Experimento de la Estación Espacial Internacional con materiales

El Experimento de Materiales en la Estación Espacial Internacional ( MISSE, por sus siglas en inglés ) es una serie de experimentos instalados externamente en la Estación Espacial Internacional (ISS, por sus siglas en inglés) que investigan los efectos de la exposición a largo plazo de los materiales al duro entorno espacial.

El proyecto MISSE evalúa el rendimiento, la estabilidad y la supervivencia a largo plazo de los materiales y componentes que la NASA , las empresas comerciales y el Departamento de Defensa (DOD) planean utilizar en futuras misiones espaciales en órbita terrestre baja (LEO), órbita síncrona e interplanetarias . La Instalación de Exposición de Larga Duración (LDEF), que fue recuperada en 1990 después de pasar 68 meses en LEO, reveló que los entornos espaciales son muy hostiles para muchos materiales y componentes de las naves espaciales. El oxígeno atómico , que es la especie atómica más común que se encuentra en la órbita terrestre baja, es altamente reactivo con los plásticos y algunos metales, causando una erosión severa .

También existe radiación ultravioleta extrema debido a la falta de un filtro atmosférico . Esta radiación deteriora y oscurece muchos plásticos y recubrimientos. El vacío en el espacio también altera las propiedades físicas de muchos materiales. Los impactos de meteoroides y desechos artificiales en órbita pueden dañar todos los materiales expuestos en el espacio. Los efectos combinados de todos estos entornos en las naves espaciales solo pueden investigarse en el espacio. MISSE evalúa los materiales que se utilizan actualmente y los que se planea utilizar en futuras misiones espaciales. ^{[ 1 ]}

El programa MISSE es un sucesor directo de las cargas útiles de efectos ambientales de la Mir (MEEPs) que estuvieron acopladas durante más de un año al módulo de acoplamiento de la estación espacial Mir entre los vuelos del transbordador STS-76 y STS-86 ; ^{[ 2 ]} y es descendiente de la instalación de exposición de larga duración . Además, las MEEPs pueden rastrear su origen a las bandejas de muestras de la matriz de muestras ópticas pasivas (POSA) que volaron en STS-1 y STS-2 , y su sucesor, Efectos de la interacción del oxígeno con los materiales (EOIM), en STS-3 y STS-5 .

En el proyecto MISSE se están probando aproximadamente 1508 muestras. Estas muestras abarcan desde componentes como interruptores, sensores y espejos hasta materiales como polímeros , recubrimientos y compuestos . También se están evaluando materiales biológicos como semillas, esporas y diversos tipos de bacterias. Cada material de la misión tuvo que ser probado individualmente en el laboratorio antes de su selección. La prueba definitiva para los materiales es su exposición al entorno espacial. En el laboratorio, cada material solo puede exponerse a un entorno simulado específico a la vez. En el espacio, se exponen a todos los entornos simultáneamente. Además de probar nuevos materiales, MISSE también abordará cuestiones relativas a los materiales actuales, como los que se utilizan en los satélites de comunicaciones, que están sufriendo fallos prematuros en los paneles solares. También se probarán nuevas generaciones de células solares con una vida útil prevista más prolongada.

MISSE también probará recubrimientos utilizados para controlar la absorción de calor y las temperaturas de emisión de los satélites. El entorno hostil del espacio limita la vida útil de los recubrimientos. Se probarán nuevos recubrimientos que se espera que sean mucho más estables en el espacio y, por lo tanto, tengan una vida útil más larga. MISSE también abordará un problema importante para la exploración tripulada de Marte: proteger a la tripulación de los rayos cósmicos de alta energía presentes en el espacio interplanetario. Se probarán nuevos conceptos de escudos ligeros en MISSE. Se planean estructuras de membrana ultraligeras para velas solares, grandes espejos inflables y lentes. También se investigarán los efectos de los impactos de micrometeoritos en estos materiales. ^{[ 1 ]}

Los datos de MISSE (MISSE 1-7) ya están disponibles para el público a través de una cuenta registrada en http://materialsinspace.nasa.gov/ . Siempre que ha sido posible, la NASA ha intentado recopilar datos de experimentos anteriores de MISSE y ponerlos a disposición del público. Se siguen recopilando datos de investigadores y se añaden a la base de datos de MISSE.

Los materiales seleccionados para la misión se colocan en contenedores de experimentos pasivos (PEC, por sus siglas en inglés) con forma de maletín. Los PEC se utilizan para transportar experimentos hacia y desde la ISS. Durante una actividad extravehicular (EVA, por sus siglas en inglés), se colocan sobre pasamanos o en una instalación experimental expuesta de la ISS. Los contenedores se abren completamente (360°) de modo que las dos superficies con los experimentos queden orientadas en direcciones opuestas. Los experimentos se fotografían varias veces durante su estancia en el exterior, si es posible, generalmente cuando surge la oportunidad debido a una EVA programada. Después de la exposición en el espacio, el MISSE se recupera de la misma manera en que se desplegó, y las muestras de material se analizan para comprobar si aún conservan las propiedades únicas necesarias para completar las misiones espaciales. Los MISSE cuentan con detectores activos y pasivos para proporcionar una lectura del historial temporal, es decir, una lectura de lo que les sucedió a los materiales en determinados momentos. De vuelta en la Tierra, se realizarán pruebas para determinar los efectos de su exposición. Estas pruebas determinarán qué materiales son lo suficientemente resistentes como para sobrevivir en el espacio.

Originalmente, se planeó que las misiones MISSE-1 y 2 se desplegaran durante aproximadamente un año, y las misiones MISSE-3 y 4 durante un máximo de tres años. Debido a la inmovilización de la flota de transbordadores tras el desastre del transbordador espacial Columbia, fue necesario modificar estos planes. Las misiones MISSE-1 y 2 proporcionaron los datos de tres años, y las misiones MISSE-3 y 4 proporcionaron los datos de un año. ^{[ 3 ]}

El primer y segundo conjunto de experimentos fue lanzado por el transbordador espacial Discovery , durante la misión STS-105 , el 10 de agosto de 2001 y contenía 910 especímenes de diversos materiales. ^{[ 4 ]} Se instaló en dos pasamanos de esclusa de aire separados ubicados en la esclusa de aire conjunta Quest y tanques de gas de alta presión. ^{[ 5 ]}

El 30 de julio de 2005, durante la primera EVA de la misión STS-114 , se recuperaron ambos experimentos. ^{[ 6 ]}

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  ICC STS-105 transportando MISSE-1 y 2
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  Monturas MISSE PEC1 y 2 en Quest
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  MISS PEC1
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  MISSE PEC1 montado en Quest
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  MISSE PEC2
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  Una vista de MISSE PEC2 montada en Quest

Este fue el tercer experimento MISSE lanzado, aunque el quinto MISSE PEC. MISSE-5 fue lanzado por el transbordador espacial Discovery en la misión STS-114 , el 26 de julio de 2005 y contenía 254 especímenes de diversos materiales. ^{[ 7 ]} Fue instalado en la estructura P6 y un año después, durante la tercera actividad extravehicular (EVA) de la misión STS-115 , el 15 de septiembre de 2006, se recuperó el paquete MISSE-5. ^{[ 8 ]}

MISSE-5 incluyó tres investigaciones. Un experimento, el Experimento de Celdas Solares de Tecnología Avanzada (FTSCE), consistió en una prueba de rendimiento de 36 celdas solares para su uso en futuras naves espaciales. La segunda investigación midió la degradación de más de 200 materiales flexibles en el entorno espacial. El tercer experimento involucró al PCSat-2 , que proporcionó un sistema de comunicaciones y probó la solución comercial del Servicio de Satélites Amateur para el comando y control de telemetría. MISSE-5 fue el primer experimento activo de la serie MISSE. Requería energía y podía comunicarse con la Tierra a través del PCSat-2. ^{[ 9 ]}

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  MISSE PEC5 preparándose para su lanzamiento. A la izquierda se encuentra FTCSE, a la derecha PcSat-2 cubierto por una manta térmica dorada con muestras de materiales flexibles.
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  MISSE PEC5 en el extremo de la armadura P6
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  MISSE PEC5 en el extremo de la armadura P6

El cuarto y quinto conjunto de experimentos MISSE (MISSE PEC3 y MISSE PEC4) fueron lanzados por el transbordador espacial Discovery , durante la misión STS-121 , el 3 de agosto de 2006 y contenían 875 especímenes de diversos materiales. ^{[ 10 ]} El MISSE-3 fue instalado en uno de los tanques de alta presión alrededor de la esclusa de la tripulación y el MISSE-4 en el extremo exterior de la esclusa de aire Quest Joint por la tripulación de la Expedición 13. ^{[ 11 ]} Un año después, durante la cuarta actividad extravehicular (EVA) de la misión STS-118 , el 18 de agosto de 2007, se recuperaron los experimentos MISSE-3 y 4. ^{[ 12 ]}

Las misiones MISSE 3 y 4 también tuvieron un propósito educativo: transportaron aproximadamente ocho millones de semillas de albahaca que se entregaron a niños para experimentos científicos, con el fin de estimular el interés por la ciencia espacial. ^{[ 3 ]}

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  MISSE PEC3
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  MISSE PEC4
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  MISSE-3 justo antes de su recuperación durante la misión STS-118.

El sexto conjunto de experimentos MISSE, denominados 6A y 6B, fue lanzado por el transbordador espacial Endeavour durante la misión STS-123 , el 13 de marzo de 2008, y contiene más de 400 especímenes de diversos materiales. ^{[ 13 ]} Se instaló en la Instalación de Carga Externa Columbus . Se intentó la instalación durante la tercera EVA , pero la caja no encajó inicialmente en el soporte. ^{[ 14 ]} Se instaló con éxito durante la quinta EVA. ^{[ 15 ]}

Tanto MISSE 6A como 6B fueron recuperadas durante la primera EVA de la misión STS-128 y regresaron a la Tierra en septiembre de 2009. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

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  MISSE PEC6A y 6B en el módulo Columbus
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  MISSE PEC6A y 6B
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  Imagen de la obra de arte de MISSE PEC6A y 6B

El séptimo conjunto de experimentos MISSE se encontraba en un adaptador de carga útil ExPRESS (ExPA) ^{[ 18 ] : 6} en el transportador logístico ExPRESS 2 . ^{[ 19 ]} Fueron llevados a la estación (en ELC-2) en noviembre de 2009 a bordo de la misión STS-129 .

MISSE-7 se compone de dos contenedores de experimentos pasivos (PEC) del tamaño de una maleta, identificados como MISSE 7A y MISSE 7B. Una vez instalados en el exterior de la ISS por astronautas que realizaban caminatas espaciales, los PEC se abrieron. La orientación de MISSE 7A era hacia el espacio/hacia la Tierra, mientras que la de MISSE 7B era hacia adelante/hacia atrás con respecto a la órbita de la ISS. Tanto MISSE 7A como MISSE 7B contenían experimentos activos y pasivos. Los experimentos pasivos están diseñados para su evaluación antes y después del vuelo en laboratorios terrestres. Como novedad en el programa MISSE, los experimentos activos están diseñados para interactuar con los sistemas de energía y comunicación de la ISS, permitiendo la transmisión de datos a la Tierra.

MISSE-7 también contenía experimentos montados en su base ExPA. Estos experimentos incluían SpaceCube , desarrollado por ingenieros del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA. Se trata de un sistema reconfigurable de alto rendimiento basado en las FPGA comerciales Virtex-4 de Xilinx, diseñado para aplicaciones espaciales que requieren un procesamiento intensivo a bordo. El propósito de SpaceCube en MISSE-7 era servir como banco de pruebas en órbita para demostrar la ejecución de programas y las técnicas de detección y corrección de errores, reforzadas contra la radiación mediante software, que permitirán el uso de dispositivos de procesamiento comerciales en el espacio. ^{[ 20 ]}

Los experimentos activos en 7A incluyeron el Experimento Xilinx-Sandia de Alteración de Eventos Únicos ^{[ 18 ] : 35} que detectó efectos de radiación en circuitos FPGA activos y detectó más eventos de alteración en latitudes altas y en la Anomalía del Atlántico Sur . ^{[ 18 ] : 20}

El Laboratorio de Investigación Naval se encargó de la responsabilidad principal de MISSE 7A, mientras que el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea , la NASA, Boeing , otros colaboradores de la industria y la academia realizaron experimentos en MISSE 7B. ^{[ 21 ]}

Los dos PEC fueron recogidos para su regreso a la Tierra durante la misión STS-134.

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  MISSE-7 antes de su lanzamiento con los dos contenedores de experimentos pasivos montados en la plataforma ExPA.
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  MISSE PEC7A y 7B
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  MISSE PEC7A y 7B en ELC-2

La misión STS-134 , lanzada en mayo de 2011, entregó el experimento MISSE PEC8 y trajo de regreso a la Tierra los experimentos MISSE PEC7A y PEC7B. MISSE-7 había estado en la ISS desde su entrega en la misión STS-129 . ^{[ 23 ]}

En la misión STS-134, el MISSE-8 era un único PEC; en la misión STS-135, la tripulación añadió la placa de exposición ORMatE-III del MISSE-8 al segundo soporte del MISSE.

La placa de exposición MISSE-8 PEC y ORMatE-III estaba programada para ser recuperada en febrero de 2014 mediante una actividad extravehicular (EVA). Fueron devueltas dentro de la cápsula SpaceX Dragon como parte de la misión SpX-3 . ^{[ 24 ]}

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  El astronauta Andrew Feustel cambia las cápsulas MISSE PEC7A y 7B por la PEC8 STS-134.
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  Composición de fotografías tomadas durante una actividad extravehicular (EVA) de la ISS desde el ELC-2 durante la misión STS-135; obsérvese el PEC de la misión MISSE-8 a la derecha.
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  MISSE-8 y el diseño de la placa ORMatE-III
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  MISSE-8 fotografiada por Ron Garan STS-135
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  Placa MISSE-8 ORMatE-III de NASA Select TV
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  Placa de exposición MISSE-8 ORMatE-III colocada en ELC-2 durante una caminata espacial STS-135

La plataforma Materials ISS Experiment Flight Facility (MISSE-FF) permite probar materiales, recubrimientos y componentes, así como realizar otros experimentos de mayor envergadura en el entorno hostil del espacio, algo prácticamente imposible de llevar a cabo de forma conjunta en la Tierra. Las pruebas en órbita terrestre baja (LEO) posibilitan la evaluación integrada de cómo reaccionan los materiales a la exposición a la radiación ultravioleta (UV), el oxígeno atómico (AO), la radiación ionizante, el vacío ultraalto (UHV), las partículas cargadas, los ciclos térmicos, la radiación electromagnética y los micrometeoroides en el entorno LEO.

MISSE-FF es una continuación de las cargas útiles de vuelo de MISSE 1 a MISSE 8, pero es un diseño completamente nuevo que elimina la necesidad de actividades extravehiculares (EVA) para las operaciones de MISSE. MISSE-FF es un proyecto de cooperación entre Alpha Space y el Programa ISS, y está diseñado con una estructura base y aviónica que residen en la ISS durante su estancia. Los portadores de muestras MISSE (MSC) se acoplan y posteriormente se recuperan utilizando el Canadarm 2 de la ISS . Los MSC se lanzan a la instalación y luego regresan a la Tierra al final del período de prueba. MISSE-FF se opera robóticamente desde tierra sin necesidad de interfaces de tripulación planificadas para las operaciones de la instalación, excepto para cargar futuros portadores de muestras MISSE (MSC) en la bandeja de transferencia para transportarlos a través de la esclusa de aire JEM , y posteriormente descargar los MSC de la bandeja de transferencia y prepararlos para su regreso a la Tierra. La instalación representa el desarrollo de nuevas tecnologías y sistemas que no estaban disponibles anteriormente para la comunidad de la ciencia de los materiales. Una nueva característica, inexistente hasta ahora, es la capacidad de cada MSC para tomar fotografías de cada muestra mensualmente (o con mayor frecuencia si es necesario), las cuales se proporcionan a cada investigador principal para monitorear el estado de su muestra/experimento durante su tiempo en órbita. Los MSC de MISSE también ofrecen opciones de energía y datos para experimentos que requieren recopilación de datos y/o energía. MISSE-FF ofrece cuatro direcciones de visualización espacial para el análisis de muestras o experimentos: Ram (vista hacia adelante mientras la ISS se mueve en su órbita), Wake (vista detrás de la ISS, similar a la estela de un barco en el agua), Zenith (vista lejos de la Tierra hacia el espacio profundo y hacia el Sol) y Nadir (vista hacia abajo, hacia la Tierra). Los científicos realizan pruebas para evaluar la durabilidad del material o componente, como la degradación acelerada, la adherencia a la contaminación espacial y la pérdida de masa.

El proyecto MISSE es una iniciativa cooperativa gestionada por el Centro de Investigación Langley de la NASA . Entre los participantes se incluyen: el Centro Espacial Johnson de la NASA , el Centro de Vuelos Espaciales Marshall de la NASA , el Centro de Investigación Glenn de la NASA , el Laboratorio de Propulsión a Chorro , el Laboratorio de Materiales del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea , el Laboratorio de Investigación Naval , ^{[ 25 ]} Infosight Corporation y Boeing Phantom Works . La integración del transbordador espacial y la ISS del MISSE la lleva a cabo la Dirección de Integración de Carga Útil del Transbordador Espacial y la ISS del Departamento de Defensa de la USAF.

• Sitio web de la NASA para las misiones MISSE-1 a MISSE-5.
• Hoja informativa de la NASA sobre MISSE: Pruebas de materiales en el espacio. Archivada el 15 de septiembre de 2008 en Wayback Machine.
• Hoja informativa de la NASA: MISSE deja su huella. Archivado el 6 de abril de 2013 en Wayback Machine.