きぼう
出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2023/09/16 07:11 UTC 版)
運用
運用管制
ISSでは、「参加主体は、自己が提供する要素を運用する責任を有する。」としているIGA第10条とMOU第9条2a項により[19]、実験棟を持っている国はそれぞれ独自に自国の実験棟を管制しており、日本はきぼうの管制を受け持っている[315]。きぼうの管制は、筑波宇宙センターにある宇宙ステーション総合推進センター (Space Station Integration and Promotion Center: SSIPC) の宇宙ステーション運用棟で行われる[316]。運用管制施設はこの他に、宇宙ステーション試験棟、宇宙実験棟、宇宙飛行士養成棟、無重量環境試験棟があり、宇宙ステーション運用棟を含め計5施設で構成されている[316]。
SSIPCの宇宙ステーション運用棟では、きぼう自体の運用を行う「システム運用」を1階の運用管制室で、搭載している実験装置の運用を行う「実験運用」が1階のユーザー運用エリア(User Operations Area: UOA)で、きぼうの運用計画立案も1階で行われ、4階の運用リハーサル室で管制員の訓練や統合リハーサル、NASAとの共同統合訓練が行われる[317][318]。2008年3月11日午前10時に、きぼうの運用管制室が稼働開始しており、きぼうの運用を終えるまで24時間体制で運用が行われる[319][320]。2016年8月8日に、きぼう運用管制室が一新されている[185]。
初めてきぼうの運用管制が行われたのは、きぼう船内保管室などのISSへの運搬と設置を行ったSTS-123の国際宇宙ステーション組立てミッション(1J/A)からで[321]、きぼうはインクリメント17(2008年2月-9月)からの運用開始となった。きぼう運用管制チームは、普段はきぼうの管制を行っているが、HTV(こうのとり)がISSに係留している間は、HTVの管制も行っている[322]。
きぼうの運用システム
きぼうの運用システムの構成要素は以下の7つからなっている[317][318][323]。
- 運用管制システム(Operations Control System:OCS) - きぼうや搭載実験装置の監視・制御・運用支援、実運用計画の立案、データ管理、管制ネットワーク運用管理、地上要員の訓練などを行う。
- 運用利用計画立案システム - 電力や通信、搭乗員活動時間などのリソースをISS参加国の間で配分する運用計画を長期・詳細の2つに取りまとめる。
- 搭乗員運用訓練システム - 搭乗員のきぼう運用にかかる知識、技能、操作手順の訓練を行う。
- 運用技術支援システム - きぼうと搭載実験装置の運用性、安全性、物理的適合性の確認を行う「エレメントインテグレーションシステム」、きぼうに搭載されているソフトウェアや運用データファイルを作成、検証、管理する「フライトソフトウェア/運用データファイル(ODF:Operations Data File)生成システム」、きぼうの機器が故障した場合に、各機器の電気的・機械的な状態の模擬実験を行う「エンジニアリングシミュレーター」、無重量環境試験設備にてきぼうの実物大模型を用いた運用手順の確認を行う「きぼうの水中モックアップ」などで構成されている。
- 保全補給運用管理システム - きぼうの部品交換や消耗品の補給、修理の管理を行う。
- 運用ネットワークシステム - 筑波宇宙センターとジョンソン宇宙センターの間で、きぼうのデータの送受信を行う。
- ケネディ宇宙センター射場支援装置システム - 補給品の打ち上げ時に射場作業の支援を行う。
システム運用
SSIPC内にある運用管制室で、運用管制チームは最大10ポジションの3交代シフト(8:00-17:00、16:00-1:00、0:00-9:00[324])の24時間体制で365日監視を行っており[325]、指揮を執るフライトディレクターと運用管制員は総勢50名以上が勤めているが、常駐している運用管制官の1シフト最小構成は5人のみで、多くても15人程度と効率的な運用がなされている[317][324][326]。きぼうのシステムを監視するほか、利用計画や補給物資の選定や輸送計画、不具合発生時の修理計画などの立案も担っており、不具合対応の運用シミュレーション訓練も行い練度向上に努めている[185][317]。また、ISS全体を統括しているのはNASAのフライトディレクターであり、予定の変更が必要な場合はNASAのフライトディレクターと交渉する必要があるため、筑波の運用管制室からはNASAのジョンソン宇宙センターにあるミッションコントロールセンター(MCC-H)を映すことができ、かつ常時NASAのフライトディレクターと連絡が付くようになっている[315]。
きぼうとSSIPCの通信は、ISSの通信システムからTDRS、ジョンソン宇宙センター、ホワイトサンズ地上局(White Sands Complex:WSC)を経由したNASAリンク(Sバンド、kuバンド)[327]で24時間行われる[323]。当初は、日本のデータ中継技術衛星こだま(DRTS)とDRTS地上局を経由したJAXAリンク(Kaバンド、Sリンク)での通信も可能であったが、こだまが2017年8月5日に退役したため、現在はNASAリンクのみとなっている[107][327][328]。きぼうに搭載されている衛星間通信システムは、実験データのダウンリンク[194][195]とTDRSの予備回線(未使用に終わった)[194]として使われていた。また、NASAから実験機器の安全審査権限を委譲されており、日本は単独で「きぼう」の安全管理責任を負っている[329]。組み立てが始まった2008年以降、重大事案や緊急事態は起きていない[326]。
実験運用
実験運用計画は筑波宇宙センターでまとめた後、マーシャル宇宙飛行センターに送り調整を行い、最終的にISS全体の運用計画を統括しているジョンソン宇宙センターでISSの運用計画に組み入れられ、実験が行われる[317]。きぼうでの実験は、実験運用管制チームが搭乗員の作業を支援したり、データの監視や遠隔操作で実験機器を制御し実験を行う。他にも簡素な実験機器等を使った教育文化ミッション(Education Payload Observation: EPO)[330][331]や宇宙飛行士の健康管理に関する医学ミッションなどの運用、更に運用の進め方・規則・手順書などの作成等も実験運用管制チームが行う[332]。
実際に各実験を進めるにあたって、実験運用管制チームに加え、ユーザーとなる実験テーマ提案者の代表研究者(Principal Investigator:PI)や共同研究者(Co-Investigator:CI)、代表研究者と実験運用管制員の橋渡しを行うユーザーインテグレーター(User Integrator:UI)や実験装置開発担当(Engineer)が協力して実験を行っていく[332]。また、実験装置を搭載したユーザーは、運用管制室に隣接したユーザー運用エリアで実験の模様をモニターし、適宜実験に関する指示を実験運用管制チームへ行ったり、ISSと連絡を取り合うことができる[317][332]。
運用モード
きぼうには4つの運用モードがあり、運用状態や各作業内容に応じて変更を行う。運用モードの変更は搭乗員や地上からの指令で行えるが、ISSの7つの運用モードと適合している必要があり(例:ロボティクス運用モードに変更する場合、ISSは外部運用モードでなくてはならない)、適合していない場合は自動的に「スタンバイモード」に変更される[333]。
- きぼう運用モード[333]
- 「標準モード」 - 搭乗員が実験を行うことができロボットアームの運用は行えない。通常はこのモードを中心に運用されている。
- 「ロボティクス運用モード」 - ロボットアームの運用が行える。
- 「スタンバイモード」 - 異常時に最小限のシステムで運用する。
- 「隔離モード」 - 与圧環境に異常が生じた場合に隣のモジュールであるハーモニーとのハッチが閉じられる。このモードでは「きぼう」内に立ち入ることはできない。
- きぼう曝露部運用モード[334]
- 「曝露部保存モード」 - 最少資源で曝露部システムを保存するモード。
- 「ミッション運用モード」 - 曝露部のミッション運用を行うモード。通常はこのモードを中心に運用されている。
- 「特殊運用モード」 - 曝露部保存モード、ミッション運用モード以外のモード。
- 「標準モード」 - 船内保守、ペイロード運用などの時に運用されているモード。普段はこのモードを中心に運用されている。
- 「リブーストモード」 - ISSが軌道変更(リブースト等)を行うときのモード。
- 「微小重力モード」 - 微小重力環境で実験装置の運用を行うため、微小重力性能が適用される。
- 「サバイバルモード」 - ISSの姿勢や電力に異常が生じるなど、搭乗員に危険が及ぶ恐れがある場合などに発動される、ISSの長期間運用を行うモード。電力、通信、排熱等のペイロード運用支援は保証されない。このモードへの移行はいつでも可能となっている。
- 「接近モード」 - ソユーズ、プログレス、こうのとり等の他の宇宙機の接近や離脱時に運用支援を行う。
- 「安全確実なクルーの帰還(Assured Safe Crew Return:ASCR)モード」 - 異常時に搭乗員が危機に晒され、地上への帰還を行うにあたって、ソユーズ宇宙船の離脱を支援する。このモードへの移行はいつでも可能となっている。
- 「外部運用モード」 - 船外活動(EVA)やロボットアーム運用時等、船外での組立作業や保全作業を支援する。
ISS 標準モード |
ISS リブーストモード |
ISS 微小重力モード |
ISS サバイバルモード |
ISS 接近モード |
ISS ASCRモード |
ISS 外部運用モード | |
---|---|---|---|---|---|---|---|
きぼう標準モード | ○ | ○ | ○ | × | ○ | ○ | ○ |
きぼうロボティクス運用モード | × | × | × | × | × | × | ○ |
きぼうスタンバイモード | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
きぼう隔離モード | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
「きぼう」運用モードがISS運用モードに対し、○は適合、×は不適合。 |
曝露部運用モード | 対応するISS・きぼう運用モード | 供給可能資源 | 加速度の制限 | きぼうロボットアームによる曝露実験機器の交換 | ||
---|---|---|---|---|---|---|
電力 | 通信 | 熱制御 | ||||
曝露部保存モード | サバイバルモード | × | × | × | - | × |
ミッション運用モード | 標準モード | ○ | ○ | ○ | - | × |
リブーストモード | ○ | ○ | ○ | - | × | |
微小重力モード | ○ | ○ | ○ | ○ | × | |
接近モード | ○ | ○ | ○ | - | × | |
外部運用モード | ○ | ○ | ○ | - | ○ | |
特殊運用モード | ASCRモード | ○ | ○ | ○ | - | × |
○は保証又は適用される、×は保証又は適用されない、-は現状未規定。 加速度の制限は、曝露実験機器への微小重力環境及び機械的擾乱の制約が適用される。 |
インクリメントマネージャー
インクリメントマネージャー(Increment Manager:IM)とは、インクリメント(ISSの運用期間単位で、搭乗員の交代を基準にした区切り。「ISS第45/46次長期滞在」の場合、「インクリメント45/46」となる[336][337]。)期間中、管制チーム・技術チーム・実験チームを含め、各インクリメントの利用計画、目標設定、運用計画の履行、危機管理、対応調整など、インクリメント担当フライトディレクターと連携し[324]、きぼうが関わるミッション全体を統括するプロデューサー役を果たす[336][337]。インクリメントマネージャー制度は2015年度(平成27年度)後半のインクリメント45/46から始まった[338]。
管制ポジション
きぼうの運用管制チームは、きぼう全体を統括する「きぼう運用管制チーム」(JAXA Flight Control Team:JFCT)と、きぼうでの実験などの利用を統括する「きぼう実験運用管制チーム」(Payload Flight Control Team:PLFCT)の2つから成っている[185]。
きぼう運用管制チーム
運用管制室での「きぼう運用管制チーム」(JAXA Flight Control Team:JFCT)の各役割と配置は以下のようになっている[185][315]。
- ExPO(Exposed Facility Payload Officer、エクスポ・エキスポ) - 最前列左右の席。曝露ペイロードオフィサー。曝露実験全体の運用を取り纏める。きぼう実験運用管制チームに属しているが、唯一運用管制室に詰めている[339]。
- CANSEI(Control and Network Systems, Electrical Power, and ICS Communication Officer、カンセイ) - 前から2列目左の席。通信・電力・管制系担当。きぼうのコンピューター、通信機器、電気・電力系機器・管制システムの状態を監視し、これらの制御を行う。
- FLAT(Fluid and Thermal Officer、フラット) - 前から2列目右の席。熱・環境・実験支援系担当。きぼう内の環境制御のため、各装置から出る熱を制御する空調機器などの状態を監視・制御を行い、実験の支援を行う。
- J-FLIGHT(JAXA Flight Director、ジェイフライト) - 前から3列目左の席。フライトディレクター。「きぼう運用管制チーム」と「きぼう実験運用管制チーム」を含め、「きぼう」の運用管制に関する全てを統括しており、きぼう運用の指揮を執る責任者。ISSと「きぼう」に関するあらゆる知識の習得とシミュレーション訓練に合格した後、実務経験を経て認定される[324]。
- J-COM(JEM Communicator、ジェイコム) - 前から3列目右の席の左側。きぼう交信担当。きぼうにいる搭乗員と交信を行う。管制員が搭乗員に指示を出す場合、必ずジェイコムを通して伝えられ、交信は英語で行われる。
- ARIES(Astronaut Related IVA and Equipment Support、アリーズ) - 前から3列目右の席の右側。船内活動支援担当。きぼう内の機器・物品などの管理や、宇宙飛行士の船内活動(Intra-Vehicular Activity:IVA)を支援する。
- KIBOTT(Kibo Robotics Team、キボット) - 前から4列目左の席。ロボティクス・構造・機構系担当。きぼうのロボットアーム、エアロック、機構系機器を遠隔操作で運用を行う。以前は搭乗員が直接ロボットアームの運用を行っていたが、現在はKIBOTTが行っている。
- Tsukuba GC(Tsukuba Ground Controller、ツクバジーシー) - 前から4列目右の席。きぼう地上システム担当。きぼうの運用管制システム、運用ネットワークシステムなどといった地上設備の運用・管理を行う。
- J-PLAN(JAXA Planner、ジェイプラン) - 実運用計画担当。かつては管制室に詰めていた[340]が現在は入らない。きぼう運用計画の立案、日勤シフトで運用計画室に入り運用計画の変更・調整を行う。
- JEM PAYLOADS(JEM Payload Officer、ジェムペイローズ) - ペイロード運用担当。かつては実験運用代表者として、唯一管制室に詰めていた[340][341]が現在は入らない。NASAの実験も含む[341]「きぼう」での実験実施者の窓口となり、実験運用が円滑に行われるよう支援する。かつて、実験運用管制チーム(Payload Flight Control Team:PL FCT)が「JEM PAYLOADS」の下に属していたこともあった[340]。
- JET(JEM Engineering Team、ジェット) - 技術支援チーム、システム運用技術支援担当。管制室には入らず、バックルームに詰めている。主にきぼう開発メンバーで組織され、きぼう運用管制チームを技術面で支援を行い、きぼうのデータ評価や機能拡張機器の開発検討なども行う。
- JAXA EVA(JAXA Extravehicular Activity、ジャクサイーブイエー) - 技術支援チーム、船外活動支援担当。管制室には入らない。日本人宇宙飛行士の船外活動(Extra-Vehicular Activity:EVA)、きぼうに関係する船外活動を技術面で支援を行う。
- OMT(Operations Management Team、オーエムティー) - 運用管理チーム、国際間調整担当。管制室には入らない。きぼうの運用にあたって、国際間での情報収集・連絡・調整を筑波宇宙センターとジョンソン宇宙センターで行う。
かつて存在したポジション
- SENIN(System Element Investigation and Integration Officer、センニン) - システム担当。きぼうのシステムを監視し、複数の管制ポジションにわたる作業をまとめる[340]。
実験運用管制チーム
ユーザ運用エリア(UOA)での「実験運用管制チーム」(Payload Flight Control Team:PL FCT)は、きぼう船内の実験装置を担当する与圧実験運用管制チームと、船外実験プラットフォームの実験装置を担当する曝露実験運用管制チームの2つに分かれており、各役割と配置は以下のようになっている[332]。
- 与圧実験運用管制チーム - J-FLIGHTが統括し、各実験ラックごとの責任者であるラックオフィサー(Rack Officer:RO)と、各実験ラックへのコマンド送信や監視などの運用を行うオペレータ(operator:OP)で構成されており、2017年1月現在、実験運用管制員約40名が在籍している[332]。
- BIO(BIology Ops Lead、バイオ) - 細胞実験ラック担当。細胞培養装置(Cell Biology Experiment Facility:CBEF)とクリーンベンチ(Clean Bench:CB)の、2つの機器が搭載されている。
- FISICS(FluId ScIence and Crystalization Science Ops Lead、フィジィクス・フィジックス) - 流体実験ラック担当。流体物理実験装置(Fluid Physics Experiment Facility:FPEF)と、溶液結晶化観察装置(Solution Crystallization Observation Facility:SCOF)と、蛋白質結晶生成装置(Protein Crystallization Research Facility:PCRF)と、画像取得処理装置(Image Processing Unit:IPU)の、4つの機器が搭載されている。
- MEISTER(MSPR Engineering and Integration Staff for Enterprising Research、マイスター) - 多目的実験ラック、多目的実験ラック2担当。水棲生物実験装置(Aquatic Habitat:AQH)、液滴群燃焼実験供試体(Group Combustion Experiment Module:GCEM)、静電浮遊炉(Electrostatic Levitation Furnace:ELF)、沸騰・二相流実験供試体(Two-Phase Flow:TPF) などの機器が搭載されている。
- GOLEM(GHF Ops Lead and Engineer of Material Science、ゴーレム) - 勾配炉実験ラック担当。温度勾配炉(Gradient Heating Furnace:GHF)が搭載されている。
- GNOME(General Non-rack Operation for Medical and Education、ノーム) - ラックに搭載されていない実験装置、教育文化ミッション(Education Payload Observation:EPO)、医学ミッションなどを担当。これらの実験やミッションを行う宇宙飛行士の作業の支援を行う。
- 曝露実験運用管制チーム - J-FLIGHTが統括し、全体の指揮を執る曝露ペイロードオフィサー(ExPO)の元、各曝露実験のコマンド送信や監視などの運用を行うオペレーター(operator:OP)で構成されており、2017年1月現在、実験運用管制員約15名が在籍している[332]。
- SEDA-AP OP - 宇宙環境計測ミッション装置(Space Environment Data Acquisition equipment - Attached Payload:SEDA-AP)を担当。
- MAXI OP - 全天X線監視装置(Monitor of All-sky X-ray Image:MAXI)を担当。
- CALET OP - 高エネルギー電子・ガンマ線観測装置(CALorimetric Electron Telescope:CALET)を担当。
- i-SEEP OP - 中型曝露実験アダプター(IVA-replaceable Small Exposed Experiment Platform:i-SEEP)を担当。
- SMILES OP - 超伝導サブミリ波リム放射サウンダ(Superconducting Submillimeter-Wave Limb-Emission Sounder:SMILES)を担当。運用を終了している。
- MCE OP - ポート共有実験装置(Multi-mission Consolidated Equipment:MCE)を担当。運用を終了している。
かつて存在したポジション
- JPOC(JAXA Payload Operations Conductor、ジェイポック) - 運用管制室のJEM PAYLOADSを補佐し、日本の実験運用全てを取りまとめる、実験運用管制室の指揮官[340]。
- RYUTAI Rack UI/PI/Eng.(User Integrator/Principal Investigator/Engineer (RYUTAI Rack)、リュータイ ユーザインテ/ピーアイ/エンジニア、流体実験ラック実験研究者チーム、エンジニアチーム) - 実験テーマ提案者かつ代表研究者のPI、各実験機器・サンプルの製作や実験計画の立案に関わるUI、実験装置の開発を担ったEngineerから構成される、流体実験ラックの実験遂行チーム[340]。
- SAIBO Rack UI/PI/Eng.(User Integrator/Principal Investigator/Engineer (SAIBO Rack)、サイボウ ユーザインテ/ピーアイ/エンジニア、細胞実験ラック実験研究者チーム、エンジニアチーム) - RYUTAI Rack UI/PI/Eng.と同様、細胞実験ラックの実験遂行チーム[340]。
- EPO/Medical(Education Payload Observation Officer、イーピーオー/メディカル) - 教育文化・医学ミッション担当。各ミッションの機器製作、計画の立案を提案者と共に行ってきた教育文化・医学ミッションの各担当者が、EPOやMedicalとして実験運用管制室に詰める[340]。
- ^ 「管轄権」と「管理の権限」は、国連海洋法条約92条1項及び94条における公海上の船舶に対する旗国の権限と類似するものと解釈されている。具体的には、「管轄権」(jurisdiction)は「宇宙物体上で発生する事実や行為について、登録国が国内法の適用の対象とし(立法管轄権、自国領域外でも有効)、その遵守を強制する権限(執行管轄権、自国領域内のみ有効)」を指し、「管理の権限」(control)は「宇宙物体の活動に対する指令・追跡・管制など、関係国内法令に基づいて行われる事実上の規制行為」を指す。
- ^ 日本人宇宙飛行士の飛行機会の配分は、システム運用共通経費(CSOC)の分担が発生する、「きぼう」の運用開始となる与圧部の取り付けと初期検証の終了時点から始まっている。
- ^ ISS運用に係る共通的経費のことで、飲食料・消耗品などの補給物資や宇宙飛行士等の輸送経費、運用管制に係る施設の維持管理費や人件費などの地上経費がある。
- ^ 当時は「宇宙ステーション」ではなく「宇宙基地」と呼んでいた。
- ^ 宇宙ステーションは、1988年にレーガン大統領によって「フリーダム」と名付けられている。
- ^ 当初は、リデザイン3案のうちα案が選ばれたことからISSA(International Space Station Alpha)と呼ばれていた。
- ^ 日本初の無重量環境試験設備として川崎重工業によって1994年7月26日に完成したが、2011年3月11日に起きた東日本大震災により、配管の破損による水漏れなどの大きな被害を受けたため、復旧は困難として2012年2月に撤去されている。
- ^ 出典資料には、2007年5月に打ち上げ予定のATVの後にきぼうの1便目が明記されており、2009年の搭乗員6人体制確立の前にきぼうの最終便が明記されている。
- ^ STS(Space Transportation System)とはNASAの宇宙輸送システムのことで、再使用可能な有人宇宙船として構想され、後にスペースシャトル計画となった。
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