国際宇宙ステーション実験材料
MISSEのロゴ
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国際宇宙ステーション材料実験( MISSE )は、国際宇宙ステーション(ISS)に外部搭載された一連の実験であり、過酷な宇宙環境に材料を長期間さらした場合の影響を調査します。

MISSEプロジェクトは、 NASA、民間企業、および国防総省（DOD）が将来の低地球軌道（LEO）、同期軌道、および惑星間宇宙ミッションで使用する予定の材料および部品の性能、安定性、および長期生存性を評価するものです。LEOで68ヶ月間過ごした後、1990年に回収された長期曝露施設（LDEF）は、宇宙環境が多くの宇宙船の材料および部品にとって非常に過酷であることを明らかにし、低地球軌道で最も多く見られる原子種である原子酸素は、プラスチックや一部の金属と非常に反応性が高く、深刻な侵食を引き起こします。

大気フィルターがないため、極端紫外線も存在します。この放射線は多くのプラスチックやコーティングを劣化させ、黒ずませます。宇宙の真空状態もまた、多くの材料の物理的特性を変化させます。隕石や軌道を周回する人工デブリの衝突は、宇宙空間に露出したすべての材料に損傷を与える可能性があります。これらの環境すべてが宇宙船に及ぼす複合的な影響は、宇宙でのみ調査可能です。MISSEは、現在使用されている材料と将来の宇宙ミッションでの使用が計画されている材料を評価します。[ 1 ]

MISSEプログラムは、STS-76とSTS-86の飛行の間にミール宇宙ステーションのミール・ドッキング・モジュールに1年以上取り付けられたミール環境影響ペイロード（MEEP）の直接の後継プログラムであり、[2] 長期曝露装置（LDO）の後継プログラムです。また、MEEPSの起源は、STS-1とSTS-2で打ち上げられたパッシブ光学サンプルアレイ（POSA）サンプルトレイ、およびその後継であるSTS-3とSTS-5で打ち上げられた酸素と物質の相互作用の影響（EOIM）にあります。

MISSE PECは閉鎖されました
MISSE PECは閉鎖されました

試験した材料

MISSEプロジェクトでは約1,508のサンプルがテストされています。サンプルは、スイッチ、センサー、ミラーなどの部品から、ポリマー、コーティング、複合材料などの材料にまで及びます。また、種子、胞子、さまざまな種類のバクテリアなどの生物学的材料も評価されています。ミッションの各材料は、選択する前に実験室で個別にテストされる必要がありました。材料の最終的なテストは、宇宙環境にさらした時です。実験室では、各材料は一度に1つの特定のシミュレーション環境にしかさらすことができません。宇宙では、材料は一度にすべての環境にさらされます。新しい材料のテストに加えて、MISSEは、太陽電池アレイの早期故障に悩まされている通信衛星で使用されている材料など、現在の材料に関する問題にも取り組みます。より長い寿命が期待される新世代の太陽電池もテストされます。

MISSEは、衛星の熱吸収・放出温度を制御するためのコーティングの試験も行います。宇宙の過酷な環境はコーティングの耐用年数を制限します。宇宙でより安定し、より長い耐用年数を持つと期待される新しいコーティングが試験されます。MISSEはまた、火星有人探査における主要な課題、すなわち惑星間空間に存在する非常に高エネルギーの宇宙線から乗組員を守るという課題にも取り組みます。MISSEでは、軽量シールドの新しいコンセプトも試験されます。ソーラーセイル、大型インフレータブルミラー、レンズ向けに超軽量膜構造が計画されています。これらの材料に対する微小隕石の衝突の影響も調査されます。[ 1 ]

MISSEデータ（MISSE 1～7）は、 http://materialsinspace.nasa.gov/に登録されたアカウントを通じて一般公開されています。NASAは可能な限り過去のMISSE実験データを収集し、一般公開するよう努めてきました。現在も研究者からデータを収集し、MISSEデータベースに追加しています。

MISSEの導入

ミッションのために選ばれた材料は、ブリーフケースのようなパッシブ実験コンテナ（PEC）に収納されます。PECはISSとの間で実験を輸送するために使用されます。船外活動（EVA）中は、PECはISSの手すりや露出実験設備に設置されます。コンテナは完全に（360°）開かれ、実験装置が設置された2つの表面が互いに反対方向を向きます。実験装置は、可能な限り、通常は予定されているEVAの都合で機会があれば、屋外に置かれている間に複数回写真撮影されます。宇宙空間への曝露後、MISSEは展開時と同じ方法で回収され、材料サンプルが宇宙ミッションを完了するために必要な固有の特性を依然として保持しているかどうかを検査します。MISSEには、時間履歴、つまり特定の時点で材料に何が起こったかを読み取るための能動型および受動型の検出器が搭載されています。地上に戻ると、曝露の影響を判断するための試験が行われます。これらの試験により、どの材料が宇宙空間で耐えられるほど強度があるかが判定されます。

当初、MISSE-1と2は約1年間、MISSE-3と4は最大3年間の運用が予定されていました。しかし、スペースシャトル・コロンビア号の事故によりシャトル艦隊が運航停止となったため、これらの計画は変更されました。MISSE-1と2は3年間のデータを提供し、MISSE-3と4は1年間のデータを提供しました。[ 3 ]

MISSE-1とMISSE-2

最初の実験セットと2番目の実験セットは、2001年8月10日のSTS-105ミッション中にスペースシャトルディスカバリー号によって打ち上げられ、様々な材料の標本910個が含まれていました。 [ 4 ]これらは、クエストジョイントエアロックと高圧ガスタンクにある2つの別々のエアロックハンドレールに設置されました。 [ 5 ]

2005年7月30日、 STS-114ミッションの最初の船外活動中に、両方の実験が回収されました。[ 6 ]

  • MISSE-1と2を搭載したICC STS-105
    MISSE-1と2を搭載したICC STS-105
  • MISSE PEC1 & 2 を Quest にマウント
    MISSE PEC1 & 2 を Quest にマウント
  • ミッセPEC1
    ミッセPEC1
  • MISSE PEC1をQuestに搭載
    MISSE PEC1をQuestに搭載
  • ミッセPEC2
    ミッセPEC2
  • Questに搭載されたMISSE PEC2の外観
    Questに搭載されたMISSE PEC2の外観

ミス-5

これはMISSE実験としては3回目、MISSE PECとしては5回目であった。MISSE-5はスペースシャトル・ディスカバリー号のミッションSTS-114で2005年7月26日に打ち上げられ、様々な材料の標本254個を積んでいた。[ 7 ] MISSE-5はP6トラスに設置され、1年後の2006年9月15日のミッションSTS-115の3回目のEVA中に回収された。[ 8 ]

MISSE-5には3つの調査が含まれていました。1つは、将来の宇宙船に使用するための36個の太陽電池セルの性能試験である先進技術太陽電池実験（FTSCE）です。2つ目は、宇宙環境における200種類以上の柔軟材料の劣化を測定する実験です。3つ目は、通信システムを提供し、アマチュア衛星サービス（ASS）の既成のテレメトリ・コマンド・コントロール・ソリューションを試験するPCSat-2を用いた実験です。MISSE-5は、MISSEシリーズの最初の実用実験でした。電源を必要とし、PCSat-2を介して地上と通信することができました。[ 9 ]

  • 打ち上げ準備中のMISSE PEC5。左はFTCSE、右はPcSat-2。金色の保温ブランケットで覆われ、フレキシブル材料のサンプルが載っている。
    打ち上げ準備中のMISSE PEC5。左はFTCSE、右はPcSat-2。金色の保温ブランケットで覆われ、フレキシブル材料のサンプルが載っている。
  • P6トラスの端にあるMISSE PEC5
    P6トラスの端にあるMISSE PEC5
  • P6トラスの端にあるMISSE PEC5
    P6トラスの端にあるMISSE PEC5

MISSE-3とMISSE-4

MISSE実験の4番目と5番目のセット（MISSE PEC3とMISSE PEC4）は、2006年8月3日のミッションSTS-121でスペースシャトルディスカバリーによって打ち上げられ、様々な材料の標本875個を収容していました。 [ 10 ] MISSE-3はクルーロック周辺の高圧タンクの1つに、MISSE-4はクエストジョイントエアロックの外側端に、第13次長期滞在クルーによって設置されました。[ 11 ] 1年後の2007年8月18日、ミッションSTS-118の4回目の船外活動中に、MISSE-3と4の実験が回収されました。[ 12 ]

MISSE3号と4号は教育目的も果たし、宇宙科学への興味を刺激するために、子供たちに科学実験用に配られた約800万粒のバジルの種を運びました。 [ 3 ]

  • ミッセPEC3
    ミッセPEC3
  • ミッセPEC4
    ミッセPEC4
  • STS-118で回収直前のMISSE-3
    STS-118で回収直前のMISSE-3

ミス-6

MISSE実験装置の6番目のセットである6Aと6Bは、2008年3月13日にスペースシャトル・エンデバー号のSTS-123ミッションで打ち上げられ、様々な材料からなる400点以上の標本を収容していた。 [ 13 ]コロンバス宇宙船外部搭載施設に設置された。3回目の船外活動中に設置が試みられたが、ケースが当初はブラケットに収まらなかった。[ 14 ] 5回目の船外活動中に設置に成功した。[ 15 ]

MISSE 6Aと6Bは両方ともSTS-128ミッションの最初の船外活動中に回収され、2009年9月に地球に帰還した。[ 16 ] [ 17 ]

  • コロンバスモジュールのMISSE PEC6Aと6B
    コロンバスモジュールのMISSE PEC6Aと6B
  • ミッセPEC6A＆6B
    ミッセPEC6A＆6B
  • MISSE PEC6A & 6Bアートワークの画像
    MISSE PEC6A & 6Bアートワークの画像

ミッセ-7

MISSE実験の7番目のセットは、ExPRESSペイロードアダプタ（ExPA）[ 18 ]に搭載されていました。ExPRESSロジスティクスキャリア2の6 [ 19 ]。これらは2009年11月にSTS-129ミッションで宇宙ステーション（ELC-2）に運ばれました。

MISSE-7は、スーツケースサイズのパッシブ実験コンテナ（PEC）2つで構成され、それぞれMISSE 7AとMISSE 7Bと名付けられています。宇宙遊泳中の宇宙飛行士によってISSの外部に設置されたPECは開封されます。MISSE 7Aは宇宙／地球を向き、MISSE 7BはISSの軌道に対して前方／後方を向いていました。MISSE 7AとMISSE 7Bには、能動実験と受動実験が搭載されていました。受動実験は、地上実験室での飛行前および飛行後の評価を目的として設計されています。MISSEプログラムでは初となる能動実験は、ISSの電力・通信システムと接続し、データを地球に送信できるように設計されました。

MISSE-7には、ExPAベースに搭載された実験装置も搭載されていました。これらの実験装置には、NASAゴダード宇宙飛行センターのエンジニアによって開発されたSpaceCubeが含まれていました。SpaceCubeは、XilinxのVirtex-4商用FPGAをベースにした再構成可能な高性能システムで、高負荷のオンボード処理を必要とする宇宙飛行アプリケーション向けに設計されています。MISSE-7 SpaceCubeの目的は、「ソフトウェアによる耐放射線性」を備えたプログラム実行とエラー検出・訂正技術を実証するための「軌道上」テストベッドとして機能することでした。これは、宇宙における商用処理装置の利用を可能にするものです。[ 20 ]

7Aで実行された実験には、シングルイベントアップセットザイリンクス-サンディア実験[ 18 ]：35が 含まれており、アクティブなFPGA回路への放射線の影響を検出し、高緯度と南大西洋異常域でより多くのアップセットイベントを検出しました。[ 18 ]：20

MISSE 7Aの主な責任は海軍研究所が担い、MISSE 7Bでは空軍研究所、NASA、ボーイング、その他の産業界の協力者、学界が実験を行った。[ 21 ]

2 つの PEC は、STS-134 ミッション中に地球に持ち帰るために収集されました。

  • ExPAプラットフォームに搭載された2つの受動実験コンテナを搭載した打ち上げ前のMISSE-7
    ExPAプラットフォームに搭載された2つの受動実験コンテナを搭載した打ち上げ前のMISSE-7
  • ミッセPEC7A＆7B
    ミッセPEC7A＆7B
  • ELC-2のMISSE PEC7Aと7B
    ELC-2のMISSE PEC7Aと7B

MISSE-7実験

  • SpaceCubeは、極めて高度な処理能力を必要とする宇宙飛行アプリケーション向けの、小型・軽量で再構成可能なマルチプロセッサ・プラットフォームです。スタッカブル・アーキテクチャを採用し、Xilinx Virtex 4 FX60 FPGA（プロセッサカードあたり2個）をベースとしています。SpaceCubeの最初のミッションは、ハッブル宇宙望遠鏡による相対航法センサー実験の一環として、ハッブル宇宙望遠鏡によるサービスミッション4に搭載されました。 [ 22 ] SpaceCubeは、ソフトウェア技術によって強化された革新的な耐放射線性を実証するための軌道上試験プラットフォームを提供します。[ 20 ]

ミス8

2011年5月に打ち上げられたSTS -134ミッションでは、MISSE PEC8実験装置がISSに搭載され、MISSE PEC7AとPEC7Bが地球に帰還した。MISSE-7はSTS-129でISSに搭載されて以来、ISSに搭載されていた。[ 23 ]

STS-134ではMISSE-8 には PEC が 1 つしかなかったが、STS-135 の乗組員は MISSE-8 ORMatE-III 露出プレートを 2 番目の MISSE マウントに追加した。

MISSE-8のPECとORMatE-III曝露プレートは、2014年2月に船外活動（EVA）で回収される予定でした。これらは、SpX-3ミッションの一環として、SpaceX Dragonカプセルに搭載されて回収されました。[ 24 ]

  • アンドリュー・フューステル宇宙飛行士がMISSE PEC7Aと7BをPEC8 STS-134に交換
    アンドリュー・フューステル宇宙飛行士がMISSE PEC7Aと7BをPEC8 STS-134に交換
  • STS-135の船外活動中にELC-2からISS全体を撮影した写真の合成。右側にMISSE-8 PECがある。
    STS-135の船外活動中にELC-2からISS全体を撮影した写真の合成。右側にMISSE-8 PECがある。
  • MISSE-8とORMatE-IIIプレート設計
    MISSE-8とORMatE-IIIプレート設計
  • ロン・ガランSTS-135が撮影したMISSE-8
    ロン・ガランSTS-135が撮影したMISSE-8
  • NASA Select TVのMISSE-8 ORMatE-IIIプレート
    NASA Select TVのMISSE-8 ORMatE-IIIプレート
  • STS-135の船外活動中にELC-2に設置されたMISSE-8 ORMatE-III露光プレート
    STS-135の船外活動中にELC-2に設置されたMISSE-8 ORMatE-III露光プレート

ミッセFF

ISS材料実験飛行施設（MISSE-FF）プラットフォームは、地球上では事実上不可能な、宇宙という過酷な環境下で材料、コーティング、部品、その他大規模な実験を行う能力を提供します。低軌道（LEO）での試験では、LEO環境下における紫外線（UV）、原子状酸素（AO）、電離放射線、超高真空（UHV）、荷電粒子、熱サイクル、電磁放射線、微小隕石への曝露に対する材料の反応を統合的に試験することができます。

MISSE-FF は、MISSE 1 から MISSE 8 までの飛行ペイロードの継続ですが、完全に新しい設計であるため、MISSE 操作のための船外活動 (EVA) は不要です。MISSE-FF は、Alpha Space と ISS プログラムの共同作業であり、ISS の期間中 ISS 上に存在する基本構造と航空電子機器を使用して設計されています。MISSE サンプル キャリア (MSC) が取り付けられ、後で ISSカナダアーム 2を使用して回収されます。MSC は施設まで打ち上げられ、テスト期間の終了時に地球に帰還します。MISSE-FF は地上からロボットによって操作され、将来の MISSE サンプル キャリア (MSC) を JEMエアロックを通して輸送するために転送トレイに MSC を積み込み、その後転送トレイから MSC を降ろして地球への帰還の準備をすることを除いて、施設の操作に必要な乗組員インターフェイスは計画されていません。この施設は、これまで材料科学コミュニティが利用できなかった新しい技術とシステムの開発です。これまでになかった新機能として、各MSCが各サンプルの写真を毎月（必要に応じてより頻繁に）撮影できる機能があります。この写真は各主任研究員に提供され、軌道上にある間、サンプル/実験の状態を監視できます。MISSE MSCは、実験にデータ収集や電力を必要とする実験のために、電力とデータのオプションも提供しています。MISSE-FFは、サンプルや実験の試験に4つの宇宙視野方向を提供します。ラム（ISSが軌道上を移動する際の前方の視野）、ウェイク（水中のボートの航跡に似たISSの後方の視野）、ゼニス（地球から離れて深宇宙と太陽に向かう視野）、およびナディール（地球に向かって下を観察）です。科学者は、加速劣化、宇宙汚染の付着、質量損失などの材料またはコンポーネントの耐久性を試験します。

MISSE参加者

MISSEプロジェクトは、NASAラングレー研究センターが管理する共同プロジェクトです。参加機関には、NASAジョンソン宇宙センター、NASAマーシャル宇宙飛行センター、NASAグレン研究センター、ジェット推進研究所、空軍研究所材料研究所、海軍研究所、[ 25 ]インフォサイト社、ボーイング・ファントム・ワークスが含まれます。シャトルとISSのMISSE統合は、米国空軍国防総省スペースシャトル・ISSペイロード統合局によって行われます。

参考文献

  1. ^ a b「MISSE：宇宙での材料試験」 NASA、2001年7月。2008年9月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年3月25日閲覧。
  2. ^ William H. Kinard. 「MIR環境影響ペイロード（MEEP）アーカイブシステム」 NASAラングレー研究センター。2008年3月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2008年3月25日閲覧。
  3. ^ a b「MISSE makes its mark」 NASA、ラングレー研究センター、2005年10月10日。2013年4月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2008年3月28日閲覧。
  4. ^ “ミス1とミス2” . NASA。
  5. ^ 「STS-105、MCCステータスレポート#13」 NASA、リンドン・B・ジョンソン宇宙センター。2001年8月16日。 2002年8月9日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2008年3月25日閲覧。
  6. ^ 「STS-114 MCCステータスレポート #09」 NASA、ミッションコントロールセンター。2005年7月30日。 2008年10月20日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2008年3月25日閲覧。
  7. ^ 「MISSE 5」 NASA。
  8. ^ 「STS-115 MCCステータスレポート#12」 NASA。
  9. ^ 「Materials International Space Station Experiment - 5 (MISSE-5)」 NASA。 2008年2月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  10. ^ “ミス3とミス4” . NASA。
  11. ^ 「宇宙遊泳後、宇宙ステーションの乗組員が帰還」 NASA。2008年11月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2008年3月25日閲覧。
  12. ^ 「STS-118 MCCステータスレポート #21」 NASA。2008年10月20日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年6月5日閲覧。
  13. ^ 「Materials International Space Station Experiment - 6A and 6B (MISSE-6A and 6B)」 NASA。 2009年7月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  14. ^ 「STS-123 MCCステータスレポート #15」 NASA。2016年3月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年6月5日閲覧。
  15. ^ 「STS-123 MCCステータスレポート #25」 NASA。2012年10月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年6月5日閲覧。
  16. ^ 「STS-128シャトル報告書｜宇宙遊泳1回目の全目標達成」 Spaceflight Now . 2016年2月16日閲覧。
  17. ^ “Return to Sender: MISSE-6 Comes Home After More Than a Year in Space” . 2009年9月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2009年9月8日閲覧。
  18. ^ a b c Lee, David S.; Kalb, Jeffrey L.; Bullington, David M.; Blansett, Ethan L. (2010年8月1日).国際宇宙ステーションにおけるSandia-Xilinx Virtex FPGA実験（報告書） – www.osti.govより。
  19. ^ 「Materials International Space Station Experiment - 7 (MISSE-7)」 。 2008年12月10日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2009年10月17日閲覧。
  20. ^ a b David Petrick (2009). 「MAPLD2009 - SpaceCubeの活動」NASA .
  21. ^ドナルド・A・ジョースクとジョン・シアミディス「国際宇宙ステーション実験7Bの材料概要」(PDF) 2009年11月6日閲覧。
  22. ^ David Petrick (2009). 「MAPLD2009 - RNS SpaceCube」NASA .
  23. ^ Chris Gebhardt (2009). 「STS-134: PRCB Baselines Penultimate Shuttle Flight to Take AMS to Station」 NASASpaceflight.com . 2010年1月19日閲覧。
  24. ^ 「Expedition 36 Update: July 1, 2013 | NASA」 . Nasa.gov . 2013年7月1日. 2016年2月16日閲覧。
  25. ^ 「NRLのMISSE-8がSTS-134で打ち上げられる - 米海軍研究所」www.nrl.navy.mil。 2013年1月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。
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