Estrutura de Treliça Integrada - Integrated Truss Structure

Vista em EVA dos painéis solares da ISS e da estrutura de treliça de aço. O revestimento branco são painéis de Kevlar para proteger de micro-meteoróides
Elementos ISS a partir de agosto de 2021 em vista explodida.

A Estrutura Treliçada Integrada ( ITS ) da Estação Espacial Internacional (ISS) consiste em uma sequência linear organizada de treliças conectadas nas quais vários componentes não pressurizados são montados, como transportadores logísticos, radiadores , painéis solares e outros equipamentos. Fornece ao ISS uma arquitetura de barramento . Tem aproximadamente 110 metros de comprimento e é feito de alumínio e aço inoxidável .

Componentes de treliça

Vista elevada da estrutura de aço treliça, radiadores de bombordo e painéis solares, em 2019

Todos os componentes da treliça foram nomeados de acordo com suas posições finais planejadas: Z para zênite, S para estibordo e P para bombordo, com o número indicando a posição sequencial. A treliça S0 pode ser considerada um nome impróprio, uma vez que é montada centralmente na posição zenital de Destino e não está nem estibordo nem bombordo.

Manufatura

O astronauta da NASA Reid Wiseman inspeciona a estrutura de aço da estrutura de treliça

Os segmentos de treliça da ISS foram fabricados pela Boeing em suas instalações em Huntington Beach, Califórnia , Michoud Assembly Facility em Nova Orleans, Louisiana , Marshall Space Flight Center em Huntsville, Alabama , e em Tulsa, Oklahoma . As treliças foram então transportadas ou enviadas para a Instalação de Processamento da Estação Espacial do Centro Espacial Kennedy para montagem final e verificação.

A estrutura estrutural foi realizada em diversos processos de fabricação, incluindo fundição de investimento , laminação a quente de aço , friction-stir e processos de soldagem TIG .

Treliça Z1

Treliça Z1
Z1 Truss está acima do módulo

A primeira peça de treliça, a treliça Z1, lançada a bordo da STS-92 em outubro de 2000. Ela contém os conjuntos de giroscópio de momento de controle (CMG), fiação elétrica, equipamento de comunicação e dois contatores de plasma projetados para neutralizar a carga elétrica estática da estação espacial .

Outro objetivo da treliça Z1 era servir como uma posição de montagem temporária para a "treliça P6 e painel solar" até sua realocação para o final da treliça P5 durante o STS-120. Embora não faça parte da treliça principal, a treliça Z1 foi a primeira estrutura de treliça permanente para a ISS, muito parecida com uma viga, preparando o terreno para a futura adição das principais treliças ou backbones da estação. É feito de aço inoxidável, titânio e ligas de alumínio.

Embora a maior parte da treliça Z1 esteja despressurizada, ela apresenta uma porta Common Berthing Mechanism (CBM) que conecta seu nadir à porta zenital de Unity e contém uma pequena cúpula pressurizada que permitiu aos astronautas conectar tiras de aterramento elétricas entre Unity e a treliça sem um EVA. Além disso, a cúpula dentro do CBM de Z1 pode ser usada como espaço de armazenamento.

A treliça Z1 também possui um anel de mecanismo de atracação manual (MBM) voltado para a frente. Este MBM não é uma porta e não é pressurizado ou eletricamente alimentado, mas pode ser operado com uma ferramenta portátil para acoplar qualquer CBM passivo a ele. O MBM da treliça Z1 foi usado apenas uma vez, para conter temporariamente o PMA-2 , enquanto o laboratório de Destiny estava sendo atracado no nó Unity durante o STS-98 . Desde a instalação da treliça S0 próxima em abril de 2002, o acesso ao MBM foi bloqueado.

Em outubro de 2007, o elemento de treliça P6 foi desconectado de Z1 e movido para P5; P6 agora estará permanentemente conectado com P5. A treliça Z1 agora é usada exclusivamente para abrigar os CMGs, equipamentos de comunicação e os contatores de plasma; além disso, Z1 se conecta agora apenas à Unidade (Nodo 1) e não abriga mais outros elementos da estação espacial.

Em dezembro de 2008, a Ad Astra Rocket Company anunciou um acordo com a NASA para colocar uma versão de teste de vôo de seu propulsor iônico VASIMR na estação para assumir as tarefas de reinicialização. Em 2013, o módulo de propulsão deveria ser colocado no topo da treliça Z1 em 2015. A NASA e a Ad Astra assinaram um contrato para o desenvolvimento do motor VASIMR por até três anos em 2015. No entanto, em 2015 a NASA encerrou os planos de voar o VF-200 para a ISS. Um porta-voz da NASA afirmou que a ISS "não era uma plataforma de demonstração ideal para o nível de desempenho desejado dos motores". (Um exemplo de espaçonave que usava um propulsor de íons para manter sua órbita era o Gravity Field e Steady-State Ocean Circulation Explorer , cujo motor permitia manter uma órbita muito baixa.)

Uma animação exibindo diferentes vistas do Z1 Truss que foi instalado na Estação Espacial Internacional pela tripulação do STS-92.
Esta foto de 2001 mostra a configuração alternativa da treliça, na qual Z1 Truss era um elemento crítico entre os painéis solares e os módulos
Comandante da expedição 11 , Sergei K. Krikalev, dentro da cúpula de treliça Z1.

S0 treliça

S0 treliça
Estrutura de suporte de aço treliça S0 conectando-se ao laboratório dos EUA

A treliça S0, (também chamada de Conjunto de Treliça Central Integrada Starboard 0 Truss ) forma a espinha dorsal central da Estação Espacial. Ele foi conectado na parte superior do Módulo do Laboratório de Destiny durante o STS-110 em abril de 2002. S0 é usado para direcionar energia para os módulos da estação pressurizada e conduzir o calor dos módulos para as Treliças S1 e P1. A treliça S0 não é acoplada ao ISS, mas está conectada com quatro suportes de aço inoxidável do Módulo para Estrutura da Treliça (MTS).

P1, treliças S1

Treliça S1
Treliça P1

As treliças P1 e S1 (também chamadas de treliças de radiador térmico de bombordo e estibordo ) são fixadas à treliça S0 e contêm carrinhos para transportar o Canadarm2 e os astronautas para os locais de trabalho junto com a estação espacial. Cada um deles flui 290 kg (637 lb) de amônia anidra por meio de três radiadores de rejeição de calor. A treliça S1 foi lançada em STS-112 em outubro de 2002 e a treliça P1 foi lançada em STS-113 em novembro de 2002. Projeto detalhado, teste e construção das estruturas S1 e P1 foram conduzidos por McDonnell Douglas (agora Boeing) em Huntington Beach, CA. As primeiras peças foram cortadas para a estrutura em 1996 e a entrega da primeira treliça ocorreu em 1999.

Treliças P2, S2

As treliças P2 e S2 foram planejadas como locais para propulsores de foguetes no projeto original da Space Station Freedom . Como as partes russas da ISS também forneciam essa capacidade, a capacidade de reinicialização do projeto Space Station Freedom não era mais necessária naquele local. Portanto, P2 e S2 foram cancelados.

P3 / P4, conjuntos de treliça S3 / S4

Os componentes e o desdobramento da Treliça P3 / P4 em Detalhe (Animação)
Treliça P3 / P4
Treliça S3 / S4

O conjunto de treliça P3 / P4 foi instalado pela missão Space Shuttle Atlantis STS-115 , lançado em 9 de setembro de 2006, e anexado ao segmento P1. Os segmentos P3 e P4 juntos contêm um par de painéis solares , um radiador e uma junta rotativa que direcionará os painéis solares e conectará P3 a P4. Após a instalação, nenhuma energia fluía pela junta rotativa, de modo que a eletricidade gerada pelas asas do painel solar P4 estava sendo usada apenas no segmento P4 e não no resto da estação. Então, em dezembro de 2006, uma grande reconfiguração elétrica da estação por STS-116 encaminhou essa energia para toda a rede. O conjunto de treliça S3 / S4 - uma imagem espelhada de P3 / P4 - foi instalado em 11 de junho de 2007 também pelo Ônibus Espacial Atlantis durante o vôo STS-117 , missão 13A e montado no segmento de treliça S1.

Os principais subsistemas P3 e S3 incluem o Sistema de Fixação de Segmento a Segmento (SSAS), Junta Rotativa Solar Alpha (SARJ) e Sistema de Fixação de Transportador de Carga Não Pressurizado (UCCAS). As funções principais do segmento de treliça P3 são fornecer interfaces mecânicas, de energia e de dados para cargas úteis anexadas às duas plataformas UCCAS; indexação axial para rastreamento solar, ou rotação das matrizes para seguir o sol, via SARJ; movimentação e acomodação do local de trabalho para o transportador móvel . A estrutura primária P3 / S3 é feita de uma estrutura de alumínio hexagonal e inclui quatro anteparas e seis longarinas . A treliça S3 também oferece suporte a localizações de transportadoras logísticas EXPRESS , a primeira a ser lançada e instalada em 2009.

Os principais subsistemas dos Módulos Fotovoltaicos P4 e S4 (PVM) incluem as duas Asas de Matriz Solar (SAW), o Radiador Fotovoltaico (PVR), a Estrutura de Interface Conjunta Alfa (AJIS) e o Sistema de Fixação de Treliça Rocketdyne Modificado (MRTAS) e Beta Conjunto de cardan (BGA).

P5, treliças S5

Treliça P5
Treliça S5

As treliças P5 e S5 são conectores que suportam as treliças P6 e S6, respectivamente. O comprimento dos conjuntos de treliça P3 / P4 e S3 / S4 era limitado pela capacidade do compartimento de carga do ônibus espacial , portanto, esses conectores pequenos (3,37 m de comprimento) são necessários para estender a treliça. A treliça P5 foi instalada em 12 de dezembro de 2006, durante o primeiro EVA da missão STS-116 . A treliça S5 foi colocada em órbita pela missão STS-118 e instalada em 11 de agosto de 2007.

P6, treliças S6

Treliça P6
Treliça P6 após realocação
Treliça S6

A treliça P6 foi o segundo segmento de treliça a ser adicionado porque contém uma grande Solar Array Wing (SAW) que gerou eletricidade essencial para a estação, antes da ativação da SAW na treliça P4. Foi originalmente montado na treliça Z1 e teve seu SAW estendido durante o STS-97 , mas o SAW foi dobrado, metade de cada vez, para dar lugar aos SAWs nas treliças P4 e S4, durante STS-116 e STS- 117 respectivamente. A missão do ônibus espacial STS-120 (missão de montagem 10A ) separou a treliça P6 de Z1, remontou-a na treliça P5, redistribuiu seus painéis de radiador e tentou redistribuir seus SAWs. Um SAW (2B) foi implantado com sucesso, mas o segundo SAW (4B) desenvolveu um rasgo significativo que interrompeu temporariamente a implantação em cerca de 80%. Isso foi corrigido posteriormente e a matriz agora está totalmente implantada. Uma missão de montagem posterior (o STS-119 fora de sequência ) montou a treliça S6 na treliça S5, que forneceu um quarto e último conjunto de painéis solares e radiadores.

Galeria de Treliças

Subsistemas de treliça

Matrizes solares

Vista de close-up do painel solar dobrado como um acordeão.

A principal fonte de energia da Estação Espacial Internacional vem dos quatro grandes conjuntos fotovoltaicos feitos nos Estados Unidos atualmente na estação, às vezes chamados de Solar Array Wings (SAW). O primeiro par de matrizes é anexado ao segmento de treliça P6, que foi lançado e instalado no topo do Z1 no final de 2000 durante o STS-97 . O segmento P6 foi realocado para sua posição final, aparafusado ao segmento de treliça P5, em novembro de 2007 durante o STS-120 . O segundo par de matrizes foi lançado e instalado em setembro de 2006 durante o STS-115 , mas eles não forneceram eletricidade até o STS-116 em dezembro de 2006, quando a estação recebeu uma religação elétrica. O terceiro par de matrizes foi instalado durante o STS-117 em junho de 2007. Um último par chegou em março de 2009 no STS-119 . Mais energia solar deveria estar disponível através da Science Power Platform construída na Rússia , mas foi cancelada.

Cada uma das asas do Solar Array tem 34 m (112 pés) de comprimento por 12 m (39 pés) de largura, tem cerca de 1.100 kg (2.400 lb) de massa e é capaz de gerar quase 30 kW de energia DC . Eles são divididos em duas mantas fotovoltaicas, com o mastro de implantação no meio. Cada manta possui 16.400 células fotovoltaicas de silício , cada célula medindo 8 cm x 8 cm, agrupadas em 82 painéis ativos, cada um com 200 células, com 4.100 diodos .

Cada par de cobertores foi dobrado como um acordeão para entrega compacta ao espaço. Uma vez em órbita, o mastro de implantação entre cada par de cobertores desdobra a matriz em seu comprimento total. Os cardan , conhecidos como Beta Gimbal Assembly (BGA), são usados ​​para girar as matrizes de modo que fiquem de frente para o Sol para fornecer potência máxima à Estação Espacial Internacional.

Com o tempo, as células fotovoltaicas nas asas se degradaram gradualmente, tendo sido projetadas para uma vida útil de 15 anos. Isso é especialmente perceptível com os primeiros arrays a serem lançados, com os treliças P6 e P4 em 2000 e 2006. Para aumentar as asas das treliças P6, em junho de 2021, a NASA lançou duas versões ampliadas do Roll Out Solar Array a bordo do SpaceX Dragon 2 missão SpaceX CRS-22 , e está definido para lançar mais quatro no SpaceX CRS-25 e SpaceX CRS-26 . Essas matrizes são mais leves e geram mais energia do que as matrizes existentes. Eles devem ser implantados ao longo da parte central das asas em até dois terços de seu comprimento. Os trabalhos de instalação de suportes para as novas matrizes nas latas do mastro de treliça P6 foram iniciados pelos membros da Expedição 64 . O trabalho para instalar e implantar as duas primeiras matrizes nos suportes P6 foi conduzido com sucesso em três caminhadas espaciais por Shane Kimbrough e Thomas Pesquet da Expedição 65 .

Junta rotativa alfa solar

A junta Alpha é a principal junta rotativa que permite que os painéis solares rastreiem o sol; em operação nominal, a junta alfa gira 360 ° a cada órbita (no entanto, consulte também o modo Night Glider ). Uma junta rotativa Solar Alpha (SARJ) está localizada entre os segmentos de treliça P3 e P4 e a outra está localizada entre os segmentos de treliça S3 e S4. Quando em operação, essas juntas giram continuamente para manter as asas do painel solar nos segmentos de treliça externos orientados em direção ao sol. Cada SARJ tem 10 pés de diâmetro, pesa aproximadamente 2.500 libras e pode ser girado continuamente usando conjuntos de rolamentos e um sistema de controle servo. Em ambos os lados de bombordo e estibordo, toda a energia flui através do Conjunto de Transferência de Utilidade (UTA) no SARJ. Os conjuntos de anéis rolantes permitem a transmissão de dados e energia através da interface rotativa para que nunca seja necessário desenrolar. O SARJ foi projetado, construído e testado pela Lockheed Martin e seus subcontratados.

As juntas rotativas Solar Alpha contêm conjuntos de bloqueio de acionamento que permitem que os segmentos externos do ITS girem e rastreiem o sol . Um componente do DLA é um pinhão que engata com o anel de corrida que serve como uma engrenagem principal . Existem dois anéis de corrida e dois DLAs em cada SARJ fornecendo redundância em órbita; no entanto, uma série de caminhadas espaciais seria necessária para reposicionar os DLAs e os conjuntos de rolamentos giratórios (TBAs) para utilizar o anel de corrida alternativo. Um DLA sobressalente foi trazido para a ISS na STS-122 .

Em 2007, um problema foi detectado no SARJ de estibordo e em um dos dois conjuntos de gimbal beta (BGA). O dano ocorreu devido ao desgaste excessivo e prematuro de uma pista no mecanismo de junta. O SARJ congelou durante o diagnóstico do problema e, em 2008, foi aplicada lubrificação à pista para solucionar o problema.

Condicionamento e armazenamento de energia

A unidade sequencial de derivação (SSU) é projetada para regular de forma grosseira a energia solar coletada durante os períodos de insolação - quando os arranjos coletam energia durante os períodos de apontamento para o sol. Uma sequência de 82 cordas separadas, ou linhas de energia, conduz do painel solar ao SSU. Shunting, ou controle, a saída de cada string regula a quantidade de energia transferida. O ponto de ajuste da tensão regulada é controlado por um computador localizado no IEA e normalmente é definido para cerca de 140 volts. O SSU tem um recurso de proteção contra sobretensão para manter a tensão de saída abaixo de 200 V DC no máximo para todas as condições de operação. Essa energia é então passada através do BMRRM para o DCSU localizado no IEA. O SSU mede 32 por 20 por 12 polegadas (81 por 51 por 30 cm) e pesa 185 libras (84 kg).

Cada conjunto de bateria, situado nas treliças S4, P4, S6 e P6, consiste em 24 células leves de bateria de íons de lítio e equipamentos elétricos e mecânicos associados. Cada conjunto de bateria tem uma capacidade nominal de 110  Ah (396.000  C ) (originalmente 81 Ah) e 4 kWh (14 MJ). Essa energia é fornecida ao ISS por meio do BCDU e do DCSU, respectivamente.

As baterias garantem que a estação nunca fique sem energia para sustentar sistemas de suporte de vida e experimentos. Durante a parte da órbita com a luz do sol, as baterias são recarregadas. As baterias de níquel-hidrogênio tiveram uma vida útil projetada de 6,5 anos, o que significa que foram substituídas várias vezes durante a vida útil esperada de 30 anos da estação. As baterias e as unidades de carga / descarga da bateria são fabricadas pela Space Systems / Loral (SS / L), sob contrato com a Boeing . As baterias Ni-H2 na treliça P6 foram substituídas em 2009 e 2010 por mais baterias Ni-H2 trazidas pelas missões do Ônibus Espacial. As baterias de níquel-hidrogênio tinham vida útil projetada de 6,5 anos e podiam exceder 38.000 ciclos de carga / descarga a 35% de profundidade de descarga. Cada bateria media 40 por 36 por 18 polegadas (102 por 91 por 46 cm) e pesava 375 libras (170 kg).

De 2017 a 2021, as baterias de níquel-hidrogênio foram substituídas por baterias de íon-lítio . Em 6 de janeiro de 2017, os membros da Expedição 50 , Shane Kimbrough e Peggy Whitson, iniciaram o processo de conversão de algumas das baterias mais antigas da ISS em novas baterias de íon-lítio. Os 64 membros da expedição , Victor J. Glover e Michael S. Hopkins, concluíram a campanha em 1º de fevereiro de 2021. Há uma série de diferenças entre as duas tecnologias de bateria. Uma diferença é que as baterias de íon de lítio podem lidar com o dobro da carga, então apenas metade das baterias de íon de lítio foram necessárias durante a substituição. Além disso, as baterias de íon de lítio são menores do que as baterias de níquel-hidrogênio mais antigas. Embora as baterias de íon de lítio normalmente tenham vida útil mais curta do que as baterias de Ni-H2, pois não podem sustentar tantos ciclos de carga / descarga antes de sofrer degradação notável, as baterias de íon de lítio ISS foram projetadas para 60.000 ciclos e dez anos de vida, muito mais do que a vida útil do projeto das baterias Ni-H2 originais de 6,5 anos.

Sistema de base móvel

O Mobile Base System (MBS) é uma plataforma (montada no Mobile Transporter ) para os braços robóticos Canadarm2 e Dextre que os transporta 108 metros por trilhos entre as treliças S3 e P3. Além dos trilhos, Canadarm2 pode passar por cima da junta rotativa alfa e se deslocar para fixações de garra nas treliças S6 e P6. Durante a STS-120, o astronauta Scott Parazynski montou o Orbiter Boom Sensor para reparar um rasgo no painel solar 4B.

Sequência de montagem de painéis solares e treliça

Elemento Voo Data de lançamento Comprimento
(m)
Diâmetro
(m)
Massa
(kg)
Treliça Z1 3A— STS-92 11 de outubro de 2000 4,6 4,2 8.755
Treliça P6 - painel solar 4A— STS-97 30 de novembro de 2000 18,3 10,7 15.824
S0 treliça 8A— STS-110 8 de abril de 2002 13,4 4,6 13.971
Treliça S1 9A— STS-112 7 de outubro de 2002 13,7 4,6 14.124
Treliça P1 11A— STS-113 23 de novembro de 2002 13,7 4,6 14.003
Treliça P3 / P4 - painel solar 12A— STS-115 9 de setembro de 2006 13,7 4,8 15.824
Treliça P5 - espaçador 12A.1— STS-116 9 de dezembro de 2006 3,37 4,55 1.864
Treliça S3 / S4 - painel solar 13A— STS-117 8 de junho de 2007 13,7 10,7 15.824
Treliça S5 - espaçador 13A.1— STS-118 8 de agosto de 2007 3,37 4,55 1.818
Treliça P6 - matriz solar (realocação) 10A— STS-120 23 de outubro de 2007 18,3 10,7 15.824
Treliça S6 - painel solar 15A— STS-119 15 de março de 2009 13,7 10,7 15.824
Componentes ISS Truss

Projetos técnicos

Veja também

Referências