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ISS多目的補給モジュールラファエロ

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 スペースシャトル固体ロケット上部

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 スペースシャトル コロンビア

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 STS-104 アトランティス打ち上げ

 

 

 

2016年から一部の授業で学習管理にmoodleを利用しています。

2016年10月
http://www.twalker.co.jp/moodle/tips/ubuntu_moodle_install1.html を参考に
Ubuntsu14.04.2 LTS+moodle+mahara(日本語化)、およびPostgres等をインストール
講義でmoodle+maharaの利用を目指すが、SSOの設定がうまくいかず、moodleのみで1年ほど運用を行う。
学内サーバとして運用し、2016年後期授業で利用し、学習履歴の分析を行いました。
主に、ファイル配布、小テスト、ワークショップを利用しました。

------------------- 2017 -------------------
今年は、外部レンタルサーバで試験運用を始めました。複数のサービスを検討した結果、mixhostを選択しました。

9月4日 mixhostの30日間無料サービス利用開始
moodle3.2.X, mahara, wordpressをインストール

http://www.twalker.co.jp/moodle/tips/moodle_mahara1.html を参考に
moodleとmaharaのSSOも簡単に設定完了

moodleにConfigurable Reportsプラグインをインストール
Autoattendance moduleインストール

10月1日mixhostエコノミー(480円/月)本契約

Softaculous Apps Installer という仕組みがあり、インストールやアップグレードが簡単(関連する環境の確認機能もあり)にできます。カスタマーサービスに問い合わせてもすぐに返信がります。
ただし、mixhost、使い勝手は非常に良いのですが、大学などで集合教育で利用するには、いくつか問題があり、主な教育ツールとしては利用していません。できませんでした。そのため教育ツールの実験環境として利用しています。

2017/10/5 wp 4.8.2 にアップグレード

2017/11/14 moodle 3.4 にアップグレード ここで驚きが・・・

いくつか新機能があり、そのうちの1つが機械学習に関するプラグインです。
(最近、Pythonを利用した医療データの機械学習について考えていたので、ちょうど興味のある新サービスです)
・PHP機械学習バックエンド
・Python機械学習バックエンド

まずは、適当にパラメータを設定してみました。
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プラグイン概要の画面

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アナリティクス、分析モデルの設定

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アナリティクス設定画面

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分析モデル設定画面(この画像の下にもまだ設定項目がありました)

数日間利用して、どのくらいの性能のものなのか確認したいと思います。
本当に、授業に脱落する学生とか、機械学習で事前に見つけてくれるのでしょうか?

 
明日10月15日(日)、宇宙と福祉のイノベーション@所沢市子どもと福祉の未来館に参加するために
2017年7月13日の記事で紹介した計測装置を少し改造しました。

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変更点 電源供給とデータ保存をスマートフォン利用に変更
・スマートフォン(android)とarduino UNOをUSBホストケーブル(USB A→USB microB 接続)で接続
・PlayストアからSerial USB Terminalをインストール、データ表示と保存に利用
 SDカードの利用なし(スケッチ削除)、電池から電源の供給なし、リアルタイムにスマートフォン画面で確認しながら計測可能になりました。

 
購入すれば高額なリハビリに必要な機器を自分たちで作ろうとという趣旨で、成田ものづくりクラブは2016年に活動を始めました。昨年は簡易型筋電計を作りました。今回は、車イス用傾斜角測定装置の製作です。

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部品
・Arduino UNO R3 2,940円
・Arduino ワイヤレスSDシールド 2,480円
・3軸加速度センサーモジュール KXR94-2050 850円
・GPS受信機キット 1PPS出力付き「みちびき」対応 AE-GYSFDMAXB 2,200円
・ブレッドボード 130円
・ジャンパーワイヤー 11本
・ピンヘッダー L型
(ここまでの価格は秋月電子通商で購入した場合の参考値)

・スマートフォン用乾電池式充電器 108円(ダイソー)
・microSDカード 2GB(昔のスマートフォンの再利用)

・統合開発環境IDE 1.8.1

製作期間(授業の合間を利用して)2週間・・・時間を費やした部分を以下に示します。

・microSDカードのフォーマットの問題  最初はmicroSDカードスロット2.54mmピンピッチ変換モジュールセット(DM3AT-SF-PEJM5)を利用していましたが、microSDカードを認識するもフォーマットが上手くいかず、ネット上の情報すべて試したがダメでした。結局、上記のSDシールドに切り替える。(本来の安く作るという目的からは逸脱する)

・microSDカードに加速度計のデータを記録できるが、GPSのデータを記録できない。正確には、microSDカードを接続するとGPSのデータを記録および表示できなくなる。この問題の解決には、10日間ぐらい要しました。海外で同じような問題を持った方々の情報を基に10通りぐらいの解決方法を試しましたが、すべてダメでした(勉強にはなりました)。Arduinoリファレンス(日本語訳)を見て、Arduino unoでSDカードを利用する場合10ピンを利用していることを知る。ここで初歩的なミスをしていることに気が付きました。GPSのデータの受信に10番ピンを利用していました。7番ピンに変更して、GPSデータのmicroSDカードへの記録ができるようになりました。

2017年7月11日 実験1 (成田キャンパス)
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正門からキャンパスを出た直後は、GPSの電波を正確に拾えず、しばらくは安定していません。道路ではないところに寄り道(セキード・セキ公津の杜には行っていません)しているようになっているのはそのためです。

マーカの場所が計測された位置(誤差含む)、マーカの色が傾き(赤84度以上、青80度~84度未満、緑70度~80度未満、黄:70度未満、装置の設置の影響もありますので赤や青であればほぼ水平だと思ってください)


2017年7月12日 実験2(成田キャンパス+医学部)
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正門を出たところで、しばらく時間をおいてから歩き始めるが、昨日と同じ現象が起こる(実際は行っていない東の方へ逸脱)。GPSの受信状態が安定しているはずの実験半ばでも、位置がかなりずれています(道路を渡りバースデイ公津の杜店の方へは行っていません)。原因を探る必要があります。

一応データを取得できるようにはなりましたが、10月のイベントに向けて、装置の小型化、精度向上が今後の課題です。


計測データの地図化
Google Maps APIv3を使ったジオコーディングと地図化 谷謙二研究室(埼玉大学教育学部人文地理学)

技術支援
宇宙技術汎用化トレーナー 岩田敏彰様

参考文献
みんなのArduino入門、高本孝頼、リックテレコム


 
2017年6月23日(金)、24日(土)に
2017生態工学会年次大会が東京海洋大学品川キャンパス楽水会館で行われます。

私の発表は、
6月23日(金) 大会議室
セッション 1 [ネットワーク解析、リモートセンシング、宇宙実験・利用]  の5番目

10:00-10:15 SpaceXマーズ・アーキテクチャーの生命維持システムトレードスタディ
         〇宮嶋宏行(国際医療福祉大)

です。2016年9月にSpaceXのイーロンマスクが発表した惑星間輸送システムを利用して火星へ移住する場合の生命維持システム、現地資源生産システム、食料生産システム、電力供給システムの設計に関するトレードスタディを実施しました。さらに、2020-2041年までの移住計画を想定し、現地で食料生産したほうが輸送コストを抑えることが可能になる規模と期間を推定しています。


さて、今朝、出勤途中に、以下の記事を読みました。

さらば「老害」ニッポン 高齢者優遇と医療費拡大、悪いのは誰だ?
医療政策学の若手論客・津川友介氏に聞く
大竹 剛 日経ビジネスオンライン6月19日

この記事を読んで、今回の私の研究が、どのように利用できそうか考えてみました。
研究手法は、データに基づいて数学モデルを作成し、各パラメータを変化させたときに、ある数値がどのように変化するのかを調べます。特に、複数のパラメータが複雑に影響するような問題の場合には、2つ以上のパラメータを同時に変化させて分析します。
これらの方法は、社会保障(医療や年金)政策 の定量的な検討にも利用できます。

・高齢者の医療費の自己負担を上げる場合、上げない場合の医療費抑制への影響
・医療高度技術の医療費への影響
・診療報酬制度変更の検討(様々な制度や設定があるので、細かく政策検討を定量的にできそう)

上記のアプローチは比較的昔からある方法ですが、
「診療報酬制度変更が病院経営に与える影響や、それにより個々の病院が取る行動の結果として国全体の医療費がどのように変化するのか」はエージェントベースのシミュレーションなど最近の分析手法も利用可能です。

また最近の傾向として、大量のデータを分析して、影響するパラメータの抽出から決定までをコンピュータに任せてやる方法もあります。昨年、社会保険組合の数十万件の大規模なデータを分析する発表を聞きましたが、特定の病気に影響を与える独立変数を20個ぐらい設定しているので、複数の独立変数でクラスタリングした後の該当データが数件になっていました。大量のデータでも適切な方法を選択しコンピュータを使えばそれなりの解が出ますが、独立変数の選択は意外に難しいんだなと思いました。

総武線の電車が遅れて、京成本線の特急に乗れず、普通電車でやっと職場に着きました。
少しずつ、検討を進めていきます。
 
2014年に火星砂漠研究基地(MDRS: Mars Desert Research Station)で実施したTeam Nippon(Crew137)の居住実験に関する内容を一部含む学術論文が出版されました。学会発表では何回も発表してきましたが、学術論文として発表するのは初めてです。

宮嶋宏行,宇宙居住と生命維持システムに関する シミュレーション研究の実践,生態工学29(2) 57-64, 2017

MDRSで撮影した映像は、2017年4月16日(日)の林先生が驚く 初耳学( 毎日放送)でも使われました。
私が船外活動服を着てATVに乗って火星表面を走る映像です。


今回は寄稿論文ということもあり、学術論文の中で有人火星探査に関わる映画や小説についてもふれました。例えば、2016年に日本で公開された「オデッセイ」(正確にはアンディ・ウィアーの小説The Martianに関してです)は私の研究テーマに大きく関わる作品の1つです。

実際のMDRSでの実験は、これらの小説や映画の内容を知る前に実施しているので、直接関係はありませんが、一般の方に説明するときは必ずこの映画を利用しています。むしろ私が参考にしたのは、MITが2005年にカナダのデボン島のホートンマーズ基地で実施した宇宙ロジスティクスに関する実験です。

現在、次の居住実験について考えています。可能であれば、現在の大学で扱っている「生体計測」をテーマの1つにしたいと考えています・・・。

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1月末に後期の授業も終わり、次年度の授業の準備をしながら、毎週のように研究会に参加しています。
・ 1月28日 第6回宇宙旅行シンポジウム@東京
・ 2月3日 CISA&千年カルテ合同シンポジウム@東京
・ 3月3日~5日 第12回社会システム部会研究会@グアム
・ 3月9日~10日 第3回医用人工知能研究会@マホロバマインズ
・ 3月11日 生態工学会若手の会研究発表会@東京
たくさん出席しているため全く報告ができていません。

写真を並べていくつか紹介します。
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1月28日 第6回宇宙旅行シンポジウム
・ 『有人宇宙学の創出』  土井 隆雄 氏(京都大学教授・宇宙飛行士)
・ 『民間ロケット開 発の現状と今後の展開(仮)』  稲川 貴大 氏(インターステラクノロジズ・代表取締役社長)


成田空港からグアムに向けて出発するときに大学の成田キャンパスを空から撮ってみました。
写真は、ほぼ成田市街全体をカバーしています。このためにわざわざ窓側の席をとったのですが、写真ではよくわかりません。左上の方に公津の杜の駅やキャンパスがあります。

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グアムに到着、チェックインしてすぐに研究会に参加、たくさんの話題がありました。
・ 保健医療データの統計情報分析の実際(国立保健医療科学院)
  (私の場合)統計学、疫学の知識として授業に反映させます。
・ ウェアラブルセンサーを用いた機械学習による避難評価手法(東工大)
  (私の場合)大学キャンパス内での避難評価シミュレーションに応用する予定です。
・ ゲーム(カードゲーム、ボードゲームのようなもの)設計を通してシステム設計やモデリングを学生に学んでもらう実践(静岡大、鳥取大)
  (私の場合)昔、卒業研究で同じようなことをしましたが、うまくいきませんでした。もう一度やってみようか。静岡大で開発された少子化対策のカードゲーム結構生々しいい現実を体験できました。


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生態工学会の学生さんが、卒業研究や修士研究を、発表する会が初めて開催されました。


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医用人工知能研究会のワークショップ「未踏高齢社会を乗り切るための医用人工知能」の風景です。
その他に、
・ 招待講演 「画像認識技術による医療診断支援」  村川 正宏(産業技術総合研究所)
・ 招待講演 「臨床医学オントロジーの現状と利活用に向けた展望」 今井 健(東京大学大学院医学系研究科疾患生命工学センター)
などの講演もあり充実した1泊2日でした。

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今年度、私の研究室に整備した並列計算コンピュータです。医用画像解析を行います。

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また、春休み中は、有志の学生を集めて、Arduinoの勉強会をしています。
利用しているテキストは 「みんなのArduino入門」高本孝頼 リックテレコム です。
4月からは新入生も迎えて、本格的に医療福祉に応用できるような生体計測機器などを開発していく予定です。




 
第3回iNurse研究会 2017年1月21日(土)秋葉原コンベンションホール に参加してきました。特別講演会(ランチョンセミナー)では、航空機の自動化と安全性の話がありました。医療とどのような関係があるのでしょうか。以下、簡単に報告します。

使用事例報告:バイタル記録システム
11:10-11:35 スポットチェックモニタ導入における業務の効率化と質の高い看護の提供
11:35-12:00 スポットチェックモニタと身長体重の導入による病棟業務の変化
12:00-12:25 スポットチェックモニタ導入による効果と課題

特別講演
12:35-13:20 航空機における自動化と安全への挑戦 ~進化を続ける航空業界の試み 東北大学大学院工学研究科 狩川大輔
教育講演
13:20-14:05 多職種協働とIoT時代における看護職の役割 ~看護がサバイブするには 千葉県千葉リハビリテーションセンター看護局 荒木暁子

フィーチャリングセッション
14:20-14:30 オープニングリマークス 東京医療保健大学医療保健学部医療情報学科 瀬戸僚馬
14:30-15:20 パネルディスカッション ~新しい安全看護支援システムを通して考える



ざっくりセミナーの内容をまとめると
医療現場に新しいシステムを導入すると、業務量は減るのか? 安全性は向上するのか? だったと思います。

・ 新しいシステムが導入されると、その使い方を覚えるのに時間がかかり、日常業務に忙殺される中、そのメリットが早期に理解されないと、次第に使われなくなる。
・ 新しいシステムについて全体の仕組みを理解していないと、安全性の向上に寄与しない場合がある。

例えば、電子カルテが導入され、H26年度の業務量調査では時間外業務の41%を看護記録が占めていた。ベットサイドでは電子カルテへのバイタルサイン(体温、血圧など)などの入力により、患者とのコミュニケーションがおろそかになっている。
スポットチェックモニターを導入することで、電子カルテへのバイタルサインの入力を自動化し、業務量を軽減できる。
今までのような手入力の場合入力作業が数時間後になり、体温や血圧などのデータが電子カルテにすぐに反映されない。また入力ミスが発生する場合もある。

業務量を減らし、作業ミスを減らし、本来の業務(患者のケア)に時間を割くことができるという趣旨の発表が3件ありました。

ランチョンセミナーでは、東北大学の狩川先生の「航空機における自動化と安全への挑戦 ~進化を続ける航空業界の試み」の発表がありました。

医療と航空機の自動化と安全にどのような関わりがあるのか、聴衆は興味があったと思います。
私は航空宇宙工学が専門なんですが、航空や宇宙分野の知見を、医療情報や医療安全に応用できることは非常に多いと思っています。今回、このセミナーで紹介のあった航空機事故の事例は、私も授業で紹介しています。

航空機の自動化が進んでも事故率は下がっていない。
・ ハイテクコクピットの中でいったい何が起こっていたのか?
・ 過度の自動化は、必ずしも安全性を向上しない。
・ 操縦の自動化により操縦者は(自動操縦装置の)監督者となったが、自動化したコンピュータの仕組みを必ず理解しているわけではない。

事例1
1995年12月20日 アメリカン航空965便墜落事故
コロンビア・カリ近郊の山に衝突 (コンピュータへの入力ミス(プログラムの問題も含む)、自動操縦装置への依存、急なコース変更など)
※入力ミスやプログラムミスについて詳細は書きませんでした。他の文献を参考にしてください。

大規模で複雑なシステムは相互作用がある。1つ1つの小さなミスが積み重なると・・・
個々で合理的な判断でも、全体で失敗する場合もある。
自動化された機械は、言われたとおりにしかやらない。誰かが決定的に危険な行為をしていなくても、結果的に破滅的な結果につながることもある。

事例2
2009年6月1日 エールフランス447便墜落事故
対気速度計が凍結で作動せず、自動操縦が解除。(ベテラン操縦士は直前にコクピットを離れている)副操縦士が機首を上げすぎて失速し、副操縦士が操縦桿を引き続けたため、機首下げによる速度回復ができず海面に墜落した。 ・・・ そのまま飛行すべきだった。

・ 自動化により航空機がどのように飛ぶのかを知らない。スキルの低下。
・ 自動化により新たなヒューマンエラーの出現、人間の役割への再注目
・ 自動化された機械を扱う人に対応した新たな訓練方法が必要。安全を支えるのは人である。

以上のような話でした。航空機事故を、医療事故と置き換えてもよい話だったと思います。

・ (自動化された)新しいシステムの導入は、必ずしも安全性の向上につながらない。
・ 使う人が、新しいシステムの仕組みを理解していないと、正しい使い方がされない場合がある。
・ 相互作用のあるシステムでは、1つ1つの小さなミスが大きな事故を招く場合がある。
・ (自動化された)新しいシステムを導入する場合には、その新しい環境にふさわしい訓練の方法を考える必要がある。

思いがけず襲ってくる危険に、限られたリソースで対応しなければならない。負けてはいけない。
ヒヤリハットよりもっと危険なことがある。

狩川先生のお話には、医療にも応用できる知見が多くあったと思います。

14:30の最後のセッションでは、(まだ試作段階の)離床センサーを題材にしたパネルディスカッションがありました。


 
宮嶋宏行, 宇宙居住や生命維持システムに関する研究, 宇宙開発に関する文化人類学からの接近(国立民族学博物館), 2016年12月3日.

宮嶋宏行, ワークショップ2 Post-ISS, Moon Base or Martian Expedition, WS2-3Mars Analog Simulation at Mars Desert Research Station by Team Nippon, 第62回宇宙航空環境医学会・日本宇宙生物科学会第30回大会合同大会, 2016年10月15日.

宮嶋宏行, シンポジウム3Biosphere, S3-2 模擬実験施設を利用した宇宙居住実験と船外活動実験の可能性について, 第62回宇宙航空環境医学会・日本宇宙生物科学会第30回大会合同大会, 2016年10月14日.

宮嶋宏行, 宇宙で生きる宇宙居住と医療, 織姫公民館開館60年周年記念・織姫大学, 2016年6月15日.

Hiroyuki Miyajima, Overview of Modeling and Simulation for Regenerative Life Support Systems, マサチューセッツ工科大学AEROASTROセミナー, 2013年11月.

宮嶋宏行, 有人宇宙システム開発における大学の教育・研究事例, 有人ロケット研究会定例会, 2012年6月.

宮嶋宏行, 生命維持システム研究の歴史と生態工学会の20年 -3000件の文献調査から見える日米欧ロの研究と中国の躍進-, 2011年度生態工学会第1回定例研究会, 2011年5月.

宮嶋宏行, mオペレータを導入した逐次ファジィ線形計画法と閉鎖生態系生命維持システムの最適運用, 日本計算工学会ソフトコンピューティング分科会, 2000年12月.

CELSS簡易設計支援プログラムの開発~OLE機能を用いたWITNESSの利用事例~, CRC総合研究所(伊藤忠テクノソリューションズ株式会社)WITNESSユーザミーティング, 1996年11月.

 
国際医療福祉大学 成田ものづくりクラブ 今日は第2回目の活動日でした。
私たちのクラブは、自分たちで、医療関連機器を作ろうという目標を掲げて2016年後期より成田キャンパスで活動を始めました。
成田市には医療産業集積ゾーン(国道295号周辺)をつくる国際医療学園都市構想があります。
私たちの大学があるのは、公津の杜(教育ゾーン)です。2020年ごろには、畑ケ田地区(学術・医療集積ゾーン)も計画されています。

さてクラブ活動の話に戻します。先週から、リハビリテーション科学 生体計測研究室 (早稲田大学村岡研究室)の「簡易筋電系の作り方」を参考に筋電計を製作しています。

前回は、10番の部品までハンダ付けしました(学生の皆さんはハンダ付けなかなか上手です)。途中で私が、工芸室の机を焦がしてしまうということもありました。今週は11番の部品を接続し、皮膚に貼り付けた電極からの電気信号をこの装置に流す端子とケーブルを作成しました。

電子工作部分は完成しました。PCにオシロスコープソフトをインストールし、信号が検出されるか・・・

何も反応なし、オシロスコープに出てくるのは、私たちがしゃべる声をPCのマイクが拾っている音声の波形だけ・・・

工芸室の終了時間がきたので本日の活動はここで終了、動作しない原因の究明は来週に持ち越しとなりました。

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本日、「第62回日本宇宙航空環境医学会大会 日本宇宙生物科学会第30回大会 合同大会」の詳細プログラムが発表されました。

大会テーマ:「国際宇宙ステーションを超えて、月基地、火星探査へ」
会期:平成28年10月13日(木)~15日(土)
会場:愛知医科大学

私が関わるのは、次のシンポジウムとワークショップになります。シンポジウム3と同じ時間にワークショップ1 宇宙に生きる 古川 聡(宇宙航空研究開発機構 有人宇宙技術部門)があります。シンポジウム3 Biosphere を盛り上げるために隠しネタでも使いましょうか・・・


シンポジウム3 10 月 14 日(金) 16:45 ~18: 15 C会場
Biosphere
座長:篠原正典( 帝京科学大学)

S3-1 植物生産を中心とした命維持システム
- 宇宙での閉鎖生態系と地上都市域へ適用 -
 北宅 善昭 (大阪府立大学)
S3 -2 模擬実験施設を利用した宇宙居住と船外活動の可能性について
 宮嶋 宏行 (国際医療福祉大学)
S3 -3 人工閉鎖生態系でのストレモニター
 嶋宮 民安 (有人宇宙システム株式会社)
S3 -4 バイオスフィア実験の過去・現在・未来
 篠原 正典 (帝京科学大学)
S3 -5 パネルディスカッション


合同ワークショップ2 10月15日(土) 13:00~14:30 A会場
Post-ISS, Moon Base or Martian Expedition
座長:緒方克彦(JAXA)、 大西 充(JAXA)

WS2-1 Space Transportation Utilizing Electric Power
 佐宗 章弘
 名古屋大学大学院工学研究科航空宇宙工学専攻
WS2-2 ECLSS: Environmental Control Life Support System
 桜井 誠人
 宇宙航空研究開発機構研究開発部門第二研究ユニット
WS2-3 Mars Analog Simulation at Mars Desert Research Station by Team Nippon
 宮嶋 宏行
 国際医療福祉大学総合教育センター
WS2-4 Local production of all necessary materials for habitation on Mars
 富田‐横谷 香織
 筑波大学大学院生命環境科学研究科生物機能科学専攻
WS2-5 Going beyond International Space Station to Moon Base and Then into
 Mars Exploration -Future of Space Medicine-Related Operations and Studies-
 緒方 克彦
 宇宙航空研究開発機構有人宇宙技術部門
WS2-6 Medical Risk due to Radiation Exposure in a Mars Mission
 村井 正
 宇宙航空研究開発機構有人宇宙技術部門宇宙飛行士運用技術ユニット
WS2-7 International Roadmap for Artificial Gravity Research
 Gilles R. Clement
NASA Johnson Space Center
WS2-8 Human artificial gravity on the International Space Station -
 feasibility of HTV-X option"
 嶋田 和人
 宇宙航空研究開発機構有人宇宙技術部門宇宙飛行士運用技術ユニット

 
9月24日(土)ワシントンDCで行われたGemini Mars国際学生設計コンテストでTeam Narabu(双)が準優勝しました。これは有人火星フライバイミッションの設計コンテストです。
No.が当日発表されたプレゼンの順番です。書類選考による順位と思われます。プレゼンが一番最後になってかなり有利になったと思いました。他のチームのプレゼンや質疑応答を参考に対策が立てられるからです。

3人の学生たち(百瀬君、山口君、ミアン君)が非常に頑張って準備をして、かなり緊張していたと思いますが、いいプレゼンだったと思います。審査員や聴衆もかなり熱心に耳を傾けていたと思います。これで2大会連続の優勝かと思いましたが、結果は、僅差で準優勝になりました。

私自身も、学生たちと一緒にプランを作る中で、前回以上に多くのものを学ばせてもらいました。今後、国内での適当に高いレベルにとどまることなく、世界のトップレベルの学生たちと本気で競い合うことを意識して勉強していってほしいと思います。
国際設計コンペは、そのためのハンズオントレーニングの良い機会です。

No.Team NameUniversityCountryRank
1Space is MoreWroclaw University of Technology and Pennsylvania State UniversityPoland & USA
2Team RussiaMultiRussia4
3FATOUniversity of TurinItaly5
4The RocketeersCA State Polytechnic University and Cerritos High SchoolUSA
5Gemini DirectAdelaide UniversityAustralia
6Mars MavsUniversity of Texas at ArlingtonUSA
7Team ItinerePurdue UniversityUSA3
8Skoltech MartiansSkolkovo Institute of Science and TechnologyRussia
9CranSpaceCranfield UniversityUK1
10NARABU(双)Keio University, Nihon University, Tokyo University of Agriculture and TechnologyJapan2



コンテスト終了後、メキシコに移動すればイーロンマスクの火星移住計画の話が聞けたのですが、仕事のために日本へ帰らなければなりませんでした。




 
火星協会の年会が9月22日からワシントンD.C.で行われ、9月24日(土)にはGemini Mars Student Design Contestが行われます。我々Team Narabu(双)は、ファイナリストに残っています。学生3人が21日に、アドバイザー2名も22日に現地入りします。学生達もしっかり準備しました。応援よろしくお願いします。

学生
Kazuhiko Momose, Nihon University
Koki Tanaka, Keio University
Bilal Javed Mian Yataco, Nihon University
Koshiro Yamaguchi, Nihon University
Yuki Aoi, Tokyo University of Agriculture and Technology

アドバイザー
Professor Hiroyuki Miyajima, International University of Health and Welfare
Dr. Takuto Ishimatsu, NASA JPL
Dr. Masakatsu Nakane, and Professor Jonathan Harrison, Nihon University

発表の様子は下記のサイトから動画配信される予定です。
火星協会第19回年会ライブストリーム
日本時間25日(日)AM2時からAM6時30分ごろ

関連情報
・2015年9月15日発表 コンテスト概要
・2016年5月16日発表 ファイナリスト

 
米国で民間が長期閉鎖居住実験を行うとき、男女の人数を必ずそろえてあります。
どうしてなんでしょう?無用な争いを避けるため?
私が実験主任者だったら、長期閉鎖居住実験における男女のメンタルな部分に焦点を当てて研究します。私が、2013年に、アリゾナ州オラクルのバイオスフィア2の施設を見学した時に分かったことは、一人になれる、もしくは二人になれる場所が内部に適度にあったことです。(おそらく論文にしないだけで、彼らも研究テーマにはしているのでしょう・・・)


突然、話題がは変わりますが、次は宇宙での・・・の話です。

第60回宇宙科学技術連合講演会 セッション 宇宙で生きる
3D17(JSASS-2016-4405)カップルでの居住を前提とした室内居住計画に関する考察
○千先 祐輔, 十亀 昭人(東海大)

この発表は、タイトルのユニークさもあり、会場は満席で、立ち見も出ていました。
タイトルからは、想像できないかもしれませんが、

微小重力下での生殖活動に必要な個室の設計に関する地上実験をもとにした考察です。微小重力下では、お互いに体の固定ができません。そこで体の固定に必要な器具をどのように配置したら良いのかを、男性二人が被験者になり地上で実験した内容でした。

この研究は、微小重力下で、作業のために宇宙飛行士が体を固定する技術とも共通します。ある意味通常の作業でも必要な技術です。

建築学の観点から設計する個室、今後の検討を待ちましょう。

この論文中で以下の研究が紹介されています。
宇宙環境における生殖医学の研究(福島県立医科大学名誉教授 清水強(現在、医療法人登誠会 諏訪マタニティークリニック附属清水宇宙生理学研究所所長))先ほど気が付きました。この方は2016年10月13日(木)宇宙生物科学会30周年記念シンポジウム(愛知医科大学)の一部の座長をしています。

そういえば、私たちも、2014年に、有人火星探査ミッションで個室(プライベートな一人部屋)の提案をしました。詳しくはこちら

 

*上の写真はcnnサイトへのリンクです。


9月6日から9月9日まで函館で行われた第60回宇宙科学技術連合講演会での以下の発表についての記事です。

OS03 宇宙で生きる! ~人類居住圏拡大に向けた閉鎖生態系技術~
3D15(JSASS-2016-4403)サツマイモ栽培を中心とした閉鎖生態系生命維持システム
○北宅 善昭(大阪府大)

発表の冒頭で、北宅(きたや)先生は、上記の写真を示され、百日草がうまく開花しなかったと解説していました。 (素人には、宇宙でも開花してきれいだなと思ってしまいますが・・・)

この写真からは、「おしべ」がなく、異常をきたしていると説明していました。その理由として、

生殖成長期には、微小重力に起因する熱対流の欠如による植物葉面でのガス交換(光合成や蒸散)の抑制や生殖器官での温度上昇が生殖過程の異常を引き起こすこと、閉鎖環境内でのエチレン蓄積が生殖器官の生理に影響すること、また重力に依存して受粉が行われる植物種では微小重力が正常な受粉を妨げることが考えられる。(予稿集からの引用)

を挙げていました。

過去のロシアやアメリカの宇宙実験では、コムギなどは開花したものの発芽能力を持つ稔性種子の形成率が著しく低下し、またカラシナでは、ほぼ地上と等しい種子数が得られたが、種子の形質や成熟過程に変異の生じたことが報告されている。(予稿集からの引用)

のようです。

宇宙での食料生産に関する研究は、1990年代に盛んに行われましたが、2000年以降は、国内外ともに発表件数等がかなり減ってきています。この写真が、多くの人が宇宙での植物栽培や食料生産に興味を持つきっかけになればと思います。

10月に愛知医科大学で実施される 第62回日本宇宙航空環境医学会大会・日本宇宙生物科学会第30回大会  で10月14日(金)午後 シンポジウムⅢ 座長:篠原正典(帝京科学大学)  「Biosphere」 が開催されます。私も登壇予定です。

 
医療安全シンポジウム
「宇宙の安全を医療の安全へ」

7月23日(土)筑波大学東京キャンパス13:00~15:30

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このシンポジウムの開催を知ったとき、私のためにあるのではないかと思い参加しました。
私は宇宙工学が専門で、医療系の大学で学生に、物理学、情報処理、人間工学などを教えています。

このシンポジウムは、JAXAと筑波大学付属病院が共同で実施した取り組みの中間?報告です。(最初は向井千秋さんの発案で始まったようです)
JAXAの宇宙での安全管理手法を病院の医療安全に応用した事例について報告していました。
「JAXAの安全管理手法を転倒転落防止対策に応用してみた」
高梨典子 (筑波大学附属病院臨床医療管理部 前ジェネラルリスクマネージャー)
高橋晋平 (JAXA有人宇宙技術部門有人システム安全ミッション保証室主任研究開発員)

病院でのインシデント・オカレンスの内訳場面別
ライン21%
投薬・内服13%
転倒・転落12%
・・・
が示され、転倒・転落防止は重要な課題であることが説明されました。
病気治療入院中に転倒転落すると、予定外の治療や障害が発生し、入院の長期化につながるからです。

従来、オリエンテーション強化、離床センサー、見守り・付添い、身体抑制などの方法があるが、それでも重大な転倒事故は発生していた。

そこでJAXAとの交流が始まった。
6ステップからなる宇宙の安全管理手法について「きぼう」日本実験施設を例に発表がありました。

Step 1 評価対象(重大転倒事故)を十分理解する
事象・危険防御関連図により離床センサー「うーご君」に注目する
評価対象(「うーご君」)を十分理解する

Step 2 危険要因「うーご君動作せず」発生要因の掘下げ 故障の木解析

Step 3 重大転倒事故発生リスクの度合評価 リスク評価マトリックス
3重の独立した危険防止策をとる

Step 4 危険要因「うーご君動作せず」の発生原因除去対策を考える

Step 5 発生原因が除去できているか確認する

Step 6 Step 1からStep 5を「JAXA安全審査会」で審査する

これらのステップについて詳細な説明がありました。
この発表をYou tube 医療安全シンポジウム 「宇宙の安全を医療の安全へ」 でも見ることができます。

宇宙の安全管理手法から学んだこと
1. システムマチックな危険防御
2. ヒトには手順の教育や訓練が必要
3. 最後の砦はヒト

宇宙の安全管理手法が医療に応用できると考えられた(2つの新しい手法)
1. リスク評価マトリックス
2. 事象と危険防御の可視化(事象・危険防御関連図)
と報告されていました。

ここでの内容は、私が取り組んでいる医療への「シミュレーション教育」の導入にも応用できる可能性があると思いました。引き続き調査を継続したいと思います。

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この講演を依頼されてから4か月ほど準備期間があったのですが、結局次のような内容にしました。
過去20年間に、私が撮った日米欧の閉鎖居住実験施設や実験の写真、そして最近のニュース動画を織り交ぜながら話をします。

宇宙で生きる 宇宙居住と医療
国際医療福祉大学教授 宮嶋宏行

2016年6月15日(水)18:30~20:00 足利市織姫公民館

内容

1.火星接近
2.過去の火星探査と、これからの火星探査(Mars One、 SpaceX)
3.動画で見る有人火星探査
  ・NASA DRM5
  ・オデッセイ(原題:The Martian)
4.地上での閉鎖居住模擬実験
  ・世界の事例(バイオスフィア2、ホートン・マーズ、HI-SEAS、MDRS)
  ・日本の事例(IES閉鎖型生態系実験施設、JAXA閉鎖環境適応訓練設備)
  ・MDRS Crew137 (Team Nippon)
5.宇宙居住設計 (米国の教育事例と日本での実践)
6.宇宙で生きる 医学的問題、心理的問題、医療・・・
7.これからの人類の宇宙活動は?

宇宙で生きるための課題から、民生技術を利用した医療支援機器の開発までを話します。

 
最近、近所の中学校の池でガマガエルが鳴いているんです。
窓から外を見るとちょうど、満月と火星が見えました。(2016年5月22日22時22分ごろ)

5月31日には地球と火星が7528万キロまで接近します。2年2か月に一度接近します。
次の2018年には、5759万キロまでさらに近づきます。火星の軌道は楕円形のため、接近毎に距離が異なります。

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月と火星 (肉眼では赤い星だったのですが、スマホのカメラではただの白い点です)

私は、ガマガエルの鳴き声に誘われて、偶然にこの時間に満月と火星の接近を見ましたが、時々、天体間の接近現象があるんですね。次のページに今年の天体間の接近がまとめてあります。 火星と月などとの接近

さて、60年前にも地球と火星が接近した ということから以下の講座に招待されています。

とちぎ県民カレッジ認定講座・市民大学足利学校必修講座
織姫公民館開館60年周年記念・織姫大学
織姫公民館が生まれた頃の日本

第2回 6月15日(水) 18:30-20:00
宇宙で生きる 宇宙居住と医療
宮嶋宏行 国際医療福祉大学教授

火星で暮らすための話をします。


 
本日(米国5月16日)発表のニュースです。
私たちTeam Narabu(双)が、火星協会が主催の国際Gemini Mars設計コンテストのファイナリストに選ばれました。世界各国から19チームがエントリーし、10チーム(7か国(オーストラリア、イタリア、日本、ポーランド、ロシア、米国、イギリス)の20大学)が選ばれました。最終選考は、2016年9月に米国ワシントンD.C.のアメリカ・カトリック大学で開催の火星協会年会で行われます。

次も目指すは優勝だ。

 
FacebookのSol186でマーク・ワトニーを探せの結果を公開しました。このミッションは、3月にCrew165のメンバーにより米国ユタ州の火星砂漠研究基地(MDRS)周辺でで行われたものです。詳細な成果報告は、5月28日の日本火星協会の総会(はまぎん こども宇宙科学館)でも発表される予定です。
Watney_E.jpg
E地点で撮影


 
火星協会の2016 Gemini火星フライバイミッション設計コンテストへ出場するために、2015年11月から学生有志と準備してきました。我々Team Narabuは3月15日に設計報告書を無事提出しました。その成果を3月19日(土)にMRP定例会で初めて発表(15:50頃)します。

書類選考を経て、上位10チームが、2016年9月にワシントンDCで開催される最終プレゼンに参加できます。

研究会の詳細はこちらへ

 
自分の研究論文と学生プロジェクトの関連で有人宇宙船の設計に関する情報収集をしていて面白い新刊を見つけました。2015年の発刊で、昨日、第一版を入手しました。イギリスにあるELSEVERの関連会社の出版ですが、Amazonジャパンで購入したものは日本で印刷されています。

最初、ネット上のなか身検索で見つけ、有人深宇宙探査の安全性評価のところに興味を持ち購入しました。印刷版はネット版とかなり違います。Amazonに出ている章立ても実際とはかなり違いました。正確には下記に示したような章立てです。

有人宇宙機の検討には、20年ぐらい前に出版され、よくまとまっている文献があります。しかし情報が古くなっていることが欠点でした。この本には、過去から現在までの宇宙ミッションのデータを用いて、設計理論がまとめられています。アポロ計画やスペースシャトル計画だけではなく、最近のオライオンやドリームチェイサーなどについての記述もあります。

今回特に興味を持った11章には、国際宇宙ステーションへの往復飛行や、熱核ロケットを用いた火星への有人往復飛行のシステム安全性や信頼性解析の方法が記されています。

Manned Spacecraft Design Principles, Pasquale M. Sforza

Preface
Introduction and Outline of a Spacecraft Design Report

1. Manned Spacecraft
2. Earth’s Atmosphere
3. The Space Environment
4. Manned Hypersonic Missions in the Atmosphere
5. Orbital Mechanics
6. Atmospheric Entry Mechanics
7. Launch Mechanics
8. Spacecraft Flight Mechanics
9. Thermal Protection Systems
10. Spacecraft Configuration Design
11. Safety, Reliability, and Risk Assessment
12. Economic Aspect of Space Access

Appendix A: Hypersonic Aerodynamics
Appendix B: Spaceplane Coordinates



 
2016年3月、日本人4人(Crew165)が火星協会の火星砂漠研究基地(MDRS)での2週間の居住実験に参加します。

この企画では、Crew165と協力して、映画「オデッセイ」でマーク・ワトニーが遺言を残すシーン(SOL186)と似ている場所をMDRS周辺で探します。実際の映画の撮影は、ヨルダンのワディラム砂漠で実施されましたが、米国ユタ州ハンクスビルから11キロメートル離れたMDRS周辺にも同じような地形が広がっています。

1. MDRS周辺で、映画「オデッセイ」SOL186のシーンと似ている地点を公募します。 facebookを利用しての投票はこちらへ
2. 公募で選ばれた探査6地点をCrew165が探査します。ただし、到達不可能な地点の場合、周辺に変更する場合があります。
3. EVAスーツを装着してSOL186のような後姿の写真を撮ります。

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MDRS周辺の写真(2014年3月Crew137参加時に撮影)


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探査範囲
*この図は、U.S. Geological Survey (USGS)のフリーオンライン地形図をもとにMDRS周辺の地図を作成したものです。オレンジの一マスが約1平方キロメートルを示します。赤い線で囲んだ部分が、今回公募したいと考えている探査の範囲です。


こんな写真が撮れたらいいですね。

ciatr.jpへの外部リンク写真

 
最近、米国のある学会誌の編集者から、論文の査読依頼のメールが届きました。

タイトルと概要から判断すると、
(全く面識のない)この編集者が、よく私を見つけたなと思うぐらい、私の得意とする分野の論文でした。

査読に同意しないと論文をダウンロードできません。

英文誌の査読は負担が大きいので、いつもはお断りするのですが、
今回はすぐに同意のリンクをクリックして、論文をダウンロードしました。

(論文査読は、匿名で行うので詳しい内容は書けませんが・・・)

タイトルからは「国際宇宙ステーションのある装置を米国人が解析した」と最初は思いましたが・・・

実際には、「自国の宇宙ステーションのある装置をその国の宇宙機関の研究者が解析した」内容でした。

自国の宇宙ステーションを単独で持てる国はいま世界で1つしかありません。

映画『ゼログラビティ』、『オデッセイ』の中で米国の宇宙飛行士を救うのは、その国(世界第二位の経済大国)の設備です。

その国の有人宇宙開発の最先端を知りたくてこの査読を引き受けました。


 
火星砂漠研究基地MDRSでの風船による地形空撮は、Team Nippon (Crew165)の実験テーマの1つです。私は日本での支援担当です。2015-2016年度は、ドローンの使用が禁止になったので、風船を利用した模擬火星地形の観測について検討しました。ローバの運用と上空からの運用支援検討のための予備実験です。

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火星気球と火星ローバの連携運用概念図
30メートル上空ぐらいから小さな丘の向こう側の地形を事前に観測することを目標にしています。今回の実験では、模擬地形作成のために上空から写真を撮ること、および表面の状態を観測することを目的にしています。

以下は、小中学生の理科実験程度の計算です。

1.風船による浮力の計算

0℃、1 atmのとき密度は
 ヘリウムガス 0.1786 g/L
 空気 1.293 g/L

 差(浮力) 1.1144 g/L

直径28cmの風船の体積 V=4/3 x 3.14 x 14^3 = 11488 (cm3) 約11.5 L
ただし、ボンベの中のヘリウムガスは9.5Lなので、浮力は1.1144 g/L x 9.5 L = 10.5 (g)

 風船と取り付け部分(糸や袋)の質量 4 (g)
 おもり用の妖怪メダル1枚 4 (g)

実験では妖怪メダルを入れない場合には浮き上がりましたが、1個入れた場合には浮き上がりませんでした。
全体質量8(g)  <  浮力10.5(g)のはずだが  (充てん時に少しヘリウムガスが漏れた・・・)

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妖怪メダル なし 天井へ

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妖怪メダル 1枚(4g) 床へ落ちた

2.カメラの搭載について
仮に100g程度(GoPro HERO4 Session, 74g)の小型カメラを上空に上げたいと思った場合、100(L)ぐらいのヘリウムガスを充てんする必要があります。そのとき直径60cmぐらいの風船が必要になります。

大型風船を日本国内で購入し、事前に大容量のヘリウム缶を米国内で調達する必要があることが分かりました。MDRSの半径250km以内に大きな都市はありません。中継基地のコロラド州グランドジャンクションで購入可能かどうか調査する必要があります。


つづく
 
つくば医工連携フォーラム2016に参加してきました。
特別講演「有人火星探査の医学的リスクと医工連携の必要性」(村井正JAXA参事)について、私のメモをもとに簡単に報告します。

まず、NASA Design Reference Missions for Flexible Pathを示し、ISS、月と比較した場合の有人火星探査の医学的な特徴を次のようにまとめていました。

・桁違いの地球からの距離
・帰還困難性
・多量の放射線被ばく
・少人数閉鎖環境によるストレス
・急病
・異文化
・未知のリスク
※量的のみならず、質的に異なるリスク



以下は、予稿集に掲載されている概要からの引用です(つくば医工連携フォーラム2016)。
有人火星探査を想定した場合、医学的観点から、これまでの半年程度のISS滞在と比較して、困難な課題が存在する。
・火星往復のための宇宙船、火星滞在施設の物理的制限
・地球から人類未経験の距離を長期にわたって離れることの物理的心理的影響
・長期間の無重力環境の後の火星上の1/3G環境への遭遇
・Van Allen帯の外に長期間出ることによる多量の放射線被ばく

次に、有人火星探査のような深宇宙での長期滞在の医学的リスクの軽減について

NASA HRP Path to Risk Reduction for a Planetary Missionを示し、この報告書は、ISSの運用を2024年まで延長すれば、現在アンコントロール(赤)な要因の多くを部分的コントロール(黄)にできると主張している。(ただし、演者はこの内容を懐疑的に見ていました)

*この報告書でも2024年時点でも、行動コンディショニング、飛行中の医療能力に加え、や放射線の被ばくについては2024年でもアンコントロールである。

次に、数名の宇宙飛行士による往復3年程度の火星探査ミッションを仮定すると、
南極基地などの類似環境における統計から推定すれば、ミッション中に生命に危険を及ぼす可能性のある緊急事態が起こる可能性は十分高い。

これまでのISSでの医学イベント(対象は日本人だけではない)を検証したところ、
一般的な病気は不整脈である。その他には、泌尿器?、歯科領域が想定される。不整脈は、過去にロシア人宇宙飛行士の例がある。緊急帰還リスクは0.1%以上と想定される。

(この部分に計算の根拠となる数字がありましたが、きちんと記録できませんでした。下記の参考文献をもとに自分でもきちん計算します。)
南極でのデータを例に計算すると、7名、2.4年で計算した場合、有人火星探査では
3-6回のうち1回の緊急帰還リスク、
10年で1人自殺する可能性がある。

まとめ
有人火星探査のためには、個別のリスクつぶしではなく、医学と工学の有機的な連携による医療システムの開発が必要である。

引用文献
NASA’S EFFORTS TO MANAGE HEALTH AND HUMAN PERFORMANCE RISKS FOR SPACE EXPLORATION, October 29, 2015, Report No. IG-16-003
NASA JSC, Evidence Report:Risk of Adverse Cognitive or Behavioral Conditions and Psychiatric Disorders, August 24, 2015

 
昨日、THE MARTIANを視聴しました。
アレス3(アキダリア平原)からアレス4(スキャパレリ盆地)への3200キロの遠征で起こったトラブルの部分(下の図の青い線の右下半分)がカットされていることに気が付きました。

インタビュー映像で、監督が言っていました。最初、脚本家は原作に忠実に原稿を作成してくれた。ただし、それを映像化すると、4時間の映画になってしまう。結局、マーク・ワトニーが生き延びるために試行錯誤している部分や、最後の大遠征の一部がカットされたのだと思います。

また、専門家しかその意味に気が付かないような映像もところどころにあります。映像に解説がないので、一般の方はその意味に気が付かないでしょう。小説には、それらの意味がわかるように説明されています。映画をわかりやすくするために、細かい部分を簡略化することはあるでしょう。

そして私が一晩考えたのが、「小説を読むのが先か、映画を見るのが先か?」
小説を先に読まない方がいいと思います。1つ1つ問題を乗り越えていく部分が映画ではかなりカットされているので、小説を先に読んでしまうと純粋に映画を楽しめなくなるからです。(あくまで個人的な意見ですが)

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アレス3からアレス4に至る範囲の火星地図(西経30度~東経30度、北緯40度~南緯10度、線の間隔は10度)
*NASA/JPL Mars Global Surveyorに搭載されている高精度レーザー高度測定器で得られた1ピクセルあたり1/128度の高密度地形データを利用して、著者がカシミール3Dで作図。

Kindle版


上下巻別






 
1月22日(金)つくば医工連携フォーラムに参加するついでに、閉鎖環境適応訓練設備を見学しようと計画していましたが、最近の「宇宙飛行士の精神心理健康状態評価手法の高度化を目指す有人閉鎖環境滞在研究」被験者募集のニュースの影響か、予約が取れませんでした。しかたなく1月15日(金)15時からの見学を予約し、1週間早く筑波宇宙センターに行きました。参加者は30人くらいいました。

宇宙兄弟で取り上げられ一般に知られるはるか昔、15年以上前に学会で長期閉鎖環境が被験者の特性及びストレス対処法に与える影響についての話を聞いてから存在を知っていましたが、一度も見学していませんでした。(日米ロの閉鎖居住実験施設を訪問し、実験にも参加しているのに、今までJAXAの施設を訪問していませんでした。)

見学ツアーは約70分で、JAXAの紹介ビデオ、「きぼう」運用管制室、宇宙飛行士養成アリアと続きます。宇宙飛行士養成アリアの一部を以下に紹介します。

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閉鎖環境適応訓練設備模型(縮尺1/20)


平面図(JAXAホームページへのリンク) 上の模型の写真とちょうど対応しています。

20160115-2.jpg
閉鎖環境適応訓練設備

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奥のモジュールが見えるように撮りました

20160115-4.jpg
ヘッドダウンベットレスト 頭を下に6度傾けた状態で横になることで、宇宙にいるのと同じ状態を作り出します。

20160115-5.jpg
宇宙飛行士が宇宙で生体計測などに使う機器類です。

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宇宙飛行士の若田さんがISSで着ていた衣類です。

20160115-7.jpg
若田さんの靴です(WAKATAと名前も書いてあります)。つま先が足袋のように分かれています。紐のかけ方が普通のシューズより簡単です。

20160115-8.jpg
こちらは宇宙食の展示です。

さて来週は、筑波の産総研に 特別講演「有人火星探査の医学的リスクと医工連携の必要性」村井正 参事 JAXA有人宇宙ミッション部門 宇宙飛行士運用技術ユニット 宇宙医学生物学研究グループ を聴講しに行きます。



 
マーク・ワトニーが生存できたシナリオについて小説をもとに計算しました。よくわからない部分については私が設定を仮定しています。すべての物質を質量に換算して、Sol 0-504(MAV到着)までを計算した結果の一部を以下に示します。設定条件を変更すればまた違った結果になります。あくまで生存できた一例だと考えてください。

計算の前提条件
・水初期貯蔵量:300L(液体)
・酸素初期貯蔵量:50L(液体)
・二酸化炭素初期貯蔵量:40L(液体)
・MAVでの二酸化炭素の生産:0.5L/h(液体)
・ヒドラジン:292L(液体)
・ジャガイモ:1500kcal/日分を生産・・・100g当たり76kcal、たんぱく質0.1g、脂肪1.6g、炭水化物17.6g、繊維1.3g (生化学量論でモデル化)
・ジャガイモ200日分を収穫
・HABでは、水再生(再生率90%)、二酸化炭素回収・還元、酸素生産
・ローバでは水、二酸化炭素の回収再生なし
・EVAでは水2L/Sol使い捨て(かなり理想的な数値に設定)
・爆発による反応を考慮してない

主なイベント
Sol 32 火星大気からの二酸化炭素生産、水の生産開始
Sol 72 Pathfinderへ向けHAB出発
Sol 94 HABへ帰還
Sol 119 ジャガイモ全滅、200日分のジャガイモが残る
Sol 449 HABシャットダウン、Ares4 MAVに向けてHAB出発
Sol 504 MAV到着

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残存食料の変動
1500kcal/Solと考えて何日分の食料が残っているかを示している。Sol 119で200日分の食料(じゃがいも)を確保している。

20160107-2.png
酸素、二酸化炭素の変動
Sol32からCO2の生産をMAVで開始し、ヒドラジンのH2を利用して水を生成する。植物の光合成により二酸化炭素が減り、酸素が増える。ジャガイモが全滅したSol119以降は、装置を利用した二酸化炭素の回収・還元、酸素生成、水再生のみを実施する。

20160107-3.png
水の変動
水初期貯蔵量300Lに、さらに水313Lを生産する。生命維持用の50Lを除き植物栽培に利用する。ただし、蒸散水を回収して水を再利用する。ローバでの遠征中、EVA中は、二酸化炭素や水の回収は実施しない。

 
******最後の記事は、本の内容から離れます*****


米国でThe Martian(邦題:オデッセイ)が公開された日、一人のNASAの研究者から私達に1通の電子メールが発せられた。

私達とは、NASAの各センターにいる研究者、NASAのコントラクターのエンジニア、米国の大学研究者、そして唯一の日本人の私、40名くらいを意味しています。

タイトルは Let’s do the math (映画の中でマーク・ワトニーが発する言葉)

1年くらい前に買った「火星の人」も読んでなかったし、日本で公開していない映画も見ていないし、その時は意味が良くわかりませんでした。

「火星の人」を読み終わって、このストーリは、有人宇宙探査の生命維持を専門にする研究者にとって、面白い計算例題になることに気が付きました。小説中には具体的な数字がたくさん出てきます。

方法や数字が述べられているから、なおさらこのSF小説を荒唐無稽なものに感じるのですが・・・、惑星間移動、火星居住、火星表面移動の3つの局面すべてを含んでいるので、この3つを専門にする私にとっては非常に面白い題材になります。

早速、計算を始めるとしようか・・・・

 
Sol 505
MAVに入ってシステムチェックを済ませ、起動。MAVが生命維持環境になるのを待つ。
MAVには通信回線があり、久しぶりにNASAとの通信が可能なる。
水を無駄にするな、尿を捨てるなとNASAから指示が届く。理由は、この後の作業に大きく影響するからです。

MAVは火星の低軌道にのるように設計されている。それに必要な速度は4.1km/s。しかしヘルメスのフライバイは5.8km/sです。ヘルメスに到達するためにMAVを軽くする必要があります。同時に、燃料を何とかして増加させる必要もあります。

JPL(ジェット推進研究所)からの指示書によると以下のようになります。
MAVは元々19397kgの燃料を火星で生産できる水素を持ってきている。水素1キロで燃料13キロが製造できます。ワトニーが持っている550リットルの水を電気分解して60キロの水素をつくる。その水素から780キロの燃料を作る。これで300キロのペイロードを増やせる。
*水電気分解とサバチエ反応を利用したメタンの生成だと思いますが、生産量が合わない。生産効率の問題か?

打ち上げ重量は12600キロ強、燃料が増えても7300キロしか打ち上げできない。そのためMAVから5000キロ以上取り除く案がJPLから送られてきた。
・ 火星サンプル500kg
・ 乗客が6人から1人に減った(スーツと装備を含む)500kg
・ 加速カウチ5つ、重要でないギア、医療用キット、工具キット、船内装備、ストラップ、その他固定されていないもの。
固定されているものでは、生命維持系全部(EVAスーツを着用するため不要)・・・タンク、ポンプ、ヒーター、エア・ライン、CO2吸収システム、船殻内部断熱材
MAVをヘルメスから遠隔操縦するためEVAスーツ着用でも大丈夫らしい(通常は無人で遠隔操縦着陸)。有人宇宙船を遠隔操縦した前例はない。

・5つあるバッテリーうち3つ、予備の電力系統、予備スラスター、第二、第三コム・システム(バックアップコムなしで遠隔操縦)。もし上昇中にコム・システムが壊れたら、再補足に時間がかかりすぎて手遅れ(その場合には失敗)、バックアップシステムは不要。

・ 船首エアロック400kg、窓、船殻パネル19 (穴をハブのキャンバス地でふさぐ)
・ 与圧室の奥のパネル、補助燃料ポンプ、第一ステージエンジン

失敗の想定確立4パーセント


Sol 548
ヘルメス側でも人工重力を作り出すための宇宙船の回転を止めて、捕獲の準備を完了
MAV側準備完了、打ち上げは明日。
誤差は予定ルートの1メートル以内、予定速度の2cm/s以内
これまでの改造により打ち上げ時のGは12ぐらいになるようです。

Sol 549
世界中が見守る中、MAV上昇、メインエンジン停止、(目標高度よりかなり低いらしい、速度問題なし)
ヘルメス側では、レーダーで周期的に位置確認、最終軌道を計算

計算結果、捕獲速度は11m/s、捕獲距離は68km、捕獲までの時間は39分12秒

ここからは、イオンエンジン、姿勢制御スラスター、EVAスーツのグローブに穴(リークさせて推進)、ヘルメスVAL爆破で29m/sの加速・・・
注)VAL: Vehicular Airlock、小説には書いてありませんが船外活動用のエアーロック

最終的に、ヘルメスとMAVの 距離は22メートル以内、相対速度は12m/sに

最後は、有人起動ユニットMMU(Manned Maneuvering Unit)を利用して加速、テザー(紐を利用)も併用

速度ゼロ、捕獲

2人がエアーロックに、ドア閉鎖、(上昇中Gで失神、肋骨2本骨折)

ヒューストン、そして世界中で歓声・・・

ミッションデイ687(地球時間、火星時間Solでのカウント終了)

 

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