ISS（国際宇宙ステーション）とは？ 大きさや速度、役割などを解説

事業家の前澤友作氏が民間の日本人として初めて滞在したことでニュースにもなったISS（国際宇宙ステーション）。ISSという名前を聞いたことはあっても、役割や目的についてご存知の方はあまり多くないはずです。実は、人類が宇宙についてもっと深く知るための重要な存在なのです。この記事では、ISSの基本的な役割や構成要素、ISS内の宇宙飛行士の暮らしぶりについて解説します。また、ISSで行われている実験・観測の具体例を目的別にご紹介しています。これを機にISSについて理解を深めてみましょう。

ISS（国際宇宙ステーション）とは？

ISSとは、「International Space Station」の頭文字を取った略語で、「国際宇宙ステーション」（以後ISS）と訳されます。まずは、このISSについて、役割や構成するパーツなどの基礎知識をご紹介します。

宇宙空間で実験や観測を行うための研究施設

ISSとは、宇宙空間で科学実験や天体観測を行うための研究施設のことで、2011年に建設が完了し、さまざま研究のために利用されてきました。

ISSが稼働する宇宙空間は、地上のような大気がほとんど存在せず、大気圧は地上の100億分の1と高レベルな真空状態です。また、重力は地上の100万分の1から1万分の1と、ほとんど働かない状況で、微小重力環境と言われています。特定の実験データを取得するためには、この特殊な環境が必要となるケースがあり、ISSが活用されます。

実験を目的別に分類すると、「地上の生活に生かすため」「宇宙の状況を把握するため」「宇宙で生活するため」の3つが挙げられます。なお、それぞれの実験例ついては「ISSで行われる実験・観測の3つの目的」で解説します。

ISSの基本的なスペックについては以降でご紹介します。

ISSの速さは？

ISSは地球を周回し続けており、地上から約400km上空を1秒あたり約7.7kmの速さで進みます。この速さは、東京・大阪間にして約1分間で移動することができます。地球一周にかかる時間は約90分で、一日あたり約16周しています。

ISSの大きさ、重さは？

ISSの大きさは、縦横の長さが最大で110m×70mとなっており、よくサッカーコートと同程度と言われています。また、重さは約420tで、上限いっぱいに積み込んだ10tトラック42台分になります。

ISSを構成する主要なパーツ

ISSはプロジェクトに参加する各国が開発したパーツを組み合わせて、一つの研究施設として成立させています。以下は、ISSを構成する主要なパーツです。それぞれのパーツ別に、開発を担当した国やパーツの役割、特徴などをご紹介します。

＜ISSを構成する主要なパーツ＞

• 実験棟
• 太陽電池
• 居住モジュール
• ロボットアーム

実験棟

実験棟とは、ISSの主な運用目的である実験・観測が行われる場所で、さまざま実験装置が設置されているスペースです。ISSの中には全部で4つの実験棟があり、アメリカ、日本、欧州、ロシアがそれぞれ1つずつ管理、運営しています。

アメリカ、日本、欧州、ロシアの実験棟には、それぞれ以下の名称が付けられています。

• アメリカ実験棟：デスティニー
• 日本実験棟：きぼう
• 欧州実験棟：コロンバス
• ロシア実験棟：ナウカ

日本の実験棟「きぼう」の実験スペースは、船内実験室と船外プラットホームの大きく2つで構成されています。船内実験室では、主に微小重力環境を利用した実験が行われます。ちなみに室温は25℃程度で、地上と同じ1気圧が保たれています。一方、船外プラットホームは宇宙空間にさらされた環境での実験が可能で、他にも天体や地球の観測にも利用されています。

太陽電池

ISSでは電力を自力で供給するために太陽電池を設置しています。開発や管理の担当はアメリカです。左右に4枚ずつ、全部で8基のパネルを設け、それらのパネルに太陽光が常に当たるように自動で向きを調整できる仕様に設計されています。

太陽電池によって一日に16回訪れる昼間の度に電力を得て、ISS内のさまざまな機器類に電力を供給しています。余った電力はバッテリーに蓄電し、同じく16回訪れる夜間にはバッテリーの電力を供給しています。

居住モジュール

居住モジュールとは、ISSに滞在する宇宙飛行士が業務以外の時間を過ごせる生活スペースのことです。ISS内に主に4つ備えられており、1つはロシア人宇宙飛行士が主に居住するモジュールの「ズヴェズダ」、残りはアメリカが開発した3つの結合モジュールです。それぞれの結合モジュールには、ロシア以外の各国の宇宙飛行士が居住スペースを確保し、生活しています。

内部の設備は、各船員たちの個室兼寝室や調理設備、トイレ、健康維持のための運動器具などの宇宙での生活に不可欠なものが揃っています。

ちなみに、ズヴェズダは、ISS建設の初期段階における船員たちの長期滞在用居住スペースとして打ち上げられました。建設が進むにつれてISSの規模も大きくなり、個室兼寝室やトイレなどの設備が他のパーツにも設けられるようになり、現在ではロシア部分の中枢として役割を果たしています。

ロボットアーム

ロボットアームとは、ISSの船外に取り付けられた大型の腕の役割をするパーツで、大型パーツの組み立てや設置済みパーツの修理を行うために利用されます。カナダが開発を担当し、ISSの中心に位置するトラスと言われる部分に取り付けられ、トラス上を移動しさまざまな部分の組み立て・修理作業の場面で活躍しています。

ISSで宇宙飛行士はどのように生活している？

ここまでは、ISS自体の概要についてご紹介してきました。それでは実際にISSに滞在して任務を遂行する宇宙飛行士は施設内でどのような生活を送っているのでしょうか？ ここでは、宇宙空間での食事やトイレ、自由時間などの日常生活についてご紹介していきます。

食事や睡眠、トイレは？

ISSの中でも地上と同じように食事や睡眠、トイレなどの生理的な活動は行いますが、微小重力環境ですので様式は異なります。それぞれの特徴や地上との違いについて見ていきましょう。

食事

ISS滞在中の食事として提供される宇宙食は意外にもバリエーションが豊富で、約250種類以上の品数が揃えられています。食品の種類を分類すると、大きく以下の5つが挙げられます。

1. フリーズドライ食品（加水食品）（スープ、うどん、ラーメンなど）
2. レトルト食品（カレー、サバの味噌煮など）
3. 半乾燥食品（ドライフルーツ、乾燥肉など）
4. 調理不要の食品（パン・果物・おかしなど）
5. 飲料（ジュース、コーヒーなど）

ISS内には、オーブンや温水を用意できる装置が設置されているため、レトルト食品やフリーズドライ食品を調理することができ、さまざまな種類の宇宙食を飲食できるようになっています。

ただし、食事の仕方は地上とは異なります。ISS内は微小重力のため液体は小さい球となり、飛び散ってしまいます。そのため、液状の食品は基本的にパックに入っており、飲料はストローから吸い込み、口の中に取り入れます。スープやカレーなどはとろみがついており、パックからスプーンやフォークで一口大にすくい出して食べる仕様になっています。ちなみに、塩やこしょうなどの粉状の調味料は液体になっており、施設内で飛び散らないよう工夫が施されています。

睡眠

ISS内での睡眠スペースは、各船員に与えられた個室内の寝袋が一般的です。寝袋を棚や柱にくくり付け、固定することで睡眠中に浮遊しないようにしています。なお、不眠に悩まされる宇宙飛行士は多いようで、睡眠薬を服用するケースも見られます。睡眠時間は約8時間確保されていますが、実際は6時間程度が多いようです。

ちなみに、個室の数は6人分と決まっているので、一時的に搭乗員が増えた場合は、施設内の好きな場所に寝袋を固定して寝ることもあります。

トイレ

ISS内のトイレは形状こそ地上のものと似ていますが、仕組みは全く異なります。地上のトイレは基本的に水洗ですが、ISSでは水が流れないので空気で吸引する仕組みが採用されています。小便は専用のホースを使って吸引させ、大便は便器に装着したバッグで回収します。

もちろんトイレも微小重力環境ですので、排泄するのも一苦労のようです。自分の体を便器から離れないようにすること、排泄したものをしっかりと回収すること、などの地上ではあり得ない状況でトイレを行うので、地上でもしっかり訓練を受けることになっています。

自由時間は何をして過ごす？

ISS滞在中には、自由時間に読書や映画・音楽鑑賞、地上にいる家族との通信などをして過ごすことが多いようです。他にも、45分毎に訪れる日没・日の出やISSから見える天体の景色を眺める、写真撮影する、といった過ごし方をする人もいます。

ちなみに、宇宙飛行士の一日は、土日を除き、基本的に1日6.5時間の作業を行い、作業以外の時間は体力トレーニングや食事などを行い、余った時間を自由時間として過ごします。

病気になった場合はどうする？

もしISS滞在中に病気になる、またはけがを負った場合、専門的な訓練を受けた宇宙飛行士によって処置が行われます。医療を担当する船員はCMO（Crew Medical Officer）と呼ばれ、注射や縫合などにも対応できるとされています。

軽いけがについてはISS内で対処しますが、重病の搭乗者が出た場合は地球に帰還させられます。なお、施設内には医療器具や医薬品に加え、心臓発作を起こしたときに備えAED（自動体外式除細動器）も常備されています。

ISSで行われる実験・観測の3つの目的

ISSでは、微小重力や真空、宇宙放射線などの宇宙特有の環境下で、さまざま研究活動が行われています。研究の中で行われる実験や観測から得られたデータは人類の生活のさまざまな場面で活用されます。ここでは、実験・観測の目的を大きく3つ挙げ、それぞれの実験例や生活にどのように還元されるのかをご紹介します。

1. 地上の生活に生かすため
2. 宇宙の状況を把握するため
3. 宇宙で生活するため

1. 地上の生活に生かすため

ISSで行われる実験・観測の目的は、その一つとして得られた結果を地上の生活に生かすことが挙げられます。宇宙ならではの環境を利用することで、地上では得られないデータを計測できたり、物質を生成できたりします。

以下では、実際に地上の生活に生かすために実施されている具体例をご紹介します。

物質の性質や物理現象を調べる

物質の性質や物理現象を調べることで、医療や製品開発に応用でき、地上の生活をより良くすることにつながります。以下は、そのような実験の一例です。

実験の名称	実験内容	実験の活用事例
マランゴニ対流実験	マランゴニ対流（液体中の温度変化によって起こる対流）の規則性をカメラと温度センサを用いて計測する	半導体の製造過程で利用される
タンパク質結晶生成実験	タンパク質の溶液をISSに輸送し、実験棟内の温度制御が可能な室内で1～2か月かけて結晶化させる。結晶化したタンパク質を地上に返送し、構造解析を行う	医療や医薬品開発に応用される 産業用酵素＊の開発に応用される （＊産業用酵素：洗剤の洗浄力を向上させる、パンの食感をより柔らかくする、といった機能を持ち、さまざまな分野で活用される酵素。タンパク質の構造解析が進むことで、より高い機能を持つ産業用酵素の開発が期待される）

マランゴニ対流実験とタンパク質結晶生成実験はどちらも重力を排除した環境が求められます。ISSの運用により微小重力環境下で実施できる機会が増えたことで、研究の発展やさまざまな分野への応用が期待されています。

なおJAMSSでは、研究機関や企業向けに上記で挙げたタンパク質結晶生成実験を有償で実施できるサービス「Kirara」を提供しています。ISSの微小重力環境下で生成されたタンパク質をはじめとしたさまざまな物質が創薬研究や酵素研究などに役立てられています。

教育・芸術分野に取り入れる

宇宙は地上で暮らす人々にとって未だ遠い存在と言えますが、興味や関心を喚起しようと教育や芸術分野にISS内で行った実験を取り込む動きがあります。以下は、ISSで行われる実験の中で、教育や芸術分野の該当するものの一例です。

実験の名称	実験内容	実験の活用事例
JAXA “Seeds in Space Ⅰ”	アサガオやミヤコグサなどの種子を「きぼう」の船内保管室で9か月ほど保管。それらを地上に戻し、対象となった小中高生が栽培する過程を観察する	宇宙とのつながりを意識するための教材として利用される
お地球見	「きぼう」の窓から見える地球をスプレーで噴射した霧越しに撮影。いくつもの水滴に地球が映る。地上では実現できない景色から感動や驚きを得る	新たな芸術表現として鑑賞される

ちなみに、NASAではISSでの宇宙実験をSTEM分野への興味・関心のきっかけとして生かしています。STEM分野とは、Science（科学）、Technology（技術）、Engineering（工学）、Mathematics（数学）の頭文字を取ったもので、国際競争力を持った人材を育成するための教育システムを指します。

2. 宇宙の状況を把握するため

ISSで行われる実験・観測は、宇宙の状況を把握することを目的としたものもあります。

人類が宇宙に進出するためには宇宙について広く、深く知る必要がありますが、実際は解明されていないことが大部分を占めています。さまざまな情報を収集、分析するために、宇宙空間中を移動しているISSを利用し、周辺環境調査や天体観測が行われています。

以下は、ISSで行われている宇宙の状況を把握するための取り組みの一例です。

宇宙の危険因子を調べる

宇宙空間にある危険因子のデータを計測することで、メカニズムを解明し、未然に人体や宇宙機への危険を回避できるようになります。危険因子とは、宇宙空間で放出される放射線や地上の大気を由来とする原子などです。以下は、これらの計測実験の一例です。

実験の名称	実験内容	実験の活用事例
宇宙環境計測ミッション装置（SEDA-AP）による観測	以下の各種センサや計測装置を使ってISS周辺の環境調査を実施する 中性子モニタ 重イオン計測装置 プラズマ計測装置 高エネルギー軽粒子モニタ 原子状酸素モニタ 電子部品評価装置 微小粒子捕獲実験装置 材料曝露実験装置	ISSを安全に運用するために利用される ISSや人工衛星などの宇宙機器を設計するときの基礎データとして利用される 太陽の活動状況の把握や予測に利用される 宇宙自体、または関連する科学研究に利用される

宇宙環境計測ミッション装置（SEDA-AP）は、2018年12月に運用を終えた計測装置です。宇宙の百葉箱と呼ばれ、さまざまな機器類を搭載し、ISSの周辺環境を観測するために運用されてきました。この装置から計測した宇宙環境データは、ISSの運用や宇宙機器開発、科学研究などのさまざま分野、用途で活用されています。

X線を通して宇宙を観測する

ISS に搭載したX線カメラ（MAXI）を通して宇宙を観測することで、いくつもの新事実が発見されています。ISSは地上400km上空を周回しており、宇宙を観測する際に大気の妨害をほとんど受けません。宇宙空間は一部の星を除くと基本的に真っ暗な世界ですが、X線カメラを通すことでこれまで観測できなかったさまざまな天体に関するデータを取得できるようになりました。以下は、X線カメラ（MAXI）を使った天体観測の一例です。

実験の名称	実験内容	実験の活用事例
全天X線監視装置（MAXI）による天体観測	X線カメラを使って一定の範囲内の動画を撮影し、X線天体を監視する	宇宙を解明するための研究に以下の発見が利用される ブラックホール候補天体の発見 巨大ブラックホールが星を飲み込む瞬間の観測 超新星爆発の痕跡を発見 など

X線カメラ「MAXI」は2020年現在も利用されており、その取得データは宇宙の研究の最前線で役立てられています。

3. 宇宙で生活するため

ISSで行われる実験・観測は、将来的に人類が宇宙で生活するためのものもあります。宇宙環境では、微小重力や宇宙放射線などの影響を受けて、さまざま健康リスクが考えられます。宇宙で長く生活するためにはこれらのリスクを解消する必要があり、メカニズムや対処法について研究が進められています。

以下は、宇宙での生活を実現するための取り組みの一例です。

宇宙環境による人体への影響を調べる

ISSに搭乗する宇宙飛行士を被験者として、宇宙環境下で生じる人体への影響について研究が行われています。これらの研究により、宇宙における健康管理方法の開発や帰還後のリハビリ方法の開発が期待されています。また、結果的には地上での医療活動にも応用できるとされています。

実験の名称	実験内容	実験の活用事例
骨量減少・尿路結石予防対策実験	ISS滞在中に骨量が減少する症状が見られることから、骨粗しょう症の治療薬（ビスフォスフォネート）を週に1回服薬し、滞在前と帰還後の骨量に関するデータを計測、比較する	宇宙飛行士の骨量減少、尿路結石罹患に対してビスフォスフォネートによる予防効果が認められ、今後宇宙滞在者向けの実用化が期待されている
長期宇宙滞在飛行士の姿勢制御における帰還後再適応過程の解明	宇宙飛行士が帰還直後にうまく歩けない現象について、原因の仮説に基づいて、以下の項目を観察する 滞在前と帰還後の筋肉の収縮 滞在前と帰還後のふくらはぎ表面の血流 滞在前と帰還後の歩行時の重心の位置	宇宙から帰還した後のリハビリ開発に利用される 宇宙でのトレーニング方法の開発に利用される 高齢者や寝たきり患者などの医療におけるリハビリ開発に応用できる

上記で挙げた実験の他にも、長期間閉鎖的な環境下で生活した場合の精神状態や体内時計への影響に関する評価、宇宙放射線の被ばくによる影響評価、などが実施されています。また、ISSは老化研究の実験拠点としても注目されています。微小重力環境は生物の老化を推進することが判明しており、ISSで飼育するマウスから老化のメカニズムを探る研究が進められています。

まとめ

ISSとは、宇宙空間で実験や観測を行うための研究施設のことで、世界各国が協力して資金や人材、技術を提供することで運営が成り立っています。1998年に1つ目のパーツが軌道上に打ち上げられ、約20年以上が経過していますが、未だ現役で実験・観測の拠点として活躍しています。ISSの運用は、参加各国によって2024年までは継続することで合意されています。なお、2021年末にアメリカ政府はISS運用を2030年まで延長する方針を発表し、今後の動向が注目されています。