STS-87

• スコットと土井– 船外活動1号
• エヴァ 1 開始: 1997 年 11 月 25 日 – 00:02 UTC
• エヴァ 1 終了: 1997 年 11 月 25 日 – 07:45 UTC
• 所要時間：7時間43分
• スコットと土井– エヴァ2
• 船外活動2号開始：1997年12月3日 09:09 UTC
• エヴァ2号終了：1997年12月3日 14:09 UTC
• 上映時間：4時間59分

米国微小重力ペイロード（USMP-4）は、アラバマ州ハンツビルのマーシャル宇宙飛行センターが管理するスペースラブプロジェクトでした。微小重力研究実験の構成要素は、ペイロードベイ内の2つのミッション固有の実験サポート構造（MPESS）に分割されていました。拡張期間オービター（EDO）キットによって提供される拡張ミッション機能は、追加の科学収集時間の機会を提供します。^{[ 5 ]}

スパルタン201-04は、太陽大気の高温の外層、すなわち太陽コロナのリモートセンシングを行うために設計された太陽物理学宇宙船でした。軌道18で展開され、軌道52で回収される予定でした。観測の目的は、太陽コロナの加熱とコロナから発生する太陽風の加速を引き起こすメカニズムを調査することでした。2つの主要な実験は、スミソニアン天体物理観測所の紫外線コロナ分光計と高高度観測所の白色光コロナグラフ（WLC）でした。スパルタン201には3つの副次的な実験がありました。テクノロジー実験拡張スパルタン（TEXAS）は、将来のスパルタンミッションでベースライン化されたコンポーネントの飛行経験と、主要なスパルタン201実験とのリアルタイムの通信および制御リンクを提供する無線周波数（RF）通信実験でした。このリンクは、リアルタイムでダウンリンクされた太陽画像に基づいて WLC の微調整を行うために使用されました。ビデオ誘導センサー (VGS) 飛行実験は、自動ランデブーおよびキャプチャ (AR&C) システムの主要コンポーネントをテストするレーザー誘導システムでした。スパルタン補助マウントプレート (SPAM) は、スパルタン飛行サポート構造 (SFSS) の小型実験または補助機器のマウント場所を提供する小型機器マウントプレートでした。これは、実験的な炭化ケイ素アルミニウム表面シート材料とアルミニウムコアを使用したハニカムプレートでした。^{[ 5 ]}

先進自動方向凝固炉（AADSF）は、半導体結晶の一般的な加工方法である方向凝固を研究するために使用された高度な材料科学施設でした。凝固とは、材料を凍結させるプロセスです。AADSFで使用された方向凝固では、石英アンプルに封入された液体サンプルが長軸に沿ってゆっくりと凝固しました。機構により、サンプルは炉内のさまざまな温度ゾーンを通過しました。処理を開始するには、炉はサンプルの片端を除くすべてをもう一方の端に向かって溶融させました。結晶化後、サンプルは飛行後に検査されるまで炉内に残されました。凝固界面は、液体材料に見られる流れが固体の最終的な組成と構造およびその特性に影響を与えるため、科学者にとって特に興味深いものでした。^{[ 5 ]}

閉じ込めヘリウム実験（CHeX）は、ヘリウムが2次元に閉じ込められた状態での熱容量を測定することにより、境界が物質に及ぼす影響に関する理論を検証した。 ^{[ 5 ]}

等温樹枝状成長実験（IDGE）は、研究者が樹枝状成長と呼ばれる特定のタイプの凝固を調査するために使用した材料科学の凝固実験です。樹枝状凝固は、金属や合金の凝固の最も一般的な形態の1つです。材料が特定の条件下で結晶化または凝固すると、不安定に凍結し、樹枝状結晶と呼ばれる小さな樹木状の結晶形態が生じます。科学者は、樹枝状結晶のサイズ、形状、および樹枝状結晶の枝が互いにどのように相互作用するかに特に関心を持っています。これらの特性は、材料の特性を大きく左右します。^{[ 5 ]}

金属合金の方向性凝固の研究のために設計された、地球および軌道上での凝固に関する興味深い現象の研究のための材料( MEPHISTO ) 実験は、主に凝固界面 (凝固中に固体と液体が接触する点) の温度、速度、形状の測定に関心がありました。MEPHISTO は、ビスマスとスズの合金の同一の円筒形サンプル 3 つを同時に処理しました。最初のサンプルでは、​​移動する凝固の温度変動が電気的に測定され、サンプルが乱されました。2 番目のサンプルでは、​​電気抵抗法によって固体と液体の境界の位置が決定されました。3 番目のサンプルでは、​​ファセット状の凝固界面が、選択された間隔で電流パルスによってマークされました。サンプルは分析のために地球に持ち帰られました。ミッション中、MEPHISTO のデータは宇宙加速度測定システム (SAMS) のデータと相関付けられました。科学者たちはデータを比較することで、シャトルの加速度が固体と液体の界面をどのように乱したかを判断しました。^{[ 5 ]}

NASAルイス研究センター（現NASAグレン研究センター）がスポンサーとなった宇宙加速度測定システム（SAMS）は、USMPキャリアの微小重力加速度環境を測定・記録するために設計されたマイクロプロセッサ駆動のデータ収集システムでした。SAMSには、遠隔位置決めのために電子機器パッケージとは別に配置された3つの三軸センサヘッドがありました。動作中、三軸センサヘッドは加速度入力に応じて出力信号を生成しました。信号は増幅、フィルタリングされ、デジタルデータに変換されました。デジタル加速度データは、地上での解析のために光ディスクメモリに転送され、ほぼリアルタイムの解析のために地上にダウンリンクされました。各加速度計には、1軸方向のみに動くことができる石英素子によって吊り下げられた質量がありました。コイルが質量に取り付けられ、アセンブリは2つの永久磁石の間に配置されました。加えられた加速度によって質量は静止位置から移動しました。この動きは検出器によって検出され、SAMSの電子機器がコイルに電圧を送り、質量を元の位置に戻すのに必要な磁場を正確に生成しました。印加された電圧は印加された加速度に比例し、加速度データとしてSAMS電子機器に出力された。^{[ 5 ]}

貨物室で別々に飛行していた軌道加速研究実験装置（OARE）は、NASAルイス研究センター（現グレン研究センター）がスポンサーとなり、USMP-04の不可欠な部分でした。これは、軌道高度での自由分子流領域と再突入時の遷移領域において、オービターの主軸に沿った低レベルの空力加速度を測定するために設計された高感度機器でした。OAREデータは、USMP科学実験を支援するために、ミッション中にほぼリアルタイムの分析のためにダウンリンクされました。OAREデータは、さまざまな微小重力実験に影響を与える低レベル、低周波の擾乱環境の測定値を提供することで、宇宙材料処理の進歩を支援しました。OAREデータはまた、上層大気の基本的な流れ現象の理解を深めることで、軌道抗力予測技術の進歩を支援しました。^{[ 5 ]}

スペースシャトルオゾンリムサウンディング実験（SOLSE）の目的は、オゾンの高度分布を測定し、その挙動を理解することで、大気組成の定量的変化を予測できるようにすることでした。SOLSEは、天底観測装置で達成できるオゾン分布を測定することを目的としていました。これは、よりシンプルで低コストのオゾンマッピング装置において可動部品を排除するために、電荷結合素子（CCD）技術を使用して行われました。実験装置は、キャニスター拡張リングを備えたヒッチハイカー（HH/GAS）キャニスターに収容され、ヒッチハイカー電動ドアアセンブリ（HMDA）が装備されていました。計測機器には、CCDアレイ検出器を備えた紫外線（UV）分光器、 CCDアレイおよび可視光カメラ、校正ランプ、光学系、およびバッフルが含まれていました。軌道に乗ると、乗組員がSOLSEを起動し、リムと地球の観測が行われました。リム観測は、地球表面から地平線上20キロメートル（12マイル）から50キロメートル（31マイル）の高度の領域に焦点を当てています。地球観測により、SOLSEはデータを他の天底観測、オゾン観測機器と相関させることができました。^{[ 5 ]}  

ループヒートパイプ（LHP）は、高度な熱エネルギー管理技術をテストし、今後の商用宇宙船アプリケーション向けの技術準備状況を検証しました。LHPは、無重力下で高い有効伝導率で熱エネルギーを輸送するために、作動流体として無水アンモニアを使用して動作しました。LHPは、半柔軟性の小径チューブを通して5メートルの距離にわたって最大400ワットを輸送できる受動的な二相流熱伝達装置でした。毛細管力を使用して二相作動流体を循環させました。このシステムは自己プライミングで、完全に受動的に動作しました。LHP蒸発器に熱を加えると、作動流体の一部が蒸発しました。蒸気は蒸気輸送ラインを通って流れ、凝縮して熱を放出しました。凝縮液は、液体輸送ラインを通って毛細管作用により蒸発器に戻りました。^{[ 5 ]}

ナトリウム硫黄電池実験（NaSBE）は、40アンペア時のナトリウム硫黄電池セル4個の性能を評価したもので、宇宙空間におけるナトリウム硫黄電池技術の最初の試験となった。各セルは、ナトリウム陽極、硫黄陰極、固体セラミックナトリウムイオン伝導性電解質およびセパレーターで構成されている。セルは350℃に加熱され、ナトリウムと硫黄が液化された。陽極と陰極が液化すると、セルは発電を開始した。軌道上では、乗組員がNaSBEを起動し、その後、実験はGSFCペイロード運用管制センター（POCC）によって制御された。^{[ 5 ]}

乱流ガスジェット拡散火炎（TGDF）ペイロードは、標準のGet Away Specialキャリアを使用した二次ペイロードでした。その目的は、微小重力条件下での遷移および乱流ガスジェット拡散火炎の基本特性を理解し、通常および微小重力環境下での遷移および乱流ガスジェット拡散火炎の挙動を予測するのに役立つデータを取得することでした。TGDFは、明確に定義された層流微小重力拡散火炎に大規模な制御された擾乱を加えました。これらは、層流火炎に対する軸対称摂動でした。提案されたテストの変数は、擾乱メカニズムの周波数であり、2.5  Hz、5  Hz、または7.5  Hzのいずれかでした。^{[ 5 ]}

ゲット・アウェイ・スペシャル（GAS G-036）ペイロード・キャニスターには、セメント試料の水和、流体試料の構成安定性の記録、コンピューターディスク、コンパクトディスク、アスファルト試料を軌道船の貨物室で外気圏条件にさらす4つの独立した実験が含まれていました。これらの実験は、セメント混合実験（CME）、流体構成安定性実験（CSFE）、コンピューターコンパクトディスク評価実験（CDEE）、アスファルト評価実験（AEE）でした。^{[ 5 ]}

延長滞在型オービター（EDO）パレットは、直径15フィート（4.6メートル）の極低温キットウェハー構造物でした。重量は352キログラム（776ポンド）で、タンク、関連する制御パネル、および航空電子機器を支えていました。タンクには、-250℃の液体水素167キログラム（368ポンド）と、 -176℃の液体酸素1,417キログラム（3,124ポンド）が貯蔵されていました。システムの総空質量は1,620キログラム（3,570ポンド）でした。極低温物質を充填したシステムの質量は約3,200キログラム（7,100ポンド）でした。酸素と水素はオービターの3つの発電用燃料電池に供給され、そこで平均的な4人家族の住宅を約6か月間支えるのに十分な電気エネルギーに変換されました。燃料電池によって約1,360キログラム（3,000ポンド）の純粋な飲料水も生成された。EDOパレットを使用すると、オービターは最大18日間の飛行をサポートできる。より長い軌道上ミッションは、微小重力研究、生命科学研究、地球および天体観測、無重力環境への人間の適応、および宇宙ステーションのサポートに役立つ。^{[ 5 ]}      

ミッドデッキグローブボックス（MGBX）は、材料科学および生物科学の実験処理用に設計された施設でした。これは、インターフェースフレーム（IF）とグローブボックス（GB）の 2 つの主要システムで構成されていました。MGBX 施設（および関連する電子機器）は、シャトルのミッドデッキ上で実験操作と観察を行うための密閉された作業エリアを提供しました。この飛行での MGBX 実験は WCI で、混和しない液体の濡れ特性の目的は、微小重力処理中の混和しない液体の分離に対する合金/アンプル濡れ特性の影響を調査することでした。密閉層流火炎 (ELF) 実験の目的は、無重力 Burke-Schumann モデルと重力依存の Hegde-Bahadori 拡張モデルを検証し、酸化剤の流れが火炎安定化に及ぼす浮力依存の流れ場の重要性を調査し、浮力条件 (重力と圧力) の影響下での共流拡散火炎の状態関係を調べ、流れ渦と拡散火炎の相互作用を研究することであった。粒子の包み込みと固化界面による押し出し (PEP) 実験の目的は、対流のない環境での臨界速度の正確な値を生成し、現在の理論モデルを検証し、液体/固体界面における不溶性粒子のダイナミクスの基礎的理解を深め、液体金属-セラミック粒子混合物の固化に関連する物理の理解を深めることであった。^{[ 5 ]}

カデニュク氏が率いるウクライナ共同実験（CUE）は、微小重力が植物の成長に及ぼす影響を研究するために設計されたミッドデッキペイロードでした。CUEは、植物成長施設（PGF）と生物研究用容器（BRIC）で飛行する一連の実験で構成されていました。これらの実験には、気体窒素（GN2）冷凍庫と固定用ハードウェアの使用も必要でした。ウクライナと米国（カンザス州立大学とルイジアナ州立大学）の研究者は、両国間の科学協力のモデルとしてこれらの実験を選択しました。PGFは、通常の植物の成長に適した環境条件を提供することで、最大30日間植物の成長をサポートしました。PGFは、制御およびデータ管理サブシステム（CDMS）、蛍光灯モジュール（FLM）、大気制御モジュール（ACM）、植物成長チャンバー（PGC）、支持構造アセンブリ（SSA）、汎用外部シェル（GES）などのサブシステムで構成されていました。完全なPGFは、1つのミッドデッキロッカーを置き換え、28Vの直流（DC）電源で動作しました。PGFで研究された植物標本は、Brassica rapa（カブ）でした。^{[ 5 ]}

自律型船外活動ロボットカメラ/スプリント（AERCam/Sprint）は、宇宙船の外部で使用するための小型で目立たない自由飛行型カメラプラットフォームでした。この自由飛行型ロボットは、自己完結型の冷ガス推進システムを備えており、6自由度制御システムで推進することが可能でした。機体には、自動姿勢保持機能のためのデータを提供するレートセンサーが搭載されていました。AERCam/Sprintは、ゆっくりと移動する球状の機体で、衝撃を受けた際の損傷を防ぐために柔らかい緩衝材で覆われていました。設計思想は、速度と質量を低く抑えることでエネルギーを低く保ちつつ、衝撃によるエネルギーを吸収する機構を備えることでした。この自由飛行型ロボットプラットフォームは、オービター内部の小型制御ステーションから制御されました。オペレーターは、単一の船外活動救助支援装置（SAFER）コントローラーから動作コマンドを入力しました。コマンドは、超高周波（UHF）帯域で動作する無線周波数（RF）モデムリンクを介して、制御ステーションからフリーフライヤーに送信されました。^{[ 5 ]}