第3章

誕生：宇宙の体重計

浮上質量法の出発点は、国際宇宙ステーション（ISS）のような無重量環境で質量を測る「宇宙の体重計（Space Balance／Space Scale）」の研究です。無重量下では重さを量れないため、質量を慣性から求める必要があります。宇宙飛行士の体重管理は、ISSでの医学上の要件です。

地上試験装置：運動量の変化から質量を求める

空気軸受で浮かせた質量 M を土台に衝突させ、土台が受けた力積 ∫Fdt と、衝突前後の速度 v₁、v₂ を測ります。∫Fdt = M(v₁ − v₂) から質量を求めます。

図：宇宙の体重計の地上試験装置（Rev. Sci. Instrum., 1999）

Y. Fujii, H. Fujimoto, S. Namioka, "Mass measurement under weightless conditions", Rev. Sci. Instrum., Vol.70, No.1, pp.111–113, 1999.
Y. Fujii, H. Fujimoto, R. Watanabe, Y. Miki, "Balance for measuring mass under microgravity conditions", AIAA Journal, Vol.39, No.3, pp.455–457, 2001.

宇宙飛行士を測る

宇宙飛行士の体にベルトで装置を固定し、ゴムひもと力センサを介して基準となる質量と結び、力と加速度から m = F/α として質量を求める設計です。地上モデルで、精度（ばらつき）1.6% rms、正確さ0.4%を得て、体重計測の要件を満たす見通しを得ました。名古屋での放物線飛行（Gulfstream II、1回あたり約20秒の無重量）で試験しています。

図：最新の宇宙の体重計の設計（放物線飛行試験用）

図：ジェット機の放物線飛行による無重量試験

Y. Fujii, K. Shimada, "Instrument for measuring the mass of an astronaut", Meas. Sci. Technol., Vol.17, No.10, pp.2705–2710, 2006.
Y. Fujii, K. Shimada, "The space scale: An instrument for astronaut mass measurement", Trans. Jpn. Soc. Aeronaut. Space Sci., Vol.50, No.170, pp.251–257, 2008.
Y. Fujii, K. Shimada, M. Yokota, S. Hashimoto, Y. Sugita, H. Ito, "Mass measuring instrument for use under microgravity conditions", Rev. Sci. Instrum., Vol.79, No.5, 056105, 2008.
Y. Fujii, K. Shimada, K. Maru, "Instrument for measuring the body mass of astronauts under microgravity conditions", Microgravity Sci. Technol., Vol.22, No.1, pp.115–121, 2010.

そして、新たな問いが生まれた

地上試験装置を作る中で、二つの問いが生まれました。力の不確かさをどう知るか。空気軸受の摩擦をどう知るか。前者が力センサの動的校正（4章）へ、後者が空気軸受の摩擦計測（6章）へとつながり、さらに材料試験機（7章）へと広がりました。

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誕生：宇宙の体重計

地上試験装置：運動量の変化から質量を求める

宇宙飛行士を測る

そして、新たな問いが生まれた

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