地上400キロの実験室 ISS「きぼう」で行われている実験

International Space Station (国際宇宙ステーション)では、さまざまな実験が行われているらしいです。宇宙ステーションの存在だけは知っていました。そこで何をしているのかは良く分かっていなかったのですが、色々やっているみたいです。最初ISISと勘違いしていました。JAXAによると、この宇宙ステーションはサッカー場くらいの大きさ(約108.5m×約72.8m)らしく、かなりでかいので、条件さえ揃えば、日の出前と日没後の2時間、地上から肉眼で見ることができるみたいです。重量が約420トンと相当重いです。こんな重いのがよく浮かんでいられるなぁ、と思ってしまいます。このでかい重い物体が1周90分というスピードで地球の周りをを回っているらしいです。この宇宙ステーションの実験に関する記事を元にして、色々と見て行こうと思います。

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きぼうで希望の実験

地上400キロの実験室 ISS「きぼう」では何が行われているの?

地上400キロに浮かぶ「国際宇宙ステーション」(ISS)内にある日本の実験棟「きぼう」。無重力という特殊な環境を生かし、宇宙観測だけでなく物理学や医学などさまざまなジャンルの実験が日々行われています。

とにかく色々な分野の色々な実験をやっているみたいです。

ISS計画は欧米やロシア、カナダなど、日本を含む15カ国で構成されています。日本初の有人実験施設である実験棟「きぼう」は、ISSの中でも最大の実 験モジュール。天体観測や地球観測を行う「船外実験プラットフォーム」と、長さ11.2メートル・直径4.4メートルの船内実験室に分かれています。船内 実験室の内部には、ロッカールームのように、さまざまな用途に合わせた実験ラックが設置されています。

宇宙ステーションの名前がきぼうなのではなく、日本の実験棟の名前がきぼうのようです。日本が最大の実験棟を有しているのは、それだけ金を拠出しているということなのでしょう。

きぼうでは宇宙観測だけでなく、医学や生物学、物理学に関わる実験も日々行われています。なぜわざわざ宇宙で――と思いますが、その理由は無重力。ISS の中は地球の100万分の1ほどの重力しかないため、地球上では重力によって隠されてしまう現象や、特殊な環境だからこそ起きる現象を細かく観察できるメ リットがあります。

無重力環境での実験とは非常に興味深いですね。

例えば、半導体の結晶を作る実験。結晶への熱の影響を避けるため、熱対流を受けない無重力環境で結晶の成長の仕組みを観察・解明しようとしています。より 効率よく電気を通す物質を作り出す方法やメカニズムが分かれば、コンピュータや電子機器の性能向上につながると期待できるのです。

無重力での半導体の研究は面白そうです。

生物や植物の分野でこれまで行われた有名な宇宙実験といえば、1994年にスペースシャトル・コロンビア号で行われた「宇宙メダカ」でしょう。宇宙でメダカは産卵できるか、産卵した卵は正常にふ化するかなどを観察しました。きぼうでも「ミトコンドリアは宇宙でどう働くか」「植物の根はなぜ曲がるのか」―― などの実験が行われています。

宇宙メダカ

宇宙メダカは一世を風靡しましたね。向井千秋宇宙飛行士が連日メディアに登場して大変な騒ぎになったものです。あれからもう22年も経っていることに驚かされます。

向井宇宙飛行士がメダカを宇宙に持っていった実験とはどのようなものですか

この実験の目的は、宇宙でメダカが産卵行動をとることができるかを調べるとともに、産卵された卵が宇宙で正常に発生できるかどうか、すなわち、受精からふ 化までが正常に進行するかを調べることで、43個の卵が確認され、8匹がふ化し、文字どおり“宇宙メダカ”が誕生しました。

半導体実験

宇宙を使った半導体結晶製造技術の開発
微小重力下におけるTLZ法による均一組成SiGe結晶育成の研究

今回の宇宙実験では、微小重力環境を利用してTLZ法の有効性を実証することを目的としています。 そして、得られる結果をもとに大型かつ高品質な半導体結晶を地上で育成することに役立てます。

TLZ法は「ゾーンメルト法」の一種らしいです。

結晶中には、割れや欠け、大きなすきま等は見当たらず、また、融液と容器が完全に接触しており、微小重力では顕著に表れる“組成の乱れを発生させるマランゴニ対流”が抑制されていた事がわかります。宇宙で育成した結晶の成長距離は、想定よりも長くなっていました。

半導体の実験は一定の成果は挙げたようです。

今は別の半導体関連の実験が行われているようです。

熱から電気をつくる素材のヒントは宇宙に
微小重力環境下における混晶半導体結晶成長

インジウムガリウムアンチモンは、中赤外線に反応して光を電気に変える性質をもっています。熱光発電装置や各種のガスセンサーにはとても重要な材料ですが、今の段階では結晶育成の難しさが実現化に向けての大きな壁となっています。

しかしこの実験で良質な結晶を成長させることができれば、実社会での利用も大きく進むことが期待されています。それは温暖化の要因となっている二酸化炭素の排出を抑えることになり、地球環境を守ることにもつながっていきます。

熱から電気を作り出すために必要な半導体素材の実験をしているようです。

私達の知らないところ(宇宙空間で)でさまざまな実験、研究・開発が行われている事を考えると感慨深いものが有ります。

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