宇宙ステーション

宇宙ステーションに似たものについて最初に言及したのは、エドワード・エヴェレット・ヘイルの1868年の著書『レンガの月』である。^{[ 2 ]}宇宙ステーションについて真剣に科学的に検討した最初の人物は、 20世紀初頭に約20年の間隔を置いていたコンスタンチン・ツィオルコフスキーとヘルマン・オーベルトであった。^{[ 3 ]}

1929年、ヘルマン・ポトチュニクの『宇宙旅行の問題』が出版され、人工重力を作り出すための「回転する車輪」型宇宙ステーションを初めて構想した。^{[ 2 ]}第二次世界大戦中に構想された「太陽砲」は、高度8,200キロメートル（5,100マイル）で地球を周回する理論上の軌道兵器であった。それ以上の研究は行われなかった。^{[ 4 ]} 1951年、ヴェルナー・フォン・ブラウンは、ポトチュニクのアイデアに言及し、コリアーズ・ウィークリー誌に回転する車輪型宇宙ステーションの構想を発表した。しかし、回転式ステーションの開発は20世紀には始まらなかった。^{[ 3 ]} 

人類初の宇宙飛行は、1961年4月12日、ボストーク1号によって達成され、初の軌道周回が行われた。

初期の宇宙ステーションの設計は主に紙上の概念でしたが、1959年から1961年にかけてコンベア社で行われた作業により、地上で評価するための実物大の有人天文研究ステーションのモックアップが完成しました。^{[ 5 ]}アポロ計画は、初期計画では月面着陸の代わりに、有人月周回飛行と地球周回軌道上の軌道実験ステーション（プロジェクト・オリンパスと呼ばれることもありました）という2つの異なる計画目標がありましたが、ケネディ政権が計画を急ぎ、アポロ計画を当初の計画の後に行われる予定だった月面着陸に集中させました。プロジェクト・オリンパスの宇宙ステーション、またはアポロ計画の軌道実験室は、アポロ司令船と機械船がドッキングする宇宙空間での展開構造として提案されました。^{[ 6 ]}実現には至りませんでしたが、アポロ司令船と機械船はドッキング操作を行い、最終的にはステーションのような目的で使用される月周回モジュールになる予定でした。

しかし、それ以前にジェミニ計画が道を切り開き、1965年にジェミニ6号とジェミニ7号による初の宇宙ランデブー（ドッキングなし）を実現しました。その後、1966年にはニール・アームストロングがジェミニ8号で史上初の宇宙ドッキングを行い、1967年にはコスモス186号とコスモス188号が自動ドッキングに成功した最初の宇宙船となりました。

1969年1月、ソユーズ4号とソユーズ5号は、ドッキング状態での乗員移送（ただし内部移送ではない）を初めて実施し、同年3月には、アポロ9号がドッキングした2機の宇宙船間での宇宙飛行士の史上初の内部移送を実施した。

1971年、ソビエト連邦は世界初の宇宙ステーション、サリュート1号を開発し打ち上げた。^{[ 7 ]}アルマーズとサリュートシリーズに続いて、スカイラブ、ミール、天宮1号、天宮2号が打ち上げられた。ソ連が初期に行った開発で開発されたハードウェアは現在も使用されており、改良型は現在軌道上にある国際宇宙ステーション（ISS）の大部分を構成している。各乗組員はステーションに数週間から数ヶ月滞在するが、1年以上滞在することはほとんどない。

初期の宇宙ステーションは、一体型の設計で、通常はすべての物資と実験装置を内蔵した状態で建造され、打ち上げられた。その後、乗組員が打ち上げられ、ステーションに合流して研究を行った。物資が消費されると、ステーションは放棄された。^{[ 7 ]}

最初の宇宙ステーションは、1971年4月19日にソビエト連邦によって打ち上げられたサリュート1号でした。初期のソビエト宇宙ステーションはすべて「サリュート」と命名されましたが、その中には民間用と軍事用の2つの異なるタイプがありました。軍事用ステーションであるサリュート2号、サリュート3号、サリュート5号は、アルマズ宇宙ステーションとしても知られていました。^{[ 8 ]}

民間宇宙ステーションのサリュート6号とサリュート7号は、2つのドッキングポートを備えて建設され、これにより2番目のクルーが訪問し、新しい宇宙船を持ち込むことが可能になりました。ソユーズフェリーは宇宙で90日間過ごすことができ、その時点で新しいソユーズ宇宙船と交換する必要がありました。^{[ 9 ]}これにより、クルーが継続的にステーションに滞在することが可能になりました。アメリカのスカイラブ（1973～1979年）も、第2世代ステーションと同様に2つのドッキングポートを備えていましたが、追加のポートは使用されませんでした。新しいステーションに2つ目のポートがあることで、プログレス補給船をステーションにドッキングさせることが可能になり、長期ミッションを支援するための新しい物資を持ち込むことができました。このコンセプトはサリュート7号で拡張され、放棄される直前にTKSタグと「ハードドッキング」しました。これは、モジュール式宇宙ステーションの使用の概念実証となりました。後のサリュートは、2つのグループ間の過渡期と見なすのが妥当でしょう。^{[ 8 ]}

以前の宇宙ステーションとは異なり、ソ連の宇宙ステーション「ミール」はモジュール式の設計でした。コアユニットが打ち上げられ、その後、一般的に特定の役割を持つ追加モジュールが追加されました。この方法により、運用上の柔軟性が高まり、単一の非常に強力な打ち上げロケットが不要になります。モジュール式ステーションは、最初から補給物資を補給支援船によって供給されるように設計されているため、定期的な支援打ち上げが必要になる代わりに、より長い寿命を実現できます。^{[ 10 ]}

ISSは、ロシア軌道セグメント（ROS）と米国軌道セグメント（USOS）の2つの主要セクションに分かれています。ISSの最初のモジュールであるザーリャは1998年に打ち上げられました。^{[ 11 ]}

ロシアの軌道セグメントの「第2世代」モジュールは、プロトンロケットで打ち上げられ、正しい軌道に飛行し、人間の介入なしにドッキングすることができた。^{[ 12 ]}電力、データ、ガス、推進剤の接続は自動的に行われる。ロシアの自律的なアプローチにより、乗組員の打ち上げ前に宇宙ステーションを組み立てることが可能になった。

ロシアの「第2世代」モジュールは、変化するニーズに合わせて再構成できる。2009年時点で、RKK Energiaは、 ISSのミッション終了後、軌道有人組立実験複合体上のROSの一部のモジュールを取り外して再利用することを検討していた。 ^{[ 13 ]}しかし、2017年9月、ロスコスモスの責任者は、ステーションを分離してOPSEKを形成する技術的実現可能性が研究されており、現在、ロシアのセグメントをISSから分離する計画はないと述べた。^{[ 14 ]}

対照的に、米国の主要モジュールはスペースシャトルで打ち上げられ、船外活動中に乗組員によってISSに取り付けられた。電力、データ、推進、冷却液の接続もこの時に行われ、その結果、分解を前提としていない統合されたモジュールブロックとなり、1つの塊として軌道から離脱する必要がある。^{[ 15 ]}

アクシオム・ステーションは、ISSにドッキングした単一モジュールとして開始される予定の商業宇宙ステーションです。アクシオム・スペースは、 2020年1月にNASAからこの事業の承認を得ました。最初のモジュールであるペイロード電力伝送モジュール（PPTM）は、2027年以降にISSに打ち上げられる予定です。^{[ 16 ]} PPTMは、約1年後にアクシオムのハビタット・ワン（Hab-1）モジュールが打ち上げられるまでISSに留まり、その後ISSから分離してHab-1と結合します。^{[ 16 ]}

中国初の宇宙実験室である天宮1号は2011年9月に打ち上げられた。^{[ 17 ]}その後、無人宇宙船神舟8号が2011年11月に自動ランデブーとドッキングを成功させた。続いて、有人宇宙船神舟9号が2012年6月に天宮1号とドッキングし、続いて有人宇宙船神舟10号が2013年にドッキングした。 ^{[ 18 ] [ 19 ]}

中国有人宇宙工学弁公室によると、天宮1号は2018年4月2日00:15 UTCにタヒチ北西の南太平洋上空で大気圏に再突入した。^{[ 20 ] [ 21 ]}

2016年9月には2番目の宇宙実験室である天宮2号が打ち上げられ、天宮3号の計画は天宮2号と統合された。^{[ 22 ]}宇宙ステーションは2019年7月19日に制御された再突入を行い、南太平洋上で燃え尽きた。^{[ 23 ]}

天宮宇宙ステーション（中国語:天宮、ピンイン: Tiāngōng、直訳: 「天の宮殿」 ）は、最初のモジュールが2021年4月29日に打ち上げられ^{[ 24 ]}、地球上空340～450キロメートルの低軌道にあり、軌道傾斜角は42～43度である。コアモジュールは2022年に2つの実験モジュールで拡張され、ステーションの総収容人数は6人になった。ステーションは2022年11月5日に完成した^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]。}

宇宙ステーションは、長期間にわたって宇宙放射線、内部圧力、微小隕石、太陽の熱影響、低温に耐える必要がある耐久性のある材料で作られています。通常、ステンレス鋼、チタン、高品質のアルミニウム合金で作られ、ケブラーなどの断熱層が弾道シールド保護として使用されています。^{[ 50 ]}

国際宇宙ステーション（ISS）には、ビゲロー拡張活動モジュールという単一の膨張式モジュールがあり、これはスペースX CRS-8 補給ミッションでISSに届けられた後、2016年4月に設置されました。^{[ 51 ] [ 52 ]}このモジュールは、1990年代のNASAの研究に基づいており、重量は1,400キログラム（3,100ポンド）で、圧縮された状態で輸送された後、宇宙ステーションのアームでISSに取り付けられ、膨張して16立方メートル（21立方ヤード）の容積になりました。当初は2年間の寿命で設計されていましたが、2022年8月時点でもまだ取り付けられており、保管に使用されていました。^{[ 53 ] [ 54 ]}    

• サリュート1号– 1971年に打ち上げられた最初の宇宙ステーション
• スカイラブ– 1973年5月に一回の打ち上げで打ち上げられた
• ミール– 軌道上で組み立てられた初のモジュール式宇宙ステーション
• 国際宇宙ステーション– 軌道上で組み立てられるモジュール式宇宙ステーション
• 天宮宇宙ステーション– 中国の宇宙ステーション

宇宙ステーションの環境は、空気、水、食料の供給が限られていることや廃熱の管理の必要性といった短期的な問題、無重力や比較的高いレベルの電離放射線といった長期的な問題など、人間の居住性に対してさまざまな課題をもたらします。これらの条件は、筋萎縮、骨の劣化、平衡障害、視覚障害、がんのリスク上昇など、宇宙ステーション居住者に長期的な健康問題を引き起こす可能性があります。^{[ 55 ]}

将来の宇宙居住施設はこれらの問題に対処しようとする可能性があり、現在のミッションが通常数週間または数か月続く期間を超えて居住できるように設計される可能性がある。考えられる解決策としては、回転構造による人工重力の生成、放射線遮蔽の導入、現地での農業生態系の開発などが挙げられる。一部の設計では、大勢の人々を収容し、人々が半永久的に居住する「宇宙の都市」となる可能性もある。^{[ 56 ]}

宇宙ステーション内で発生するカビは、金属、ガラス、ゴムを劣化させる酸を生成する可能性がある。微生物を検出するための分子アプローチは拡大しているものの、系統発生系統に応じて微生物細胞の生存能力の差異を迅速かつ確実に評価する方法は依然として見つかっていない。^{[ 57 ]}

太陽に近い無人宇宙船と同様に、太陽系内側の宇宙ステーションは一般的に電力を得るために太陽電池パネルに依存している。^{[ 58 ]}

宇宙ステーションの空気と水は、地球から宇宙船で運ばれてきて再利用される。追加の酸素は固体燃料酸素発生器によって供給される。^{[ 59 ]}

最後の軍事用宇宙ステーションは、アルマズ計画の下で打ち上げられ、1976年から1977年にかけて軌道を周回したソ連のサリュート5号であった。 ^{[ 60 ] [ 61 ] [ 62 ]}

多くの宇宙船が宇宙ステーションとのドッキングに使用されています。1986年3月から7月にかけてのソユーズ飛行T-15は、ミールとサリュート7という2つの異なる宇宙ステーションを訪れた最初の宇宙船であり、2016年現在では唯一の宇宙船です。^{[ 65 ]}

ミールで行われた研究には、 179日間続き 35の科学実験を含む、初の長期宇宙ベースESA研究プロジェクトEUROMIR 95が含まれていた。^{[ 104 ]}

国際宇宙ステーションの運用開始から最初の20年間で、生物学とバイオテクノロジー、技術開発、教育活動、人間研究、物理科学、地球および宇宙科学の分野で約3,000件の科学実験が行われた。^{[ 105 ] [ 106 ]}

国際宇宙ステーションでは、宇宙飛行士として1週間を過ごすために、5000万ドルを支払うゲストもいる。打ち上げ費用が十分に下がれば、宇宙旅行は今後拡大していくと予想されている。2020年代末までには、宇宙ホテルが比較的一般的になるかもしれない。