きぼう
きぼう(KIBO)は、宇宙航空研究開発機構 (JAXA) が開発した日本の宇宙実験棟で、国際宇宙ステーション (ISS) を構成する部位の1つ。ISSでは最大の実験棟で、通称は「きぼう」日本実験棟。計画時の呼称はJEM(Japanese Experiment Module:日本実験棟)。日本で初めての軌道上研究所と位置付けられている。エアロックやロボットアームを備え、ISSでは唯一、重量50キログラム程度までの超小型人工衛星を軌道投入できる機能を有し、JAXAが各国から衛星射出を受託している。
「きぼう」は日本初となる有人宇宙実験施設で、日本が宇宙ステーション計画への参加を決めた1985年に当時の宇宙開発事業団(NASDA、現JAXA)を中心に開発が始まり、完成した各部位はアメリカへ輸送された後、スペースシャトルで3回に分けて打ち上げられ、2009年7月19日に24年の歳月をかけ完成した。開発費用は、きぼう本体に約2,500億円、きぼうに搭載する実験装置に約450億円、地上施設開発費と宇宙飛行士訓練費とシャトルによるきぼう打ち上げ費に約2,360億円である。
「きぼう」は、実験を行う「船内実験室」と「船外実験プラットフォーム」、倉庫となる「船内保管室」、船外機器などを輸送する「船外パレット」、実験装置の交換などを行う「ロボットアーム」、地上との双方向通信でデータなどをやり取りする「衛星間通信システム」の6つで構成されており、全部位の結合時の大きさは長さ20.5m、高さ8.6m、幅8.9m、重さ約26トンになる。きぼうの部品総点数は約200万点に及ぶ。
現行のIGA(宇宙基地協力協定)5条(登録・管轄権)により、日本は宇宙物体として登録した「きぼう」「HTV(こうのとり)」と日本人宇宙飛行士・宇宙旅行者等に対し管轄権及び管理の権限を有している。
「きぼう」の利用に関しては、アメリカとカナダは基盤要素となる電力と居住機能(アメリカ)、ロボットアーム(カナダ)を提供しているため、「きぼう」の利用権をアメリカが46.7%、カナダが2.3%持っており、日本の利用権の割合は51%となっている(船内実験室、船外実験プラットフォーム共)。従って、日本は船内実験室の実験ラック10個と船外実験プラットフォームの実験装置10個の内、それぞれ常時5個(51%)ずつ設置でき、残りの5個はNASAが設置できる。また、日本が得ている電力・搭乗員作業時間(クルータイム、年約200時間)・地上との通信・物資輸送(打ち上げ重量約400kg、回収重量150kg)などのアメリカ側の利用用資源は12.8%で、宇宙飛行士の搭乗権配分も12.8%となっている。これらの権利の対価として、日本には「きぼう」の開発・維持・運用・運用管制などを行う責任があり、船内実験室の軌道上での検証後は共通システム運用経費(Common System Operations Costs:CSOC)の分担義務が発生するため、HTV(こうのとり)での物資輸送による現物提供を以て負担している。
1985年に開発が始まった当初、「きぼう」の開発の意義・目標として「高度技術の習得」「次世代の科学や技術の促進と宇宙活動範囲の拡大」「国際協力への貢献」「宇宙環境利用の実用化の促進」の4つが示されており、本格的な運用が始まった2008年8月以降各種実験や利用により様々な成果が上がっている。日本政府は2015年12月22日に、国際宇宙ステーションが2024年まで運用が延長されるのに伴い、アメリカ政府との協議で延長に参加することで合意しており、「きぼう」も2024年まで運用を行う予定となっている。
※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。
宇宙ステーション計画は、NASAの宇宙ステーションタスクフォースが1982年(昭和57年)5月に設けられ、そこで宇宙ステーション計画の概念設計が始まり、同年6月にジェームズ・ベッグスアメリカ航空宇宙局 (NASA) 長官から日本の中川一郎科学技術庁長官へ、初めて宇宙ステーション計画への参加要請が行われた。これを受けて同年8月、日本政府は宇宙開発委員会に宇宙基地特別部会を設置して検討を開始し、1983年6月に宇宙基地特別部会の中間報告が出された段階で日本実験モジュール(JEM)の基本概念はほぼ出来つつあった。
その後、1984年1月25日にアメリカのレーガン大統領が年頭一般教書演説において、10年以内に恒久的な有人宇宙基地の建設を指示すると明言し、そして同年6月に行われたロンドンサミットにおいて、日本、カナダ、欧州に対して宇宙ステーション計画への参加を要請し、これにより現在に続く宇宙ステーション計画が本格的に動き出した。1984年の段階で独自開発ではなくNASAから共通モジュールを買う意見も出たが退けられている。
検討を重ねてきた宇宙基地特別部会は、1985年4月に公表した「宇宙基地計画参加に関する基本構想」において宇宙ステーション計画に日本が参加することを正式に表明し、日本は実験モジュール(JEM)を設置することで計画に参加することを決定した。これを受けて同年5月には、NASAと科学技術庁の間で宇宙ステーション予備設計段階協力の了解覚書(Memorandum of Understanding:MOU)が署名され、宇宙開発事業団(NASDA)が実施機関として参加することになり、55億円の開発研究予算が認可され、日本実験モジュールの予備設計に着手した。
計画への参加を表明した日本は、宇宙開発事業団(NASDA)を中心に開発を担うことになったが、当時のNASDAには有人宇宙開発に関する部署がなかったため、小さな会議室を割り当てた上で、ロケットや人工衛星の開発に従事していた人員、白木邦明元JEMプロジェクトマネージャーをはじめ3人のみで開発が始まった。
日本実験モジュールの予備設計は1987年3月に完了し、1987年度から日本実験モジュールの開発予算が計上されたものの、IGAが国会で承認されるまでは予備設計の延長作業などが行われた。そして、1988年9月に宇宙基地に関する多国間協力協定(旧IGA、1998年1月に新IGAとなる「民生用国際宇宙基地のための協力に関するカナダ政府、欧州宇宙機関の加盟国政府、日本国政府、ロシア連邦政府及びアメリカ合衆国政府の間の協定」(改正宇宙基地協力協定)に改定)が署名され、1989年6月22日に「常時有人の民生用宇宙基地の詳細設計、開発、運用および利用における協力に関するアメリカ合衆国政府、欧州宇宙機関の加盟国政府、日本国政府およびカナダ政府の間の協定(Intergovernmental Agreement:IGA)」が国会で承認された。これにより、当時フリーダムと呼ばれた国際宇宙ステーション計画は予備設計段階から開発段階へと移り、日本の実験モジュールの開発も本格的に始まった。
日本は実験モジュールの予備設計に入った1985年4月の段階で、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(船内保管室と船外パレット)とロボットアームからなる構成が示されており、1987年4月から1991年にかけて何度も行われたアメリカによる宇宙ステーション基準概念の変更(1987年-1989年にリフェージング(Rephasing)、1990年-1991年にリストラクチャリング(Restructuring))への対応で1991年5月に示された日本実験モジュールの最終コンフィギュレーションが元である、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し、アメリカや欧州の各モジュールの規模が大幅に縮小される中、日本実験モジュールの基本構成はほとんど変わらなかった。
宇宙ステーションの全体設計はNASAによって繰り返し見直され、完成時期も何度も延期されてきた中で、日本側は翻弄され日本実験モジュールも大きな影響を受けた。
特に、1993年2月のクリントン大統領による計画縮小の指示による変更と、ロシアの参加で日本実験モジュールは大きな影響を受けた。急遽編成された国際宇宙ステーション計画の再設計チーム(Station Redesign team:SRT)は、リデザイン(Redesign)と称して見直し案を90日間で3つ立案(α:アルファ、β:ベータ、γ:ガンマ、の3案)し、大統領諮問委員会(Blue Ribon Panel)の答申を受けたクリントン大統領はこの3つの案の中からフリーダムを簡素化した案を選び、最終的に「デザインα(軌道傾斜角は28.5度、搭乗員は4人のまま)」として再設計された案を軸に建設が進められることになった。
それまでの計画では、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、後側に日本と欧州宇宙機関(ESA)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、この見直しによりISSから日本実験モジュールへの電力供給が減ったため、その見返りに日本実験モジュールの設置場所がコロンバスと共にISSの汚染環境が最もひどい後方から進行方向側最前方に変更され、曝露実験の環境としては最適な位置となった。その反面、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上、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、きぼうは船体の壁の厚さを当初の3.2mmから4.8mmに厚くした上で、デブリシールドと呼ばれる外部装甲板(デブリバンパー)の厚さを増すなどして強化することとなった。加えて、この場所は太陽の日射量の変化が激しいため、厳しい温度変化に対応すべく船内実験室の大規模な熱制御システムの開発も行われることとなった。
更に、1993年12月6日に行われたワシントンでのIGA政府間協議において、ロシアの国際宇宙ステーション計画への招請が決まり、同月にこの招請を受諾したロシアがISS計画に参加することになったが、それに伴う新しい計画であるロシアンα(アルファ、搭乗員が6人へ)への変更により、ロシアの射場からISSへロケットを打ち上げられるようにするため、ISSの軌道傾斜角が当初の28.5度から51.6度に変更されることになった。
この結果、日本実験モジュールをスペースシャトルで打ち上げるにあたり、軌道傾斜角が増したことによりスペースシャトルでの打ち上げ可能質量が減ったため、1995年6月に組み立て順序が改訂され、当初は1回目でロボットアームを取り付けた日本実験モジュール与圧部(現船内実験室)、2回目がそれ以外の計2回を予定していた日本実験モジュールの運搬回数が3回に分けて運ばれることになった。また、与圧部を内装した状態では打ち上げられないため、日本実験モジュール補給部(現船内保管室)に冗長系システム機器を入れて与圧部より先に打ち上げられることになった。その反面、この軌道傾斜角が増えたことにより船外実験プラットフォームに設置される後述のMAXIやSMILESなどの全天観測及び地球全周観測が目的の実験機器にとっては都合の良い条件となった。
このように、紆余曲折を経ながらも日本実験モジュールの規模自体は縮小されず現在のきぼうに至っている。なお、1995年3月にジョンソン宇宙センターで行われた宇宙ステーションの第1回目の設計審査(Incremental Design Review#1:IDR)で、宇宙ステーション計画の名称が「フリーダム宇宙ステーション(SSF)」から現在の「国際宇宙ステーション(ISS)」と呼ばれるようになった。
「きぼう」の開発は各構成要素ごとに、「開発基礎試験」、「エンジニアリングモデル(Engineering Model:EM)製作試験」、「プロトフライトモデル(Proto Flight Model:PFM)製作試験」の3段階に分けて行われているが、最初に取り組まれたのは使いやすさや圧迫感がないかといった宇宙ステーションに滞在する宇宙飛行士の快適性を考えた心理学的な技術要求を明らかにすることから始まった。
「開発基礎試験」では、各構成要素の構造や機能の検討を行い、また、実物大模型(モックアップ)や宇宙用部品でなく地上の民生品や材料を使ったブレッドボードモデル(Bread Board Model:BBM)を製作して、アクセス性評価試験など各種試験を行い、基本的な設計の実現性を確認するためのデータを取得し、問題点の洗い出しを行い解決している。
「エンジニアリングモデル製作試験」では、実機(フライトモデル)とほぼ同じ形態の技術試験モデルを作り、設計や製造工程の妥当性を確認するための各種試験を行いデータを取得し、
機械的・電気的な設計仕様、試験方法、製造工程の確立を行った。問題点・欠陥の洗い出しのため、実際の運用条件より厳しい過剰な負荷を与える試験も行われている。このエンジニアリングモデル製作試験は、筑波宇宙センターで行われた各構成要素を結合しての全体システム試験が1998年10月に終わったことにより完了している。
「プロトフライトモデル製作試験」では、実際にISSに設置される実機モデルが「エンジニアリングモデル製作試験」の時に確立された設計仕様・製造工程で製作され、実際の運用条件での各種試験が行われ、材料や製作上の欠陥がないことを確認している。
この実機モデル製作の流れは、各部品のフライト品が完成すると各要素ごとに組み立てと音響試験、モーダルサーベイ試験、熱真空試験、電磁適合性試験など10種類以上の試験が行われた。各要素の検証作業が終わると筑波宇宙センター宇宙ステーション試験棟に各要素を集めたうえで結合させ、各部の統合試験が行われた他、ISS本体とのインターフェース試験などを行う「きぼう」日本実験棟の全体システム試験(2001年9月-2002年5月)、モジュールリーク試験などが行われた。これが終わると、きぼうは3回に分けて打ち上げられるため、各打ち上げコンフィギュレーションの試験が行われた。
この試験が終わった後、船内実験室が2003年4月22日から6月6日にかけて、船内保管室、ロボットアーム、実験ラックが2006年12月から2007年3月にかけて、船外実験プラットフォーム、船外パレットが2008年9月19日から9月24日にかけてケネディ宇宙センターへと輸送されている。ケネディ宇宙センターに到着後、各要素は宇宙ステーション整備施設(Space Station Processing Facility: SSPF)に搬入され、JAXAやNASAによる適合性確認試験(Multi-Element Integration Test-III:MEIT-III)などの各種試験や打ち上げ前の整備作業が行われ後スペースシャトルで打ち上げられた。
なお、きぼうの開発では実機の開発製造だけでなく、打ち上げ後の軌道上での組立手順や宇宙飛行士の移動方法などの開発も行われており、筑波宇宙センター無重量環境試験棟(Weightless Environment Test Building:WET)内の無重量環境試験設備の1つである直径16m、深さ10.5mの無重量環境模擬水槽(Weightless Environment Test System:WETS)にて、「きぼう」の実物大模型(モックアップ)を水中に設置して船外活動手順開発試験が2000年1月-2005年11月にかけて6回に分けて行われた。ここでは他に船外活動無重量シミュレーション試験も行われている。
「きぼう(KIBO)」という愛称は1999年4月に宇宙開発事業団(当時)が「JEM」の愛称を公募して決まったもので、漫画家の松本零士や向井千秋宇宙飛行士などが選考委員を務め、2万227人に上る応募者の内、「きぼう(KIBO)」で応募した総数は132人であった。宇宙開発事業団から組織改編された宇宙航空研究開発機構が、応募者名簿を2005年4月の個人情報保護法施行の際に独自の判断により破棄したことが2008年3月22日に判明し、「きぼう」の命名者も一時不明になっていたが、同3月25日に筑波宇宙センターの資料保管庫で再発見されている。また、2000年5月にきぼう各部の通称が決まり、与圧部が「船内実験室」に、曝露部が「船外実験プラットフォーム」に、マニピュレーターが「ロボットアーム」に、補給部与圧区が「船内保管室」に、補給部曝露区が「船外パレット」に、そしてJEMは「「きぼう」日本実験棟」にそれぞれ決まっている。
1984年4月にNASDAが科学技術庁に提出した資料では、実験モジュールと共通実験装置の開発費が約3,000億円弱、実験装置開発費を除く年間運用利用費は約300億円強で、スペースシャトル1回の打ち上げ費は8,300万ドル(1984年レート、1ドル230円)と見積もっている。また、1986年の段階で推定された開発費は、1987年度以降に日本実験モジュールの開発費が約2,600億円、宇宙環境利用共通技術や共通実験装置開発費などに約450億円と見積もられ、日本実験モジュールの打ち上げ費は実費支弁契約が想定された。
実績値としては、きぼうの運用と利用を主たる目的とした日本における国際宇宙ステーション計画の2010年までの総費用は約7,100億円で、その内訳は、きぼう開発費に約2,500億円、きぼう実験装置開発費に約450億円、HTV開発費(技術実証機の建造費含む)に約680億円、地上施設開発費と宇宙飛行士訓練費とシャトルによるきぼう打ち上げ費に約2,360億円、運用費(管制・保全など)と利用費(実験関連費)に約1,100億円である。なお、ここにはH-IIBロケットの開発費は含まない。
2011年以後の1年毎の日本の国際宇宙ステーション計画費用は約400億円で、その内訳は、運用費(管制・保全・宇宙飛行士訓練など)に約90億円、利用費(実験関連費)に約60億円、物資輸送費(H-IIBによるHTV(こうのとり)打ち上げ)に約250億円である。日本の宇宙開発費のうちJAXA独自の予算は毎年約1,800億円であり、毎年約400億円の支出となる国際宇宙ステーション計画費用は日本の宇宙開発予算の中で情報収集衛星に次ぐ比重を占めている。ただ、2010年以降は日本の負担するISS関連経費は減少傾向にあり、2018年度は約342億円となっている。
(各国ごとの支出は国際宇宙ステーションを参照。)
主要な開発担当企業は以下の通り。
三菱重工業 - 与圧部(船内実験室・船内保管室)・全体の取りまとめを担当。
石川島播磨重工業(現IHI) - 曝露部(船外実験プラットフォーム)・国際標準実験ラック(ISPR)・熱制御系の一部・実験支援系(共通ガス供給装置(Common Gas Supply. Equipment:CGSE))・実験データ処理装置(Payload Data Handling unit:PDH)を担当。
日産自動車(現アイ・エイチ・アイ・エアロスペース) - 曝露部(船外パレット)を担当。
川崎重工業 - エアロック・EF/PM結合機構・環境制御装置(船内実験室用空気調和装置、船内保管室用空気循環ファンなど)を担当。
NEC東芝スペースシステム(現NECスペーステクノロジー) - ロボットアーム親アーム・衛星間通信システム(Inter-orbit Communication System:ICS)与圧系サブシステム及び曝露系サブシステム・きぼうのメインコンピューターの管制制御装置 (JEM Control Processor:JCP)・ネットワークシステム・実験装置。
日立製作所 - ロボットアーム子アームを担当。
三菱電機 - 電力系(Electrical Power System:EPS)・テレビモニターを担当。
地上運用には、有人宇宙システム株式会社、ソラン(現TIS)、株式会社エイ・イー・エス、三菱スペース・ソフトウエア、宇宙技術開発株式会社などが関わっている。また、NTTデータ、三菱プレシジョン、三菱電線工業、横浜ゴム、メイラ、大陽日酸、中菱エンジニアリング、西菱エンジニアリング(現MHIニュークリアシステムズ・ソリューションエンジニアリング)、光製作所、MHIエアロスペースシステムズ、ミネベアなどの企業の他、株式会社田中(現SDC田中、大阪市)や川西航空機器工業(兵庫県)、東成エレクトロビーム(東京都)、竹中システム機器(京都府)、瑞木製作所(愛知県)などの中小企業も開発に携わっている。
きぼうの開発・運用に参加している企業は約650社で、国内の宇宙に携わるほぼ全ての企業が参加している。また、2013年までにきぼうの運用に約380社、利用に約350社が参加している。
「きぼう」はスペースシャトルによって3回に分けてISSに運ばれ組み立てられた。これは、日本がISS計画への参加を表明した1985年当時から、日本の実験モジュールをスペースシャトルで打ち上げることが決まっていたためで、スペースシャトルの貨物室の寸法・打ち上げ能力に合わせて大きさや重さが設計されている。 当初の「きぼう」の打ち上げ時期は、1986年3月下旬に行われた宇宙ステーション全体のシステム要求審査(System Requirement Review:SRR)の段階で、合計14回と設定されたスペースシャトルの打ち上げを3段階に分けた内の3段階目となる1994年であった。
しかし、アメリカの杜撰な開発管理に端を発する宇宙ステーション計画の度重なる変更や、アメリカの財政悪化に伴う宇宙ステーション計画の変更やロシアの参加、ロシアのサービスモジュールの開発遅延など、さまざまな理由で幾度となく「きぼう」の打ち上げ時期や見通しが変更されてきた。
その後、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たため、ISSの建設が遅れると同時に「きぼう」の打ち上げ時期もさらに遅れることとなった。またアメリカ航空宇宙局 (NASA) はシャトル運用を2010年までとしたため(その後退役が延期され、2011年8月31日にスペースシャトルプログラムは正式に終了している。)、2011年7月21日にISSの建設は終了し完成した。スペースシャトル打ち上げ再開後の「きぼう」の打ち上げ時期については、4つあるISSの太陽電池パネル設置前に「きぼう」を取り付けると電力が足りなくなる恐れがあったため、NASA側は打ち上げを遅らせたい意向を示していたが、JAXAは早く打ち上げるよう交渉し、2006年3月2日に行われた国際宇宙ステーション計画に関する宇宙機関長会議によって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ている。これにより最後の太陽電池パネルよりも先に船内実験室が打ち上げられることになった。
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」でのミッション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)。
続いて同年6月のディスカバリーによるミッションSTS-124で船内実験室及びロボットアームを設置し、2009年7月に打ち上げられたエンデバーによるSTS-127で、船外実験プラットフォームが取り付け・起動が完了した同7月19日11時23分に「きぼう」は完成した。
各種動作確認で機能にも問題がないことが確認され、本格的な運用を開始した。2009年9月には、宇宙ステーション補給機 (HTV) による実験装置と物資の輸送が始まった。2010年2月24日の衛星間通信システム (ICS) の本格稼働、3月の子アームの設置をもって、基本要素の設置は終了した。
設置にあたって、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であり、搭載空間の問題から打ち上げ時のスペースシャトルにセンサ付き検査用延長ブーム (Orbiter Boom Sensor System:OBSS) を搭載できなかった。このため、ひとつ前のフライトで船内保管室を輸送した際に、OBSSをISSに残して帰還し、次のフライトでこれを回収して使用することでスペースシャトルの熱防護システムの点検を行う苦肉の策が取られた。また、打上げ時に船内実験室に搭載するラックも最小限とせざるを得ないため、システム機器用ラック(システムラック)のうち5台と実験ラック2台、保管ラック1台は事前に船内保管室でISSに輸送した。船内実験室とともに打ち上げられるシステムラックだけでは片系統のみのシステムしか起動できないが、船内保管室から上記ラックを移設することで、有人運用に必要な2系統のシステムを構築できるようにした。
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
打ち上げ日時:2008年(平成20年)3月11日15時28分(日本時間)
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。
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
打ち上げ日時:2008年(平成20年)6月1日6時2分(日本時間)
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、船内実験室を起動し、ラックの搬入を行い、船内保管室を船内実験室天頂側に移設した。
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(ICS-EF)
打ち上げ年月日:2009年(平成21年)7月16日7時3分(日本時間)
JAXA任務飛行士:若田光一(2009年3月にSTS-119で出発。第18/19/20次長期滞在クルーとしてISSに4ヶ月半滞在。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にて帰還した。)
日本と米国による2回目の打ち上げ。米国側ペイロードはISSの交換用のバッテリーと、その他の曝露機器の予備品
船外パレットは回収した。
「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。すべてを結合した状態での、きぼうの全長は20.5m(ロボットアーム除く)、全高8.6m(船外実験プラットフォーム除く)、全幅8.9m(船外パレット、ICS-EF含む)、重さ約26トンであり、国際宇宙ステーション(ISS)の中で最大の実験モジュールとなっている。
船内実験室 (Pressurized Module:PM)は、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、宇宙飛行士は普段着で過ごせ、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・制御する装置のラックと実験設備が備えられた国際標準実験ラックの合わせて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。きぼうの主要システムは、ラックも含めてA系とB系の二重冗長構成になっている。船内実験室の四隅にはスタンドオフ部と呼ばれる各ラック間の隙間部分があり、ここに電力などの各種リソース供給のための配管・配線などがハーモニー側に向けて艤装されている。ラックなどが運び入れられると、宇宙飛行士が活動できる空間は約2.2m四方となり、クルー支援系設備として各所に多数の足拘束具であるフット・レストレイント(Foot Restraint)とハンドレールが設置されている。空気吹き出し口は照明と交互に10か所以上設けられており、空気吸い込み口は床側両端にある青線上に10か所以上設けられている。