高度宇宙複合材料市場規模と展望、2023-2031年

## 高度宇宙複合材料市場に関する詳細な市場調査レポート概要

### 市場概要

世界の高度宇宙複合材料市場は、2022年に10億4,531万米ドルの収益を記録しました。この市場は、予測期間である2023年から2031年にかけて年平均成長率（CAGR）11.94%で拡大し、2031年には28億8,493万米ドルに達すると推定されています。高度宇宙複合材料は、その卓越した特性から長年にわたり宇宙用途で利用されており、その適用範囲は拡大の一途をたどっています。これらの材料は、打ち上げロケット、衛星、ペイロード、有人宇宙船など、多岐にわたる宇宙アプリケーションで不可欠な存在です。

特に、宇宙船のミッションにおいて最小限の重量と環境安定性が求められる場合、複合材料は極めて有効かつ成功裏に活用されます。高度宇宙複合材料は、打ち上げロケットにおいても多様な目的で使用されており、例えば、炭素繊維強化複合材料のような洗練された材料は、固体ロケットモーターや燃料・ガス貯蔵用の圧力タンクを支持するために一般的に用いられています。さらに、ロケットモーターのノズルや再突入時の熱シールドといったアブレーションおよび高温部品にも、複合材料は不可欠です。

高度宇宙複合材料は、熱絶縁性やアブレーション特性において多様な品質を提供するだけでなく、費用対効果の高さ、加工の容易さ、高い強度対重量比、そして多機能性といった優れた特長を有しています。特に、高弾性率の炭素繊維強化積層板は、多くの複合材料製宇宙船アプリケーションにおいて主要な材料として利用されています。有人宇宙カプセルにおいては、複合材料パネルが車両再突入時に必要な熱保護システム（TPS）を提供します。その高い耐熱性と低い熱膨張率は、使用されるTPS材料の量を削減し、車両全体の重量を軽減するという追加的な利点をもたらします。これらの特性は、宇宙ミッションの成功に不可欠な要素であり、今後も高度宇宙複合材料の需要を牽引し続けるでしょう。

### 市場促進要因

高度宇宙複合材料市場の成長を牽引する主要な要因は多岐にわたります。

#### 1. 3Dプリンティング技術による宇宙産業の変革
3Dプリンティング（積層造形）は、小型打ち上げロケット（SLV）産業に革命をもたらし、車両の製造時間とコストを大幅に削減しています。この技術は、熱可塑性樹脂、複合材料、金属合金といった軽量素材を利用し、高い耐腐食性および耐摩耗性を備えた耐久性のあるロケット部品の製造を可能にします。これにより、従来の製造方法と比較して、より堅牢で高性能なロケット部品を開発できるようになりました。
具体例として、英国のスタートアップ企業Orbexは2019年2月に、SLM800システムで製造された世界最大の3DプリントSLVを発表しました。また、米国のスタートアップ企業Relativity Spaceも2020年に3Dプリンティング技術を用いて打ち上げロケットを製造しています。さらに、アンダルシア航空宇宙開発財団（FADA）の事業部門である先進航空宇宙技術センター（CATEC）は、より効率的な推力室を製造するために人工知能（AI）とニューラルネットワークの導入を進めています。これらの継続的な3Dプリンティング技術の進歩は、宇宙部品製造における画期的な機会を提供し、市場成長の強力な推進力となっています。

#### 2. 小型衛星コンステレーションおよび深宇宙ミッションの需要増加
リアルタイム地球観測、ナビゲーション、追跡・監視、グローバルインターネットカバレッジといったアプリケーションを目的とした小型衛星コンステレーションや深宇宙ミッションの打ち上げが、多くの国で活発化しています。貨物、船舶などのより高速で信頼性が高く効率的なリアルタイム追跡・監視システム、および地球観測（EO）の需要増加に伴い、衛星コンステレーションに対する市場の需要は非常に高まっています。
米国憂慮する科学者同盟（UCS）の報告によると、2020年には1,100基以上の衛星が打ち上げられ、これらは商業、政府、軍事といった幅広い用途に利用されました。大型衛星が単一の軌道位置にある小型衛星のクラスターに徐々に置き換えられる傾向も見られ、これにより低コストの深宇宙探査への道も開かれています。さらに、小型衛星は人工知能（AI）を通じてリモートセンシングや深宇宙探査ミッションに合わせてカスタマイズ可能であり、これは予測期間における高度宇宙複合材料の世界市場をさらに活性化させると期待されています。

#### 3. COTS（商用オフザシェルフ）コンポーネントの利用拡大
COTS（Commercial Off-The-Shelf）コンポーネントは、高パフォーマンス、高電力、高信頼性を提供しつつ、QML認定の耐放射線強化コンポーネントよりも安価であるという利点があります。COTSコンポーネントは、低コストで迅速なサービスが求められる衛星の要求を迅速に満たすことができます。また、COTSコンポーネントは比較的安価に要件に応じて容易に修正することが可能です。修正されたCOTS（MCOTS）コンポーネントは、製造プロセスが簡素であり、多様な技術と手法を用いて迅速に供給できます。
COTSコンポーネントの利用は、品質を損なうことなく放射線遮蔽を提供し、宇宙ベースのコンポーネストのコストと開発時間を削減します。宇宙産業で広く利用されているCOTSコンポーネントは、他の分野での利用拡大の可能性も秘めており、これが市場成長を促進する要因となっています。

### 市場抑制要因

高度宇宙複合材料市場の成長を阻害する要因も存在します。

#### 1. 宇宙産業における開発の高コスト
宇宙産業は、製品開発において多くの要素を考慮する必要があるため、本質的に高コストです。宇宙ベースのスマートセンサーや電子部品を製造するために必要な資源や原材料は、堅牢性と信頼性が求められるため、非常に高価です。したがって、企業は高効率なコンポーネントを開発するために、研究開発活動に莫大な資金を投じる必要があります。
主に利用される耐放射線強化電子部品は、過酷な環境下で動作するために放射線耐性を持つように製造されています。しかし、信頼性が高く堅牢な耐放射線強化電子部品の製造と開発は、複合材料の試験と開発にかかる膨大なコストのため、非常に高価です。電子部品の遮蔽パッケージングなどの他の技術も存在しますが、この技術も高コストかつ重量が大きいため、宇宙電子機器メーカーのエンドユーザーにとってコストに大きな影響を与えます。これらの要因が市場の成長を抑制すると推定されています。

#### 2. COTSコンポーネントの潜在的なデメリット
COTSコンポーネントはコスト削減と迅速な製造という利点がある一方で、飛行実績情報がない、放射線サポートがない、トレーサビリティがない、均質性がないといった欠点も抱えています。これらの特性は、問題が発生した場合に高い所有コストにつながる可能性があります。初期導入コストは低いものの、予期せぬ故障や性能問題が発生した際の対応には多大な費用と時間がかかるリスクがあり、これが一部のミッションクリティカルな宇宙アプリケーションでの採用をためらわせる要因となり得ます。

### 市場機会

高度宇宙複合材料市場には、将来の成長を促す多くの機会が存在します。

#### 1. 3Dプリンティング技術の継続的な発展
3Dプリンティング（積層造形）技術の継続的な進歩は、宇宙部品製造における有望な機会を提供します。この技術は、打ち上げロケットの生産時間とコストを削減し、熱可塑性樹脂、複合材料、金属合金などの軽量素材を使用することで、高い耐腐食性と耐摩耗性を持つ堅牢なロケット部品の開発を可能にします。
前述のOrbexやRelativity Spaceの事例に加え、CATECがより効率的な推力室製造のためにAIとニューラルネットワークを統合する計画は、この分野における革新の継続性を示しています。3Dプリンティングは、高性能なロケットエンジンの開発にも貢献しており、その進化は高度宇宙複合材料の新たな応用範囲を広げ、市場に大きな成長機会をもたらします。

#### 2. 宇宙探査プログラムの拡大
各国政府や軍事機関による宇宙探査プログラムの活発化は、高度宇宙複合材料の需要を押し上げる大きな機会です。例えば、米国航空宇宙局（NASA）や欧州宇宙機関（ESA）などの主要機関は、衛星システムや宇宙打ち上げロケット構造に高度複合材料を積極的に採用しています。
NASAのラングレー研究センターは、NASAエイムズ研究センター、NanoAvionics、サンタクララ大学ロボットシステム研究所と提携し、2021年7月にAdvanced Composite Solar Sail System（ACS3）ミッション用の展開可能な軽量複合材製ブームとソーラーセイルシステムを開発しました。これは、軌道上でソーラーセイルに複合材製ブームが使用される初の事例となります。このような先進的なミッションは、高度宇宙複合材料の技術革新と需要拡大を促進します。

#### 3. 欧州におけるサプライチェーンの確立
欧州宇宙機関（ESA）は、Horizon 2020プログラムの一環としてSpaceCarbonプロジェクトを立ち上げました。このプロジェクトは、打ち上げロケットおよび衛星アプリケーション向けの欧州製炭素繊維（CF）およびプリプレグ材料の開発を目指しています。この取り組みは、欧州の宇宙部門がこれらの重要な宇宙技術における非欧州圏からの供給への依存度を低減し、将来の宇宙プログラムが供給制限や材料不足によって停止するリスクを軽減するための欧州サプライチェーンを確立することを可能にします。これにより、地域内の高度宇宙複合材料市場の成長が促進され、新たなビジネス機会が創出されます。

### セグメント分析

#### 1. プラットフォーム別
グローバル市場は、衛星、打ち上げロケット、深宇宙探査機・ローバーに分類されます。
* **衛星セグメント**は市場で最も重要な貢献者であり、予測期間中にCAGR 12.76%で成長すると推定されています。衛星は通常、通信、ナビゲーション、追跡に使用され、主に地球軌道に配置されます。高速で信頼性が高く効率的なリアルタイム追跡・監視、リアルタイム地球観測（EO）、ナビゲーション、通信、技術実証の必要性が高まっているため、LEO（低軌道）ベースの衛星コンステレーションに対する市場の需要が非常に高まっています。この成長するLEOベースのメガコンステレーションは、高度宇宙複合材料の需要に貢献する主要な要因の一つです。衛星セグメントはさらに、小型衛星（0～1,200kg）、中型衛星（1,201～2,200kg）、大型衛星（2,200kg超）に細分化されます。

#### 2. コンポーネント別
グローバル市場は、ペイロード、構造体、アンテナ、太陽電池アレイパネル、推進剤タンク、宇宙船モジュール、日よけドア、スラスタ、熱保護、その他に二分されます。
* **構造体セグメント**がグローバル市場を支配し、予測期間中にCAGR 14.12%で成長すると予測されています。衛星や打ち上げロケットの宇宙構造体またはフレームは、いくつかの高度宇宙複合材料で構成されています。例えば、アルミニウムマトリックス複合材料は衛星構造体に使用され、アルミニウム-炭素強化プラスチック積層板は衛星構造体アセンブリに使用されます。これらは、金属製の同等品と比較して、衛星構造体アセンブリで33%の軽量化を実現します。打ち上げロケット構造体では、一部の企業が炭素-炭化ケイ素複合材料をディスクブレーキ、ノズルのジェットベーン、エンジンフラップ、打ち上げロケットのノーズキャップに使用しています。

#### 3. 材料別
グローバル市場は、繊維、樹脂、ナノ材料、セラミック基複合材料（CMC）および金属基複合材料（MMC）、その他に二分されます。
* **繊維セグメント**が最高の市場シェアを占め、予測期間中にCAGR 11.60%で成長すると予測されています。繊維の種類では、グローバル市場は炭素繊維とガラス繊維に分類されています。これらの繊維は、衛星や打ち上げロケットなどの宇宙アプリケーションに使用されます。例えば、2019年には欧州宇宙機関（ESA）のClean Spaceイニシアチブの一環として、地球の磁場と磁気的に相互作用して衛星の向きを変えるマグネトトルカーが設計されました。これはドイツ航空宇宙センター（DLR）の施設にあるプラズマ風洞に保管され、再突入条件が再現され、蒸気となって溶融しました。このマグネトトルカーは、銅コイルを備えた外部の炭素繊維強化ポリマー複合材料と、内部の鉄-コバルトコアで構成されていました。

#### 4. 製造プロセス別
グローバル市場は、自動繊維配置（ATL/AFP）、圧縮成形、積層造形、その他に分類されます。
* **圧縮成形セグメント**が市場シェアで最大の貢献者であり、予測期間中にCAGR 11.8%で成長すると予測されています。圧縮成形は、予熱されたポリマーが開放された加熱金型キャビティに配置される成形プロセスです。その後、金型は上部のプラグで閉じられ、材料が金型のすべての領域に接触するように圧縮されます。この成形手順は、炭素繊維、アラミド繊維、またはガラス繊維の複雑で高強度の複合構造体を均一な数で製造するのに適しています。航空機および宇宙分野は、圧縮成形された複合部品アプリケーションの重要な供給源であり続けるでしょう。

#### 5. サービス別
グローバル市場は、修理・メンテナンス、製造、設計・モデリングに分類されます。
* **製造セグメント**がグローバル市場を支配し、予測期間中にCAGR 11.76%で成長すると予測されています。複合材料は宇宙システムの製造において不可欠な要素となっています。そのため、多くの企業が宇宙アプリケーション向けに高度複合材料の製造能力を提供しています。例えば、Applied Compositesは、高度複合材料の開発に従事する5つの施設を米国カリフォルニア州とインディアナ州に持っています。これらの施設は、高品質な材料と構造技術の開発、製品開発、試験サービス、および航空宇宙・防衛分野向けの宇宙船部品の製造に注力しています。

### 地域分析

#### 1. 北米
北米の高度宇宙複合材料産業シェアは、予測期間中にCAGR 11.46%で成長すると予想されています。この地域で市場が大きく成長している主要な要因の一つは、今後10～15年間に打ち上げられる衛星コンステレーションの増加です。また、ロッキード・マーティン、ノースロップ・グラマン、東レ・アドバンスト・コンポジッツ、ヘキセル・コーポレーションなどの主要な高度宇宙複合材料プロバイダーがこの地域に存在し、政府や軍事関係者による宇宙探査プログラムも市場機会を創出しています。
さらに、米国航空宇宙局（NASA）やその他の宇宙企業は、衛星システムや宇宙打ち上げロケット構造に高度宇宙複合材料を使用しています。2021年7月には、NASAのラングレー研究センターがNASAエイムズ研究センター、NanoAvionics、サンタクララ大学ロボットシステム研究所と提携し、Advanced Composite Solar Sail System（ACS3）ミッション用の展開可能な軽量複合材製ブームとソーラーセイルシステムを開発しました。これは、軌道上でソーラーセイルに複合材製ブームが使用される初の事例となります。このような要因が、この地域の市場成長を後押しすると予想されます。

#### 2. 欧州
欧州は、予測期間中にCAGR 12.92%を示すと予想されています。欧州地域の宇宙セクターは、欧州宇宙機関（ESA）や欧州委員会といった主要な国家宇宙機関、およびこの地域で活動する商業宇宙企業の存在によって強く牽引されています。
欧州宇宙機関（ESA）は、Horizon 2020プログラムのもとでSpaceCarbonプロジェクトを導入しました。このプロジェクトは、打ち上げロケットおよび衛星アプリケーション向けの欧州製炭素繊維（CF）およびプリプレグ材料の開発を目指しています。これにより、欧州のサプライチェーンが確立され、欧州の宇宙セクターがこの重要な宇宙技術における非欧州圏からの供給への依存度を低減し、将来の宇宙プログラムが非欧州圏からのこれらの材料の供給制限や不足によって停止するリスクを軽減できるため、市場成長が促進されます。

#### 3. アジア太平洋
アジア太平洋地域の宇宙セクターは、この地域の主要経済圏が強力な成長パターンに向けて徐々に加速しており、オーストラリア、シンガポール、インドネシア、マレーシア、タイなどのアジア太平洋諸国で経済ブームが起きていることから、著しく成長しています。この地域の国々は、衛星ベースのサービスを可能にする小型衛星コンステレーションの生産を増やしています。
この地域には、アジア太平洋地域での宇宙活動を増やすために1993年に設立された専門フォーラムであるアジア太平洋地域宇宙機関フォーラム（APRSAF）もあります。オーストラリア、シンガポール、ベトナムなどの他のアジア太平洋諸国も、打ち上げロケットの建造から衛星製造まで、宇宙能力を開発・強化しています。しかし、中国を除くアジア太平洋地域の国々は、宇宙にある衛星の数が少ないため、世界レベルでのこの地域の市場シェアは低く、これが市場の成長を阻害する要因となっています。

#### 4. その他地域（Rest-of-the-World）
その他地域には、ブラジルやアラブ首長国連邦などの国々が含まれます。その他地域の宇宙産業は、米国や英国のような強力な国々と比較してまだ完全に発展していません。したがって、高度宇宙複合材料の需要は他の地域と比較して低い可能性があります。しかし、これらの国々は、地球観測、技術開発、通信ベースのアプリケーションを可能にする衛星群を構築するための技術的進歩に注力しており、これが市場成長を牽引しています。

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