振動絶縁安定化機能付きトレッドミル

振動絶縁安定化システム付きトレッドミル（略称TVIS ）は、国際宇宙ステーションで使用するトレッドミルで、隣接する研究室で繊細な微小重力科学実験を振動させることなく宇宙飛行士が走れるように設計されています。国際宇宙ステーションのトレッドミルには、必ずしもここで説明されているわけではありませんが、オリジナルのトレッドミル、オリジナルの TVIS、BD-2（БД-2）、複合運用耐荷重外部抵抗トレッドミル（COLBERT）、およびトレッドミル 2（略称T2）があります。名前が同じもの、デザインが同じもの、機能が同じもの、異なる（パッシブ）振動抑制システムを使用しているもの、違いが不明なものなどがあります。

トレッドミルの名前 (COLBERT) は、NASA がトランクィリティ モジュールの名称コンテストを開催したことから生まれました。コメディアンでテレビ パーソナリティのスティーブン コルバートは、自身の番組「コルバート レポート」で、コンテスト中に視聴者に「コルバート」を使用する投票を呼びかけました。コンテストの結果が発表された後、NASA はトランクィリティ モジュールにコルバートの名を付ける代わりに、新しいトレッドミルにコルバートの名前を使用することを決定しました。^[1]

長期間居住可能な 宇宙ステーションの出現により、無重力状態にさらされると人間の健康に悪影響があることが実証されました。人間は地球表面の物理的条件によく適応しています。無重力状態が長期間続くと、さまざまな生理学的システムが変化し、衰え始めます。これらの変化は通常は一時的ですが、長期的な健康問題を引き起こす可能性があります。

無重力状態の最初の数時間に人間が経験する最も一般的な問題は、宇宙適応症候群（SAS）として知られ、一般的には宇宙酔いとも呼ばれています。SASの症状には、吐き気や嘔吐、めまい、頭痛、無気力、全身倦怠感などがあります。SASの最初の症例は、 1961年に宇宙飛行士の ゲルマン・チトフによって報告されました。それ以来、宇宙飛行士のおよそ45％^{[要出典]から75％がこの症状に苦しんでいます。 [2]}宇宙酔いの持続時間はさまざまですが、体が新しい環境に適応するまでの72時間以上続くケースはありません。

長期の無重力状態による最も重大な悪影響は、筋肉の萎縮と骨格の劣化、または宇宙飛行による骨減少症です。これらの影響は、運動療法によって最小限に抑えることができます。その他の重大な影響には、体液の再分配、心血管系の機能低下、赤血球の産生低下、バランス障害、免疫系の弱体化などがあります。より軽微な症状には、体重減少、鼻づまり、睡眠障害、過度の鼓腸、顔のむくみなどがあります。これらの影響は、地球に帰還するとすぐに回復し始めます。

無重力に関連する影響の一部を防ぐため、国際宇宙ステーション (ISS) 用に設計された振動絶縁および安定化機能付きトレッドミルがSTS-81で初めて評価されました。3 人の乗組員が、軌道上で経験する微小重力で自由に浮遊するこの装置の上を走ったり歩いたりしました。研究された 2 時間以上の移動の大部分で、トレッドミルは正常に動作し、車両に伝達される振動は ISS に定義されている微小重力割り当て制限内でした。最終的に COLBERT モデルの開発につながったトレッドミルとハーネス システムの改良は、この最初の飛行後に研究されました。トレッドミル設計の目標の 1 つは、構造上の安全性と振動のない実験条件のために ISS の微小重力環境を維持しながら、下肢に1 g程度の負荷を生成できるようにすることです。 ^[3]

トレッドミルは宇宙飛行士が健康を維持し、宇宙旅行に伴う骨密度の低下（宇宙飛行性骨減少症）や筋肉の衰えを防ぐことを目的としています。宇宙飛行士は、微小重力下でも機器と接触し続けるために、バンジーコードでトレッドミルに固定します。^[4]研究者は、人間が長期間無重力状態で生活すると骨密度と筋肉密度が低下しますが、運動はそれを防ぐ良い対策だと考えています。^[5]

ズヴェズダサービスモジュールの床に埋め込まれていたオリジナルの振動絶縁安定化装置付きトレッドミル（TVIS）は、2013年6月に廃止され、2013年7月にロシアのプログレス（50P）で処分され、ロシアのБД-2に置き換えられました。

第 20 次長期滞在のフライト エンジニアであるマイケル バラット氏と若田光一氏は、トレッドミルの寿命を延ばすために、トレッドミルの全面的なオーバーホールを行いました。両方のトレッドミルは引き続き使用されるため、宇宙ステーションの乗組員にとって重要なこれらのトレーニング デバイスの可用性はほぼ 2 倍になります。

振動絶縁安定化システム（TVIS）を備えたトレッドミルも、2002年、STS-112がドッキングしている間に第5次長期滞在中に修理が必要になった。ヴァレリー・コルズンは丸一日かけてこのユニットのメンテナンスを行った。^[6]

COLBERT電源システムの設計上の欠陥は、稼働開始から10か月以内の2010年9月に発見されました^。 10月には、COLBERTをラックから取り外し、主要な電源コンポーネントを交換するために、数日間のIFMが必要になりました。

2009年初頭、NASAはトランクウィリティ・モジュールの名称を決めるオンライン投票を実施した。 2009年3月3日のザ・コルベア・リポートのエピソードで、司会者のスティーヴン・コルベアは視聴者にオンライン投票で第3ノードの名称として「コルベア」を提案するよう指示した。 ^[8] 2009年3月23日、「コルベア」が最多票を集めたことが発表されたが、NASAはすぐにはその名称の使用を約束しなかった。

チャカ・ファッター下院議員は、NASAが投票を覆す可能性に対抗して、宇宙でも地球でも民主的な投票が尊重されるように議会の権力を行使することを誓約していた。^{[9] 2009年4月14日の}コルベア・リポートのエピソードでは、宇宙飛行士のスニタ・ウィリアムズが番組に出演し、NASAがノード3を「トランクウィリティ」と名付けることを決定したことを発表した。これは国勢調査で8番目に多かった回答だった。また、宇宙ステーションの新しいトレッドミルにコメディアンにちなんで「複合運用耐荷重外部抵抗トレッドミル (COLBERT)」と名付けると発表した。コルベアはトレッドミルのテストのためにヒューストンに招待され、その後トレッドミルの打ち上げのためにフロリダに招待された。^{[10]トレッドミルは2009年8月に}STS-128でISSに運ばれ^[11]、2010年2月にノードがステーションに到着した後にトランクウィリティモジュールに設置されました。^[12]

NASAは、 STS-128飛行6日目の実行パッケージ報告書に含まれるユーモラスなプレスリリースで、ジョン・スチュワートも同様の栄誉を要求したが、ISS尿処理装置を「宇宙トイレ環境廃棄物蓄積装置/リサイクル装置」(STEWART)と命名するというNASAの提案を断ったと主張し、自らを揶揄した。^[13]

NASA のエンジニアたちは、地球上では誰でも利用できる Woodway の医療用トレッドミルの設計から開発を開始し、部品のニッケルメッキやその他の変更を Woodway に依頼しましたが、基本的には市販モデルと同じその場で走る装置です。トレッドミルを支える構造は、宇宙での使用に合わせて調整されています。ランナーをトレッドミルの表面に保持する重力がないため、デザイナーは肩と腰にフィットする伸縮性のあるストラップを追加し、ランナーが最初の一歩で宇宙ステーション内をロケットのように飛び回らないようにしました。また、デザイナーは、トレッドミルが歩くたびにステーション全体が揺れないようにする方法も考えなければなりませんでした。振動を防ぐのは地球上では比較的簡単ですが、宇宙ステーションは宇宙飛行士と同じように浮いており、内部で行われるあらゆる動きに反応します。小さな動作でさえ、ステーションの実験室で行われている繊細な微小重力実験を揺さぶることがあります。振動を止めるシステムの開発が最大の課題だったとヴィーダーホフト氏は語った。^[14]

STS-98で宇宙ステーションに運ばれた最初のステーション トレッドミル^[15]は、振動を減らすためにジャイロスコープとメカニズムの動力システムに依存していました。COLBERT の振動絶縁システムは、電力なしで動作し、以前のシステムよりも信頼性が高くなるように設計されました。COLBERT は、ダンパーに取り付けられたスプリングの上に設置され、ダンパーは標準サイズのラックに接続されます。ラックは、COLBERT ユーザーが生成する電力を処理するために大幅に強化されています。ラックだけで 2,200 ポンドの重量があり、契約上の設計制限であり、最初のトレッドミルよりも騒音が大きくなっています。Wiederhoeft 氏は、これは信頼性を高めるために必要なトレードオフであると述べています。「ここでは、騒音と信頼性が互いに対立しています」と Wiederhoeft 氏は言います。「もっと時間があれば、静かさと信頼性の両方を実現できたでしょう。信頼性を追求し、騒音に関してはできる限りのことをしました。」^[14]

トレッドミルの開発は、商用製品の開発にも活用されました。開発の二次的効果としては、光学、マイクロエレクトロニクス、精密製造などの繊細な機器における振動および音響絶縁のアプリケーションの改善などが挙げられます。^[16]

コルバートが打ち上げ時の厳しい振動に耐えられるよう準備するためには、エンジニアのチームが必要でした。コルバートは、数十の部品に分解され、6つ以上の袋に分けられ、レオナルド貨物モジュール内のラックに固定され、STS-128で国際宇宙ステーションに運ばれました。^[14]コルバートは2010年に宇宙ステーションに運ばれ、最初はハーモニーモジュール内に保管され、その後トランクウィリティモジュールに移されました。

梱包チームは、打ち上げられたすべてのものがステーションに正常に機能する状態で到着するように努めた。「コルバートであれ、他のものであれ、壊れていたら軌道上で役に立たない」とユナイテッド・スペース・アライアンスの梱包エンジニア、ピート・ゴーティエは語った。「このようなものの違いは、大きくて重いので、一番大きなバッグを使わなければならないことだ」と彼は語った。「すべての部品を 1 つのバッグに詰めれば乗組員にとって楽だが、バッグが 6 つもあるとそうはいかない」。ステーションの宇宙飛行士は、振動システムを含めて全体を組み立てるのに約 20 時間かかると予想される。組み立て後、コルバートに必要な手入れは、ベアリングに時々グリースを塗ることだけだ。^[14]

ウィキメディア・コモンズには、振動絶縁安定化機能付きトレッドミルに関連するメディアがあります。

• 「複合運用荷重ベアリング外部抵抗トレッドミル (COLBERT)」(PDF) (プレス リリース)。NASA。2009年8 月 20 日。2011 年 7 月 17 日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2009 年8 月 29 日に取得。