2024年1月に国際宇宙ステーションで2つの最先端の3Dプリントプロジェクトが開始される

国際宇宙ステーション（ISS）は、2023年12月に予定されている補給ミッション中に再び3Dプリント実験を受ける予定であり、宇宙探査におけるこの技術の役割が拡大していることを示している。ノースロップ・グラマンによるNASA向け20回目の商業補給サービスミッションは、遅くとも2024年1月29日までにフロリダ州ケープカナベラル宇宙軍基地からファルコン9ロケットで打ち上げられ、2つの3Dプリントプロジェクト、すなわち3D軟骨細胞培養実験と欧州宇宙機関（ESA）向けの金属3Dプリンターを届ける予定で、微小重力下での3Dプリント技術の革新的な使用と、宇宙科学と探査に革命をもたらす可能性を強調するものである。

ESA の 3D プリントミッション<br /> このミッションで大いに期待されているアイテムの 1 つは、ESA の金属 3D プリンターであり、宇宙での自律的な半導体製造に向けた重要な一歩となります。さらに、このプリンターは、地球上で製造された金属と比較して、印刷された金属形状が微小重力下でどのように機能するかを研究します。この実験から得られる知見は、月や火星の将来の居住地を含む宇宙ミッションのための新たな製造技術の開発に極めて重要となる可能性がある。

ESAの金属3Dプリンタープロジェクトは、ESAの宇宙飛行士アンドレアス・モゲンセン氏が率いるフギンミッションと密接に関連しており、同氏は他の欧州の科学実験の運営も監督する予定だ。このミッションは、北欧神話の思考の象徴であるカラスのフギンにちなんで名付けられており、国際宇宙ステーションから科学的知識を収集し、普及するというモーゲンセンの目標を反映している。

△SpaceX Crew-7、Huginnロゴ

モーゲンセン氏はスペースX社のクルードラゴンのパイロットを務め、この役職に就く初のヨーロッパ人宇宙飛行士となる。 ISS滞在中、モーゲンセン氏は金属物体の3Dプリントの監視を含む20以上の欧州の科学実験を監督する予定だ。微小重力という特殊な条件下での金属 3D プリンターの正常な動作と結果は、将来の宇宙探査と居住のための製造技術の進歩にとって非常に重要です。この技術実証機は、宇宙での工具や部品の製造および修理の方法に革命をもたらす可能性があります。

宇宙の新たな章<br /> このプリンターは、宇宙での金属形状の膨張と収縮を地球上の金属形状と比較します。 Metals 3D プロジェクトは、ESA が主導し、複数の産業界および学術界のパートナーが参加する共同プロジェクトです。このプロジェクトの主な貢献者は、エアバス（EPA：AIR）、イタリアの航空宇宙企業ハイフテック・エンジニアリング、フランスの金属3Dプリント大手アドアップ、クランフィールド大学です。

△国際宇宙ステーション向け金属3Dプリンター

トゥールーズのエアバス防衛宇宙チームがこのプロジェクトを管理しており、プリンターのコンポーネントと電源を統合し、宇宙環境との互換性を確保する責任を負っています。

クランフィールド大学は、レーザーやステンレス鋼線を含むエネルギーおよび材料の供給メカニズムを担当しています。

●Highftech Engineering は、機械ハウジングの製造と流体管理システムの統合を担当しました。

AddUp（FivesとMichelinの合弁会社）は、プリンターを制御するPLC（プログラマブルロジックコントローラー）や地上管制と通信するインターフェースなど、プリンターの内部構造とメカニズムの作成に重要な役割を果たしました。

国際宇宙ステーションにプリンターを送る計画は2024年1月に予定されているが、将来に向けた計画はすでに進行中である。

3D軟骨細胞培養<br /> 2 つ目の注目すべきプロジェクトは、区画化された軟骨組織構造と呼ばれる 3D 軟骨細胞培養です。これは、微小重力下で健康な軟骨を維持する方法を探る生物学的実験です。微小重力は軟骨の変性を引き起こす可能性があるため、この研究は長期ミッションに携わる宇宙飛行士にとって極めて重要である。この研究の影響は広範囲に及び、宇宙と地球上で軟骨損傷を治療する新たな方法につながるだろう。この画期的なプロジェクトは、治療への応用を目的とした組織研究の発展に尽力してきたコネチカット大学の生物医学工学教授、ユペン・チェン氏の指導の下で開発された。

このプロジェクトでは、革新的な技術を使用して、関節内の柔軟な組織である軟骨を成長させます。これは、軟骨を成長させるためのミニ実験室のような、特殊な多区画組織工学構造 (MTEC) を使用します。 MTEC システムは、軟骨が成長し、健康を維持するために必要な自然条件に近い環境を作り出すように設計されています。チェン氏のチームは、国際宇宙ステーションの微小重力環境を利用して、地球上での関節炎、癌、神経疾患などの病気の治療に革命をもたらす可能性のある生体材料を作成するというNASAとの契約を結んでいる。

宇宙医学
MTEC コアには 2 つの主な機能があります。1 つ目は、軟骨細胞が繁殖するための安定した基盤を提供することです。この基盤は、体の自然な環境を模倣し、細胞が正常に成長できるようにするため、非常に重要です。 2 番目の機能は、軟骨の健康維持に重要な役割を果たす、必須の RNA (リボ核酸) 分子を軟骨細胞に送達することです。宇宙では重力がなくなり、これらの細胞の平均的な成長と健康が脅かされるため、それらは極めて重要です。陳氏と彼のチームが率いるISSの実験は、軟骨などの組織の再生に不可欠なヤヌス塩基ナノマテリアル（JBN）などの新しい生体材料の製造に焦点を当てる予定だ。

「このプロジェクトは、組織再生のためのDNAにヒントを得たJanusベースのナノマテリアルの宇宙での製造戦略のロードマップを作成するものです」とチェン氏は述べた。「製造プロセス中に微小重力を利用することで、より秩序だったJBN構造を実現し、構造の完全性と治療効果を向上させる可能性があります。」

△陳宇鵬とチームメンバー

今後、コネチカット大学のチェン氏のチームは、より画期的な開発の達成を目指して、有望な研究を ISS 以外にも拡大していく予定です。彼らは航空宇宙企業Axiom Spaceと協力して、宇宙での高度なバイオ製造プロセスを研究している。この提携により、微小重力下で生体材料を生産するためのより高度な技術が生まれる可能性があります。アクシオムの宇宙飛行運用に関する専門知識は、2025年後半に最初のモジュールの打ち上げを予定しているアクシオムの商用宇宙ステーションでの長期ミッションへの道を開く可能性もある。こうした将来の取り組みは、宇宙で製造されるバイオメディカル製品の商業化の先駆けとなることを目指しており、地球上の医療に革命をもたらす可能性があります。

これらのプロジェクトはなぜ重要なのでしょうか?
微小重力下での 3D プリントには、必要なツールやコンポーネントをオンデマンドで製造したり、地球から大量の貨物を輸送する必要性を減らしたりなど、多くの利点があります。 ISS には、Redwire のバイオファブリケーション施設 (BFF) や、2014 年に ISS に持ち込まれた微小重力用に設計された最初の 3D プリンターである Zero Gravity 3D Printing Experiment など、いくつかの 3D 印刷実験が送られてきました。

人類が月や火星への深宇宙ミッションを追求するにつれて、宇宙で重要な部品や生物学的材料を製造し、維持する能力が重要になります。今後の補給ミッションは単なる科学実験以上の意味を持つ。宇宙旅行がより安全になり、宇宙医学がより進歩し、宇宙での製造が現実になる未来への一歩なのだ。この実験はまた、月やそれ以降の人類の探査への道を切り開く先駆的な研究センターとしての国際宇宙ステーションの役割を浮き彫りにしている。

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