Интегрированная ферменная конструкция - Integrated Truss Structure

Внешний вид солнечных батарей и стальной фермы МКС. Белая облицовка - это кевларовые панели для защиты от микрометеороидов.

Элементы МКС по состоянию на август 2019 г.^{[Обновить]}.

В Интегрированная ферменная конструкция (ЭТО) из Международная космическая станция (ISS) состоит из линейно упорядоченной последовательности связанных фермы на которых монтируются различные негерметичные компоненты, например, транспортные средства доставки, радиаторы, солнечные батареи, и другое оборудование. Он снабжает МКС автобус архитектура. Его длина составляет примерно 110 метров, и он сделан из алюминий и нержавеющая сталь.

Компоненты фермы

Все ферма Компоненты 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 назвать неправильной, поскольку она установлена ​​в центре в зенитном положении. Судьба и не находится ни по правому, ни по левому борту.

Производство

Астронавт НАСА Рид Вайзман осматривает стальной каркас ферменной конструкции

Сегменты фермы МКС были сфабрикованный компанией Boeing на ее объектах в Хантингтон-Бич, Калифорния, Мишуд, Новый Орлеан, Лос-Анджелес, Хантсвилле, Алабама, и Талсе, штат Оклахома. Затем фермы были доставлены или отправлены в Космический центр Кеннеди. Комплекс обработки космической станции для окончательной сборки и отладки.

Каркас был изготовлен с использованием нескольких производственных процессов, в том числе литье по выплавляемым моделям, стали горячая прокатка, трение-перемешивание и Сварка TIG процессы.

Ферма Z1

Ферма Z1

Z1 Ферма над модулем

Первая ферма, ферма Z1, запущена на борт СТС-92 в октябре 2000 г. Он содержит гироскоп контрольного момента (CMG) сборки, электропроводка, коммуникационное оборудование и два плазменные контакторы предназначен для нейтрализации статического электрического заряда космической станции.

Другая цель фермы Z1 заключалась в том, чтобы служить в качестве временной монтажной позиции для «фермы P6 и солнечной батареи» до ее перемещения в конец фермы P5 во время STS-120. Ферма Z1, хотя и не являлась частью основной фермы, была первой постоянной решетчатой ​​структурой для МКС, очень похожей на ферму, создавая основу для будущего добавления основных ферм или магистралей станции. Он изготовлен из нержавеющей стали, титана и алюминиевых сплавов.

Хотя основная часть фермы Z1 не находится под давлением, она имеет Общий причальный механизм (CBM) порт, который соединяет его надир с портом зенита Единство и содержит небольшой герметичный купол, который позволял астронавтам подключать провода электрического заземления между Единство и ферма без EVA.^[1][2] Кроме того, купол внутри CBM Z1 может использоваться как место для хранения.^[3]

Ферма Z1 также оснащена обращенным вперед кольцом ручного швартовного механизма (MBM).^[4] Этот MBM не является портом и не работает под давлением или с электрическим приводом, но им можно управлять с помощью ручного инструмента, чтобы закрепить любой пассивный CBM к нему.^[5] MBM фермы Z1 использовался только один раз, чтобы временно удерживать ПМА-2, в то время как Судьба лабораторию пришвартовали на Единство узел во время СТС-98. После установки ближайшей фермы S0 в апреле 2002 года доступ к MBM был заблокирован.

В октябре 2007 г. элемент фермы P6 был отсоединен от Z1 и перенесен на P5; P6 теперь будет постоянно связан с P5. Ферма Z1 теперь используется исключительно для размещения модулей CMG, оборудования связи и плазменных контакторов; кроме того, Z1 теперь подключается только к Единство (Узел 1) и больше не содержит других элементов космической станции.

В декабре 2008 г. Компания Ad Astra Rocket объявила о соглашении с НАСА о размещении летно-испытательной версии своего ВАСИМР ионный двигатель на станции, чтобы взять на себя обязанности по перезагрузке. В 2013 году подруливающий модуль планировалось разместить на ферме Z1 в 2015 году.^[6] НАСА и Ad Astra подписали контракт на разработку двигателя VASIMR сроком до трех лет в 2015 году.^[7] Однако в 2015 году НАСА отказалось от планов по запуску VF-200 на МКС. Представитель НАСА заявил, что МКС «не была идеальной демонстрационной платформой для желаемого уровня производительности двигателей».^[8] (Пример космического корабля, который использовал ионный двигатель поддерживать свою орбиту было Исследователь гравитационного поля и устойчивой циркуляции океана, двигатель которого позволял ему поддерживать очень низкую орбиту.)

Воспроизвести медиа Анимация, показывающая различные виды фермы Z1, которая была установлена ​​на Международной космической станции экипажем STS-92.

На этой фотографии 2001 года показана альтернативная конфигурация фермы, в которой ферма Z1 была критическим элементом между солнечными батареями и модулями.

Экспедиция 11 командир Сергей К. Крикалев внутри купола фермы Z1.

Ферма S0

Ферма S0

Стальная опорная конструкция фермы S0, подключенная к лаборатории США

Ферма S0 (также называемая Центральная интегрированная ферма в сборе Правый борт 0 Ферма) образует центральную основу космической станции. Он был прикреплен к верхней части Модуль лаборатории судьбы в течение СТС-110 в апреле 2002 г. S0 используется для подачи питания на модули станции под давлением и отвода тепла от модулей к фермам S1 и P1. Ферма S0 не стыкована с МКС, а соединена с четырьмя стойками из нержавеющей стали «Модуль к ферменной конструкции» (MTS).

Фермы P1, S1

Ферма S1

Ферма P1

Фермы P1 и S1 (также называемые Фермы теплового радиатора с левого и правого борта) прикреплены к ферме S0 и содержат тележки для транспортировки Canadarm2 и космонавтов на рабочие места вместе с космической станцией. Каждый из них пропускает 290 кг (637 фунтов) безводный аммиак через три радиатора отвода тепла. Ферма S1 была запущена на СТС-112 в октябре 2002 г. и ферма P1 была запущена на СТС-113 в ноябре 2002 г. Детальное проектирование, испытание и строительство конструкций S1 и P1 были выполнены компанией McDonnell Douglas (ныне Boeing) в Хантингтон-Бич, Калифорния. Первые части конструкции были вырезаны в 1996 году, а поставка первой фермы произошла в 1999 году.

Фермы P2, S2

Фермы P2 и S2 планировались как места для ракетных двигателей в первоначальном проекте для Свобода космической станции. Поскольку российские части МКС также обеспечивали такую ​​возможность, перезагрузка в этом месте больше не было необходимости в конструкции космической станции «Свобода». Итак, P2 и S2 были отменены.^[9]

Фермы P3 / P4, S3 / S4 в сборе

Воспроизвести медиа

Детали и раскладывание фермы P3 / P4 в деталях (анимация)

Ферма P3 / P4

Ферма S3 / S4

Сборка фермы P3 / P4 была установлена Космический шатл Атлантида СТС-115 миссия, запущенная 9 сентября 2006 г. и прикрепленная к сегменту P1. Сегменты P3 и P4 вместе содержат пару солнечные батареи, радиатор и поворотный шарнир который будет направлять солнечные батареи и соединяет P3 с P4. После его установки через поворотный шарнир не протекала энергия, поэтому электричество, вырабатываемое крыльями солнечной батареи P4, использовалось только на сегменте P4, а не на остальной части станции. Затем, в декабре 2006 г., на станции был произведен капитальный ремонт электропроводки. СТС-116 направил эту мощность на всю сеть. Ферма S3 / S4 в сборе - зеркальное отображение P3 / P4 - была установлена ​​11 июня 2007 г. также Космический шатл Атлантида во время полета СТС-117, миссия 13А и установлен на сегменте фермы S1.

Основные подсистемы P3 и S3 включают систему межсегментного присоединения (SSAS), Вращающийся шарнир Solar Alpha (SARJ) и система крепления негерметичных грузовых автомобилей (UCCAS). Основными функциями сегмента фермы P3 являются обеспечение механических интерфейсов, интерфейсов питания и данных для полезных нагрузок, прикрепленных к двум платформам UCCAS; осевая индексация для слежения за солнцем или поворот массивов для следования за солнцем через SARJ; перемещение и размещение на рабочем месте для Мобильный транспортер. Первичная конструкция P3 / S3 выполнена из алюминиевой конструкции шестиугольной формы и включает четыре переборки и шесть лонжероны.^[10] Ферма S3 также поддерживает Экспресс логистическая компания локации, которые будут запущены и установлены первыми в 2009 году.

Основные подсистемы фотоэлектрических модулей (PVM) P4 и S4 включают два Крылья солнечной батареи (SAW), Фотоэлектрический радиатор (PVR), Alpha Joint Interface Structure (AJIS), и модифицированной системы крепления фермы Rocketdyne (MRTAS), а также Beta Gimbal Assembly (BGA).

Фермы P5, S5

Ферма P5

Ферма S5

Фермы P5 и S5 - это соединители, которые поддерживают фермы P6 и S6 соответственно. Длина ферм P3 / P4 и S3 / S4 ограничивалась вместимостью грузового отсека Космический шатл, поэтому эти небольшие соединители необходимы для удлинения фермы. Ферма P5 была установлена ​​12 декабря 2006 г., во время первого EVA миссии СТС-116. Ферма S5 была выведена на орбиту миссией СТС-118 и установлен 11 августа 2007 г.

Фермы P6, S6

Ферма P6

Ферма П6 после переезда

Ферма S6

Ферма P6 была вторым сегментом фермы, который нужно было добавить, потому что он содержит большой Крыло солнечной батареи (SAW), которая вырабатывала необходимую электроэнергию для станции, до активации SAW на ферме P4. Первоначально он устанавливался на ферму Z1, а во время СТС-97, но SAW складывалась пополам, чтобы освободить место для SAW на фермах P4 и S4 во время СТС-116 и СТС-117 соответственно. Миссия шаттла СТС-120 (монтажная миссия 10А ) отсоединил ферму P6 от Z1, повторно установил ее на ферме P5, повторно развернул панели радиатора и попытался повторно развернуть свои SAW. Одна SAW (2B) была развернута успешно, но вторая SAW (4B) образовала значительный разрыв, который временно остановил развертывание примерно на 80%. Впоследствии это было исправлено, и теперь массив полностью развернут. Более поздняя миссия по сборке (вне очереди СТС-119 ) смонтировал ферму S6 на ферме S5, которая обеспечила четвертый и последний набор солнечных батарей и радиаторов.

Галерея ферм

• 

  Ферма Z1 (выше) и Модуль Unity (ниже) из СТС-92 в октябре 2000 г.

• 

  В Ферма S0 (выше) из СТС-110 17 апреля 2002 г.

• 

  МКС Ферма S1 элемент устанавливается на СТС-112 10 октября 2002 г.

• 

  МКС Ферма P1 элемент устанавливается на СТС-113 28 ноября 2002 г.

• 

  В Сборка фермы P3 / P4 устанавливается во время СТС-115 13 сентября 2006 г. Астронавты придают масштаб изображения.

• 

  Недавно установленный Сборка фермы S3 / S4 во время первого EVA миссии СТС-117 11 июня 2007 г.

• 

  Космический шатл Открытие с Канадарм-1 роботизированная рука передает ферменную секцию P5 к Международной космической станции Канадарм-2 во время миссии шаттла СТС-116 в декабре 2006 г.

• 

  Космический шатл Стараться приближается к Международной космической станции во время полета СТС-118 с секцией фермы S5, готовой к установке.

• 

  EVA вид каркаса из конструкционной стали

• 

  Производство наконечников фермы S3 в НАСА Мишуд

Подсистемы фермы

• 

  Международная космическая станция 5 ноября 2007 г. после перемещения узла фермы P6 (крайний справа) СТС-120

• 

  Космическая станция, демонстрирующая завершенную сборку фермы (по состоянию на март 2009 г.)

Солнечные батареи

Крупным планом - солнечная батарея, сложенная гармошкой.

В Международная космическая станция главный источник энергия из трех из четырех крупных американских фотоэлектрические батареи в настоящее время на станции, иногда называемой Крылья солнечной батареи (УВИДЕЛ). Первая пара массивов прикреплена к сегменту фермы P6, который был запущен и установлен поверх Z1 в конце 2000 г. СТС-97. Сегмент P6 был перемещен в окончательное положение, прикрепленный болтами к сегменту фермы P5, в ноябре 2007 г. СТС-120. Вторая пара массивов была запущена и установлена ​​в сентябре 2006 г. СТС-115, но они не обеспечивали электричество до СТС-116 в декабре 2006 г., когда на станции была проведена электрическая переустановка. Третья пара массивов была установлена ​​во время СТС-117 в июне 2007 г. Последняя пара прибыла в середине марта 2009 г. СТС-119. Больше солнечной энергии должно было быть доступно через русский -строенный Платформа Science Power, но его отменили.^[10]

Каждое из крыльев солнечной батареи имеет длину 34 м (112 футов), ширину 12 м (39 футов) и может генерировать почти 32,8 кВт из ОКРУГ КОЛУМБИЯ мощность.^[11] Они разделены на два фотоэлектрических одеяла с мачтой развертывания между ними. Каждое одеяло имеет 16400 штук. кремний фотоэлектрические элементы, каждая ячейка размером 8 см х 8 см, сгруппированная в 82 активных панели, каждая из которых состоит из 200 ячеек, с 4 100 диоды.^[10]

Каждая пара одеял была сложена как аккордеон для компактной доставки в космос. После выхода на орбиту мачта для развертывания между каждой парой одеял разворачивает массив на всю длину. Карданы, известный как Бета-сборка карданного подвеса (BGA) используются для вращать массивы так, чтобы они были обращены к Солнцу, чтобы обеспечить максимальную мощность Международной космической станции.

Вращающийся шарнир Solar Alpha

В Альфа шарнир - это главный поворотный шарнир, позволяющий солнечным батареям отслеживать солнце; в номинальном режиме альфа-шарнир вращается на 360 ° по каждой орбите (однако см. Режим ночного планера ). Одно вращательное 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 крылья солнечных батарей на внешних сегментах фермы были ориентированы на Солнце. Каждый SARJ имеет диаметр 10 футов, весит примерно 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 электроэнергии (UTA) в SARJ. Ролл кольцо сборки позволяют передавать данные и мощность через вращающийся интерфейс, поэтому ему никогда не придется раскручиваться. SARJ был разработан, построен и испытан Локхид Мартин и его субподрядчики.^[10]

Поворотные соединения Solar Alpha содержат узлы блокировки привода, которые позволяют внешним сегментам ITS вращаться и отслеживать солнце. Компонент DLA - это шестерня который входит в зацепление с гоночным кольцом, которое служит бычья передача. В каждом SARJ есть два гоночных кольца и два DLA, обеспечивающих резервирование на орбите, однако ряд космические прогулки потребуется изменить положение DLA и Подшипниковые узлы тележки (TBAs) использовать альтернативное гоночное кольцо. Запасной DLA был доставлен на МКС на СТС-122.^[12]

В 2007 году проблема была обнаружена в SARJ правого борта и в одном из двух бета карданных узлов (BGA).^[13] Повреждение произошло из-за чрезмерного и преждевременного износа гусеницы в шарнирном механизме. SARJ был заморожен во время диагностики проблемы, и в 2008 году гусеница была смазана для решения этой проблемы.^[14]

Кондиционирование и хранение энергии

Блок последовательного шунтирования (SSU) предназначен для грубой регулировки солнечной энергии, собираемой в периоды инсоляции - когда массивы собирают энергию в периоды наведения на солнце. Последовательность из 82 отдельных цепочек или линий электропередач ведет от солнечной батареи к SSU. Маневрирование или управление выходом каждой струны регулирует количество передаваемой мощности. Заданное значение регулируемого напряжения контролируется компьютером, расположенным на IEA, и обычно устанавливается на уровне около 140 вольт. SSU имеет функцию защиты от перенапряжения для поддержания выходного напряжения ниже 200 В постоянного тока максимум во всех рабочих условиях. Затем эта мощность передается через BMRRM в DCSU, расположенный в IEA. Размеры SSU - 32 на 20 на 12 дюймов (81 на 51 на 30 см) и вес 185 фунтов (84 кг).^{[нужна цитата ]}

Каждая аккумуляторная батарея состоит из 38 легких никель-водородных элементов и соответствующего электрического и механического оборудования. Каждая батарея в сборе имеет паспортную емкость 81.Ах (291,600 C ) и 4 кВтч (14 МДж).^[15] Эта мощность подается на ISS через BCDU и DCSU соответственно. Батареи имеют расчетный срок службы 6,5 лет и могут превышать 38 000 циклов заряда / разряда при глубине разряда 35%. Каждая батарея имеет размеры 40 на 36 на 18 дюймов (102 на 91 на 46 см) и весит 375 фунтов (170 кг).^[16]

Мобильная базовая система

Мобильная базовая система (MBS) - это платформа (установленная на Мобильный транспортер ) для роботизированного оружия Canadarm2 и Dextre неся их по рельсам на 108 метров между фермами S3 и P3.^[17] Вне рельсов Canadarm2 может переступить через поворотный шарнир альфа и переместиться на грейферные приспособления на ферме S6 и P6. Во время STS-120 астронавт Скотт Паразински проехал на Датчик стрелы орбитального аппарата для ремонта разрыва в солнечной батарее 4B.

Последовательность сборки фермы и солнечной батареи ^[18]

Компоненты фермы ISS

Смотрите также

• Платформа Science Power - Отменен модуль МКС
• Изготовление Международной космической станции - Изготовление элементов МКС
• Сборка Международной космической станции
• Список полетов к Международной космической станции - Статья со списком Википедии

Рекомендации

внешняя ссылка

• НАСА Вспышка ITS Interactive