ちきゅうは、海洋研究開発機構（JAMSTEC）地球深部探査センター（CDEX）の地球深部探査船（掘削船）[1][2]。運航・管理及び掘削業務は、当初はJAMSTECの自主運用、2006年からはシードリル社の協力の下でグローバルオーシャンディベロップメント(GODI)社が行ってきた[3]が、2008年からは日本マントル・クエスト社によって行われている[4]。
日本・米国が主導する統合国際深海掘削計画（IODP）において中心的な掘削任務を担当しており、巨大地震・津波の発生メカニズムの解明、地下に広がる生命圏の解明、地球環境変動の解明、そして、人類未踏のマントルへの到達という目標を掲げている。なお、船名の「ちきゅう」は一般公募で選ばれた。
海底は地上と比べて地殻が薄い（アイソスタシー）こともあり、掘削調査による地球物理学や海洋地質学の研究に適した場所とされている。1960年代初頭にアメリカ合衆国が着手したモホール計画を端緒として、60年代後半の深海掘削計画（DSDP：後に国際化してIPOD）、1985年からは国際深海掘削計画（ODP）といった掘削調査が順次に進められてきた[5]。
1980年代後半、日本の科学技術庁は、21世紀の地球科学関連研究の飛躍的発展のために最も効果的な施策についての検討を行った。この際に、ODPによる貢献が非常に高く評価された。しかし、これらの諸掘削調査で用いられた掘削船は、DSDPでは「グローマー・チャレンジャー」、ODPでは「JOIDES・リゾリューション」と、いずれもライザーレス掘削にしか対応していないという技術的な限界を抱えていた。このことから、1989年に発表された報告書では、この限界を解決した新型の掘削船を開発し、国際協力のもとで研究を進める必要性が特記された。これを受けて、1990年、政府の科学技術会議は新しい深海掘削船を開発して深海掘削計画を強化することを答申し、同年より、JAMSTECにおいて新たな深海掘削システムの研究および技術開発が着手された[1][5]。
1992年から1994年にかけて設計および要素技術の研究開発が行われ、ライザー掘削システムの導入を基本とした技術計画案が作成された。1995年からは全体システムに関する研究に移行し、本船設計と主要システム、概念設計などが取りまとめられた。そして1999年からは基本設計を開始。2000年3月には、三菱重工業が全体の取りまとめと掘削部分の開発、三井造船が船体部分を担当する建造契約が締結された[1]。そして2001年度の政府予算原案の国会承認に伴って建造は正式に承認され、2001年4月25日に三井造船玉野事業所で起工された。これによって建造されたのが本船である[5]。
船型は凹甲板型とされ、船体の前方には大きな箱型の上部構造物が配された。上甲板上7層、下1層の甲板に船橋と居住区画が設けられているほか、上端には30人乗りの大型ヘリコプターにも対応できるヘリコプター甲板が設けられている。1本の掘削期間は6ヶ月を想定しており、このために乗組員は1ヶ月おきにヘリコプターで交代するほか、長期間の船上生活を求められる研究者に配慮して、居住区の大半が1人個室とされた（1人部屋が128室、2人部屋が11室）[1]。また、外国人研究者に日本の文化に親しんでもらいながら円滑な意志疎通を図るためのレクリエーション施設として、茶室も設けられている[6]。
船体中央部には、本船の外見上の特徴となるデリック（掘削やぐら）が配されている。高さは、海面上からでも約120メートル、船底からなら130メートルと、世界一である。なおこれは日本国内にあるあらゆる橋よりも高いため、入港できる港は制限されてしまっている[1]。
主機関はディーゼル・エレクトリック方式を採用している。V型12気筒の三井12ADD30Vディーゼルエンジン（7,166 hp (5,344 kW) / 720 rpm）による主発電機（5,000 kW）6基と、V型6気筒の三井6ADD30Vディーセルエンジン（3,600 hp (2,700 kW) / 720 rpm）による補助発電機（2,500 kW）2基を備えている。このADD30Vディーセルエンジンは、国家的プロジェクトとして国内3メーカー（三井造船、川崎重工業、日立造船）が共同開発したもので、耐摩耗セラミック溶射のシリンダー（口径300mm・行程480mm）、ガス交換性に優れた一弁式給排気システムなどの最新技術が導入されている[1]。
推進器としては、船首部にサイドスラスター1基とアジマススラスター3基、船尾部にアジマススラスター3基を備えている。全力航行時は6基、通常航行は5基（中央部1基を非使用とする）、出入港時は船尾部の2基（船底が後部で跳ね上がったバトック・フロー船型部に設置されている）のみを使用するものとされている。また定点保持が求められる掘削中には、これらは自動船位保持システム（DPS）によって自動制御され、水深1,000メートルでは半径15メートル以内、水深2,000メートルでは半径30メートル以内の精度で常時保持できるようになっている[1][7]。これら推進器を制御することで、風速 3m/秒、波高 4.5m、潮流 1.5ノットの海況下においても掘削が可能である[8]。
上記の経緯により、本船ではライザー掘削システム（英語版）を備えている。これは石油プラットフォームなどによる海底油田の掘削では多用されてきたが、科学掘削船としては世界初の採用例となった[1]。
従来の掘削船で用いられていたライザーレス掘削システムではドリル・パイプだけで掘り進んでいたのに対し、本船のライザー掘削システムでは、ドリル・パイプはライザーと呼ばれる中空のパイプの中を通っている。ライザーは掘削船から海底面まで達しており、そこから先はドリル・パイプだけで掘り進んでいくことになる。ドリル・パイプの先端からは比重が大きい泥水が噴出しており、掘削孔内の壁面圧力を調整するとともに、泥水のしっくい効果によって掘削孔の崩壊を防止できる。またライザーを通じて泥水や削りかすを回収する[1]。
本船の場合、ライザーは内径533mm、1本の長さは27メートル、重量は約27トンである。水深2,500mでの掘削では、約90本をつなぐことになる。また、その内部に通じるドリル・パイプは直径140mm、長さ9.5メートルの高強度鋼管であり、先端部にはダイヤモンドなどの掘削刃がついたドリル・ビットが付けられている。地底下7,500メートルまで掘削する能力を備えている。これは世界最高の掘削能力であり、マントル物質や巨大地震発生域の試料を採取することができる。ライザーの先端部（海底面）には防噴装置（BOP）が取り付けられており、石油やガスが噴出した場合にも掘削孔内に留めることができる[1]。
船上では単に深海底掘削を行うだけではなく、掘削試料を用いた分析を行うための研究区画も備えられている。研究区画は居住区後方に配されており、上階から順に、試料の分割を行う「ラボ・ルーフデッキ」、一次的な分析を行う「コア・プロセッシングデッキ」、さらに高度な分析を行う「ラボ・ストリートデッキ」、それらを管理する「ラボ・マネージメントデッキ」の全4デッキに分かれており、総床面積は約2,300m2。掘削・採取されたコアから生じる有毒ガス（硫化水素や炭化水素）に対処するための安全措置が講じられており、陰圧管理とされている[2]。
コアの分析のため、X線コンピュータ断層撮影（CT）装置を搭載するが、これは医療用と同じものである。またサンプルの地磁気測定のため、船舶では世界初となる磁気シールド・ルームを備えている。ケイ素鋼板やコバルト系アモルフェス鋼板などによる4層の磁気シールドが施されており、地球磁場の100分の1、3.5ミリガウス以下に保たれている。また、船体動揺などの加速度のために、船上でサンプルの正確な質量を測定するのは困難とされていたが、本船では質量原器との比較補正によって正確な質量測定を可能にする計量器を開発し、搭載している[2]。
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