La Estructura de Armadura Integrada ( ITS ) de la Estación Espacial Internacional (ISS) consta de una secuencia dispuesta linealmente de armaduras conectadas sobre las cuales se montan varios componentes no presurizados, como soportes logísticos, radiadores , paneles solares y otros equipos. Proporciona a la ISS una arquitectura de autobús . Tiene aproximadamente 110 metros de largo y está fabricado en aluminio y acero inoxidable .
Todos los componentes de la armadura recibieron el nombre de sus posiciones finales planificadas: Z para 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 del Destiny y no está ni a estribor ni a babor.
Los segmentos de armadura de la ISS fueron fabricados por Boeing en sus instalaciones de Huntington Beach, California (anteriormente McDonnell Douglas), las instalaciones de ensamblaje de Michoud en Nueva Orleans, Luisiana , el Centro Marshall de vuelos espaciales en Huntsville, Alabama , y en Tulsa, Oklahoma . [ cita necesaria ] Luego, las armaduras se transportaron o enviaron a las instalaciones de procesamiento de la estación espacial del Centro Espacial Kennedy para su montaje final y pago.
El marco estructural se fabricó mediante varios procesos de fabricación, incluidos los procesos de fundición a la cera perdida , laminado en caliente de acero , fricción-agitación y soldadura TIG . [ cita necesaria ]
La primera pieza de armadura, la armadura Z1, se lanzó a bordo de la 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 posición de montaje temporal para el "truss P6 y panel solar" hasta su reubicación al final del truss P5 durante la misión STS-120. Aunque no forma parte de la armadura principal, la armadura Z1 fue la primera estructura de celosía permanente para la ISS, muy parecida a una viga, preparando el escenario para la futura adición de las armaduras o columnas principales de la estación. Está fabricado con aleaciones de acero inoxidable, titanio y aluminio.
Si bien la mayor parte del truss Z1 no está presurizado, cuenta con un puerto de mecanismo de atraque común (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 a tierra entre Unity y el truss sin un eva. [1] [2] Además, la cúpula 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 accionado eléctricamente, pero puede operarse con una herramienta portátil para acoplarle cualquier CBM pasivo. [5] El MBM del truss Z1 se usó solo una vez, para contener temporalmente a PMA-2 , mientras el laboratorio Destiny estaba atracado en el nodo Unity durante STS-98 . Desde la instalación del cercano truss S0 en abril de 2002, el acceso al MBM ha estado bloqueado.
En octubre de 2007, el elemento de armadura 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 albergar los CMG, los equipos de comunicaciones y los contactores de plasma; Además, Z1 ahora se conecta 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 reactivación. En 2013, se pretendía colocar el módulo propulsor encima 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 afirmó 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 Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer , cuyo motor le permitió mantener una órbita muy baja.)
El truss S0 (también llamado Center Integrated Truss Assembly Starboard 0 Truss ) forma la columna vertebral central de la Estación Espacial. Se colocó en la parte superior del módulo de laboratorio Destiny durante la misión STS-110 en abril de 2002. El S0 se utiliza para dirigir la energía a los módulos presurizados de la estación y conducir el calor lejos de los módulos hacia las armaduras S1 y P1. La armadura S0 no está acoplada a la ISS, sino que está conectada con cuatro puntales de acero inoxidable del módulo a la estructura de armadura (MTS).
Las armaduras P1 y S1 (también llamadas armaduras de radiador térmico de babor y estribor ) están unidas a la armadura S0 y contienen carros para transportar el Canadarm2 y los astronautas a los lugares de trabajo junto con la estación espacial. Cada uno de ellos hace fluir 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. El diseño detallado, las pruebas y la construcción de las estructuras S1 y P1 fueron realizados por McDonnell Douglas (ahora Boeing) en Huntington. Playa, California. Las primeras piezas de la estructura se cortaron en 1996 y la entrega de la primera armadura se produjo en 1999.
Las armaduras P2 y S2 se planearon como ubicaciones para los propulsores de cohetes en el diseño original de la Estación Espacial Freedom . Dado que las partes rusas de la ISS también proporcionaban esa capacidad, la capacidad de reactivación del diseño de la Estación Espacial Freedom ya no era necesaria en esa ubicación. Como tal, P2 y S2 fueron cancelados. [9]
El conjunto de armadura P3/P4 fue instalado por la misión del transbordador espacial Atlantis STS-115 , lanzado el 9 de septiembre de 2006, y conectado al segmento P1. Los segmentos P3 y P4 juntos contienen un par de paneles solares , un radiador y una junta giratoria que apuntará los paneles solares y conecta P3 con 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 utilizaba en el segmento P4 y no en el resto de la estación. Luego, en diciembre de 2006, un importante recableado eléctrico de la estación realizado por STS-116 dirigió esta energía a toda la red. El conjunto de armadura 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 armadura S1. Es el módulo con destino a la estación más pesado jamás lanzado por el transbordador espacial. [10]
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 del transportador de carga sin presión (UCCAS). Las funciones principales del segmento de armadura P3 son proporcionar interfaces mecánicas, de energía y de datos para las cargas útiles conectadas a las dos plataformas UCCAS; indexación axial para seguimiento solar, o rotación de los paneles para seguir al sol, a través del SARJ; movimiento y adaptaciones en el lugar de trabajo para el Mobile Transporter . La estructura primaria P3/S3 está formada por una estructura de aluminio de forma hexagonal e incluye cuatro mamparos y seis largueros . [11] El truss S3 también admite ubicaciones de EXPRESS Logistics Carrier , el primero en ser lanzado e instalado en el período de 2009.
Los principales subsistemas de los módulos fotovoltaicos (PVM) P4 y S4 incluyen las dos alas de matriz solar (SAW), el radiador fotovoltaico (PVR), la estructura de interfaz de articulación alfa (AJIS) y el sistema de fijación de armadura Rocketdyne modificado (MRTAS) y Beta. Conjunto de cardán (BGA).
Años más tarde, se agregaron iROSA 3 y 4 frente a los paneles solares Old 3A y 4A en el truss S4 y P4 respectivamente y se agregó iROSA 5 frente al panel solar Old 1B en el truss S4 en diciembre de 2022 y junio de 2023 respectivamente.
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 se necesitan estos pequeños conectores (3,37 m de largo) para extender el truss. El truss P5 fue instalado 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 y instalado el 11 de agosto de 2007.
El truss P6 fue el segundo segmento de truss que se agregó porque contiene un gran ala de matriz solar (SAW) que generó electricidad esencial para la estación, antes de la activación del SAW en el truss P4. Originalmente se montó en la armadura Z1 y su SAW se extendió durante STS-97 , pero la SAW se dobló, por la mitad a la vez, para dejar espacio para las SAW en las armaduras P4 y S4, durante STS-116 y STS- 117 respectivamente. La misión del transbordador STS-120 (misión de ensamblaje 10A ) separó el armazón P6 del Z1, lo volvió a montar en el armazón P5, volvió a desplegar sus paneles de radiadores e intentó volver a desplegar sus SAW. Una SAW (2B) se desplegó con éxito, pero la segunda SAW (4B) desarrolló un desgarro significativo que detuvo temporalmente el despliegue en alrededor del 80 %. Esto se solucionó posteriormente y la matriz ahora está completamente implementada. Una misión de ensamblaje posterior (la STS-119 fuera de secuencia ) montó el truss S6 sobre el truss S5, lo que proporcionó un cuarto y último conjunto de paneles solares y radiadores.
Años más tarde, se agregaron iROSA 1 y 2 frente a los paneles solares Old 4B y 2B en el truss P6 y se agregó iROSA 6 frente al panel solar Old 1B en el truss S6 en junio de 2021 y junio de 2023 respectivamente.
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La principal fuente de energía de la Estación Espacial Internacional proviene de los cuatro grandes conjuntos fotovoltaicos fabricados en Estados Unidos que se encuentran actualmente en la estación, a veces denominados Solar Array Wings (SAW). El primer par de conjuntos está unido al segmento de armadura P6, que se lanzó e instaló encima del Z1 a finales de 2000 durante la misión STS-97 . El segmento P6 fue reubicado a su posición final, atornillado al segmento de armadura P5, en noviembre de 2007 durante la misión STS-120 . El segundo par de conjuntos se lanzó e instaló en septiembre de 2006 durante la misión STS-115 , pero no proporcionaron electricidad hasta la misión STS-116 en diciembre de 2006, cuando la estación recibió un nuevo cableado eléctrico. El tercer par de conjuntos se instaló durante la misión STS-117 en junio de 2007. Un último par llegó en marzo de 2009 en la misión STS-119 . Se suponía que habría más energía solar disponible a través de la Science Power Platform construida en Rusia , pero fue cancelada. [11]
Cada una de las alas del conjunto solar mide 34 m (112 pies) de largo por 12 m (39 pies) de ancho, tiene aproximadamente 1100 kg (2400 lb) de masa y es capaz de generar casi 30 kW de potencia de CC . [12] Están divididos en dos mantas fotovoltaicas, con el mástil de despliegue en el medio. Cada manta cuenta con 16.400 células fotovoltaicas de silicio , de 8 cm x 8 cm cada una, agrupadas en 82 paneles activos, cada uno compuesto por 200 células, con 4.100 diodos . [11]
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 el conjunto en toda su longitud. Los cardanes , conocidos como Beta Gimbal Assembly (BGA), se utilizan para rotar los conjuntos de manera que apunten al Sol para proporcionar la máxima potencia a la Estación Espacial Internacional. [ cita necesaria ]
Con el tiempo, las células fotovoltaicas de las alas se han ido degradando progresivamente, habiendo sido diseñadas para una vida útil de 15 años. Esto es especialmente notable con los primeros conjuntos que se lanzaron, con los armazones P6 y P4 en 2000 y 2006. Para aumentar las alas del armazón P6, en junio de 2021 y noviembre de 2022, la NASA lanzó cuatro de una versión ampliada del Roll Out. Solar Array , en dos pares, a bordo de las misiones SpaceX Dragon 2 SpaceX CRS-22 , -26 y -28 . Estos conjuntos son más livianos y generan más energía que los conjuntos existentes. Están destinados a 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 los nuevos conjuntos en los mástiles del armazón P6 . [13] Shane Kimbrough y Thomas Pesquet de la Expedición 65 llevaron a cabo con éxito el trabajo para instalar y desplegar los dos primeros conjuntos en los soportes P6 durante tres caminatas espaciales . [14] [15] [16] En noviembre y diciembre de 2022, los astronautas Francisco Rubio y Josh A. Cassada de la Expedición 68 instalaron el segundo conjunto de soportes y matrices, uno en cada uno de los armazones P4 y S4. [17] [18] [19] [20] En junio de 2023, los astronautas Stephen Bowen y Warren Hoburg de la Expedición 69 instalaron el tercer conjunto de soportes y matrices, uno en cada uno de los armazones S6 y S4. [21] Se instalará un conjunto final de conjuntos en las armaduras P4 y S6 en 2025. [22]
La junta alfa es la junta giratoria 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 Modo planeador nocturno ). Una junta rotativa Solar Alpha (SARJ) está ubicada entre los segmentos de armadura P3 y P4 y la otra está ubicada entre los segmentos de armadura S3 y S4. Cuando están en funcionamiento, estas juntas 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 puede girar continuamente utilizando 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 anillos giratorios 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. [11]
Las juntas rotativas Solar Alpha contienen conjuntos de bloqueo de accionamiento que permiten que los segmentos exteriores del ITS giren y sigan al 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 nido (TBA) para utilizar el anillo de carrera alternativo. Se llevó un DLA de repuesto a la ISS en la STS-122 . [23]
En 2007, se detectó un problema en el SARJ de estribor y en uno de los dos conjuntos de cardán beta (BGA). [24] 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 vía para solucionar el problema. [25]
La unidad de derivación secuencial (SSU) está diseñada para regular de manera aproximada la energía solar recolectada durante los períodos de insolación, cuando los paneles recolectan energía durante los períodos en que apunta el sol. Una secuencia de 82 cadenas separadas, o líneas eléctricas, conduce desde el panel solar hasta la SSU. La derivación o control de la salida de cada cadena regula la cantidad de energía transferida. El punto de ajuste de voltaje regulado está 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 el voltaje de salida por debajo de un máximo de 200 V CC para todas las condiciones de funcionamiento. Luego, esta energía 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 necesaria ]
Cada conjunto de batería, situado en los armazones S4, P4, S6 y P6, consta de 24 celdas de batería livianas de iones de litio y equipos eléctricos y mecánicos asociados. [26] [27] Cada conjunto de batería tiene una capacidad nominal de 110 Ah (396.000 C ) (originalmente 81 Ah) y 4 kWh (14 MJ). [28] [29] [30] Esta energía se suministra a la ISS a través de BCDU y DCSU respectivamente.
Las baterías garantizan que la estación nunca se quede sin energía para sostener los sistemas de soporte vital y los experimentos. Durante la parte de la órbita en la que hay 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 la vida útil esperada de 30 años de la estación. [31] [29] Las baterías y las unidades de carga/descarga de baterías son fabricadas por Space Systems/Loral (SS/L), [32] bajo contrato con Boeing . [33] Las baterías de Ni-H2 en el armazón P6 fueron reemplazadas en 2009 y 2010 por más baterías de Ni-H2 traídas por las misiones del transbordador espacial. [30] Las baterías de níquel-hidrógeno tenían una vida útil de 6,5 años y podían superar los 38.000 ciclos de carga/descarga con una profundidad de descarga del 35%. Cada batería medía 40 por 36 por 18 pulgadas (102 por 91 por 46 cm) y pesaba 375 libras (170 kg). [34] [29]
De 2017 a 2021, las baterías de níquel-hidrógeno fueron reemplazadas por baterías de iones de litio . [30] El 6 de enero de 2017, los miembros de la Expedición 50, Shane Kimbrough y Peggy Whitson, comenzaron el proceso de conversión de algunas de las baterías más antiguas de la ISS a las nuevas baterías de iones de litio. [30] Los miembros de la Expedición 64, Victor J. Glover y Michael S. Hopkins, concluyeron la campaña el 1 de febrero de 2021. [35] [36] [37] [38] Existen varias diferencias entre las dos tecnologías de baterías. Una diferencia es que las baterías de iones de litio pueden soportar el doble de carga, por lo que sólo se necesitó la mitad de baterías de iones de litio durante el reemplazo. [30] [29] Además, las baterías de iones de litio son más pequeñas que las antiguas baterías de níquel-hidrógeno. [30] Aunque las baterías de iones de litio suelen tener una vida útil más corta que las baterías 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 han sido diseñadas para 60.000 ciclos y diez años de vida útil. mucho más larga que la vida útil de diseño de las baterías Ni-H2 originales de 6,5 años. [30]
El Mobile Base System (MBS) es una plataforma (montada en el Mobile Transporter) para los brazos robóticos Canadarm2 y Dextre que los transporta 108 metros por rieles entre las armaduras S3 y P3. [39] Más allá de los rieles, Canadarm2 puede pasar por encima de la junta rotativa alfa y reubicarse para sujetar los accesorios en la armadura S6 y P6. Durante la misión STS-120, el astronauta Scott Parazynski montó el sensor Orbiter Boom para reparar un desgarro en el panel solar 4B.
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