Orbitalna jednostka zastępcza

Orbitalne jednostki zastępcze (lub jednostki wymienne na orbicie ) ( ORU ) to kluczowe elementy Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, które można łatwo wymienić, gdy jednostka przekroczy swój projektowy okres eksploatacji lub ulegnie awarii. ORU są częściami głównych systemów i podsystemów zewnętrznych elementów ISS, żaden nie jest przeznaczony do instalowania wewnątrz modułów ciśnieniowych. Przykładami jednostek ORU są: pompy, zbiorniki magazynowe, skrzynki kontrolne, anteny i akumulatory. Takie jednostki są zastępowane albo przez astronautów podczas EVA, albo przez Dextre (SPDM). Wszystkie są przechowywane na trzech zewnętrzne platformy magazynowe (ESP) lub cztery nośniki logistyczne ExPRESS (ELC) zamontowane na zintegrowanej konstrukcji kratownicowej (ITS).

Lokalizacja ESP i ELC na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej .

Wstęp

Zintegrowana struktura kratownicy ISS z wyszczególnieniem wszystkich jednostek zastępczych orbity na miejscu

Podczas gdy części zamienne/jednostki ORU były rutynowo przywożone i opuszczane w czasie eksploatacji ISS za pośrednictwem misji zaopatrzeniowych promu kosmicznego, położono duży nacisk [ ^{potrzebne wyjaśnienie ]} , gdy Stacja została uznana za ukończoną.

Kilka misji wahadłowca było poświęconych dostawie jednostek ORU przy użyciu konstrukcji nośnych/palet, z których część pozostała w ładowni, część została rozmieszczona i wydobyta, a inne palety zostały zaprojektowane do wyjęcia z ładowni przez RMS i umieszczenia na stacja.

Rozkładane loty paletowe obejmowały STS-102 z zewnętrzną platformą magazynową ESP-1, STS-114 z ESP-2, STS-118 z ESP-2, STS-129 z ExPRESS Logistics Carrier ELC-1 i ELC-2, STS-133 z ELC-4 i STS-134 z ELC-3.

Inne sposoby dostarczania ORU obejmowały:

Jednostki ORU montowane na ścianie bocznej ładowni, takie jak BCDU, były regularnie przewożone i transportowane na ISS za pośrednictwem EVA.

Również trzy loty Integrated Cargo Carrier (ICC), które pozostały w ładowni podczas lotów STS-102 , STS-105 i STS-121 ; jedno użycie ICC-Lite na STS-122 (skrócona wersja ICC); dwa zastosowania ICC-Vertical Light Deployable na STS-127 jako ICC-VLD i STS-132 jako ICC-VLD2, które zostały rozmieszczone i odzyskane podczas misji; oraz pięć zastosowań LMC (Lightweight MPESS Carrier) na STS-114 , STS-126 , STS-128 , STS-131 i STS-135 LMC nie został zaprojektowany do rozmieszczenia i pozostawał w ładowni wahadłowca przez cały lot.

Do tej pory poza misjami promu kosmicznego stacja wykorzystywała tylko jeden inny środek transportu ORU, japoński statek towarowy HTV-2 dostarczył FHRC i CTC-4 za pośrednictwem swojej odkrytej palety (EP), a HTV-4 dostarczył Jednostka przełączania magistrali głównej (MBSU) i zespół transferu mediów (UTA).

Rodzaje transportu ORU na ISS

Główna jednostka przełączająca magistralę (MBSU) ORU na bocznej ścianie przedziału ładunkowego podczas STS-120
Platforma ESP-2 zamontowana na module Quest (rozłożona paleta)
ELC-3 w uchwycie ramienia robota Endeavour STS-134 (rozłożona paleta)
ICC w przednim końcu przedziału ładunkowego STS-102 (zachowany w ładowni przez cały lot)

Struktura ładunku ICC-Lite STS-122 (przechowywana w ładowni przez cały lot)
ICC-VLD w RMS podczas STS-127 (paleta rozłożona i odzyskana)
LKM z tyłu ładowni STS-131 (zachowany w ładowni przez cały lot)
Paleta eksponowana HTV-2 z FHRC i CTC4 podczas inspekcji wstępnej (paleta rozłożona i odzyskana)

Rodzaje jednostek ORU

Orbitalne jednostki zastępcze to części głównych systemów i podsystemów zewnętrznych elementów ISS. Wpływa na sterowanie systemem chłodzenia, ruchem i sterowaniem panelami słonecznymi i SARJ, a także przepływem energii w całej stacji z paneli słonecznych do systemu odprowadzania ciepła w ramach Zewnętrznego Aktywnego Systemu Kontroli Termicznej (EATCS ) . A także zbiorniki do przechowywania tlenu w ramach stacji Systemu Kontroli Środowiska i Podtrzymywania Życia (ECLSS). Jednostki ORU mogą być sprzętem, takim jak grzejniki lub po prostu baterie lub anteny komunikacyjne, zasadniczo każdy element, który można łatwo usunąć i wymienić w razie potrzeby.

Wymienny modułowy charakter stacji pozwala, teoretycznie, wydłużyć jej żywotność daleko poza jej początkowy okres projektowy.

ORU i ramiona robotyczne

Jednostki ORU, które mają być obsługiwane przez firmę Dextre , są wyposażone w mocowania przeznaczone do chwytania za pomocą ORU/Mechanizmów wymiany narzędzi (OTCM) na końcu każdego ramienia. Mocowanie typu H jest przeznaczone do masywnych obiektów i/lub do stabilizacji Dextre , najczęściej spotykane jest mikromocowanie (znane również jako mikrokwadratowe), a mocowanie mikrostożkowe jest stosowane w ciasnych przestrzeniach. Zmodyfikowany cel w kształcie ściętego stożka (MTC) służy do wizualnego ustawienia ramienia Dextera w celu złapania urządzenia. Dowolna jednostka ORU z uchwytem chwytakowym może zostać przesunięta przez Canadarm2 .

Orbitalna jednostka zamienna (ORU) części zamienne

(Waga, opis i aktualna lokalizacja części zapasowej na stacji)

Wiele części zamiennych

Łącznik obrotowy elastycznego węża (FHRC) waga ok. 900 funtów × 1 jednostka na kratownicy S1 i P1. FHRC zapewnia transfer ciekłego amoniaku przez złącze obrotowe radiatora (TRRJ) między segmentami kratownicy P1 (FHRC SN1001) i S1 (FHRC SN1002) a grzejnikami systemu odprowadzania ciepła (HRSR).

Trzy części zamienne – ESP-2 FRAM-7 (strona stępki) FHRC SN1003, ESP-3 FRAM-2 (górna część) FHRC SN1004, ELC-4 FRAM-5 (strona stępki) FHRC SN0005 dostarczone przez HTV-2.

Waga modułu pompy (PM) 780 funtów x 1 jednostka na kratownicach S1 (aktualny PM SN0006) i P1 (oryginalny PM SN0001 wciąż na miejscu). PM jest częścią złożonego Zewnętrznego Aktywnego Systemu Kontroli Termicznej (ETCS), który zapewnia niezbędne chłodzenie wewnętrznej i zewnętrznej awioniki, członków załogi i ładunków. Stacja posiada dwa niezależne obiegi chłodnicze. Zewnętrzne pętle wykorzystują chłodziwo na bazie amoniaku, a wewnętrzne pętle wykorzystują chłodzenie wodne.

Cztery oryginalne części zamienne. Pozostały dwa niewykorzystane moduły pompy – ELC-1 FRAM-7 (strona stępki) PM SN0007, ESP-2 FRAM-1 (strona górna) PM SN0005. Dwa używane - ELC-2 FRAM-6 (strona stępki) PM SN0004 (zainstalowany na ESP-2 FRAM-1 podczas STS-121, a następnie usunięty przez załogę Exp 24 w celu zastąpienia uszkodzonego oryginalnego PM SN0002 na kratownicy S1. SN0002 był powrócił na ziemię przez załogę STS-135. SN0004 zastąpiony przez PM SN0006 i przeniesiony do MT POA przez załogę Exp 38 w grudniu 2013. Przeniesiony do ESP-2 FRAM-1 przez ISS-41 EVA-27 w październiku 2014. Zamieniono stanowiska z SN0005 przez SPDM w marcu 2015 r.); ESP-3 FRAM-3 (górna strona) PM SN0006 (zainstalowany na ESP-3 FRAM-3 podczas STS-127, zamieniony na uszkodzony PM SN0004 z kratownicy S1 przez załogę Exp 38 w grudniu 2013 r.).

Waga zespołu zbiornika amoniaku (ATA) 1702 funtów x 1 jednostka na kratownicach S1 (obecnie ATA SN0004) i P1 (obecnie ATA SN0002). Podstawową funkcją ATA jest przechowywanie amoniaku używanego przez zewnętrzny system kontroli termicznej (ETCS). Główne komponenty ATA obejmują dwa zbiorniki do przechowywania amoniaku, zawory odcinające, grzejniki oraz różne czujniki temperatury, ciśnienia i ilości. Na pętlę przypada jeden ATA znajdujący się po zenicie segmentów kratownicy Starboard 1 (pętla A) i Port 1 (pętla B). ATA zawiera dwie elastyczne komory wbudowane w zbiorniki amoniaku, które rozszerzają się, gdy azot pod ciśnieniem wyrzuca z nich ciekły amoniak.

Dwie części zapasowe - ELC-1 FRAM-9 (strona stępki), ELC-3 FRAM-5 (strona stępki) Uwaga - poza tymi dwoma częściami zapasowymi, dwie inne misje wahadłowca przyniosły nowe ATA, a następnie zwróciły uszkodzone ATA: STS- 128 ATA SN0004 w górę/SN0002 w dół (oryginalna ATA z kratownicą P1) i STS-131 SN0002 w górę/SN0003 w dół (oryginalna ATA z kratownicą S1).

Waga zespołu zbiornika azotu (NTA) 550 funtów każdy × 1 jednostka na kratownicy S1 (obecnie NTA SN0005) i P1 (obecnie NTA SN0004). NTA zapewnia zasilanie gazowym azotem pod wysokim ciśnieniem w celu kontrolowania przepływu amoniaku z ATA.

Dwie części zamienne - ELC-1 FRAM-6 (od strony stępki) NTA SN0002 (odnowiony) ELC-2 FRAM-9 (od strony stępki) NTA SN0003 (odnowiony) Uwaga - poza tymi dwoma częściami zapasowymi, dwie inne misje wahadłowca zastąpiły NTA. STS-122 dostarczył nowy NTA SN0004, a następnie zwrócił wyczerpaną kratownicę P1 NTA SN0003. STS-124 zamienił nowy NTA SN0005 z ESP-3 FRAM 2 na wyczerpany NTA SN0002 z kratownicy S1. Załoga STS-126 zwróciła ten wyczerpany NTA.

Zespół zbiornika gazu pod wysokim ciśnieniem (HPGTA) o wadze 1240 funtów x 5 jednostek na żądanie. Zbiorniki tlenu i azotu pod wysokim ciśnieniem na pokładzie ISS zapewniają wsparcie dla EVA i awaryjne wsparcie metaboliczne dla załogi. Ten wysokociśnieniowy O2 i N2 jest dostarczany na ISS przez wysokociśnieniowe zbiorniki gazu (HPGT) i jest uzupełniany przez prom kosmiczny.

Jeden zapasowy - ELC-3 FRAM-6 (strona stępki), jeden wyczerpany zbiornik ELC-2 FRAM-4 (górna strona) Uwaga: wyczerpany zbiornik został zamieniony na oryginalny HPGTA wystrzelony na ELC-2 w FRAM-4.

Każdy kontener transportowy (CTC) może ważyć od 1000 do 1300 funtów. Pojemnik używany do transportu mniejszych jednostek ORU, takich jak moduły zdalnego sterowania zasilaniem luzem, który może być również używany podczas EVA lub przez SPDM. NASA zakupiła 5 CTC na takie dostawy.

Trzy jednostki - CTC-3 dawniej na ELC-2 FRAM-2 (górna strona), został później przeniesiony do ESP-2 FRAM-3 przez SPDM. CTC-2 na ELC-4 FRAM-2 (strona stępki), CTC-5 na ELC-3 FRAM-1 (górna strona)

Pitch/Roll-Joint (P/R-J) x 2 jednostki na SSRMS . Przegub nadgarstka o kilku stopniach swobody, przeznaczony do wymiany na orbicie w razie potrzeby.

Dwie części zapasowe – ESP-3 FRAM-1 (od góry), ESP-2 FRAM-5 (od strony stępki)

Żyroskop kontrolny (CMG) waży 600 funtów × 4 jednostki na kratownicy Z1 (dwa CMG zostały wymienione, jeden przez załogę STS-114, a drugi przez załogę STS-118). CMG składa się z jednoczęściowego koła zamachowego ze stali nierdzewnej o średnicy 25 cali i wadze 220 funtów, które obraca się ze stałą prędkością 6600 obr./min i rozwija moment pędu 3600 ft-lb-sec (4880 Nms) wokół swojej osi obrotu. CMG mogą być również wykorzystywane do wykonywania manewrów orientacyjnych. CMG polegają na energii elektrycznej dostarczanej przez podsystem elektryczny zasilany energią słoneczną.

Dwie części zamienne – ELC-1 FRAM-5 (górna strona) CMG SN104, ELC-2 FRAM-5 (górna strona) CMG SN102 Uwaga: załoga STS-118 dostarczyła CMG na ESP-3, zamieniając go na uszkodzoną jednostkę na Kratownica ITS-Z1. Ta uszkodzona jednostka została umieszczona na ESP-2 FRAM-5, dopóki nie została zwrócona przez STS-122.

Zespół wspornika anteny pasma S (SASA) waży 256 funtów każdy × 2 jednostki aktywne i jeszcze jedna zapasowa na ISS. SASA składa się z awaryjnej grupy częstotliwości radiowych (RFG lub ACRFG), wysięgnika SASA i wiązki przewodów awioniki.

Dwie części zapasowe – ELC-3 FRAM-4 (na górze), ELC-3 FRAM-7 (na stępce)

Jednostka przełączania prądu stałego (DCSU) waży 218 funtów x 2 jednostki na 4 IEA. DCSU kieruje energię z baterii do szyny dystrybucyjnej MBSU, aby zaspokoić zapotrzebowanie na moc. Oprócz podstawowej dystrybucji energii, DCSU ma dodatkowe obowiązki związane z kierowaniem zasilania wtórnego do komponentów w modułach fotowoltaicznych.

Trzy zapasowe – ESP-1 FRAM-2, ESP-2 FRAM-2 (górna strona), ELC-2 FRAM-2 (górna strona)

Jednostka ładowania/rozładowania baterii (BCDU) waży 235 funtów × 6 na każdym z 4 IEA. BCDU to dwukierunkowy konwerter mocy, który pełni podwójną funkcję ładowania akumulatorów w okresach gromadzenia energii słonecznej (izolacja) i dostarczania kondycjonowanej energii z akumulatorów do głównych szyn zasilających w okresach zaćmienia.

Dwie części zapasowe – ESP-3 FRAM-6 (od strony stępki), ELC-1 FRAM-4 (od strony górnej)

Waga jednostki przełączającej magistrali głównej (MBSU) 220 funtów × 4 jednostki na kratownicy S0. MBSU działają jako centrum dystrybucji systemu EPS. Wszystkie cztery MBSU na pokładzie ISS znajdują się na prawej kratownicy zero (S0). Każdy z MBSU otrzymuje zasilanie podstawowe z dwóch kanałów zasilania i rozprowadza je w dół do jednostek DDCU.

Dwie części zapasowe – ESP-2 FRAM-4 (górna strona), ELC-2 FRAM-7 (umieszczone przez SPDM, dostarczone przez HTV-4 sierpień 2013). MBSU na ESP-2 FRAM-6 (po stronie stępki) został dodany przez załogę STS-120, a następnie wymieniony na uszkodzoną jednostkę z kratownicy S0 przez załogę Exp 32 pod koniec 2012 roku.

Utility Transfer Assembly (UTA) procesor, który umożliwia przepływ zasilania, sygnałów i danych przez SARJ za pomocą wbudowanych pierścieni rolkowych.

Dwie części zamienne — ESP-2 FRAM-8 (po stronie stępki) ELC-4 FRAM-4 (po stronie stępki) Utility Transfer Assembly (dostarczone przez HTV-4 EP za pośrednictwem SPDM w sierpniu 2013 r.)

Masa podzespołu sterowania przepływem pompy (PFCS) 235 funtów Każda pętla zewnętrzna zawiera pompę i układ sterowania przepływem (PFCS), który zawiera większość elementów sterujących i układów mechanicznych napędzających EATCS. Istnieją 2 pompy na PFCS, które cyrkulują amoniak w zewnętrznych pętlach chłodziwa. Istnieją 2 na każdym IEA (x4), w sumie 8 aktywnych jednostek.

Trzy oryginalne części zamienne, teraz dwie dostępne części zamienne – ESP-1 FRAM-1 plus 2 w ITS-P6, które były początkowo używane przez wczesny zewnętrzny aktywny system kontroli temperatury (EEATCS). Jeden zapasowy EEATCS w ITS-P6 został wymieniony na nieszczelną jednostkę w kanale zasilania 2B podczas Exp 35 EVA 11 maja 2013 r. Inny zapasowy EEATCS spowodował usterkę elektryczną i został zastąpiony dodatkowym zapasowym uruchomionym na SpaceX CRS- 14 .

Złącze obrotowe węża elastycznego (FHRC)
FHRC bez osłony MLI i na miejscu na TRRJ
Moduł pompy (PM)
rysunek PM
Zespół zbiornika amoniaku (ATA)
Rysunek ATA (zdjęta pokrywa)

Zespół zbiornika azotu (NTA)
Rysunek NTA (zdjęta okładka)
Instalacja HPGT na ISS
HPGT na rysunku palety SL
Kontener do transportu ładunków (CTC-2)
Wewnątrz pudełka CTC

Złącze pochylenia/przechyłu (P/RJ)
Rysunek P/RJ
Żyroskop kontroli momentu (CMG)
Rysunek CMG (zdjęta okładka)
Zespół wspornika anteny pasma S (SASA)
rysunek SASA

Jednostka przełączająca prądu stałego (DCSU)
rysunek DCSU
Jednostka ładowania/rozładowania akumulatora (BCDU)
rysunek BCDU
Główna jednostka przełączająca magistralę (MBSU)
rysunek MBSU
Podzespół sterowania przepływem pompy (PFCS)
Usunięto PFCS MLI
Zespół przenoszenia mediów (UTA) prawy róg tego zdjęcia
Inspekcja wstępna zespołu transferu narzędzi UTA

Pojedyncze części zamienne

Mobilny transporter wleczony układ pępowinowy-bęben (MT TUS-RA) waga 354 lbs. na ELC-2 FRAM-8 (od strony stępki) x 1 jednostka na MT

Zespół bębna TUS (TUS-RA) to w zasadzie duża szpula, podobnie jak bęben na wąż ogrodowy, który rozwija kabel, gdy MT się oddala, i zwija go z powrotem, gdy MT wraca do środka kratownicy. To ten sam TUS-RA odzyskany podczas STS-121 . Został wymieniony, a ta uszkodzona jednostka została zwrócona na ziemię i odnowiona, aby później latać na ELC-2.

Zatrzaskowy efektor końcowy (LEE) waga 415 funtów. na ELC-1 FRAM-1 (górna strona) x 3 jednostki na ISS (dwa na Canadarm2 i jeden na korpusie Dextre (SPDM))
zręcznego manipulatora specjalnego przeznaczenia (SPDM) na ELC-3 FRAM-2 (górna strona) x 2 ramiona na SPDM
Masa chłodnicy systemu odprowadzania ciepła (HRSR) 2475 funtów. na ELC-4 (górna strona) x 3 jednostki na S1 i P1 Truss

Podsystem odprowadzania ciepła (HRS) składa się z podstawy, ośmiu paneli, panelu reakcyjnego, ramienia reakcyjnego, połączonego układu płynów, mechanizmu rozmieszczania typu nożycowego oraz sterowanego komputerowo systemu rozmieszczania silnika/kabla. Będący częścią zewnętrznego systemu aktywnej kontroli termicznej stacji (EATCS), grzejnik HRS odrzuca energię cieplną poprzez promieniowanie.

Waga jednostki napędu liniowego (LDU) 255 funtów. przy ESP-3 FRAM-4 (górna strona) x 1 na MT

LDU zapewnia siły napędowe i zatrzymujące dla mobilnego transportera wzdłuż zintegrowanej szyny konstrukcji kratownicowej.

Kosmiczna-ziemia ANTenna (SGANT) waga 194 funtów. przy ESP-3 FRAM-5 (strona stępki) x 2 jednostki na kratownicy Z1
Masa jednostki stycznika plazmowego (PCU) 350 funtów. na ELC-1 FRAM-2 (górna strona) x 2 jednostki na kratownicy

Jednostka stycznika plazmowego (PCU) służy do rozpraszania ładunku elektrycznego, który się gromadzi, zapewniając przewodzącą elektrycznie „ścieżkę uziemienia” do środowiska plazmy otaczającego ISS. Zapobiega to wyładowaniom elektrycznym i zapewnia środki kontroli zagrożenia porażeniem załogi podczas EVA. Na ISS Zenith 1 Truss znajdują się dwa PCU, z których oba są obsługiwane podczas EVA.