Интегрированная ферменная конструкция ( ИТС ) Международной космической станции (МКС) состоит из линейно расположенной последовательности соединенных ферм , на которых установлены различные негерметичные компоненты, такие как логистические носители, радиаторы , солнечные батареи и другое оборудование. Она обеспечивает МКС архитектурой шины . Она имеет длину около 110 метров и изготовлена из алюминия и нержавеющей стали .
Все компоненты фермы были названы в соответствии с их запланированными конечными положениями: Z для зенита, S для правого борта и P для левого борта, с номером, указывающим последовательное положение. Ферму S0 можно считать неправильным названием, поскольку она установлена в центре зенитного положения Destiny и не является ни правым, ни левым бортом.
Сегменты ферм МКС были изготовлены компанией Boeing на ее предприятиях в Хантингтон-Бич, Калифорния (ранее McDonnell Douglas), на сборочном заводе Michoud в Новом Орлеане, Луизиана , в Центре космических полетов имени Маршалла в Хантсвилле, Алабама , и в Талсе, Оклахома . [ необходима ссылка ] Затем фермы были перевезены или отправлены в цех по обработке космической станции Космического центра Кеннеди для окончательной сборки и проверки.
Каркас конструкции был изготовлен с использованием нескольких производственных процессов, включая литье по выплавляемым моделям , горячую прокатку стали , сварку трением с перемешиванием и TIG-сварку . [ необходима ссылка ]
Первая часть фермы, ферма Z1, была запущена на борту STS-92 в октябре 2000 года. Она содержит узлы гироскопа управляющего момента (CMG), электропроводку, коммуникационное оборудование и два плазменных контактора , предназначенных для нейтрализации статического электрического заряда космической станции.
Еще одной целью фермы Z1 было служить временным местом крепления «фермы P6 и солнечной батареи» до ее перемещения в конец фермы P5 во время STS-120. Хотя ферма Z1 не была частью главной фермы, она была первой постоянной решетчатой конструкцией для МКС, очень похожей на балку, подготавливая почву для будущего добавления основных ферм или хребтов станции. Она изготовлена из нержавеющей стали, титана и алюминиевых сплавов.
Хотя основная часть фермы Z1 негерметична, она оснащена портом Common Berthing Mechanism (CBM), который соединяет ее надир с зенитным портом Unity и содержит небольшой герметичный купол, который позволяет астронавтам подключать электрические заземляющие провода между Unity и фермой без выхода в открытый космос. [1] [2] Кроме того, купол внутри CBM Z1 можно использовать в качестве складского помещения. [3]
Ферма Z1 также оснащена обращенным вперед кольцом ручного механизма причаливания (MBM). [4] Этот MBM не является портом и не находится под давлением или имеет электрический привод, но им можно управлять с помощью ручного инструмента для причаливания к нему любого пассивного CBM. [5] MBM фермы Z1 использовался только один раз, чтобы временно удерживать PMA-2 , пока лаборатория Destiny пришвартовывалась к узлу Unity во время STS-98 . После установки близлежащей фермы S0 в апреле 2002 года доступ к MBM был заблокирован.
В октябре 2007 года элемент фермы P6 был отсоединен от Z1 и перемещен в P5; P6 теперь будет постоянно соединен с P5. Ферма Z1 теперь используется исключительно для размещения CMG, коммуникационного оборудования и плазменных контакторов; кроме того, Z1 теперь соединен исключительно с Unity (Узел 1) и больше не размещает другие элементы космической станции.
В декабре 2008 года компания Ad Astra Rocket Company объявила о соглашении с NASA о размещении на станции испытательной версии своего ионного двигателя VASIMR для выполнения функций повторного разгона. В 2013 году модуль двигателя планировалось разместить на ферме Z1 в 2015 году. [6] NASA и Ad Astra подписали контракт на разработку двигателя VASIMR сроком на три года в 2015 году. [7] Однако в 2015 году NASA прекратило планы по запуску VF-200 на МКС. Представитель NASA заявил, что МКС «не является идеальной демонстрационной платформой для желаемого уровня производительности двигателей». [8] (Примером космического корабля, который использовал ионный двигатель для поддержания своей орбиты, был Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer , двигатель которого позволял ему поддерживать очень низкую орбиту.)
Ферма S0 (также называемая центральной интегрированной ферменной сборкой правого борта 0 фермы ) образует центральный остов космической станции. Она была прикреплена к верхней части лабораторного модуля Destiny во время STS-110 в апреле 2002 года. S0 используется для подачи питания к герметичным модулям станции и отвода тепла от модулей к фермам S1 и P1. Ферма S0 не пристыкована к МКС, но соединена с четырьмя стойками из нержавеющей стали Module to Truss Structure (MTS).
Фермы P1 и S1 (также называемые фермами теплового радиатора левого и правого борта ) прикреплены к ферме S0 и содержат тележки для транспортировки Canadarm2 и астронавтов на рабочие площадки вместе с космической станцией. Каждая из них пропускает 290 кг (637 фунтов) безводного аммиака через три радиатора отвода тепла. Ферма S1 была запущена на STS-112 в октябре 2002 года, а ферма P1 была запущена на STS-113 в ноябре 2002 года. Детальное проектирование, испытания и строительство конструкций S1 и P1 были проведены McDonnell Douglas (теперь Boeing) в Хантингтон-Бич, Калифорния. Первые детали для конструкции были вырезаны в 1996 году, а поставка первой фермы состоялась в 1999 году.
Фермы P2 и S2 были запланированы как места для ракетных двигателей в первоначальном проекте космической станции Freedom . Поскольку российские части МКС также обеспечивали эту возможность, возможность повторного разгона конструкции космической станции Freedom больше не была нужна в этом месте. Таким образом, P2 и S2 были отменены. [9]
Сборка фермы P3/P4 была установлена миссией Space Shuttle Atlantis STS-115 , запущенной 9 сентября 2006 года, и прикреплена к сегменту P1. Сегменты P3 и P4 вместе содержат пару солнечных батарей , радиатор и поворотное соединение, которое будет направлять солнечные батареи и соединять P3 с P4. После его установки через поворотное соединение не проходила энергия, поэтому электричество, вырабатываемое крыльями солнечной батареи P4, использовалось только на сегменте P4, а не на остальной станции. Затем в декабре 2006 года крупная электропроводка станции, проведенная STS-116, направила эту энергию на всю сеть. Сборка фермы S3/S4 — зеркальное отражение P3/P4 — была установлена 11 июня 2007 года также космическим челноком Atlantis во время полета STS-117 , миссия 13A , и прикреплена к сегменту фермы S1. Это самый тяжелый модуль станции, когда-либо запущенный космическим челноком. [10]
Основные подсистемы P3 и S3 включают в себя систему прикрепления сегментов к сегментам (SSAS), вращающееся соединение Solar Alpha (SARJ) и систему прикрепления негерметичных грузовых транспортных средств (UCCAS). Основными функциями сегмента фермы P3 являются обеспечение механических, энергетических и информационных интерфейсов для полезных нагрузок, прикрепленных к двум платформам UCCAS; осевая индексация для отслеживания солнца или вращение массивов для следования за солнцем через SARJ; перемещение и размещение на рабочей площадке для мобильного транспортера . Основная структура P3/S3 выполнена из алюминиевой конструкции шестиугольной формы и включает четыре переборки и шесть лонжеронов . [11] Ферма S3 также поддерживает местоположения EXPRESS Logistics Carrier , которые впервые были запущены и установлены в 2009 году.
Основные подсистемы фотоэлектрических модулей P4 и S4 (PVM) включают в себя два крыла солнечной батареи (SAW), фотоэлектрический радиатор (PVR), структуру сопряжения Alpha Joint (AJIS), модифицированную систему крепления ферм Rocketdyne (MRTAS) и сборку карданного подвеса Beta (BGA).
Спустя годы iROSA 3 и 4 были добавлены перед старыми солнечными батареями 3A и 4A на фермах S4 и P4 соответственно, а iROSA 5 была добавлена перед старой солнечной батареей 1B на фермах S4 в декабре 2022 и июне 2023 года соответственно.
Фермы P5 и S5 являются соединителями, которые поддерживают фермы P6 и S6 соответственно. Длина узлов ферм P3/P4 и S3/S4 была ограничена вместимостью грузового отсека космического челнока , поэтому эти небольшие (длиной 3,37 м) соединители необходимы для удлинения фермы. Ферма P5 была установлена 12 декабря 2006 года во время первого выхода в открытый космос миссии STS-116 . Ферма S5 была выведена на орбиту миссией STS-118 и установлена 11 августа 2007 года.
Ферма P6 была вторым добавленным сегментом фермы, поскольку она содержит большое крыло солнечной батареи (SAW), которое вырабатывало необходимую электроэнергию для станции до активации SAW на ферме P4. Первоначально она была установлена на ферме Z1 и имела ее SAW, расширенную во время STS-97 , но SAW была сложена, по одной половине за раз, чтобы освободить место для SAW на фермах P4 и S4 во время STS-116 и STS-117 соответственно. Миссия шаттла STS-120 (сборочная миссия 10A ) отсоединила ферму P6 от Z1, переустановила ее на ферме P5, повторно развернула панели радиатора и попыталась повторно развернуть свои SAW. Одна SAW (2B) была успешно развернута, но вторая SAW (4B) дала значительный разрыв, который временно остановил развертывание примерно на 80%. Это было впоследствии исправлено, и теперь массив полностью развернут. В ходе более поздней сборочной миссии (внеочередной STS-119 ) ферма S6 была установлена на ферму S5, что обеспечило четвертый и последний комплект солнечных батарей и радиаторов.
Спустя годы iROSA 1 и 2 были добавлены перед старыми солнечными батареями 4B и 2B на ферме P6, а iROSA 6 была добавлена перед старой солнечной батареей 1B на ферме S6 в июне 2021 и июне 2023 года соответственно.
.jpg/1280px-ISS_P6_truss_solar_array_-_close-up_(ISS014-E-10053).jpg)
Основным источником энергии Международной космической станции являются четыре больших фотоэлектрических батареи американского производства, которые в настоящее время находятся на станции, иногда их называют крыльями солнечных батарей (SAW). Первая пара батарей прикреплена к сегменту фермы P6, который был запущен и установлен на вершине Z1 в конце 2000 года во время STS-97 . Сегмент P6 был перемещен в свое окончательное положение, прикрепленный болтами к сегменту фермы P5, в ноябре 2007 года во время STS-120 . Вторая пара батарей была запущена и установлена в сентябре 2006 года во время STS-115 , но они не обеспечивали электроэнергией до STS-116 в декабре 2006 года, когда на станции была проведена замена электропроводки. Третья пара батарей была установлена во время STS-117 в июне 2007 года. Последняя пара прибыла в марте 2009 года во время STS-119 . Больше солнечной энергии должно было быть доступно через построенную в России научно-энергетическую платформу , но ее строительство было отменено. [11]
Каждое из крыльев солнечных батарей имеет длину 34 м (112 футов) и ширину 12 м (39 футов), весит около 1100 кг (2400 фунтов) и способно генерировать около 30 кВт постоянного тока . [12] Они разделены на два фотоэлектрических одеяла, между которыми находится мачта развертывания. Каждое одеяло имеет 16 400 кремниевых фотоэлектрических элементов , каждый из которых имеет размер 8 см x 8 см, сгруппированных в 82 активные панели, каждая из которых состоит из 200 элементов, с 4100 диодами . [11]
Каждая пара одеял была сложена как гармошка для компактной доставки в космос. После выхода на орбиту, мачта развертывания между каждой парой одеял разворачивает массив на всю его длину. Карданные подвесы , известные как Beta Gimbal Assembly (BGA), используются для поворота массивов таким образом, чтобы они были обращены к Солнцу, чтобы обеспечить максимальную мощность для Международной космической станции. [ необходима цитата ]
Со временем фотоэлектрические элементы на крыльях постепенно деградировали, будучи рассчитанными на 15-летний срок службы. Это особенно заметно на первых запущенных массивах, фермах P6 и P4 в 2000 и 2006 годах. Чтобы расширить крылья фермы P6, в июне 2021 года и ноябре 2022 года НАСА запустило четыре увеличенных версии Roll Out Solar Array , в двух парах, на борту миссий SpaceX Dragon 2 SpaceX CRS-22 , -26 и -28 . Эти массивы более легкие и генерируют больше энергии, чем существующие массивы. Они предназначены для развертывания вдоль центральной части крыльев на две трети их длины. Работа по установке опорных кронштейнов для новых массивов на мачтах фермы P6 была инициирована участниками Экспедиции 64 . [13] Работа по установке и развертыванию первых двух массивов на кронштейнах P6 была успешно проведена в течение трех выходов в открытый космос Шейном Кимбро и Томасом Песке из Экспедиции 65. [ 14] [15] [16] В ноябре и декабре 2022 года астронавты Франциско Рубио и Джош А. Кассада из Экспедиции 68 установили второй комплект кронштейнов и массивов, по одному на фермах P4 и S4. [17] [18] [19] [20] В июне 2023 года астронавты Стивен Боуэн и Уоррен Хобург из Экспедиции 69 установили третий комплект кронштейнов и массивов, по одному на фермах S6 и S4. [21] Последний комплект массивов будет установлен на фермах P4 и S6 в 2025 году. [22]
Соединение Alpha является основным вращающимся соединением, позволяющим солнечным батареям отслеживать солнце; в номинальном режиме работы соединение Alpha вращается на 360° за каждую орбиту (однако, см. также режим Night Glider ). Одно вращающееся соединение Solar Alpha (SARJ) расположено между сегментами фермы P3 и P4, а другое — между сегментами фермы S3 и S4. Во время работы эти соединения непрерывно вращаются, чтобы удерживать крылья солнечной батареи на внешних сегментах фермы ориентированными на Солнце. Каждый SARJ имеет диаметр 10 футов, весит приблизительно 2500 фунтов и может непрерывно вращаться с помощью подшипниковых узлов и системы сервоуправления. Как по левому, так и по правому борту вся мощность проходит через узел передачи утилит (UTA) в SARJ. Узлы роликовых колец позволяют передавать данные и мощность через вращающийся интерфейс, поэтому ему никогда не приходится раскручиваться. SARJ был спроектирован, построен и испытан компанией Lockheed Martin и ее субподрядчиками. [11]
Вращающиеся соединения Solar Alpha содержат узлы блокировки привода, которые позволяют внешним сегментам ITS вращаться и отслеживать Солнце . Компонентом DLA является шестерня , которая входит в зацепление с гоночным кольцом, которое служит в качестве зубчатого колеса . В каждом SARJ имеется два гоночных кольца и два DLA, обеспечивающих избыточность на орбите, однако для изменения положения DLA и узлов подшипников качения (TBA) для использования альтернативного гоночного кольца потребуется серия выходов в открытый космос . Запасной DLA был доставлен на МКС на STS-122 . [23]
В 2007 году проблема была обнаружена в правом SARJ и в одном из двух узлов бета-кардана (BGA). [24] Повреждение произошло из-за чрезмерного и преждевременного износа гусеницы в шарнирном механизме. SARJ был заморожен во время диагностики проблемы, и в 2008 году на гусеницу была нанесена смазка для решения проблемы. [25]
Последовательный шунтирующий блок (SSU) предназначен для грубого регулирования солнечной энергии, собранной в периоды инсоляции — когда массивы собирают энергию в периоды наведения солнца. Последовательность из 82 отдельных строк, или линий электропередач, ведет от солнечной батареи к SSU. Шунтирование, или управление, выходом каждой строки регулирует количество передаваемой энергии. Регулируемая уставка напряжения контролируется компьютером, расположенным на IEA, и обычно устанавливается на уровне около 140 вольт. SSU имеет функцию защиты от перенапряжения, чтобы поддерживать выходное напряжение ниже 200 В постоянного тока максимум для всех рабочих условий. Затем эта энергия передается через BMRRM в DCSU, расположенный в IEA. SSU имеет размеры 32 на 20 на 12 дюймов (81 на 51 на 30 см) и весит 185 фунтов (84 кг). [ необходима цитата ]
Каждая батарея, расположенная на фермах S4, P4, S6 и P6, состоит из 24 легких литий-ионных аккумуляторных ячеек и соответствующего электрического и механического оборудования. [26] [27] Каждая батарея имеет паспортную емкость 110 Ач (396 000 Кл ) (первоначально 81 Ач) и 4 кВтч (14 МДж). [28] [29] [30] Эта энергия подается на МКС через BCDU и DCSU соответственно.
Аккумуляторы гарантируют, что станция никогда не останется без питания для поддержания систем жизнеобеспечения и экспериментов. Во время солнечной части орбиты аккумуляторы перезаряжаются. Никель-водородные аккумуляторы имели проектный срок службы 6,5 лет, что означает, что они были заменены несколько раз в течение ожидаемого 30-летнего срока службы станции. [31] [29] Аккумуляторы и блоки заряда/разряда аккумуляторов производятся компанией Space Systems/Loral (SS/L) [32] по контракту с Boeing . [33] Аккумуляторы Ni-H2 на ферме P6 были заменены в 2009 и 2010 годах на дополнительные аккумуляторы Ni-H2, привезенные миссиями Space Shuttle. [30] Никель-водородные аккумуляторы имели проектный срок службы 6,5 лет и могли превышать 38 000 циклов заряда/разряда при глубине разряда 35%. Каждая батарея имела размеры 40 на 36 на 18 дюймов (102 на 91 на 46 см) и весила 375 фунтов (170 кг). [34] [29]
С 2017 по 2021 год никель-водородные батареи были заменены литий-ионными батареями . [30] 6 января 2017 года участники экспедиции 50 Шейн Кимброу и Пегги Уитсон начали процесс замены некоторых из самых старых батарей на МКС на новые литий-ионные батареи. [30] Участники экспедиции 64 Виктор Дж. Гловер и Майкл С. Хопкинс завершили кампанию 1 февраля 2021 года. [35] [36] [37] [38] Между двумя технологиями батарей есть ряд различий. Одно из различий заключается в том, что литий-ионные батареи могут выдерживать в два раза больше заряда, поэтому при замене потребовалось всего лишь вдвое меньше литий-ионных батарей. [30] [29] Кроме того, литий-ионные батареи меньше старых никель-водородных батарей. [30] Хотя литий-ионные аккумуляторы обычно имеют более короткий срок службы, чем никель-водородные аккумуляторы, поскольку они не могут выдерживать столько же циклов заряда/разряда, прежде чем начнут заметно деградировать, литий-ионные аккумуляторы ISS были разработаны для 60 000 циклов и десятилетнего срока службы, что намного больше, чем проектный срок службы оригинальных никель-водородных аккумуляторов, составляющий 6,5 лет. [30]
Мобильная базовая система (MBS) представляет собой платформу (установленную на мобильном транспортере) для роботизированных рук Canadarm2 и Dextre, перемещающих их на 108 метров по рельсам между фермами S3 и P3. [39] За пределами рельсов Canadarm2 может перешагнуть через поворотное сочленение альфа и переместиться для захвата приспособлений на фермах S6 и P6. Во время STS-120 астронавт Скотт Паразински управлял датчиком стрелы орбитального аппарата , чтобы устранить разрыв в солнечной батарее 4B.
Первым сегментом фермы, который должен был быть запущен, был Z1, который был установлен на зенитном (отвернутом от Земли) механизме Common Berthing Mechanism модуля Unity . За ним последовал P6, который был установлен наверху (сторона зенита) фермы Z1. Затем ферма S0 была установлена наверху модуля Destiny . Остальные элементы фермы были последовательно прикреплены к обеим сторонам S0. Когда ферма приближалась к завершению, ферма P6 была перемещена с Z1 на конец P5.
В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
.jpg/1280px-STS-116_-_P5_Truss_hand-off_to_ISS_(NASA_S116-E-05765).jpg)
