宇宙ステーション

宇宙ステーション（または軌道ステーション）は、軌道上に留まり、長期間にわたって人間を収容する宇宙船です。したがって、居住施設を備えた人工衛星です。宇宙ステーションの維持目的はプログラムによって異なります。ほとんどの場合、宇宙ステーションは研究ステーションですが、宇宙旅行者の収容など、軍事または商業目的にも使用されます。

宇宙ステーションは、宇宙で人間が継続的に滞在する唯一の場所である。最初の宇宙ステーションはサリュート1号（1971年）で、不運なソユーズ11号の最初の乗組員を受け入れた。スカイラブ（1973年）以来、宇宙ステーションは連続的に運用されており、1987年からはサリュートの後継機であるミールが使用されている。ミールから国際宇宙ステーション（ISS）への運用移行以来、中断のない居住が続いており、2000年に初めて居住が行われていた。

現在、完全に運用されている宇宙ステーションは2つあります。国際宇宙ステーション（ISS）と中国の天宮宇宙ステーション（TSS）です。これらは、2000年10月から第1次長期滞在、2022年6月からは神舟14が使用されています。1つの宇宙ステーションに同時に滞在した人数の最多記録は13人で、 2009年の第127回 スペースシャトルミッションでISSに11日間ドッキングした際に初めて達成されました。すべての宇宙ステーションに同時に滞在した人数の最多記録は17人で、2023年5月30日にISSに11人、TSSに6人が滞在した時に初めて記録されました。^[1]

宇宙ステーションはほとんどの場合モジュール式で、ドッキング ポートを備えており、これを介して宇宙ステーションの建造と保守が行われ、モジュールの結合や移動、他の宇宙船とのドッキングが可能になり、人、物資、ツールの交換が行われる。宇宙ステーションは一般に軌道を離れることはないが、ステーション維持用のスラスタを備えている。

宇宙ステーションに似たものについての最初の言及は、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』に見られる。^[2]宇宙ステーションについて真剣に科学的根拠に基づいて考察した最初の人物は、 20世紀初頭にコンスタンチン・ツィオルコフスキーとヘルマン・オーベルトで、20年ほどの間隔を置いていた。^[3]

1929年、ヘルマン・ポトチニクの『宇宙旅行の問題』が出版され、人工重力を作り出す「回転車輪」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だった。その後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、ポトチニクのアイデアを参考に、コリアーズ・ウィークリー誌で回転車輪宇宙ステーションのコンセプトを発表した。しかし、20世紀になっても回転ステーションの開発は開始されなかった。^[3]

1961年4月12日、ボストーク1号によって人類初の宇宙飛行が行われ、最初の軌道を周回しました。

アポロ計画の初期計画では、月面着陸の代わりに有人月周回飛行と地球の軌道上にある軌道上の実験ステーション（オリンパス計画とも呼ばれる）が2つの異なる計画目標として挙げられていたが、ケネディ政権は計画を急ぎ、アポロ計画を当初計画されていた月面着陸に重点を置くようにした。オリンパス計画の宇宙ステーション、またはアポロ計画の軌道上の実験室は、アポロの司令船と機械船がドッキングする宇宙空間で展開される構造物として提案された。^[5]実現することはなかったが、アポロの司令船と機械船はドッキング操作を実行し、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った。

しかし、それ以前にジェミニ計画が道を開き、 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（ドッキング解除）を達成しました。その後、1966年にニール・アームストロングはジェミニ8号で史上初の宇宙ドッキングを実施し、1967年にはコスモス186号とコスモス188号が自動的にドッキングした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、ドッキングしたが内部ではない初の乗組員移送を実施し、3 月にはアポロ 9 号が、ドッキングした 2 隻の宇宙船間で史上初の宇宙飛行士の内部移送を実施しました。

1971年、ソ連は世界初の宇宙ステーションであるサリュート1号を開発し打ち上げた。^[6]アルマース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号と天宮2号が打ち上げられた。ソ連の初期の開発中に開発されたハードウェアは現在も使用されており、進化した派生型が現在軌道上にあるISSのかなりの部分を占めている。各乗組員は数週間から数か月間ステーションに滞在しますが、1年以上滞在することはめったにありません。

初期の宇宙ステーションはモノリシック設計で、通常、すべての物資と実験装置を積載して一体となって建造、打ち上げられた。その後、乗組員が打ち上げられ、宇宙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、宇宙ステーションは放棄された。^[6]

最初の宇宙ステーションは、1971年4月19日にソ連によって打ち上げられたサリュート1号であった。初期のソ連のステーションはすべて「サリュート」と呼ばれていたが、その中には民間用と軍事用の2つの異なるタイプがあった。軍事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、アルマースステーションとしても知られていた。 ^[7]

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号には2つのドッキングポートが備え付けられており、2人目の乗組員が新しい宇宙船を持って訪れることができた。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に交換する必要があった。^[8]これにより、乗組員が継続的にステーションに人員を配置することができた。アメリカのスカイラブ（1973年 - 1979年）にも、第2世代のステーションと同様に2つのドッキングポートが装備されていたが、追加のポートは一度も使用されなかった。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することができ、長期間のミッションを支援するために新しい補給品を持ち込むことができた。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タグボートと「ハードドッキング」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った。後のサリュートは、2つのグループ間の移行期と見なすのが妥当である。^[7]

ソ連のミール宇宙ステーションは、以前の宇宙ステーションとは異なり、モジュール設計を採用しており、コアユニットが打ち上げられ、通常は特定の役割を持つ追加のモジュールが後から追加されました。この方法により、運用の柔軟性が向上し、単一の非常に強力な打ち上げロケットの必要性がなくなりました。また、モジュールステーションは、最初から補給支援船によって補給品が供給されるように設計されており、定期的な支援打ち上げが必要になる代わりに、寿命が長くなります。^[9]

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。^[10]

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。^[11]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できる。

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エネルギアは、 ISSのミッション終了後、軌道上有人組立実験施設のROSの一部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。 ^[12]しかし、2017年9月、ロスコスモスのトップは、ステーションを分離してOPSEKを形成する技術的な実現可能性が研究されており、現在ロシアセグメントをISSから分離する計画はないと述べた。^[13]

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に取り付けられました。電力、データ、推進、冷却液の接続もこの時点で行われるため、モジュールの統合ブロックは分解できるように設計されておらず、1つの塊として軌道から外さなければなりません。^[14]

アクシオム軌道セグメントは、2020年代半ばからISSに追加される予定の商業セグメントです。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。最大3つのアクシオムモジュールが国際宇宙ステーションに接続されます。最初のモジュールであるハブワンは2026年末に打ち上げられる予定で^{[15] 、}ハーモニーの前方ポートにドッキングされるため、 PMA-2の再配置が必要になります。アクシオムスペースは、最初のコアモジュールに最大2つの追加モジュールを接続し、民間の宇宙飛行士をモジュールに居住させる予定です。モジュールは後に、ロシアが提案したOPSEKと同様の方法でアクシオムステーションに切り離されます。^[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]無人機の神舟8号は2011年11月に自動ランデブーとドッキングに成功した。有人機の神舟9号は2012年6月に天宮1号とドッキングし、続いて有人機の神舟10号が2013年に天宮1号とドッキングした。^[要出典]

中国有人宇宙工学事務所によると、天宮1号は2018年4月2日午前0時15分（UTC）にタヒチ北西の南太平洋上に再突入した。 ^{[18] [19]}

2番目の宇宙実験室である天宮2号は2016年9月に打ち上げられ、天宮3号の計画は天宮2号と統合された。^[20]この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。^[21]

天宮宇宙ステーション（中国語：天宫、ピンイン：Tiāngōng、直訳すると「天の宮殿」）は、2021年4月29日に最初のモジュールが打ち上げられ、^[22]地球から340〜450キロメートル上空の低軌道上にあり、軌道傾斜角は42°〜43°である。2021年から2022年にかけて合計11回の打ち上げで建設が計画されており、コアモジュールを2つの実験モジュールで拡張し、最大6人の乗組員を収容できるようにする予定であった。^{[23] [24]}

宇宙ステーションにはモノリシック型とモジュラー型の2種類がある。モノリシック型は1機の宇宙船で構成され、1つのロケットで打ち上げられる。モジュラー型は2機以上の宇宙船で構成され、独立して打ち上げられ、軌道上でドッキングされる。現在、コストが低く柔軟性が高いため、モジュラー型が好まれている。^{[52] [53]}

宇宙ステーションは、構造、電力、熱制御、姿勢決定と制御、軌道ナビゲーションと推進、自動化とロボット工学、コンピューティングと通信、環境と生命維持、乗組員施設、乗組員と貨物の輸送など、相​​互に関連する多くのサブシステムを組み込む必要がある複雑な乗り物です。ステーションは、必要な機能を推進する有用な役割を果たさなければなりません。^{[引用が必要]}

宇宙ステーションは、宇宙放射線、内部圧力、微小隕石、太陽の熱影響、低温に長期間耐えられる耐久性のある材料で作られています。通常、宇宙ステーションはステンレス鋼、チタン、高品質のアルミニウム合金で作られており、弾道シールド保護としてケブラーなどの断熱層が付いています。 ^[54]

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呼ばれる膨張式モジュールが1つあり、SpaceX CRS-8補給ミッション でISSに運ばれた後、2016年4月に設置されました。 ^{[55] [56]}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、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年間の寿命を想定して設計されていましたが、2022年8月時点ではまだ取り付けられており、保管用に使用されていました。^{[57] [58]} 

• 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1回打ち上げられた
• ミール– 軌道上で組み立てられた最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を管理する必要があることなどの短期的な問題、無重力や比較的高いレベルの電離放射線などの長期的な問題など、人間の居住性にさまざまな課題をもたらします。これらの状況は、筋萎縮、骨の劣化、バランス障害、視力障害、癌のリスク上昇など、宇宙ステーションの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。^[59]

将来の宇宙居住地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から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ります。考えられる解決策としては、回転構造による人工重力の作成、放射線遮蔽の組み込み、現地での農業生態系の開発などがあります。一部の設計では、多数の人々を収容し、本質的に人々が半永久的に居住する「宇宙都市」になる可能性があります。^[60]

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ります。微生物を検出するための分子的アプローチは拡大していますが、系統発生の関数として微生物細胞の異なる生存能力を評価する迅速かつ堅牢な手段は依然として不明です。^[61]

太陽に近い無人宇宙船と同様に、太陽系内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ます。^[62]

宇宙ステーションの空気と水は、地球から宇宙船に運ばれ、リサイクルされます。補助酸素は固体燃料酸素発生器によって供給されます。^[63]

最後の軍事用宇宙ステーションはソ連の サリュート5号であり、アルマース計画の一環として打ち上げられ、1976年から1977年にかけて軌道を周回した。^{[64] [65] [66]}

宇宙ステーションは、これまで宇宙で長期直接滞在する唯一の場所である。最初のステーションであるサリュート1号（1971年）とその悲劇的なソユーズ11号の乗組員の後、宇宙ステーションはスカイラブ（1973-1974年）以来連続して運用されており、宇宙での長期直接滞在の進展を可能にしてきた。長期滞在乗組員には1977年（サリュート6号）以来訪問乗組員が加わり、1987年以降はサリュートの後継機であるミールによって連続して乗組員がステーションに居住している。ミールからISSへの運用移行以来、ステーションの連続居住が達成されており、2000年に最初の居住があった。ISSは、軌道上で同時に最多の人数を受け入れており、2009年のSTS -127の11日間のドッキング中に初めて13人に達した。 ^[67]

1回の宇宙飛行の期間記録は、1994年から1995年にかけてヴァレリー・ポリャコフがミールに搭乗して記録した437.75日である。 ^[68] 2021年現在、4人の宇宙飛行士がミール^{[アップデート]}に搭乗して1年以上の単独ミッションを完了している。

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月にかけて行われたソユーズT-15飛行は、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問した最初の、そして2016年現在唯一の宇宙船でした。^[69]

国際宇宙ステーションは、さまざまな宇宙船によってサポートされてきました。

• 未来
  • シエラネバダコーポレーション ドリームチェイサー^{[70] [71]}
  • 新型宇宙ステーション補給機（HTV-X）^{[72] [73]}
  • ロスコスモス・ オレル^{[74] [75]}
• 現在
  • ノースロップ・グラマン シグナス（2013年～現在）^{[76] [77]}
  • ロスコスモス プログレス（複数の派生型）（2000年～現在）^{[78] [79]}
  • エネルギア・ ソユーズ (複数のバリエーション) (2001 – 現在) ^{[80] [81]}
  • スペースXドラゴン2（2020年現在）^{[82] [83]}
• 引退
  • 自動搬送車（ATV）（2008年～2015年）^{[84] [85]}
  • 宇宙ステーション補給機（HTV）（2009–2020）^{[86] [87]}
  • スペースシャトル（1998–2011）^{[88] [89]}
  • スペースXドラゴン1号（2012年～2020年）^{[90] [91]}

天宮宇宙ステーションは以下の宇宙船によってサポートされています:

• 神州（2021年現在）^{[92] [93]}
• 天州（2021年現在）^{[94] [95]}

天宮計画は以下の宇宙船に依存していました。

• 神舟プログラム(2011–2016) ^{[96] [97]}

ミール宇宙ステーションは 1986 年から 2001 年まで軌道上にあり、以下の宇宙船によってサポートおよび訪問されました。

• ロスコスモス プログレス（複数の派生型）（1986年 - 2000年）^{[98] [99]} - 2001年にミールの軌道離脱にプログレス宇宙船が使用された。^{[100] [101]}
• エネルギア・ ソユーズ (複数のバリエーション) (1986–2000) ^{[69] [102]}
• スペースシャトル（1995–1998）^{[103] [104]}

• アポロ司令船と機械船（1973年 - 1974年）^{[105] [106]}

• エネルギア・ ソユーズ (複数のバリエーション) (1971–1986) ^{[102] [107]}

ミールで行われた研究には、ESA初の長期宇宙研究プロジェクトであるEUROMIR  95が含まれており、これは179日間続き 、35の科学実験が含まれていました。^[108]

国際宇宙ステーションの運用開始から20年間で、生物学・バイオテクノロジー、技術開発、教育活動、人類研究、物理科学、地球・宇宙科学の分野で約3,000件の科学実験が行われました。^{[109] [110]}

宇宙ステーションは、宇宙での材料の性能、安定性、生存性をテストするための便利なプラットフォームを提供します。この研究は、 1984年4月から1990年1月まで飛行した自由飛行実験プラットフォームである長期曝露施設などの以前の実験に続くものです。 ^{[111] [112]}  

• ミール環境影響ペイロード（1996–1997）^{[113] [114]}
• 国際宇宙ステーション実験材料（2001年～現在）^{[115] [116]}

国際宇宙ステーションでは、ゲストは宇宙飛行士として1週間過ごすために5000万ドルを支払うこともあります。その後、打ち上げコストが十分に下がれば、宇宙観光は拡大する予定です。2020年代の終わりまでには、宇宙ホテルが比較的一般的になるかもしれません。^[要出典]

現在、何かを軌道上に打ち上げるには1キログラムあたり平均1万ドルから2万5000ドルの費用がかかるため、宇宙ステーションは依然として政府の宇宙機関の独占領域であり、その資金は主に税金で賄われている。国際宇宙ステーションの場合、宇宙観光は運営資金のわずかな部分を占めている。

• アポロ・ソユーズ
• スペースラボ
• シャトル・ミール計画
• 宇宙ステーションのリスト

• 宇宙ステーションに関する議会調査局（CRS）の報告書を読む
• ISS –ロシア通信社TASSの公式インフォグラフィック （英語）
• ISS と名付けられた星 – ロスコスモス TV で(ロシア語)
• 「巨大ドーナツが宇宙ステーションとして利用される」、ポピュラーサイエンス、1951年10月、120～121ページ。宇宙探査と地球を周回する宇宙ステーションに関する記事

• ベイカー、デイビッド (2015)。国際宇宙ステーション: 1998-2011 (全段階): 永久有人地球周回軌道複合体の歴史、開発、協力、生産、役割に関する洞察。スパークフォード、ヨービル、サマセット:ヘインズマニュアル。ISBN 978-0-85733-839-6. OCLC  945783975.