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「きぼう」日本実験棟

船内実験室

最終更新日:2017年3月17日

「きぼう」の中心となる実験スペース「船内実験室」

船内実験室

NASAケネディ宇宙センター(KSC)にて、ペイロードキャニスター搭載前の船内実験室(提供:NASA)

画像:船内実験室

「きぼう」日本実験棟の中で、実際に宇宙飛行士が滞在し、主に微小重力環境を利用した実験、および「きぼう」全体のコントロールを行うのが、船内実験室です。室内は、地上とほぼ同じ空気組成、1気圧が保たれており、温度や湿度も、宇宙飛行士が活動しやすい環境に常にコントロールされています。そのため、宇宙飛行士は普段着で作業することができます。

「きぼう」船内実験室の外観

「きぼう」船内実験室の外観(提供:NASA)

船内実験室に搭載されている装置は、「きぼう」の設備維持に必要なシステム機器と、実験を行う実験装置に大きく分けられます。

システム機器は、電力供給、通信、空調、熱制御および実験の支援などの機能を持つ機器類です。これに対し実験装置は、一般に公募された各種の実験を行うための装置類です。

搭載ラック
「きぼう」での実験

船内実験室には、「きぼう」の船外で行う作業を支援するロボットアームが装備されています。また、船内実験室と船外実験プラットフォームとの間には、船外実験装置や実験試料などを出し入れするためのエアロックが設置されています。

1Jミッションで打上げ/取付け・起動

船内実験室

1JミッションでISSに取り付けられた船内実験室(下)(提供:NASA)

「きぼう」船内実験室内で記念写真を撮るSTS-124クルー

「きぼう」船内実験室内で記念写真を撮るSTS-124クルー(提供:NASA)

船内実験室は、3回に分けて打ち上げられる「きぼう」の打上げ第2便である、1J(STS-124)ミッションで、2008年6月に打ち上げられ、国際宇宙ステーション(ISS)の「ハーモニー」(第2結合部)に取り付けられました。そして、ISSと筑波宇宙センター(TKSC)の「きぼう」運用管制室、NASAの宇宙ステーション管制センターとの連携により、起動が完了しました。

船内実験室の取付け作業は、星出宇宙飛行士がISSのロボットアーム(Space Station Remote Manipulator System: SSRMS)を操作して行いました。

1Jミッション
船内実験室の写真を見る(フォトライブラリ)
画像:ペイロードベイ(貨物室)から取り出された船内実験室
画像:分離後にディスカバリー号から撮影されたISS
1Jミッションにて、ペイロードベイ(貨物室)から取り出された船内実験室(左)/ISSに取り付けられた船内実験室(右)(提供:NASA)

搭載ラック

船内実験室内部のイメージ

船内実験室内部のラックの配置(イメージ)(黄色は「きぼう」のシステムラック、水色はJAXAの実験ラック)

船内実験室の内部は、実験装置やシステム機器を搭載するための「ラック」で囲まれています。

「きぼう」船内実験室の内部の様子

1Jミッションにて、ラック設置後の「きぼう」船内実験室の内部(提供:NASA)

ラックには、「きぼう」の運用を制御・管理するシステム類を搭載した「システムラック」と、実験装置を搭載した「実験ラック」、実験試料などを収納する保管庫としての役割を持つ「保管ラック」などがあり、最大で23個まで設置することができます。


「きぼう」のシステムラック

システムラックは、「きぼう」の運用を維持するために必要な電力、通信、空調、熱制御を確保するための機器類を搭載したラックです。

「きぼう」の運用を担う主要システムはA系、B系の冗長構成となっています。二重冗長構成になっているラックは、「電力ラック」、「情報管制ラック」、「空調/熱制御ラック」で、例えば「電力ラック1」はA系、「電力ラック2」はB系のシステムにより運用されます。

「きぼう」のA系、B系システム

電力ラック1、2

画像:電力ラック

「きぼう」各部に安定した電力を分配するラック。ISSの太陽電池パドル(Solar Array Wing: SAW)で発電し、「ハーモニー」(第2結合部)を経由して供給された電力を、「きぼう」の各システム機器や実験装置に分配するための分電盤や分電箱などが装備されています。

情報管制ラック1、2

画像:情報管制ラック

「きぼう」各部とのデータのやりとりをするラック。「きぼう」のメインコンピュータである「きぼう」制御装置(JEM Control Processor:JCP)のと実験装置用の中速データ伝送装置などが収められています。JCPは、情報管制ラック1と2にそれぞれ1台ずつ装備されており、どちらかの故障時には自動的にもう1台に切り替わります。

空調/熱制御ラック1、2

「きぼう」内の温度や湿度、気圧を調整し空気清浄を制御するラック。ISS本体からの空気・冷却水の供給などを受けながら、「きぼう」内の温度、湿度、空気の循環、空気の浄化を行うと共に、各ラックへの冷却水の供給を行います。

ロボットアーム制御ラック

画像:ロボットアーム制御ラック

「きぼう」ロボットアームを操作するロボットアーム操作卓を収めたラック。船内実験室へ一番最初に移設されたラックとなりました。

ロボットアーム制御ラックを最初に移設する理由

ワークステーションラック

画像:ワークステーションラック

画像データ等を切り替える機器、音声端末装置(Audio Terminal Unit: ATU)、TVモニタ2台、警告・警報パネル(C&Wパネル)などを装備しています。

衛星間通信システムラック

画像:衛星間通信システムラック

データ中継技術衛星「こだま」(Data Relay Test Satellite: DRTS)経由で地上と通信する衛星間通信システム(Inter-orbit Communication System: ICS)の管理を行う装置を搭載したラック。宇宙ステーション補給機(H-II Transfer Vehicle: HTV)のランデブ時に使用する近傍通信システム(Proximity Communication System: PROX)も搭載しています。

JAXAの実験ラック

実験装置を搭載する実験ラックは、ISSの標準設計となっており、国際標準実験ラック(International Standard Payload Rack: ISPR)と呼ばれます。船内実験室には、生物実験と材料実験を中心として、合計10個の実験ラックを搭載することができます。

日本は以下の4つの実験ラックを開発していますが、そのうち細胞実験ラックと流体実験ラックは、1J/Aミッションで打ち上げられました。勾配炉実験ラックと多目的実験ラックは、2011年1月に宇宙ステーション補給機「こうのとり」2号機(HTV2)で打ち上げられました。

2015年には、多目的実験ラックの2台目となるMSPR-2が宇宙ステーション補給機「こうのとり」5号機(HTV5)で打ち上げられました。

船内実験装置

細胞実験ラック

画像:細胞実験ラック
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装置を搭載したラック。

■搭載装置

流体実験ラック

画像:流体実験ラック
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装置を搭載したラック。

■搭載装置

勾配炉実験ラック

画像:流体実験ラック
半導体材料の結晶成長などを行うための真空加熱炉である温度勾配炉を搭載したラック。

■搭載装置

多目的実験ラック

画像:多目的実験ラック
普段の実験室に近い感覚で利用できる実験空間や作業台を提供し、多様な実験を実現するラック。

■構成品および実験装置

船内実験室の主要諸元

項目 船内実験室
外形 円筒型
直径 外径 4.4m
内径 4.2m
長さ 11.2m
質量 14.8t
搭載ラック数 23個
(システム機器用ラック:11個、実験装置用ラック:12個(実験ラック10個、冷蔵庫ラック1個、保管ラック1個))
供給される電力 最大24kW 120V (直流)
通信制御 32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 温度:18.3~26.7度
湿度:25~70%
搭乗員 最大4名
寿命 10年以上

 
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