Experimento da Estação Espacial Internacional de Materiais - Materials International Space Station Experiment

Logotipo da MISSE

O Experimento de Estação Espacial Internacional de Materiais ( MISSE ) é uma série de experimentos montados externamente na Estação Espacial Internacional (ISS) que investiga os efeitos da exposição de longo prazo de materiais ao ambiente espacial hostil.

O projeto MISSE avalia o desempenho, estabilidade e capacidade de sobrevivência de longo prazo de materiais e componentes planejados para uso pela NASA, empresas comerciais e o Departamento de Defesa (DOD) na futura órbita terrestre baixa (LEO), órbita síncrona e missões espaciais interplanetárias . O Long Duration Exposure Facility (LDEF), que foi recuperado em 1990 depois de passar 68 meses no LEO, revelou que os ambientes espaciais são muito hostis a muitos materiais e componentes de naves espaciais. O oxigênio atômico , que é a espécie atômica mais prevalente encontrada na órbita terrestre baixa, é altamente reativo com plásticos e alguns metais, causando erosão severa .

Também existe radiação ultravioleta extrema devido à falta de um filtro atmosférico . Esta radiação se deteriora e escurece muitos plásticos e revestimentos. O vácuo no espaço também altera as propriedades físicas de muitos materiais. Impactos de meteoróides e detritos artificiais em órbita podem danificar todos os materiais expostos no espaço. Os efeitos combinados de todos esses ambientes nas espaçonaves só podem ser investigados no espaço. MISSE avalia os materiais atualmente em uso e aqueles planejados para uso em futuras missões espaciais.

O programa MISSE é um sucessor direto dos Mir Environmental Effects Payloads (MEEPs) que foram anexados por mais de um ano ao Mir Docking Module da estação espacial Mir entre os voos STS-76 e STS-86 ; e é descendente do Long Duration Exposure Facility . Além disso, MEEPS pode rastrear seu início até as bandejas de amostra Passive Optical Sample Array (POSA) voadas em STS-1 e STS-2 , e seus sucessores Effects of Oxygen Interaction with Materials (EOIM) em STS-3 e STS-5 .

MISSE PEC fechado
MISSE PEC fechado

Materiais testados

Cerca de 1.508 amostras estão sendo testadas no projeto MISSE. As amostras variam de componentes como interruptores, sensores e espelhos a materiais como polímeros , revestimentos e compostos . Existem também materiais biológicos como sementes, esporos e vários tipos de bactérias sendo avaliados. Cada material da missão teve que ser testado individualmente em laboratório antes de ser selecionado. O teste final para os materiais é quando eles são expostos ao ambiente espacial. No laboratório, cada material só pode ser exposto a um ambiente simulado específico por vez. No espaço, eles são expostos a todos os ambientes ao mesmo tempo. Além de testar novos materiais, o MISSE também abordará questões relativas a materiais atuais, como aqueles que estão sendo usados ​​em satélites de comunicação que estão sendo atormentados por falhas prematuras nas matrizes de energia de células solares. Novas gerações de células solares com expectativa de vida mais longa também serão testadas.

A MISSE também testará revestimentos usados ​​para controlar a absorção de calor e as temperaturas de emissão dos satélites. O ambiente hostil do espaço limita a vida útil dos revestimentos. Novos revestimentos, que devem ser muito mais estáveis ​​no espaço e, portanto, têm vidas úteis mais longas, serão testados. O MISSE também abordará um grande problema para uma exploração tripulada de Marte: proteger a tripulação dos raios cósmicos muito energéticos encontrados no espaço interplanetário. Novos conceitos para escudos leves serão testados no MISSE. Estruturas de membrana ultraleves são planejadas para velas solares, grandes espelhos infláveis ​​e lentes. Os efeitos dos impactos de micrometeoróides nesses materiais também serão investigados.

Os dados MISSE (MISSE 1 - 7) estão agora abertos ao público através de uma conta registrada em http://materialsinspace.nasa.gov/ . Sempre que possível, a NASA tentou coletar experimentos MISSE anteriores e disponibilizar os dados ao público. Os dados ainda estão sendo coletados de pesquisadores e adicionados ao banco de dados MISSE.

Implantando MISSE

Os materiais selecionados para a missão são colocados em recipientes de experimentos passivos (PECs). Os PECs são usados ​​para transportar experimentos de e para o ISS. Durante um EVA, eles são colocados em corrimãos ou em uma instalação experimental exposta da ISS. Os recipientes são abertos totalmente (360 °) para que as duas superfícies com experimentos fiquem em direções opostas. Os experimentos são fotografados várias vezes durante sua permanência do lado de fora, se possível, geralmente sempre que surge uma oportunidade devido a um EVA programado. Após a exposição no espaço, o MISSE é recuperado da mesma maneira como foi implantado, as amostras de material são testadas para ver se ainda têm as propriedades únicas necessárias para completar as missões espaciais. Os MISSEs têm detectores ativos e passivos para fornecer uma leitura do histórico do tempo, ou uma leitura do que aconteceu com os materiais em certos momentos. De volta ao solo, serão realizados testes para determinar os efeitos de sua exposição. Esses testes determinarão quais materiais são fortes o suficiente para sobreviver no espaço.

Originalmente, foi planejado para ter MISSE-1 e 2 implantados por cerca de um ano e MISSE-3 e 4 por até três anos. Devido ao encalhe da frota do ônibus espacial após o desastre do ônibus espacial Columbia, exigiu que fossem feitas alterações nesses planos. Os MISSEs 1 e 2 forneceram os dados de três anos e os MISSEs 3 e 4 forneceram os dados de um ano.

MISSE-1 e MISSE-2

O primeiro e o segundo conjunto de experimentos foram lançados pelo Space Shuttle Discovery , durante a missão STS-105 , em 10 de agosto de 2001 e continha 910 espécimes de vários materiais. Ele foi instalado em dois corrimãos de airlock separados localizados na Quest Joint Airlock e nos tanques de gás de alta pressão.

Em 30 de julho de 2005, durante o primeiro EVA da missão STS-114 , ambos os experimentos foram recuperados.

  • ICC STS-105 com MISSE-1 e 2

  • MISSE PEC1 e 2 montagens no Quest

  • MISSE PEC1

  • MISSE PEC1 montado no Quest

  • MISSE PEC2

  • Uma visão do MISSE PEC2 montado no Quest

MISSE-5

Este foi o terceiro experimento MISSE lançado, embora o quinto MISSE PEC. MISSE-5 foi lançado pela Space Shuttle Discovery na missão STS-114 , em 26 de julho de 2005 e continha 254 espécimes de vários materiais. Ele foi instalado na treliça P6 e um ano depois, durante o terceiro EVA da missão STS-115 em 15 de setembro de 2006, o pacote MISSE-5 foi recuperado.

MISSE-5 continha três investigações. Um experimento é o Forward Technology Solar Cell Experiment (FTSCE), um teste de desempenho de 36 células solares para uso em futuras espaçonaves. A segunda investigação mediu a degradação de mais de 200 materiais flexíveis no ambiente espacial. O terceiro experimento envolveu o PCSat-2 que forneceu um sistema de comunicação e testou a solução de prateleira do Serviço de Amador por Satélite para comando e controle de telemetria. MISSE-5 foi o primeiro experimento ativo da série MISSE. Ele exigia energia e podia se comunicar com o solo por meio do PCSat-2.

  • MISSE PEC5 sendo preparado para lançamento. À esquerda está o FTCSE, à direita o PcSat-2 coberto e por uma manta térmica dourada com as amostras dos materiais flexíveis

  • MISSE PEC5 no final do P6 Truss

  • MISSE PEC5 no final da P6 Truss

MISSE-3 e MISSE-4

O quarto e o quinto conjunto de experimentos MISSE (MISSE PEC3 e MISSE PEC4) foram lançados pela Space Shuttle Discovery , durante a missão STS-121 , em 3 de agosto de 2006 e continha 875 espécimes de vários materiais. O MISSE-3 foi instalado em um dos tanques de alta pressão ao redor da eclusa da tripulação e o MISSE-4 na extremidade externa da Quest Joint Airlock pela tripulação da Expedição 13 . Um ano depois, durante o quarto EVA da missão STS-118 em 18 de agosto de 2007, os experimentos MISSE-3 e 4 foram recuperados.

Os MISSEs 3 e 4 também serviram para fins educacionais, pois voaram cerca de oito milhões de sementes de manjericão que foram dadas a crianças para experimentos científicos, a fim de estimular o interesse pela ciência espacial.

  • MISSE PEC3

  • MISSE PEC4

  • MISSE-3 antes da recuperação durante STS-118

MISSE-6

O sexto conjunto de experimentos MISSE, rotulados 6A e 6B, foi lançado pelo Ônibus Espacial Endeavour , durante a missão STS-123 , em 13 de março de 2008 e contém mais de 400 espécimes de vários materiais. Ele foi instalado no Columbus External Payload Facility. A instalação foi tentada durante o terceiro EVA , no entanto, a caixa não se encaixou inicialmente no suporte. Foi instalado com sucesso durante o quinto EVA.

Ambos MISSE 6A e 6B foram recuperados durante o primeiro EVA da missão STS-128 e retornaram à Terra em setembro de 2009.

  • MISSE PEC6A e 6B no Módulo Columbus

  • MISSE PEC6A e 6B

  • Imagem da arte de MISSE PEC6A e 6B

MISSE-7

O sétimo conjunto de experimentos MISSE foi localizado em um adaptador de carga útil ExPRESS (ExPA) no ExPRESS Logistics Carrier 2 . Eles foram trazidos para a estação (em ELC-2) em novembro de 2009 a bordo da missão STS-129 .

O MISSE-7 é composto por dois Contêineres de Experimentos Passivos (PECs) do tamanho de uma mala, identificados como MISSE 7A e MISSE 7B. Uma vez instalados no exterior da ISS por astronautas que caminham no espaço, os PECs foram abertos. A orientação de MISSE 7A era voltada para o espaço / voltada para a Terra, enquanto MISSE 7B voltava-se para frente / para trás em relação à órbita da ISS. Ambos MISSE 7A e MISSE 7B continham experimentos ativos e passivos. Os experimentos passivos são projetados para avaliação pré e pós-voo em laboratórios baseados em solo. Sendo os primeiros no programa MISSE, experimentos ativos são projetados para fazer interface com os sistemas de energia e comunicação na ISS, permitindo que os dados sejam transmitidos de volta para a Terra.

MISSE-7 também continha experimentos montados em sua base ExPA. Esses experimentos incluíram o SpaceCube que foi desenvolvido por engenheiros do Goddard Space Flight Center da NASA e é um sistema reconfigurável de alto desempenho baseado nos FPGAs comerciais Virtex-4 da Xilinx, projetados para aplicações de voos espaciais que requerem processamento intensivo de computação a bordo. O objetivo do MISSE-7 SpaceCube era servir como um banco de teste "em órbita" para demonstrar a execução de programas "endurecidos por radiação" e técnicas de detecção e correção de erros que ajudarão a permitir o uso de dispositivos de processamento comercial no espaço.

Os experimentos ativos em 7A incluíram o Experimento Xilinx-Sandia de Eventos Únicos Upset, que detectou efeitos de radiação em circuitos FPGA ativos e detectou mais eventos perturbados em altas latitudes e na Anomalia do Atlântico Sul .

O Laboratório de Pesquisa Naval assumiu a responsabilidade primária pelo MISSE 7A, enquanto o Laboratório de Pesquisa da Força Aérea , NASA, Boeing , outros colaboradores da indústria e acadêmicos realizaram experimentos no MISSE 7B.

Os dois PECs foram coletados para retorno à Terra durante a missão STS-134.

  • MISSE-7 antes do lançamento com os dois recipientes de experimentos passivos montados na plataforma ExPA

  • MISSE PEC7A e 7B

  • MISSE PEC7A e 7B em ELC-2

Experimentos MISSE-7

  • O SpaceCube é uma plataforma de multiprocessador pequena, leve e reconfigurável para aplicativos de voos espaciais que exigem recursos extremos de processamento. Ele utiliza uma arquitetura empilhável e é baseado em FPGAs Xilinx Virtex 4 FX60 (2 por placa de processador). A primeira missão do SpaceCube foi na Missão de Manutenção 4 do Hubble como parte do experimento Sensores de Navegação Relativa. O SpaceCube fornecerá uma plataforma de teste em órbita para demonstrar a radiação inovadora reforçada por técnicas de software.

MISSE-8

A missão STS-134 , lançada em maio de 2011, entregou o experimento MISSE PEC8 e devolveu o MISSE PEC7A e PEC7B à terra. MISSE-7 estava na ISS desde sua entrega na STS-129 .

No STS-134 MISSE-8 havia apenas um PEC, os tripulantes do STS-135 adicionaram a placa de exposição MISSE-8 ORMatE-III à segunda montagem MISSE.

As placas de exposição MISSE-8 PEC e ORMatE-III foram programadas para serem recuperadas em fevereiro de 2014 via EVA. Eles foram devolvidos dentro da cápsula SpaceX Dragon como parte da missão SpX-3 .

  • O astronauta Andrew Feustel troca o MISSE PEC7A e 7B pelo PEC8 STS-134

  • Uma composição de fotos tiradas durante um STS-135 EVA do ISS geral do ELC-2, observe MISSE-8 PEC à direita

  • MISSE-8 e o design da placa ORMatE-III

  • MISSE-8 fotografado por Ron Garan STS-135

  • Placa MISSE-8 ORMatE-III da NASA Select TV

  • Placa de exposição MISSE-8 ORMatE-III colocada em ELC-2 durante uma caminhada no espaço STS-135

MISSE-FF

A plataforma Materials ISS Experiment Flight Facility (MISSE-FF) fornece a capacidade de testar materiais, revestimentos e componentes ou outros experimentos maiores no ambiente hostil do espaço, o que é virtualmente impossível de fazer coletivamente na Terra. O teste em órbita terrestre baixa (LEO) permite o teste integrado de como os materiais reagem à exposição à radiação ultravioleta (UV), oxigênio atômico (AO), radiação ionizante, vácuo ultra-alto (UHV), partículas carregadas, ciclos térmicos, radiação eletromagnética, e micro-meteoróides no ambiente LEO.

MISSE-FF é uma continuação das cargas úteis de voo MISSE 1 a MISSE 8, mas é um projeto completamente novo que elimina a necessidade de Atividades Extraveiculares (EVA) para operações MISSE. MISSE-FF é um esforço cooperativo entre Alpha Space e o Programa ISS, e é projetado com uma estrutura de base e aviônicos que residem na ISS durante a ISS. MISSE Sample Carriers (MSCs) são anexados e posteriormente recuperados usando o ISS Canadarm 2 . Os MSCs são lançados nas instalações e, em seguida, devolvidos à Terra no final do período de teste. O MISSE-FF é operado roboticamente a partir do solo sem nenhuma interface planejada da tripulação necessária para as operações das instalações, exceto para carregar futuros Transportadores de Amostras (MSCs) MISSE na bandeja de transferência para transportar os MSC através da câmara pressurizada JEM e, posteriormente, descarregar MSCs da bandeja de transferência e preparando os MSCs para o retorno à Terra. A instalação é um desenvolvimento de novas tecnologias e sistemas não disponíveis anteriormente para a comunidade científica de materiais. Um novo recurso, não disponível no passado, é a capacidade de cada MSC de tirar fotos de cada amostra mensalmente (ou mais frequentemente, se necessário), que é fornecido a cada Investigador Principal para monitorar o status de sua amostra / experimento ao longo seu tempo em órbita. MISSE MSCs também oferece opções de energia e dados para experimentos que requerem coleta de dados e / ou energia para seus experimentos. O MISSE-FF oferece quatro direções de visualização espacial para teste de amostras ou experimentos: Ram (vista para frente conforme a ISS se move em sua órbita), Wake (visualização atrás da ISS semelhante à esteira de um barco na água), Zenith (visualização distante de terra no espaço profundo e em direção ao sol), e Nadir (visualização em direção à terra). Os cientistas testam a durabilidade do material ou componente, como degradação acelerada, aderência de contaminação do espaço e perda de massa.

Participantes em MISSE

O Projeto MISSE é um empreendimento cooperativo gerenciado pelo NASA Langley Research Center . Os participantes incluem: NASA Johnson Space Center , NASA Marshall Space Flight Center , NASA Glenn Research Center , o Laboratório de Materiais no Laboratório de Pesquisa da Força Aérea , o Naval Research Laboratory , a Infosight Corporation e a Boeing Phantom Works . A integração do Shuttle / ISS MISSE é realizada pelo DoD Space Shuttle da USAF e pela ISS Payload Integration Directorate.

Referências

links externos