| まえがき |
| 第I部 宇宙ステーションとは何か |
| 第1章 宇宙ステーションの成立 3 |
| 1.1 はじめに 3 |
| 1.2 宇宙ステーションの歴史 3 |
| 1.2.1 揺籃時期 |
| 1.2.2 ユートピア構想時期 |
| 1.2.3 第一世代宇宙ステーション実現時期 |
| 1.3 国際宇宙ステーション(ISS) 13 |
| 1.3.1 国際宇宙ステーション実現まで |
| 1.3.2 ISS概要 |
| 1.3.3 ISSの問題点 |
| 1.4 宇宙ステーションの分類と特色ならびにシステム構成 26 |
| 1.4.1 宇宙ステーションの分類 |
| 1.4.2 宇宙ステーションの特色について考える |
| 1.4.3 宇宙ステーションを構成するシステム |
| 練習問題 32 |
| 第2章 宇宙環境 33 |
| 2.1 太陽 33 |
| 2.2 地球周辺の宇宙環境 35 |
| 2.3 地球形状と重力場 38 |
| 2.4 地球磁場と磁気圏 40 |
| 2.5 中性大気 41 |
| 2.5.1 中性大気の構成 |
| 2.5.2 中性大気の温度 |
| 2.5.3 中性大気の宇宙ステーションへの影響と対策 |
| 2.6 プラズマ環境 51 |
| 2.6.1 プラズマと地球大気 |
| 2.6.2 プラズマ環境の宇宙ステーションへの影響 |
| 2.7 電磁波 56 |
| 2.7.1 電磁波について |
| 2.7.2 紫外線 |
| 2.7.3 宇宙ステーションの受ける熱 |
| 2.8 放射線環境 59 |
| 2.8.1 放射線環境とは |
| 2.8.2 放射線の起源 |
| 2.8.3 放射線の影響 |
| 2.9 隕石とスペースデブリ 66 |
| 2.9.1 隕石・スペースデブリ環境とは |
| 2.9.2 隕石 |
| 2.9.3 スペースデブリ |
| 2.9.4 隕石とスペースデブリの影響と対策 |
| 2.10 誘導環境 72 |
| 練習問題 73 |
| 第3章 基準系 74 |
| 3.1 GPSと位置測位 74 |
| 3.2 座標系 76 |
| 3.2.1 直交座標系 |
| 3.2.2 測地座標系 |
| 3.2.3 軌道面基準座標系と機体軸固定座標系 |
| 3.3 時系 83 |
| 3.3.1 各種時系 |
| 3.3.2 暦 |
| 3.4 重力ポテンシャル 85 |
| 第II部 宇宙ステーションの軌道力学と軌道制御 |
| 第4章 宇宙ステーションの軌道力学 95 |
| 4.1 軌道力学の基礎 95 |
| 4.1.1 中心力場の運動の基礎方程式 |
| 4.1.2 軌道の形状 |
| 4.1.3 楕円軌道の概要 |
| 4.2 宇宙ステーションの軌道設計 100 |
| 4.2.1 軌道の6要素 |
| 4.2.2 軌道設計の要点 |
| 4.2.3 特徴ある軌道例 |
| 4.3 宇宙ステーションに対する物体の相対運動 104 |
| 4.3.1 宇宙ステーション周辺を飛行する物体 |
| 4.3.2 基準物体からの変位の連動方程式 |
| 4.3.3 ヒルの方程式の導出 |
| 4.4 宇宙ステーションへのランデブー軌道計画 109 |
| 4.4.1 ヒルの方程式の解析解 |
| 4.4.2 C-W誘導則による宇宙ステーションとのランデブー |
| 4.4.3 C-W誘導則によるランデブー軌道計画の例 |
| 4.5 宇宙ステーションの周りを周回する軌道計画 112 |
| 4.5.1 周囲を周回するミッション |
| 4.5.2 自由運動で周囲を周回できる軌道 |
| 4.5.3 短時間で周囲を周回できる軌道 |
| 練習問題 116 |
| 第5章 外乱要素と軌道制御 117 |
| 5.1 宇宙ステーション軌道の摂動 117 |
| 5.1.1 摂動とは |
| 5.1.2 地球の重力場のひずみ |
| 5.1.3 第三天体の影響 |
| 5.1.4 大気抵抗 |
| 5.1.5 太陽放射圧 |
| 5.2 軌道移行の基礎 122 |
| 5.2.1 軌道移行の目的 |
| 5.2.2 2インパルス・ホーマン軌道による円軌道間の移行 |
| 5.2.3 3インパルス・ホーマン移行 |
| 5.2.4 ホーマン移行の使い分け |
| 5.2.5 その他の軌道移行 |
| 5.3 宇宙ステーションの軌道制御 129 |
| 5.3.1 ISSの摂動量の計算 |
| 5.3.2 摂動に対抗して軌道を維持する制御 |
| 5.3.3 宇宙ステーションを別の軌道に運搬する制御 |
| 5.3.4 宇宙ステーションから月・惑星への探査機の投入 |
| 5.3.5 ISSにおける軌道制御の実際 |
| 練習問題 133 |
| 第III部 宇宙ステーションの姿勢制御とロボティクス |
| 第6章 姿勢のキネマティクスとダイナミクス 137 |
| 6.1 ベクトルの表現 138 |
| 6.2 ダイアディック 141 |
| 6.3 座標系間の関係 143 |
| 6.4 角速度 146 |
| 6.5 回転の表現 149 |
| 6.5.1 固有軸回転表示 |
| 6.5.2 角速度の固有軸回転表示 |
| 6.5.3 オイラー角 |
| 6.5.4 クォータニオン(オイラーパラメータ) |
| 6.6 宇宙機の姿勢運動 162 |
| 6.6.1 角運動量 |
| 6.6.2 慣性ダイアディック |
| 6.6.3 姿勢運動の基礎方程式 |
| 6.6.4 周回軌道上宇宙機の姿勢運動方程式 |
| 6.6.5 周回軌道上宇宙機の姿勢安定性 |
| 6.6.6 CMGを搭載した宇宙機の姿勢運動方程式 |
| 練習問題 176 |
| 第7章 外乱トルクと姿勢制御 180 |
| 7.1 外乱トルクのモデル化 180 |
| 7.2 重力傾度トルク 181 |
| 7.3 空力トルク 185 |
| 7.4 その他の外乱トルク 186 |
| 7.5 姿勢制御用アクチュエータ CMG 186 |
| 7.6 微小重力のダイナミクス 191 |
| 練習問題 194 |
| 第8章 姿勢制御系の実際 195 |
| 8.1 姿勢・軌道制御システムの概要 195 |
| 8.2 航法・誘導・制御システムの運用 196 |
| 8.3 姿勢制御方式と運用上のインパクト 197 |
| 8.3.1 トルク平衡姿勢(TEA) |
| 8.3.2 軌道面垂直X軸姿勢(XPOP) |
| 第9章 宇宙ロボティクス 200 |
| 9.1 ロボットの運動学 200 |
| 9.2 宇宙ステーションとロボットシステムの運動 204 |
| 9.3 ISSにおける各種ロボットシステム概要 207 |
| 9.3.1 移動型支援システムの構成と運用 |
| 9.3.2 欧州ロボットアームの構成と運用 |
| 9.3.3 「きぼう」ロボットアームの構成と運用 |
| 第IV部 宇宙ステーションのシステム |
| 第10章 宇宙の中の人間 217 |
| 10.1 人間とは何か 217 |
| 10.2 人間の生存条件 219 |
| 10.3 微小重力状態の人体に及ぼす影響 223 |
| 10.4 閉鎖生活空間,循環系,ECLSS 225 |
| 10.4.1 閉鎖生活空間 |
| 10.4.2 循環系 |
| 10.4.3 今後のECLSS |
| 10.5 宇宙で生活するための人間工学と居住性 230 |
| 10.5.1 微小重力環境下での人間工学 |
| 10.5.2 居住性 |
| 練習問題 233 |
| 第11章 宇宙ステーションを構成するシステム 234 |
| 11.1 宇宙ステーションのコンフィギュレーションと共通技術 234 |
| 11.1.1 宇宙ステーションのコンフィギュレーション |
| 11.1.2 宇宙ステーションの共通技術 |
| 11.2 構造・機構 238 |
| 11.2.1 宇宙ステーションの構造・機構 |
| 11.2.2 ISSの与圧室構造 |
| 11.2.3 ISSの機構 |
| 11.3 電力システム 244 |
| 11.3.1 宇宙ステーションの電力システム |
| 11.3.2 ISSの電力システム |
| 11.4 熱制御システム 251 |
| 11.4.1 宇宙ステーションの熱制御システム |
| 11.4.2 ISSの熱制御システム |
| 11.5 環境制御系と生命維持システム(ECLSS) 260 |
| 11.5.1 宇宙ステーションのECLSS |
| 11.5.2 ECLSSのシステム・インテグレーション |
| 11.5.3 ISSのECLSS |
| 11.6 管制通信システム 273 |
| 11.6.1 管制通信システムとは何か |
| 11.6.2 管制通信システムに要求されている機能と構成 |
| 11.6.3 管制制御システム |
| 11.6.4 通信データシステム |
| 練習問題 280 |
| Appendix |
| 1 さらに勉強するために 281 |
| 2 練習問題略解 282 |
| 3 よく使う数値と単位 288 |
| 4 ISSの諸データ 290 |
| 参考文献 297 |
| 索引 303 |
