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中性浮力シミュレーターは、 NASAのジョージ・C・マーシャル宇宙飛行センター（MSFC）に設置された中性浮力プールでした。このシミュレーターは1968年から1997年の廃止まで使用されました。マーシャル宇宙飛行センターは船外活動（EVA）の水中シミュレーションの必要性を認識し、その目的のために3つの段階的に大型のタンクを開発しました。中性浮力シミュレーターは、アメリカの有人宇宙計画に大きく貢献しました。スカイラブ、スペースシャトル、ハッブル宇宙望遠鏡、国際宇宙ステーションのミッションに参加した宇宙飛行士は、この施設で訓練を受けました。ジョンソン宇宙センターが1970年代半ばに無重力環境試験施設を建設するまで、MSFCはエンジニアと宇宙飛行士が無重力状態での身体運動の力学を習得できる唯一のNASA所有の試験施設でした。[ 2 ] [ 3 ]： 1968-03 p.39 [ 4 ]
シミュレーター内の水は温度制御され、連続的に循環・ろ過された。水中音声・映像、加圧スーツの環境制御、緊急救助・治療のための特殊システムがタンクに組み込まれていた。これらのシステムは、最大4名の加圧スーツ着用者に対し、同時に生命維持装置を提供した。さらに、データ収集・記録、水中照明、モーター、バルブ、制御装置、計器類の水中空気圧・電気駆動といった、高精度かつ機能的な工学モックアップや訓練装置に必要な特殊なシステムも備えていた。
中性浮力シミュレーターの解体は2025年12月中旬に始まった。[ 5 ]
中性浮力は宇宙の無重力環境をシミュレートします。[ 6 ]まず、オーバーヘッドクレーンを使用して機器をプールに降ろします。次に、宇宙服を着た宇宙飛行士がタンクに入り、サポートダイバーが宇宙飛行士に重りを追加して、浮力も重心周りの回転モーメントも感じないようにします。[ 6 ]
中性浮力を使用して微小重力をシミュレートする際の欠点の1つは、水による抵抗がかなり大きいことです。 [ 7 ]一般的に、水中での作業をゆっくり行うことで抵抗の影響を最小限に抑えることができます。中性浮力シミュレーションのもう1つの欠点は、宇宙飛行士が宇宙服の中で無重力状態ではないため、宇宙服の正確なサイズが非常に重要になることです。
NASAは長年にわたり、さまざまな航空機で無重力飛行を行ってきた。1959年には、マーキュリー計画の宇宙飛行士が「嘔吐彗星」と呼ばれたC-131サマリタン機で訓練を行った。航空機の無重力状態は一度に25秒に制限されているため、数時間続く可能性のある船外活動の訓練は困難である。[ 8 ] [ 9 ]
1960 年 5 月より前に、NASA は水中での中性浮力シミュレーションの可能性を認識し、その有効性のテストを開始しました。NASA はボルチモアの Environmental Research Associates に依頼し、ラングレー研究センター近くのプールで最初に中性浮力シミュレーションを試みました。訪問者やその他の問題により、これらの取り組みは妨げられ、彼らは作業をマクドノー学校に移し、スコット・カーペンターが宇宙服を着て参加した最初の宇宙飛行士となりました。その後、 1966 年 9 月中旬のジェミニ 11 号での困難な船外活動の後、有人宇宙船センターは水中での手順のテストの重要性を完全に理解し、ジェミニ 12 号の乗組員をマクドノーに訓練に送りました。[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]
一方、MSFCは、ほぼ空のS-IVBロケットステージを宇宙ステーションに改造するためのEVAを伴うアポロ応用プログラムを見据えており、ハードウェアを設計する人々は無重力の課題を徹底的に理解する必要がありました。MSFCのチャーリー・クーパーは、ジェミニ4号のEVAの映像をレビューしているときに、中性浮力の訓練がEVAの計画に役立つ可能性があると理論づけました。彼とチャールズ・D・ストックスは、NASAのスキューバスーツ2着と、以前は爆発的に金属部品を成形するために使用されていた直径8フィート（2.4メートル）、深さ8フィート（2.4メートル）のプールを使用してこのアイデアを追求しました。1965年11月のテストには、ST-124とJ-2エンジン推進剤利用バルブの取り外しが含まれていました。これは、当時S-IVB軌道ワークショップと呼ばれていた初期のスカイラブミッションの初期段階です。[ 3 ]： 1965-11 p.18 [ 14 ]： p. 189
1966年1月にこの技術の有用性が実証された後、作業員たちは中性浮力試験用に、より大型の爆薬成形タンクを転用した。この大型タンクは直径7.6メートル、深さ4.6メートルであった。高さ3.0メートル、直径11メートルのサターンVロケットの損傷した波形鋼板を円錐形の屋根で覆い、暖房設備を備えたこの施設は、十分な照明と、当初のタンクよりも大型の機器を設置できる広いスペースを確保していた。
2つ目の水槽の予算は特に厳しかった。予算にはシアーズ製のプール用フィルターと、隣接する蒸気管からの給湯設備が含まれていた。 藻類は、この特殊な構成に適した化学物質のバランスを見つけるために、ほぼ1年間化学者を雇った。 [ 14 ]： p.190
初期試験は再びS-IVB作業場に焦点を当て、エアロックへの出入り、およびS-IVBハッチカバーの取り外しが行われた。[ 3 ]： 1966年1月、35ページ[ 14 ]： 189～190ページ
2番目のタンクでは、海軍のマークIVスーツから始まり、宇宙飛行士が加圧服を着て訓練を行った。MSFC製造工学（ME）研究所は、「どの深度でも中性浮力を維持できる」定圧弁を開発した。ダイバーは1966年7月に初めてタンクでマークIVを試し、アラン・ビーンは1966年9月6日にタンク内で2時間「典型的な宇宙飛行士の活動を実行」した。製造工学部長のWR・クアーズによると、ビーンは「S-IVBワークショップのすべての実験の必須シミュレーション方法の1つとして中性浮力について非常に熱心で率直だった」。その演習のコントローラーであるストックスは、ビーンの潜水はグローブからの漏れから始まり、続いてマークIVスーツが脇の下で破れ、ダイバーの助けを借りて脱出する必要があったと報告した。ビーンは通常のスキューバ器材で訓練を続けた。[ 3 ]： 1966-07 p.79 [ 14 ]： p. 190
1967年初頭までに、シミュレーターのスケジュールは埋まっていた。アラン・ビーンはプロジェクトを訪問し、助言も行っていたが、シミュレーターの目的は宇宙飛行士の訓練ではなく、「MSFCが開発したハードウェアが安全で、扱いやすく、アクセスしやすく、トラブルフリーである」ことを検証することだったと、F・ベリューは3月13日付のフォン・ブラウンへの報告書に記している。この時期の焦点は、主にアポロ応用計画の手順の初期開発に置かれていた。ビーンのプロジェクトに対する熱意もあって、有人宇宙船センターはMSFCと連携し、必要に応じて2名の宇宙飛行士、医療支援、乗組員宿舎、シミュレーションのための安全に関する助言を提供した。[ 3 ]： 1967年3月、26ページ
同じ報告書の中で、ベリューは、ほとんどの作業で両手を使う必要があると感じていると述べている。片方の手で作業を行い、もう片方の手で作業のてこの原理を利用するためである。彼はまた、4706号棟に3つ目のタンクを設置する計画についても概説した。[ 3 ]： 1967年3月、26ページ
スカイラブ（直径6.61m 、高さ7.4m ）やその他の開発中の機器を用いた手順のテストには、より大型のシミュレーターが必要であることは早い段階から明らかだった。また、その建設には独創的な資金調達と政治的な駆け引きが必要になることも明らかだった。1966年9月12日付のヴェルナー・フォン・ブラウン宛のメモで、クアーズは次のように述べている。「[ビーン]は、新しい大型中性浮力型シミュレーターに関する我々の計画について知らされていたようで、この件に関する彼の率直な質問に対し、責任ある機械工学科の職員が設計図を率直に示しました。その結果、ヒューストンはこのことを既に認識しています。」[ 3 ]： 1966年7月79ページ
追加設備のための予算がなかったため、経営陣は既存の施設を改造し、工具費と社内製造業者を使ってその中にタンクを建設することにした。ストックスは、「当時利用できたのは取締役裁量資金だけでした。タンクのために新しい建物を建設することは許可されていなかったため、模型と試作の建物の下で漏水が発見されました。この漏水を修理するには、床下に約[ 8フィート（2.4メートル）]のコンクリートが必要でした」と説明した。こうして、 130万米ガロン（490万リットル）の水を貯蔵するタンクを支えるために、1967年7月に4706号棟の基礎が準備された。[ 3 ]： 1967-01 p. 107、1967-07 p. 56 [ 14 ]： pp. 55、190
エド・バックビーは、資金提供の不正行為は「GAO（政府会計検査院）の監査と懲戒処分につながったが、仕事を成し遂げる上での創造性と実用主義というマーシャルの伝説に貢献した」と記している。[ 14 ]： p.55
新設タンクの溶接は1967年10月と11月に行われ、その後、深さ40フィート（12メートル） 、直径75フィート（23メートル）のプールがほぼ完成した。クアーズの11月20日の報告書によると、残りの作業には「2トンホイスト、呼吸用空気システム、スキューバシリンダー充填システム、新しい再圧室の設置、4706号棟と4705号棟の間に設置されるトレーラーへの計装機器の設置、潜水鐘とエアロックの調達と設置、地上階と上部プラットフォーム間を運行し、人や機材の移動に使用されるエレベーターの設計、調達、設置」が含まれていた。[ 3 ]： 1967-11 p.72
試験に向けた最終準備にはさらに数か月を要した。技術者たちは、途中で漏れが見つかった場合に修理できるよう、タンクをゆっくりと満水にすることに決め、1968年2月29日から3月11日の間に、いくつかの漏れを発見して修理しながらタンクを満たした。こうして準備が整うと、作業員たちは試験装置の設置を開始した。タンクの上部と周囲の建物の屋根との間の隙間が狭かったため、作業員たちは水中での部品組み立てのための新しい技術を開発する必要があった。
宇宙飛行士が加圧服を着て潜水する可能性が出てきたため、有人宇宙船センター（現在のジョンソン宇宙センター）は、施設の安全上の懸念を評価する運用準備検査（ORI）委員会という形で、MSFCに新たなレベルの安全対策を導入した。委員会は1967年12月に設立された。彼らは検査を実施し、さまざまな不測の事態への準備状況を実証するための訓練を監督した。ほぼ1年間、タンクを満タンにした後、手順は宇宙服を着た宇宙飛行士のための準備が整った。[ 3 ]： 1967-12 p. 37、1968-03 pp. 15、39、1968-04 p . 82、1968-07 p. 91、1969-03 p. 69
新型タンクでの最初の宇宙服着用宇宙飛行士による潜水は、アポロ望遠鏡マウントのフィルム回収技術を開発するための訓練であった。 ポール・ワイツとジョセフ・カーウィンはアポロA5L宇宙服（アポロ/スカイラブA7Lの前身）を着用し、 1969年3月4日にエドワード・ギブソンがスキューバ器材で観察する中、平行レールとトロリーシステムの両方によるフィルム回収を練習した。彼らの経験は、テザー拘束システム、宇宙服の空気供給系における熱交換器、中性浮力となるようにアンビリカルケーブルを調整すること、A5L宇宙服のウェイトシステムの微調整、そして新しい足拘束装置の設計につながった。[ 3 ]： 1969年3月69、91ページ
4705号棟と4706号棟の間に制御室と更衣室用のトレーラーが追加されたことで、それらを組み合わせた建物は4705号棟と呼ばれるようになった。
技術者たちは中性浮力シミュレーターを用いて設計上の問題点を洗い出し、宇宙飛行士たちはシミュレーターでの経験からフィードバックを提供した。例えば、1969年8月6日と7日には、宇宙飛行士のオーウェン・ギャリオット、ウォルター・カニンガム、ラスティ・シュヴァイカートがアポロ望遠鏡マウントの船外活動フィルム回収システムを評価した。[ 3 ]： 1969年8月、27ページ
シミュレーターの高圧チャンバーは、1969年9月24日から25日にかけての夜、ノックスビル近郊で減圧症にかかったTVAの作業員が治療のためMSFCに空輸され、真夜中頃に到着した際に、本来の目的で初めて使用された。NASAとTVAの医師が治療に立ち会った。最初の治療でダイバーの容態はいくらか改善したが、10月20日時点では回復は遅かった。患者は脊髄に損傷を受け、腰から下が麻痺していた。感覚は回復しつつあったが、運動機能は回復していなかった。[ 3 ]： 1969年9月125ページ、1969年10月71ページ
1970年代初頭、宇宙飛行士たちは中性浮力シミュレーターでスカイラブの訓練を行った。 [ 15 ]宇宙飛行士のコンラッドとカーウィンは、宇宙空間での修理作業に先立ち、中性浮力シミュレーターで要求事項をシミュレーションすることで、スカイラブ2の船外活動ミッションの準備を行った。[ 16 ]
スカイラブ計画後、NBSの役割は、宇宙船の技術コンセプト定義、設計開発、設計検証、および有人設計要件定義を行う施設へと発展したが、運用期間を通じて定期的に乗組員の訓練も継続された。これには、NASAの船外活動（EVA）クルーの訓練だけでなく、米空軍のポストマン軌道実験室（POL）宇宙飛行士、マサチューセッツ工科大学（MIT）およびメリーランド大学の宇宙飛行士の訓練も含まれていた。NBSは、現在国際宇宙ステーションとして組み立てられているモジュールや構造物を定義する基礎となった。
スカイラブ計画後、中性浮力シミュレーター（NBS）は、当初のNBSクルーのサポートを受けながら、MSFCテストラボの管理下で運用が続けられました。しかし、NBS利用者の支援と調整の責任は、MSFC科学技術部門の人間システム統合支部に移管されました。NBS施設の顧客または利用者は当初、マーシャル宇宙飛行センター（MSFC）内からでしたが、水中シミュレーターの能力が認められるにつれ、他のNASAセンター、産業界、学術界からも依頼が寄せられるようになりました。実際、NBSは1980年代から90年代の大半にかけて、マサチューセッツ工科大学（MIT）の学生、そしてその後はタンクが閉鎖されるまでメリーランド大学の学生のために、年間1～2か月間、教育ラボとして利用されました。興味深いことに、最後のNBSテストはメリーランド大学宇宙科学研究所によって実施されました。
加圧服を着用した被験者は、多くの場合、人間とのインターフェースが必要とされる飛行設計に直接携わった設計者であり、その結果、より効率的な設計製品が生み出された。被験者に対する独自のコンディショニングプログラムにより、試験中の被験者の疲労という変数を排除し、より信頼性の高い試験結果が得られた。
費用と人員の効率的な運用により、NBSとその関連機能は、1997年にNASAによって廃止されるまで、競争力のある宇宙シミュレーション媒体であり続けました。NASAは、JSCがマクドネル・ダグラス社（現ボーイング・エアロスペース社）と契約して、宇宙飛行士に近いテキサス州クリアレイク地域に大型タンクを建設していたため、2つの類似施設に同時に資金を提供することはできないと考えました。MSFCのNBSの運用コストは、JSCの中性浮力研究所のテスト1回あたりのコストよりも大幅に低く、宇宙飛行の定義と運用に関する費用対効果の高い概念開発媒体を提供しました。NBSの中性浮力テストの結果、一般的な宇宙服における人間の能力と制約が明確に定義されました。
NASAのミッションを支援するため、MSFCは実物大の低忠実度シャトルペイロードベイ水中モックアップを設計・製作した。これには、動作する水中シャトル遠隔操作システム（SRMS）シミュレーター、ペイロードベイラジエーター、およびシャトル飛行甲板の後部が含まれる。水中シミュレーション用に、トローリングモーターで駆動する動作可能な水中有人操縦ユニット（MMU）も提供された。
スカイラブ計画の後、NASAは大型宇宙構造物の手動および機械による組み立てを真剣に検討した。NBS（新宇宙システム）内部の研究である構造物組み立て実証実験は、最終的にスペースシャトルミッションSTS-61B（1985年11月29日および12月1日）で実施されたEASE/ACCESSミッションへと発展し、NBSで開発された2つの手動構造物組み立て作業を統合し、スペースシャトル・アトランティスのペイロードベイから実施した。ラングレー研究センターとMITが飛行用ハードウェアと手順を提供し、MSFC（マーシャル宇宙飛行センター）が管理および実証の調整役を務めた。宇宙飛行士のジェリー・ロスとシャーウッド・“ウッディ”・スプリングは、NBSで開発された軌道上での手動組み立て技術の実証に成功した。
ハッブル宇宙望遠鏡（HST）のサービスおよびメンテナンスに関するコンセプトは、NBS（国立宇宙研究所）で作成され、磨き上げられました。部分的なタスクのモックアップは、HSTの実物大水中モックアップへと発展し、飛行クルーはMSFC（マーシャル宇宙飛行センター）のエンジニアやハッブル実験の主任研究員（PI）と協力して、HSTクルーのサービス用インターフェースを開発しました。その後、HSTサービスミッションのためのクルー訓練が行われました。ハッブルのモックアップは、さらなるクルー訓練のためにJSC（ジョンソン宇宙センター）に移送されました。
スペースシャトルミッションSTS-41-C （1984年4月6日～12日）の乗組員は、 NBS（国立宇宙研究所）において、ソーラーマックス衛星の捕捉、修理、放出に関する訓練を受け、NBSの水中MMU（移動式移動装置）の利用についても訓練を行った。
当初はスペースステーション・フリーダム、その後国際宇宙ステーションへと発展した米国の宇宙ステーション設計では、NBSは加圧服を着たクルーとシャツ姿のクルーの両方の運用に定期的に利用されました。宇宙ステーションの水中モックアップは、組み立てとメンテナンスの概念を開発しながら、初期のモジュールレイアウトを評価する機会を提供しました。NBSは、暗所（夜間）条件下で実施されたテストを含め、加圧モジュールのメンテナンス、サービス、修理の開発に重要な役割を果たしました。ボーイング・エアロスペース社、欧州宇宙機関（ESA）、日本の宇宙航空研究開発機構（NASDA）は、スペースステーション・フリーダムの計画運用と非計画運用の両方にNBSを利用しました。
アメリカ空軍は、まだ軍の宇宙飛行士を擁していた頃、NBSを乗組員の船外活動（EVA）オリエンテーション訓練に最適なシミュレーション媒体として活用していた。
スペースシャトルミッションSTS-41-Cの乗組員は、ソーラーマックス衛星の捕捉、修理、放出のために数ヶ月間訓練を行い、有人操縦装置の使用訓練も行った。[ 17 ]
綿密なコスト管理と人員配置の効率化により、NBSとその関連機能は、NASAによって運用停止されるまで、競争力のある宇宙シミュレーション媒体であり続けた。
一方、スカイラブ計画後、MSFC NBSは一流の宇宙設計コンセプト開発ツールへと成長し、最小限のコストと低忠実度のテストハードウェアでアイデアを現実のものにするためのシミュレーション環境を提供していた。NBSのテストでは、宇宙飛行士を被験者として必要とせず、ほとんどの場合、設計が開発され、飛行クルーの意見を取り入れるのに適したレベルまで改良されるまでは、宇宙飛行士の参加は望まれていなかった。もちろん、コンセプト開発に参加したい宇宙飛行士（初期の宇宙望遠鏡、有人操縦ユニットなど）は常に利用可能だった。また、NBSは、自由な発想を持つ若い大学生や教員に、被験者なしでコンセプトを試す機会を提供していた。ロボット工学は、微小重力環境下で大型構造物や施設を建設・維持する方法として、宇宙コミュニティに認識されていた。閉鎖前には、NBSで商業用および学術用のロボットコンセプトが定期的にテストされていた。政府や請負業者のエンジニアやデザイナーが被験者となることが多かった。 NBS（国立生物学研究所）にある一級減圧室は、テネシー渓谷開発公社（TVA）や陸軍工兵隊のほか、高圧酸素中毒に陥った一般市民も利用可能で、こうした緊急事態の際に時折使用された。
中性浮力シミュレーターは1985年に国定歴史建造物に指定されました。 [ 2 ] [ 18 ]
技術者たちはハッブル宇宙望遠鏡ミッションや国際宇宙ステーションの組み立てに向けて、シミュレーターを使った手順の開発を続け、宇宙飛行士たちは1997年のタンクの廃止まで訓練を続けた。
マーシャル宇宙飛行センターの宇宙飛行士用タンクは使用停止となった。1968年に製造されたこのタンクは、NASA初の無重力シミュレーターだった。
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