El Segmento Orbital de los Estados Unidos ( USOS , por sus siglas en inglés) es el nombre que reciben los componentes de la Estación Espacial Internacional (ISS, por sus siglas en inglés) construida y operada por la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio de los Estados Unidos (NASA, por sus siglas en inglés), la Agencia Espacial Europea (ESA, por sus siglas en inglés), la Agencia Espacial Canadiense (CSA, por sus siglas en inglés) y la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA, por sus siglas en inglés). El segmento consta de once componentes presurizados y varios elementos externos, casi todos los cuales fueron entregados por el Transbordador Espacial .
El segmento se supervisa y controla desde varios centros de control de misión en todo el mundo, incluidos 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 posición 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 para proporcionar atracaderos y muelles para naves espaciales.
Cada uno de los nodos tiene puertos llamados Mecanismos de Atraque Común (CBM). Los tres nodos tienen 4 puertos alrededor de 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 los cuales 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 acoplamiento , del tipo utilizado por Soyuz, Progress, Automated Transfer Vehicle y el antiguo transbordador espacial.
El primer componente del segmento presurizado del USOS es la Unidad . En el extremo de popa de la Unidad se encuentra el adaptador de acoplamiento presurizado (PMA) 1. El PMA-1 conecta la Unidad con el segmento ruso . La Unidad también está conectada a la esclusa de aire Quest en el lado de estribor, a Tranquility en el lado de babor y a la armadura 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 la Unidad para comer y compartir algunos momentos de inactividad juntos. El nodo de la Unidad fue entregado a la estación por la STS-88 el 6 de diciembre de 1998. [2]
El Harmony es el nodo de conexión central del USOS. Harmony se conecta al extremo de popa del laboratorio Destiny , al laboratorio Kibo al lado de babor y al laboratorio Columbus al lado de estribor. Los puertos nadir y cenital del nodo Harmony también sirven como puerto de atraque para el vehículo de transferencia H-II (HTV), los vehículos de reabastecimiento Dragon y Cygnus . En el extremo delantero de Harmony se encuentra 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 del SpaceX CRS-9, la NASA lanzó el Adaptador de Acoplamiento Internacional-2, para convertir el adaptador de acoplamiento APAS-95 del transbordador en el Sistema de Acoplamiento de la NASA , 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 del USOS. [4] Tranquility también alberga el módulo Cupola de siete ventanas y el módulo Leonardo en su puerto delantero. El puerto delantero de Tranquility está bloqueado por la estructura de celosía de la estación, mientras que el puerto que mira hacia atrás está libre para su uso. Mientras que el puerto nadir es utilizado por la Cupola , el puerto cenital es utilizado por 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 transbordador, 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 STS-130 en febrero de 2010, junto con la Cupola . [5]
El laboratorio Destiny es un módulo de laboratorio construido en Estados Unidos. Se utiliza para investigación médica, de ingeniería, biotecnología, física, ciencia de los materiales y ciencias de la Tierra. Destiny también alberga una estación de trabajo robótica de respaldo y fue el primero de los laboratorios USOS en ser entregado. 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] Alberga investigaciones científicas en fluidos, biología, medicina, materiales y ciencias de la Tierra. Columbus también tiene cuatro ubicaciones de carga útil externas, que se utilizan 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 de Columbus , ubicado en Alemania , es responsable del control del módulo Columbus . [ cita requerida ]
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 se puede utilizar 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 la investigación en medicina, ingeniería, biotecnología, física, ciencia de los materiales y ciencias de la Tierra. El contenedor logístico fue la primera parte de Kibo en llegar. Fue entregado por la STS-123 en marzo de 2008. [10] El propio laboratorio Kibo fue entregado a la ISS por la misión STS-124 en mayo de 2008. [11] La instalación expuesta fue traída 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]
La esclusa de aire conjunta Quest se utiliza para albergar paseos espaciales desde el segmento USOS de la ISS. Consta de dos partes principales: la esclusa de equipo y la esclusa de tripulación. La esclusa de equipo es donde se almacenan las unidades de movilidad extravehicular y se llevan a cabo los preparativos para los paseos espaciales. La esclusa de tripulación se despresuriza durante los paseos espaciales. La esclusa de aire Quest fue entregada e instalada por la tripulación de la misión STS-104 en julio de 2001. [14]
El módulo Leonardo , también conocido como módulo multipropósito permanente (PMM), es un módulo que se utiliza para almacenar objetos en la ISS. Leonardo está conectado al lado delantero del nodo Tranquility . El PMM fue entregado a la ISS por la misión STS-133 a principios de 2011. Originalmente llamado módulo logístico multipropósito (MPLM) Leonardo , fue adaptado para permanecer en órbita durante un período prolongado antes de ser instalado en la ISS.
La Cúpula es un módulo de siete ventanas que se encuentra unido al módulo Tranquility . Se utiliza para la observación de la Tierra y alberga algunos equipos de gimnasia. Las siete ventanas tienen tapas 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 misión 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 acoplamiento 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 PMA-3 está ubicado en el puerto cenital del mismo nodo. [16] [ referencia circular ] PMA-2 fue el puerto de acoplamiento principal del transbordador, y PMA-3 fue 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 Acoplamiento Internacional , para convertir PMA-2 y PMA-3 al Sistema de Acoplamiento de la NASA . Se suponía que IDA-1 se acoplaría con PMA-2, pero se perdió en la falla del lanzamiento de SpaceX CRS-7 . Así, el IDA-2, que fue traído por SpaceX CRS-9 y que se suponía que se acoplaría a PMA-3, fue trasladado a PMA-2. El IDA-3, el reemplazo del IDA-1 perdido, fue lanzado en julio de 2019 en SpaceX CRS-18 y fue atracado a PMA-3. PMA-1 y PMA-2 fueron entregados 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 Estructura de Armazón Integrada (ITS) alberga equipos vitales en el exterior de la ISS. [18] Cada segmento de armazón 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 armazón en sí consta de 12 segmentos en total (cuatro en cada lado y un segmento central) que están conectados a la ISS mediante puntos de sujeción en el módulo Destiny . [19] La decimotercera pieza, conocida como segmento de armazón Zenith-1 (Z1), está unida al módulo Unity y se utilizó originalmente para sostener los paneles solares P6 para proporcionar energía al USOS. El segmento Z1 ahora alberga las antenas de banda U de K y sirve como punto de enrutamiento para cables de energía y datos en el exterior de la ISS. La Estructura de Armazón Integrada está hecha de acero inoxidable , titanio y aluminio . Tiene una extensión de aproximadamente 110 metros de largo y alberga cuatro juegos 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 paneles también tiene un sistema de enfriamiento asociado y un radiador para enfriar el equipo de suministro de energía. La Estructura de Armazón Integrada también alberga el sistema de enfriamiento principal para 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 sujeción de carga útil ubicados en la Estructura de Armazón Integrada. Estos puntos albergan las Plataformas de Estiba Externa , los Transportadores Logísticos Externos, el Espectrómetro Magnético Alfa y el Sistema de Base Móvil para el Canadarm2 . El armazón 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 armazón S0 se entregó a la ISS en STS-110 , [21] con el segmento S1 a continuación en STS-112 . [22] El segmento P1 del armazón fue llevado a la ISS por la STS-113 , [23] seguido por el segmento P3/P4 en la STS-115 , [24] y el segmento P5 en la STS-116 . [25] El segmento S3/S4 del armazón fue entregado por la STS-117 , [26] seguido por el segmento S5 en la STS-118 . [27] El último componente del segmento del armazón, el segmento S6, fue entregado por la STS-119 . [28]
Las plataformas de almacenamiento externo (ESP) son una serie de plataformas que se utilizan para almacenar unidades de reemplazo orbital (ORU) en la ISS. Las ESP proporcionan energía a las ORU, pero no permiten el manejo de comandos y 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] La ESP-2 está ubicada en el lado de babor de la esclusa de aire Quest y fue traída a la ISS por la tripulación de la STS-114 en 2005. [30] La ESP-3 está ubicada en el segmento de armazón de estribor 3 (S3) y fue entregada a la ISS en la misión STS-118 en agosto de 2007. [27]
Los transportadores logísticos ExPRESS (ELC) son similares a la plataforma de estiba externa, pero 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 externos, cargas útiles y giroscopios; y se pueden instalar experimentos científicos. Algunos componentes de ELC han sido construidos por la Agencia Espacial Brasileña . [31] Los transportadores logísticos 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 traído a la ISS por la tripulación STS-134 , está ubicado en el armazón P3 superior. [33] ELC-4 fue entregado e instalado en el segmento del armazón S3 inferior, durante la misión STS-133 . [34]
El Espectrómetro Magnético Alfa (AMS) es un experimento de física de partículas que está montado en el segmento de celosía S3. El AMS está diseñado para buscar materia oscura y antimateria . Quinientos científicos de 56 instituciones diferentes y 16 países participaron en el desarrollo y construcción del AMS. El Espectrómetro Magnético Alfa fue entregado por la tripulación del STS-134. [33]
Los componentes del MSS fueron suministrados por la Agencia Espacial Canadiense en colaboración con MDA Space Missions . El transportador móvil que lleva el sistema de base móvil 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 el Sistema de Manipulación Remota de la Estación Espacial (SSRMS). El brazo es capaz de mover cargas útiles grandes y pesadas que no pueden ser manejadas por astronautas 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] El Canadarm2 también es capaz de cambiar dónde está estacionado y qué extremo se utiliza. Hay accesorios de agarre para el Candarm2 en el laboratorio Destiny , el nodo Harmony , el nodo Unity y el Sistema de Base Móvil. Un accesorio de agarre está 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 proximidades del Segmento Orbital Ruso (ROS). El Canadarm2 fue ensamblado e instalado por la tripulación del 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, al sistema de base móvil o al Canadarm2. Dextre es capaz de realizar tareas que de otro modo requerirían que las realizara un astronauta. Estas tareas incluyen cambiar las unidades de reemplazo orbital o mover las ORU desde sus ubicaciones de almacenamiento hasta donde se instalarán. El uso de Dextre puede reducir el tiempo de preparación necesario para realizar ciertas tareas y brindar a los astronautas la capacidad de invertir más tiempo en la finalización de otras tareas. El dispositivo de agarre principal de Dextre se encuentra 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 de Armazón Integrada 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 armazón de estribor 3 (S3) a babor 3 (P3) y tiene una velocidad máxima de 2,5 cm/s (0,082 ft/s ). El MBS tiene cuatro PDGF que se pueden usar como soportes para el Canadarm2 y el Dextre , así como un Alojamiento de Unidad de Reemplazo Orbital/Carga Útil (POA), para sostener cargas útiles y Unidades de Reemplazo Orbital (ORU). El MBS también tiene un sistema de sujeción común, para sujetar una barra de captura especial en las cargas útiles. También tiene sus propias unidades principales de distribución de video y computadora, y módulos de control de energía remotos. [38] El MBS fue entregado en la misión STS-111 en junio de 2002. [39]
El brazo articulado mejorado de la ISS se utiliza para ampliar el alcance del Canadarm2 y proporciona una capacidad de inspección detallada. En el extremo del brazo hay láseres y cámaras capaces de grabar con una resolución de unos pocos milímetros. El brazo también está equipado con pasamanos, de modo que puede ayudar a los caminantes espaciales durante las EVA, como se hizo en la STS-120 para reparar los paneles solares.
El 27 de enero de 2020, la NASA anunció que había dado permiso a Axiom Space para lanzar hasta tres módulos para acoplarlos a la Estación Espacial Internacional. El primer módulo podría lanzarse tan pronto como en 2024; actualmente se propone que el primer módulo se acople 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. [40] Tras el retiro de la ISS, al módulo Axiom se le unirán elementos adicionales, incluido un módulo de energía y térmico con una esclusa de aire, que juntos funcionarán como la Estación Espacial Comercial Axiom. [41]
Hay varios módulos propuestos para ampliar el segmento orbital estadounidense.
Los módulos de extensión habitacional (HEM) son módulos de construcción británica diseñados para conectarse al módulo Tranquility de la Estación Espacial Internacional . Fueron concebidos por un consorcio de ingenieros y científicos liderados 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 financian, los módulos se lanzarán en algún momento de 2011. [42]
El Nodo 4, también conocido como el Sistema de Centro de Acoplamiento (DHS), era un módulo propuesto que se habría construido utilizando el Artículo de Prueba Estructural (STA) del Nodo y se habría acoplado al puerto delantero del módulo Harmony . El Artículo de Prueba Estructural se construyó 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 fue renombrado Nodo 1 y el STA (ex-Nodo 1) se almacenó en el Centro Espacial Kennedy (KSC). [43]
En 2011, la NASA estaba considerando un esfuerzo de diseño y desarrollo de 40 meses para el Nodo 4 que daría como resultado su lanzamiento a fines de 2013. [44] Dado que el programa del Transbordador Espacial se retiró, si se hubiera tomado la decisión de construir y lanzar el Nodo 4, este habría sido lanzado por un vehículo de lanzamiento Atlas V o Delta IV Heavy . [44]
Para evaluar y caracterizar las influencias y los efectos de la centrífuga en relación con las reacciones humanas, las respuestas dinámicas mecánicas y las influencias, se probará la demostración de la centrífuga Nautilus-X en la ISS.
De producirse, esta centrífuga habría sido la primera demostración en el espacio de escala suficiente para efectos de gravedad parcial artificiales . [45] El demostrador se enviaría utilizando un solo vehículo de lanzamiento Delta IV Heavy o Atlas V. El costo total de un demostrador de este tipo sería de 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 real 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 denomina Expandable Bigelow Advanced Station Enhancement (XBASE), ya que Bigelow espera probarlo conectándolo a la Estación Espacial Internacional. [46] [47]
El control operativo del segmento orbital estadounidense de la ISS lo llevan a cabo la NASA y la ESA, la agencia que gestiona la parte civil del programa espacial del gobierno estadounidense .
En los primeros años de funcionamiento de la ISS, a partir de 2000, [48] gran parte del trabajo en el segmento orbital estadounidense lo realizaban astronautas de la NASA (aunque algunos astronautas formados por la NASA eran empleados de agencias espaciales no gubernamentales de Estados Unidos) y todo el transporte de carga y tripulación a la estación espacial lo realizaban naves espaciales propiedad de la NASA, concretamente, el transbordador espacial . A finales de la década de 2000, la NASA empezó a contratar servicios comerciales para transportar carga a la estación espacial [49], y los servicios comenzaron en 2012. [50] En 2020, los vuelos comerciales operativos también se encargaban del transporte de la tripulación del USOS de la ISS . [51]
En 2010, la NASA comenzó a abrir una cantidad limitada de su espacio y tiempo de astronautas en el Segmento Orbital de EE. UU. para uso comercial. En 2005, el Congreso de EE. UU. autorizó que uno de los varios Laboratorios Nacionales de EE. UU. existiera a bordo de la ISS, y que allí se pudiera realizar investigación comercial. El Centro para el Avance de la Ciencia en el Espacio (CASIS) se creó para operar el laboratorio. En septiembre de 2009, Nanoracks firmó el primer contrato con la NASA para utilizar el espacio del laboratorio en órbita, y tuvo su primer laboratorio en la Estación Espacial en abril de 2010. [52] Otras empresas siguieron su ejemplo, [ cita requerida ] sin embargo, el espacio comercial y los experimentos comerciales en la ISS siempre han sido limitados, y la mayor parte del espacio del segmento orbital y los experimentos se reservan para el uso directo de la NASA, la ESA y la JAXA.
Los precios que debían pagar las empresas comerciales que utilizaran 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 ]