国際宇宙ステーション実験材料

国際宇宙ステーション材料実験( MISSE )は、国際宇宙ステーション(ISS)の外部に取り付けられた一連の実験であり、材料が過酷な宇宙環境に長期間さらされた場合の影響を調査します。

MISSEプロジェクトは、NASA、民間企業、国防総省（DOD）が将来の低地球軌道（LEO）、同期軌道、惑星間宇宙ミッションで使用する予定の材料とコンポーネントの性能、安定性、長期生存性を評価するものである。LEOで68か月過ごした後、1990年に回収された長期曝露施設（LDEF）は、宇宙環境が多くの宇宙船の材料とコンポーネントにとって非常に過酷であることが明らかになった。低地球軌道で遭遇する最も一般的な原子種である原子酸素は、プラスチックや一部の金属と非常に反応性が高く、深刻な浸食を引き起こす。

また、大気フィルターがないため、極端紫外線も発生します。この放射線は、多くのプラスチックやコーティングを劣化させ、黒ずませます。宇宙の真空は、多くの材料の物理的特性も変化させます。隕石や軌道を周回する人工の破片の衝突は、宇宙にさらされたすべての材料に損傷を与える可能性があります。これらすべての環境が宇宙船に及ぼす複合的な影響は、宇宙でのみ調査できます。MISSE は、現在使用されている材料と将来の宇宙ミッションで使用する予定の材料を評価します。^[1]

MISSEプログラムは、スペースシャトルのSTS-76飛行とSTS-86飛行の間に1年以上ミール宇宙ステーションのミール・ドッキング・モジュールに取り付けられていたミール環境影響ペイロード（MEEP）の直接の後継であり、[2] 長期曝露施設の後継です。また、MEEPSの起源は、STS-1とSTS- 2で飛行したパッシブ^光学サンプルアレイ（POSA）サンプルトレイと、その後継である STS-3とSTS-5の酸素と物質の相互作用の影響（EOIM）にまで遡ることができます。

テストされた材料

MISSE プロジェクトでは約 1,508 個のサンプルがテストされています。サンプルの範囲は、スイッチ、センサー、ミラーなどのコンポーネントから、ポリマー、コーティング、複合材料などの材料にまで及びます。種子、胞子、さまざまな種類のバクテリアなどの生物学的材料も評価されています。ミッションの各材料は、選択前に個別に実験室でテストする必要がありました。材料の最終的なテストは、宇宙環境にさらされたときです。実験室では、各材料は一度に 1 つの特定のシミュレーション環境にしかさらすことができません。宇宙では、材料は一度にすべての環境にさらされます。新しい材料のテストに加えて、MISSE は、太陽電池電力アレイの早期故障に悩まされている通信衛星で使用されている材料など、現在の材料に関する問題にも取り組みます。より長い寿命が期待される新世代の太陽電池もテストされます。

MISSE は、衛星の熱吸収と放出温度を制御するために使用されるコーティングもテストします。宇宙の過酷な環境はコーティングの耐用年数を制限します。宇宙でより安定し、したがってより長い耐用年数を持つと予想される新しいコーティングがテストされます。MISSE はまた、惑星間空間にある非常にエネルギーの高い宇宙線から乗組員を保護するという、火星の有人探査の大きな問題にも取り組みます。軽量シールドの新しい概念が MISSE でテストされます。超軽量の膜構造は、ソーラーセイル、大型の膨張式ミラーおよびレンズ用に計画されています。これらの材料に対する微小隕石の衝突の影響も調査されます。^[1]

MISSE データ (MISSE 1 - 7) は現在、http://materialsinspace.nasa.gov/ の登録アカウントを通じて一般に公開されています。NASA は可能な限り、過去の MISSE 実験を収集し、そのデータを一般に公開するよう努めてきました。データは引き続き研究者から収集され、MISSE データベースに追加されています。

MISSEの導入

ミッション用に選ばれた材料は、ブリーフケースのようなパッシブ実験コンテナ (PEC) に入れられます。PEC は、ISS との間で実験を輸送するために使用されます。EVA 中は、PECはISS の手すりまたは露出した実験設備に置かれます。コンテナは完全に (360°) 開かれ、実験のある 2 つの表面が反対方向を向きます。実験は、可能であれば、通常は予定されている EVA により機会があればいつでも、屋外に置かれている間に数回撮影されます。宇宙での露出後、MISSE は展開時と同じ方法で回収され、材料サンプルが宇宙ミッションを完了するために必要な固有の特性をまだ持っているかどうかがテストされます。MISSE には、時間履歴の読み取り、つまり特定の時点で材料に何が起こったかの読み取りを行うアクティブおよびパッシブ検出器があります。地上に戻ると、露出の影響を判断するためのテストが行われます。これらのテストにより、どの材料が宇宙で耐えられるほど強力であるかが判断されます。

当初は、MISSE-1と2は約1年間、MISSE-3と4は最大3年間展開される予定だった。スペースシャトルコロンビア号の事故によりシャトル艦隊が地上に留まったため、これらの計画は変更された。MISSE-1と2は3年間のデータを提供し、MISSE-3と4は1年間のデータを提供した。^[3]

MISSE-1 と MISSE-2

最初の実験セットと2番目の実験セットは、 2001年8月10日のSTS-105ミッション中にスペースシャトル ディスカバリー号^{によって打ち上げられ、様々な材料の910個の標本が含まれていました。 [4]これらは、}クエストジョイントエアロックと高圧ガスタンクにある2つの別々のエアロックハンドレールに設置されました。 ^[5]

2005年7月30日、 STS-114ミッションの最初の船外活動中に、両方の実験が回収されました。^[6]

MISSE-1と2を搭載したICC STS-105
MISSE PEC1 & 2 を Quest にマウント
ミッセPEC1
MISSE PEC1をQuestに搭載
ミッセPEC2
Questに搭載されたMISSE PEC2の外観

ミス-5

これは3回目のMISSE実験であり、5回目のMISSE PECであった。MISSE-5は、2005年7月26日のミッションSTS-114でスペースシャトル ディスカバリーによって打ち上げられ、様々な材料の標本254個を積んでいた。^[7]P6トラスに設置され、1年後の2006年9月15日のミッションSTS-115の3回目の船外活動中にMISSE-5パッケージが回収された。^[8]

MISSE-5 には 3 つの調査が含まれていました。1 つは、将来の宇宙船で使用するための 36 個の太陽電池の性能テストである Forward Technology Solar Cell Experiment (FTSCE) です。2 つ目の調査では、宇宙環境における 200 を超える柔軟な材料の劣化を測定しました。3 つ目の実験では、通信システムを提供し、アマチュア衛星サービスの既成ソリューションをテレメトリコマンドと制御用にテストしたPCSat-2が使用されました。MISSE-5 は、MISSE シリーズの最初のアクティブな実験でした。電源が必要で、PCSat-2 を介して地上と通信できました。^[9]

MISSE PEC5 は打ち上げ準備中。左は FTCSE、右は PcSat-2 で、金色の断熱ブランケットと柔軟な材料サンプルで覆われている。
P6トラスの端にあるMISSE PEC5
P6トラスの端にあるMISSE PEC5

MISSE-3 と MISSE-4

MISSE実験の4番目と5番目のセット（MISSE PEC3とMISSE PEC4）は、2006年8月3日のSTS-121ミッション中にスペースシャトル ディスカバリー^{によって打ち上げられ、さまざまな材料の標本875個を積んでいた。 [10]} MISSE-3はクルーロック周辺の高圧タンクの1つに、MISSE-4はクエストジョイントエアロックの外側端に、第13次長期滞在の乗組員によって設置された。^[11] 1年後の2007年8月18日のSTS-118ミッションの4回目の船外活動中に、MISSE-3と4の実験が回収された。^[12]

MISSE3号と4号は教育目的も果たし、宇宙科学への興味を刺激するために、子供たちに科学実験用に配られた約800万粒のバジルの種子を飛ばした。 ^[3]

ミッセPEC3
ミッセPEC4
STS-118 で回収される直前の MISSE-3

ミス-6

MISSE実験の6番目のセットである6Aと6Bは、2008年3月13日のSTS-123ミッション中にスペースシャトル エンデバー号^{によって打ち上げられ、さまざまな材料の400以上の標本が含まれています。 [13]}コロンバス外部ペイロード施設に設置されました。設置は3回目の船外活動中に試みられましたが、ケースが当初はブラケットに収まりませんでした。^[14] 5回目の船外活動中に正常に設置されました。^[15]

MISSE 6Aと6Bは両方ともSTS-128ミッションの最初の船外活動中に回収され、2009年9月に地球に帰還した。^[16]^[17]

コロンバスモジュールの MISSE PEC6A と 6B
ミッセPEC6A＆6B
MISSE PEC6A & 6Bアートワークの画像

ミス-7

MISSE実験の7番目のセットは、ExPRESSペイロードアダプタ（ExPA）^{[18]に搭載されていました}^：6つはExPRESSロジスティクスキャリア2に搭載されていました。^{[19]これらは、2009年11月に}STS-129ミッションで宇宙ステーション（ELC-2）に運ばれました。

MISSE-7 は、MISSE 7A と MISSE 7B と呼ばれるスーツケースサイズのパッシブ実験コンテナ (PEC) 2 つで構成されています。宇宙遊泳中の宇宙飛行士によって ISS の外部に設置されると、PEC が開かれます。MISSE 7A の向きは宇宙/地球に面しており、MISSE 7B は ISS の軌道に対して前方/後方を向いています。MISSE 7A と MISSE 7B の両方に、アクティブ実験とパッシブ実験が含まれています。パッシブ実験は、地上の実験室で飛行前および飛行後の評価を行うために設計されています。MISSE プログラムで初めて、アクティブ実験は ISS の電力および通信システムとインターフェイスしてデータを地球に送信できるように設計されました。

MISSE-7 には、ExPA ベースに搭載された実験装置も含まれていました。これらの実験装置には、NASA ゴダード宇宙飛行センターのエンジニアによって開発されたSpaceCubeが含まれていました。これは、Xilinx の Virtex-4 商用 FPGA をベースにした再構成可能な高性能システムで、オンボードでの計算集約型処理を必要とする宇宙飛行アプリケーション向けに設計されています。MISSE-7 SpaceCubeの目的は、宇宙での商用処理デバイスの使用を可能にするのに役立つ「ソフトウェアによる耐放射線性」プログラム実行とエラー検出および修正技術を実証するための「軌道上」テストベッドとして機能することでした。^[20]

7Aで実施された実験には、シングルイベントアップセットザイリンクス-サンディア実験^[18]^{: 35}が含まれており、アクティブなFPGA回路への放射線の影響を検出し、高緯度と南大西洋異常帯でより多くのアップセットイベントを検出しました。^[18]^{: 20}

MISSE 7Aの主な責任は海軍研究所が負い、MISSE 7Bについては空軍研究所、 NASA、ボーイング、その他の産業界の協力者、学界が実験を行った。^[21]

2 つの PEC は、STS-134 ミッション中に地球に持ち帰るために収集されました。

ExPAプラットフォームに搭載された2つの受動実験コンテナを搭載した打ち上げ前のMISSE-7
ミッセPEC7A＆7B
ELC-2 の MISSE PEC7A および 7B

MISSE-7実験

SpaceCubeは、極めて高度な処理能力を必要とする宇宙飛行アプリケーション向けの、小型で軽量、再構成可能なマルチプロセッサプラットフォームです。スタック可能なアーキテクチャを採用し、Xilinx Virtex 4 FX60 FPGA (プロセッサカードあたり 2 個) をベースにしています。SpaceCube の最初のミッションは、ハッブル宇宙望遠鏡による相対航法センサー実験の一環として行われたハッブル宇宙望遠鏡によるサービスミッション 4でした。 ^[22] SpaceCube は、ソフトウェア技術によって強化された革新的な放射線耐性を実証するための軌道上テストプラットフォームを提供します。^[20]

ミス-8

2011年5月に打ち上げられたSTS -134ミッションでは、MISSE PEC8実験を運び、MISSE PEC7AとPEC7Bを地球に帰還させた。MISSE-7はSTS-129で運ばれて以来ISSに搭載されていた。^[23]

STS-134ではMISSE-8 は 1 つの PEC のみでしたが、STS-135 の乗組員は MISSE-8 ORMatE-III 露出プレートを 2 番目の MISSE マウントに追加しました。

MISSE-8 PECとORMatE-III露出プレートは、2014年2月に船外活動で回収される予定だった。これらは、SpX-3ミッションの一環として、SpaceX Dragonカプセルに搭載されて返還された。^[24]

宇宙飛行士アンドリュー・フューステルがMISSE PEC7A と 7B を PEC8 STS-134 と交換
STS-135 EVA中にELC-2からISS全体を撮影した写真の合成。右側にMISSE-8 PECがある。
MISSE-8 と ORMatE-III プレート設計
ロン・ガランSTS-135が撮影したMISSE-8
NASA Select TV の MISSE-8 ORMatE-III プレート
MISSE-8 ORMatE-III 露光プレートが宇宙遊泳 STS-135 中に ELC-2 に設置されました

ミセ-FF

材料 ISS 実験飛行施設 (MISSE-FF) プラットフォームは、地球上で集団で行うことが事実上不可能な、宇宙の過酷な環境で材料、コーティング、コンポーネント、またはその他の大規模な実験をテストする機能を提供します。低軌道 (LEO) でのテストでは、LEO 環境での紫外線 (UV)、原子状酸素 (AO)、電離放射線、超高真空 (UHV)、荷電粒子、熱サイクル、電磁放射線、微小流星体への曝露に対する材料の反応を総合的にテストできます。

MISSE-FF は、MISSE 1 から MISSE 8 までの飛行ペイロードの継続ですが、MISSE 操作のための船外活動 (EVA) の必要性を排除する完全に新しい設計です。MISSE-FF は、Alpha Space と ISS プログラムの共同作業であり、ISS の期間中 ISS 上に存在する基本構造と航空電子機器を使用して設計されています。MISSE サンプルキャリア (MSC) が取り付けられ、後で ISSカナダアーム 2 を使用して回収されます。MSC は施設まで打ち上げられ、テスト期間の終了時に地球に帰還します。MISSE-FF は地上からロボットによって操作され、施設の操作に必要な乗組員インターフェイスは計画されていません。ただし、将来の MISSE サンプルキャリア (MSC) を転送トレイにロードして MSC をJEMエアロック経由で輸送し、その後転送トレイから MSC を降ろして地球への帰還に備えることは例外です。この施設は、これまで材料科学コミュニティでは利用できなかった新しい技術とシステムの開発です。これまで利用できなかった新しい機能は、各 MSC が各サンプルの写真を毎月 (必要に応じてより頻繁に) 撮影できることです。この写真は各主任研究者に提供され、軌道上にある間ずっとサンプル/実験の状態を監視できます。MISSE MSC は、実験にデータ収集や電力を必要とする実験のために、電力とデータのオプションも提供します。MISSE-FF は、サンプルや実験のテスト用に、ラム (ISS が軌道上を移動する際の前方の眺め)、ウェーク (ISS の後ろの眺め、水中のボートの航跡に似ている)、ゼニス (地球から離れて深宇宙と太陽に向かう眺め)、およびナディール (地球に向かって下を見る眺め) の 4 つの宇宙の眺め方向を提供します。科学者は、加速劣化、宇宙汚染の付着、質量損失など、材料またはコンポーネントの耐久性をテストします。

MISSE参加者

MISSEプロジェクトは、 NASAラングレー研究センターが管理する共同プロジェクトです。参加者には、NASAジョンソン宇宙センター、NASAマーシャル宇宙飛行センター、NASAグレン研究センター、ジェット推進研究所、空軍研究所の材料研究所、海軍研究所、^[25]インフォサイト社、ボーイングファントムワークスが含まれます。シャトル/ISS MISSE統合は、米国空軍の国防総省スペースシャトルおよびISSペイロード統合局によって実行されます。

参考文献

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外部リンク

MISSE-1 から MISSE-5 までの NASA サイト
MISSEに関するNASAファクトシート: 宇宙での材料試験
NASA ファクトシート MISSE が成果をあげる
MISSE の NASA 背景機能
国際宇宙ステーション実験（MISSE）5号材料は、ISSで先進的な太陽電池技術をテストするために開発されました
MISSE-5 向け前向き技術太陽電池実験 (FTSCE) が検証され、STS-114 での飛行準備が整いました
MISSE-5回収プレスリリース
ISS ファクトシート - MISSE 1 および 2
ISS ファクトシート - MISSE 3 および 4
ISS ファクトシート - MISSE 5
ISS ファクトシート - MISSE 6A および 6B
PCsat 2 設計ページ

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