ISS ECLSS

国際宇宙ステーション（ISS）環境制御・生命維持システム（ECLSS）は、大気圧、火災検知・消火、酸素レベル、適切な換気、廃棄物管理、給水などを提供または制御する生命維持システムです。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、ハネウェル社によって共同で設計およびテストされました。^[1]

このシステムには、水の回収、空気の再生、酸素の生成という3つの主な機能があり、 ISSに搭乗する人員の安全で快適な環境を確保することを目的としています。また、このシステムは、深宇宙ミッションで使用するためにECLSSをベースに構築されたより高度な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る。ズヴェズダには、緊急時には飲料水として使用できる大気中の水蒸気を処理する水回収システムがあり、通常は酸素を生成するためにエレクトロンシステムに送られる。アメリカセグメントには、STS-126 ^[2]中に設置された水回収システムがあり、大気から集められた水蒸気と尿を飲料水に処理することができる。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月にトランクウィリティ（ノード3）に移動された。 ^[3]

水回収システムは、尿処理装置と水処理装置で構成されており、3つのECLSSラックのうち2つに収納されています。^[4]

尿処理装置は、遠心分離機を使用して重力の欠如を補い、液体とガスの分離を助ける低圧真空蒸留プロセスを使用しています。^[5]尿処理装置は、6人の乗組員のニーズに対応する1日あたり9kgの負荷を処理できるように設計されています。^[2]設計では水分含有量の85％を回収することが必要でしたが、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レベルが上昇します）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は混合されて水処理装置に送られ、そこでガスと固形物が濾過床を通過し、その後高温触媒反応装置を通過します。その後、水は搭載センサーによって検査され、不適格な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1998年1月にSTS-89で飛行し、微小重力下での水処理装置の触媒反応器の実証を行った。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、最初の設置から 1 日後の 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高電流が観測されました。これは、いくつかのゴム製振動絶縁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、モーター電流が高いために 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、遠心分離機速度センサーの 1 つがずれていることが判明し、コンプレッサー ベアリングが故障していました。^[3]

ISSには現在、地球の大気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圧力に非常に敏感です。圧力が下がりすぎると、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]

ズヴェズダのエレクトロンシステムとデスティニーの類似システムは、宇宙ステーション内で酸素を生成する。^[8] 乗組員は、酸素ボンベと固体燃料酸素生成（SFOG）キャニスターの形でバックアップオプションを持っている。^{[9]二酸化炭素は}ズヴェズダのヴォズドゥクシステム によって空気から除去される。二酸化炭素除去アセンブリ（CDRA）1台は米国のラボモジュールに、もう1台は米国のノード3モジュールに設置されている。放屁によるメタンや汗によるアンモニアなど、人間の代謝によるその他の副産物は、活性炭フィルターまたは微量汚染物質制御システム（TCCS）によって除去される。^[9]

二酸化炭素と微量汚染物質は、空気再生システムによって除去される。これはNASAのラックで、トランクウィリティに設置されており、二酸化炭素除去装置（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成分分析装置（MCA）を提供するよう設計されている。空気再生システムはSTS-128でステーションに運ばれ、日本実験棟与圧モジュールに一時的に設置された。このシステムはトランクウィリティが到着した後に移送される予定で、スペースシャトルエンデバー号のミッションSTS-130中に設置された。^[10]

酸素生成システム（OGS）は、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ように設計されたNASAのラックです。酸素はキャビンの大気中に放出されます。この装置はデスティニーモジュールに設置されています。STS -117の宇宙飛行士が行った船外活動の1つで、システムの使用を開始するために必要な水素ベントバルブが設置されました。^{[11]このシステムは2006年に}STS-121によって運ばれ、2007年7月12日に運用を開始しました。^[12] 2001年から、米国の軌道セグメントはクエストエアロックモジュールの加圧貯蔵タンク内の酸素、またはロシアのサービスモジュールから酸素を使用していました。2010年10月にサバティエシステムが起動される前は、キャビンから抽出された水素と二酸化炭素は船外に放出されていました。^[5]

2011年、アメリカのニュースメディアCBSニュースとニュース雑誌スペースフライトナウは「OGAは過去6か月間、供給された水がわずかに酸性すぎるため、うまく機能していない」と、宇宙ステーションのフライトディレクター、クリス・エデレン氏は述べた。「過去数か月間、宇宙ステーションの乗組員は、OGAの修理機器の配達を待つ間、訪問中のプログレス補給宇宙船、ヨーロッパの貨物船、ロシアのエレクトロン酸素発生器で運ばれた酸素を使用していた。OGAはエレクトロンと同様に、電気を使用して水分子を水素と酸素に分解する。」^[13]

高度閉ループシステム (ACLS) は、二酸化炭素と水を酸素とメタンに変換するESAラックです。二酸化炭素は、アミン スクラバーによってステーションの空気から除去され、次にスクラバーから蒸気によって除去され、水から電気分解で生成された水素を使用してサバティエ反応によってメタンと水に変換されます。メタンは排気され、水は電気分解によってリサイクルされ、水素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している NASA 酸素生成ラックとは大きく異なります。この節水機能により、貨物補給で年間 400 リットルの水を余分に打ち上げる必要性が減ります。処理される二酸化炭素の 50% は酸素に変換でき、それ自体で 3 人の宇宙飛行士に十分な酸素を再生できます。^[14]二酸化炭素の残りの 50% は、生成されたメタンとともに ISS から排出されます。^[14] ACLS には 3 つのサブシステムがあります。

• 二酸化炭素濃縮アセンブリ (CCA) は、アミン反応を利用して車内の空気から二酸化炭素を吸収して濃縮し、二酸化炭素を許容レベル内に保ちます。
• 酸素生成アセンブリ (OGA) は、水を酸素と水素に分離する電解装置です。
• 二酸化炭素再処理アセンブリ（CRA）。「サバティエ反応器」は、CCAからのCO2とOGAからの水素を反応させて_水とメタンを生成します。

ACLSは技術実証機（1年から2年の運用予定）だが、成功すればISSに恒久的に搭載される。2018年9月のこうのとり7号機の打ち上げで運ばれ、デスティニーモジュールに搭載された。運ばれてから1年後、その大半は稼働しており、新しい部品により2020年には3つのサブシステムすべてが完全に機能するようになる予定だった。^{[15] [更新が必要]}

NASAのサバティエシステム（2010年から2017年まで使用）は、酸素生成システムからの廃棄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、酸素を再利用することで、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す。水はリサイクルされ、地球からステーションに運ばなければならない水の総量を減らし、メタンは酸素生成システム用に設置された共有の水素排気ラインから船外に排出されます。^[16]

Elektron はロシア製の電解酸素発生装置で、ミールでも使用されました。電気分解を利用して酸素を生成します。このプロセスでは、ステーション内で他の用途で回収された水分子を電気分解によって酸素と水素に分解します。酸素は客室内に排出され、水素は宇宙に排出されます。国際宇宙ステーションに搭載されている 3 台のロシア製 Elektron 酸素発生装置は問題に悩まされており、乗組員は頻繁にバックアップ ソース (ボトル入り酸素または以下で説明する Vika システム) を使用せざるを得ませんでした。6 人の乗組員をサポートするために、NASA は上記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 (当初は) 原因不明で停止しました。2週間のトラブルシューティングの結果、ユニットは再起動しましたが、すぐに停止しました。原因は最終的にユニット内のガス泡であることが判明しましたが、2004年10月のプログレス補給ミッションまで機能しませんでした。 ^[17] 2005年、ISS の職員は到着したばかりのプログレス補給宇宙船の酸素供給源を利用しましたが、エレクトロン ユニットが故障しました。^[18] 2006年、故障したエレクトロン ユニットからの煙により、NASA のフライトエンジニアは「宇宙船の緊急事態」を宣言しました。焦げた臭いがしたため、ISS の乗組員はエレクトロンでまた火災が発生したのではないかと疑いましたが、ユニットは「非常に熱い」だけでした。腐食性の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ませんでした。臭いは過熱したゴム製シールから発生したと推測されています。この事故はSTS-115が離陸した直後、補給ミッション（宇宙旅行者 アヌーシェ・アンサリを含む）の到着直前に発生した。^[19]エレクトロンは、2006年10月のプログレス補給船に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。^[20]システムへの損傷を防ぐために、ERPTC（電気回復処理端末電流）がISSに挿入された。2020年10月にエレクトロンシステムは故障し、修理前に短時間停止する必要がありました。^[21]

国際宇宙ステーションで使用されるVikaまたはTGK酸素発生器は、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器で、代替酸素発生システムを提供します。^{[22]これは固体の過}塩素酸リチウムの容器を使用しており、加熱するとガス状の酸素と固体の塩化リチウムに分解します。^[22]各容器は、乗組員1人の1日の酸素需要を供給できます。^[23]

ロシアのもう一つのシステムであるヴォズドゥフ（ロシア語でВоздух、「空気」を意味する）は、再生可能な二酸化炭素ガス吸収装置を使用して空気から二酸化炭素を除去します。^[24]

温度湿度制御 (THC) は、ISS ECLSS のサブシステムであり、安定した空気温度の維持とステーションの空気供給における湿度の制御に関係しています。熱制御システム (TCS) は THC システムのコンポーネント部分であり、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) に分かれています。湿度の制御は、温度を下げたり上げたり、空気に湿気を加えることで可能です。^{[引用が必要]}

火災検知および消火 (FDS) は、火災が発生したことを識別し、消火措置を講じるためのサブシステムです。

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