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環境制御・生命維持システム（ECLSS、/ ˈiːklɪs / EE -kliss ）は、国際宇宙ステーション（ISS）の重要な構成要素であり、乗組員にとって安全で居住可能な環境、すなわち地球と同様の気圧（海面気圧と同等）を維持する役割を担っています。地球に似た大気を維持することで、乗組員の快適性と安全性が向上し、純酸素環境よりもはるかに安全です。
ISS ECLSSの様々なサブシステムは、大気圧の調整、温度と湿度の制御、二酸化炭素の除去、酸素と窒素レベルの管理、換気、下水処理、そして宇宙空間でも飲料水を生成する機能を備えている。
このシステムは、NASAのマーシャル宇宙飛行センター、UTCエアロスペースシステムズ、ボーイング、ロッキード・マーティン、ハネウェルによって共同で設計およびテストされました。ECLSSは、その主要な機能に加えて、深宇宙ミッションを目的とした将来のより高度な生命維持システムの概念実証としても機能します。[ 1 ]
ISSには2つの水回収システムがあります。ズヴェズダには、大気中の水蒸気を処理して緊急時に飲用水として使用できる水回収システムがありますが、通常は酸素を生成するためにエレクトロンシステムに供給されます。アメリカセグメントには、STS-126で設置された水回収システム[ 2 ]があり、大気から収集した水蒸気と尿を処理して飲用水にすることができます。水回収システムは、 2008年11月にデスティニーに一時的に設置され[ 2 ] 、2010年2月にトランクイリティ（ノード3）に移設されました[ 3 ] 。
水回収システムは、尿処理アセンブリと水処理アセンブリで構成され、3つのECLSSラックのうち2つに収容されています。[ 4 ]
尿処理装置は、重力がないことを補うために遠心分離機を使用する低圧真空蒸留プロセスを使用しており、液体と気体の分離を助けます。[ 5 ] 尿処理装置は、6 人の乗組員のニーズに対応する9 kg/日の負荷を処理するように設計されています。 [ 2 ]設計では水分含有量の 85% を回収することになっていましたが、その後の硫酸カルシウム沈殿の経験[ 3 ] (ISS の自由落下状態では、骨密度の低下により尿中のカルシウム濃度が上昇します) により、水分含有量の 70% を回収するという運用レベルに修正されました。
尿処理装置と廃水源からの水が混合され、水処理装置に供給されます。水処理装置は、ガスと固形物をろ過してからフィルターベッドを通過し、その後高温触媒反応器アセンブリを通過します。水は搭載センサーで検査され、不合格の水は水処理装置に循環されます。[ 4 ] [ 5 ]
揮発性物質除去装置は、微小重力下での水処理装置の触媒反応器の実証のため、1998年1月にSTS-89で飛行した。蒸気圧縮蒸留飛行実験はSTS-107で飛行したが、破壊された。[ 5 ]
尿処理装置の蒸留装置は、最初の設置の翌日である2008年11月21日に故障しました。[ 2 ] 3つの遠心分離機速度センサーのうち1つが異常な速度を報告し、遠心分離機モーターの電流が高いことが観測されました。これは、いくつかのゴム製防振装置なしで蒸留装置を再取り付けすることで修正されました。蒸留装置は、モーターの電流が高いため、2008年12月28日に再び故障し、2009年3月20日に交換されました。最終的に、故障後のテスト中に、1つの遠心分離機速度センサーが位置ずれしており、コンプレッサーベアリングが故障していることがわかりました。[ 3 ]
ISSには現在、地球に似た宇宙船の大気を維持するためにいくつかのシステムが使用されています。[ 6 ] ISSの通常の気圧は101.3 kPa（14.7 psi）で、地球の海面と同じ気圧です。「ISSの乗組員は気圧が低くても健康を維持できますが、ステーションの機器は気圧に非常に敏感です。気圧が下がりすぎると、ステーションの機器に問題が発生する可能性があります。」[ 7 ]
ズヴェズダに搭載されているエレクトロンシステムとデスティニーにある同様のシステムは、ステーション内で酸素を生成します。[ 8 ] クルーは、ボトル入り酸素と固体燃料酸素発生装置（SFOG）の容器というバックアップオプションを持っています。[ 9 ]ズヴェズダのヴォズドゥフシステム によって空気から二酸化炭素が除去されます。二酸化炭素除去装置（CDRA）は、USラボモジュールに1つ、USノード3モジュールに1つ設置されています。ガスによるメタンや汗によるアンモニアなど、人間の代謝のその他の副産物は、活性炭フィルターまたは微量汚染物質制御システム（TCCS）によって除去されます。[ 9 ]
二酸化炭素と微量汚染物質は、空気活性化システムによって除去されます。これは、トランキリティに設置されたNASAのラックで、二酸化炭素除去アセンブリ（CDRA）、大気から有害な微量汚染物質を除去する微量汚染物質制御サブアセンブリ（TCCS）、窒素、酸素、二酸化炭素、メタン、水素、水蒸気を監視する主要成分分析装置（MCA）を提供するように設計されています。空気活性化システムはSTS-128で宇宙ステーションに運ばれ、日本の実験モジュールの加圧モジュールに一時的に設置されました。このシステムは到着後にトランキリティに移設される予定で、スペースシャトル・エンデバーのミッションSTS-130中に設置されました。[ 10 ]
酸素発生システム (OGS) は、ロシアのエレクトロン酸素発生器と同様に、水回収システムからの水を電気分解して酸素と水素を生成する NASA のラックです。酸素は船室の雰囲気に供給されます。このユニットはデスティニーモジュールに設置されています。STS -117 の宇宙飛行士は船外活動中に、OGS を作動させるために必要な水素ベントバルブを設置しました。[ 11 ] OGS は 2006 年にSTS-121で運ばれ、2007 年 7 月 12 日に稼働を開始しました。[ 12 ] 2001 年以降、米国の軌道セグメントでは、クエスト エアロック モジュールの加圧タンクに貯蔵された酸素、またはロシアのサービス モジュールからの酸素が使用されていました。2010 年 10 月にサバティエ システムが作動する前は、船室から抽出された水素と二酸化炭素は船外に排出されていました。[ 5 ]
2010年10月、水の流入がやや酸性になりすぎたため、OGSは正常に作動しなくなった。ステーションの乗組員は、 6か月間、エレクトロン酸素発生器と地球から運ばれてきた酸素に頼った。2011年3月、STS-133が修理キットを届け、OGSは完全に稼働状態に戻った。[ 13 ]
先進閉ループシステム（ACLS）は、二酸化炭素（CO₂ ）と水を酸素とメタンに変換するESAの装置です。CO₂はアミンスクラバーによって宇宙ステーションの空気から除去され、その後、蒸気によってスクラバーから除去されます。CO₂の50%はサバティエ反応によってメタンと水に変換されます。残りの50%の二酸化炭素は、生成されたメタンとともにISSから投棄されます。水は電気分解によってリサイクルされ、水素（サバティエ反応器で使用）と酸素が生成されます。これは、酸素を生成するために地球からの安定した水の供給に依存するNASAの酸素生成装置とは異なります。この節水機能により、貨物補給に必要な水が年間400リットル削減されました。ACLSだけで3人の宇宙飛行士に必要な酸素を再生できます。[ 14 ]
ACLSは2018年9月のこうのとり7号打ち上げで運ばれ、技術実証機としてデスティニーモジュールに設置された（1～2年間運用予定）。[ 15 ]成功し、ISSに永久的に搭載されている。[ 16 ]
ACLSには3つのサブシステムがあります。
NASAのサバティエシステム（2010年から2017年まで使用）は、酸素発生システムからの廃水素とステーションの大気中の二酸化炭素をサバティエ反応で結合して酸素を回収することにより、ECLSSの酸素ループを閉じました。この反応の出力は水とメタンでした。水は地球からステーションに運ばれる水の総量を減らすためにリサイクルされ、メタンは酸素発生システム用に取り付けられた水素ベントラインによって船外に放出されました。[ 17 ]
エレクトロンはロシア製の電解式酸素発生装置で、ミール宇宙ステーションでも使用されていました。この装置は、ステーション内で他の用途に使われた水を電気分解によって酸素と水素に変換します。酸素は船内に、水素は宇宙空間に放出されます。ISSに搭載されている3台のエレクトロン装置は不具合が多く、乗組員は頻繁に予備の酸素源（ボンベ入りの酸素、または後述するヴィカシステム）を使用せざるを得ませんでした。NASAは6名の乗組員を支えるため、前述の酸素発生システムを追加しました。
2004年、エレクトロンユニットは当初原因不明のまま停止した。2週間のトラブルシューティングの結果、ユニットは再び起動したが、すぐに停止した。原因は最終的にユニット内の気泡であることが判明し、 2004年10月のプログレス補給ミッションまで機能しなかった。 [ 18 ] 2005年、エレクトロンユニットが故障したため、ISS職員は到着したばかりのプログレス補給船の酸素供給源を利用した。[ 19 ] 2006年、エレクトロンユニットの故障により、NASAの飛行エンジニアは「宇宙船緊急事態」を宣言した。焦げ臭い匂いからISSの乗組員はエレクトロンがまた火災を起こしたのではないかと疑ったが、ユニットは「非常に熱くなっている」だけだった。腐食性で無臭の水酸化カリウムが漏れたため、 ISSの乗組員は手袋とフェイスマスクを着用せざるを得なかった。この匂いはゴム製シールの過熱によるものと推測されている。この事故は、 STS-115が出発した直後、補給ミッション（宇宙旅行者のアヌーシェ・アンサリを含む）が到着する直前に発生した。[ 20 ]エレクトロンは、 2006年10月のプログレス補給船で新しいバルブとケーブルが到着した後、2006年11月までオンラインに戻らなかった。[ 21 ] ERPTC（電気復旧処理端末電流）は、システムへの損傷を防ぐためにISSに挿入された。2020年10月、エレクトロンシステムが故障し、修理される前に短時間停止する必要があった。[ 22 ]
ISSで使用される場合は固体燃料酸素発生装置（SFOG）としても知られるVikaまたはTGK酸素発生装置は、もともとロスコスモスがミール用に開発した化学酸素発生装置であり、代替酸素発生システムを提供する。[ 23 ]これは、加熱すると気体酸素と固体塩化リチウムに分解する固体過塩素酸リチウムの容器を使用する。 [ 23 ]各容器は、乗組員1人の1日分の酸素需要を満たすことができる。[ 24 ]
もう一つのロシアのシステムであるヴォズドゥフ（ロシア語ではВоздух、「空気」を意味する）は、再生可能な二酸化炭素吸収器で空気から二酸化炭素を除去します。[ 25 ] 2018年に、2基あるヴォズドゥフ（SKVとも呼ばれる）のうちの1基が指令なしに停止しましたが、少し後に再起動するという事件が発生しました。[ 26 ]
温度・湿度制御（THC）は、ISS ECLSSのサブシステムであり、ステーション内の空気の温度を一定に保ち、空気中の湿度を制御します。熱制御システム（TCS）はTHCシステムの構成要素であり、アクティブ熱制御システム（ATCS）とパッシブ熱制御システム（PTCS）に細分化されます。湿度の制御は、温度を下げたり上げたりすること、および空気に水分を加えることによって可能です。
火災検知・消火システム（FDS）は、火災が発生したことを検知し、消火活動を行うためのサブシステムです。
「過去6か月間、OGA（酸素発生装置）は、供給されている水がわずかに酸性度が高すぎるため、うまく稼働していませんでした」と、基地のフライトディレクターであるクリス・エデレン氏は述べた。「OGAのpHテストを実施したところ、pHが適切に調整されていないため、OGA内部の反応床で劣化が生じ、物質が放出され、その物質が小さな穴や細孔を詰まらせ、OGAの酸素生成効率を低下させる可能性があることがエンジニアによって判明しました。」