きぼう
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』
きぼうは国際宇宙ステーション (ISS) を構成する日本・宇宙航空研究開発機構（JAXA）保有の実験棟。計画時の呼称はJEM（Japan experiment module：日本実験棟）。
目次 |
[編集] 概要
日本はアメリカ合衆国が冷戦末期の1980年代に、西側諸国の結束の象徴として、宇宙ステーション建設を主張した当初から参加を訴えており、計画自体は幾度の変遷を経たが、日本の立場・方針は変わらず一貫して参加を表明してきた。そのなかで日本は費用面だけでなく、構成するモジュールの建設にも意欲を示し、宇宙開発事業団（NASDA・当時）が製造・保有・運用を担当することとなった。開発費用は約1800億円と見積もられている。
「きぼう」には日本国の主権が及ぶことから管制は全て日本で行うが、電力・廃熱・姿勢制御などの宇宙基地としての基本的なインフラをアメリカ側モジュールから提供されるため、対価として施設使用権の46.7パーセントをアメリカが保有している。また、カナダはカナダアーム2の提供により施設使用権の2.3パーセントを保有する。日本が保有する施設使用権は残りの51パーセントである。
[編集] 歴史
※宇宙ステーション全体の計画経緯は、フリーダム宇宙ステーションも参照。
1982年6月、ベッグスアメリカ航空宇宙局(NASA)長官（当時）から日本の中川科学技術庁長官（当時）へ、初めて宇宙ステーション計画への参加要請が行われた。これを受けて8月、日本政府は宇宙開発委員会に宇宙基地計画特別部会を設置して検討を開始した。1985年5月には、NASAと科学技術庁の間で宇宙ステーション計画予備設計了解覚書が署名され、日本でも設計作業に着手した。
日本は実験モジュールを設置することで計画に参加することになった。このときの計画では、既に与圧部（現在の船内実験室）と曝露部（現在の船外実験プラットフォーム）、それぞれの補給部とロボットアームからなる構成が示されており、現在のきぼうと概略的には違いはない。宇宙ステーションの全体計画が大きく変化する中で、これほど変更が加えられていないのは特異とも言え、各時代の完成予想図の中で日本の区画は容易に見出すことができる。
宇宙ステーションの全体設計は繰り返し見直され、時期も延期されてきたが、これはアメリカ側が一方的に行ったことで、日本側は従うしかなかった。日本が担当した部位は実験室であり、電力や生命維持などの宇宙ステーションの基幹部分に関しては参加を許されなかった。また、輸送はスペースシャトルに依存していた。日本には、アメリカに強く意見できるだけの影響力はなかったのである。
特に、1993年に行われた変更で、きぼうは大きな影響を受けた。それまでは宇宙ステーションの進行方向前側に居住モジュールとスペースシャトルのドッキング装置が、後側に日欧の実験モジュール（現在のきぼうとコロンバス）を設置する計画だったが、この変更で日欧のモジュール設置位置は進行方向前側に設定された。また、進行方向と平行に設置される予定だったものが、横向きに変更された。この場所はデブリの衝突を受ける可能性が高く、しかもモジュール側面を大きく晒すことになったため、きぼうにはデブリシールドと呼ばれる装甲板が追加された。
「きぼう」はスペースシャトルなどによって3度に分けて ISS に運ばれ、組み立てられる。当初は2006年（平成18年）から2008年（平成20年）までに宇宙に運ばれ、運用が始まるはずであった。しかし、2003年（平成15年）2月にスペースシャトル「コロンビア」が空中分解、乗組員全員が死亡する事故が発生し、 ISS 建設が遅れている。またアメリカ航空宇宙局（NASA）はシャトル使用を2010年までとしたため、この年で ISS 建設も実質建設終了となると思われる。「きぼう」の打ち上げも相当な遅れが予想されたが、2006年3月の日米協議によって2007年（平成19年）から2009年（平成21年）に打ち上げることで最終合意した。
この合意に基づき、きぼう初の打ち上げ要素となる船内保管室は、2008年3月11日に打ち上げられたスペースシャトル「エンデバー」、ミッションSTS-123で宇宙に運ばれ、同月14日国際宇宙ステーションに取り付けられ、翌15日から運用が始まった（日付は全て日本時間）。以後、2009年までに全ての要素と、きぼうで使用する実験装置や物資を輸送する宇宙ステーション補給機1号機(HTV-1)が打ち上げられ、本格的な運用を開始する予定である。
[編集] 船体
「きぼう」は与圧部である船内実験室（PM）と船内保管室（ELM-PS）、曝露部の船外実験プラットフォーム（EF）と船外パレット（ELM-ES）、きぼう専用マニピュレーターのロボットアーム（JEM-RMS）、衛星間通信システム（ICS）といった6つの主要部位で構成されている。
[編集] 船内実験室（PM）
きぼうの中心となる部位。地上と同じ1気圧の空気が保たれ、飛行士はシャツ一枚で過ごせ、最大4名が同時搭乗できる。主に微小重力環境を利用した実験を行う。内部にはきぼう全体のシステムを管理・制御する装置や実験設備が備えられた23個のラックを設置できるよう設計されており、そのうち10個は実験ラックを予定している。船外実験プラットフォームへの貨物の出し入れを行うエアロックも装備されている（サイズが小さいため宇宙服を着た人間の出入りはできない）。これらを使用して、天文観測、地球観測、材料の実験や製造、生活科学（宇宙医学・バイオなど）、通信などの実験が行われる。
船内実験室は、スペースシャトルが打ち上げる ISS モジュールの中でも最大（デスティニーをも上回る）であるため、重量制限から打ち上げ時のスペースシャトルSTS-124はセンサ付き検査用延長ブーム(OBSS)を搭載できない。このため、直前に船内保管室を輸送したSTS-123は、OBSSを ISS に残して帰還しており、STS-124はこれを使用して点検を行った後、地上へ持ち帰った。また、船内実験室に搭載するラックも最小限とせざるを得ず、システム機器用ラックのうち5個を予め船内保管室で輸送した。船内実験室とともに打ち上げられるラックだけでは1系統のみのシステムとなるが、船内保管室からラックを移設することで、本来必要な2系統のシステムを構成した。
- 形状 - 円筒形
- 直径（外径） - 4.4m
- 直径（内径） - 4.2m
- 全長 - 11.2m
- 乾燥重量 - 15.9t
- 搭乗員 - 通常2名、最大4名（時間制限）、居住設備は米国モジュールに依存
- 搭載ラック - 総数23個
- システム機器用ラック - 11個
- 実験ラック - 10個
- 冷蔵庫ラック - 1個
- 保管ラック - 1個
- 電力 - 直流120V・最大24kW
- 通信制御 - 32ビット計算機システム、高速データ伝送最大100Mbps
- 環境制御性能 - 温度：18.3～26.7度、湿度：25～70%
- 寿命 - 10年以上
[編集] 船内保管室（ELM-PS）
軌道上で保管庫として使用される部位。日本が打ち上げた初の有人施設となった。実験室同様に1気圧が保たれ、8個のラックを搭載できる。打ち上げ時には船内実験室のシステム機器用ラック5個、実験ラック2個、保管ラック1個を搭載しており、これらは船内実験室打ち上げ後に移設された。当面、船内保管室には何も設置されていない状態となる。
上部が斜めにカットされたような形状になっているが、ここには船外実験プラットフォームと同じ実験装置交換機構が1つ用意されている。HTV到着時に、後述の船外パレットをここに仮置きして、HTVの暴露パレットを取り付ける場所を空けるために使用する。仮置き中も電力の供給や通信が可能である。
当初計画では、スペースシャトルで持ち帰り、運用終了したラックや資料を地上に輸送したり、新しいラックや実験材料を ISS へ輸送することを考慮していた。しかし、シャトル運用が ISS 完成と同時に終了することもあり、持ち帰らないことを前提としてスペースシャトルへの積み込みに必要な部品の一部を取り外してしまっている。
- 形状 - 円筒形
- 直径（外径） - 4.4m
- 直径（内径） - 4.2m
- 全長 - 4.2m
- 乾燥重量 - 4.2t(打ち上げ時8.4t)
- 搭載ラック - 8個
- 電力 - 直流120V・最大3kW
- 寿命 - 10年以上
[編集] 船外実験プラットフォーム （EF）
微小重力・高真空の宇宙曝露環境を利用して、科学観測、地球観測、通信、理工学実験、材料実験を行う多目的実験スペース。船外実験装置や衛星間通信装置を取り付け・交換できる12の結合部があり、これによって様々な実験を行う。
先端の結合部は、2J/Aミッションでは船外パレットを取り付けるのに使われる。ロボットアームで2基の実験装置と衛星間通信アンテナを船外実験プラットフォームに移設した後、船外パレットは取り外される。以後は、HTVが到着した際に、HTVの曝露パレットを取り付けるのに使われる。
- 形状 - 箱形
- 幅 - 5.0m
- 長さ - 5.2m
- 高さ - 3.8m
- 質量 - 4.1t
- 実験装置取付け場所 - 12箇所
- システム機器用 - 2箇所
- 実験装置設置用 - 9箇所
- 実験装置仮置き用 - 1箇所
- 電力 - 直流120V・最大11kW
- システム機器用 - 最大1kW
- 実験装置用 - 最大10kW
- 通信制御 - 16ビット計算機システム、データ伝送速度：最大100Mbps
- 環境制御性能 - なし
- 寿命 - 10年以上
[編集] 船外パレット （ELM-ES）
船外実験プラットフォームに取り付ける船外機器を3基取り付け、スペースシャトルで輸送するためのパレット。船内保管室と同様、シャトルによる複数回の利用を想定して設計されており、機器の地上回収も可能である。
2J/Aミッションでは、船外実験装置2基(MAXI,SEDA-AP)と衛星間通信システムを搭載する。船内保管室と異なり、搭載機器は直ちに船外実験プラットフォームに移設され、船外パレットは空荷でスペースシャトルのペイロードベイに戻されて、地球へ持ち帰られる。これは先述の通り、船外パレット取付部をHTVが使用するためである。持ち帰った船外パレットを再度使用する予定はないが、シャトル運用中に船外実験装置をシャトルで輸送する必要が生じた場合には使用可能である。
- 形状 - フレーム型
- 幅 - 4.9m
- 長さ - 4.1m
- 高さ - 2.2m(実験装置を含む)
- 質量 - 1.2t(実験装置を含まない)
- 実験装置取付け場所 - 3箇所
- 実験装置2個＋ORU 2～3個とすることも可能
- 電力 - 直流120V・最大1kW
- 環境制御性能 - なし
- 寿命 - 10年以上
[編集] ロボットアーム（JEM-RMS）
実験や船体の保全作業支援に使用する実用ロボット（マニピュレーター）。全長10mの親アームと、2.2mの子アームの二つの腕とアーム作業卓からなる。アームはそれぞれ6つの関節を持ち、人間の腕と同じような動作が可能である。
[編集] 衛星間通信システム（ICS）
きぼうの運用を効率的に行うため、船外実験プラットフォームには直径約80cmのアンテナを持つ装置を設置する。これとJAXAのデータ中継衛星こだまを利用して、筑波宇宙センターとの間でデータ・画像・音声などの双方向通信を行う。こだまが1機しかなく、連続通信は不可能であるため、管制には使用せず大容量の実験データ送受信等に使用する。通信速度は、地上へのダウンリンクが50Mbps、地上からのアップリンクが3Mbpsとなっている。
[編集] 実験装置
きぼうは実験施設であり、宇宙実験を行うことが利用目的である。スペースシャトルの重量制限のため、打ち上げ時には一部の実験装置しか搭載されておらず、2009年と2010年にHTVで実験装置を輸送して搭載する。以後の計画は未定であるが、きぼうの搭載スペースには余裕があり、引き続き新たな実験装置が搭載されると思われる。
なお、きぼうの利用権の47%は米国が保有しているため、実験装置の半数はNASAが設置する予定である。
[編集] 船内実験室実験装置
米国、欧州と共通の国際標準実験ラック(ISPR)をJAXAが5基、NASAが5基設置する予定である。NASAは一部の実験装置をデスティニーから移設したほか、新たなラックの打ち上げも予定しており、2009年にはISPR規格のISS長期滞在員用個室1基を設置する。これはカプセルホテルのような1人分のプライベートスペースで、ISSの滞在人数を3人から6人に倍増するために増設される。2009年後半から滞在予定の野口聡一飛行士がきぼうに居住する可能性もある。[1]
JAXAが設置するラックは以下の通り。
[編集] 流体実験ラック(RYUTAI)
1J/Aミッションで、船内保管室に搭載して打ち上げられた。1Jミッションで船内実験室に移設され、後日配線などが行われて使用可能になる。マランゴニ対流の観察や結晶成長実験などを行い、結晶生成メカニズムの解明や結晶成長制御技術開発を行うための実験を行う。
[編集] 細胞実験ラック(SAIBO)
1J/Aミッションで、船内保管室に搭載して打ち上げられた。1Jミッションで船内実験室に移設され、後日配線などが行われて使用可能になる。植物や細胞などを培養し、宇宙環境が生物に与える影響を解明するための実験を行う。
[編集] 勾配炉ラック
2010年にHTV2号機で打ち上げて設置する。試料を最高摂氏1600度まで加熱して融解、冷却、結晶化して半導体の性質を研究する。宇宙飛行士の手で同時に15個の試料を装着することができ、地上からの遠隔操作で試料の交換や実験操作が可能である。
- 炉体部（GHF-MP）
- 試料自動交換機構（SCAM）
- 制御装置（GHF-CE）
[編集] 多目的実験ラック（MPSR）
2010年以降の設置に向けて、開発を進めている。
[編集] 計画中
その他、水棲生物実験装置（AQH）、静電浮遊炉（ELF）が2010年以降に計画されている。[2]
[編集] 船外実験プラットフォーム実験装置
船内実験装置と同じJAXAが5基、NASAが5基設置する。船外実験プラットフォームに取り付けた状態で打ち上げることはできないため、船外パレットか、HTVの曝露パレットに搭載して打ち上げ、ロボットアームで取り付けられる。
[編集] 宇宙環境計測ミッション装置（SEDA-AP）
2009年の2J/Aで、船外パレットに取り付けて打ち上げられる。人体や人工衛星に影響を与える各種の宇宙環境を計測する。3年間の計測を行った後、サンプル（材料曝露実験装置）をスペースシャトルで持ち帰り、残りはHTVで廃棄される予定とされている。実際には2010年にスペースシャトルの退役が決定しているため、2012年頃に利用可能な回収手段はソユーズのみである。
- 中性子モニタ（NEM）
- 重イオン計測装置（HIT）
- プラズマ計測装置（PLAM）
- 高エネルギー軽粒子モニタ（SDOM）
- 原子状酸素モニタ（AOM）
- 電子部品評価装置（EDEE）
- 微小粒子捕獲実験装置（MPAC）
- 材料曝露実験装置（SEED）
[編集] 全天X線監視装置（MAXI）
詳細は「全天X線監視装置」を参照
2009年の2J/Aで、船外パレットに取り付けて打ち上げられる。広視野のX線観測装置を備えて、ISS の公転により96分間隔で全天のX線映像を撮影し、突発的な天文現象の発生を発見する。
[編集] 超伝導サブミリ波リム放射サウンダ（SMILES）
2009年に、HTV1号機で打ち上げて設置する。成層圏の大気に含まれる微量な物質が放射するサブミリ波を計測し、オゾン層および関連する化学物質の観測を行う。
[編集] 開発担当企業
- 三菱重工業 - 与圧部（船内実験室・船内保管室）
- アイ・エイチ・アイ・エアロスペース - 曝露部（船外実験プラットフォーム・曝露パレット）・与圧部搭載ラック・実験装置等
- 川崎重工業 - エアロック・結合部
- NEC - ロボットアーム・衛星間通信システム
[編集] 打ち上げ予定
きぼうの各部位・機材は3度に分け、スペースシャトルで宇宙空間に運ばれ、その都度、ISS 本体と接続される。
- 1J/Aミッション
- ミッションナンバー：STS-123、打ち上げオービター「エンデバー」
- 打ち上げ部位：船内保管室
- 打ち上げ年月日：2008年（平成20年）3月11日
- JAXA任務飛行士：土井隆雄（保管室の取り付け及び室内の設定作業）
- 1J/Aは日本と米国の ISS 機材を同時に運ぶミッションの1回目を表している。米国側機材は特殊目的ロボットアーム「デクスター」。
- 船内保管室には実験ラックなどが積み込まれた状態で打ち上げられ、一時的にハーモニー天頂側結合部に設置された。
- 1Jミッション
- ミッションナンバー：STS-124、打ち上げオービター「ディスカバリー」
- 打ち上げ部位：船内実験室、ロボットアーム
- 打ち上げ年月日：2008年（平成20年）6月1日
- JAXA任務飛行士：星出彰彦（実験室の取り付け及び室内の設定作業）
- 1Jは日本の機材のみを運ぶミッションの1回目を表す。
- 船内実験室をハーモニー左舷側に設置後、船内保管室を船内実験室天頂側に移設し、ラックの搬入を行った。
- 2J/Aミッション
- ミッションナンバー：STS-127、打ち上げオービター「エンデバー」
- 打ち上げ部位：船外実験プラットフォーム、船外パレット、衛星間通信システム（船外機器）
- 打ち上げ年月日：2009年6月（予定）
- JAXA任務飛行士：若田光一（2009年3月以降から第18/19次長期滞在クルーとして ISS に滞在。打ち上げ各部位の船体取り付け及び設定作業。本任務終了後、STS-127にて帰還予定。）
- 日本と米国による2回目の同時打ち上げ。
- 船外パレットは持ち帰る。
 1J/Aミッション後 |
 1Jミッション後 |
 2J/Aミッション後 |
[編集] 運用
[編集] 費用
JAXAの2007年度予算は約2276億円で、このうち、きぼう開発予算である国際宇宙ステーション開発費補助金は333億円、HTVの開発費は215億円である。きぼう完成後の年間維持費は300億円とされ、HTV（約140億円/機）とH-IIBロケット（約100億円/機）を年間1機打ち上げる費用を加えると、年間の経費は540億円程度となる。総額では2007年度予算とほぼ同じであり、完成後に費用が急増することはない。しかし、JAXAの2007年度予算のうち413億円は情報収集衛星の受託費であり、JAXA独自の予算は毎年1800億円程度であることを考えると、きぼうの運用費用は日本の宇宙開発予算の中で相当のウェイトを占めていると言える。
[編集] 管制
きぼうの管制は、筑波宇宙センターにある宇宙ステーション総合推進センター（Space Station Integration and Promotion Center: SSIPC）で行われる。SSIPCでは、きぼう自体の運用を行う「システム運用」と、搭載している実験装置の運用を行う「実験運用」が行われる。
- システム運用
SSIPC内にある運用管制室で、3交代24時間体制で監視を行っており、指揮を執るフライトディレクタと運用管制員は総勢50名以上が勤めている。きぼうのシステムを監視するほか、利用計画や補給物資の輸送計画、不具合発生時の修理計画などの立案も担っている、 きぼうとSSIPCの通信は、ISSの通信システムからTDRS、ジョンソン宇宙センターを経由して24時間行われる。きぼうに搭載される衛星間通信システムは、中継する衛星がこだま1機しかなく連続通信はできないため、大量のデータを送受信する場合などに使われる。
- 実験運用
実験装置を搭載したユーザは、運用管制室に隣接したユーザエリアで実験の模様をモニタし、ISSと連絡を取り合うことができる。
[編集] 「きぼう」に関連する計画
[編集] セントリフュージ
詳細は「セントリフュージ」を参照
日本は「きぼう」打ち上げの見返りとして、アメリカ航空宇宙局の実験棟「セントリフュージ」における重力発生装置などの開発・製造を行い、宇宙空間にてアメリカに引き渡す予定であった。だが2005年（平成17年）8月31日に発表されたNASAの変更計画で「セントリフュージ」計画は中止され、日本における開発も終了した。NASAとはその後の調整によって、開発品の一部を納入することにより、契約を完了すること、及び「きぼう」の打ち上げについて合意している。装置本来の目的であった生命科学の発展に貢献することはできなかったが、「きぼう」打ち上げの対価と言う意味においては、成功を収めたと言えるであろう。
[編集] HTV
詳細は「宇宙ステーション補給機」を参照
日本は1997年（平成9年）から、米国のスペースシャトルやロシアのソユーズなどに頼らず、地球からISSへ物資を輸送する独自の宇宙輸送システムを開発することを決定した。これはHTV (H-II Transfer Vehicle) と呼ばれる機体で、全長10メートル弱、直径4メートルの円筒形で、推進モジュール・電気モジュール・キャリアの三区画からなる。こちらは2009年（平成21年）度の使用開始を予定している。
[編集] その他
[編集] 名称
「きぼう」という愛称は1999年に宇宙開発事業団（当時）が公募したものであり、この愛称を応募した総数は132人であった。宇宙開発事業団から組織改変された宇宙航空研究開発機構が、応募者名簿を2005年4月施行の個人情報保護法の下誤った認識により破棄し、「きぼう」の命名者も一時不明になっていたが、後に再発見された。
[編集] トラブル
船内実験室設置直後、センサーが結露するというトラブルが発生した。これは、船内実験室が通常2名、時間制限つきで4名在室できるよう設計されているのに、ISSにいた11名の宇宙飛行士全員が船内実験室に集まってしまったためと判明した。前述のとおり、船内実験室はISS最大の与圧モジュールであり、ラック搬入前の船内実験室の広さに宇宙飛行士たちが「はしゃぎすぎた」のであった。
[編集] 注釈
[編集] 外部リンク
- 「きぼう」日本実験棟 -- JAXA （日本語）
- 「きぼう」ハンドブック (8.8MB) -- JAXA （日本語）
- Kibo Japanese Experiment Module -- アメリカ航空宇宙局 （英語）
