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飛行6日目、第2回船外活動が米国東部夏時間7月20日午前11時27分(日本時間7月21日午前0時27分)から開始され、6時間53分にわたり行われました。
第2回船外活動では、曝露機器輸送用キャリア(Integrated Cargo Carrier-Vertical Light Deployable: ICC-VLD)で運んだ軌道上交換ユニット(Orbital Replacement Unit: ORU)である国際宇宙ステーション(ISS)の船外機器の予備品を、船外保管プラットフォーム3(External Stowage Platform: ESP-3)に移送する作業が行われました。
船外活動クルーは、ORUを持ち抱えて、船内のクルーが操作する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)の先端に乗った状態で、Kuバンドアンテナ(Space-to-Ground Antenna: SGANT)、ポンプモジュール2(Pump Module 2: PM2)、リニア駆動ユニット(Linear Drive Unit: LDU)の順で、ひとつずつICC-VLDからESP-3まで移送しました。
第2回船外活動では、「きぼう」日本実験棟船外実験プラットフォーム前方側への視覚装置(Visual Equipment: VE)の設置作業が予定されていましたが、作業する十分な時間がなくなったため、今後の船外活動に見送られました。
「デスティニー」(米国実験棟)に設置されている故障した米国のISSトイレ(Waste and Hygiene Compartment: WHC)は、故障の原因究明作業を行った結果、溶剤入りの洗浄水が内部で漏れたことにより故障したと考えられたため、機器の交換作業が行われました。交換後、正常に動作することが確認され、使用が可能になりました。
また、NASAでは、スペースシャトル「エンデバー号」の機体の状態を評価するために、検査などで 得られた画像やデータの分析が続けられてきましたが、帰還に問題ないと判断されました。
若田宇宙飛行士は、飛行5日目に修理した改良型エクササイズ装置(Advanced Resistive Exercise Device: ARED)の動作確認を行いました。また、ISS長期滞在クルーを交代したティモシー・コプラ宇宙飛行士と引継ぎ作業を行いました。また、第2回船外活動の支援として、「きぼう」ロボットアームを操作して、カメラ視野の確保を行いました。
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