Estructura de celosía integrada

Los segmentos de la estructura de soporte de la ISS fueron fabricados por Boeing en sus instalaciones de Huntington Beach, California (anteriormente McDonnell Douglas), la planta de ensamblaje Michoud en Nueva Orleans, Luisiana , el Centro de Vuelos Espaciales Marshall en Huntsville, Alabama , y ​​en Tulsa, Oklahoma . Posteriormente, las estructuras fueron transportadas o enviadas a la Instalación de Procesamiento de la Estación Espacial del Centro Espacial Kennedy para su ensamblaje final y verificación.

La estructura se fabricó utilizando varios procesos de manufactura, entre los que se incluyen la fundición a la cera perdida , el laminado en caliente de acero , la soldadura por fricción-agitación y la soldadura TIG .

La primera pieza de la estructura, la estructura Z1, fue lanzada a bordo de la misión STS-92 en octubre de 2000. Contiene los conjuntos del giroscopio de momento de control (CMG), el cableado eléctrico, el equipo de comunicaciones y dos contactores de plasma diseñados para neutralizar la carga electrostática de la estación espacial.

Otro objetivo de la estructura Z1 era servir como soporte temporal para la estructura P6 y el panel solar hasta su reubicación al final de la estructura P5 durante la misión STS-120. Aunque no formaba parte de la estructura principal, la estructura Z1 fue la primera estructura reticular permanente de la ISS, similar a una viga, que sentó las bases para la futura incorporación de las principales estructuras de soporte de la estación. Está fabricada con acero inoxidable, titanio y aleaciones de aluminio.

Aunque la mayor parte de la estructura Z1 no está presurizada, cuenta con un puerto del Mecanismo de Acoplamiento Común (CBM) que conecta su parte inferior con el puerto superior de Unity y contiene una pequeña cúpula presurizada que permitía a los astronautas conectar cables de tierra eléctricos entre Unity y la estructura sin necesidad de una actividad extravehicular (EVA). ^{[ 1 ] [ 2 ]} Además, la cúpula dentro del CBM de Z1 puede utilizarse como espacio de almacenamiento. ^{[ 3 ]}

La estructura Z1 también cuenta con un anillo de Mecanismo de Atraque Manual (MBM) orientado hacia adelante. ^{[ 4 ]} Este MBM no es un puerto y no está presurizado ni alimentado eléctricamente, pero puede operarse con una herramienta manual para acoplar cualquier CBM pasivo a él. ^{[ 5 ]} El MBM de la estructura Z1 se usó solo una vez, para sostener temporalmente el PMA-2 , mientras el laboratorio Destiny se acoplaba al nodo Unity durante la misión STS-98 . Desde la instalación de la estructura S0 cercana en abril de 2002, el acceso al MBM ha estado bloqueado.

En octubre de 2007, el elemento de celosía P6 se ​​desconectó de Z1 y se trasladó a P5; ahora P6 estará conectado permanentemente a P5. La celosía Z1 se utiliza ahora exclusivamente para albergar los CMG, el equipo de comunicaciones y los contactores de plasma; además, Z1 se conecta ahora únicamente a Unity (Nodo 1) y ya no alberga otros elementos de la estación espacial.

En diciembre de 2008, la compañía Ad Astra Rocket anunció un acuerdo con la NASA para colocar una versión de prueba de vuelo de su propulsor iónico VASIMR en la estación para que se encargara de la función de reimpulso. En 2013, se tenía previsto colocar el módulo del propulsor sobre la estructura Z1 en 2015. ^{[ 6 ]} La NASA y Ad Astra firmaron un contrato para el desarrollo del motor VASIMR por un período de hasta tres años en 2015. ^{[ 7 ]} Sin embargo, en 2015 la NASA canceló los planes para enviar el VF-200 a la ISS. Un portavoz de la NASA declaró que la ISS "no era una plataforma de demostración ideal para el nivel de rendimiento deseado de los motores". ^{[ 8 ]} (Un ejemplo de una nave espacial que utilizó un propulsor iónico para mantener su órbita fue el Explorador de Campo Gravitatorio y Circulación Oceánica en Estado Estacionario , cuyo motor le permitió mantener una órbita muy baja).

La estructura S0 (también llamada Estructura Integrada Central de Estribor 0 ) forma la columna vertebral central de la Estación Espacial. Se acopló a la parte superior del Módulo Laboratorio Destiny durante la misión STS-110 en abril de 2002. La estructura S0 se utiliza para suministrar energía a los módulos presurizados de la estación y disipar el calor de los módulos hacia las estructuras S1 y P1. La estructura S0 no está acoplada a la ISS, sino que está conectada al módulo Laboratorio Destiny mediante el Sistema de Fijación de Estructura Módulo-A-Estructura (MTSAS) y cuatro puntales de aluminio extruido del Sistema de Fijación de Estructura Módulo-A-Estructura (MTS). El Sistema de Fijación de Estructura Módulo-A-Estructura consta de dos mitades. La mitad activa, el Conjunto de Cuna del Laboratorio, está atornillada a los anillos trasero y central del Laboratorio Destiny, y la mitad pasiva, la barra de agarre y los pasadores de alineación están integrados a la estructura S0.

Las estructuras P1 y S1 (también llamadas estructuras de radiador térmico de babor y estribor ) están unidas a la estructura S0 y contienen carros para transportar el brazo robótico Canadarm2 y a los astronautas a los lugares de trabajo junto con la estación espacial. Cada una hace circular 290  kg (637  lb) de amoníaco anhidro a través de tres radiadores de disipación de calor. La estructura S1 se lanzó en la misión STS-112 en octubre de 2002 y la estructura P1 en la misión STS-113 en noviembre de 2002. El diseño detallado, las pruebas y la construcción de las estructuras S1 y P1 fueron realizados por McDonnell Douglas (ahora Boeing) en Huntington Beach, California. Las primeras piezas para la estructura se cortaron en 1996 y la entrega de la primera estructura tuvo lugar en 1999.

Las estructuras P2 y S2 estaban previstas como ubicaciones para los propulsores de cohetes en el diseño original de la Estación Espacial Freedom . Dado que las partes rusas de la ISS también proporcionaban esa capacidad, la capacidad de reimpulso del diseño de la Estación Espacial Freedom ya no era necesaria en esa ubicación. Por lo tanto, P2 y S2 fueron canceladas. ^{[ 9 ]}

El conjunto de la estructura P3/P4 fue instalado por la misión STS-115 del transbordador espacial Atlantis , lanzada el 9 de septiembre de 2006, y acoplado al segmento P1. Los segmentos P3 y P4 contienen un par de paneles solares , un radiador y una junta giratoria que orienta los paneles solares y conecta P3 con P4. Al momento de su instalación, no circulaba energía a través de la junta giratoria, por lo que la electricidad generada por las alas de los paneles solares P4 solo se utilizaba en el segmento P4 y no en el resto de la estación. En diciembre de 2006, una importante renovación del cableado eléctrico de la estación, realizada por la misión STS-116, distribuyó esta energía a toda la red. El conjunto de la estructura S3/S4, una réplica del P3/P4, fue instalado el 11 de junio de 2007, también por el transbordador espacial Atlantis durante el vuelo STS-117 , misión 13A , y montado en el segmento de la estructura S1. Es el módulo con destino a la estación más pesado jamás lanzado por el transbordador espacial. ^{[ 10 ]}

Los principales subsistemas P3 y S3 incluyen el Sistema de Fijación de Segmento a Segmento (SSAS), la Junta Rotativa Solar Alpha (SARJ) y el Sistema de Fijación de Transportador de Carga No Presurizado (UCCAS). Las funciones principales del segmento de celosía P3 son proporcionar interfaces mecánicas, de energía y de datos a las cargas útiles fijadas a las dos plataformas UCCAS; indexación axial para el seguimiento solar, o rotación de los paneles para seguir al sol, a través del SARJ; movimiento y alojamiento en el lugar de trabajo para el Transportador Móvil . La estructura primaria P3/S3 está hecha de una estructura de aluminio de forma hexagonal e incluye cuatro mamparos y seis largueros . ^{[ 11 ]} La celosía S3 también soporta ubicaciones de Transportadores Logísticos EXPRESS , que se lanzaron e instalaron por primera vez en el período de 2009.

Los principales subsistemas de los módulos fotovoltaicos P4 y S4 (PVM) incluyen las dos alas del panel solar (SAW), el radiador fotovoltaico (PVR), la estructura de interfaz de unión alfa (AJIS), el sistema de fijación de celosía Rocketdyne modificado (MRTAS) y el conjunto de cardán beta (BGA).

Años más tarde, en diciembre de 2022 y junio de 2023, respectivamente, se añadieron los paneles iROSA 3 y 4 delante de los antiguos conjuntos solares 3A y 4A sobre las estructuras S4 y P4, y en diciembre de 2022 y junio de 2023, respectivamente, se añadió el panel iROSA 5 delante del antiguo conjunto solar 1B sobre la estructura S4.

Las estructuras P5 y S5 son conectores que soportan las estructuras P6 y S6, respectivamente. La longitud de los conjuntos de estructuras P3/P4 y S3/S4 estaba limitada por la capacidad de la bodega de carga del transbordador espacial , por lo que se necesitan estos pequeños conectores (de 3,37 m de longitud) para extender la estructura. La estructura P5 se instaló el 12 de diciembre de 2006, durante la primera actividad extravehicular (EVA) de la misión STS-116 . La estructura S5 fue puesta en órbita por la misión STS-118 e instalada el 11 de agosto de 2007.

La estructura P6 fue el segundo segmento que se añadió, ya que contiene un gran panel solar (SAW) que generaba electricidad esencial para la estación, antes de la activación del panel solar en la estructura P4. Originalmente, estaba montada en la estructura Z1 y su panel solar se extendió durante la misión STS-97 , pero se plegó, por la mitad, para dejar espacio a los paneles solares en las estructuras P4 y S4, durante las misiones STS-116 y STS-117, respectivamente. La misión STS-120 del transbordador (misión de ensamblaje 10A ) separó la estructura P6 de la Z1, la volvió a montar en la estructura P5, desplegó sus paneles radiadores e intentó desplegar sus paneles solares. Un panel solar (2B) se desplegó con éxito, pero el segundo panel solar (4B) sufrió un desgarro importante que detuvo temporalmente su despliegue en torno al 80 %. Posteriormente se reparó y el panel está ahora completamente desplegado. En una misión de ensamblaje posterior (la STS-119 , que se realizó fuera de secuencia ), se montó la estructura S6 sobre la estructura S5, lo que proporcionó un cuarto y último conjunto de paneles solares y radiadores.

Años más tarde, en junio de 2021 y junio de 2023, respectivamente, se añadieron los paneles iROSA 1 y 2 delante de los antiguos conjuntos solares 4B y 2B sobre la estructura P6, y el panel iROSA 6 se añadió delante del antiguo conjunto solar 1B sobre la estructura S6.

• 
  Estructura Z1 (arriba) y módulo Unity (abajo) de la misión STS-92 en octubre de 2000.
• 
  La estructura S0 (arriba) de la misión STS-110, 17 de abril de 2002.
• 
  Instalación del elemento de la estructura ISS S1 en la misión STS-112 , 10 de octubre de 2002.
• 
  Instalación de un elemento de la estructura ISS P1 en la misión STS-113 , 28 de noviembre de 2002.
• 
  Instalación de la estructura P3/P4 durante la misión STS-115 , el 13 de septiembre de 2006. Los astronautas sirven de referencia de escala en la imagen.
• 
  El conjunto de la estructura S3/S4 recién instalada durante la primera actividad extravehicular (EVA, por sus siglas en inglés) de la misión STS-117 , el 11 de junio de 2007.
• 
  El brazo robótico Canadarm-1 del transbordador espacial Discovery entrega la sección de la estructura P5 al Canadarm-2 de la Estación Espacial Internacional durante la misión STS-116 del transbordador en diciembre de 2006.
• 
  El transbordador espacial Endeavour se aproxima a la Estación Espacial Internacional durante la misión STS-118 con la sección de la estructura S5 lista para ser instalada.
• 
  Vista EVA de la estructura de aluminio
• 
  Fabricación del mamparo central del artículo de prueba de la estructura S0 en Boeing en Huntington Beach.

La principal fuente de energía de la Estación Espacial Internacional proviene de los cuatro grandes paneles fotovoltaicos de fabricación estadounidense que actualmente se encuentran en la estación, a veces denominados Alas de Paneles Solares (SAW). El primer par de paneles está unido al segmento de estructura P6, que fue lanzado e instalado sobre Z1 a finales de 2000 durante la misión STS-97 . El segmento P6 fue reubicado en su posición final, atornillado al segmento de estructura P5, en noviembre de 2007 durante la misión STS-120 . El segundo par de paneles fue lanzado e instalado en septiembre de 2006 durante la misión STS-115 , pero no proporcionaron electricidad hasta la misión STS-116 en diciembre de 2006, cuando la estación recibió un recableado eléctrico. El tercer par de paneles se instaló durante la misión STS-117 en junio de 2007. Un último par llegó en marzo de 2009 en la misión STS-119 . Se iba a disponer de más energía solar a través de la Plataforma Científica de Energía construida por Rusia , pero fue cancelada. ^{[ 11 ]}

Cada una de las alas del panel solar mide 34  m (112  pies) de largo por 12  m (39  pies) de ancho, tiene una masa aproximada de 1100 kg (2400 lb) y es capaz de generar casi 30 kW de potencia de CC . ^{[ 12 ]} Están divididas en dos mantas fotovoltaicas, con el mástil de despliegue en medio. Cada manta tiene 16 400 células fotovoltaicas de silicio , cada una de 8 cm x 8 cm, agrupadas en 82 paneles activos, cada uno compuesto por 200 células, con 4100 diodos . ^{[ 11 ]}    

Cada par de mantas se dobló como un acordeón para facilitar su transporte al espacio. Una vez en órbita, el mástil de despliegue entre cada par de mantas despliega el conjunto por completo. Se utilizan cardanes , conocidos como Ensamblaje de Cardanes Beta (BGA), para girar los conjuntos de manera que apunten hacia el Sol y proporcionen la máxima potencia a la Estación Espacial Internacional.

Con el tiempo, las células fotovoltaicas en las alas se han degradado gradualmente, ya que fueron diseñadas para una vida útil de 15 años. Esto es especialmente notorio con los primeros conjuntos que se lanzaron, con las estructuras P6 y P4 en 2000 y 2006. Para aumentar las alas de la estructura P6, en junio de 2021 y noviembre de 2022, la NASA lanzó cuatro de una versión ampliada del Roll Out Solar Array , en dos pares, a bordo de las misiones SpaceX Dragon 2 SpaceX CRS-22 , -26 y -28 . Estos conjuntos son más ligeros y generan más energía que los conjuntos existentes. Están diseñados para desplegarse a lo largo de la parte central de las alas hasta dos tercios de su longitud. El trabajo para instalar los soportes para los nuevos conjuntos en las cajas del mástil de la estructura P6 fue iniciado por los miembros de la Expedición 64 . ^{[ 13 ]} El trabajo para instalar y desplegar los dos primeros conjuntos en los soportes P6 fue realizado con éxito durante tres caminatas espaciales por Shane Kimbrough y Thomas Pesquet de la Expedición 65. [ ^{14 ] [ 15 ] [ 16 ] En} noviembre y diciembre de 2022, los astronautas Francisco Rubio y Josh A. Cassada de la Expedición 68 instalaron el segundo conjunto de soportes y conjuntos, uno en cada una de las estructuras P4 y S4. ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]} En junio de 2023, los astronautas Stephen Bowen y Warren Hoburg de la Expedición 69 instalaron el tercer conjunto de soportes y conjuntos, uno en cada una de las estructuras S6 y S4. ^{[ 21 ]} Un conjunto final de conjuntos se instalará en las estructuras P4 y S6 en 2025. ^{[ 22 ]}

La articulación Alpha es la principal articulación giratoria que permite que los paneles solares sigan al sol; en funcionamiento nominal, la articulación Alpha gira 360° en cada órbita (véase también el modo Night Glider ). Una articulación giratoria Alpha solar (SARJ) se encuentra entre los segmentos de la estructura P3 y P4, y la otra entre los segmentos S3 y S4. Durante su funcionamiento, estas articulaciones giran continuamente para mantener las alas de los paneles solares en los segmentos exteriores de la estructura orientadas hacia el sol. Cada SARJ tiene 3 metros de diámetro, pesa aproximadamente 1134 kg y puede girar continuamente mediante conjuntos de rodamientos y un sistema de servocontrol. Tanto en el lado de babor como en el de estribor, toda la energía fluye a través del conjunto de transferencia de utilidad (UTA) en la SARJ. Los conjuntos de anillos de rodillos permiten la transmisión de datos y energía a través de la interfaz giratoria, por lo que nunca es necesario desenrollarla. La SARJ fue diseñada, construida y probada por Lockheed Martin y sus subcontratistas. ^{[ 11 ]}

Las juntas rotatorias Solar Alpha contienen conjuntos de bloqueo de accionamiento que permiten que los segmentos exteriores del ITS giren y sigan al Sol . Un componente del DLA es un piñón que se acopla con el anillo de rodadura que actúa como engranaje principal . Hay dos anillos de rodadura y dos DLA en cada SARJ, lo que proporciona redundancia en órbita; sin embargo, se requeriría una serie de caminatas espaciales para reposicionar los DLA y los conjuntos de cojinetes de apoyo (TBA) para utilizar el anillo de rodadura alternativo. Se llevó un DLA de repuesto a la ISS en la misión STS-122 . ^{[ 23 ]}

En 2007, se detectó un problema en el SARJ de estribor y en uno de los dos conjuntos de cardán beta (BGA). ^{[ 24 ]} El daño se produjo debido al desgaste excesivo y prematuro de una guía en el mecanismo de la articulación. El SARJ se bloqueó durante el diagnóstico del problema y, en 2008, se aplicó lubricación a la guía para solucionar el problema. ^{[ 25 ]}

La unidad de derivación secuencial (SSU) está diseñada para regular de forma aproximada la energía solar captada durante los periodos de insolación, es decir, cuando los paneles solares captan energía durante los periodos de exposición al sol. Una secuencia de 82 cadenas, o líneas de alimentación, conecta el conjunto solar con la SSU. La derivación, o control, de la salida de cada cadena regula la cantidad de energía transferida. El punto de ajuste de voltaje regulado se controla mediante un ordenador ubicado en el IEA y normalmente se establece en unos 140  voltios. La SSU cuenta con una función de protección contra sobretensiones para mantener el voltaje de salida por debajo de un máximo de 200 V CC en todas las condiciones de funcionamiento. Esta energía se transmite a través del BMRRM a la DCSU ubicada en el IEA. La SSU mide 81 x 51 x 30 cm (32 x 20 x 12 pulgadas) y pesa 84 kg (185 libras) .  

Cada conjunto de baterías, situado en las estructuras S4, P4, S6 y P6, consta de 24 celdas de baterías de iones de litio ligeras y el equipo eléctrico y mecánico asociado. ^{[ 26 ] [ 27 ]} Cada conjunto de baterías tiene una capacidad nominal de 110 Ah ( 396 000 C ) (originalmente 81 Ah) y 4 kWh (14 MJ) . ^{[ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]} Esta energía se suministra a la ISS a través de la BCDU y la DCSU respectivamente.    

Las baterías aseguran que la estación nunca se quede sin energía para mantener los sistemas de soporte vital y los experimentos. Durante la parte de la órbita con luz solar, las baterías se recargan. Las baterías de níquel-hidrógeno tenían una vida útil de diseño de 6,5 años, lo que significa que se reemplazaron varias veces durante la vida útil prevista de 30 años de la estación. ^{[ 31 ] [ 29 ]} Las baterías y las unidades de carga/descarga de baterías son fabricadas por Space Systems/Loral (SS/L), ^{[ 32 ]} bajo contrato con Boeing . ^{[ 33 ]} Las baterías de Ni-H2 en la estructura P6 fueron reemplazadas en 2009 y 2010 con más baterías de Ni-H2 traídas por misiones del Transbordador Espacial. ^{[ 30 ]} Las baterías de níquel-hidrógeno tenían una vida útil de diseño de 6,5 años y podían superar los 38.000 ciclos de carga/descarga con una profundidad de descarga del 35 %. Cada batería medía 40 x 36 x 18 pulgadas (102 x 91 x 46 cm) y pesaba 375 libras (170 kg) . ^{[ 34 ] [ 29 ]}  

De 2017 a 2021, las baterías de níquel-hidrógeno fueron reemplazadas por baterías de iones de litio . ^{[ 30 ]} El 6 de enero de 2017, los miembros de la Expedición 50 , Shane Kimbrough y Peggy Whitson, comenzaron el proceso de conversión de algunas de las baterías más antiguas de la ISS a las nuevas baterías de iones de litio. ^{[ 30 ]} Los miembros de la Expedición 64, Victor Glover y Michael S. Hopkins, concluyeron la campaña el 1 de febrero de 2021. ^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ]} Hay varias diferencias entre las dos tecnologías de baterías. Una diferencia es que las baterías de iones de litio pueden manejar el doble de carga, por lo que solo se necesitó la mitad de baterías de iones de litio durante el reemplazo. ^{[ 30 ] [ 29 ]} Además, las baterías de iones de litio son más pequeñas que las antiguas baterías de níquel-hidrógeno. ^{[ 30 ]} Aunque las baterías de iones de litio suelen tener una vida útil más corta que las baterías de Ni-H2, ya que no pueden soportar tantos ciclos de carga/descarga antes de sufrir una degradación notable, las baterías de iones de litio de la ISS se han diseñado para 60 000 ciclos y diez años de vida útil, mucho más que la vida útil de diseño original de las baterías de Ni-H2 de 6,5 años. ^{[ 30 ]}

El Sistema de Base Móvil (MBS) es una plataforma (montada en el Transportador Móvil ) para los brazos robóticos Canadarm2 y Dextre que los transporta 108 metros por rieles entre la estructura S3 y P3. ^{[ 39 ]} Más allá de los rieles, Canadarm2 puede pasar por encima de la articulación giratoria alfa y reubicarse para sujetarse a los accesorios en la estructura S6 y P6. Durante la misión STS-120, el astronauta Scott Parazynski montó en el Sensor de Brazo del Orbitador para reparar una rotura en el panel solar 4B.