El Experimento de Materiales de la Estación Espacial Internacional ( MISSE ) es una serie de experimentos montados externamente en la Estación Espacial Internacional (ISS) que investiga los efectos de la exposición a largo plazo de materiales al duro entorno espacial.
El proyecto MISSE evalúa el rendimiento, la estabilidad y la capacidad de supervivencia a largo plazo de los materiales y componentes planificados para su uso por la NASA, las empresas comerciales y el Departamento de Defensa (DOD) en futuras misiones de órbita terrestre baja (LEO), órbita sincrónica y espacio interplanetario . La Instalación de Exposición de Larga Duración (LDEF), que se recuperó en 1990 después de pasar 68 meses en LEO, reveló que los entornos espaciales son muy hostiles para muchos materiales y componentes de naves espaciales. El oxígeno atómico , que es la especie atómica más frecuente que se encuentra en la órbita terrestre baja, es altamente reactivo con los plásticos y algunos metales, lo que causa una erosión grave .
Además , debido a la falta de un filtro atmosférico, existe una radiación ultravioleta extrema que deteriora y oscurece muchos plásticos y revestimientos. El vacío en el espacio también altera las propiedades físicas de muchos materiales. Los impactos de meteoritos y desechos artificiales en órbita pueden dañar todos los materiales expuestos en el espacio. Los efectos combinados de todos estos entornos sobre las naves espaciales solo pueden investigarse en el espacio. MISSE evalúa los materiales que se utilizan actualmente y los que se planea utilizar en futuras misiones espaciales. [1]
El programa MISSE es un sucesor directo de las Cargas Útiles de Efectos Ambientales Mir (MEEPs) que estuvieron acopladas durante más de un año al Módulo de Atraque Mir de la estación espacial Mir entre los vuelos del transbordador STS-76 y STS-86 ; [2] y es un descendiente de la Instalación de Exposición de Larga Duración . También se puede rastrear el origen de las MEEPS a las bandejas de muestra de Matriz Óptica Pasiva (POSA) que volaron en STS-1 y STS-2 , y su sucesor Efectos de la Interacción del Oxígeno con Materiales (EOIM) en STS-3 y STS-5 .
En el proyecto MISSE se están probando alrededor de 1.508 muestras, que van desde componentes como interruptores, sensores y espejos hasta materiales como polímeros , revestimientos y compuestos . También se están evaluando materiales biológicos como semillas, esporas y varios tipos de bacterias. Cada material de la misión tuvo que ser probado individualmente en el laboratorio antes de ser seleccionado. La prueba definitiva para los materiales es cuando se los expone al entorno espacial. En el laboratorio, cada material solo puede exponerse a un entorno simulado particular a la vez. En el espacio, se los expone a todos los entornos a la vez. Además de probar nuevos materiales, MISSE también abordará cuestiones relacionadas con los materiales actuales, como los que se utilizan en los satélites de comunicaciones que están plagados de fallas prematuras de los paneles de energía de las células solares. También se probarán nuevas generaciones de células solares con una vida útil esperada más larga.
En el MISSE también se probarán los recubrimientos utilizados para controlar la absorción de calor y las temperaturas de emisión de los satélites. El entorno hostil del espacio limita la vida útil de los recubrimientos. Se probarán nuevos recubrimientos, que se espera que sean mucho más estables en el espacio y, por lo tanto, tengan una vida útil más larga. En el MISSE también se abordará un problema importante para una exploración tripulada de Marte: proteger a la tripulación de los rayos cósmicos muy energéticos que se encuentran en el espacio interplanetario. En el MISSE se probarán nuevos conceptos de escudos ligeros. Se planean estructuras de membrana ultraligeras para velas solares, grandes espejos inflables y lentes. También se investigarán los efectos de los impactos de micrometeoroides en estos materiales. [1]
Los datos de MISSE (MISSE 1 a 7) ya están disponibles para el público a través de una cuenta registrada en http://materialsinspace.nasa.gov/. En la medida de lo posible, la NASA ha intentado recopilar experimentos MISSE anteriores y poner los datos a disposición del público. Los investigadores siguen recopilando datos y agregándolos a la base de datos MISSE.
Los materiales seleccionados para la misión se colocan en contenedores pasivos para experimentos (PEC, por sus siglas en inglés) con forma de maletín. Los PEC se utilizan para transportar experimentos hacia y desde la ISS. Durante una EVA, se colocan sobre pasamanos o en una instalación de experimentos expuesta de la ISS. Los contenedores se abren por completo (360°) de modo que las dos superficies con experimentos estén orientadas en direcciones opuestas. Los experimentos se fotografían varias veces durante su estancia en el exterior, si es posible, normalmente siempre que surge una oportunidad debido a una EVA programada. Después de la exposición en el espacio, el MISSE se recupera de la misma manera en que se desplegó y las muestras de material se prueban para ver si aún tienen las propiedades únicas necesarias para completar las misiones espaciales. Los MISSE tienen detectores activos y pasivos para dar una lectura del historial temporal, o una lectura de lo que sucedió con los materiales en ciertos puntos del tiempo. De vuelta en tierra, se realizarán pruebas para determinar los efectos de su exposición. Estas pruebas determinarán qué materiales son lo suficientemente fuertes para sobrevivir en el espacio.
Originalmente, se había planeado que los MISSE-1 y 2 permanecieran en servicio durante aproximadamente un año y los MISSE-3 y 4 durante hasta tres años. Debido a que la flota de transbordadores quedó en tierra tras el desastre del transbordador espacial Columbia, fue necesario realizar cambios en estos planes. Los MISSE 1 y 2 proporcionaron los datos de tres años y los MISSE 3 y 4 proporcionaron los datos de un año. [3]
El primer y segundo conjunto de experimentos fue lanzado por el transbordador espacial Discovery , durante la misión STS-105 , el 10 de agosto de 2001 y contenía 910 muestras de diversos materiales. [4] Se instaló en dos pasamanos de esclusa de aire separados ubicados en la esclusa de aire conjunta Quest y los tanques de gas de alta presión. [5]
El 30 de julio de 2005, durante la primera EVA de la misión STS-114 , se recuperaron ambos experimentos. [6]
Este fue el tercer experimento MISSE lanzado, aunque el quinto MISSE PEC. MISSE-5 fue lanzado por el transbordador espacial Discovery en la misión STS-114 , el 26 de julio de 2005 y contenía 254 especímenes de diversos materiales. [7] Fue instalado en el armazón P6 y un año después, durante la tercera EVA de la misión STS-115 el 15 de septiembre de 2006, se recuperó el paquete MISSE-5. [8]
El MISSE-5 contenía tres investigaciones. Un experimento, el Experimento de Células Solares de Tecnología Avanzada (FTSCE), una prueba de rendimiento de 36 células solares para su uso en futuras naves espaciales. La segunda investigación midió la degradación de más de 200 materiales flexibles en el entorno espacial. El tercer experimento involucró al PCSat-2 , que proporcionó un sistema de comunicaciones y puso a prueba la solución comercial del Servicio de Satélites Amateur para el comando y control de telemetría. El MISSE-5 fue el primer experimento activo de la serie MISSE. Requería energía y podía comunicarse con la Tierra a través del PCSat-2. [9]
El cuarto y quinto conjunto de experimentos MISSE (MISSE PEC3 y MISSE PEC4) fueron lanzados por el transbordador espacial Discovery , durante la misión STS-121 , el 3 de agosto de 2006 y contenían 875 especímenes de diversos materiales. [10] El MISSE-3 fue instalado en uno de los tanques de alta presión alrededor de la esclusa de la tripulación y el MISSE-4 en el extremo exterior de la esclusa de aire conjunta Quest por la tripulación de la Expedición 13. [11] Un año después, durante la cuarta EVA de la misión STS-118 el 18 de agosto de 2007, se recuperaron los experimentos MISSE-3 y 4. [12]
Los MISSE 3 y 4 también cumplieron una función educativa: transportaron aproximadamente ocho millones de semillas de albahaca que fueron entregadas a niños para experimentos científicos, con el fin de estimular el interés en la ciencia espacial. [3]
El sexto conjunto de experimentos MISSE, denominados 6A y 6B, fue lanzado por el transbordador espacial Endeavour durante la misión STS-123 el 13 de marzo de 2008 y contiene más de 400 muestras de diversos materiales. [13] Se instaló en la instalación de carga útil externa Columbus . Se intentó la instalación durante la tercera EVA , sin embargo, la caja no encajó inicialmente en el soporte. [14] Se instaló con éxito durante la quinta EVA. [15]
Tanto MISSE 6A como 6B fueron recuperados durante la primera EVA de la misión STS-128 y regresaron a la Tierra en septiembre de 2009. [16] [17]
El séptimo conjunto de experimentos MISSE se ubicó en un adaptador de carga útil ExPRESS (ExPA) [18] : 6 en el ExPRESS Logistics Carrier 2. [ 19] Fueron llevados a la estación (en ELC-2) en noviembre de 2009 a bordo de la misión STS-129 .
MISSE-7 está compuesto por dos contenedores de experimentos pasivos (PEC) del tamaño de una maleta, identificados como MISSE 7A y MISSE 7B. Una vez instalados en el exterior de la ISS por los astronautas que caminaban por el espacio, los PEC se abrieron. La orientación de MISSE 7A era hacia el espacio/hacia la Tierra, mientras que MISSE 7B estaba orientada hacia adelante/atrás en relación con la órbita de la ISS. Tanto MISSE 7A como MISSE 7B contenían experimentos activos y pasivos. Los experimentos pasivos están diseñados para la evaluación previa y posterior al vuelo en laboratorios terrestres. Al ser una novedad en el programa MISSE, los experimentos activos están diseñados para interactuar con los sistemas de energía y comunicación de la ISS, lo que permite transmitir datos a la Tierra.
MISSE-7 también contenía experimentos montados en su base ExPA. Estos experimentos incluían SpaceCube , que fue desarrollado por ingenieros del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA y es un sistema reconfigurable de alto rendimiento basado en los FPGA comerciales Virtex-4 de Xilinx diseñados para aplicaciones de vuelos espaciales que requieren un procesamiento a bordo intensivo en computación. El propósito de MISSE-7 SpaceCube era servir como un banco de pruebas "en órbita" para demostrar la ejecución de programas "reforzados por software contra la radiación" y técnicas de detección y corrección de errores que ayudarán a permitir el uso de dispositivos de procesamiento comerciales en el espacio. [20]
Los experimentos activos en 7A incluyeron el Experimento de Xilinx-Sandia de Eventos Únicos Desestabilizados [18] : 35 que detectó efectos de radiación en circuitos FPGA activos y detectó más eventos desestabilizados en latitudes altas y en la Anomalía del Atlántico Sur . [18] : 20
El Laboratorio de Investigación Naval manejó la responsabilidad principal del MISSE 7A, mientras que el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea , la NASA, Boeing , otros colaboradores de la industria y el mundo académico tuvieron experimentos en el MISSE 7B. [21]
Los dos PEC fueron recogidos para regresar a la Tierra durante la misión STS-134.
La misión STS-134 , lanzada en mayo de 2011, entregó el experimento MISSE PEC8 y devolvió a la Tierra a MISSE PEC7A y PEC7B. MISSE-7 había estado en la ISS desde su entrega en la misión STS-129 . [23]
En la STS-134 MISSE-8 solo había un PEC; la tripulación de la STS-135 agregó la placa de exposición MISSE-8 ORMatE-III a la segunda montura MISSE.
Se programó que el PEC MISSE-8 y la placa de exposición ORMatE-III se recuperaran en febrero de 2014 mediante una EVA. Fueron devueltos dentro de la cápsula SpaceX Dragon como parte de la misión SpX-3 . [24]
La plataforma Materials ISS Experiment Flight Facility (MISSE-FF) ofrece la posibilidad de probar materiales, revestimientos y componentes u otros experimentos de mayor envergadura en el duro entorno del espacio, algo que es prácticamente imposible de hacer de forma colectiva en la Tierra. Las pruebas en órbita terrestre baja (LEO) permiten realizar pruebas integradas de cómo reaccionan los materiales a la exposición a la radiación ultravioleta (UV), el oxígeno atómico (AO), la radiación ionizante, el vacío ultraalto (UHV), las partículas cargadas, los ciclos térmicos, la radiación electromagnética y los micrometeoroides en el entorno de la LEO.
MISSE-FF es una continuación de las cargas útiles de vuelo MISSE 1 a MISSE 8, pero es un diseño completamente nuevo que elimina la necesidad de actividades extravehiculares (EVA) para las operaciones MISSE. MISSE-FF es un esfuerzo cooperativo entre Alpha Space y el Programa ISS, y está diseñado con una estructura base y aviónica que residen en la ISS durante la duración de la ISS. Los portadores de muestras MISSE (MSC) se conectan y luego se recuperan utilizando el ISS Canadarm 2. Los MSC se lanzan hasta la instalación y luego regresan a la Tierra al final del período de prueba. MISSE-FF se opera robóticamente desde el suelo sin interfaces de tripulación planificadas requeridas para las operaciones de la instalación, excepto para cargar futuros portadores de muestras MISSE (MSC) en la bandeja de transferencia para transportar los MSC a través de la esclusa de aire JEM y, posteriormente, descargar los MSC de la bandeja de transferencia y preparar los MSC para regresar a la Tierra. La instalación es un desarrollo de nueva tecnología y sistemas que no estaban disponibles anteriormente para la comunidad de ciencia de materiales. Una característica nueva, que no estaba disponible en el pasado, es la capacidad de cada MSC de tomar fotografías de cada muestra mensualmente (o con mayor frecuencia si es necesario), que se proporciona a cada investigador principal para monitorear el estado de su muestra/experimento durante su tiempo en órbita. Los MSC de MISSE también ofrecen opciones de energía y datos para experimentos que requieren recopilación de datos y/o energía para sus experimentos. MISSE-FF ofrece cuatro direcciones de visualización espacial para probar muestras o experimentos: Ram (vista hacia adelante mientras la ISS se mueve en su órbita), Wake (vista detrás de la ISS similar a la estela de un barco en el agua), Zenith (vista lejos de la Tierra hacia el espacio profundo y hacia el sol) y Nadir (vista hacia abajo hacia la Tierra). Los científicos prueban la durabilidad del material o del componente, como la degradación acelerada, la adherencia a la contaminación espacial y la pérdida de masa.
El Proyecto MISSE es un esfuerzo cooperativo administrado por el Centro de Investigación Langley de la NASA . Entre los participantes se incluyen: el Centro Espacial Johnson de la NASA , el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA , el Centro de Investigación Glenn de la NASA , el Laboratorio de Propulsión a Chorro , el Laboratorio de Materiales del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea , el Laboratorio de Investigación Naval , [25] Infosight Corporation y Boeing Phantom Works . La integración del MISSE del transbordador espacial y la ISS está a cargo de la Dirección de Integración de Carga Útil del Transbordador Espacial y la ISS del Departamento de Defensa de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos.
