ISS長期滞在
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2009年11月18日、JAXAが星出をISS第32次長期滞在及び第33次長期滞在搭乗員として決定したことを発表した。2012年7月15日にソユーズTMA-05Mによって打ち上げられた。ISSの滞在期間は約125日間、3回に及んだ船外活動(宇宙遊泳)の合計時間21時間23分は日本人宇宙飛行士の最長を記録し、2012年11月19日、帰還船ソユーズTMA-05Mが中央アジア・カザフスタン北部の雪原に着陸し、無事帰還した。 2018年3月2日、JAXAは星出をISS第64次/第65次長期滞在搭乗員として決定し、またISS船長として第65次長期滞在の指揮をとることを発表した。その後、米国商業軌道輸送サービスにおける開発遅延により米国人の滞在に支障が出ることから、搭乗予定機および滞在時期の見直しが行われ、クルードラゴン本運用2号機により2021年春にISSへ向かうこととなった。予定見直し後も、引き続きISS船長の任に当たる予定。 2021年4月22日、当初打ち上げ予定だったが、悪天候の影響で1日延期となった。2021年4月23日、スペースX社の民間宇宙船「クルードラゴン」に乗って、日本時間の23日午後6時49分にアメリカ・フロリダ州のケネディ宇宙センターから打ち上げられ、軌道投入が完了し、打ち上げは成功した。国際宇宙ステーションでは、日本人2人目となる船長を務め、去年11月から滞在している野口聡一を地球に帰還させる。星出はすでに新型コロナワクチンを接種し、その他の感染症も含めて宇宙空間に持ち込まないよう打ち上げまで隔離生活を送ってきた。 星出彰彦宇宙飛行士ら4人を乗せた米スペースX社の宇宙船「クルードラゴン」が、日本時間4月24日午後6時過ぎ、国際宇宙ステーション (ISS) へのドッキングに成功した。ハッチが開かれた後、星出が一番先にISSに入り、ISSに滞在中の野口聡一飛行士と再会し、抱きあった。日本人宇宙飛行士がISSに同時滞在するのは、2010年の野口と山崎直子以来、11年ぶりとなった。
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