きぼう
「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.
他モジュールとの接続部分である共通結合機構(Common Berthing Mechanism:CBM)は、国際宇宙ステーションの共通部品であるためアメリカ・ボーイング社が製造しており、船内実験室側のアクティブCBMに船内保管室側のパッシブCBMが接続しており、船内実験室側のパッシブCBMにハーモニー側のアクティブCBMが接続している。結露防止対策として外壁構造にヒーターが設けられていて、カビや微生物の繁殖を抑える塗装が施されている。
窓はエアロックの左右に1つずつ合計2つあり、通常はシャッターで閉じられているが、丸いハンドルを回すことで手動で開閉できる。当初、窓はロボットアームを操作する際、2人の内1人がディスプレイ越しに操作を行い、もう1人が肉眼でロボットアームの動きを見て補助をするのに用いるため設計に盛り込まれた。ところが、ロボットアームがディスプレイだけで操作ができるほど高性能だったため、必要性がなくなり開発費などの節減も含めて窓の削除が提起されたが、窓がない閉鎖空間で勤務する宇宙飛行士たちの心理的側面を考慮し窓の削除案は退けられている。また、キューポラが設置されるまでは地球を眺められる窓は「きぼう」やズヴェズダなどしかなく、よく宇宙飛行士が訪れていたという。
壁面の色は、やや灰色がかったオフホワイトが採用されている。これは壁面の色を決めるにあたって、約100人の被験者を集めて「きぼう」の小型模型で実験を行い、また、様々な国籍・人種の宇宙飛行士にストレスを与える要因がなく、新機材などによる内部の変化に調和しやすい色が考慮された結果である。
2016年12月9日には、今までの3Uサイズの衛星搭載ケースを左右に2本あった6U対応のものを2段重ねにした、計12U対応の新型放出機構をHTV6号機でISSに輸送され、2017年1月16日の衛星放出時に初めて使われている。少しずつ衛星放出能力が増強されているが、「きぼう」のエアロックの大きさを限界まで活用すれば、最大で約300kgの衛星を放出できると見積もられている。2018年10月9日現在、これまでに34機が放出されている。
2018年2月23日に、きぼう利用戦略に基づくきぼう利用事業の民営化の第1弾として、2024年末までの契約で2023年度までに自立的運営を目指し技術移転を行う条件で超小型衛星放出サービス事業者の募集を開始し、2018年5月29日に応募があった5社の中からSpace BDと三井物産が選ばれている。
今後の計画では、2018年に6Uサイズの衛星を放出可能にし、2019年に24U相当、2020年には48U相当に能力を向上させた衛星放出機構を開発し運用する予定で、2020年以降は年間100Uの衛星放出を構想している。この年間100Uの内、民間の割合が7割に、JAXAが3割になる予定である。なお、この小型衛星放出機構(J-SSOD)を利用した衛星放出事業のJAXAでの税込み標準価格は、1Uが300万円、2Uが500万円、3Uが800万円、50kg級が1億400万円となっているが、民間事業者での価格は未定となっている。
外径 - 船外実験プラットフォーム側1.7m、船内実験室側1.4m
長さ - 2.0m
耐圧性能 - 約1,047hPa
通過可能荷物寸法 - 約0.64m×0.83m×0.80m
通過可能荷物重量 - 300kg
消費電力 - 600W以下
内側ハッチは手動で開閉されるが外側ハッチは基本的に電動により開閉され、ボタンでハッチが自動的に開閉するオートモードと、1つ1つボタンを押しながら開閉手順を確認して開閉するマニュアルモードの2種類あり、電力供給がなくなるなどの緊急時には船内実験室側から手動で開閉できるようになっている。物資を搬出する際には、エアロック内の移動テーブルに取り付けて伸展させることにより出し入れ行う。これらを使用して、地球観測、材料の実験や製造、生命科学(宇宙医学・バイオなど)、通信などの実験が行われる。このエアロックは、使用時にエアロック内の空気を船内に回収できる機能があり、3時間でエアロック内の空気の約8割を回収できる>。
船内実験室は船内保管室と共にほとんどが高張力アルミ合金を用いた溶接一体構造となっている。空気漏洩対策として貫通部のシール全てが2重以上(与圧部間のOリングシールは3重)になされており、漏洩が起きてもシールを後から追加で取り付けられる構造となっていて、大きさが6インチ以上の漏洩時の影響が大きいシールは、測定孔が設けられ個別に漏洩確認ができるようになっている。筑波宇宙センターで行われた真空槽に入れての気密試験では、1年間に100リットル程度の漏洩量という試験結果が出ており、アメリカの実験棟より1桁少なく良好な結果を示している。また、2004年1月に起きたアメリカ実験棟にある2重ガラス窓の曇り防止のために設けられている空気排出用のジャンパホースを宇宙飛行士が何回も掴んだことによる空気漏洩事故により、まだ打ち上げ前の「きぼう」は対策として白いカバーをジャンパホースごと窓のある壁面を覆っている。
2010年11月10日 - 宇宙空間での実験設備に要求される高い機能性・安全性・操作性を実現したことが評価され、2010年度グッドデザイン賞において「金賞(経済産業大臣賞)」を受賞した。
2010年11月26日 - JAXAとNECが「宇宙用遠隔操作ロボット「ロボットアーム」(親アーム)」で応募し、経済産業省と一般社団法人日本機械工業連合会などが主催する「第4回ロボット大賞 日本科学未来館館長賞」を受賞している。
2011年9月8日 - 「「きぼう」ロボットアームと装置交換機構による軌道上組立技術の実用化」により、一般社団法人日本ロボット学会が主催する「第16回(2011年)日本ロボット学会実用化技術賞」を受賞している。
2011年9月28日 - 1997年8月7日に打ち上げられたスペースシャトルSTS-85において行われた、きぼうに実装する前の技術実証として精密ロボットアーム実験(マニピュレーター飛行実証試験、MFD:Manipurator Flight Demonstration)を世界で初めて宇宙空間で行った成果により、きぼうはアメリカ航空宇宙学会(AIAA)による「2011AIAA Space Automation andRobotics Award」をきく7号と共に受賞している。
2014年3月28日 - きぼうの「REX-J」開発・運用チームが、一般社団法人日本機械学会が主催する「2013年度宇宙工学部門一般表彰スペースフロンティア」を受賞している。
細胞実験ラック(Saibo Experiment Rack:Saibo)は、1J/Aミッションで船内保管室に搭載して打ち上げられ、1Jミッションで船内実験室に移設された。植物や細胞などを培養する装置を搭載し、宇宙環境が生物にどのような影響を与えるのかを解明するための実験を行う。
細胞培養装置 (Cell Biology Experiment Facility:CBEF) - 微小重力培養室と回転テーブルによる最大2Gまでの人工重力を起こせる培養室の2つの培養室を持っている。
クリーンベンチ (Clean Bench:CB) - 生物実験で実験試料がカビやほこりに汚染されないよう、微小粒子が100から1,000個の環境を作り出す装置。2018年8月2日現在、運用を行っていない。
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。
「標準モード」 - 船内保守、ペイロード運用などの時に運用されているモード。普段はこのモードを中心に運用されている。
「リブーストモード」 - ISSが軌道変更(リブースト等)を行うときのモード。
「微小重力モード」 - 微小重力環境で実験装置の運用を行うため、微小重力性能が適用される。
「サバイバルモード」 - ISSの姿勢や電力に異常が生じるなど、搭乗員に危険が及ぶ恐れがある場合などに発動される、ISSの長期間運用を行うモード。電力、通信、排熱等のペイロード運用支援は保証されない。このモードへの移行はいつでも可能となっている。
「接近モード」 - ソユーズ、プログレス、こうのとり等の他の宇宙機の接近や離脱時に運用支援を行う。
「安全確実なクルーの帰還(Assured Safe Crew Return:ASCR)モード」 - 異常時に搭乗員が危機に晒され、地上への帰還を行うにあたって、ソユーズ宇宙船の離脱を支援する。このモードへの移行はいつでも可能となっている。
「外部運用モード」 - 船外活動(EVA)やロボットアーム運用時等、船外での組立作業や保全作業を支援する。
きぼうの本格的な運用が始まった2008年8月以降、生命科学、宇宙医学、技術開発、応用利用、物質科学、物理科学、宇宙物理学、人文科学、社会科学などの各分野の他、船外を利用した民生品の宇宙実証、地球観測、小型衛星放出など様々な成果が出ている。ISSで行われた日本の実験は1998年12月-2013年9月までに453件、きぼうを利用したミッションは設置後約5年間で約80件に上り、これらの実験により2013年8月までに「きぼう」に関連した査読付き論文は925件が発表されており、学位論文(博士論文、修士論文、学部卒業論文)は85件、それ以外の総説、査読なし論文、プロシーディングス等が697件となっている。また、「きぼう」利用研究者が国の競争的資金制度などの競争的資金を獲得した件数は2013年8月までに140件を超えている。
これらの一連の成果については宇宙航空研究開発機構(JAXA)ホームページ内の「宇宙ステーション・きぼう広報・情報センター」にて発信されており、2014年までに得られた成果をまとめた「「きぼう」利用成果レポート2014 -宇宙で得られた成果-」と題する報告書も出されている。
JAXAで構想している小型宇宙ステーション。ISS運用予定が短かった頃に構想されたもので、運用終了時に廃棄されるモジュールから設計上10年程度寿命の残っているきぼうを回収し、発展型HTVによって独自の居住モジュールやドッキングモジュール、太陽電池アレイ、推進モジュール(場合によっては打ち上げに使ったHTVの与圧キャリアや推進モジュールを流用する)を打ち上げ、組み合わせる予定であった。
超伝導サブミリ波リム放射サウンダ(Superconducting Submillimeter-Wave Limb-Emission Sounder:SMILES)は、2009年9月にHTV初号機で打ち上げられ、船外実験プラットフォームのEFU#3(不具合時はEFU#5)に設置された。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。SMILESは2010年4月に、サブミリ波受信系の一部の機器が故障したため観測運用は出来なくなった。2011年1月19日に復旧を断念し運用を終了したが、稼働していた半年分の大気観測データは得られており、また2014年3月まで行われた、SMILESに搭載されている小型長寿命化した機械式冷凍機による極低温冷却の技術実証による温度変化の特性データも得られている。その後、2015年9月にHTV5号機で回収され大気圏再突入時に廃棄されている