「スカイブリッジ」は「自然の裂け目」を結び、宇宙からの脱出を容易にする

2022年11月17日、中国の宇宙ステーションの3つのモジュールが空に集結した。 「T」の基本構成が軌道上で組み立てられた瞬間がハイライトでした。神舟14号の宇宙飛行士乗組員は3度目の脱出に成功し、さらに興奮している。今回の船外活動で、宇宙飛行士は宇宙ステーション全体の自律型船外移動経路の接続を完了し、初めてキャビン間の船外活動を実施し、世界に中国の航空宇宙技術の「人間本位」の設計理念を改めて感じさせた。

▲宇宙飛行士がキャビン間接続装置を取り付けている

今回、中国航空宇宙科学技術公司第五科学院（以下、第五科学院）総会・環境工学部が開発した15分類18個の船外整備ツールが、ミッションの完全成功に力強いサポートを提供した。その中には、足元リミッターや船外電動工具といったおなじみの「人工物」のほか、開発者が「宇宙の架け橋」と称えた2つのキャビン間接続装置も初登場し、ミッションで重要な役割を果たした。これらは、宇宙飛行士が天河コアモジュールと文天実験モジュールの間、および天河コアモジュールと孟天実験モジュールの間にモジュール間移動経路を構築するのに役立ち、モジュール外部の「自然の障壁」を数秒で通路に変えるだけでなく、宇宙ステーションのその後のより複雑なモジュール間ミッションへの技術的な道も開きます。

「スペース スカイブリッジ」がキャビン外の「自然の峡谷」を数秒で「空のハイウェイ」に変える様子をご覧ください

中国の宇宙ステーションの「T」字型の構成は特殊かつ複雑である。重い宇宙服を着た宇宙飛行士にとって、一つのモジュールの外壁から別のモジュールの外壁まで複数の船外活動を成功させることは、間違いなく多くの課題を伴う。宇宙飛行士がモジュール間を自由に「往復」してさまざまな船外作業を完了できるようにするには、モジュール間の移動経路を構築することが第一の選択肢となります。この目的のために、第五アカデミーの船外整備ツール開発チームは、宇宙ステーション用の柔軟で安全な「スペースブリッジ」、つまりキャビン間の接続装置を特別に設計しました。この「魔法の武器」を侮ってはいけません。これは現在宇宙ステーションに搭載されている最長の船外活動用ツールであり、客室間で軌道上のメンテナンス作業を実行できる重要な機器です。これにより、キャビン間の「自然の障壁」が一瞬にして「空高く伸びる通路」に変身します。

▲キャビン間連結装置

しかし、キャビン間接続装置の設計は一夜にして実現できるものではありません。ノードモジュールと文天モジュール間、ノードモジュールと孟天モジュール間の長距離接続長の要件を満たすだけでなく、打ち上げ時の製品サイズに対するアップリンクストレージスペースの制限を十分に考慮し、宇宙飛行士がキャビンの外部に設置できるようにする必要があります。設計の難しさは明らかです。 「私たちは自分たちの道を切り開かなければなりません！ 」厳しい設計要件と限られた技術的経験に直面し、研究開発チームは複数回の研究を実施し、最終的に折りたたみ式上昇と船外展開という技術的解決策を決定しました。つまり、上昇時に貨物バッグを折りたたんでから積載するという解決策が採用されており、スペース要件を満たすだけでなく、上昇中に製品を適切に保護することもできます。宇宙飛行士が車両から出るときには、便利な操作で車両を広げ、2つの区画の間に設置することができます。同時に、軌道上の微小重力環境では2つのキャビン間の相対的な位置や姿勢が変化する可能性があることを考慮すると、2つのキャビンの外壁にあるデバイス設置インターフェース間の相対距離もそれに応じて変化します。そのため、開発者は、信頼性の高い接続とツールの無傷性を確保するために、デバイス用の 2 つの独創的な調整メカニズムを設計しました。

「スペースブリッジ」は、安全性を高めるために複数の「ロック」を備えた巧妙な設計になっています。

「宇宙橋」として知られているように、その高い信頼性と宇宙飛行士への非干渉性は、その名にふさわしいものです。宇宙ステーションに初めて到着したとき、宇宙飛行士たちが周囲のさまざまな機器の「ロック解除」に忙しくしていた一方で、キャビンの接続装置は、キャビン外での宇宙飛行士の作業の安全のために「しっかりとロック」されていました。宇宙飛行士の船外活動のニーズにより、キャビン両端のインターフェースとドッキングする際にロックされるだけでなく、手術台に吊るしてロボットアームで広範囲に移動する際にもロックされ、折り畳まれた状態が維持され、また、折り畳まれた状態から平らな状態に展開する際にもロックされ、直立した状態が維持される必要があります。この一連の「ロック」アクションは、キャビン接続デバイスに設定された複数の安全ロックの助けを借りて完了します。

第 5 アカデミーの開発者によると、「デバイス全体に合計 13 個のロックが設計されており、特に 4 個のロックはデバイスの両端とキャビンの間の取り付けインターフェイスに設計されており、接続が絶対に信頼できることを保証します。さらに、ロック スイッチのパドルとデバイスの主要構造の標準部品は、宇宙飛行士の移動中に偶発的な接触を効果的に回避し、船外ミッションの成功を確実にするために慎重に設計されています。」

宇宙飛行士の「宇宙の架け橋」のためにすべて

中国の航空宇宙技術における「人間中心」の設計コンセプトを実証

有人宇宙飛行は生死に関わる問題です。キャビン間の操作のための「スペースブリッジ」のキャビン間接続装置であるため、軌道上での安全性は、第五アカデミーの船外メンテナンスツール開発チームにとって常に最も懸念される問題でした。 「もっと良い方法はないだろうか？ 」というのは、研究者が議論中によく尋ねる、自己を省みる質問です。彼らの最大の願いは、宇宙飛行士が船外活動ミッションを安全、便利、効率的に遂行できるよう強力にサポートすることです。

「スペースブリッジ」が自信を持って宇宙に進出し、宇宙飛行士が船外に出た際に使いやすい船外活動設備となるよう、船室間接続装置の詳細設計と人間工学評価において、開発チームは神舟12号宇宙飛行士乗組員と神舟13号宇宙飛行士乗組員の船外活動ミッションにおける貴重な軌道上応用経験を全面的に活用し、宇宙飛行士の船外活動ミッションの使用要件に基づいて、船室間接続装置の反復設計と人間工学検証を複数回実施しました。スイッチの位置、標識の方向、ラベルのフォントサイズ、操作位置、宇宙飛行士の通常の姿勢など、入念な磨きにより、あらゆる細部がより完璧になり、「宇宙橋」はますます思いやりのあるものになりました。

▲開発チームは、キャビン間接続装置の軌道上設置の全工程シミュレーションを実施している

環境試験の分野では、第五学院の船外整備ツール開発チームがキャビン電源の利点を最大限に活用し、キャビン間接続装置用の「専用試験紙」をカスタマイズしました。基本的な機械的および熱的環境テストに加えて、キャビン接続デバイスに関する高度な質問も設計しました。オペレーターは、極端な高温および低温環境で模擬手袋を着用し、各スイッチを 1 つずつロック解除およびロックして各スイッチの機能をテストし、包括的で信頼性の高い設計とスムーズなユーザー エクスペリエンスを確保しました。宇宙船は軌道に乗る前に地上で数多くの厳しいテストを受けていたため、初めての登場にもかかわらず、ミッションの成功を確実にするだけの「自信」があった。

慎重な推論と厳密な検証を経て、「スペースブリッジ」は宇宙へと向かった。高度に統合された機能レベルを備えたこの「スカイブリッジ」は、宇宙飛行士が3つのキャビン間を便利かつ安全に移動するための強力なサポートを提供します。船外ツール開発チームは、その後の開発業務も引き受け、宇宙ステーションの長期安定運用や軌道上科学研究に貢献できると確信しています。