第 9 章 生命維持技術
1. 序 論
我 が 国 初 の 有 人 宇 宙 長 期 滞 在 対 応 モ ジ ュ ー ルで あ る「 き ぼう 」の 、典 型的 な 有 人 宇 宙 技 術 で あ る 生 命 維 持 技 術 に つ い て 総 括 的 説 明 を行 う（ 第1図 の船 内 実 験 室と 船 内 保 管 室 が 生 命 維 持 環 境 を 有 す る ）。 ま ず 、 生 命 維 持 技 術の 全 体 像 と「 きぼ う 」が 対応 し て い る 範 囲 の関 係 を 整 理 し、国 際協 力 の中 で ど の よ う に 所掌 範 囲 が 決 め ら れ た か に つ い て 述 べ る 。
次 に 、温 湿 度 制 御 、大 気 成 分 と圧 力 の 管 理
／ 制御 、微粒 子・微 生 物管 理、騒 音 管理 、有 害 ガス 管 理 等 の 設計 手 法 に 焦 点を 当 て、仕 様 の 設定 根 拠 に 関 する 説 明 を 与 える と 共 に 、シ ス テ ム と し て そ れ ら を ど の よ う に し て 実 現 し てい る か に つ いて 述 べ る 。ま た 、キャ ビ ン 内 空 気 循 環 に 代 表 さ れ る よ う な 開 発 段 階 に お ける 設 計 変 更 への 対 応 の 仕 方、有 害ガ ス 管 理 や 騒 音 管 理 に 代 表 さ れ る 開 発 当 初 は 設 計 上 破 綻 を き た し て い た 問 題 を ど の よ う に 解 決 して い っ た か につ い て 解 説 し、我 が国 に お け る生 命 維 持 技 術 の 蓄 積 状 況 に つ い て 示 す 。
第1図 ISS（ 左図 ） と 「 き ぼう 」（右 図 ）
2. 生 命 維 持 技 術 と 「 き ぼ う 」 所 掌 範 囲
第2図に 、生 命維 持 技 術 の 全体 像 と「 き ぼ う 」 が 対 応 し て い る 機 能 範 囲 の 関 係 を 示 す 。 図 中、太 実 線 の 四角 は「 き ぼ う」が 有 し て い る 生 命 維 持 機 能 、細 実 線 の 四 角 は 「 き ぼ う 」
が 有し て い な い 機能 、そ し て 、破線 四 角 の 機 能 につ い て は 、軌 道 上 で国 際 宇宙 ス テ ー シ ョ ン（ISS）に 結 合さ れ る ま で は「 き ぼ う 」側 で 機能 を 持 ち 、そ の 後 は同 機 能を 停 止 す る も の を表 し て い る 。
当 初 、「 き ぼ う 」 に は 全 て の 生 命 維 持 機 能
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を 付与 す る こ と が検 討 さ れ て いた が 、ISS本 体 側 に よ る 集 中 制 御 ・ 管 理 が 好 ま し く 、「 き ぼ う」の 機能 は 実験 モ ジ ュ ー ルと し て の も の に 集中 す べ き で ある と い う 観 点か ら 、国 際 調
整 の 過 程 で 現 在 の 機 能 範 囲 に 限 定 す る こ と に なっ た 。上 記 の破 線 四 角 の 機能 付 与 と 停 止 は その 調 整 過 程 で生 じ た も の であ る 。
第2図 生 命 維 持技 術 機 能 範 囲
3. 生 命 維 持 系 の 技 術 仕 様 と 設 計 根 拠
「 きぼ う 」の 生 命維 持 系 に 対 する 代 表 的 な 仕 様と そ の 設 定 根拠 を 第1表 に示 す 。長 期 滞 在 型で あ る こ と から 、基本 的 に地 上 と 同 等 の 環 境を 与 え る も のと な っ て お り、従 来の 軌 道 上 設備（ 米 国 の スカ イ ラ ブ 、ロシ ア の ミ ー ル）
に 比し 、軌道 上 で格 段 に 快 適 な活 動 環 境 を 搭 乗 員に 与 え る 。特 徴的 な も の とし て 、我 が 国 の 宇宙 開 発 で は 初め て の 、有 害ガ ス 濃 度 、低 速 空 気 循 環 、 騒 音 に 関 す る 規 定 が 挙 げ ら れ 、 長 期 宇 宙 滞 在 に 必 要 な 仕 様 値 が 明 確 化 さ れ て いる 。
こ れ ら の 要 求 へ の シ ス テ ム 対 応 を 以 下 に 説 明す る 。
（1） キ ャ ビ ン 空 気 温 度 制 御
過 酷な 宇 宙 で の 外部 温 度 環 境 に対 し 、キ ャ ビ ン 空 気 温 度 の 効 率 的 か つ 安 定 な 制 御 を 実 現 す る た め 、 受 動 熱 制 御 系 に よ る 保 温 効 果 、 並 びに 、能動 熱 制御 系 に よ る 最終 排 熱 と い う 熱 的連 携 作 動 を 採っ た 。
（2） キ ャ ビ ン 空 気 湿 度 制 御
湿 度制 御 は 受 動 的制 御 と し 、所 与 のキ ャ ビ ン 空 気 温 度 に 対 す る 除 湿 能 力 が 過 度 に な ら ぬ よ う 、 熱 交 換 器 の 冷 却 水 温 度 を 設 定 し た 。 ま た、微 小重 力 下で の 凝 縮 水 回収 は 水 分 離 機 に よる 吸 引 方 式 で実 現 し た 。
（3） 有 害 ガ ス 濃 度 制 御
有 害ガ ス 管 理 が され た 材 料 を 使用 す る 。機 器 と サ ブ シ ス テ ム レ ベ ル に 有 害 ガ ス 規 定 を
第 9 章 生命維持技術
1. 序 論
我 が 国 初 の 有 人 宇 宙 長 期 滞 在 対 応 モ ジ ュ ー ルで あ る「 き ぼう 」の 、典 型的 な 有 人 宇 宙 技 術 で あ る 生 命 維 持 技 術 に つ い て 総 括 的 説 明 を行 う（ 第1図 の船 内 実 験 室と 船 内 保 管 室 が 生 命 維 持 環 境 を 有 す る ）。 ま ず 、 生 命 維 持 技 術の 全 体 像 と「 きぼ う 」が 対応 し て い る 範 囲 の関 係 を 整 理 し、国 際協 力 の中 で ど の よ う に 所掌 範 囲 が 決 め ら れ た か に つ い て 述 べ る 。
次 に 、温 湿 度 制 御 、大 気 成 分 と圧 力 の 管 理
／ 制御 、微粒 子・微 生 物管 理、騒 音 管理 、有 害 ガス 管 理 等 の 設計 手 法 に 焦 点を 当 て、仕 様 の 設定 根 拠 に 関 する 説 明 を 与 える と 共 に 、シ ス テ ム と し て そ れ ら を ど の よ う に し て 実 現 し てい る か に つ いて 述 べ る 。ま た 、キャ ビ ン 内 空 気 循 環 に 代 表 さ れ る よ う な 開 発 段 階 に お ける 設 計 変 更 への 対 応 の 仕 方、有 害ガ ス 管 理 や 騒 音 管 理 に 代 表 さ れ る 開 発 当 初 は 設 計 上 破 綻 を き た し て い た 問 題 を ど の よ う に 解 決 して い っ た か につ い て 解 説 し、我 が国 に お け る生 命 維 持 技 術 の 蓄 積 状 況 に つ い て 示 す 。
第1図 ISS（ 左図 ） と 「 き ぼう 」（右 図 ）
2. 生 命 維 持 技 術 と 「 き ぼ う 」 所 掌 範 囲
第2図に 、生 命維 持 技 術 の 全体 像 と「 き ぼ う 」 が 対 応 し て い る 機 能 範 囲 の 関 係 を 示 す 。 図 中、太 実 線 の 四角 は「 き ぼ う」が 有 し て い る 生 命 維 持 機 能 、細 実 線 の 四 角 は 「 き ぼ う 」
が 有し て い な い 機能 、そ し て 、破線 四 角 の 機 能 につ い て は 、軌 道 上 で国 際 宇宙 ス テ ー シ ョ ン（ISS）に 結 合さ れ る ま で は「 き ぼ う 」側 で 機能 を 持 ち 、そ の 後 は同 機 能を 停 止 す る も の を表 し て い る 。
当 初 、「 き ぼ う 」 に は 全 て の 生 命 維 持 機 能
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課 し 、要 す れ ば 脱ガ ス 処 理 を 行う 。最 終 的 に は 打 上 前 に シ ス テ ム レ ベ ル で 有 害 ガ ス を 測 定 、規 定 を 満 た すこ と を 確 認 した 。
（4） 大 気 圧 制 御
機 器レ ベ ル だ け でな く 、モ ジ ュー ル レ ベ ル で 最 終 検 査 と し て の 圧 力 調 整 試 験 を 実 施 し て 作動 確 認 を し た。
（5） 船 内 空 気 循 環 風 速 制 御
機 器 や 部 分 モ ジ ュ ー ル の 各 種 基 礎 試 験 に 加 え、フ ライ ト モジ ュ ー ル で 最終 確 認 と し て の 風速 計 測 を 実 施。
（6） 騒 音 制 御
防 振・防音 材 等 によ る 機 器 及 びサ ブ シ ス テ ム での 減 音 化 や、シ ス テム 消 音器 等 に よ る 最 終 騒音 対 策 を 採 った 。
第1表 「 き ぼ う」 生 命 維 持 系の 主 要 仕 様
注 記1：Spacecraft Maximum Allowable Concentrationの 略 。 一 般に 日 本 の 産 業衛 生 法 よ り 厳し い 。
注 記2：Colony Forming Unitの 略 、 微 生物 の 多 さ の 単位 。
4. 重 要 課 題 と そ の 解 決
「 きぼ う 」は 、我 が国 初 の 有 人宇 宙 施 設 で あ り、当 初か ら 種々 の 開 発 上 の困 難 を 伴 う 重 要 課題 が 識 別 さ れた 。か つ 、国 際的 に 決 め ら れ た 当 初 の 打 上 げ 期 日 に 間 に 合 わ せ る こ と が 必須 で あ っ た こと に よ り 、早 い 段 階か ら 各 種 の基 礎 試 験 を 行い 、その 成 果を 設 計 に 取 り 込 み つ つ 開 発 を 行 っ て い た 。 し か し な が ら 、
ISS本 体 側 の 開 発が 長 期 化 す ると 共 に 、各 種 設 計 変 更 が 行 わ れ 、「 き ぼ う 」 は そ の 影 響 を 強 く受 け る こ と にな っ た 。本 項で は 、ISS側 設 計 変 更 へ の 対 応 を 含 め た 重 要 課 題 に 関 し 、 有 人 宇 宙 技 術 特 有 の 代 表 的 な 幾 つ か の 事 項 に つい て 述 べ る 。
4.1 船 内 実 験 室 の 空調 能 力 問 題
船内 実 験 室 キ ャビ ン 空 気 の 温調 試 験（ 第3
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図 ）にお い て 、設 定し た キ ャ ビン 空 気 温 度 に 到 達 す る ま で の 時 間 が 予 期 し た 時 間 よ り 遥 か に長 い と い う 問題 が 生 じ た （ 第4図 ）。
第3図 温 調 試 験の 空 気 循 環 系と 空 調 装 置
直 接 の 原 因 は 、 ① 空 気 調 和 装 置 （THC） の 温度 制 御（PID制 御 ）ロ ジ ック に 、温 度 差 分 量の「 切 り 落 とし 」に よ る 風量 調 整 弁 角 度 設 定の 不 適 切 性 があ り 、こ れ がTHCの 温 調
能 力を 低 下 さ せ る 、② 重 量 軽 減の た め 、空 気 調 和 装 置 （THC） の 冷 却 能 力 に は 、 キ ャ ビ ン 空 気 熱 容 量 に 比 し 大 き な 余 裕 が 与 え ら れ て いな い こ と か ら、空 調時 の キャ ビ ン 空 気 温 度 の時 間 変 化 が 極端 に 小 さ く なる 、の二 点 が 複 合し た も の で あっ た 。
ま た 、 問 題 の 背 景 要 因 と し て 、 ａ ）THC の 開発 当 時 に は、宇 宙 用部 品 とし て 認 定 さ れ たCPUは8ビ ット の も の し かな く 、制 御 パ ラ メ－ タ 値 の 選 定の 仕 方 に よ って は 、温 度 制 御 ロ ジ ッ ク の 差 分 化 に お け る 有 効 数 字 を 十 分 にと る こ と が 難し か っ た 。ｂ ）シ ステ ム の 温 調 試 験 に 先 立 ち 最 大 排 熱 能 力 の 確 認 を 行 うTHC単体 試 験で は 、オ ー プン ル ー プ の 供 給 空気 に 対 す るTHC出口 で の返 送 空 気 温 度 の 変化 の み に 注 目し た も の で あっ た た め 、冷 却 す べ き 船 内 実 験 室 内 キ ャ ビ ン 空 気 の 熱 容 量 の影 響 が 反 映 され ず 、THC 単 体 試 験 で は 問 題が 顕 在 化 し なか っ た、の 二点 が 挙 げ ら れ る 。
最 終的 に は 、原 因を 踏 ま え て の制 御 パ ラ メ ー タの 吟 味・変 更を 行 う こ と で問 題 を 解 決 し た 。
第4図 キ ャ ビ ン空 気 温 調 試 験結 果 の 一 例 課 し 、要 す れ ば 脱ガ ス 処 理 を 行う 。最 終 的 に
は 打 上 前 に シ ス テ ム レ ベ ル で 有 害 ガ ス を 測 定 、規 定 を 満 た すこ と を 確 認 した 。
（4） 大 気 圧 制 御
機 器レ ベ ル だ け でな く 、モ ジ ュー ル レ ベ ル で 最 終 検 査 と し て の 圧 力 調 整 試 験 を 実 施 し て 作動 確 認 を し た。
（5） 船 内 空 気 循 環 風 速 制 御
機 器 や 部 分 モ ジ ュ ー ル の 各 種 基 礎 試 験 に 加 え、フ ライ ト モジ ュ ー ル で 最終 確 認 と し て の 風速 計 測 を 実 施。
（6） 騒 音 制 御
防 振・防音 材 等 によ る 機 器 及 びサ ブ シ ス テ ム での 減 音 化 や、シ ス テム 消 音器 等 に よ る 最 終 騒音 対 策 を 採 った 。
第1表 「 き ぼ う」 生 命 維 持 系の 主 要 仕 様
注 記1：Spacecraft Maximum Allowable Concentrationの 略 。 一 般に 日 本 の 産 業衛 生 法 よ り 厳し い 。
注 記2：Colony Forming Unitの 略 、 微 生物 の 多 さ の 単位 。
4. 重 要 課 題 と そ の 解 決
「 きぼ う 」は 、我 が国 初 の 有 人宇 宙 施 設 で あ り、当 初か ら 種々 の 開 発 上 の困 難 を 伴 う 重 要 課題 が 識 別 さ れた 。か つ 、国 際的 に 決 め ら れ た 当 初 の 打 上 げ 期 日 に 間 に 合 わ せ る こ と が 必須 で あ っ た こと に よ り 、早 い 段 階か ら 各 種 の基 礎 試 験 を 行い 、その 成 果を 設 計 に 取 り 込 み つ つ 開 発 を 行 っ て い た 。 し か し な が ら 、
ISS本 体 側 の 開 発が 長 期 化 す ると 共 に 、各 種 設 計 変 更 が 行 わ れ 、「 き ぼ う 」 は そ の 影 響 を 強 く受 け る こ と にな っ た 。本 項で は 、ISS側 設 計 変 更 へ の 対 応 を 含 め た 重 要 課 題 に 関 し 、 有 人 宇 宙 技 術 特 有 の 代 表 的 な 幾 つ か の 事 項 に つい て 述 べ る 。
4.1 船 内 実 験 室 の 空調 能 力 問 題
船内 実 験 室 キ ャビ ン 空 気 の 温調 試 験（ 第3
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4.2 騒 音 問 題
船内 実 験 室 と 船内 保 管 室 には NC-50 と い う 厳し い 騒 音 要 求が 課 さ れ て いる が 、開 発 初 期 にお け る 騒 音 予測 で は 、 例 えば 500Hz付 近 で10dB以 上 の逸 脱 を 示 し てお り 、実 に 要 求 され る エ ネ ル ギの 約8倍（ 騒 音エ ネ ル ギ は 3dB 毎 に 倍 加 ） を 示 し 破 綻 し て い た （ 第 5 図 ）。 船 内 実 験 室 に は 騒 音 源 と な る 数 多 く の
機 器（ 第6図 ）が搭 載 さ れ て いる が 、循 環 量 を 増や す（ 即 ち、騒 音 が 増 大）こ と に つ な が る 性能 や 機 器 の 小型 化（ 質 量 とサ イ ズ ）に 関 す る相 反 し た 要 求の 中 で、全 ての 要 求 を 満 た す ため の 設 計 及 び管 理 が 必 要 とな り 、以 下 の 対 策 を 講 じ た （ 概 し て 列 挙 の 順 に 効 果 大 ）。
そ の結 果 、第7図 のよ う に 騒 音要 求 を 達 成 し た 。
第5図 船 内 実 験室 内 騒 音 予 測解 析
（1） シ ス テ ム レ ベ ル の 詳 細 熱 解 析 を 実 施 し 余 剰 冷 却 用 機 器 を 減 ら す （ 騒 音 源 の 低 減： 第6図 の ①）
（2） シ ス テ ム エ ア ダ ク ト へ の 膨 張 型 サ イ レ ンサ 設 置 （ 音 を反 射 音 で 消 す）
（3） 減 音パ ネ ル の 追 加（2種 類 の 空気 の 振 動 系 を 持 つ 通 気 孔 を 設 け 、 逆 位 相 に よ
り 音波 を 打 消 す.：② 等 ）
（4） 防 音パ ネ ル の 追 加（ ダン パ 構 造に よ る 音 響エ ネ ル ギ の 低減：空 調・熱ラ ッ ク ）
（5） ダ ンパ の 追 加（騒 音 発生 源 か らの 音 響 エ ネル ギ の 遮 断 ：③ の マ ウ ン ト部 ）
（6） 断 熱 材 兼 防 音 材 の コ ー テ ィ ン グ の 使 用 （音 の 閉 じ 込 め： ④ ）
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第6図 船 内 実 験室 搭 載 機 器 の一 例
第7図 船 内 実 験室 の 最 終 騒 音状 況 4.2 騒 音 問 題
船内 実 験 室 と 船内 保 管 室 には NC-50 と い う 厳し い 騒 音 要 求が 課 さ れ て いる が 、開 発 初 期 にお け る 騒 音 予測 で は 、 例 えば 500Hz 付 近 で10dB以 上 の逸 脱 を 示 し てお り 、実 に 要 求 され る エ ネ ル ギの 約8倍（ 騒 音エ ネ ル ギ は 3dB 毎 に 倍 加 ） を 示 し 破 綻 し て い た （ 第 5 図 ）。 船 内 実 験 室 に は 騒 音 源 と な る 数 多 く の
機 器（ 第6図 ）が搭 載 さ れ て いる が 、循 環 量 を 増や す（ 即 ち、騒 音 が 増 大）こ と に つ な が る 性能 や 機 器 の 小型 化（ 質 量 とサ イ ズ ）に 関 す る相 反 し た 要 求の 中 で、全 ての 要 求 を 満 た す ため の 設 計 及 び管 理 が 必 要 とな り 、以 下 の 対 策 を 講 じ た （ 概 し て 列 挙 の 順 に 効 果 大 ）。
そ の結 果 、第7図 のよ う に 騒 音要 求 を 達 成 し た 。
第5図 船 内 実 験室 内 騒 音 予 測解 析
（1） シ ス テ ム レ ベ ル の 詳 細 熱 解 析 を 実 施 し 余 剰 冷 却 用 機 器 を 減 ら す （ 騒 音 源 の 低 減： 第6図 の ①）
（2） シ ス テ ム エ ア ダ ク ト へ の 膨 張 型 サ イ レ ンサ 設 置 （ 音 を反 射 音 で 消 す）
（3） 減 音パ ネ ル の 追 加（2 種 類 の 空気 の 振 動 系 を 持 つ 通 気 孔 を 設 け 、 逆 位 相 に よ
り 音波 を 打 消 す.：② 等 ）
（4） 防 音パ ネ ル の 追 加（ ダン パ 構 造に よ る 音 響エ ネ ル ギ の 低減：空 調・熱ラ ッ ク ）
（5） ダ ンパ の 追 加（騒 音 発生 源 か らの 音 響 エ ネル ギ の 遮 断 ：③ の マ ウ ン ト部 ）
（6） 断 熱 材 兼 防 音 材 の コ ー テ ィ ン グ の 使 用 （音 の 閉 じ 込 め： ④ ）
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4.3 循 環 風 速 問 題
「 き ぼ う 」 の キ ャ ビ ン 空 間 に は 、 時 速 0.5km 程 の 非 常 に ゆ っ く り と し た 循 環 空 気 流 れが 求 め ら れ てい る （ 第1表 ）。開 発 当初 識 別 さ れ た 主 要 課 題 （ 以 下 の （1） ～ （4））
に 対し 、下 記 開 発手 法 を 採 る こと に よ り 、風 速 規 定 を 完 全 に 満 た す 快 適 で 安 全 な 有 人 環 境 を達 成 し た （ 第12図 ～ 第13図）。
（1） 船 内 実 験 室 と 船 内 保 管 室 を 結 合 し た 軌 道 上 形 態 で の 地 上 試 験 実 施 は 構 体 の 強 度面 か ら 困 難 であ る 。
⇒ 信頼 性 の 高 い 解析 手 法 を 確 立し 、こ れ を用 い た 解 析 検証 を 採 用 す る。
（2） 軌 道 上 各 種 運 用 状 態 で の 空 気 循 環 に
対 す る 試 験 検 証 を 全 て 実 施 す る と コ ス ト 及び 時 間 が 膨 大に な る 。
⇒ （1） に 準 じ る。
（3） 微 小 重 力 下 で 船 内 の 凹 凸 空 間 に 対 し 、 隈 な く 低 速 流 れ を 実 現 す る 手 法 の 確 立 が 必要 で あ る 。
⇒ 吹出 口（ デ ィ フュ ー ザ ）の 性能 評 価 基 礎試 験（ 第8図）、ECLSSチ ャン バ
（ 船 内 実 験 室 自 然 対 流 抑 制 構 造 を 有 す る部 分 モ デ ル）で のキ ャ ビ ン風 速 分 布 評価 基 礎 試 験 （ 第 9図 、 第 10図）、
実 機 船 内 実 験 室 の 風 速 分 布 最 終 確 認 試 験を 段 階 的 に 実施 し、解 析 と試 験 手 法 を併 行 し て 確 立す る 。
第8図 デ ィ フ ュー ザ 性 能 評 価基 礎 試 験
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（4） 自 然 対 流 の 影 響 を 除 去 し た 地 上 循 環 風 速試 験 の 実 現 が困 難 で あ る 。
⇒ 事 前 詳 細 解 析 で 自 然 対 流 を 排 除 す る 試験 条 件 と 手 法（ 稼働 機 器 の種 類 と 運 用 状 態 を 含 む 試 験 形 態 の 吟 味 と 内 壁 への 断 熱 材 設 置等 ）を 検 討 し、こ れ を 試験 に 反 映 （ 第 11図 ）。
第9図 キ ャ ビ ン風 速 分 布 評 価基 礎 試 験
（ECLSSチ ャ ンバ ）
第10図 キ ャ ビン 風 速 分 布 評価 基 礎 試 験
第11図 フ ラ イト 品 試 験 に おけ る 自 然 対 流の 影 響 解 析 結果
0.057
0.053 0.050 0.049 0.045 0.033 0.037 0.036 0.041 0.041 0.042 0.045
0.038 0.038 0.036 0.043
0.473 0.033 0.042 0.108 0.052
0.398 0.080 0.070 0.081 0.084
0.073
0.048 0.028 0.045 0.054
0.044
0.040
0.037
0.036
0.041 0.072
0.064 0.071 0.235
0.098 0.061
0.193
0.055 0.048 0.059
0.051
0.087 0.037 0.093 0.098
単 位 ：m/s
0.072
0.082 0.048 0.051 0.056 0.080 0.101
0.065 0.085 0.072 0.088 0.039 0.096 0.083 0.071 0.061 0.111 0.100 0.093 0.123 0.076 0.048 0.087 0.080 0.059
0.044
0.113 0.113 0.135 0.053 0.100 0.077
0.046
数 値は 風 速[m/s]
4.3 循 環 風 速 問 題
「 き ぼ う 」 の キ ャ ビ ン 空 間 に は 、 時 速 0.5km 程 の 非 常 に ゆ っ く り と し た 循 環 空 気 流 れが 求 め ら れ てい る （ 第1表 ）。開 発 当初 識 別 さ れ た 主 要 課 題 （ 以 下 の （1） ～ （4））
に 対し 、下 記 開 発手 法 を 採 る こと に よ り 、風 速 規 定 を 完 全 に 満 た す 快 適 で 安 全 な 有 人 環 境 を達 成 し た （ 第12図 ～ 第 13図）。
（1） 船 内 実 験 室 と 船 内 保 管 室 を 結 合 し た 軌 道 上 形 態 で の 地 上 試 験 実 施 は 構 体 の 強 度面 か ら 困 難 であ る 。
⇒ 信頼 性 の 高 い 解析 手 法 を 確 立し 、こ れ を用 い た 解 析 検証 を 採 用 す る。
（2） 軌 道 上 各 種 運 用 状 態 で の 空 気 循 環 に
対 す る 試 験 検 証 を 全 て 実 施 す る と コ ス ト 及び 時 間 が 膨 大に な る 。
⇒ （1） に 準 じ る。
（3） 微 小 重 力 下 で 船 内 の 凹 凸 空 間 に 対 し 、 隈 な く 低 速 流 れ を 実 現 す る 手 法 の 確 立 が 必要 で あ る 。
⇒ 吹出 口（ デ ィ フュ ー ザ ）の 性能 評 価 基 礎試 験（ 第 8図）、ECLSSチ ャン バ
（ 船 内 実 験 室 自 然 対 流 抑 制 構 造 を 有 す る部 分 モ デ ル）で のキ ャ ビ ン風 速 分 布 評価 基 礎 試 験 （ 第 9図 、 第 10図）、
実 機 船 内 実 験 室 の 風 速 分 布 最 終 確 認 試 験を 段 階 的 に 実施 し、解 析 と試 験 手 法 を併 行 し て 確 立す る 。
第8図 デ ィ フ ュー ザ 性 能 評 価基 礎 試 験
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第12図 実 機 軌道 上 風 速 分 布解 析 結 果 の 一例
第13図 実 機 軌道 上 風 速 分 布予 測 結 果
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4.4 有 害 ガ ス 問 題
キ ャ ビ ン 空 間 の 有 害 ガ ス を 抑 制 す る こ と は 有人 宇 宙 特 有 の開 発 事 項 で ある 。対象 と な る 有害 ガ ス はSMAC（Spacecraft Maximum Allowable Concentration） で種 類 と 許 容 濃 度 が定 義 さ れ て おり 、 そ の 数 は 200 種 を 超 え る、総 相 対 濃 度規 定 値 ΣTは 次 式 で 定 義 さ れ てい る 。
( )
∑
∑ =
i
T ガス種iの濃度 ガス種iの許容濃度
軌 道 上 で 「 き ぼ う 」 の ハ ッ チ を 最 初 に 開 く 時（ 地 上で 最 後に ハ ッ チ を 閉 め60日 以 内）
の ΣT<3が 要 求 であ る が、ΣTの 開 発 当 初 の 解 析予 測 値 は 100 を超 え 、大 き な 問 題 とな っ た 。 そ の た め 、 以 下 の 開 発 方 針 を 採 っ た 。 そ の結 果 、有 害 ガス の 影 響 が 船内 実 験 室 よ り 大 きい 船 内 保 管 室（容 積 が 小 さい た め ）を 例 に とる と 、第14図の よ う に打 上 げ に 問 題の な いレ ベ ル ま で ΣT値 を 低 減 でき た （ ΣT≒ 0.45）。
第14図 船 内 実験 室 の 有 害 ガス 濃 度 予 測 曲線
（1） 不 明 気 体 種 の 明 確 化 に よ る T 値 低 減
（ 不 明 気 体 に 対 す る 許 容 濃 度 は 小 さ い た め 、 明 確 化 に よ る 結 果 と し て 許 容 濃 度 が増 加 ）
（2） 有 害 ガ ス 発 生 試 験 条 件 と 実 機 温 度 環 境 との 整 合 化（高 温 に 曝さ れ ない 場 合、
発 生量 の 少 な い 室温 で の 測 定 実施 ）
（3） ベ ーキ ン グ（ 高 温曝 露 に よ る 脱ガ ス 処 理 ）の 実 施
（4） 有 害 ガ ス 発 生 量 の 経 年 変 化 把 握 試 験
を 実 施 し 、 打 上 げ 時 の 「 有 害 ガ ス 発 生 が 枯れ た 」 状 態 を解 析 予 測 す る。
（5） 実 機 の 打 上 げ コ ン フ ィ ギ ュ レ ー シ ョ ン での 有 害 ガ ス 試験 を 実 施 し、上 記（1）
～ （4） の 仕 上 げ と し て の 確 認 を 行 う 。
5. 軌 道 上 運 用
2008年5月 の船 内 実 験 室 の打 上 げ に 際 し 実 施 さ れ た 軌 道 上 チ ェ ッ ク ア ウ ト に お い て 、 第12図 実 機 軌道 上 風 速 分 布解 析 結 果 の 一例
第13図 実 機 軌道 上 風 速 分 布予 測 結 果
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環 境制 御 系 と し て、IMVフ ァン 、AAAフ ァ ン 、煙セ ン サ の 動作 が 地 上 解 析・試 験 結 果 と 一 致 し 、 正 常 で あ る こ と を 確 認 し た 。 更 に 、 空 気 調 和 装 置 （THC） に 関 し て は 、 キ ャ ビ ン 空気 設 定 温 度 に対 す るTHC温 調 機能（ 第 15図）、キ ャ ビ ンフ ァ ン 回 転 数 、フィ ル タ 差 圧 が正 常 で あ る こと も 確 認 さ れて い る。特 に、
第 15 図が 示 す よう に 、4.1 項 で述 べ た 温 調 問 題に 対 す る 処 置が 、軌道 上 でも 有 効 に 機 能 し てい る こ と が 分か る 。
尚、環 境制 御 系と し て の 不 具合 事 象 と し て、
CHX 空 気出 口 側水 分 セ ン サ －及 び 水 分 離 機
（WS） で の 水 飛散 検 出 に よ る THC 自 動 停 止 が発 生 し て い る。
対 応 と し て は 、 頻 繁 に 水 飛 散 検 知 を 行 う CHX 側 水分 セ ンサ － は 、 水 滴量 が 微 小 で あ る こ と か ら イ ン ヒ ビ ッ ト を か け て 運 用 し 、 WS 側 水 分 セ ン サ － は そ の ま ま の 状 態 で 運 用 を続 行 し て い る 。そ の た め 、WS側 水 分 セ ン サ－ の 水 飛 散 検知 に よ るTHCの遮 断 は今 も 発生 し て い る。同 事 象が 起 こる 詳 細 な 原 因 は 現時 点 で 不 明 であ る が 、
（1） 軌 道上 のISSの キャ ビ ン 空 気 は 、低熱 負 荷状 態 が 続 い てい る 。
（2） そ のた め 、THC内 では 空 気 か らの 排 熱 を 抑制 す る よ う に、CHX側 への 風 量 配 分 を 小 さ く （ 即 ち 、 バ イ パ ス 側 へ の 風 量 が 大 き く ） し た 状 態 と す る よ う 、 風 量 調 整 弁 （TCV） 開 度 の 制 御 が 自 動 的 に 行わ れ る 。
（3） こ の 時 、CHX 側 へ の 風 量 は 小 さ い も の の、 長 時 間 経 つと 多 く の 水 滴が CHX 内 に発 生 す る 。
（4） 従 っ て 、 こ の 状 態 か ら 、CHX 側 風 量 が 大き く な る と 水飛 散 が 生 じ る。
と いう 状 況 が 把 握さ れ て い る 。
一方 、THC 単 体 の地 上 試 験に お い て も 、 水 飛 散 現 象 が 生 じ た た め 、TCV の 開 閉 速 度 を 落と す ソ フ ト ウェ ア 的 処 理 によ り 、地 上 で の 問題 は 解 決 さ れた 経 緯 が あ る。
こ れら の こ と か ら、微 少重 力 場の 影 響 が 地 上 で 想 定 し た 以 上 に 大 き い こ と が 原 因 で あ る 可 能性 が 高 い と 考え ら れ る 。
第15図 軌 道 上に お け る キ ャビ ン 空 気 の 温調
6. ま と め
我 が 国 初 の 長 期 滞 在 型 有 人 宇 宙 構 造 物 で あ る「 き ぼ う 」の 開 発 に お い て、種 々 の 生 命
維 持技 術 を 獲 得 した 。その 主 なも の を 以 下 に 纏 める 。
1） 生 命 維 持 技 術 の 全 体 像 を 把 握 す る と と も に 、 実 験 モ ジ ュ ー ル と し て 必 要 な 所
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掌 範囲 を 把 握 ・ 決定 し た 。
2） 生 命 維 持 に 必 要 な 技 術 仕 様 内 容 と そ の 背 景を 確 認 ・ 獲 得し た 。
3） 有 害 ガ ス 濃 度 を 制 御 す る た め の 設 計 ・ 管 理手 法 を 構 築 ・確 立 し た 。
4） 微 小 風 速 循 環 に 関 す る 設 計 と 試 験 手 法 を 確立 し た 。
5） 騒 音 抑 制 に 関 す る 設 計 と 管 理 手 法 を 確 立 した 。
6） 設 計 及 び 地 上 試 験 で は 、 重 力 の 影 響 を 従 来 の 想 定 以 上 に 精 度 よ く 取 り 込 ん だ 解 析 ・ 評 価 を 実 施 す る と と も に 、 適 切 な 影 響 評 価 試 験 を 実 施 す る こ と が 重 要 で ある こ と が 分 かっ た 。
環 境制 御 系 と し て、IMVフ ァン 、AAAフ ァ ン 、煙セ ン サ の 動作 が 地 上 解 析・試 験 結 果 と 一 致 し 、 正 常 で あ る こ と を 確 認 し た 。 更 に 、 空 気 調 和 装 置 （THC） に 関 し て は 、 キ ャ ビ ン 空気 設 定 温 度 に対 す るTHC温 調 機能（ 第 15図）、キ ャ ビ ンフ ァ ン 回 転 数 、フィ ル タ 差 圧 が正 常 で あ る こと も 確 認 さ れて い る。特 に、
第 15 図が 示 す よう に 、4.1 項 で述 べ た 温 調 問 題に 対 す る 処 置が 、軌道 上 でも 有 効 に 機 能 し てい る こ と が 分か る 。
尚、環 境制 御 系と し て の 不 具合 事 象 と し て、
CHX 空 気出 口 側水 分 セ ン サ －及 び 水 分 離 機
（WS） で の 水 飛散 検 出 に よ る THC 自 動 停 止 が発 生 し て い る。
対 応 と し て は 、 頻 繁 に 水 飛 散 検 知 を 行 う CHX 側 水分 セ ンサ － は 、 水 滴量 が 微 小 で あ る こ と か ら イ ン ヒ ビ ッ ト を か け て 運 用 し 、 WS 側 水 分 セ ン サ － は そ の ま ま の 状 態 で 運 用 を続 行 し て い る 。そ の た め 、WS側 水 分 セ ン サ－ の 水 飛 散 検知 に よ るTHCの遮 断 は今 も 発生 し て い る。同 事 象が 起 こる 詳 細 な 原 因 は 現時 点 で 不 明 であ る が 、
（1） 軌 道上 のISSの キャ ビ ン 空 気 は 、低熱 負 荷状 態 が 続 い てい る 。
（2） そ のた め 、THC内 では 空 気 か らの 排 熱 を 抑制 す る よ う に、CHX側 への 風 量 配 分 を 小 さ く （ 即 ち 、 バ イ パ ス 側 へ の 風 量 が 大 き く ） し た 状 態 と す る よ う 、 風 量 調 整 弁 （TCV） 開 度 の 制 御 が 自 動 的 に 行わ れ る 。
（3） こ の 時 、CHX 側 へ の 風 量 は 小 さ い も の の、 長 時 間 経 つと 多 く の 水 滴が CHX 内 に発 生 す る 。
（4） 従 っ て 、 こ の 状 態 か ら 、CHX 側 風 量 が 大き く な る と 水飛 散 が 生 じ る。
と いう 状 況 が 把 握さ れ て い る 。
一方 、THC 単 体 の地 上 試 験に お い て も 、 水 飛 散 現 象 が 生 じ た た め 、TCV の 開 閉 速 度 を 落と す ソ フ ト ウェ ア 的 処 理 によ り 、地 上 で の 問題 は 解 決 さ れた 経 緯 が あ る。
こ れら の こ と か ら、微 少重 力 場の 影 響 が 地 上 で 想 定 し た 以 上 に 大 き い こ と が 原 因 で あ る 可 能性 が 高 い と 考え ら れ る 。
第15図 軌 道 上に お け る キ ャビ ン 空 気 の 温調
6. ま と め
我 が 国 初 の 長 期 滞 在 型 有 人 宇 宙 構 造 物 で あ る「 き ぼ う 」の 開 発 に お い て、種 々 の 生 命
維 持技 術 を 獲 得 した 。その 主 なも の を 以 下 に 纏 める 。
1） 生 命 維 持 技 術 の 全 体 像 を 把 握 す る と と も に 、 実 験 モ ジ ュ ー ル と し て 必 要 な 所
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