El Segmento Orbital de Estados Unidos ( USOS ) es el nombre que reciben los componentes de la Estación Espacial Internacional (ISS) construidos y operados por la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio de los Estados Unidos (NASA), la Agencia Espacial Europea (ESA), la Agencia Espacial Canadiense (CSA ). ) y la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA). El segmento consta de once componentes presurizados y diversos elementos externos, casi todos ellos entregados por el transbordador espacial .
El segmento es monitoreado y controlado desde varios centros de control de misión en todo el mundo, incluido el Centro Espacial Johnson en Houston, Texas , el Centro de Control Columbus en Oberpfaffenhofen , Alemania y el Centro Espacial Tsukuba en Tsukuba , Japón. Sin embargo, depende del segmento orbital ruso para el control de vuelo esencial, el mantenimiento de la estación orbital y los sistemas de soporte vital. [1]
El segmento orbital estadounidense consta de 10 módulos presurizados. De ellos, siete son habitables y tres son nodos de conexión con grandes puertos. Los puertos se utilizan para conectar los módulos entre sí o proporcionar atracaderos y muelles para naves espaciales.
Cada uno de los nodos cuenta con puertos denominados Mecanismos Comunes de Atraque (CBM). Los tres nodos tienen 4 puertos en su exterior y 1 puerto en cada extremo, 6 puertos en total. Además de los 18 puertos en los nodos, hay puertos adicionales en los módulos, la mayoría de ellos se utilizan para acoplar módulos entre sí, mientras que los puertos CBM no utilizados pueden atracar una de las naves espaciales de reabastecimiento MPLM, HTV, Dragon Cargo o Cygnus. Hay dos adaptadores PMA que cambian los puertos CBM a puertos de atraque , del tipo utilizado por Soyuz, Progress, Automated Transfer Vehicle y el antiguo Space Shuttle.
El primer componente del segmento presurizado de USOS es el Unity . En el extremo de popa de Unity se encuentra el Adaptador de acoplamiento presurizado (PMA) 1. El PMA-1 conecta Unity con el segmento ruso . Unity también está conectado a la esclusa de aire Quest en el lado de estribor, Tranquility en el lado de babor y el truss Z1 en el cenit . El laboratorio Destiny se conecta al extremo delantero, lo que conduce al resto del USOS. Las tripulaciones a bordo de la ISS también utilizan Unity para comer y compartir un tiempo de inactividad juntos. El nodo Unity fue entregado a la estación por STS-88 el 6 de diciembre de 1998. [2]
La Armonía es el nodo de conexión central del USOS. Harmony se conecta con el laboratorio Destiny en la parte de popa, el laboratorio Kibo en el lado de babor y el laboratorio Columbus en el lado de estribor. Los puertos nadir y cenit del nodo Harmony también sirven como puerto de atraque para los vehículos de reabastecimiento H-II Transfer Vehicle (HTV), Dragon y Cygnus . En el extremo delantero de Harmony se encuentra el PMA-2, que fue utilizado por los transbordadores espaciales visitantes como adaptador de acoplamiento y por futuras misiones tripuladas a la ISS. El 18 de julio de 2016, a bordo de SpaceX CRS-9, la NASA lanzó el International Docking Adapter-2, para convertir el adaptador de acoplamiento del Shuttle APAS-95 en el NASA Docking System , para ser utilizado con SpaceX Dragon 2 y Boeing Starliner . Harmony fue entregado por la misión STS-120 el 23 de octubre de 2007. [3]
El nodo Tranquility alberga los sistemas de soporte vital USOS. [4] Tranquility también alberga el módulo Cupola de siete ventanas y el módulo Leonardo en su puerto delantero. El puerto de Tranquility que mira hacia adelante está bloqueado por la estructura de armadura de la estación, mientras que el puerto que mira hacia atrás es de libre uso. Mientras que la cúpula utiliza el puerto nadir , el puerto cenital lo utilizan algunos equipos de ejercicio dentro del nodo. El puerto de estribor está conectado al nodo 1, y el lado de babor está ocupado por el PMA 3, anteriormente un respaldo para el atraque del Shuttle, que recibirá el Adaptador de Atraque Internacional -3 durante CRS-18, para permitir la conexión con Crew Dragon y Boeing. Starliner. El módulo Tranquility fue entregado por la STS-130 en febrero de 2010, junto con la Cupola . [5]
El laboratorio Destiny es el módulo de laboratorio construido en Estados Unidos. Se utiliza para investigaciones médicas, de ingeniería, biotecnológicas, físicas, de ciencias de materiales y de ciencias de la Tierra. Destiny también alberga una estación de trabajo robótica de respaldo y fue el primero de los laboratorios USOS en entregarse. Fue entregado por STS-98 el 7 de febrero de 2001. [6] El laboratorio Destiny está administrado por centros de control de misión en Houston, Texas y Huntsville, Alabama .
Columbus es un módulo de laboratorio construido por la Agencia Espacial Europea . [7] Es sede de investigaciones científicas en fluidos, biología, medicina, materiales y ciencias de la Tierra. Columbus también tiene cuatro ubicaciones de carga útil externas, utilizadas para exponer experimentos al vacío del espacio. El módulo Columbus fue entregado a la ISS por la STS-122 el 7 de febrero de 2008. [8] El Centro de Control Columbus , ubicado en Alemania , es responsable del control del módulo Columbus . [ cita necesaria ]
El laboratorio Kibo es el componente japonés del USOS. [9] Kibo tiene cuatro partes principales: el laboratorio Kibo en sí, un contenedor de carga presurizado, una plataforma científica expuesta y dos brazos robóticos. El módulo es único porque tiene una pequeña esclusa de aire, que puede usarse para pasar cargas útiles a los brazos robóticos o a los astronautas fuera de la estación. Los brazos robóticos se controlan desde una estación de trabajo dentro del laboratorio. El laboratorio se utiliza para investigaciones en medicina, ingeniería, biotecnología, física, ciencia de materiales y ciencias de la Tierra. El contenedor logístico fue la primera pieza de Kibo en llegar. Fue entregado por STS-123 en marzo de 2008. [10] El laboratorio Kibo fue entregado a la ISS por la misión STS-124 en mayo de 2008. [11] La instalación expuesta fue llevada a la ISS por la misión STS-127 en julio de 2009. [12] La Sala de Control de la Misión JEM en Tsukuba, Japón, es responsable del control de todos los elementos del laboratorio Kibo . [13]
El Quest Joint Airlock se utiliza para albergar caminatas espaciales desde el segmento USOS de la ISS. Consta de dos partes principales: la cerradura del equipo y la cerradura de la tripulación. La cerradura de equipos es donde se guardan las Unidades de Movilidad Extravehicular y se realizan los preparativos para las caminatas espaciales. La esclusa de la tripulación se despresuriza durante las caminatas espaciales. La esclusa de aire Quest fue entregada e instalada por la tripulación STS-104 en julio de 2001. [14]
El módulo Leonardo , también conocido como módulo multipropósito permanente (PMM), es un módulo utilizado como espacio de almacenamiento en la ISS. Leonardo está conectado al lado que mira hacia adelante del nodo Tranquility . El PMM fue entregado a la ISS por la misión STS-133 a principios de 2011. Originalmente el Módulo Logístico Multipropósito (MPLM) Leonardo , se convirtió para permanecer en órbita durante un período prolongado de tiempo antes de ser instalado en la ISS.
La Cúpula es un módulo de siete ventanas adjunto al módulo Tranquility . Se utiliza para la observación de la Tierra y alberga algunos equipos de gimnasio. Las siete ventanas tienen cubiertas que se cierran cuando no se utilizan, para proteger la estación del impacto de desechos espaciales. La cúpula fue entregada junto con el nodo Tranquility por la STS-130 en febrero de 2010. [5]
Los adaptadores de acoplamiento presurizados (PMA) sirven como puertos de acoplamiento en la parte USOS de la ISS. Convierte el Mecanismo de Atraque Común estándar en APAS-95 , el sistema de atraque que fue utilizado por el Transbordador Espacial y el Segmento Orbital Ruso . Actualmente, PMA-1 se utiliza para conectar el nodo Unity con el módulo Zarya en la ISS. El adaptador de acoplamiento presurizado 2 está ubicado en el extremo delantero de Harmony , mientras que el PMA-3 está ubicado en el puerto cenital del mismo nodo. [16] [ referencia circular ] PMA-2 era el principal puerto de atraque del transbordador, siendo PMA-3 su respaldo, utilizado solo unas pocas veces. Con el nuevo Programa Comercial de Tripulación y el retiro de la flota de Transbordadores, la NASA construyó el Adaptador de Atraque Internacional , para convertir PMA-2 y PMA-3 al Sistema de Atraque de la NASA . Se suponía que IDA-1 se acoplaría con PMA-2, pero se perdió en el fallo del lanzamiento de SpaceX CRS-7 . Así, el IDA-2, que fue traído por SpaceX CRS-9 y que se suponía que se acoplaría al PMA-3, fue trasladado al PMA-2. IDA-3, el reemplazo del IDA-1 perdido, se lanzó en julio de 2019 en SpaceX CRS-18 y estaba atracado en PMA-3. PMA-1 y PMA-2 se entregaron con el nodo Unity en STS-88 en diciembre de 1998. [2] El tercer PMA fue entregado por STS-92 el 11 de octubre de 2000. [17]
La Integrated Truss Structure (ITS) alberga equipos vitales en el exterior de la ISS. [18] Cada segmento de armadura recibe una designación de P o S, que indica si el segmento está en el lado de babor o estribor, y un número que indica su posición en su lado respectivo. El sistema de armadura en sí consta de 12 segmentos en total (cuatro a cada lado y un segmento central) que están conectados a la ISS mediante puntos de conexión en el módulo Destiny . [19] La decimotercera pieza, conocida como segmento de armadura Zenith-1 (Z1), está unida al módulo Unity y se usó originalmente para sostener los paneles solares P6 para proporcionar energía al USOS. El segmento Z1 alberga ahora las antenas de banda Ku y sirve como punto de enrutamiento para los cables de alimentación y datos en el exterior de la ISS. La estructura de armadura integrada está hecha de acero inoxidable , titanio y aluminio . Tiene una longitud aproximada de 110 metros y alberga cuatro conjuntos de paneles solares. Cada conjunto de paneles solares contiene cuatro paneles para un total de 16 paneles solares. Cada uno de los cuatro conjuntos de conjuntos también tiene un sistema de refrigeración asociado y un radiador para enfriar el equipo de suministro de energía. La estructura de armadura integrada también alberga el sistema de refrigeración principal de la ISS, que consta de dos bombas, dos conjuntos de radiadores y dos conjuntos de tanques de amoníaco y dos de nitrógeno. También hay varios puntos de fijación de carga útil ubicados en la estructura de armadura integrada. Estos puntos albergan las Plataformas de Estiba Externas , los Transportes Logísticos Externos, el Espectrómetro Magnético Alfa y el Sistema de Base Móvil para el Canadarm2 . El truss Z1 fue entregado por la misión STS-92 en octubre de 2000. [17] El segmento P6 se instaló en STS-97 en diciembre de 2000. [20] El truss S0 fue entregado a la ISS en STS-110 , [21] con el segmento S1 siguiendo el STS-112 . [22] El segmento P1 de la armadura fue llevado a la ISS por STS-113 , [23] seguido por el segmento P3/P4 en STS-115 , [24] y el segmento P5 en STS-116 . [25] El segmento de armadura S3/S4 fue entregado por STS-117 , [26] seguido por el segmento S5 STS-118 . [27] El último componente del segmento de armadura, el segmento S6, fue entregado por STS-119 . [28]
Las Plataformas de Almacenamiento Externo (ESP), son una serie de plataformas que se utilizan para almacenar Unidades de Reemplazo Orbitales (ORU) en la ISS. Los ESP proporcionan energía a las ORU pero no permiten el manejo de comandos ni datos. La plataforma de almacenamiento externo 1 está ubicada en el lado de babor del laboratorio Destiny y fue entregada en la misión STS-102 en marzo de 2001. [29] ESP-2 está ubicada en el lado de babor de la esclusa de aire Quest y fue llevada a la ISS por la tripulación STS-114 en 2005. [30] El ESP-3 está ubicado en el segmento de armadura Starboard 3 (S3) y fue entregado a la ISS en la misión STS-118 en agosto de 2007. [27]
Los transportadores logísticos ExPRESS (ELC) son similares a la plataforma de almacenamiento externo, pero están diseñados para transportar más carga. A diferencia de los ESP, los ELC permiten el manejo de comandos y datos. Utilizan una estructura de rejilla de acero donde se montan contenedores, cargas útiles y giroscopios montados externamente; y se pueden realizar experimentos científicos. Algunos componentes del ELC han sido construidos por la Agencia Espacial Brasileña . [31] Los transportadores de logística ExPRESS 1, ubicados en el armazón P3 inferior, y ELC 2, ubicado en el armazón S3 superior, fueron entregados por la misión STS-129 en noviembre de 2009. [32] ELC-3 fue llevado a la ISS por la tripulación STS-134 , está ubicada en la armadura P3 superior. [33] ELC-4 fue entregado e instalado en el segmento inferior del truss S3, durante la misión STS-133 . [34]
El espectrómetro magnético alfa (AMS) es un experimento de física de partículas montado en el segmento de armadura S3. El AMS está diseñado para buscar materia oscura y antimateria . En el desarrollo y construcción del AMS participaron quinientos científicos de 56 instituciones diferentes y de 16 países. El espectrómetro magnético Alpha fue entregado por la tripulación STS-134. [33]
Los componentes del MSS fueron suministrados por la Agencia Espacial Canadiense junto con MDA Space Missions . El Mobile Transporter que transporta el Mobile Base System fue diseñado y construido por Northrop Grumman bajo contrato con la NASA.
El componente principal del sistema de servicio móvil es el Canadarm2 , también conocido como Sistema de manipulación remota de la estación espacial (SSRMS). El brazo es capaz de mover cargas útiles grandes y pesadas que los astronautas no pueden manejar durante una caminata espacial. El brazo tiene una capacidad de carga útil de 116.000 kg (256.000 lb ) y 7 grados de libertad. [35] Canadarm2 también es capaz de cambiar dónde está estacionado y qué extremo se utiliza. Hay accesorios de agarre para Candarm2 en el laboratorio Destiny , el nodo Harmony , el nodo Unity y el sistema base móvil. Hay un dispositivo de agarre instalado en el módulo Zarya , pero no tiene cables de datos conectados. Una vez que estos cables estén conectados, el Canadarm2 podrá posicionarse en el exterior de Zarya y podrá soportar Actividad Extravehicular (EVA) en las cercanías del Segmento Orbital Ruso (ROS). El Canadarm2 fue ensamblado e instalado por la tripulación STS-100 a principios de 2001. [36]
El manipulador diestro de propósito especial (SPDM), también conocido como Dextre, es un robot de dos brazos que se puede conectar a la ISS, el sistema de base móvil o Canadarm2. Dextre es capaz de realizar tareas que de otro modo requerirían que las realizara un astronauta. Estas tareas incluyen cambiar unidades de reemplazo orbitales o mover ORU desde sus lugares de almacenamiento hasta donde se instalarán. El uso de Dextre puede reducir el tiempo de preparación necesario para realizar determinadas tareas y brindar a los astronautas la posibilidad de invertir más tiempo en la realización de otras tareas. El dispositivo de agarre principal de Dextre está ubicado en el laboratorio Destiny , pero también se puede montar en cualquier dispositivo de agarre motorizado en la ISS. Tiene una capacidad de carga útil de 600 kg (1300 lb) y 15 grados de libertad. [35] Dextre fue entregado a la ISS por STS-123 . [10]
El Sistema de Base Móvil (MBS) es un dispositivo similar a un vagón de ferrocarril instalado en la Estructura Integrada de Truss de la ISS. Pesa 886 kg (1953 lb ) y tiene una capacidad de carga útil de 20,954 kg (46,196 lb). [37] El MBS puede moverse desde los segmentos de armadura de estribor 3 (S3) a babor 3 (P3) y tiene una velocidad máxima de 2,5 cm/s (0,082 pies/s ). El MBS tiene cuatro PDGF que se pueden usar como soportes para Canadarm2 y Dextre , así como alojamientos para unidades de reemplazo orbital/carga útil (POA), para contener cargas útiles y unidades de reemplazo orbital (ORU). El MBS también tiene un sistema de fijación común para agarrar una barra de captura especial en las cargas útiles. También cuenta con sus propias unidades principales de distribución de computadora y video, y módulos de control remoto de energía. [38] El MBS fue entregado en STS-111 en junio de 2002. [39]
El conjunto de pluma ISS mejorado se utiliza para ampliar el alcance del Canadarm2 y proporciona capacidad de inspección detallada. Al final del brazo hay láseres y cámaras capaces de grabar con una resolución de unos pocos milímetros. La pluma también está equipada con pasamanos, de modo que pueda ayudar a los caminantes espaciales durante los EVA, como se hizo en STS-120 para reparar los paneles solares.
Hay varios módulos propuestos para ampliar el segmento orbital de EE. UU.
Los Módulos de Extensión Habitacional (HEM) se refieren a módulos propuestos construidos por los británicos y diseñados para conectarse al módulo Tranquility de la Estación Espacial Internacional . Fueron concebidos por un consorcio de ingenieros y científicos liderado por Mark Hempsell , ingeniero aeronáutico de la Universidad de Bristol . La propuesta no cuenta con el apoyo formal del gobierno británico, hasta enero de 2008 [actualizar]. Si se financiaban, los módulos debían lanzarse en algún momento de 2011. [40]
El Nodo 4, también conocido como Docking Hub System (DHS), era un módulo propuesto que se habría construido utilizando el Artículo de prueba estructural del nodo (STA) y se habría acoplado al puerto delantero del módulo Harmony . El artículo de prueba estructural se creó para facilitar las pruebas del hardware de la ISS y estaba destinado a convertirse en el Nodo 1. Sin embargo, durante la construcción, se descubrieron fallas en el diseño estructural. El Nodo 2 en construcción pasó a llamarse Nodo 1 y el STA (ex-Nodo 1) se almacenó en el Centro Espacial Kennedy (KSC). [41]
En 2011, la NASA estaba considerando un esfuerzo de diseño y desarrollo de 40 meses para el Nodo 4 que resultaría en su lanzamiento a finales de 2013. [42] Desde que se retiró el programa del Transbordador Espacial , si se hubiera tomado la decisión de construir y lanzar el Nodo 4, habría sido lanzado por un vehículo de lanzamiento Atlas V o Delta IV Heavy . [42]
Para evaluar y caracterizar las influencias y efectos de la centrífuga en relación con las reacciones humanas, las respuestas e influencias dinámicas mecánicas, se probará la demostración de la centrífuga Nautilus-X en la ISS.
Si se hubiera producido, esta centrífuga habría sido la primera demostración en el espacio de escala suficiente para efectos artificiales de G parcial . [43] El demostrador sería enviado utilizando un solo vehículo de lanzamiento Delta IV Heavy o Atlas V. El costo total de dicho demostrador estaría entre 83 y 143 millones de dólares.
En agosto de 2016, Bigelow Aerospace negoció un acuerdo con la NASA para desarrollar un prototipo terrestre de tamaño completo de Deep Space Habitation basado en el B330 en el marco de la segunda fase de Next Space Technologies for Exploration Partnerships . El módulo se llama Ampliable Bigelow Advanced Station Enhancement (XBASE), ya que Bigelow espera probar el módulo conectándolo a la Estación Espacial Internacional. [44] [45]
El 27 de enero de 2020, la NASA anunció que había dado permiso a Axiom Space para lanzar hasta tres módulos para conectarlos a la Estación Espacial Internacional. El primer módulo podría lanzarse en 2024; Actualmente se propone acoplar el primer módulo al puerto delantero del módulo Harmony , aunque eso requeriría la reubicación de PMA-2 e IDA-2 . Axiom Space planea conectar hasta dos módulos adicionales a su primer módulo central y enviar astronautas privados para habitar los módulos. [46] Tras el retiro de la ISS, al módulo Axiom se le unirán elementos adicionales, incluido un módulo térmico y de energía con una esclusa de aire, que en conjunto funcionarán como la Estación Espacial Comercial Axiom. [47]
El control operativo del segmento orbital estadounidense de la ISS lo logran la NASA y la ESA, la agencia que gestiona la parte civil del programa espacial del gobierno estadounidense .
En los primeros años de la operación de la ISS a partir de 2000, [48] gran parte del trabajo en el segmento orbital de EE. UU. fue realizado por astronautas de la NASA (aunque algunos astronautas entrenados por la NASA eran empleados de agencias espaciales gubernamentales no estadounidenses) y toda la carga y el transporte de la tripulación a la estación espacial estuvo a cargo de naves espaciales propiedad de la NASA, específicamente, del transbordador espacial . A partir de finales de la década de 2000, la NASA comenzó a contratar servicios comerciales para transportar carga a la estación espacial [49] y los servicios comenzaron en 2012. [50] Para 2020, los vuelos comerciales operativos también se encargaban del transporte de tripulaciones USOS de la ISS . [51]
En 2010, la NASA comenzó a abrir al uso comercial una cantidad limitada de su tiempo espacial y de astronautas en el segmento orbital de EE. UU. En 2005, el Congreso de Estados Unidos autorizó que uno de los varios Laboratorios Nacionales de Estados Unidos existiera a bordo de la ISS, y allí se pudieran realizar investigaciones comerciales. Se creó el Centro para el Avance de la Ciencia en el Espacio (CASIS) para operar el laboratorio. En septiembre de 2009, Nanoracks firmó el primer contrato con la NASA para utilizar el espacio de laboratorio en órbita y tuvo su primer laboratorio en la Estación Espacial en abril de 2010. [52] Le siguieron otras empresas, [ cita necesaria ] sin embargo, el espacio comercial y Los experimentos en la ISS siempre han sido limitados, y la mayoría de los segmentos espaciales y experimentos orbitales están reservados para uso directo de la NASA, la ESA y la JAXA.
Los precios que debían pagar las empresas comerciales que utilizaban el Laboratorio Nacional de la ISS en USOS estuvieron fuertemente subsidiados desde 2010 hasta principios de 2021. A partir de marzo de 2021, se eliminó el subsidio y la NASA aumentó los precios para aproximarse al "reembolso total del valor de los recursos de la NASA". " [53]
La NASA publicó una "Política de precios comerciales y de marketing" a partir de 2019. [54] Los precios históricos y los precios de ~2021 que se ofrecen para los servicios en el USOS son: [55] [ necesita actualización ]