STS-65

STS-65

コロンビア号のペイロードベイにあるスペースラボモジュールLM1は、国際微小重力実験室として機能している。
名前	宇宙輸送システム-65
ミッションタイプ	微小重力研究
オペレーター	米航空宇宙局（NASA）
コスパーID	1994-039A
SATCAT番号	23173
ミッション期間	14日17時間55分
移動距離	9,886,200キロメートル（6,143,000マイル）
軌道完了	235
宇宙船の特性
宇宙船	スペースシャトル コロンビア
ペイロード質量	10,811キログラム（23,834ポンド）
クルー
乗員数	7
メンバー	ロバート・D・カバナ ジェームズ・D・ハルセル リチャード・J・ヒーブ カール・E・ウォルツ リロイ・チャオ ドナルド・A・トーマス 内藤 千秋
ミッション開始
発売日	1994年7月8日 16:43:01  UTC ( 1994-07-08UTC16:43:01Z )
発射場	ケネディ、LC-39A
ミッション終了
着陸日	1994年7月23日 10:38:01  UTC ( 1994-07-23UTC10:38:02Z )
着陸地点	ケネディ、SLF 滑走路 33
軌道パラメータ
参照システム	地球中心
政権	ローアース
近地点高度	300キロメートル（190マイル）
遠地点高度	304キロメートル（189マイル）
傾斜	28.45度
期間	90.5分
左から右 - 着席: ヒエブ、カバナ、トーマス。スタンディング：チャオ、ハルセル、内藤・向井、ワルツ スペースシャトル計画

STS-65は、1994年7月8日にフロリダ州ケネディ宇宙センターから打ち上げられたコロンビア号のスペースシャトル計画ミッションである。この飛行には7人の乗組員が搭乗し、後にケネディ宇宙センターの所長となるロバート・D・カバナが指揮を執った。STS-65は、国際微小重力実験室 (IML-2) を15日間のミッションに乗せた国際科学ミッションであった。^[1]コロンビア号は1994年7月23日にケネディ宇宙センターに帰還した。

国際微小重力実験室 (IML-2) は、微小重力環境で研究を行うために設計された一連のスペースラボ(SL) 飛行の 2 回目でした。IML のコンセプトにより、科学者は 1 つのミッションの結果を次のミッションに適用し、ミッション間の調査の範囲と種類を広げることができました。IML ミッションのデータは、宇宙ステーションの研究基盤に貢献しました。^[3]

名前が示すように、IML-2 は国際的なミッションでした。欧州宇宙機関(ESA)、カナダ、フランス、ドイツ、日本の科学者が NASA と協力し、IML-2 ミッションで世界中の科学コミュニティにさまざまな補完的な施設と実験を提供しました。これらの施設と実験は、IML 2 モジュールの 19 インチ ラック 20 台に搭載されました。

IML-2 の研究は、微小重力と生命科学に捧げられました。微小重力科学は、物質の挙動に関わる基礎物理学の理解から、その効果を利用して地球の重力環境では生成できない物質を生成することまで、幅広い活動をカバーしています。生命科学の研究では、重力の影響が軽減されることで、細胞や生物の特定の特性を個別に研究することができます。また、重力の影響が軽減されると、宇宙適応症候群から長期的なホルモンの変化に至るまで、宇宙飛行士の職業上の健康問題も引き起こしますが、その原因はほとんどわかっていません。IML-2 では、微小重力科学と生命科学の実験は、SL リソースの使用において補完的でした。微小重力科学は宇宙船の電力を大量に消費する傾向があり、生命科学は乗組員の時間を最も必要とします。

IML-2 の生命科学実験および施設には、ラック 3 の水生動物実験ユニット (AAEU)、ラック 5 のバイオラック (BR)、ラック 9 のバイオスタック (BSK)、センター アイルの長期軌道医療プログラム (EDOMP) および微小重力下における脊髄変化 (SCM)、下半身陰圧装置 (LBNPD)、微生物空気サンプラー (MAS)、ミッドデッキの性能評価ワークステーション (PAWS)、ラック 7 の低速回転遠心顕微鏡 (NIZEMI)、ラック 3 のリアルタイム放射線監視装置 (RRMD) および熱電インキュベーター (TEI) が含まれます。

IML-2 の微小重力実験および設備には、ラック 6 の分離法に関する応用研究 (RAMSES)、ラック 8 の気泡、滴、粒子ユニット (BDPU)、ラック 9 の臨界点設備 (CPF)、ラック 10 の電磁無容器処理設備 (TEMPUS)、ラック 3 のフリーフロー電気泳動ユニット (FFEU)、ラック 7 の大型等温炉 (LIF)、ラック 3 の準定常加速度測定 (QSAM)、センター アイルの宇宙加速度測定システム (SAMS)、ラック 3 の振動絶縁ボックス実験システム (VIBES) が含まれます。

このミッションの他のペイロードは、先進タンパク質結晶化施設 (APCF)、商業用タンパク質結晶成長 (CPCG)、空軍マウイ光学施設 (AMOS) 較正テスト、軌道加速研究実験 (OARE)、船舶軌道の軍事応用 (MAST)、シャトルアマチュア無線実験 II (SAREX-II) でした。コロンビアは、長期滞在オービタ (ED0) パレットを搭載して飛行し、RMS アームは搭載されていませんでした。これは、コロンビアのペイロードベイドアトルクボックスの改造の初飛行であり、新しい OI-6 メインエンジンソフトウェアの初飛行でもありました。

国際微小重力実験室のペイロードシリーズの2番目（IML-2）は、1994年7月8日にスペースシャトルコロンビアのSTS-65ミッションで打ち上げられました。15日間地球を周回した後、シャトルは7月23日に着陸しました。7人の乗組員には、宇宙に行った最初の日本人女性である日本人宇宙飛行士の向井千秋が含まれていました。^[4]

NASAのほか、欧州宇宙機関（ESA ）、日本（ NASDA）、カナダ（CSA ）、ドイツ（DLR）、フランス（CNES）の宇宙機関もこのミッションの実験を後援した。合計13か国の研究者が微小重力下での物質と生命の挙動に関する研究に参加した。^[5]

IML-2のペイロードには、アメリカの研究者が開発した5つの生命科学実験を含む、微小重力と生命科学に関する80以上の実験が含まれていました。これらのうち、エイムズ研究センターはイモリとクラゲを使った2つの実験を後援しました。ケネディ宇宙センター（KSC）は、微小重力下での植物の胚形成を研究するために設計されたPEMBSIS実験を後援しました。^[5]

イモリ実験の目的は、重力感知器官の初期発達を研究することであった（図を参照）。卵形嚢と球形嚢は、すべての脊椎動物の内耳に存在する特殊な器官である。これらには、感覚毛細胞の上にあるゼラチン状の膜に沈着した炭酸カルシウムの石である耳石（または耳石）が含まれている。耳石にかかる重力の引力は毛細胞によって感知され、重力刺激に関する情報は接続神経線維を介して脳に伝達される。この実験は、宇宙の微小重力環境で耳石の生成と耳石関連受容体細胞および神経線維の発達が変化するかどうかを調べるために設計された。

クラゲの実験は、宇宙での行動と発達を研究するために設計されました。研究された行動パラメータには、遊泳、脈動、方向感覚が含まれます。発達過程の研究は、重力感知器官に重点が置かれました。この実験では、宇宙飛行の悪影響を打ち消すために必要な人工重力刺激のレベルを決定することも試みられました。

植物胚形成 (PEMBSIS) 実験の目的は、宇宙飛行がデイリリー胚のパターンと発達の進行に影響を及ぼすかどうかを評価することでした。また、細胞分裂 (有糸分裂) と染色体の挙動が宇宙環境によって変化するかどうかも調べました。

イモリ実験では、アカハライモリ（Cynopus pyrrhogaster ）の成虫と幼虫が使用されました。この種が研究対象に選ばれた理由の1つは、非常に幼いイモリの前庭系が、計画されたミッション期間と同等の期間にその発達の大部分を経ることです。さらに、成虫の雌はホルモンを注入することで産卵を誘発することができます。卵は軌道上で発育し、微小重力環境で成熟し、微小重力下で初期発達を経た胚のサンプルを科学者に提供します。

ミズクラゲ（Aurelia aurita）がクラゲ実験の実験対象物として使用され、定着性のポリプ段階と自由に遊泳するエフィラ段階の両方のクラゲが研究されました。

PEMBSIS 実験では、胚形成能のあるデイリリー (Hemerocallis cv. Autumn Blaze) 細胞を研究しました。

イモリの成虫と幼生は、日本の宇宙開発事業団（NASDA）が開発した水生動物実験ユニット（AAEU）内の水槽パッケージ内のカセット型水槽で飼育されました。AAEUは、スペースラボ内で魚などの水生動物を少なくとも19日間生かし続けることができる生命維持ユニットです。メインユニット、水槽パッケージ、魚パッケージで構成されており、それぞれ独立した生命維持システムを備えています。IML-2では、各カセットに卵容器が収められており、卵穴（直径6mm、深さ約12mm）が個別に設けられていました。

ドイツ宇宙機関 DLR (旧 DARA) が開発した低速回転遠心顕微鏡およびカメラ システム Nizemi は、最大 15 段階の G と 28 °C の温度 (遊泳活動を容易にするため) でクラゲのエフィラとポリプの行動を調べ、ビデオ撮影するために使用されました。Nizemi は、10–3 から 1.5 G の可変加速度レベルと 18 から 37 °C の制御可能な温度でサンプルを観察できます。

クラゲは、欧州宇宙機関のバイオラック施設のバイオラック タイプ I コンテナに収容されていました。施設とコンテナの説明については、IML-1 を参照してください。

冷蔵庫/インキュベーター モジュール (R/IM) には、固定されたクラゲの標本が保管されていました。R/IM は、シャトルのミッドデッキに搭載され、冷却または加熱された環境を維持する温度制御保管ユニットです。2 つの保管空洞に分かれており、実験ハードウェアを収容する棚を最大 6 つまで収容できます。周囲温度記録装置 (ATR-4) は、R/IM 内に設置されました。ATR-4 の一般的な説明については、IML-1 を参照してください。

PEMBSIS 実験では、日本の宇宙開発事業団 (NASDA) から提供されたハードウェアが使用されました。NASDA 生命科学細胞培養キットの一部として、この実験では 6 つのペトリ皿のような植物固定チャンバー (PFC) が使用されました。PFC は、PEMBSIS 実験で培養された植物細胞を保持するために使用されました。これらの容器は完全に密閉されています。PFC を使用すると、宇宙飛行にさらされた植物細胞を、隔壁ポートから注射器で化学固定剤を挿入して軌道上で固定できます。

PEMBSIS 細胞培養は打ち上げの約 1 週間前に準備されました。12 個のチャンバーに半固体培地が充填されました。6 個は KSC に輸送され、シャトルに積み込まれるまで 22±2 °C の無照明インキュベーターで保管されました。残りの 6 個は地上コントロールとして使用されました。

打ち上げの約 36 時間前に、受精したイモリの卵 148 個が AAEU の 3 つのカセットに積み込まれました。成体のイモリ 4 匹もカセットに積み込まれました。2 つのカセットにはそれぞれ 1 匹のイモリが、3 つ目のカセットには 2 匹のイモリが詰め込まれました。ユニット内は、24 °C の新鮮な空気を含んだ水が継続的に循環していました。同様のユニットが KSC の地上管制室として維持されていました。

打ち上げの24時間前に、6個のクラゲポリプからなる4つのグループに人工海水（ASW）中のヨウ素を与え、ポリプがエフィラ形態にストロビライズされるように誘導しました。

飛行の直前に、クラゲのサンプルは、ASW を含む合計 10 個の Nizemi キュベットに詰められ、タイプ I コンテナに入れられました。行動研究のために、正常なエフィラのグループとスタット石のないエフィラのグループが、Biorack 22 °C インキュベーターに入れられました。エフィラの 3 番目のグループは、Biorack 1-G 遠心分離機に入れられました。発達研究には、2 つのポリプ グループが使用されました。1 つのグループはインキュベーターに入れられ、もう 1 つのグループは 1-G 遠心分離機に入れられました。同様の機器セットが、KSC 地上管制施設に保管されていました。

周囲温度記録装置（ATR-4）は、トランプ一組ほどの大きさの、バッテリー駆動の自己完結型計測器です。ほぼあらゆる環境（液体に浸からない）に設置でき、最大4チャンネルの温度データを記録できます。^[7]

飛行 6、8、11 日目に、乗組員はイモリの卵のビデオ観察を行い、成長速度を記録しました。また、乗組員は特定の時間に成体のイモリの観察も行いました。飛行 5 日目と 9 日目に、成体のイモリが 1 匹死亡しているのが見つかり、汚染により卵の一部が失われました。残りの成体のイモリ 2 匹は飛行を生き延び、着陸時に生きたまま回収されました。

ミッション中、クラゲのエフィラとポリプの各グループから 1 つのキュベットが、エフィラの遊泳行動の G 閾値を決定するために、間隔を置いて回転顕微鏡/遠心分離機でビデオ撮影されました。飛行 5 日目に、地球上で孵化したスタット石を持つエフィラの飛行グループと地上制御グループの両方が固定されました。飛行 13 日目に、ストロビレーションによって誘発されたポリプの 4 つのグループのうち 2 つが固定されました。残りのエフィラとポリプは、飛行後の分析のために地球に持ち帰られました。

PEMBSIS 実験で飛行中に固定したグループと地上で固定したグループを比較するため、乗組員は着陸直前にいくつかの培養物を固定しました。固定液は 3 パーセントのグルタルアルデヒド (残りは水) 溶液でした。各チャンバーは 20 ml の固定液を注入して固定されました。

イモリの入った飛行カセットは着陸後約 6 時間で回収されました。幼虫の一部は固定され、後の分析のために保存されましたが、一部は宇宙飛行が耳石眼反射の増幅にどのような影響を与えたかを推定し、耳石の体積と関連する感覚上皮の面積を測定するためにテストされました。

生きたクラゲは、飛翔後 5 時間から数えられ、コード化され、写真撮影されました。各エフィラの脈拍数、腕の数、ロパリア、および平衡石が数えられました。脈動が異常なものは、着陸後と約 24 時間後にビデオ撮影されました。飛翔クラゲと対照クラゲの両方からクローンを形成させ、腕の数やその他の構造の違いを調べました。

PEMBSIS 細胞培養チャンバーがシャトルから回収された後、生きた細胞と体細胞胚の標本は、地球上での最初の分裂サイクルが完了する前の着陸後 9 時間以内に写真撮影、計数、化学的固定が行われました。染色体は培養物内および培養物間で測定され、比較されました。

形態学的分析によると、飛行中および地上で飼育された幼虫は、同じ速度で成長した。3次元再構成の分析により、飛行中に飼育された幼虫は、同様の段階の地上飼育幼虫と比較して、内リンパ嚢（ES）および管の平均容積が大きく、嚢内の耳石の平均容積も大きかったことが示された。さらに、ES内の耳石の出現は、微小重力下で飼育された幼虫で大幅に加速された。^[8]

微小重力下で発達したエフィラは、1G 飛行および地上の対照群と比較して、異常な腕の数が著しく多かった。対照群と比較すると、宇宙で発達したエフィラは飛行後の検査で泳ぐ数が著しく少なかった。宇宙で出芽したポリプはより多くの芽を生成し、地上の対照群よりも発達が進んでいた。出芽および変態による発達は宇宙でも順調に進んだが、腕の異常な発達が示すように、一部のクラゲは他のクラゲよりも微小重力に対して敏感であるようだ。

飛行固定および地上固定された飛行細胞の両方で細胞学的変化および染色体異常が見られました。飛行サンプルでは、​​2 つの核を持つ二核細胞も相当数見られました。地上コントロール サンプルはすべて単核でした。

成体のイモリ4匹のうち少なくとも2匹が航海中に死んだ。最初のイモリの死因は単にストレスによるものだった。2匹目の死んだイモリは1994年7月17日日曜日遅くにドナルド・A・トーマスが水槽を点検中に発見したが、地上の科学者マイケル・ヴィーダーホールド博士のコメントでは2匹目の死は「奇妙」とされた。当時は無重力のため水槽からイモリを取り出すのは難しいと言われていたが、死んだ動物を水槽の中に残しておくと水槽を汚染する恐れがあった。^[9]イモリはアカハライモリ（Cynops pyrrhogaster）だった。^[10]

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この記事には、アメリカ航空宇宙局 のウェブサイトまたは文書からのパブリック ドメインの資料が組み込まれています。

• NASA ミッション概要 2012 年 2 月 4 日、Wayback Machineにアーカイブ
• STS-65 ビデオハイライト 2013 年 11 月 3 日にWayback Machineにアーカイブされました

これらの参照のリンクはどれも機能しません。