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1 国際宇宙ステーション計画の日本の実験棟 (JEM) 利用ハンドブック 宇宙環境の応用化研究利用に向けて -A 改訂 年 12 月 宇宙開発事業団 1 2

2 はじめに 国際宇宙ステーション (ISS) 計画の我が国の参加要素である日本実験棟 (JEM) の打上げ開始を目前に控え 現在 JEM 開発に加え 運用及び利用についても本格的なフェーズに移りつつあり これに伴う運用 利用インフラの整備と研究テーマの募集が進められている ISSを我が国あるいは世界の貴重な有人宇宙施設として利用していくことは 多大な開発費を要する国家プロジェクトとして重要なことである 本ハンドブックは 国が実施する基礎研究に加え 民間企業の期待する応用化及び実用化研究等 多くの人たちがその目的に応じて宇宙ステーションを利用しようとする際に その有意性 可能性を拡げるための参考資料とすべく作成したものである 応用化研究利用については 宇宙開発委員会の宇宙環境利用部会 応用化研究利用分科会において平成 9 年 10 月以降 調査審議が行われ 平成 10 年 7 月に審議結果が報告書としてまとめられ報告されている 3 i

3 はじめに 目次 1. 国際宇宙ステーション計画と宇宙環境利用 国際宇宙ステーション計画と日本の実験棟 (JEM) 宇宙環境とその利用分野 6 2. 国際宇宙ステーションの利用分野と JEM 利用 JEM を利用した基礎研究 JEM の応用化研究利用 将来の商業利用分野 公募地上研究制度 概要 ライフサイエンス国際公募 応用化研究に係る利用制度 概要 制度内容 国内外の宇宙環境利用の予備的手段 落下塔 航空機 小型ロケット スペースハブ インターネット利用による宇宙実験支援 引用文献リスト 30 [ 付録 ] 付録目次 国際宇宙ステーション概要 JEM 概要 日本の宇宙環境利用推進体制 JEM 利用に向けた選定テーマ一覧 公募地上研究制度 第 1 回公募地上研究制度で選定されたテーマ一覧 第 2 回公募地上研究制度で選定されたテーマ一覧 ライフサイエンス国際公募 国際宇宙ステーション利用に向けた海外の政策動向 国内外の宇宙環境利用の予備的手段 インターネット利用による宇宙実験支援 宇宙環境利用関係機関等 参考資料 略語リスト 145 図表リスト 図 -1 国際宇宙ステーション全体概念図図 -2 JEM 概念図図 -3 国際宇宙ステーションの組立て 運用スケジュール図 -4 宇宙ステーションの微小重力レベル図 -5 高真空環境図 -6 国際宇宙ステーションの飛行範囲図 -7 JEM 利用に向けた現状の選定プロセス [ 付録 ] 付図 -1 国際宇宙ステーション全体概念図付図 -2 国際宇宙ステーションの主な組立てシーケンス付図 -3 JEM 実験全体運用システム概要付図 -4 国際宇宙ステーションの長期高度プロファイルの例 (NASA 解析結果 ) 付図 -5 国際宇宙ステーションからの地球観測域付図 -6 セントリフュージの概念図付図 -7 COF 搭載実験装置付図 -8 HTV/H-ⅡA 概念図付図 -9 JEM 概念図付図 -10 JEM 与圧部構成図付図 -11 JEM 曝露部構成図付図 -12 JEM 運用システム概念図付図 -13 ISPR 概念図付図 -14 JEM 実験ラック概観図付図 -15 温度勾配炉概念図付図 -16 帯域炉概念図付図 -17 流体物理実験装置概念図付図 -18 溶液 / 蛋白質結晶成長実験装置概念図付図 -19 細胞培養装置概念図付図 -20 クリーンベンチ概念図付図 -21 画像取得処理装置付図 -22 画像伝送ルート付図 -23 曝露部共通バス部外観図 ( 曝露実験ペイロード ) 付図 -24 曝露部共通バス部分解図付図 -25 全天 X 線撮像装置概念図付図 -26 光通信実験装置概念図付図 -27 サブミリ波放射サウンダ概念図付図 -28 宇宙環境計測センサ概念図付図 -29 我が国の宇宙開発推進体制付図 -30 宇宙開発事業団を中心とした宇宙環境利用推進体制付図 -31 CSC 所在地図付図 -32 RADIUS コア研究機関所在地図 i ii

4 表 -1 各種実験手段の微小重力レベル表 -2 国が推進する JEM 利用研究領域の例表 -3 JEM 曝露部初期利用テーマの評価 選定基準表 -4 国際宇宙ステーションの利用に向けた CSC の利用候補テーマ表 -5 ESA の COF 利用に向けた応用研究テーマ表 -6 CSC における応用研究分野表 -7 ESA における応用研究分野 [ 付録 ] 付表 -1 国際宇宙ステーション主要諸元付表 -2 国際宇宙ステーション軌道 姿勢等の概要付表 -3 各極提供要素の概要付表 -4 TDRS と DRTS の比較付表 -5 軌道上実験の実施において利用可能なサービス付表 -6 国際宇宙ステーションの軌道 姿勢の特徴付表 -7 商業利用実験装置の例付表 -8 JEM 主要諸元付表 -9 JEM における ISPR インタフェース付表 -10 共通実験装置開発状況付表 -11 曝露部実験ペイロードの構成付表 -12 各研究区分における評価 選定基準付表 -13 スペースシャトル生物試料搭載例付表 -14 応募研究テーマの科学評価審査項目付表 -15 実験スケジュール付表 -16 ゴールディン長官フレームワーク付表 -17 CSC 一覧付表 -18 RADIUS 一覧付表 -19 MAP のプロジェクト概要付表 -20 バイオテクノロジーに係る ESA の主な活動内容 1. 国際宇宙ステーション計画と宇宙環境利用 1.1 国際宇宙ステーション計画と日本の実験棟 (JEM) 国際宇宙ステーション (ISS: International Space Station) 計画は 1984 年に米国のレーガン大統領 ( 当時 ) が提唱し 当時の西側先進諸国に参加を招請したことを受け 我が国を含め 米 欧 露 加等の 16 カ国が参加する国際共同プロジェクトとして推進されている 日本は独自の実験棟 JEM(Japanese Experiment Module) を開発 運用 利用することにより参加しており ISSはスペースシャトル等による数十回の打上げを経て 2004 年初頭に建設を完了する計画となっている ( 図 -1 参照 ) 国際宇宙ステーション (ISS) の概要 - 特徴 - ISSとは スペースシャトル及びロシアのプロトンロケットを用いて低高度の地球周回軌道上に作られる恒久的 かつ 多目的の有人研究施設で 実験 観測 居住 補給 電力供給等の機能を有する複合施設である そして 10 年以上の長期間にわたり利用される - 諸元 - 国際宇宙ステーションは高度約 400km 傾斜角 51.6 の円軌道を約 90 分で一周する 大きさは 幅 108m 長さ約 88m 完成時の重量は 415tで 与圧モジュールとしては居住モジュール 実験モジュール 補給モジュール等により構成され 搭乗員は最大 7 名である これらの要素は 米国 欧州 (ESA) カナダ ロシア そして日本から提供され 実験モジュールとしては 日本の実験モジュールJEM 米国 US Lab(US Laboratory Module) 欧州 COF(Columbus Orbital Facility) ロシアモジュール等がある iii 1

5 - 補給 - ISSへの物資の補給は 米国のスペースシャトル ロシアのロケットのほか 欧州のアリアンⅤ 型ロケットを使用した自動貨物輸送機 (ATV) 日本のH-ⅡAロケットを利用した宇宙ステーション補給機 (HTV) も使用される ( 詳細は付録 1(8) を参照 ) ロシアサービスモジュール ロシア実験モジュール JEMの概要 - 特徴 - JEMは 宇宙環境を利用した各種実験を長期間にわたり行うことができる軌道上研究施設である その構成は 与圧部 曝露部 の二つの実験施設と これに付属する 補給部 と マニピュレータ の4システムからなり これらは電力系 通信制御系 実験支援系 環境制御系 熱制御系などのサブシステムによって接続されている ( 図 -2 参照 ) - 諸元 - 与圧部は空虚重量 15.2t 長さ 11.2m 直径 4.4mの円筒形モジュールで 内部は 1 気圧の空気で満たされ 搭乗員はシャツ姿で作業ができる環境である 曝露部は空虚重量 3.8t 幅 5.0m 高さ 4.0m 長さ 5.2mの箱型である JEMの搭乗員は通常 2 名であるが 時間制限付きで最大 4 名の常駐が可能である 欧州実験モジュール (COF) セントリフュージ (CAM) 米国実験モジュール (USLab) 米国居住モジュール (US Hab) 日本実験モジュール (JEM) 補給部与圧区 マニピュレータ 図 -1 国際宇宙ステーション全体概念図 与圧部 曝露部 補給部曝露区 図 -2 JEM 概念図 2 3

6 露部及び補給部曝露区最初のモジューアサービスモジューロシア研究モジュールシア研究モジュールシアソ国ユ実ー験ズ棟常時 3 常時 6(7) 名滞在可能米JEM 与給圧部モ与ジ圧ュー区欧ロ州コロンバスモジュールセントリフュージ米国居住1.1.3 国際宇宙ステーションと JEM の利用時期 図 -3 に国際宇宙ステーションの組立て 運用スケジュールを示す - 組立て開始 - ISSの組立ては ロシアからのFGBモジュールの打上げから開始され 1998 年 11 月 20 日に打上げられた - 有人運用開始時期 年 7 月にロシアは米露宇宙飛行士を乗せ ソユーズ有人宇宙船を打上げる この時点から3 名の搭乗員が滞在する有人宇宙運用が開始されることになる その後 1999 年 10 月の米国実験棟の打上げから 3 名の搭乗員が常時滞在して本格的な宇宙実験の開始となる -JEM 利用開始時期 年 10 月のJEM 補給部与圧区の打上げ 2002 年 1 月のJEM 与圧部の打上げを経て JEM 利用が本格的に開始される - 運用期間 年 1 月に米国居住棟が打上げられた段階でISSが完成し 6~7 名の常時滞在が開始される その後約 10 年間以上の軌道上運用が予定されている ルFGB ロシ棟 ルJEM 曝ルJEM 補11 5 ロISS 完成定常運用開始 本格的有人運用開始 03 JEM における研究開発 JEM における応用化研究利用 商業利用検討中 図 -3 国際宇宙ステーションの組立て 運用スケジュール 4

7 1.2 宇宙環境とその利用分野 宇宙環境は微小重力 高真空等の地上では得ることのできない特徴を有している ( 図 及び表 -1 参照 ) その環境を利用することにより 極めて広範な分野にわたる研究や実験 観測等を行うことが可能となる この US Lab 12 ISPRs 1.0μg ような環境は 将来的には月面環境を利用した活動などへの拡がりが考えられるが 当面はISSを大きな活動の場として発展していくことが期待される 宇宙環境の特徴の一つである微小重力を利用した研究領域は 人類が宇宙 に活動領域を拡げ 重力を温度や圧力等と同様のパラメータとして利用し得る時代が到来したことにより 拓かれる新たな研究領域である 宇宙環境を利用することにより 材料科学 バイオテクノロジー等の分野において 例えば地球上の環境に隠されていた現象の発見や解明など 新たな科学技術の展開をもたらす研究が可能となる また 宇宙環境の特徴を生かすことにより ライフサイエンス 医学等の分野において 地球上で進化してきた生命体と重力等の地球環境との関係を問い直し 生命現象を解明し 宇宙的スケールで生命の可能性を探求する といった人類の根源的な課題に対する新たな視点からの研究が可能となる ISSμg 準定常加速度環境 ( 組立完了時 前面 ) (DAC#4 アウトブリーフより引用 ) 図 -4 宇宙ステーションの微小重力レベル ISPR:International Standard Payload Rack( 国際標準ペーロードラック )( 詳細は付録 2 (3) 参照のこと ) 出典 : 第 18 回宇宙ステーション利用計画ワークショッフ 材料系分科会資料 JEM- 与圧部 ISPRs 無 <1.0μg 10 ISPRs <2.0μg さらに 宇宙環境を利用することにより 新材料や医薬品の創製 新たな生産技術や医療法の開発 地球環境保全に繋がる技術の獲得など 社会の発展や生活の向上に寄与する研究開発が行われることが期待される 一方 宇宙での理工学 通信 宇宙観測 地球観測 宇宙インフラストラクチャ整備のための基本的 先端的な技術開発等の分野では 実験機器の定期的な交換 回収や宇宙飛行士の支援等のJEM 曝露部の特徴を活かすことにより 通常の人工衛星では困難な研究開発 短い開発期間 低コストの実験機器の搭載 柔軟かつ機動性のあるミッションの実現 宇宙ステーションだからこそ実現する国際協力などの新たな展開が可能となる 6 7

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