いた発電において酸化剤として機能する酸素を含む気体の流路である。酸素流路４５は、酸素極４４と、筐体２、セパレータ３、及び電解質４３によって例示される燃料電池１の構成要素の１以上とによって画定される。セル４が酸素流路４５を有することにより、酸素極４４に酸素を供給できる。

　酸素流路４５は、外部から供給される気体に含まれる酸素を酸素極４４に供給可能に構成される。これにより、セル４は、外部から供給される気体に含まれる酸素を用いて、連続的に発電し得る。したがって、一次電池及び／又は二次電池より大きい電力量を連続的に取り出すことが可能な燃料電池１を提供できる。

　酸素流路４５は、発電後の気体を酸素流路４５の外部に排出可能に構成されることが好ましい。これにより、発電後の気体が酸素流路４５に残り、セル４の発電効率が低下することを防ぎ得る。

　セル４がアルカリ電解質形燃料電池のセルである場合、酸素流路４５は、酸素極４４に二酸化炭素を含まない気体を供給可能な流路であることが好ましい。これにより、電解質４３に含まれるアルカリ性の水溶液が二酸化炭素と反応し、セル４の発電効率が低下することを防ぎ得る。

　セル４が溶融炭酸塩型燃料電池のセルである場合、酸素流路４５は、酸素極４４に二酸化炭素を供給可能な流路であることが好ましい。これにより、溶融炭酸塩型燃料電池の電解質４３に炭酸イオンを供給し得る。

　セル４がりん酸形燃料電池及び／又は固体高分子形燃料電池のセルである場合、酸素流路４５は、酸素極４４で生じる水を排出可能な流路であることが好ましい。これにより、りん酸形燃料電池及び／又は固体高分子形燃料電池のセル４における酸素極４４で生じる水によって発電効率が低下することを防ぎ得る。

［燃料］
　燃料は、特に限定されず、従来技術の燃料電池の燃料でよい。燃料は、メタン及びメタノール等によって例示される水素を含む化合物及び／又は単体の水素を含むことが好ましい。これにより、燃料極４２において水素及び／又は水素を含む化合物を還元し、電解質４３に水素イオンを供給し得る。

〔電力取出端子〕
　燃料電池１は、セル４で発電された電力を取り出し可能な電力取出端子（図示せず）を備えることが好ましい。これにより、セル４で発電された電力を取り出し、各種の装置等で利用し得る。

　必須の態様ではないが、電力取出端子は、ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含むことが好ましい。これにより、電力取出端子を軽量にし、その耐久性を高め得る。また、電力取出端子は、ベリリウムを含むことにより、電力取出端子の電気抵抗を鉄の電力取出端子より低くし、発電効率を向上し得る。ベリリウム合金についても、同様の効果を期待できる。

〔その他の構成要素〕
　図９は、本実施形態の燃料電池１を斜め上方向からみたときの概略を模式的に示す概略模式図である。必須の態様ではないが、燃料電池１は、燃料流路４１に燃料を供給可能な燃料供給部（例えば、図９の符号Ｆ）を備えることが好ましい。これにより、燃料流路４１に燃料を供給し、連続的に発電し得る。燃料供給部は、特に限定されず、例えば、従来技術の燃料容器を含む燃料供給部でよい。必須の態様ではないが、燃料供給部は、ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含むことが好ましい。これにより、燃料供給部を軽量にし、その耐久性を高め得る。

　必須の態様ではないが、燃料電池１は、酸素流路４５に酸素を含む気体を供給可能な酸素供給部（例えば、図９の符号Ａ）を備えることが好ましい。宇宙空間は、実質的に真空であり、酸素を含む気体の取得が難しい。燃料電池１が酸素供給部を備えることにより、宇宙空間であっても、酸素流路４５に酸素を含む気体を供給し得る。酸素供給部は、特に限定されず、例えば、従来技術の酸素容器を含む酸素供給部でよい。

　必須の態様ではないが、燃料電池１は、燃料流路４１に供給する燃料をセル４での発電に適した態様に改質する燃料改質器（図示せず）を備えることが好ましい。これにより、改質された燃料によってセル４での発電効率を高め得る。

　必須の態様ではないが、燃料電池１は、酸素流路４５に供給する酸素を含む気体をセル４での発電に適した態様に改質する酸素改質器（図示せず）を備えることが好ましい。これにより、改質された気体によってセル４での発電効率を高め得る。

　宇宙空間で利用される燃料電池は、太陽光を浴びる場合に高温となり得る。また、宇宙空間で利用される燃料電池は、太陽光を浴びない場合に低温となり得る。したがって、宇宙空間で利用される燃料電池は、低温と高温との両方を含む広い温度範囲で利用され得る。

　燃料電池は、セルの温度によって発電効率が変化することが知られている。燃料電池が広い温度範囲で利用され得る場合、セルの温度によって発電効率が変化し、低下し得る。

　必須の態様ではないが、燃料電池１は、セル４等によって例示される燃料電池１の構成要素の温度を制御する温度制御部（例えば、図９の符号Ｃ）を備えることが好ましい。これにより、燃料電池１が宇宙空間で利用される場合であっても、燃料電池１の構成要素の温度を発電効率が高い所定の範囲に制御し得る。したがって、燃料電池１の発電効率を高め得る。

　必須の態様ではないが、燃料電池１は、発電後の燃料を排気可能な排気部（例えば、図９の符号Ｅ）を備えることが好ましい。これにより、発電後の燃料を排気し、新たな燃料をセル４に供給し得る。

＜使用例＞
　本実施形態における燃料電池１の使用例を説明する。

〔宇宙空間へ移動〕
　燃料電池１を利用する利用者は、ロケット等を用いて燃料電池１及び燃料電池１が発電する電力を利用する装置等（例えば、惑星及び／又は衛星を探査可能な探査車、惑星、衛星及び／又は小天体を探査可能な探査機、並びに人工衛星）を打ち上げ、宇宙空間へ移動させる。筐体２及び／又はセパレータ３がベリリウム及び／又はベリリウム合金を含むことにより、ロケットが打ち上げ可能な重量が制限されていても、燃料電池１及び装置等を宇宙空間へ移動させることができる。

〔温度制御〕
　燃料電池１は、温度制御部を用いて、セル４の温度を発電効率が高い所定の範囲に制御する。これにより、宇宙空間にある燃料電池１の温度が低温及び／又は高温であっても、セル４の温度を発電効率が高い所定の範囲に制御できる。

〔燃料及び酸素を供給〕
　燃料電池１は、燃料流路４１に燃料を供給する。燃料電池１は、酸素流路４５に酸素を含む気体を供給する。これにより、燃料極４２、電解質４３、及び酸素極４４で燃料と酸素とを用いた電気化学反応が起こり、電力が発電される。

〔電力を利用〕
　燃料電池１が発電する電力を利用する利用する装置等は、電力取出端子から発電された電力を取り出し、利用する。筐体２及び／又はセパレータ３がベリリウム及び／又はベリリウム合金を含むことにより、温度変化による変形やデブリによる破損等を防ぎ、長期間に渡って装置に電力を提供し得る。

＜第１ロケットエンジン１１１＞
　図１０は、第１ロケットエンジン１１１の概略配管系統図である。

　第１ロケットエンジン１１１は、酸化剤と燃料とを混合し燃焼させることによって推力を得るエンジン１００である。この第１ロケットエンジン１１１は、燃料の一部を燃焼器１の冷却材として用いると共に酸化剤及び燃料を加圧、圧送する各ターボポンプの駆動媒体としても用いる、いわゆるエキスパンダーブリードサイクル方式のロケットエンジンである。

　第１ロケットエンジン１１１は、酸化剤と燃料とを噴射可能な噴射器１００２を有し、酸化剤と燃料とが燃焼可能な燃焼器１００１を備える。さらに、エンジン１００は、この酸化剤及び燃料を燃焼器１００１に供給すると共に第１ロケットエンジン１１１の各部に循環させる配管系統として、燃料を燃焼器１に供給する燃料供給ライン１０９０と、酸化剤を燃焼器１に供給する酸化剤供給ライン１０９１と、燃焼器１００１を冷却する冷却媒体として燃料を第１ロケットエンジン１１１の各部に循環させる冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン１０９２とを備える。

　燃料供給ライン１０９０は、複数の配管により構成され、燃料としての液体水素（以下、「ＬＨ₂」と称する。）を貯留する燃料タンク（不図示）と燃焼器１００１の噴射部１０３１とを接続し、燃料供給系を構成する。同様に、酸化剤供給ライン１０９１は、複数の配管により構成され、酸化剤としての液体酸素（以下、「ＬＯｘ」と称する。）を貯留する酸化剤タンク（不図示）と燃焼器１００１の噴射部１０３１とを接続し、酸化剤供給系を構成する。冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン１０９２は、複数の配管により構成され、一端において燃料供給ライン１０９０から分岐すると共に燃焼器１００１における燃焼室１００３の壁面内の冷却通路１０３３などを経由して他端が燃焼器１００１のノズル１００４内部に接続され、冷却媒体・駆動媒体供給系を構成する。

　さらに、第１ロケットエンジン１１１は、燃料供給ライン１０９０を介して燃料を燃焼器１に圧送可能な燃料用ターボポンプ１０５０及び酸化剤供給ライン１０９１を介して酸化剤を燃焼器１００１に圧送可能な酸化剤用ターボポンプ１０６０と、燃焼器１００１を冷却して気化した燃料と液体燃料とを混合するミキサ１０７０と、酸化剤と燃料との混合気に点火する点火器１０８０とを備える。

　燃料用ターボポンプ１０５０は、コンプレッサ１０５１とタービン１０５２を備える。タービン１０５２は、冷却通路１０３３を通過し気化した燃料としての水素ガス（以下、「ＧＨ₂」と称する。）により回転駆動されることでコンプレッサ１０５１を駆動し、コンプレッサ１０５１は、燃料供給ライン１０９０のＬＨ₂を加圧して噴射器１００２に圧送する。酸化剤用ターボポンプ１０６０は、コンプレッサ１０６１とタービン１０６２を備える。タービン１０６２は、冷却通路１０３３を通過し気化した燃料としてのＧＨ₂により回転駆動されることでコンプレッサ１０６１を駆動し、コンプレッサ１０６１は、酸化剤供給ライン１０９１のＬＯｘを加圧して噴射器１００２に圧送する。

　さらに具体的には、燃料供給ライン１０９０は、ＬＨ₂の流動方向に対して上流側から順に、燃料用ターボポンプ１０５０のコンプレッサ１０５１と、主燃料バルブ１０９３と、ミキサ１０７０とを備える。酸化剤供給ライン１０９１は、ＬＯｘの流動方向に対して上流側から順に、酸化剤用ターボポンプ１０６０のコンプレッサ１０６１と、主酸化剤バルブ１０９４とを備える。

　冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン１０９２は、燃料供給ライン１０９０のＬＨ₂の流動方向に対してコンプレッサ１０５１の下流側、主燃料バルブ１０９３の上流側で燃料供給ライン１０９０から分岐する。冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン１０９２は、燃料供給ライン１０９０のＬＨ₂の流動方向に対して上流側から順に、燃焼室冷却バルブ１０９２ｃと、冷却通路１０３３と、推力制御バルブ１０９５と、燃料用ターボポンプ１０５０のタービン１０５２と、酸化剤用ターボポンプ１０６０のタービン１０６２を備える。すなわち、燃料用ターボポンプ１０５０のタービン１０５２と、酸化剤用ターボポンプ１０６０のタービン１０６２とは、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン１０９２に直列的に配置される。また、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン１０９２は、他端においてノズル４内部に接続する部分の上流側にノズル４を冷却する冷却通路も備えている。

　さらに、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン１０９２は、合流管１０９６と、混合比制御管１０９７と、バイパス管１０９８を備える。合流管１０９６は、冷却通路１０３３の下流側、推力制御バルブ１０９５の上流側で冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン１０９２の主管から分岐してミキサ１０７０に接続する。混合比制御管１０９７は、酸化剤用ターボポンプ１０６０のタービン１０６２の上流側、燃料用ターボポンプ１０５０のタービン１０５２の下流側で冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン１０９２の主管から分岐してタービン１０６２の下流側に接続することで、タービン１０６２をバイパスする。この混合比制御管１０９７は、混合比制御バルブ１０９９を備える。バイパス管１０９８は、合流管１０９６の分岐部の下流側、推力制御バルブ１０９５の上流側で冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン１０９２の主管から分岐して酸化剤用ターボポンプ１０６０のタービン１０６２の下流側に接続してタービン１０５２及びタービン１０６２をバイパスする。このバイパス管１０９８は、ウェストバルブ１０９８ａを備える。

　主燃料バルブ１０９３は、燃料供給ライン１０９０を開閉することで噴射器１００２へのＬＨ₂の供給を調節する。主酸化剤バルブ１０９４は、酸化剤供給ライン１０９１を開閉することで噴射器１００２へのＬＯｘの供給を調節する。燃焼室冷却バルブ１０９２ｃは、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン１０９２を開閉することで冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン１０９２におけるＬＨ₂、ＧＨ₂の循環を調節する。推力制御バルブ１０９５は、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン１０９２を開閉することでタービン１０５２に導入される駆動媒体としてのＧＨ₂の導入量を制御してこのタービン１０５２の回転数を制御し、これにより、コンプレッサ１０５１によるＬＨ₂の加圧を制御することで、第１ロケットエンジン１１１全体での推力を制御する。混合比制御バルブ１０９９は、混合比制御管１０９７を開閉することでタービン１０６２に導入される駆動媒体としてのＧＨ₂の導入量を制御してこのタービン１０６２の回転数を制御し、これにより、コンプレッサ１０６１によるＬＯｘの加圧を制御することで、燃焼器１００１全体での混合比（ＬＯｘ／ＧＨ₂）、すなわち、噴射器１００２から噴射されるＬＯｘとＧＨ₂との比率を制御する。ウェストバルブ１０９８ａは、冷却通路１０３３を通過することで気化したＧＨ₂がタービン１０５２、タービン１０６２をバイパスする際に当該バイパス量に応じて開閉される。

　ミキサ１０７０は、主燃料バルブ１０９３を通過した極低温のＬＨ₂と、冷却通路１０３３を通過して気化した高温のＧＨ₂とを混合し、ＧＨ₂として燃焼器１００１に供給可能とする。なお、燃料としての水素は、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン１０９２における冷却通路１０３３よりも下流側ではＧＨ₂及びＬＨ₂の気液二相が存在していることがある。

　上述のように構成される第１ロケットエンジン１１１は、燃料供給ライン１０９０を介して供給されるＬＨ₂を燃料用ターボポンプ１０５０によって燃焼器１００１に圧送すると共に、酸化剤供給ライン１０９１を介して供給されるＬＯｘを酸化剤用ターボポンプ１０６０によって燃焼器１００１に圧送し、このＬＯｘとＧＨ₂とを燃焼器１００１の燃焼室１００３内で混合し、この混合気に点火器１０８０により点火することで燃焼させて推力を得る。この間、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン１０９２は、燃料用ターボポンプ１０５０により圧送されるＬＨ₂の一部を燃焼器１における燃焼室１００３の壁面に設けられる冷却通路１０３３に導入し、この低温のＬＨ₂により燃焼室１００３を冷却する。このとき、燃焼室１００３を冷却することでエネルギーを得たＬＨ₂は、その温度が上昇しガス化してＧＨ₂となり、一部が合流管１０９６を介してミキサ１０７０に導入され、このミキサ１０７０でＬＨ₂と混合される。そして、残りのＧＨ₂が燃料用ターボポンプ１０５０のタービン１０５２、酸化剤用ターボポンプ１０６０のタービン１０６２に順に導入され、タービン１０５２、タービン１０６２の駆動媒体として作用し、その膨張エネルギーによりタービン１０５２、タービン１０６２を回転駆動することで、上述のように燃料用ターボポンプ１０５０、酸化剤用ターボポンプ１０６０によりＬＨ₂、ＬＯｘを圧送する。そして、タービン１０５２、タービン１０６２を回転駆動したＧＨ₂は、冷却媒体・ターボポンプ駆動媒体供給ライン９２の他端からノズル１００４内に廃棄される。

　なお、この第１ロケットエンジン１１１では、密度が高く従って高出力が必要な燃料用ターボポンプ１０５０をＧＨ₂により先に駆動し、その後に酸化剤用ターボポンプ１０６０を駆動する。また、燃料用ターボポンプ１０５０、酸化剤用ターボポンプ１０６０を駆動した後のＧＨ₂の圧力は初めのタービン１０５２入口前の圧力に比較してかなり低下しており、タービン１０５２入口前の圧力と略等しい圧力の燃焼室３内には供給することはできないため、燃焼器１００１の低圧部位としてノズル１００４内部に排出している。

　図１１～図２２は、第１ロケットエンジン１１１を構成する一部の部品を示す図である。図１１は、噴射器（噴射器１００２）の分解斜視図である。図１２は、ＭＦＶ上流管の外観を示す斜視図である。図１３は、ＣＣＶ入口管を示す斜視図である。図１４は、ＭＦＶケースの外観を示す斜視図である。図１５は、ＣＣＶケースの外観を示す斜視図である。図１６は、ＴＶＣケースの外観を示す斜視図である。図１７は、ＴＣＶ入口管を示す斜視図である。図１８は、ＵＭＣＣ出口管を示す斜視図である。図１９は、ミキサー配管を示す斜視図である。図２０は、ＭＯＶケースの外観を示す斜視図である。図２１は、ＭＯＶ上流管の外観を示す斜視図である。図２２は、ＦＴＰタービン入口管の外観を示す斜視図である。

　図１１に示す噴射器は、図１０における噴射器１００２に対応する。図１２に示すＭＦＶ上流管は、図１０における矢印Ａに示す配管に対応する。図１３に示すＣＣＶ入口管は、図１０における矢印Ｂに示す配管に対応する。図１４に示すＭＦＶケースは、図１０における主燃料バルブ１０９３に対応する。図１５に示すＣＣＶケースは、図１０における燃焼室冷却バルブ１０９２ｃに対応する。図１６に示すＴＶＣケースは、図１０における推力制御バルブ１０９５に対応する。図１７に示すＴＣＶ入口管は、図１０における矢印Ｃに示す配管に対応する。図１８に示すＵＭＣＣ出口管は、図１０における矢印Ｄに示す配管に対応する。図１９に示すミキサー配管は、図１０における矢印Ｅに示す配管に対応する。図２０に示すＭＯＶケースは、図１０における主酸化剤バルブ１０９４に対応する。図２１に示すＭＯＶ上流管は、図１０における矢印Ｆに示す配管に対応する。

　図１１～図２２に示す各部品において、図中矢印で示す部分は、金属３Ｄプリンタを使用して積層造形した部品である。金属３Ｄプリンタについては、上述した燃料電池１の筐体２の作成に用いたものを使用することができる。図１１～図２２に示す各部品は、上述した燃料電池１の筐体２と同様の部材からなり、ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含み、３種類以上の元素を有するハイエントロピー化した合金と、セラミックとアルミニウムとを有する複合材料と、の１以上をさらに含み、ハイエントロピー化した合金は、３種類以上の元素それぞれの原子比が５０％以下の合金からなる。

　このように、第１ロケットエンジン１１１を構成する一部は、ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含むため、上述した燃料電池１と同様な効果を奏することが可能になり、軽量かつ耐久性に優れた第１ロケットエンジン１１１を構成し得る。軽量かつ耐久性に優れた第１ロケットエンジン１１１は、宇宙空間で利用可能である。特に、図１１に示す噴射器における、矢印で示す部材は、複数の貫通孔を有する円板部材と、この円板部材に立設され、複数の貫通孔に連通する複数の円筒体と、を有している。このように噴射器は複数のパーツによって構成されている。そこで、この部材の製造に３Ｄプリント技術を適用することにより、円板部材と複数の円筒体とを一体的に積層造形することによって１パーツにすることが可能になる。これにより、噴射器の製造コストの低減、製造期間の短縮、部品精度の向上及び軽量化を図ることができる。

＜第１液体水素タンク１１２＞
　図２３は、第１液体水素タンク１１２の概略構成を模式的示す斜視図である。
　第１液体水素タンク１１２は、筒状のシリンダ部２００１と、ドーム部２００２、２００３と、を含んで構成される。

　シリンダ部２００１は、湾曲したアイソグリッドと呼ばれるリブ一体パネルを機軸方向に溶接して筒状に構成したものである。ドーム部２００２、２００３は、ドーム状に形成されている。ドーム部２００２、２００３は、シリンダ部２００１の両端部に溶接される。これにより、シリンダ部２００１の両端部がドーム部２００２、２００３によって塞がれる。

　シリンダ部２００１及び／又はドーム部２００２、２００３は、金属３Ｄプリンタを使用して積層造形した部品である。金属３Ｄプリンタについては、上述した燃料電池１の筐体２の作成に用いたものを使用することができる。シリンダ部２００１及び／又はドーム部２００２、２００３は、上述した燃料電池１の筐体２と同様の部材からなり、ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含み、３種類以上の元素を有するハイエントロピー化した合金と、セラミックとアルミニウムとを有する複合材料と、の１以上をさらに含み、ハイエントロピー化した合金は、３種類以上の元素それぞれの原子比が５０％以下の合金からなる。

　このように、第１液体水素タンク１１２を構成する部品は、ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含むため、上述した燃料電池１と同様な効果を奏することが可能になり、軽量かつ耐久性に優れた第１液体水素タンク１１２を構成し得る。軽量かつ耐久性に優れた第１液体水素タンク１１２は、宇宙空間で利用可能である。なお、図２３に示す第１液体水素タンク１１２は、シリンダ部２００１の両端部にドーム部２００２、２００３が溶接されるが、金属３Ｄプリンタによってシリンダ部２００１及びドーム部２００２、２００３を一体的に積層造形してもよい。具体的に、第１液体水素タンク１１２は、金属３Ｄプリンタによってドーム部２００２が形成された後、続けてシリンダ部２００１が形成され、更に続けてドーム部２００３が形成されることによって製造される。これにより、シリンダ部２００１とドーム部２００２、２００３との間に繋ぎ目がないため、第１液体水素タンク１１２の強度を向上させることが可能になる。

＜第２段液体燃料ロケット１２０＞
　図２５は、第２段液体燃料ロケット１２０の構成を模式的に示す図である。
　第２段液体燃料ロケット１２０は、第２ロケットエンジン１２１、第２液体酸素タンク１２２及び第２液体水素タンク１２３以外に、第２液体酸素タンク１２２と第２液体水素タンク１２３とを上下に並べて支持する支持部１２４、を有する。

　支持部１２４は、複数の骨組みをトラス構造に組み上げて筒状に構成されている。支持部１２４の一方の開口部に第２液体酸素タンク１２２が固定され、他方の開口部に第２液体酸素タンク１２３が固定される。このように、

　第２液体酸素タンク１２２及び第２液体水素タンク１２３は、第１液体水素タンク１１２と同様に、シリンダ部とドーム部によって構成される。第２液体酸素タンク１２２及び第２液体水素タンク１２３は、金属３Ｄプリンタを使用してそれぞれ積層造形したシリンダ部とドーム部とを溶接して構成しても、金属３Ｄプリンタを使用してシリンダ部とドーム部とを一体的に構成してもよい。

　支持部１２４は、金属３Ｄプリンタを使用して複数の骨組みを一体的に積層造形したものである。このため、支持部１２４は、トラス構造の骨組みと骨組みとの間に継ぎ目がなく、高い強度を有する。

［他の適用例］
　上述した実施形態によれば、第１ロケットエンジン１１１の構成部品が、ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含む例について説明したが、第２ロケットエンジン１２１の構成部品が、ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含んでもよい。また、上述した実施形態によれば、第１液体水素タンク１１２の構成部品が、ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含む例について説明したが、第１液体酸素タンク１１３、第２液体酸素タンク１２２、及び第２液体水素タンク１２３が、ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含んでもよい。

　第１ロケットエンジン１１１のロケットノズル（図１０のノズル１００４）が、ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含む材料から構成されており、金属３Ｄプリンタによって形成されたものであってもよい。また、第１ロケットエンジン１１１のタービン（図１０のタービン１０５２、１０６２）のタービンブレードが、ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含む材料から構成されており、金属３Ｄプリンタによって形成されたものであってもよい。

　更に、宇宙空間に配置される装置の姿勢制御を行う姿勢制御用スラスタ（図２４Ａ、図２４Ｂ参照）が、ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含む材料から構成されており、金属３Ｄプリンタによって形成されたものであってもよい。

　図２４Ａは、宇宙ステーションに補給する物資を格納する補給機における姿勢制御スラスタの配置を示す図である。図２４Ｂは、図２４Ａに示す補給機に搭載され、宇宙ステーションからの物資を格納するカプセルにおける姿勢制御スラスタの配置を示す図であり、図２４Ａ及び図２４Ｂに示す補給機及びカプセルは、ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含む材料から構成されており、金属３Ｄプリンタによって積層造形された部品を使用した姿勢制御用スラスタを備えている。

　図２４Ａに示す補給機は、図１に示すようなロケットに搭載され、ロケットの打ち上げによって宇宙空間に置かれる。宇宙空間に置かれた補給機は、姿勢制御用スラスタを駆動制御することにより、宇宙ステーションに接近し、係留される。宇宙ステーションの作業員は、宇宙ステーションに係留された補給機の中から物資を取り出すとともに、図２４Ｂのカプセルに物資を格納する作業を行う。カプセルに物資が格納された後、補給機は、宇宙ステーションから離脱し、大気圏再突入前にカプセルを放出する。カプセルを放出した補給機は、大気圏再突入して燃え尽きる。カプセルは大気圏再突入した後、誘導制御されながら回収場所近くに落下する。

　このように、図２４Ａ及び図２４Ｂに示す補給機及びカプセルは、ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含む材料から構成された姿勢制御用スラスタを備えるため、カプセルを搭載した補給機の軽量化を図ることが可能になる。しかも、カプセルが大気圏再突入した場合に姿勢制御用スラスタが燃え尽きるため、帰還するカプセルの軽量化を図ることができる。なお、補給機は、本発明における人工天体の一例である。

　本発明における人工天体の一例としては、他にも、地球を周回させる人工衛星や、地球以外の天体、例えば、月、火星、小惑星等に向かって宇宙空間を移動させ、この天体を探査する探査機がある。人工衛星や探査機の中には姿勢制御用スラスタを備えているものもある。人工衛星や探査機の姿勢制御用スラスタも、ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含む材料を、金属３Ｄプリンタによって積層造形したものであってもよい。また、姿勢制御用スラスタ以外の人工衛星や探査機の構成部品の少なくとも一部が、ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含む材料を、金属３Ｄプリンタによって積層造形したものであってもよい。

　具体的に、人工衛星や探査機は、スラスタ以外にも、バッテリ、太陽電池アレイ、電源制御器、地球センサ、リアクションホイール、ＧＰＳ受信機、燃料タンク、通信機、コンピュータ等のコンポーネントを備えているが、これらのコンポーネントに、ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含む材料を金属３Ｄプリンタによって積層造形してなる部品が含まれてもよい。これにより、人工衛星や探査機を搭載したロケットの軽量化を図ることができる。

＜人工衛星の具体例＞
　人工衛星の具体例として、次の６種類が挙げられる。
　（１）通信衛星
機能：地球上の遠隔地同士での通信を中継し、電話、テレビ放送、インターネット通信などを支援。
（２）気象衛星
機能：地球の気象観測を行い、雲の動き、台風、降水量、気温などをモニタリング。
（３）地球観測衛星
機能：地球の地表や海洋、大気の状態を観測し、環境監視、防災、資源探査などに活用。
（４）軍事衛星（偵察衛星）
機能：軍事目的で地球の監視や情報収集を行い、偵察、通信、ミサイル警戒などに使用。
（５）科学衛星（天文・宇宙探査衛星）
機能：宇宙空間での科学観測や、太陽系の惑星・小惑星探査を行う。
（６）測位衛星（ＧＰＳ衛星）
機能：全地球測位システム（ＧＰＳ）やその他の測位システムを構築し、位置情報の提供を行う。

＜人工衛星の構成部品と使用材料＞
　人工衛星の構成部品として、次の６系統が挙げられる。なお、使用材料として、ベリリウム及び／又はベリリウム合金が共通して使用されているため、ベリリウム及び／又はベリリウム合金以外に含まれる材料を挙げる。
（１）構造系（フレーム・パネル）
役割：衛星全体の強度を確保し、機器を搭載する骨組み。
使用材料：
・アルミニウム合金（軽量かつ高強度）
・チタン合金（耐熱・耐食性に優れる）
・ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック：軽量で剛性が高い）
（２）電源系（太陽電池・バッテリー）
役割：人工衛星に電力を供給。
使用材料：
・太陽電池：ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）、Ｓｉ（シリコン）
・バッテリ：リチウムイオン電池（高エネルギー密度）
（３）通信系（アンテナ・送受信機）
役割：地上との通信を行う。
使用材料：
・アンテナ：アルミニウム、ＣＦＲＰ
・送受信機：ＧａＡｓ半導体、シリコン
（４）推進系（エンジン・スラスタ）
役割：軌道修正や姿勢制御を行う。
使用材料：
・推進剤：ヒドラジン（液体）、キセノン（電気推進）
・スラスタ本体：Ｎｉ（ニッケル）、モリブデン、チタン
（５）熱制御系（ラジエーター・断熱材）
役割：人工衛星の温度を適切に保つ。
使用材料：
・断熱材：マルチレイヤーインシュレーション（ＭＬＩ）、カプトン
・放熱板：アルミニウム、ＳｉＣ（炭化ケイ素）
（６）姿勢制御系（ジャイロ・リアクションホイール）
役割：衛星の向きを制御し、観測機器の安定化を図る。
使用材料：
・ジャイロ：シリコンＭＥＭＳ、アルミニウム
・ホイール：ＣＦＲＰ、チタン

＜探査機の具体例＞
　探査機の具体例として、次の６種類が挙げられる。
（１）フライバイ探査機（Ｆｌｙｂｙ　Ｐｒｏｂｅ）
機能：
・惑星や小惑星の近くを通過しながら観測を行う。
・探査対象の重力を利用して軌道を変更する（スイングバイ）。
代表例：
・ボイジャー１号・２号（ＮＡＳＡ、１９７７年打ち上げ）
・ニュー・ホライズンズ（ＮＡＳＡ、２００６年打ち上げ）
（２）周回探査機（Ｏｒｂｉｔｅｒ）
機能：
・惑星や衛星の軌道を周回しながら長期間観測を行う。
・大気や地表の変化を詳細に記録する。
代表例：
・ひまわり（ＪＡＸＡ、日本の静止気象衛星）
・火星探査機「マーズ・リコネッサンス・オービター」（ＮＡＳＡ、２００５年打ち上げ）
・木星探査機「ジュノー」（ＮＡＳＡ、２０１１年打ち上げ）
（３）着陸機（Ｌａｎｄｅｒ）
機能：
・探査対象の地表に着陸し、地質調査や環境測定を行う。
・地震計や温度計を用いた科学観測を実施。
代表例：
・火星探査機「インサイト」（ＮＡＳＡ、２０１８年着陸）
・小惑星探査機「はやぶさ２」の着陸機「ミネルバ－ＩＩ」（ＪＡＸＡ、２０１８年小惑星リュウグウに着陸）
（４）探査車（ローバー、Ｒｏｖｅｒ）
機能：
・惑星や月面を移動しながら詳細な探査を行う。
・地表のサンプルを採取し、分析する。
代表例：
・火星探査車「キュリオシティ」（ＮＡＳＡ、２０１２年火星に到着）
・火星探査車「パーサヴィアランス」（ＮＡＳＡ、２０２１年火星に到着）
（５）サンプルリターン探査機（Ｓａｍｐｌｅ　Ｒｅｔｕｒｎ　Ｍｉｓｓｉｏｎ）
機能：
・探査対象の試料を採取し、地球へ持ち帰る。
代表例：
・小惑星探査機「はやぶさ」（ＪＡＸＡ、２０１０年地球帰還）
・小惑星探査機「はやぶさ２」（ＪＡＸＡ、２０２０年試料持ち帰り成功）
・火星の衛星探査「ＭＭＸ」（ＪＡＸＡ、２０２４年予定）
（６）有人探査機（Ｍａｎｎｅｄ　Ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ）
機能：
・宇宙飛行士が乗り込み、宇宙空間で活動を行う。
代表例：
・国際宇宙ステーション（ＩＳＳ）
・アポロ計画（ＮＡＳＡ）
・有人月面探査「アルテミス計画」（ＮＡＳＡ）

＜探査機の構成部品と使用材料＞
　宇宙探査機の構成部品として、次の６系統が挙げられる。なお、使用材料として、ベリリウム及び／又はベリリウム合金が共通して使用されているため、ベリリウム及び／又はベリリウム合金以外に含まれる材料を挙げることにする。
（１）構造系（フレーム・パネル）
役割：探査機全体の強度を確保し、各種機器を搭載する。
使用材料：
・アルミニウム合金（軽量で強度が高い）
・チタン合金（耐熱・耐食性に優れる）
・ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック、軽量で剛性が高い）
（２）電源系（太陽電池・バッテリ）
役割：宇宙探査機に電力を供給。
使用材料：
・太陽電池：ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）、Ｓｉ（シリコン）
・バッテリ：リチウムイオン電池
（３）通信系（アンテナ・送受信機）
役割：地球との通信を行う。
使用材料：
・アンテナ：アルミニウム、ＣＦＲＰ
・送受信機：ＧａＡｓ半導体、シリコン
（４）推進系（エンジン・スラスタ）
役割：軌道修正や姿勢制御を行う。
使用材料：
・推進剤：ヒドラジン（液体）、キセノン（電気推進）
・スラスタ本体：ニッケル、モリブデン、チタン
（５）熱制御系（ラジエーター・断熱材）
役割：探査機の温度を適切に保つ。
使用材料：
・断熱材：ＭＬＩ（マルチレイヤーインシュレーション）、カプトン
・放熱板：アルミニウム、炭化ケイ素（ＳｉＣ）
（６）科学観測機器（カメラ・分光計・試料採取装置）
役割：観測や試料採取を行う。
使用材料：
・カメラ：シリコンＣＭＯＳセンサ、石英レンズ
・分光計：光学ガラス、アルミミラー
・試料採取装置：チタン、炭素繊維

　なお、探査機には、探査機の脚である着陸機構が設けられている場合があるが、この着陸機構に、ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含む材料を金属３Ｄプリンタによって積層造形してなる部品が含まれてもよい。

　また、上述した具体例によれば、探査機の一例として探査車が含まれている。探査車は、探査機に格納されており、着陸した探査機から他の天体の地上に移動する。探査車は、天体の地上を走行しながら撮影を行い、撮影データを送信したり、地上からサンプルを回収して探査機に戻ったりする機能等を備えている。探査車に備えたこのような機能を果たす部品についても、ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含む材料を金属３Ｄプリンタによって積層造形してなる部品が含まれてもよい。これにより、探査車両が格納されている探査機を搭載したロケットの軽量化を図ることができる。

　なお、本実施形態における人工天体の具体例として、上述したように、補給機、人工衛星、探査機を挙げたが、他にも宇宙ステーションも含まれる。要は、宇宙空間或いは地球以外の天体に置かれる人工構造物であれば本発明における人工天体に含まれる。例えば、本発明は、探査機以外でも、将来的に月面基地のように地球以外の天体に建造物を建てる計画があるならば、その建築資材に適用することも可能である。また、その建造物で使用する電力を供給するための太陽電池による再生型燃料電池システムを構成する部品や、エネルギーを発生・供給する種々の装置・炉の構成機器及び部品類に適用することも可能である。これらを構成する装置や部品の少なくとも一部に、ベリリウム及び／又はベリリウム合金を含む材料を金属３Ｄプリンタによって積層造形してなる部品が含まれてもよい。

＜その他の適用例＞
　以上、本実施形態について説明したが、本実施形態は上述した装置や部品にのみ適用されるものではない。より具体的に、次に記載する装置や部品に適用することが可能である。
・ロケットの推進力を与えるための固体モータを構成する部品、例えば、モーターケース、インシュレーション
・ロケット本体を構成する大型部品、例えば、フレーム・パネル
・人工衛星、探査機のコンポーネント、例えば、太陽電池パドル、スタートラッカー、リアクションホイール、高機能アクチュエータ
・人工衛星に搭載され、地表面に向けてレーザーを照射し、その反射光の時間差をもとに地表面や対象物の高度を精緻に計測する高度計ライダーを構成する部品
・人工衛星に搭載され、３次元地形情報の収集に用いられる光学センサを構成する部品
・月を周回させる人工衛星に搭載される装置、例えば、月面における水等の資源が所在する有望箇所を推定するためのテラヘルツ波を発生させる装置、月測位を行うための装置を構成する部品
・月面開発、火星探査、火星圏以遠の探査等に用いられる電源であって、長期間にわたって使用可能なアメリシウムを利用した半永久電源を構成する部品
・火星のように大気が存在する天体に着陸するための展開型のエアロシェルを構成する部品
・宇宙ステーションに取り付けられ、宇宙飛行士等が宇宙服なしで作業できるスペースを形成するモジュール（例えば、日本実験棟「きぼう」）、及びモジュール内に配置される実験装置を構成する部品

　次に、本実施形態に適用されるベリリウム及び／又はベリリウム合金の実施例について説明する。

［実施例１］
　図２６～図２８は、実施例１の材料系と比較材との密度と引っ張り強さの実験結果を示す図である。
　実施例１の材料系としてＢｅ（ベリリウム）とＢｅに合金化した元素を示す。また実施例１は、いずれも金属３Ｄプリンタで積層造形した。その結果、Ｂｅ合金にはＢｅの他、Ｂｅと合金化元素との化合物が含まれる。その結果を材料種欄にＢｅに含まれるＢｅ化合物の表示として示した。金属３Ｄプリンタとして、ＤＥＤ（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｅｐｏｓｉｓｉｏｎ）法と粉末造形法（電子ビーム）を使用した。ＤＥＤ法では、レーザプローブ中に、各種元素粉末を投入しながら、レーザを用いて合金積層する手段をとった。また、粉末造形法ではパウダーベッド方式により、合金粉末を直接、電子ビームで溶融し、特定形状に積層する手段をとった。形成された造形材料の金属組織は、ＤＥＤ法と粉末造形法で異なり、ＤＥＤ法では金属結晶組織の他、アモルファス組織や金属ガラス組織も観察されたが、実施例１の材料は、本発明の材料として適用可能である。粉末造形法では、結晶から成る金属組織が主体であり、実施例１の材料は、本発明の材料として適用可能である。いずれの実施例１の材料も、材料を材料系及び材料種欄に示す所定のＢｅ合金とし、かつ、金属３Ｄプリンタにより積層造形することにより、比較材のＴｉや６４Ｔｉに比べ、密度は低く軽量となった。また引張強度も比較材より増大し、実施例１の材料の材料特性は、比較材を凌駕する結果が得られた。

［実施例２］
　図２９は、実施例２の材料系と比較材との密度と引っ張り強さの実験結果を示す図である。

　実施例２の材料は、Ｂｅ（ベリリウム）とＢｅに合金化した元素から成り、Ｂｅ以外の元素のモル比は５０ａｔ％（原子パーセント）以下とした。実施例２の材料は、いずれも金属３Ｄプリンタで積層造形した。金属３Ｄプリンタとして、ＤＥＤ（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｅｐｏｓｉｓｉｏｎ）法と粉末造形法（電子ビーム）を使用した。ＤＥＤ法では、レーザプローブ中に、各種元素粉末を投入しながら、レーザを用いて合金積層する手段をとった。また、粉末造形法ではパウダーベッド方式により、合金粉末を直接、電子ビームで溶融し、特定形状に積層する手段をとった。形成された造形材料の金属組織は、ＤＥＤ法と粉末造形法で異なり、ＤＥＤ法では金属結晶組織の他、アモルファス組織や金属ガラス組織も観察されたが、本発明の材料として適用可能である。粉末造形法では、結晶から成る金属組織が主体であり、本発明の材料として適用可能である。いずれの実施例２の材料も、金属３Ｄプリンタにより積層造形することにより、密度はＢｅの１．８４６ｇ／ｃｍ^３より軽量とすることができた。また引張強度も、既知の使用材６４Ｔｉ（Ｔｉ－６ｗｔ％Ａｌ－４ｗｔ％Ｖ）の９８０ＭＰａを凌駕することができ、超軽量・高強度合金を発明することができた。これらの合金は、Ｎｏ．１～１２に示す合金に限られたものではなく、ＢｅにＬｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｋ、Ｃａ、Ｒｂから選ばれる少なくとも２以上の元素を合金化することにより、同様の優れた特性を示す新しい合金を得ることができた。

［実施例３］
　図３０は、実施例３の材料系と比較材との密度と引っ張り強さの実験結果を示す図である。

　図３０において、実施例３の材料を材料種の欄に示し、実施例３の材料の組成は各元素のモル比で示した。いずれの合金も金属３Ｄプリンタで積層造形した。その結果、実施例３の材料におけるＢｅ合金は、全てＴｉの密度４．５０８ｇ／ｃｍ^３以下の軽量度を達成しつつ、強度もＴｉおよび６４Ｔｉ（Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ（ｗｔ％））の９８０ＭＰａを上回った。金属３Ｄプリンタとして、ＤＥＤ（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法と粉末造形法（電子ビーム）を採用した。ＤＥＤ法では、レーザプローブ中に、各種元素粉末を投入しながら、レーザを用いて合金積層する手段をとった。また、粉末造形法ではパウダーベット方式により、合金粉末を直接、電子ビームで溶融し、特定形状に積層する手段をとった。形成された造形材料の金属組織は、ＤＥＤ法と粉末造形法で異なり、ＤＥＤ法では金属結晶組織の他、アモルファス組織や金属ガラス組織も観察されたが、本発明の材料として適用可能である。粉末造形法では、結晶から成る金属組織が主体であり、本発明の材料として適用可能である。

　また各合金の組成は、Ｎｏ．１～２７のモル比に限られるものではなく、Ｂｅ以外の元素の化学組成は、元素あたり５～３５ａｔ％であっても、同様の良好な低密度と高い引張強さを得ることができた。従って、これらの化学組成を有するＢｅ合金も本発明の材料である。

［実施例４］
　図３１～図３４は、実施例４の材料系と比較材との密度と引っ張り強さの実験結果を示す図である。

　図３１～図３４において実施例４の材料を材料種の欄に示す。実施例４の材料の組成は各元素のモル比で示した。いずれの合金も金属３Ｄプリンタで積層造形した。その結果、本発明のＢｅ合金は、全てＣｕの密度８．９３３ｇ／ｃｍ３以下の軽量度を達成しつつ、強度もＴｉおよび６４Ｔｉ（Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ（ｗｔ％））の９８０ＭＰａを上回った。金属３Ｄプリンタとして、ＤＥＤ（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｅｐｏｓｉｏｎ）法と粉末造形法（電子ビーム）を採用した。ＤＥＤ法では、レーザプローブ中に、各種元素粉末を投入しながら、レーザを用いて合金積層する手段をとった。また、粉末造形法ではパウダーベット方式により、合金粉末を直接、電子ビームで溶融し、特定形状に積層する手段をとった。形成された造形材料の金属組織は、ＤＥＤ法と粉末造形法で異なり、ＤＥＤ法では金属結晶組織の他、アモルファス組織や金属ガラス組織も観察されたが、本発明の材料として適用可能である。粉末造形法では、結晶から成る金属組織が主体であり、本発明の材料として適用可能である。

　また各合金の組成は、Ｎｏ．１～１２４のモル比に限られるものではなく、Ｂｅ以外の元素の化学組成は、元素あたり５～３５ａｔ％であっても、同様のＣｕ以下の密度と高い引張強さを得ることができた。従って、これらの化学組成を有するＢｅ合金も本発明の材料として適用可能である。

［実施例５］
　図３５は、実施例５の材料系と比較材との密度と引っ張り強さの実験結果を示す図である。

　図３５において、実施例５の材料を材料種の欄に示す。実施例５の材料の組成は各元素のモル比で示した。いずれの合金も金属３Ｄプリンタで積層造形した。その結果、実施例５のＢｅ合金は、全てＣｕの密度８．９３３ｇ／ｃｍ^３以下の軽量度を達成しつつ、８５０℃における高温強度はインコネル６２５やインコネル７１８と同程度の２９０ＭＰａを上回った。金属３Ｄプリンタとして、ＤＥＤ（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法と粉末造形法（電子ビーム）を採用した。ＤＥＤ法では、レーザプローブ中に、各種元素粉末を投入しながら、レーザを用いて合金積層する手段をとった。また、粉末造形法ではパウダーベット方式により、合金粉末を直接、電子ビームで溶融し、特定形状に積層する手段をとった。形成された造形材料の金属組織は、ＤＥＤ法と粉末造形法で異なり、ＤＥＤ法では金属結晶組織の他、アモルファス組織や金属ガラス組織も観察されたが、本発明の材料として適用可能である。粉末造形法では、結晶から成る金属組織が主体であり、本発明の材料として適用可能である。

　また各合金の組成は、Ｎｏ．１～１２のモル比に限られるものではなく、Ｂｅ以外の元素の化学組成は、元素あたり１～３５ａｔ％であっても、同様のＣｕ以下の密度と高い高温引張強さを得ることができた。従って、これらの化学組成を有するＢｅ合金も本発明の材料として適用可能である。

［実施例６］
　図３６は、合金構造体で構成されるロケット部品の製造工程の一例を示す概念図である。

　合金構造体は、図３６の（ａ）から（ｇ）に順に示す積層造形工程を繰り返し行って合金構造体の立体造形を行うことによって得られる。積層造形工程は、従来から一般的に利用されている金属用の粉末積層造形装置を用いて行うことが可能であり、粉末調製工程で調製された合金粉末は、このような積層造形工程の原料粉末として用いられる。積層造形装置に備えられる加熱手段としては、例えば、電子線加熱、レーザ加熱、マイクロ波加熱、プラズマ加熱、集光加熱、高周波加熱等の適宜の加熱原理によるものが用いられる。これらの中では電子線加熱又はレーザ加熱による積層造形装置が特に好適である。電子線加熱又はレーザ加熱によると、熱源の出力や、合金粉末の被加熱領域の微小化や、合金構造体の造形精度等の制御を比較的容易に行えるためである。

　積層造形工程は、詳細には、粉末展延工程、凝固層造形工程を含んでなる。積層造形工程では、図３６の（ａ）から（ｇ）に順に示されるような工程を経て、層状の凝固組織（凝固層）を形成し、層状の凝固組織（凝固層）の形成を繰り返すことで、凝固組織の集合からなる合金構造体を造形する。

　積層造形装置には、図３６の（ａ）に示すように、上端に基材載置台３００１を有する昇降可能なピストンが備えられている。この基材載置台３００１の周囲には、ピストンに連動しない加工テーブル３００２が備えられており、加工テーブル３００２上に原料粉末３０１０を供給する不図示の粉末フィーダ、供給された原料粉末３０１０を展延するリコータ３００３、原料粉末３０１０を加熱する加熱手段３００４、加工テーブル３００２上の原料粉末３０１０を除去する不図示のエアーブラスト、不図示の調温器等が備えられている。加工テーブル３００２やこれらの機器類は、チャンバに収容されており、チャンバ内の雰囲気は、加熱手段３００４の種類に応じて真空雰囲気又はアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気とされ、雰囲気圧力や温度が管理されるようになっている。積層造形を行うに際しては、基材載置台３００１にあらかじめ基材３０１５が載置され、基材３０１５の被造形面（上面）と加工テーブル３００２の上面とが面一となるように位置合わせされる。

　基材３０１５としては、加熱手段３００４による加熱に対する耐熱性を備えていれば適宜の材料を用いることができる。この合金構造体の製造方法においては、基材３０１５の被造形面上に対して合金構造体の積層造形が行われることで、基材３０１５と合金構造体とが一体化した状態の造形物が得られることになる。そのため、基材３０１５としては、切断加工等により合金構造体から分離することを想定して、平板状等の適宜の形状の基材３０１５を用いることができる。或いは、基材３０１５と合金構造体とを一体化した状態で機能させることを想定して、被造形面を有する任意形状の構造部材、機構部材等を基材３０１５として用いることもできる。

　粉末展延工程では、調製された合金粉末３０１０を被造形面上に展延する。すなわち、積層造形における初回の粉末展延工程では、積層造形装置に載置された基材３０１５に合金粉末３０１０を展延する。合金粉末３０１０の展延は、図３６（ｂ）に示すように、不図示の粉末フィーダによって加工テーブル３００２上に供給された合金粉末３０１０（図３６（ａ）参照）を、リコータ３００３を被造形面（基材３０１５）上を通過するように掃引して、合金粉末３０１０を薄層状に敷き詰めることによって行うことができる。展延されて形成される合金粉末３０１０の薄層の厚さは、合金粉末３０１０を溶融させる加熱手段の出力や、合金粉末３０１０の平均粒子径等に応じて適宜調節することができるが、好ましくは１０μｍ以上１０００μｍ以下程度の範囲とする。

　凝固層造形工程では、展延された合金粉末３０１０を局所加熱して溶融させた後に凝固させ、局所加熱による被加熱領域を合金粉末３０１０が展延された平面に対して走査することによって凝固層３０４０を造形する。後記の凝固層３０４０（図３６（ｅ）参照）の造形は、製造しようとする合金構造体の立体形状を表す３次元形状情報（３Ｄ－ＣＡＤデータ等）から得られる２次元形状情報にしたがって、加熱手段３００４による被加熱領域を走査することで行われる。２次元形状情報は、製造しようとする合金構造体の３次元形状を、仮想上、所定厚さ間隔でスライスして、複数の薄層の集合に分割した場合の各薄層の形状を特定する情報である。このような２次元形状情報にしたがって、所定の２次元形状と厚さとを有する凝固層３０４０が形成される。

　合金粉末３０１０の局所加熱は、図３６（ｃ）に示すように、加熱手段３００４によって、展延された合金粉末３０１０上の被加熱領域を限定して行い、展延された合金粉末３０１０の一部を微小な溶融池（溶融部３００５）が形成されるように選択的に溶融させることにより行う。合金粉末３０１０を溶融させて形成する溶融部３００５の大きさは、好ましくは直径１ｍｍ以下とする。溶融部３００５をこのような微小な大きさに制限することで、合金構造体の造形精度や、凝固組織における元素組成の均一性が高められるようになる。

　合金粉末３０１０の局所加熱による被加熱領域は、図３６（ｄ）に示すように、被造形面に平行に移動するように走査させる。被加熱領域の走査は、加熱手段３００４の本体の走査のほか、ガルバノミラー等による熱源の照射スポットの走査により行うことも可能であり、ラスター走査のような適宜の方式で実施する。このとき、複数の線源によるオーバーラップ走査を行い、照射されるエネルギー密度を平坦化させてもよい。そして、被加熱領域の走査によって、合金粉末３０１０が未だ溶融していない領域の局所加熱を新たに行うと共に、合金粉末３０１０が既に溶融して溶融部３００５が形成された領域の加熱を止めて、溶融部３００５を雰囲気温度の下で冷却して凝固させる。溶融部３００５が凝固することで形成される凝固部３０２０は、基材や既に形成されている凝固部３０２０と一体化しつつ凝固部３０２０の緻密な集合を形成することになる。

　加熱手段３００４の走査速度、出力、エネルギー密度、走査幅は、合金粉末３０１０の元素組成、粒度分布、基材３０１５の材質、溶融部３００５と凝固部３０２０との位置関係、チャンバ温度等から推定される熱伝導や熱放射に基いて適宜調整すればよい。また、溶融部３００５を冷却する冷却温度は、合金構造体の元素組成に応じて寸法変化、熱歪等を考慮して設定すればよい。溶融部３００５の大きさや、溶融速度や、冷却速度や、溶融及び冷却の時間間隔等を所定の範囲に維持して走査を行うことによって、造形される合金構造体の強度分布を均一化したり、残留応力や表面粗さを低減させたりすることが可能である。

　図３６（ｃ）から（ｅ）に示すように、基材載置台３００１に載置された基材３０１５上で、合金粉末３０１０の溶融と凝固とを繰り返し凝固部３０２０の集合を形成することで、所定の２次元形状と厚さとを有する凝固層３０４０が形成される。形成された凝固層３０４０の周囲や上面に残存している未溶融の合金粉末３０１０をエアーブラストによって除去した後、図３６（ｆ）に示すように、基材載置台３００１を、形成された凝固層３０４０の厚さに相当する高さ下降させて、凝固層３０４０の上面の新たな被造形面と加工テーブル３００２の上面とが面一となるように位置合わせする。

　位置合わせを行った後、図３６（ａ）から（ｂ）と同様にして粉末展延工程を行い、図３６（ｇ）に示すように、既に形成されている凝固層３０４０の上面に新たに供給された合金粉末３０１０を展延する。その後、図３６（ｃ）から（ｅ）と同様にして凝固層造形工程を行い、次層の凝固層３０４０の積層を行う。積層される凝固部３０２０は下層の凝固層３０４０の一部と一体化して緻密に焼結することになる。以降、同様にして、形成された凝固層３０４０の上面を被造形面とした粉末展延工程及び凝固層造形工程を繰り返すことで、所望の形状寸法の合金構造体を積層造形することができる。

　凝固層造形工程においては、合金粉末３０１０が溶融した後、凝固部３０２０が形成されるまでの高温の状態において、凝固部３０２０乃至凝固層３０４０の形状成形加工処理や表面加工処理を行うことができる。このような加工処理は、溶融部３０乃至凝固部４０の表面温度が５００℃程度以上の状態、好ましくは合金の融点（Ｔｍ）の５０％から７５％の温度域で、例えば、金属製若しくは合金製の工具、又は、ダイヤモンド粉末、金属間化合物粉末、タングステンカーバイド等の圧粉体等による無機製若しくは無機複合材料製の工具を用いた加工を施すことによって行うことができる。このような加工処理によって、難加工性である合金構造体を、より高精度な形状寸法に成形したり、装飾したりすることが可能である。

　粉末展延工程及び凝固層造形工程を繰り返すことで積層造形された合金構造体には、熱間等方圧加圧（Ｈｏｔ　Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ　Ｐｒｅｓｓｉｎｇ；ＨＩＰ）処理を別途実施してもよい。合金構造体を熱間等方圧加圧処理することによって、合金構造体の凝固組織をより緻密にしたり、凝固組織の欠陥を除去することができる場合があるためである。

　このような積層造形工程を繰り返し行って立体造形を行うことで、柱状晶を主晶とする合金構造体を微小な凝固組織の集合によって所望の形状寸法で製造することができる。また、微小な凝固組織（凝固部３０２０）のそれぞれの元素組成は、用いた合金粉末の元素組成を良好に反映しているため、元素組成分布の均一性及び機械的強度の分布の均一性が高い固溶相を形成することができる。さらには、一方向からの加熱によって凝固組織（凝固部３０２０）を形成し、結晶成長方向が略一方向に配向した凝固組織（凝固層３０４０）を積層することができるため、異方性が高い合金構造体を形成することができる。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限るものではない。また、上述の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したものに過ぎず、本発明による効果は、上述の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。また、上述の実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。

１　　　燃料電池
２　　　筐体
３　　　セパレータ
４　　　セル
４１　　燃料流路
４２　　燃料極
４３　　電解質
４４　　酸素極
４５　　酸素流路
Ａ　　　空気供給部
Ｅ　　　排気部
Ｆ　　　燃料供給部
１１１　　　第１ロケットエンジン
１１２　　　第１液体水素タンク

Claims

　金属３Ｄプリンタを使用して積層造形したロケットエンジン用部品であって、
　ベリリウム及び／又はベリリウム合金と、
　３種類以上の元素を有するハイエントロピー化した合金、並びにセラミック及びアルミニウムを有する複合材料から選択される１以上とを含み、
　前記ハイエントロピー化した合金は、前記３種類以上の元素それぞれの原子比が５０％以下の合金である、ロケットエンジン用部品。
　前記ハイエントロピー化した合金は、５種類以上の元素を有するハイエントロピー合金である、請求項１に記載のロケットエンジン用部品。
　前記ベリリウム合金は、ベリリウムを原子比で９０％以上含む、請求項１に記載のロケットエンジン用部品。
　前記ベリリウム合金は、単体としての温度２５℃、圧力１０１３ｈＰａでの比重がチタンの比重と略同じかチタンの比重以下である元素を含む、請求項１に記載のロケットエンジン用部品。
　前記ロケットエンジン用部品として、内部に液体水素を収容するタンクを含み、
　当該タンクは、筒状のシリンダ部と、当該シリンダ部の両端部を塞ぐドーム部と、を有し、金属３Ｄプリンタを使用して前記シリンダ部と前記ドーム部とが一体的に積層造形された、請求項１に記載のロケットエンジン用部品。
　ロケットに搭載され宇宙空間に置かれる人工天体の少なくとも一部を構成する、金属３Ｄプリンタを使用して積層造形した人工天体用部品であって、
　ベリリウム及び／又はベリリウム合金と、
　３種類以上の元素を有するハイエントロピー化した合金、並びにセラミック及びアルミニウムを有する複合材料から選択される１以上とを含み、
　前記ハイエントロピー化した合金は、前記３種類以上の元素それぞれの原子比が５０％以下の合金である、人工天体用部品。
　前記ハイエントロピー化した合金は、５種類以上の元素を有するハイエントロピー合金である、請求項６に記載の人工天体用部品。
　前記ベリリウム合金は、ベリリウムを原子比で９０％以上含む、請求項６に記載の人工天体用部品。
　前記ベリリウム合金は、単体としての温度２５℃、圧力１０１３ｈＰａでの比重がチタンの比重と略同じかチタンの比重以下である元素を含む、請求項６に記載の人工天体用部品。
　前記人工天体の軌道や姿勢を制御するための推力を生成するエンジンを構成する、請求項６に記載の人工天体用部品。
　前記人工天体は、地球を周回する人工衛星である、請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の人工天体用部品。
　前記人工天体は、地球以外の所定の天体に向かって移動する探査機である、請求項６乃至９のいずれか１０項に記載の人工天体用部品。
　地球以外の所定の天体に向かって宇宙空間を移動する探査機に搭載され、当該所定の天体の地上を走行する探査車両の少なくとも一部を構成する、金属３Ｄプリンタを使用して積層造形した探査車両用部品であって、
　ベリリウム及び／又はベリリウム合金と、
　３種類以上の元素を有するハイエントロピー化した合金、並びにセラミック及びアルミニウムを有する複合材料から選択される１以上とを含み、
　前記ハイエントロピー化した合金は、前記３種類以上の元素それぞれの原子比が５０％以下の合金である、探査車両用部品。