Estructura de celosía integrada

La estructura de celosía integrada ( ITS ) de la Estación Espacial Internacional (ISS) consiste en una secuencia de celosías conectadas en forma lineal en la que se montan varios componentes sin presión, como transportadores logísticos, radiadores , paneles solares y otros equipos. Proporciona a la ISS una arquitectura de bus . Tiene aproximadamente 110 metros de largo y está fabricado en aluminio y acero inoxidable .

Vista de EVA de los paneles solares de la ISS y la estructura de celosía de acero. El revestimiento blanco son paneles de Kevlar para proteger de los micro-meteoroides.
Elementos de la ISS a agosto de 2019 .

Vista en gran altura de la estructura de acero de la armadura, los radiadores del lado de babor y los paneles solares, en 2019

Todos los componentes de la armadura recibieron el nombre de sus posiciones finales planificadas: Z para el cenit, S para estribor y P para babor, y el número indica la posición secuencial. El truss S0 podría considerarse un nombre inapropiado, ya que está montado centralmente en la posición cenital de Destiny y no está ni a estribor ni a babor.

Fabricación

El astronauta de la NASA Reid Wiseman inspecciona el marco de acero de la estructura de celosía

Los segmentos de celosía de la ISS fueron fabricados por Boeing en sus instalaciones de Huntington Beach, California , Michoud Assembly Facility en Nueva Orleans, Louisiana , Marshall Space Flight Center en Huntsville, Alabama , y en Tulsa, Oklahoma . [ cita requerida ] Las cerchas fueron luego transportadas o enviadas a la Instalación de Procesamiento de la Estación Espacial del Centro Espacial Kennedy para su ensamblaje final y verificación.

El marco estructural se realizó mediante varios procesos de fabricación, incluidos los procesos de fundición de inversión , laminado en caliente de acero , fricción-agitación y soldadura TIG . [ cita requerida ]

Truss Z1

Truss Z1
Z1 Truss está encima del módulo

La primera pieza de celosía, la celosía Z1, se lanzó a bordo del STS-92 en octubre de 2000. Contiene los conjuntos de giroscopio de momento de control (CMG), cableado eléctrico, equipo de comunicaciones y dos contactores de plasma diseñados para neutralizar la carga eléctrica estática de la estación espacial. .

Otro objetivo del truss Z1 era servir como una posición de montaje temporal para el "truss P6 y panel solar" hasta su reubicación al final del truss P5 durante STS-120. Aunque no forma parte de la armadura principal, la celosía Z1 fue la primera estructura de celosía permanente para la ISS, muy parecida a una viga, preparando el escenario para la futura incorporación de las principales armaduras o columnas vertebrales de la estación. Está hecho de acero inoxidable, titanio y aleaciones de aluminio.

Si bien la mayor parte del truss Z1 no está presurizado, cuenta con un puerto Common Berthing Mechanism (CBM) que conecta su nadir con el puerto cenital de Unity y contiene una pequeña cúpula presurizada que permitió a los astronautas conectar correas eléctricas de tierra entre Unity y el truss sin un EVA. [1] [2] Además, el domo dentro del CBM de Z1 se puede utilizar como espacio de almacenamiento. [3]

El truss Z1 también cuenta con un anillo de mecanismo de atraque manual (MBM) orientado hacia adelante. [4] Este MBM no es un puerto y no está presurizado ni alimentado eléctricamente, pero se puede operar con una herramienta de mano para atracar cualquier CBM pasivo . [5] El MBM del truss Z1 se usó solo una vez, para contener temporalmente PMA-2 , mientras que el laboratorio de Destiny estaba atracado en el nodo Unity durante STS-98 . Desde la instalación de la cercha S0 cercana en abril de 2002, se ha bloqueado el acceso al MBM.

En octubre de 2007, el elemento de celosía P6 se ​​desconectó de Z1 y se trasladó a P5; P6 ahora estará conectado permanentemente con P5. El truss Z1 ahora se utiliza únicamente para alojar los CMG, el equipo de comunicaciones y los contactores de plasma; Además, Z1 se conecta ahora únicamente a Unity (Nodo 1) y ya no alberga otros elementos de la estación espacial.

En diciembre de 2008, Ad Astra Rocket Company anunció un acuerdo con la NASA para colocar una versión de prueba de vuelo de su propulsor de iones VASIMR en la estación para hacerse cargo de las tareas de reinicio. En 2013, se pretendía colocar el módulo propulsor en la parte superior de la armadura Z1 en 2015. [6] La NASA y Ad Astra firmaron un contrato para el desarrollo del motor VASIMR por hasta tres años en 2015. [7] Sin embargo, en 2015 La NASA puso fin a los planes para volar el VF-200 a la ISS. Un portavoz de la NASA declaró que la ISS "no era una plataforma de demostración ideal para el nivel de rendimiento deseado de los motores". [8] (Un ejemplo de una nave espacial que utilizó un propulsor de iones para mantener su órbita fue el Explorador de circulación oceánica en estado estable y campo de gravedad , cuyo motor le permitió mantener una órbita muy baja).

"> File:Different views of the Z1 Truss.ogvReproducir medios
Una animación que muestra diferentes vistas del Z1 Truss que fue instalado en la Estación Espacial Internacional por la tripulación del STS-92.
Esta foto de 2001 muestra la configuración alternativa del truss, en el que Z1 Truss era un elemento crítico entre los paneles solares y los módulos.
El comandante de la Expedición 11 Sergei K. Krikalev dentro de la cúpula de celosía Z1.

Celosía S0

Celosía S0
Estructura de montaje de acero con truss S0 que se conecta al laboratorio de EE. UU.

La celosía S0 (también denominada Ensamblaje central integrado de celosías Starboard 0 Truss ) forma la columna vertebral central de la Estación Espacial. Se adjuntó en la parte superior del módulo de laboratorio de Destiny durante STS-110 en abril de 2002. S0 se utiliza para enrutar la energía a los módulos de la estación presurizada y conducir el calor desde los módulos hacia las armaduras S1 y P1. El truss S0 no está acoplado a la ISS sino que está conectado con cuatro puntales de acero inoxidable del Módulo a la Estructura del Truss (MTS).

Armazones P1, S1

Truss S1
Truss P1

Las cerchas P1 y S1 (también llamadas cerchas del radiador térmico del lado de babor y estribor ) están unidas a la cercha S0 y contienen carros para transportar el Canadarm2 y los astronautas a los lugares de trabajo junto con la estación espacial. Cada uno fluye 290 kg (637 lb) de amoníaco anhidro a través de tres radiadores de rechazo de calor. El truss S1 se lanzó en STS-112 en octubre de 2002 y el truss P1 se lanzó en STS-113 en noviembre de 2002. McDonnell Douglas (ahora Boeing) en Huntington llevó a cabo el diseño detallado, las pruebas y la construcción de las estructuras S1 y P1 Playa, CA. Las primeras partes se cortaron para la estructura en 1996 y la entrega de la primera armadura se produjo en 1999.

Armazones P2, S2

Las armaduras P2 y S2 se planearon como ubicaciones para propulsores de cohetes en el diseño original de la Estación Espacial Freedom . Dado que las partes rusas de la ISS también proporcionaron esa capacidad, la capacidad de reinicio del diseño de la Estación Espacial Freedom ya no era necesaria en esa ubicación. Entonces P2 y S2 fueron cancelados. [9]

Conjuntos de celosía P3 / P4, S3 / S4

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Los componentes y el despliegue del truss P3 / P4 en detalle (animación)
Truss P3 / P4
Truss S3 / S4

El conjunto de celosía P3 / P4 fue instalado por la misión del transbordador espacial Atlantis STS-115 , lanzado el 9 de septiembre de 2006 y unido al segmento P1. Los segmentos P3 y P4 juntos contienen un par de paneles solares , un radiador y una junta giratoria que apuntará a los paneles solares y conecta P3 a P4. Tras su instalación, no fluía energía a través de la junta giratoria, por lo que la electricidad generada por las alas del panel solar P4 solo se usaba en el segmento P4 y no en el resto de la estación. Luego, en diciembre de 2006, un importante recableado eléctrico de la estación por STS-116 enrutó esta energía a toda la red. El conjunto de celosía S3 / S4, una imagen especular de P3 / P4, fue instalado el 11 de junio de 2007 también por el transbordador espacial Atlantis durante el vuelo STS-117 , misión 13A y montado en el segmento de celosía S1.

Los principales subsistemas P3 y S3 incluyen el sistema de fijación de segmento a segmento (SSAS), la junta rotativa Solar Alpha (SARJ) y el sistema de fijación de transporte de carga sin presión (UCCAS). Las funciones principales del segmento de truss P3 son proporcionar interfaces mecánicas, de energía y de datos a las cargas útiles conectadas a las dos plataformas UCCAS; indexación axial para seguimiento solar, o rotación de las matrices para seguir el sol, a través del SARJ; movimiento y alojamiento en el lugar de trabajo para el transportador móvil . La estructura primaria P3 / S3 está hecha de una estructura de aluminio de forma hexagonal e incluye cuatro mamparos y seis largueros . [10] El truss S3 también es compatible con las ubicaciones de EXPRESS Logistics Carrier , primero en ser lanzado e instalado en el marco de tiempo de 2009.

Los principales subsistemas de los módulos fotovoltaicos P4 y S4 (PVM) incluyen las dos alas de matriz solar (SAW), el radiador fotovoltaico (PVR), la estructura de interfaz de unión alfa (AJIS) y el sistema de fijación de armadura Rocketdyne modificado (MRTAS) y Beta Conjunto de cardán (BGA).

Armazones P5, S5

Celosía P5
Truss S5

Las armaduras P5 y S5 son conectores que soportan las armaduras P6 y S6, respectivamente. La longitud de los conjuntos de truss P3 / P4 y S3 / S4 estaba limitada por la capacidad del compartimento de carga del transbordador espacial , por lo que estos conectores pequeños (3,37 m de largo) son necesarios para extender el truss. El truss P5 se instaló el 12 de diciembre de 2006, durante el primer EVA de la misión STS-116 . El truss S5 fue puesto en órbita por la misión STS-118 e instalado el 11 de agosto de 2007.

Armazones P6, S6

Celosía P6
Truss P6 después de la reubicación
Truss S6

La celosía P6 fue el segundo segmento de celosía que se agregó porque contiene un ala de matriz solar grande (SAW) que generó electricidad esencial para la estación, antes de la activación de la SAW en la celosía P4. Originalmente se montó en el truss Z1 y se extendió su SAW durante STS-97 , pero el SAW se dobló, mitad a la vez, para dejar espacio para los SAW en los trusses P4 y S4, durante STS-116 y STS- 117 respectivamente. La misión de transbordador STS-120 (misión de ensamblaje 10A ) separó el truss P6 de Z1, lo volvió a montar en el truss P5, volvió a desplegar sus paneles de radiador e intentó volver a desplegar sus SAW. Un SAW (2B) se implementó con éxito, pero el segundo SAW (4B) desarrolló un desgarro significativo que detuvo temporalmente el despliegue en alrededor del 80%. Esto se corrigió posteriormente y la matriz ahora está completamente implementada. Una misión de ensamblaje posterior (el STS-119 fuera de secuencia ) montó el truss S6 en el truss S5, que proporcionó un cuarto y último conjunto de paneles solares y radiadores.

Galería de Trusses

  • Truss Z1 (arriba) y Unity Module (abajo) de STS-92 en octubre de 2000

  • El truss S0 (arriba) de STS-110 17 de abril de 2002

  • Elemento de celosía ISS S1 instalado en STS-112 10 de octubre de 2002

  • Elemento de celosía ISS P1 instalado en STS-113 28 de noviembre de 2002

  • El conjunto de celosía P3 / P4 se instaló durante la STS-115 el 13 de septiembre de 2006. Los astronautas dan escala a la imagen.

  • El conjunto de truss S3 / S4 recién instalado durante el primer EVA de la misión STS-117 el 11 de junio de 2007.

  • El transbordador espacial Descubrimiento 's Canadabrazo-1 robóticas manos brazo a la sección de la armadura a P5 de la Estación Espacial Internacional Canadabrazo-2 durante la misión del transbordador STS-116 en diciembre de 2006.

  • El transbordador espacial Endeavour se acerca a la Estación Espacial Internacional durante la misión STS-118 con la sección de celosía S5 lista para ser instalada.

  • Vista de EVA del marco de acero estructural

  • Fabricación de piezas finales de truss S3 en NASA Michoud

  • Estación Espacial Internacional el 5 de noviembre de 2007 después de la reubicación del conjunto de celosía P6 (extremo derecho) por STS-120

  • La estación espacial, que muestra el ensamblaje de truss completo (a marzo de 2009)

Matrices solares

Vista cercana de la matriz solar doblada como un acordeón.

La principal fuente de energía de la Estación Espacial Internacional proviene de las cuatro grandes matrices fotovoltaicas de fabricación estadounidense que se encuentran actualmente en la estación, a las que a veces se hace referencia como Solar Array Wings (SAW). El primer par de matrices se adjunta al segmento de celosía P6, que se lanzó e instaló en la parte superior de Z1 a finales de 2000 durante STS-97 . El segmento P6 se ​​trasladó a su posición final, atornillado al segmento de truss P5, en noviembre de 2007 durante STS-120 . El segundo par de matrices se lanzó e instaló en septiembre de 2006 durante STS-115 , pero no proporcionaron electricidad hasta STS-116 en diciembre de 2006 cuando la estación recibió un recableado eléctrico. El tercer par de matrices se instaló durante STS-117 en junio de 2007. Un par final llegó en marzo de 2009 en STS-119 . Se debía haber disponible más energía solar a través de la Science Power Platform construida en Rusia , pero fue cancelada. [10]

Cada una de las alas de la matriz solar mide 34 m (112 pies) de largo por 12 m (39 pies) de ancho, tiene aproximadamente 1.100 kg (2.400 lb) de masa y es capaz de generar casi 30 kW de potencia de CC . [11] Se dividen en dos mantas fotovoltaicas, con el mástil de despliegue en el medio. Cada manta tiene 16.400 celdas fotovoltaicas de silicio , cada celda de 8 cm x 8 cm, agrupadas en 82 paneles activos, cada uno de 200 celdas, con 4.100 diodos . [10]

Cada par de mantas se dobló como un acordeón para una entrega compacta al espacio. Una vez en órbita, el mástil de despliegue entre cada par de mantas despliega la matriz en toda su longitud. Los cardanes , conocidos como Beta Gimbal Assembly (BGA), se utilizan para rotar las matrices de modo que miren hacia el Sol y proporcionen la máxima potencia a la Estación Espacial Internacional. [ cita requerida ]

Con el tiempo, las células fotovoltaicas de las alas se han degradado gradualmente, habiendo sido diseñadas para una vida útil de 15 años. Esto es especialmente notable con los primeros arreglos que se lanzaron, con los Trusses P6 y P4 en 2000 y 2006. Para aumentar el ala, de 2021 a 2022, la NASA lanzará seis versiones ampliadas del Roll Out Solar Array a bordo de tres SpaceX Dragon. 2 misiones, SpaceX CRS-22 , CRS-23 y CRS-24 . Estos arreglos son más livianos y generan más energía que los arreglos existentes. Están pensados ​​para desplegarse a lo largo de la parte central de las alas hasta dos tercios de su longitud. Los miembros de la Expedición 64 iniciaron el trabajo para instalar soportes para las nuevas matrices en las latas de mástil de celosía . [12]

Junta rotativa solar alfa

La junta Alpha es la junta rotativa principal que permite que los paneles solares sigan el sol; en funcionamiento nominal, la articulación alfa gira 360 ° en cada órbita (sin embargo, consulte también el modo Night Glider ). Una junta rotativa Solar Alpha (SARJ) está ubicada entre los segmentos de celosía P3 y P4 y la otra está ubicada entre los segmentos de celosía S3 y S4. Cuando están en funcionamiento, estas uniones giran continuamente para mantener las alas del panel solar en los segmentos de la armadura exterior orientadas hacia el sol. Cada SARJ tiene 10 pies de diámetro, pesa aproximadamente 2500 libras y se puede rotar continuamente usando conjuntos de cojinetes y un sistema de servocontrol. Tanto en el lado de babor como en el de estribor, toda la energía fluye a través del conjunto de transferencia de servicios públicos (UTA) en el SARJ. Los conjuntos de anillo rodante permiten la transmisión de datos y energía a través de la interfaz giratoria para que nunca tenga que desenrollarse. El SARJ fue diseñado, construido y probado por Lockheed Martin y sus subcontratistas. [10]

Las juntas rotativas Solar Alpha contienen conjuntos de bloqueo de transmisión que permiten que los segmentos exteriores del ITS giren y sigan el sol . Un componente del DLA es un piñón que se acopla con el anillo de carrera que sirve como engranaje principal . Hay dos anillos de carrera y dos DLA en cada SARJ que brindan redundancia en órbita, sin embargo, se requeriría una serie de caminatas espaciales para reposicionar los DLA y los conjuntos de rodamientos trundle (TBA) para utilizar el anillo de carrera alternativo. Se llevó un DLA de repuesto a la ISS en STS-122 . [13]

En 2007, se detectó un problema en el SARJ de estribor y en uno de los dos conjuntos de cardán beta (BGA). [14] Se habían producido daños debido al desgaste excesivo y prematuro de una pista en el mecanismo de articulación. El SARJ se congeló durante el diagnóstico del problema, y ​​en 2008 se aplicó lubricación a la pista para solucionar el problema. [15]

Acondicionamiento y almacenamiento de energía

La unidad de derivación secuencial (SSU) está diseñada para regular de manera aproximada la energía solar recolectada durante los períodos de insolación, cuando las matrices recolectan energía durante los períodos de orientación solar. Una secuencia de 82 cadenas o líneas eléctricas separadas conduce desde el panel solar hasta la SSU. La derivación o el control de la salida de cada cadena regula la cantidad de energía transferida. El punto de ajuste de voltaje regulado es controlado por una computadora ubicada en el IEA y normalmente se establece en alrededor de 140 voltios. La SSU tiene una función de protección contra sobretensión para mantener la tensión de salida por debajo de 200 V CC como máximo para todas las condiciones de funcionamiento. Esta energía luego pasa a través del BMRRM a la DCSU ubicada en la IEA. La SSU mide 32 por 20 por 12 pulgadas (81 por 51 por 30 cm) y pesa 185 libras (84 kg). [ cita requerida ]

Cada conjunto de batería, situado en los Trusses S4, P4, S6 y P6, consta de 24 celdas de batería de iones de litio livianas y equipos eléctricos y mecánicos asociados. [16] [17] Cada conjunto de batería tiene una capacidad nominal de 110  Ah (396 000  C ) (originalmente 81 Ah) y 4 kWh (14 MJ). [18] [19] [20] Esta energía se alimenta a la ISS a través de la BCDU y la DCSU, respectivamente.

Las baterías garantizan que la estación nunca se quede sin energía para sustentar los experimentos y los sistemas de soporte vital. Durante la parte de la órbita de la luz solar, las baterías se recargan. Las baterías de níquel-hidrógeno tenían una vida útil de 6,5 años, lo que significa que fueron reemplazadas varias veces durante los 30 años de vida esperada de la estación. [21] [19] Las baterías y las unidades de carga / descarga de baterías son fabricadas por Space Systems / Loral (SS / L), [22] bajo contrato con Boeing . [23] Las baterías de Ni-H2 en el truss P6 fueron reemplazadas en 2009 y 2010 con más baterías de Ni-H2 traídas por las misiones del Transbordador Espacial. [20] Las baterías de níquel-hidrógeno tenían una vida útil de 6,5 años y podían superar los 38.000 ciclos de carga / descarga a una profundidad de descarga del 35%. Cada batería mide 40 por 36 por 18 pulgadas (102 por 91 por 46 cm) y pesa 375 libras (170 kg). [24] [19]

De 2017 a 2021, las baterías de níquel-hidrógeno fueron reemplazadas por baterías de iones de litio . [20] El 6 de enero de 2017, los miembros de la Expedición 50 , Shane Kimbrough y Peggy Whitson, comenzaron el proceso de convertir algunas de las baterías más antiguas de la ISS en las nuevas baterías de iones de litio. [20] Los miembros de la Expedición 64 Victor J. Glover y Michael S. Hopkins concluyeron la campaña el 1 de febrero de 2021. [25] [26] [27] [28] Hay una serie de diferencias entre las dos tecnologías de batería. Una diferencia es que las baterías de iones de litio pueden soportar el doble de carga, por lo que solo se necesitaron la mitad de las baterías de iones de litio durante el reemplazo. [20] [19] Además, las baterías de iones de litio son más pequeñas que las antiguas baterías de níquel-hidrógeno. [20] Aunque las baterías de iones de litio suelen tener una vida útil más corta que las de Ni-H2, ya que no pueden soportar tantos ciclos de carga / descarga antes de sufrir una degradación notable, las baterías de iones de litio de la ISS se han diseñado para 60.000 ciclos y diez años de vida útil. mucho más que la vida útil de diseño de las baterías Ni-H2 originales de 6,5 años. [20]

Sistema base móvil

El Mobile Base System (MBS) es una plataforma (montada en el Mobile Transporter ) para los brazos robóticos Canadarm2 y Dextre que los lleva 108 metros por rieles entre el truss S3 y P3. [29] Más allá de los rieles, Canadarm2 puede pasar por encima de la junta rotativa alfa y reubicarse para sujetar los accesorios en el truss S6 y P6. Durante STS-120, el astronauta Scott Parazynski montó el sensor Orbiter Boom para reparar un desgarro en el panel solar 4B.

Elemento Vuelo Fecha de lanzamiento Longitud
(m) 		Diámetro
(m) 		Masa
(kilogramo)
Truss Z1 3A— STS-92 11 de octubre de 2000 4.6 4.2 8.755
Armadura P6: matriz solar 4A— STS-97 30 de noviembre de 2000 18,3 10,7 15,824
Celosía S0 8A— STS-110 8 de abril de 2002 13,4 4.6 13,971
Truss S1 9A— STS-112 7 de octubre de 2002 13,7 4.6 14,124
Truss P1 11A— STS-113 23 de noviembre de 2002 13,7 4.6 14,003
Armazón P3 / P4: panel solar 12A— STS-115 9 de septiembre de 2006 13,7 4.8 15,824
Truss P5 — espaciador 12A.1— STS-116 9 de diciembre de 2006 3.37 4.55 1.864
Truss S3 / S4: panel solar 13A— STS-117 8 de junio de 2007 13,7 10,7 15,824
Truss S5 — espaciador 13A.1— STS-118 8 de agosto de 2007 3.37 4.55 1.818
Truss P6: panel solar (reubicación) 10A— STS-120 23 de octubre de 2007 18,3 10,7 15,824
Truss S6: panel solar 15A— STS-119 15 de marzo de 2009 13,7 10,7 15,824
Componentes de la armadura ISS

Planos técnicos

  • Diseño Z1 Truss

  • Diseño S0 Truss

  • Diseño de truss P1 / S1

  • Diseño de celosía P3 / 4 / S3 / 4

  • Diseño de truss P5 / S5

  • Diseño de truss P6 / S6

  • Science Power Platform  - Módulo ISS cancelado
  • Fabricación de la Estación Espacial Internacional  - Fabricación de los elementos de la ISS
  • Montaje de la Estación Espacial Internacional  - Proceso de montaje de la Estación Espacial Internacional
  • Lista de vuelos espaciales a la Estación Espacial Internacional  - artículo de la lista de Wikipedia

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  2. ^ "Informe sobre el estado de la estación espacial internacional, 13 de junio de 2005" .
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  • NASA Flash ITS Interactivo