欧州宇宙生命物理科学計画

ELIPS - 宇宙における生命・物理科学と国際宇宙ステーションの利用に関する欧州プログラム^[1]は 2001 年に開始され、その後 5 年間の活動をカバーすることを目的としていました。欧州宇宙機関(ESA) のこの微小重力プログラムはオプション プログラムであり、現在 17 の ESA 加盟国が参加しています。ELIPS プログラムは、国際宇宙ステーション、および観測ロケットなどの他の無人ミッション プラットフォームで、基礎および応用生命科学と物理科学の研究を準備および実行します。ELIPS は、以前の欧州微小重力プログラム EMIR 1 および 2、およびコロンバスの微小重力施設 (MFC) の継続です。

ELIPS (欧州宇宙生命物理科学) は、欧州宇宙機関 (ESA) の宇宙における科学と応用に関する研究プログラムです。実験のほとんどは国際宇宙ステーションで行われますが、落下塔、放物線飛行、観測ロケット、ロボット軌道カプセルなど、短時間または長時間の無重力状態を提供できる他のミッション プラットフォームも利用されます。将来の有人宇宙探査に備えて、特にベッド レスト研究、隔離研究 (「類似」)、イオン ビーム施設での放射線の生物学的影響の調査など、さまざまな地上調査が行われます。

主な研究分野は、流体物理学、材料科学、基礎物理学、生理学、生物学、宇宙生物学です。1 年間に ISS でおよそ 30 件の ELIPS 支援実験が行われ、すべてのプラットフォームを含めると約 100 件の調査が行われます。全体で約 1,500 人の科学者が ELIPS プログラムに関与しています。すべての実験の簡単な説明と結果は、Erasmus Experiment Archive (EEA) にアーカイブされ、閲覧可能です。

ELIPS は ESA 内の任意のプログラムであり、3 ～ 4 年ごとに開催される ESA 閣僚級理事会で 15 の参加加盟国が参加を表明します。現在、ELIPS 4 が 2013 ～ 2016 年の期間にわたって実施されています。ELIPS 4 期間には 2 億 1,000 万ユーロの予算が与えられました。参加国はオーストリア、ベルギー、チェコ共和国、デンマーク、フランス、ドイツ、ギリシャ、アイルランド、イタリア、ノルウェー、オランダ、スペイン、スウェーデン、スイス、英国、ルーマニア、および ESA との協力協定を結んでいるカナダです。次回の閣僚理事会は 2016 年に開催される予定です。

ELIPS プログラムは 2001 年に定義され、その後 5 年間の活動をカバーすることを目的としていました。ELIPS プログラムは、国際宇宙ステーション、および探査ロケットなどの無人ミッション プラットフォームで、基礎および応用生命科学と物理科学の研究を準備および実行します。ELIPS は、初期の欧州微小重力プログラムである EMIR 1 および 2、およびコロンバスの微小重力施設であるMFC の継続です。

1980年頃、微小重力研究の発展のための一貫した欧州戦略の欠如が、明白な実際的な障害となった。資金の調整の欠如は、最初のスペースラブミッション以降の飛行には実行可能な解決策ではなかった。解決策は、ESAが代表団に微小重力研究プログラムを作成する提案となった。1982年1月、そのプログラムのフェーズ1が現実のものとなり、生物学、流体物理学、および追加プログラムとしてESAの調整による最初の観測ロケットの飛行のための3つの高価で必要なマルチユーザー施設に資金を提供することになっていた。1985年2月、代表団は微小重力プログラムのフェーズ2を承認した。これは、これ以降、欧州微小重力研究プログラム1またはEMIR-1と呼ばれる。最初の資金提供期間は4年間で、1988年と1991年の2回の延長があり、実質的に1999年までの全体的な資金パッケージを提供した。したがって、EMIR-1は実質的に15年間の期間をカバーした。

EMIR-2 の目的は、国際宇宙ステーションの利用開始まで研究活動をカバーすることであり、その開始は当時 2001 年に予定されていました。1995 年に部分的に承認されただけだったため、その後数年間の活動レベルは低下しました。ISS の利用開始が遅れたため、資金を捻出する必要があり、1990 年代半ばに比べて実験の実施が大幅に減少しました。

当初12.8メートルの長さだったコロンバスモジュールは、ESAのISSへの主な貢献であったが、コスト上の理由から徐々に半分の6.4メートルに短縮された。さらに、NASAとの物々交換協定により、コロンバスの資源の51%はESAに確保され、残りは利用協定に基づいてNASAが利用できることとなった。これらの措置の結果、ESAはコロンバスに4つの微小重力専用施設、コロンバス用微小重力施設（MFC）を設置することができた。MFCプログラムは1995年9月にコロンバスプログラムとともに承認され、バイオラボ、流体科学研究所（FLS）、材料科学研究所（MSL）のコロンバス研究施設一式と最初の一連の実験を提供した。^[2]

この発展と並行して、ロシアが建設した宇宙ステーションMIRは、国際的なパートナーによって徐々に利用されるようになり、来たる国際宇宙ステーション（ISS）の建設と利用に備えて経験を積むための重要な基盤を形成しました。

ELIPS プログラムは、ISS の開発と活用に対する欧州の投資が幅広い科学的成果につながることを保証するための重要なプログラムです。ELIPS プログラムは、世界的な協力を促進し、国際的な研究の募集とピアレビューを維持および強化します。また、ELIPS は、施設の開発とリソースの利用に関する欧州の調整を促進します。当初、合計 229 件の実験提案が独立したピアによって推奨され、ESA の有人宇宙飛行実験データベースに保存されていました。これらの提案には、1,000 人を超える欧州の科学者と、ほぼ 125 の欧州の非宇宙研究開発企業がリストされていました。

国際宇宙ステーションの時代が始まるまで、ヨーロッパの実験活動は、欧州宇宙機関（ESA）か、独立した国家宇宙計画を持つヨーロッパ諸国から発信されていました。実験は、特定のスペースラボおよびスペースハブミッションでNASAのスペースシャトルに搭載されて行われたか、1990年代初頭からはロシアの宇宙船に搭載されて行われました。後者の主な施設は、15年間にわたって地球を周回したロシアの宇宙ステーション「ミール」でしたが、ロシアの無人フォトン（初期段階ではビオン（衛星）と呼ばれていました）衛星プログラムもESAによって利用されました。これらの共同活動は、特定のミッションの実施条件、パートナーの権利と義務などを規定するいくつかの覚書と契約に基づいて規制されていました。

2001年頃にISS時代が始まったため、ESAの利用科学プログラム本体とインフラストラクチャの側面は、関連性はあるものの意思決定上は独立した2つのプログラムに分割されました。ELIPSは科学プログラムとなり、ISS利用プログラムはISSの利用に関するすべてのシステムおよび運用面を扱います。利用プログラムの予算の下で、主要な要素がESAによってISSへの重要な貢献として構築されました。したがって、自動移送機（ATV）、コロンバス実験室、追加の物々交換要素であるノード2、およびキューポラ要素が重要な貢献でした。

ESA の国際宇宙ステーションへの主な貢献は、欧州実験モジュール「コロンバス」です。このモジュールは、2008 年 2 月 11 日、STS -122 ミッション中に ISS に取り付けられ、レオポルド アイハルトとハンス シュレーゲルの 2 人の欧州宇宙飛行士が参加しました。このマイルストーンにより、ESA は ISS の非ロシア部分の 8.3% にあたる ISS の完全な利用権を獲得しました。

ESA は 2000 年頃、生命科学と物理科学の研究プログラムを EC のプログラムと整合させることを決定しました。EC フレームワーク プログラムは、特に研究チームの国際化に関する ESA の将来の研究アプローチの基本モデルでしたが、選択プロセスと選択基準はいくつかの点で EC のものと大きく異なっていました。その結果、ESA の目的と手段と EC の目的と手段の共通点は、一般的に「健康改善」、「産業開発」、「環境保護」という見出しの下に見出すことができました。

これらの分野における ESA の能​​力は、ISS 上で実施される地上ベースの参照実験および活動を組み合わせた実施として定義されました。

健康改善の側面は、ISS活動に関連する人間の生理学および生物学の研究の一環として取り上げられています。

産業開発は、大学の研究者、産業界の研究、ESA のチーム編成の形で、ESA が 10 年以上にわたって運営している微小重力応用推進プロジェクト (MAP) の基盤におけるトピックとして取り上げられています。

環境保護は地球観測とかなり関連しており、ISS はそのために適したプラットフォームを提供します。

ELIPSプログラムが定義されるまで、有人宇宙計画に基づく研究を欧州宇宙機関が実施するための欧州研究計画は定義されていませんでした。研究計画はいくつかの基準に基づいて策定されましたが、その1つは主要なテーマの全体的なセットです。したがって、ELIPSプログラムから始めて、提案は原則として、戦略的に定義された次の主要カテゴリのいずれかに該当する必要があります。^[3]

• 自然を探索する
• 健康の改善
• 革新的な技術とプロセス
• 環境への配慮

これらの戦略的な見出しの下に、ESA の研究重点に関連して 6 つの主要な研究領域が自然に現れ、これらの分野の下に 14 のいわゆる基礎が特定されています。

• 基礎物理学

-複雑なプラズマとダスト粒子の物理学を調査し、特に、基本的な分子現象を再現するプラズマ 内の粒子の 3 次元挙動と 、無重力を必要とする真空または大気環境での凝集 プロセスを理解することに重点を置きます。

-冷原子と量子流体 を研究します。地球上では達成できないレベルの精度を達成できる宇宙での冷原子時計の開発と利用 に特に重点が置かれています。

• 流体と燃焼物理学

- 地球の重力場においてマクロスケールで不均一な臨界流体、二成分系および三成分系、粒状物質 などの流体および多相系の構造とダイナミクスを研究します。中心幾何学における流体の流れや、泡やエマルジョンなどの多成分系の進化も特に興味深い分野です。

-気体、液体、固体燃料を使用した燃焼 実験を実行し、浮力対流によって地球に生じる現象を定量的に調査します 。

• 材料科学

-液体金属の熱物理的特性 の測定では、無重力状態でのみ達成可能な条件下での容器なしのサンプル処理の可能性 を活用します。

- 重力による影響を排除することで、宇宙での実験から新しい材料とプロセスが得られます。これには、 金属、無機および有機材料、および生物学的高分子の結晶成長と凝固のメカニズムの理解が含まれます。

• 生理

-統合生理学の分野では、低重力やその他の極限状態が 心臓血管、呼吸器、感覚運動系などの全身の調節に及ぼす影響を研究します。

- 重力が減少する状況を利用して、筋肉の萎縮や骨量の代謝など、筋肉と骨の生理学の機能的要素に対する負荷の影響について学習します。

-神経科学の分野において、重力が姿勢、運動、認知の制御に与える影響を理解します。

• 天体/宇宙生物学と惑星探査

-生命の起源、進化、分布の分野では、 地球上、宇宙、（模擬）惑星環境における極限条件下での生物の生存可能性を研究します。

-有人惑星探査の準備として、放射線量の影響を定量化し、高ストレス環境での隔離が人間に与える影響を調査します。さらに、現地のリソースの特定と利用に関する科学的知識ベースを開発します。また、長期惑星探査ミッションの生命維持についても研究します。

• 生物学

-細胞および発生生物学の分野で、シグナル伝達、遺伝子発現 、神経発達に特に重点を置き、重力環境の変化が細胞および生殖を含む生物全体の 発達に与える影響を調査します。

-植物生理学の分野における、重力屈性に関与する遺伝子やタンパク質などの機械感覚要素の研究。

-バイオテクノロジーの分野では、細胞の効力と 分化、および細胞マトリックス相互作用を制御するメディエーターの膜貫通および細胞内フラックスの無重力条件下での研究。

ELIPSプログラムは、選択、必要なハードウェアの開発、実験の飛行機会の提供のすべての側面をカバーしています。ESAは、ELIPSプログラムの下での科学的優先事項を定義するにあたり、諮問委員会の独立した専門家と欧州科学財団（ESF）の指導を受けています。これらの議論の結果として、ESFはELIPSプログラムの提案と基礎となる研究計画を推奨しました。個々の実験またはプロジェクトの選択プロセスは、ESAが科学コミュニティに提案を提出するよう呼びかけることから始まります。これは機会告知（AO）と呼ばれます。ISSの最後の主要なAOは2009年で、生命科学の実験のためのものはNASA、JAXA、CSAと国際的に調整され、ILSRA-09（国際生命科学研究告知）と名付けられました。同時に、ESAはISSの物理科学と観測ロケットの物理学/生命科学実験のためのAO-2009を発行しました。ドロップタワーや放物線飛行などの比較的複雑でないプラットフォームについては、ELIPS はいつでも提案を受け付けています。研究提案は独立した専門家 (ピアレビュー) によって科学的に評価され、好意的に評価された場合は、初期の実現可能性評価が行われます。総合的に合格した候補は、ESA の有人宇宙飛行、微小重力、探査プログラム委員会に送られ、ELIPS プロジェクトの研究プールに正式に選出されます。

ELIPSプールに選ばれたプロジェクトの実験は、可能な限り早く実施されますが、それは実験の複雑さとコストに大きく依存します。ISSでの実験の場合、選択から実現までには通常2、3年かかりますが、まれに10年かかることもあります。実験ハードウェアは通常ELIPSプログラムによって提供されますが、参加する研究者は国から資金を調達する必要があります。ESAはさらに、宇宙へのすべての輸送、運用コスト、および乗組員リソース（ISSの場合）についても責任を負います。実験はますます大規模または複雑になり、特に大規模または複雑な実験の場合は、他のISSパートナー（NASA、JAXA、CSA、またはロスコスモス）との協力が求められることがよくあります。

実施された実験からの生データと較正済みデータは分析のために科学者に提供されますが、生データと較正済みデータは正式には ESA の所有物のままですが、処理されたデータは科学者の所有物になります。

ISS で期待される研究分野をサポートするために、ESA はいくつかの実験施設を建設しました。主なものは、バイオラボ、流体科学研究所(FSL)、材料科学研究所(MSL)、欧州生理学モジュール(EPM)、および欧州引き出しラック(EDR) です。NASA との物々交換協定により、微小重力科学グローブボックス(MSG) とISS 用マイナス 80 度実験用冷凍庫(MELFI) が提供されました。ISS 外での曝露科学については、ESA は2008 年 2 月にコロンバスに欧州技術曝露施設と (EuTEF)SOLAR を提供し、18 か月後に返還されました。

この施設はマルチユーザー施設として建設されたため、個々の実験に対してかなりの適応性と柔軟性を提供します。

通常、物理科学および生物学の施設では、科学的目的に応じてカスタムメイドの実験モジュールを収容できます。生理学の場合は、一連の機器が収容されます。

材料科学の研究では、通常、材料サンプルを溶かして固めることができる炉が必要ですが、流体科学の研究では、事前に決められたインパルスやさまざまな刺激が流体サンプルに与えられたときに流体をその場で監視するために、船上で高度な画像化技術が必要になります。

生物サンプルは通常、調査または処理の前、最中、後を問わず温度制御された環境を必要とし、たとえば植物材料は通常、光の質とガス組成の両方の点で制御された雰囲気を必要とします。さらに、これらの半自動化された環境での生物学研究では、廃棄物の管理および制御システムが必要です。

乗組員を被験者とする人体生理学の分野での研究には、特定の測定および刺激装置が必要です。EPM 施設には、このようなマルチユーザー モジュールが多数含まれており、特定の用途や設定用に追加の実験専用装置が構築されています。最後に、NASA は ESA との協力協定に基づき、コロンバスにヒューマン リサーチ ファシリティ 1&2 (HRF-1&2) を設置しました。ESA は、HRF-2 と NASA のデスティニー研究所にも心肺装置を配備しています。

機関間の一般的な合意の 1 つは、機器の重複を避け、同時に十分なバックアップ オプションを用意することです。この取り決めを推進した 2 つの論拠は、1) 宇宙で使用する機器は定義と製造に非常にコストと時間がかかること、2) ISS に搭乗すると常に時間と物理的リソースが大きな制限となることが理解されているため、協力的なアプローチが促進されるというものです。

2001 年に最初に提案された ELIPS プログラムでは、既存の科学活動の合理化が提案されました。その目的は、多様でありながら本質的に関連のあるこれらの活動間の相乗効果を強化することであり、また、優れた宇宙実験には必ず徹底した地上実験が先行する必要があると主張され、また、ピア レビュープロセスでは、十分に準備され資金が十分に確保された実験は、未確定の仮説のみに基づく実験よりも高い評価を受けるとされました。このように、ELIPS プログラムの下で総合的な組織を形成し、資金提供の対象となることが提案された活動は、次のとおりです。

• ヨーロッパの落下塔での短期間の無重力実験（最大 4.7 秒の自然無重力と最大 9 秒以上のカタパルト）
• 飛行機の放物線飛行による短期間の無重力実験（無重力期間は約 20 秒）。このような飛行では通常、1 日に最大 30 回の放物線飛行を繰り返します。
• スウェーデンのキルナにある ESRANGE のいわゆるサウンディング ロケット キャンペーンに搭載された短期間の無重力実験 (無重力期間はロケットの種類によって異なり、6 ～ 10 分)。
• 遠心分離機、加速器、放射線施設など、ユニークな特徴を持つ欧州の地上施設へのアクセス
• 火星への完全な宇宙ミッションをシミュレートし、南極のコンコルディア基地を使用するMars500実験などの地上類似物での隔離研究。

さらに、当初EMIRプログラムの下で資金提供されていた、産業界、大学、ESAの官民連携による微小重力応用プロジェクト（MAP）と、ESAに資金提供を提案され、ESAによって選定された科学グループの会議活動を全般的に支援するトピックチーム活動への支援を継続することが提案されました。

2010 年、生命科学と物理科学の最後の研究発表の結果が、有人宇宙飛行、微小重力および探査プログラム委員会 (PB-HME) によって正式に承認されました。選考結果は、2010 年 9 月の有人宇宙飛行科学ニュースレターの 8 ページ目から報告されています。2011 年 6 月現在、「研究プール」には合計 258 件の実験があり、そのうち 163 件は宇宙での実験用で、残りは地上での準備実験用です。

• ESA 有人宇宙飛行研究と探査
• ESA 有人宇宙飛行研究 - エラスムス センター 2012 年 11 月 17 日アーカイブ - Wayback Machine