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若田宇宙飛行士は、ミッションスペシャリスト(搭乗運用技術者:MS)として、国際宇宙ステーション(ISS)のロボットアーム(Space Station Remote Manipulator System: SSRMS)を操作して「きぼう」日本実験棟の組立て作業を行うほか、ISS長期滞在クルーの業務引継ぎなどを実施します。
飛行3日目に、ティモシー・コプラ宇宙飛行士と交代して、約4ヶ月にわたるISSのフライトエンジニアの任務を終了し、STS-127ミッションのMSとなります。
SSRMSを操作して、「きぼう」船外実験プラットフォームをスペースシャトルのペイロードベイ(貨物室)から取り出し、「きぼう」船内実験室に結合させます。
結合と同時に、船外実験プラットフォームの電源が自動で投入されます。その後、電力系、通信制御系、熱制御系といったサブシステムを起動していきます。
「きぼう」ロボットアームを操作して、船外活動クルーの作業を支援します。
スペースシャトルのペイロードベイ(貨物室)から取り出した「きぼう」船外パレットを、SSRMSを操作して、船外実験プラットフォーム上の取付け場所に取り付けます。
船外パレットで運んできた船外装置のひとつである全天X線監視装置(Monitor of All-sky X-ray Image: MAXI)を、「きぼう」ロボットアームを操作して船外実験プラットフォームへ移設します。
交換した古いバッテリ6台を載せたICC-VLDを、スペースシャトルのペイロードベイ(貨物室)へ回収する際、SSRMSでICC-VLDを把持し、スペースシャトルのロボットアーム(SRMS)に受け渡します。
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