宇宙ステーション補給機
国際宇宙ステーション(ISS)の船外の宇宙空間に設置される材料曝露実験装置や予備部品を搭載する区画。過去の宇宙機では実績のない2.7m × 2.5mという大開口部を有しており、その中に曝露パレットを収納することができる。曝露パレット(Exposed Pallet: EP)は、「きぼう」船外実験プラットフォーム係留専用型と、多目的曝露パレット型の2タイプが用意されている。また、非与圧部の搭載能力は5号機までは1.2トンであったが、6号機からはISS用新型リチウムイオンバッテリ6台を一度に打ち上げるため、搭載能力が1.9トン(カーゴ搭載用の棚構造の質量を含む)に増強されている。
「きぼう」船外実験プラットフォーム係留専用型(I型)は、「きぼう」の船外実験プラットフォーム(EF)に取り付ける曝露実験装置を2 - 3個搭載する。HTVがISSに接続されると、パレットはカナダアーム2で把持されて補給キャリア非与圧部から引き出され、きぼうのロボットアーム(JEMRMS)に受渡した後、EFの先端に仮置きされる。HTV技術実証機ではこのタイプが使用され、日米の曝露実験装置2個を搭載した。HTV2号機では米国の曝露機器2台を運搬したが、このI型が使われた。
多目的曝露パレット型(EP-MP型)は、カナダアーム2により引き出された後、ISSのトラス上のモービル・ベース・システム(Mobile Base System: MBS)に仮置きするタイプと、I型と同様にEFに仮置きするタイプの2つがある。ORUには様々なものがあるが、ISSのバッテリORU(軌道上交換ユニット)の場合は6個搭載することができる。EP-MP型は、HTV3号機から使われる。
HTVは太陽電池を本体表面に貼り付けているため放熱特性を悪化させている。HTVのモジュール設計を生かし汎用軌道間輸送機として使用する場合、太陽電池をパドル化することで、放熱特性改善による軽量化や、発電効率改善による太陽電池軽量化、飛行姿勢の自由度改善を図ることも検討された(検討のみで採用はされず。検討結果は後継機のHTV-Xで反映予定)。
HTVは当初から補給キャリアの組み替えにより様々な輸送需要に対応したり、将来は有人宇宙船や軌道間輸送機に発展させることを容易にしたりするため、モジュール設計が行われている。
当初は、与圧短型、与圧長型、与圧・非与圧混載型の3形態が考えられたが、その全てに対応したものを開発すると開発費が高騰してしまい、日本が独自の新輸送機開発を行う根拠としてスペースシャトルより費用対効果があることを示す必要があったため、与圧物資と非与圧物資を搭載する「混載型」のみが開発された。そのため、組み替え形態の開発は将来構想となったが、モジュール単位で開発して後で組み合わせることが可能になり、開発の効率化にも役立った。
大きく分けると、前側2/3程度が補給キャリア、後側1/3程度が電気・推進モジュールである。HTVの総部品点数は約120万点に上り、H-IIBロケットの約100万点よりも多く、打ち上げ時にかかる3.2Gの加速圧と振動に耐えられる強度を持っている。
技術実証機の建造費約200億円を含んだ総開発費は677億円、2号機以降の1機あたり建造費は約140億円である。
宇宙ステーション補給機、H-IIBロケット、きぼうなどを利用した日本の宇宙ステーション計画は毎年400億円ほどの費用がかかり、日本の宇宙予算全体に占めるその高額さが問題視されてきた。これを解消するために、2015年5月、文部科学省宇宙開発利用部会において、2016年から2020年に打ち上げられる3機のHTVのうち1機を、設計を全面的に変更した「新たな宇宙機」とする構想が明らかにされた。また、同年夏に文部科学省は、現行型のHTVの打ち上げは2019年度に打ち上げる9号機までとし、2021年度以降はコストを半減させた新たな宇宙輸送機「HTV-X」を使用することを構想した。なお、従来から検討されてきた#回収機能付加型宇宙ステーション補給機(HTV-R)については計画が中止されている。
2015年12月8日に開催された宇宙開発戦略本部で宇宙基本計画工程表が改訂され、現行型は2019年度に打ち上げる9号機までとし、2021年度以降にHTV-Xに移行することが、宇宙基本計画として正式に決定された。HTV-Xと仮称されたこの新型宇宙機では、開発費用削減のため与圧部は大きな改変を加えずに引き続き活用する一方、前述の太陽電池のパドル化が図られるとともに、これまで分割されていた推進系と電気系モジュールがサービスモジュールに集約されるなど、構造設計が大幅に見直されている。こうしたシステムの効率化や軽量化により、輸送能力を保ったまま製造費用を半減するとしている。
また貨物搭載部の置き換えや機能追加、サービスモジュールの能力向上により、月軌道間輸送機、深宇宙輸送機、軌道上サービス機、HTV-Rのような地球回収システムへの発展性を確保する。