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米国軌道セグメント（USOS）は、米国航空宇宙局（NASA）、欧州宇宙機関（ESA） 、カナダ宇宙庁（CSA）、および宇宙航空研究開発機構（JAXA）によって建設・運用されている国際宇宙ステーション（ISS）の構成要素の総称です。このセグメントは、11個の加圧コンポーネントと様々な外部要素から構成されており、そのほとんどすべてがスペースシャトルによって運ばれました。
このセグメントは、テキサス州ヒューストンのジョンソン宇宙センター、ドイツのオーバープファッフェンホーフェンのコロンバス管制センター、日本のつくばにあるつくば宇宙センターなど、世界中のさまざまなミッション管制センターから監視および制御されています。飛行制御、軌道維持、生命維持システムなどの重要な機能は、ロシアの軌道セグメントに依存しています。[ 1 ]
米国軌道セグメントは、10個の加圧モジュールで構成されています。そのうち7個は居住モジュールで、残りの3個は大型ポートを備えた接続ノードです。これらのポートは、モジュール同士を接続したり、宇宙船の係留場所やドックとして利用されます。
各ノードには共通係留機構（CBM）と呼ばれるポートがあります。3つのノードすべてに外側に4つのポートがあり、両端にそれぞれ1つずつ、合計6つのポートがあります。ノード上の18個のポートに加えて、モジュールにも追加のポートがあり、そのほとんどはモジュール同士を結合するために使用され、未使用のCBMポートには補給宇宙船MPLM、HTV、ドラゴンカーゴ、またはシグナスのいずれかを係留できます。CBMポートをソユーズ、プログレス、自動輸送機、および旧スペースシャトルで使用されていたタイプのドッキングポートに変換するPMAアダプタが2つあります。
USOS加圧セグメントの最初の構成要素はUnityです。Unityの後端には加圧結合アダプタ（PMA）1があります。PMA -1はUnityをロシアセグメントに接続します。Unityは右舷側のQuestエアロック、左舷側のTranquility、天頂側のZ1トラスにも接続されています。Destinyラボは前端に接続され、USOSの残りの部分につながっています。UnityはISSの乗組員が食事をしたり、一緒に休憩時間を過ごしたりするためにも使用されます。Unityノードは1998年12月6日にSTS-88によってステーションに届けられました。[ 2 ]
ハーモニーはUSOSの中央接続ノードです。ハーモニーはデスティニー実験棟の後端、きぼう実験棟の左舷側、コロンバス実験棟の右舷側に接続されています。ハーモニーノードの天底ポートと天頂ポートは、 H-II輸送機（HTV）、ドラゴン補給機、シグナス補給機のドッキングポートとしても機能します。ハーモニーの前端にはPMA-2があり、これは訪問するスペースシャトルの結合アダプタとして、また将来のISSへの有人ミッションで使用されます。2016年7月18日、SpaceX CRS-9に搭載されたNASAは、スペースシャトルAPAS-95ドッキングアダプタをNASAドッキングシステムに変換し、 SpaceXドラゴン2とボーイングスターライナーで使用するために、国際ドッキングアダプタ2を打ち上げました。ハーモニーは2007年10月23日のSTS-120ミッションで届けられました。[ 3 ]
トランキリティ・ノードには、 USOSの生命維持システムが搭載されています。[ 4 ]トランキリティには、7つの窓を持つキューポラ・モジュールとレオナルド・モジュールが前方ポートに搭載されています。トランキリティの前方ポートはステーションのトラス構造によって塞がれていますが、後方ポートは使用可能です。天底ポートはキューポラによって使用されていますが、天頂ポートはノード内部の運動器具によって使用されています。右舷ポートはノード1に接続されており、左舷側にはPMA 3が設置されています。PMA 3は以前はシャトル・ドッキングのバックアップでしたが、 CRS-18中に国際ドッキング・アダプター-3を受け取り、クルー・ドラゴンとボーイング・スターライナーとの接続が可能になります。トランキリティ・モジュールは、キューポラとともに2010年2月にSTS-130で届けられました。[ 5 ]
デスティニー実験室は、アメリカ製の実験モジュールです。医療、工学、バイオテクノロジー、物理学、材料科学、地球科学の研究に使用されます。デスティニーにはバックアップ用のロボットワークステーションも搭載されており、USOS実験室の中で最初に届けられたものです。2001年2月7日にSTS-98によって届けられました。 [ 6 ]デスティニー実験室は、テキサス州ヒューストンとアラバマ州ハンツビルのミッションコントロールセンターによって管理されています。
コロンバスは欧州宇宙機関が建造した実験モジュールです。 [ 7 ]流体、生物学、医学、材料、地球科学の科学研究が行われています。コロンバスには、実験を宇宙の真空にさらすために使用される外部ペイロード設置場所が4箇所あります。コロンバスモジュールは、2008年2月7日にSTS-122によってISSに届けられました。 [ 8 ]ドイツにあるコロンバス管制センターが、コロンバスモジュールの制御を担当しています。
きぼう実験室は、 USOSの日本側の構成要素です。[ 9 ]きぼうは、きぼう実験室本体、加圧貨物コンテナ、露出型科学プラットフォーム、2本のロボットアームの4つの主要部分から構成されています。このモジュールは、ペイロードをロボットアームや宇宙ステーション外の宇宙飛行士に渡すために使用できる小型エアロックを備えている点で独特です。ロボットアームは、実験室内のワークステーションから制御されます。この実験室は、医学、工学、バイオテクノロジー、物理学、材料科学、地球科学の研究に使用されます。物流コンテナは、きぼうの中で最初に到着した部分です。2008 年 3 月にSTS-123で運ばれました。 [ 10 ]きぼう実験室自体は、2008 年 5 月にSTS-124ミッションで ISS に運ばれました。 [ 11 ]露出した施設は、2009 年 7 月にSTS-127ミッションで ISS に運ばれました。[ 12 ]日本のつくばにある JEM ミッションコントロール ルームは、きぼう実験室のすべての要素の制御を担当しています。[ 13 ]
クエストジョイントエアロックは、ISSのUSOSセグメントからの船外活動を行うために使用されます。これは、機器ロックとクルーロックの2つの主要部分で構成されています。機器ロックは、船外活動ユニットが格納され、船外活動の準備が行われる場所です。クルーロックは、船外活動中に減圧されます。クエストエアロックは、 2001年7月にSTS-104のクルーによって搬入および設置されました。[ 14 ]
レオナルド・モジュール（恒久多目的モジュール（PMM）とも呼ばれる）は、国際宇宙ステーション（ISS）の収納スペースとして使用されるモジュールです。レオナルドは、トランクイリティ・モジュールの前方側面に取り付けられています。PMMは、2011年初頭のSTS-133ミッションによってISSに届けられました。元々は多目的補給モジュール（MPLM）レオナルドでしたが、ISSに設置される前に、長期間軌道上に留まるように改造されました。
キューポラは、トランキリティモジュールに取り付けられた 7 つの窓を持つモジュールです。地球観測に使用され、ジム設備もいくつか設置されています。7 つの窓すべてには、宇宙デブリの衝突から宇宙ステーションを保護するために、窓を使用しないときは閉じられるカバーが付いています。キューポラは、2010 年 2 月にSTS-130ミッションでトランキリティモジュールとともに届けられました。 [ 5 ]
ビゲロー拡張型活動モジュール（BEAM）は、 NASAとの契約に基づきビゲロー・エアロスペース社が開発した実験的な拡張型宇宙ステーションモジュールです。 2016年から国際宇宙ステーション（ISS）での一時的なモジュールとして試験運用されることを目的として設計されました。BEAMは2016年4月10日にISSに到着し、4月16日にドッキング、5月28日に拡張・加圧されました。当初は2年間の試験運用が予定されていましたが、期待を上回り、2026年現在も貨物保管用として使用されています。2020年にビゲロー・エアロスペース社が事業を停止したため、BEAMの所有権はNASAに移管されました。
加圧結合アダプタ( PMA) は、ISS の USOS 部分のドッキング ポートとして機能します。これは、標準の共通係留機構を、スペース シャトルとロシア軌道セグメントで使用されていたドッキング システムAPAS-95に変換します。現在、PMA-1 は、ユニティノードとISS のザーリャモジュールを接続するために使用されています。加圧結合アダプタ -2 はハーモニーの前方端にあり、PMA-3 は同じノードの天頂ポートにあります。[ 15 ] PMA-2 はシャトルのメイン ドッキング ポートであり、PMA-3 はそのバックアップで、数回しか使用されていませんでした。新しいクルー商業プログラムとシャトル艦隊の退役に伴い、NASA は国際ドッキング アダプタを建造し、PMA-2 と PMA-3 をNASA ドッキング システムに変換しました。IDA-1 は PMA-2 とドッキングする予定でしたが、 SpaceX CRS-7打ち上げ失敗で失われました。そのため、 SpaceX CRS-9で運ばれ、PMA-3にドッキングする予定だったIDA-2は、PMA-2に移動されました。失われたIDA-1の代替として、IDA-3は2019年7月にSpaceX CRS-18で打ち上げられ、PMA-3にドッキングされました。PMA-1とPMA-2は、1998年12月にSTS-88でUnityノードとともに届けられました。 [ 2 ] 3番目のPMAは、2000年10月11日にSTS-92で届けられました。 [ 16 ]
統合トラス構造(ITS) は、ISS の外側に重要な機器を収容します。[ 17 ]トラスの各セグメントには、セグメントが左舷側か右舷側かを示す P または S の指定と、それぞれの側での位置を示す番号が付けられています。トラス システム自体は、デスティニーモジュールの取り付けポイントによって ISS に接続される合計 12 個のセグメント (両側に 4 つずつ、中央に 1 つのセグメント) で構成されています。[ 18 ]ゼニス 1 (Z1) トラス セグメントとして知られる 13 番目の部品は、ユニティモジュールに取り付けられており、元々はUSOS に電力を供給するP6太陽電池アレイを保持するために使用されていました。Z1 セグメントは現在、 K uバンドアンテナを収容し、ISS の外側で電力およびデータ ケーブルのルーティング ポイントとして機能します。統合トラス構造は、ステンレス鋼、チタン、アルミニウムでできています。長さは約 110 メートルで、4 組の太陽電池アレイを収容します。各太陽電池アレイセットは4つのアレイで構成され、合計16枚の太陽電池アレイがあります。4つのアレイセットそれぞれに、電源装置を冷却するための冷却システムとラジエーターが付属しています。統合トラス構造には、ISSのメイン冷却システムも収容されており、これは2台のポンプ、2つのラジエーターアレイ、2つのアンモニアタンクアセンブリ、および2つの窒素タンクアセンブリで構成されています。統合トラス構造には、ペイロード取り付けポイントも複数あります。これらのポイントには、外部格納プラットフォーム、外部ロジスティクスキャリア、アルファ磁気スペクトロメーター、およびカナダアーム2の移動ベースシステムが取り付けられています。 Z1トラスは2000年10月のSTS-92ミッションで届けられた。 [ 16 ] P6セグメントは2000年12月のSTS-97で設置された。 [ 19 ] S0トラスはSTS-110でISSに届けられ、[ 20 ] S1セグメントはSTS-112で続いた。[ 21 ]トラスのP1セグメントはSTS-113でISSに持ち込まれ、[ 22 ]続いてSTS-115でP3/P4セグメント、[ 23 ] STS-116でP5セグメントが運ばれた。[ 24 ] S3/S4トラスセグメントはSTS-117で届けられた。[25 ]続いて S5 セグメントSTS-118。 [ 26 ]トラス セグメントの最後のコンポーネントである S6 セグメントはSTS-119。 [ 27 ]
外部格納プラットフォーム(ESP) は、 ISS に軌道交換ユニット(ORU)を格納するために使用される一連のプラットフォームです。ESP は ORU に電力を供給しますが、コマンドやデータの処理はできません。外部格納プラットフォーム 1 はデスティニー実験室の左舷側に位置し、2001 年 3 月にSTS-102ミッションで運ばれました。 [ 28 ] ESP-2 はクエストエアロックの左舷側に位置し、2005 年にSTS-114クルーによって ISS に持ち込まれました。[ 29 ] ESP-3 はスターボード 3 (S3) トラス セグメントに位置し、2007 年 8 月にSTS-118ミッションで ISS に運ばれました。[ 26 ]
ExPRESSロジスティクスキャリア（ELC）は外部積載プラットフォーム（ESP）に似ていますが、より多くの貨物を運搬できるように設計されています。ESPとは異なり、ELCはコマンドとデータの処理を可能にします。ELCは、外部に取り付けられたコンテナ、ペイロード、ジャイロスコープが取り付けられる鋼鉄製のグリッド構造を使用しており、科学実験を組み込むことができます。ELCの一部のコンポーネントはブラジル宇宙機関によって製造されています。[ 30 ]下部P3トラスに配置されているExPRESSロジスティクスキャリア1と、上部S3トラスに配置されているELC 2は、2009年11月のSTS-129ミッションで届けられました。 [ 31 ] ELC-3はSTS-134クルーによってISSに持ち込まれ、上部P3トラスに配置されています。[ 32 ] ELC-4はSTS-133ミッション中に下部S3トラスセグメントに届けられ、設置されました。[ 33 ]
アルファ磁気スペクトロメーター（AMS）は、S3トラスセグメントに搭載された素粒子物理学実験装置です。AMSは暗黒物質と反物質の探索を目的として設計されています。56の異なる機関と16か国から500人の科学者がAMSの開発と構築に参加しました。アルファ磁気スペクトロメーターはSTS-134の乗組員によって運ばれました。[ 32 ]
MSSの構成部品は、カナダ宇宙庁がMDAスペースミッションズと共同で供給した。モバイルベースシステムを搭載するモバイルトランスポーターは、NASAとの契約に基づきノースロップ・グラマン社が設計・製造した。
移動サービスシステムの主要コンポーネントは、宇宙ステーション遠隔操作システム (SSRMS) としても知られるCanadarm2です。このアームは、宇宙飛行士が船外活動中に扱うことができない大型で重いペイロードを移動することができます。このアームのペイロード容量は116,000 kg (256,000 lb )で、7 自由度があります。[ 34 ] Canadarm2 は、配置場所と使用する先端を変更することもできます。Destinyラボ、Harmonyノード、Unityノード、およびモバイルベースシステムには、Canadarm2 用のグラップル固定具があります。Zaryaモジュールにはグラップル固定具が設置されていますが、データケーブルは接続されていません。これらのケーブルが接続されると、Canadarm2 はZaryaの外側に位置することができ、ロシア軌道セグメント (ROS) 付近での船外活動(EVA) をサポートできるようになります。カナダアーム2は、2001年初頭にSTS-100の乗組員によって組み立てられ、設置された。 [ 35 ]
特殊目的器用マニピュレーター(SPDM)、通称デクスターは、ISS、移動基地システム、またはカナダアーム2に取り付けることができる2本の腕を持つロボットです。デクスターは、宇宙飛行士が行う必要のある作業を実行できます。これらの作業には、軌道交換ユニットの交換や、ORUを格納場所から設置場所へ移動することが含まれます。デクスターを使用することで、特定の作業を実行するために必要な準備時間を短縮し、宇宙飛行士が他の作業の完了により多くの時間を費やすことができるようになります。デクスターの主要な把持装置はデスティニー実験室にありますが、ISSの任意の動力付き把持装置にも取り付けることができます。ペイロード容量は600 kg (1,300 lb)、自由度は15です。[ 34 ]デクスターはSTS-123でISSに届けられました。[ 10 ]
移動ベースシステム(MBS) は、ISS の統合トラス構造に設置された鉄道車両のような装置です。重量は886 kg (1,953 lb )、ペイロード容量は20,954 kg (46,196 lb)です。[ 36 ] MBS は、スターボード 3 (S3) からポート 3 (P3) のトラスセグメントに移動でき、最高速度は2.5 cm/s (0.082 ft/s )です。MBS には、カナダアーム 2とデクスターのマウントとして使用できる4 つのPDGFと、ペイロードと軌道交換ユニット (ORU) を保持するためのペイロード/軌道交換ユニット格納部 (POA )があります。MBS には、ペイロードの特殊なキャプチャ バーをつかむための共通アタッチ システムもあります。また、独自のメイン コンピュータとビデオ配信ユニット、およびリモート電源制御モジュールも備えています。[ 37 ] MBSは2002年6月にSTS-111で届けられた。 [ 38 ]
改良型ISSブームアセンブリは、カナダアーム2のリーチを延長し、詳細な検査機能を提供するために使用されます。ブームの先端には、数ミリメートルの解像度で記録できるレーザーとカメラが搭載されています。また、ブームには手すりも取り付けられており、STS-120ミッションで太陽電池アレイの修理が行われたように、船外活動中の宇宙飛行士を補助することができます。
2020年1月27日、NASAは、国際宇宙ステーションにドッキングするモジュールを最大3基まで打ち上げる許可をAxiom Spaceに与えたと発表した。 [ 39 ] 2024年12月現在Axiom Spaceは、ISSに1つのモジュールを打ち上げ、貨物宇宙船が現在使用している2つのポートのいずれかにドッキングさせる予定です。このモジュール、ペイロード電力熱モジュール（PPTM）には、電力および熱システムと、研究ペイロード用の複数のラックが含まれます。[ 40 ] PPTMは2027年以降に打ち上げられ、2028年以降にAxiomのHabitat One（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と結合する予定です。[ 40 ]
米国軌道セグメントを拡張するための様々なモジュールが提案されている。
居住拡張モジュール（HEM）とは、国際宇宙ステーションのトランクイリティモジュールに接続するために英国で建設が提案されているモジュールのことである。このモジュールは、ブリストル大学の航空宇宙工学者マーク・ヘンプセル氏率いるエンジニアと科学者のコンソーシアムによって構想された。 2008年1月現在、この提案は英国政府から正式な支持を得ていない。 資金が確保されれば、モジュールは2011年中に発売される予定だった。[ 41 ]
ノード4（ドッキングハブシステム（DHS）とも呼ばれる）は、ノード構造試験体（STA）を使用して構築され、ハーモニーモジュールの前方ポートにドッキングされる予定だったモジュールです。構造試験体はISSハードウェアのテストを容易にするために構築され、ノード1になる予定でした。しかし、構築中に構造設計上の欠陥が発見されました。構築中のノード2はノード1と改名され、STA（旧ノード1）はケネディ宇宙センター（KSC）に保管されました。[ 42 ]
2011年、NASAはノード4の設計と開発に40ヶ月を費やし、2013年後半に打ち上げることを検討していた。[ 43 ]スペースシャトル計画は終了したため、ノード4を建造して打ち上げる決定が下されていた場合、アトラスVまたはデルタIVヘビーロケットで打ち上げられる予定だった。[ 43 ]
人間の反応、機械的な動的応答、および影響に対する遠心分離機の影響と効果を評価し、特徴づけるために、ノーチラスX遠心分離機の実証実験がISSで実施される予定である。
もし製造されていれば、この遠心分離機は人工的な部分G効果を得るのに十分な規模の宇宙空間での初の実証機となるはずだった。[ 44 ]この実証機は、デルタIVヘビーまたはアトラスVロケット1基を使用して打ち上げられる予定だった。このような実証機の総費用は8300万ドルから1億4300万ドルの間になるだろう。
2016年8月、ビゲロー・エアロスペースはNASAと、次世代宇宙探査技術パートナーシップの第2フェーズでB330をベースにした実物大の深宇宙居住モジュールの地上プロトタイプを開発する契約を交渉した。このモジュールは、ビゲローが国際宇宙ステーションに取り付けてテストすることを希望していることから、拡張可能なビゲロー先進ステーション強化モジュール（XBASE）と呼ばれている。[ 45 ] [ 46 ]
国際宇宙ステーション（ISS）の米国軌道セグメントの運用管理は、NASAと、米国政府の宇宙計画における民間部門を管理する機関であるESAによって行われている。
2000年に始まったISSの運用初期には、[ 47 ]米国軌道セグメントでの作業の多くはNASAの宇宙飛行士によって行われていましたが、NASAで訓練を受けた宇宙飛行士の中には米国以外の政府宇宙機関の職員もいました。また、宇宙ステーションへの貨物と乗員の輸送はすべてNASA所有の宇宙船、具体的にはスペースシャトルによって行われていました。2000年代後半から、NASAは宇宙ステーションへの貨物輸送を商業サービスに委託し始め、 [ 48 ] 2012年にサービスが開始されました。[ 49 ] 2020年までに、商業運航のフライトはISS USOSの乗員輸送も担当するようになりました。[ 50 ]
2010年、NASAは米国軌道セグメントの限られたスペースと宇宙飛行士の時間を商業利用に開放し始めた。2005年、米国議会は、複数の米国国立研究所の1つがISSに搭載されるべきであり、そこで商業研究を行うことができると承認した。宇宙科学振興センター（CASIS）は、その研究所を運営するために設立された。2009年9月、Nanoracksは軌道上の研究所スペースを利用するためのNASAとの最初の契約を締結し、2010年4月に宇宙ステーションに最初の研究所を設置した。[ 51 ]しかし 、他の企業も後に続いたが、ISSでの商業スペースと商業実験は常に制限されており、軌道セグメントのスペースと実験の大部分はNASA、ESA、JAXAによる直接利用のために確保されている。
USOS上のISS国立研究所を利用する商業企業が支払う料金は、2010年から2021年初頭まで大幅に補助されていた。2021年3月から補助金は廃止され、NASAは「NASAのリソースの価値に対する完全な償還」に近づけるために料金を引き上げた。[ 52 ]
NASAは2019年から「商業およびマーケティング価格設定ポリシー」を公開しました。[ 53 ] USOSで提供されるサービスの過去の価格と約2021年の価格は次のとおりです。[ 54 ]
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