古川聡宇宙飛行士滞在中の
「きぼう」利用ミッション

FLARE（Fundamental Research on International Standard of Fire Safety in Space -base for safety of future manned mission-）とは

• 世界初となる、重⼒影響を考慮した固体材料の燃焼限界評価⼿法^※について、軌道上実験による妥当性検証を⾏い、⽇本発の新⼿法の国際的な利⽤実現を⽬指します。
• 1Gでは⾃然対流により発現し得ない低速の周囲流条件において、固体材料上の持続的な⽕炎燃え広がりが起こる限界酸素濃度等のデータを、様々な材料について取得します。

本実験の意義

• 微⼩重⼒環境において、材料の燃焼性が地上と⽐べてどの程度変化するのかを、定量的に評価することが可能となります。
• ⺠間宇宙ステーションを含め、微⼩重⼒環境で運⽤される有⼈宇宙施設や宇宙船における⽕災防⽌のための適切な材料選定基準の制定に貢献します。
• 新⼿法は微⼩重⼒環境だけでなく、⽉⾯のような低重⼒環境での材料可燃性評価にも活⽤可能であるため、有⼈宇宙探査で使⽤される居住施設や与圧ローバ等での⽕災防⽌に向けた基準としても役⽴てることができます。
• 新しい材料燃焼性評価⼿法は、宇宙機関のみならず⺠間での活⽤も容易であるため、⽇本製材料を含む材料選択の⾃由度拡⼤、⺠間宇宙利⽤における負担軽減につながることが期待されます。

• ※JAXAプレスリリース（2021年4⽉）「固体材料の燃焼性試験⽅法に関する⽇本発の国際標準が発⾏される―「きぼう」での宇宙⽕災安全テーマの地上研究成果を国際標準化― 」

軌道上実験作業

• 「きぼう」の多⽬的実験ラックに搭載される固体燃焼実験装置（SolidCombustionExperiment Module:SCEM）を利⽤（【付録2】実験ラック参照）し、様々な材質・形状の固体材料の燃焼実験を⾏います。
• 実験では、整流機能を持つ⾵洞部内に試料を設置し、宇宙船内環境と同等の⾮常に低流速のガス流（最⼤でも25cm/s程度）を試料と並⾏に流したうえで、試料端に電熱線で着⽕させます。
• 試料上を燃え拡がる⽕炎の観察を⾏うとともに、燃え拡がりが起こらなくなる酸素濃度、流速条件を調べます。
• インクリメント70では、新たに薄いアクリルや綿布に加え、難燃性繊維材料を試料として⽤い、燃焼特性データを取得します。

Cell Gravisensing（Elucidation of gravisensingmechanism in single cells）とは

(代表研究者：⾦沢⼯業⼤学 曽我部正博教授)

• 宇宙⽣物学において「細胞がどのように重⼒を感知するか？」は⼤きな課題です。宇宙実験により、動物細胞が単独で重⼒を感知することが明らかになってきていますが、重⼒感知メカニズムは殆ど分かっていません。
• 本研究では、「核・ミトコンドリアに対する重⼒作⽤の消失が、相互作⽤する細胞内⾻格であるストレス線維の張⼒に影響を与える。さらに細胞内の⼩器官⾃体の機能や形態にも作⽤し、下流のシグナル系を賦活させ、細胞が重⼒環境を感知する」という仮説を実証することを⽬的とします。

本実験の意義

• 微⼩重⼒環境下では、細胞が微⼩重⼒を感知することに端を発し、そこから、組織・個体レベルでの筋萎縮・⾻量減少へと繋がると考えられています。
• 宇宙⾶⾏⼠に起こる筋萎縮・⾻量減少の根本となる重⼒感知（感受）メカニズムの解明は、地上での寝たきり状態での病態の予防・治療法の開発に繋がり、⾼齢化社会の問題に貢献することが期待されます。

軌道上実験作業

• 地上で準備した培養細胞を「きぼう」へ輸送したのち、そこに設置されているインキュベータ（細胞培養実験装置CellBiologyExperimentFacility:CBEF）内で、培養します。インキュベータには⼈⼯ 1G区と微⼩重⼒のµG区が備わっており、それぞれに培養細胞試料を設置し、所定の期間培養を⾏います。
• 培養の様⼦については、「きぼう」に設置されている顕微鏡により1GとµGでの培養細胞の様⼦の違いをリアルタイムで観察します。実験終了後は、試料の保存処置を施した後、地上に回収し、さらに詳細な顕微鏡観察、また、遺伝⼦やタンパク質の発現変化について詳細に解析を⾏います。
• 本研究は3回に分けて実施する計画で、第１回⽬は、2021年8⽉にヒトHeLa細胞を5⽇間培養、顕微鏡観察する技術実証を⾏いました。共焦点レーザー顕微鏡「ConfocalSpaceMicroscopy: COSMIC」を地上からリアルタイムで操作し、微⼩重⼒環境下においた細胞の2波⻑同時3次元イメージング観察が可能であることを確認しました。
• 第2回⽬実施の本インクリメントでは、前述の技術を使⽤して軌道上μG/１G下における培養と顕微鏡観察、および回収標品の分⼦⽣物学的解析と画像解析を通して微⼩重⼒効果の評価を実施する予定です。

Sperm Stem Cells（Effect of space environment on fertility of spermatogonial stem cells）とは

• 半世紀以上前から続く研究で低軌道宇宙環境下では動物実験で精⼦形成異常が知られています。
• この現象に対して、研究代表者が世界に先駆けて樹⽴した精⼦を産⽣する精⼦幹細胞（Germline Stem Cells, GS細胞）を⽤いて原因を推定します。
• 本実験では、国際宇宙ステーションにて⻑期凍結保管した精⼦幹細胞の性状および妊孕性を調べることで放射線の影響ついて検証します。

本実験の意義

• 推定要因である①宇宙放射線が直接精巣や精⼦を作る雄性⽣殖細胞に作⽤する、②重⼒の雄性⽣殖細胞への影響、③動物個体のテストステロン等のホルモンの変化の中で①の影響を明らかにできます。
• 低軌道船内環境における既知の精⼦形成異常の作⽤機序が理解を⽬指します。
• 精⼦形成異常に対するリスク評価や防御⽅法の開発が期待されます。

軌道上実験作業

• 冷凍した実験供試体を冷凍・冷蔵庫（Minus Eighty degree Celsius Laboratory Freezer for ISS:MELFI）に移設し、最⻑3年間冷凍保管します。実験試料は合計4回（6ヶ⽉、12ヶ⽉、24ヶ⽉、36ヶ⽉）帰還させます。
• 放射線環境は、BioPADLESを⽤いて計測します。約6ヶ⽉に1回交換し、帰還させます。

静電浮遊炉（Electrostatic Levitation Furnace: ELF）の特徴

• 静電浮遊炉は、クーロン⼒により試料を浮遊し、⾼精度に位置制御し、レーザ加熱により⾮接触で溶融・凝固することができる装置です。
• ISSの微⼩重⼒環境を利⽤し、地上では浮遊のできない超⾼融点（2000ºC以上の）物質の熱物性計測(密度、表⾯張⼒、粘性係数)と過冷凝固による新規⾼機能物質を探索します。

ELFの成果例と運⽤状況

• 2500 ºCを超える領域の⾼温液体の物性測定に成功し、従来の定説を覆す液体構造を発⾒しました。
  （ガラスにならない超⾼温酸化物液体が持つ特異構造−宇宙・地上での実験と⼤規模理論計算･先端数学の連携による発⾒− https://www.jaxa.jp/press/2020/06/20200602-1_j.html 、⽇経産業新聞等の複数のメディアに掲載）
• 国内の研究機関、企業と連携し、材料科学、地球科学、宇宙⼯学等様々な分野の実験プロジェクトを進⾏中です。
• ⽇⽶協⼒でのISS実験装置の相互利⽤を促進するプログラム（JP-US OP3）に基づき、NASAとの協⼒で2020年から、⽶国研究機関の実験も進⾏中です。→地上では不可能だった超⾼温領域の物性測定技術が⽶国の科学技術にも貢献しています。

古川宇宙⾶⾏⼠ISS⻑期滞在中に実施予定のELF実験（抜粋）

• A) 実験テーマ「Resonance Induced Instability for Surface Tension determination（RIIST）」
  （研究代表者：フロリダ⼤学Ranga Narayanan教授）
  • 流体（⾦属液体）の共振現象を測定し、表⾯張⼒との関係を明らかにします。
  • NASAやJAXA地上設備で先⾏実験が実施されています。ELFでは地上では測定困難な超⾼温⾦属材料を扱い、⾼精度の物性測定を実施します。
• B）実験テーマ 「Microgravity Investigation of Thermophysical Properties of Supercooled Molten Metal Oxides（Super glass）」
  （研究代表者：⽶国MDI社Richard Weber博⼠）
  • 酸化物（ガラス）の液体状態の熱物性値（密度、表⾯張⼒、粘性係数）を精密に測定します。
  • ガラスの⽣成過程と構造の関係を解明し、得られたデータをもとに地上でより良い性能を持つガラスを⽣成することを⽬指します。
• C）実験テーマ「静電浮遊法を⽤いた鉄鋼精錬プロセスの基礎研究〜⾼温融体の熱物性と界⾯現象～（Interfacial Energy）」
  （研究代表者：学習院⼤学渡邉匡⼈教授）
  • 鉄鋼精錬過程で⽣じるスラグ（酸化物）に内包された鉄融体試料の界⾯張⼒やスラグの熱物性を取得し、界⾯での振動現象を直接観察します。
  • 鋼材の均質性劣化を招く精錬中に発⽣する振動流の原因を特定し、鉄鋼⽣産プロセスの改善に貢献します。
• D）実験テーマ「静電浮遊炉技術実証（ELF TechDemo）」
  （研究代表者：宇宙科学研究所⽯川毅彦教授）
  • 地上では浮遊させることが困難な⾼融点酸化物（融点2000 ºC以上）の密度、表⾯張⼒、粘性係数を測定します。
  • ⾼温融体の熱物性データは、鋳造、溶接など液体状態を⽤いるシミュレーションの精度・信頼性向上に貢献します。
• E）有償利⽤制度による実験
  • ⽇本国内の⺠間企業、もしくは企業と連携のある⼤学・公的研究機関などに所属している⽅に、静電浮遊炉を利⽤した⾼精度熱物性測定を有償で提供します。

アジアントライゼロG（Asian Try Zero G）とは

• アジア・太平洋地域宇宙機関会議（Asia-Pacific Regional Space Agency Forum: APRSAF）のKibo-ABCイニシアチブにおける多国参加型ミッションの１つです。
• アジア・太平洋地域における宇宙環境利⽤の普及を図るため、軌道上での簡易実験アイデアを⽇本を含むアジア各国・地域の⻘少年を対象に募集し、選定された実験をISS⻑期滞在の宇宙⾶⾏⼠が「きぼう」で⾏うプログラムです。

本ミッションの意義

• アジア・太平洋地域の⻘少年を対象とした国際協⼒プロジェクトとして、⽇本のみならず、アジアの学⽣に宇宙実験の機会を提供した⼈材育成プログラムとしてSDGｓへ貢献します。
• アジア諸国・地域にて募集・選定された簡易実験を、「きぼう」で実施することにより、アジア諸国・地域の「きぼう」および宇宙環境利⽤への興味・関⼼の喚起と、アジア宇宙機関の宇宙実験実施プロセスの理解・習得が期待されます。
• 軌道上実験実施⽇および成果報告会に、各国・地域からの参加者同⼠での実験の発表等を実施することにより、英語でのプレゼン⼒や論理的思考、分析⼒などの能⼒を養い、グローバル⼈材の育成に貢献します。

アジアントライゼロG 2023の概要

• アジア・太平洋地域のKibo-ABCイニシアチブ加盟国内で参加表明した国・地域の宇宙機関が、それぞれの国・地域内で学⽣からの簡易宇宙実験案のアイデア募集と⼀次選定を⾏います。その後、参加機関が集まって最終選考を⾏い、選定された実験テーマを、軌道上の⽇本⼈宇宙⾶⾏⼠により「きぼう」⽇本実験棟内にて実施します。
• 第1回⽬のアジアントライゼロGは2011年に古川⾶⾏⼠により実施し、第8回⽬の今年も古川⾶⾏⼠により実施します。過去の実績は、2011年古川⾶⾏⼠, 2012年星出⾶⾏⼠, 2014年若⽥⾶⾏⼠,2015年油井⾶⾏⼠, 2016年⼤⻄⾶⾏⼠, 2018年⾦井⾶⾏⼠, 2022年若⽥⾶⾏⼠により実施しました。
• 通常は簡易物理実験のアイデア(分野A)を募集していますが、今回は、これに加えてエクササイズになり得る動きや姿勢(分野B)を募集しました。⽇本では分野Aが11件、分野Bが13件、合計24件の応募がありました。参加国・地域の総計は、分野Aが171件、分野B が74件の合計 245件です。
• 今年のアジアントライゼロGは、過去最多の9か国・地域※が参加しています。2023年6⽉に各国・地域で⼀次選考、7⽉中旬に参加機関全員での最終選考を⾏い、軌道上実験は冬に予定をしています。2024年3⽉には学⽣による成果報告会も予定しています。

• ※アジアントライゼロG 2023参加国・地域（ABC順）： オーストラリア、バングラデシュ、インドネシア、⽇本、ネパール、フィリピン、シンガポール、台湾、タイ

中型曝露実験アダプタ（IVA-replaceable Small Exposed Experiment Platform: i-SEEP）とは

• 「きぼう」船外実験ポートに取りつけ、50㎝×70cm×35cm、200㎏以下の実験装置を複数機搭載することが可能なモジュールで、実験装置に電⼒や通信環境を提供できるインターフェースを備えています。
• i-SEEPの拡張機能として、CubeSatサイズの実験装置を搭載することができる⼩型ペイロード搭載⽀援装置（Small Payload Support Equipment: SPySE）も開発され、i-SEEPと共に、サービス提供が開始されています。
• 「きぼう」船外における軌道上利⽤拡⼤を促進するため、利⽤サービスの提供事業者（SpaceBD(株)）を選定し、事業者ペイロードの運⽤を実施しており、SPySEに搭載可能な簡易材料曝露実験ブラケット（Exposed Experiment Bracket Attached on i-SEEP: ExBAS）での材料曝露実験も実施中です。
• 外部運⽤システム（Remote Operation and Control Services: ROCS）も導⼊されており、ペイロード運⽤者が、JAXA外部の⾃前の運⽤室から運⽤ができるシステムを⽤いた運⽤が可能です。

i-SEEPの意義

「きぼう」の船外実験ポートに搭載可能なペイロードサイズのバリエーションを増やし、利⽤者の利便性を向上させます。また、1つのポートで⽬的の異なる複数のミッションの同時並⾏利⽤が可能となります。さらに、事業者の利⽤サービス提供を通じて、事業者及びサービス提供を受けたエンドユーザ双⽅の宇宙ビジネス創出機会を促進し、社会・経済の発展に寄与する効果があります。

古川宇宙⾶⾏⼠ISS⻑期滞在中のミッション予定

i-SEEP1

i-SEEP2