Rozwiń panel słoneczny

Panele iRosa nakręcone podczas przelotu SpaceX Crew-2

Nowo wdrożony panel iROSA widziany z kamery z zoomem na P6 Truss

ROSA trzymana przez ramiona robotów na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej

Roll Out Solar Array (ROSA) i jego większa wersja ISS Roll Out Solar Array (iROSA) to lekkie, elastyczne źródła zasilania dla statków kosmicznych zaprojektowane i opracowane przez Redwire .

Ten nowy typ paneli słonecznych zapewnia znacznie więcej energii niż tradycyjne panele słoneczne przy znacznie mniejszej masie. Tradycyjne panele słoneczne używane do zasilania satelitów są nieporęczne, a ciężkie panele są składane razem za pomocą mechanicznych zawiasów. Biorąc pod uwagę, że ładunek w przestrzeni kosmicznej jest z konieczności ograniczony pod względem masy i objętości, ROSA jest o 20 procent lżejsza (przy masie 325 kg (717 funtów)) i ma jedną czwartą objętości sztywnych zestawów paneli przy tej samej wydajności.

ROSA to elastyczny i zwijany panel słoneczny, który działa w taki sam sposób, jak taśma miernicza rozwija się na szpuli. Nowa konstrukcja panelu słonecznego zwija się, tworząc kompaktowy cylinder do wystrzelenia o znacznie mniejszej masie i objętości, potencjalnie oferując znaczne oszczędności kosztów, a także wzrost mocy dla satelitów. ROSA posiada centropłat wykonany z elastycznego materiału, który podtrzymuje łańcuchy fotowoltaicznych wytwarzających energię elektryczną. Obie strony skrzydła mają wąskie ramię, które rozciąga się na całej długości skrzydła, aby zapewnić wsparcie dla układu, zwanego wysięgnikiem kompozytowym o dużym obciążeniu. Bomy wyglądają jak dzielone rury wykonane ze sztywnego materiał kompozytowy , spłaszczony i zwinięty wzdłużnie. Tablica nie potrzebuje żadnego silnika do rozwinięcia. Osiąga się to za pomocą energii potencjalnej zmagazynowanej w wysięgnikach, która jest uwalniana, gdy każdy wysięgnik zmienia kształt z cewki na proste ramię nośne. Skrzydła słoneczne są następnie rozkładane z powodu energii odkształcenia w walcowanych wysięgnikach, które są obecne na dwóch końcach konstrukcji.

Patent

Brian R. Spence i Stephen F. White jako pierwsi opatentowali pomysł Roll Out Solar Array 21 stycznia 2010 r. Otrzymali patent na tę pracę 1 kwietnia 2014 r.

Historia

Misja testowa ROSA

ISS rozwija panele słoneczne powstające w Space Station Processing Facility w KSC

NASA testowała technologię ROSA w komorach próżniowych na Ziemi w latach 2010- tych i usatysfakcjonowana obiecującymi wynikami, 18 czerwca 2017 r. rozpoczęła testy w kosmosie. ROSA wystartowała na pokładzie SpaceX CRS-11 3 czerwca. W weekend 17-18 czerwca 2017 r. inżynierowie naziemni zdalnie sterowali robotem Canadarm2 Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, aby wyodrębnić eksperyment Roll Out Solar Array (ROSA) ze statku zaopatrzeniowego SpaceX Dragon . Po obserwacji nie planowano sprowadzenia mechanizmu z powrotem na ziemię. Panel słoneczny rozwinął się 18 czerwca, rozciągając się przez napinające wysięgniki po obu stronach skrzydła o szerokości 1,6 metra. NASA zdecydowała się na ciągłe testy przez tydzień i obserwowanie ich konsekwencji. Inżynierowie obserwowali zachowanie panelu słonecznego, gdy był on narażony na ekstremalne wahania temperatury na orbicie ISS. Wibracje i oscylacje zostały również wprowadzone mechanicznie, aby ocenić reakcję układu na obciążenia strukturalne. Po eksperymentach kontrolery naziemne nie były w stanie zablokować panelu słonecznego w jego złożonej konfiguracji. Panel słoneczny został zatem wyrzucony z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej 30 czerwca, po 12-dniowym teście.

iROSA 2B/4B

ISS-65 iROSA w uchwycie ramienia robota Canadarm2

puszkach masztów kratownicowych P6 Międzynarodowej Stacji Kosmicznej zainstalowano dwa nowe panele słoneczne iROSA . Obie operacje trwały po sześć godzin i zostały przeprowadzone podczas trzech spacerów kosmicznych przez astronautów Shane'a Kimbrougha i Thomasa Pesqueta . Nowe tablice miały zapewnić stacji łącznie 120 kilowatów dodatkowej zwiększonej mocy podczas dziennej orbity. ^{[ wymaga aktualizacji ]}

iROSA 3A/4A

W grudniu 2022 roku członkowie załogi Ekspedycji 68 , Josh Cassada i Frank Rubio, zainstalowali iROSA na Array 3A w segmencie kratownicy S4 i podłączyli go do amerykańskiego systemu energetycznego. Spacerowicze odkręcili śruby i zainstalowali kable, a o 17:37 GMT macierz została uruchomiona i jest zasilana. W ramach zadań wstępnych przygotowali tablicę 4A w segmencie kratownicy P4 do następnego spaceru kosmicznego, zdemaskowali tablicę 1B w segmencie S6, zerwali moment obrotowy na skrzynkach elektroniki P4 i zainstalowali kable wzdłuż kratownicy, aby połączyć je w koniec piątego spaceru kosmicznego wyprawy. Spacer kosmiczny napotkał opóźnienie, gdy skafander Cassady nie włączył się. Przeprowadzono kroki rozwiązywania problemów i przywrócono zasilanie skafandra Cassady, aby mogli kontynuować spacer kosmiczny. Nick Hague był komunikatorem obsługi naziemnej podczas spaceru kosmicznego. 22 grudnia 2022 roku, podczas kolejnego spaceru kosmicznego Cassady i Rubio, druga iROSA została zainstalowana na starym panelu słonecznym 4A.

Aplikacje

Z biegiem czasu ogniwa fotowoltaiczne na istniejących skrzydłach paneli słonecznych ISS na zintegrowanej strukturze kratownicy ulegały stopniowej degradacji, ponieważ zostały zaprojektowane na 15-letni okres użytkowania. Jest to szczególnie widoczne w przypadku pierwszych macierzy, które zostały wprowadzone na rynek, z kratownicami P6 i P4 w 2000 i 2006 roku.

Aby wzmocnić skrzydła, NASA planuje wystrzelenie trzech par powiększonych wersji znanych jako iROSA w bagażniku statku kosmicznego SpaceX Dragon 2 od początku czerwca 2021 r. do początku 2023 r. na pokładzie SpaceX CRS-22 , CRS-26 i CRS-28 . Te układy, o połowie szerokości istniejących skrzydeł, mają być rozmieszczone wzdłuż środkowej części skrzydeł między połową a dwiema trzecimi ich długości, a ich płaszczyzny są nachylone pod kątem 10° w stosunku do płaszczyzny istniejącego układu słonecznego skrzydła tablicy.

Prace nad instalacją wsporników iROSA na puszkach masztów kratownicowych P6 podtrzymujących skrzydła paneli słonecznych zostały zainicjowane przez członków załogi Ekspedycji 64 pod koniec lutego 2021 r. Po dostarczeniu pierwszej pary macierzy na początku czerwca, spacer kosmiczny 16 czerwca przez członków Shane Kimbrough i Thomas Pesquet z Ekspedycji 65 umieszczenie jednej macierzy iROSA na kanale zasilającym 2B i puszce masztu kratownicy P6 powiodło się, dopóki komputer skafandra nie uległ awarii, a iROSA napotkał problemy techniczne z rozmieszczeniem, w wyniku czego spacer kosmiczny został przerwany wcześnie, trwając 7 godzin i 15 minut. Podczas dwóch kolejnych spacerów kosmicznych, w dniach 20 i 25 czerwca, trwających od 6 godzin 28 minut do 6 godzin 45 minut, Kimbrough i Pesquet ukończyli rozmieszczenie pierwszego iROSA, a także instalację i rozmieszczenie drugiego iROSA na kanale zasilającym 4B i puszce masztu .

Następna para zespołów iROSA ma zostać zainstalowana wraz z jednym z nich na kratownicy P4. Astronauci Akihiko Hoshide i Mark Vande Hei z Ekspedycji 65 mieli przeprowadzić poprzednią instalację zamka 24 sierpnia 2021 r. ^{[ wymaga aktualizacji ]} Zostało to przełożone na wrzesień po tym, jak Vande Hei napotkał „drobne problemy medyczne”. Zastąpił go Thomas Pesquet. Spacer kosmiczny rozpoczął się 12 września 2021 roku i trwał 6 godzin i 45 minut.

Następna para macierzy została wystrzelona na pokładzie SpaceX CRS-26 26 listopada 2022 r. 3 grudnia 2022 r. Członkowie załogi Ekspedycji 68 , Josh Cassada i Frank Rubio , rozpoczęli spacer kosmiczny w celu zainstalowania macierzy w ich ostatecznych lokalizacjach, na kanale zasilającym 3A i maszcie can w segmencie S4, a kanał zasilający 4A i puszkę masztową w segmencie P4. Ukończyli instalację 22 grudnia.

Satelita DART pokazujący w pełni rozwiniętą ROSA

Power and Propulsion Element misji Lunar Gateway and Double Asteroid Redirection Test (DART) będzie wykorzystywać technologię ROSA do zasilania swojego słonecznego napędu elektrycznego .

ROSA na DART umożliwi statkowi kosmicznemu poruszanie się w przestrzeni kosmicznej i dotarcie do układu planetoid Didymos . Elastyczne i zwijane modułowe skrzydła są lżejsze, bardziej kompaktowe i sztywniejsze w przestrzeni oraz mniejsze niż iROSA. Każda tablica będzie się powoli rozwijać, aby osiągnąć długość 28 stóp (8,53 m). DART będzie pierwszą sondą, która będzie pilotować nowe macierze, torując drogę do ich wykorzystania w przyszłych misjach. Redwire dostarczył ROSA do APL w maju 2021 roku i przez kilka tygodni ściśle współpracował z zespołem APL, aby ostrożnie zainstalować je na statku kosmicznym. Instalacja została zakończona 13 sierpnia 2021 roku.

Eksperyment Transformational Solar Array na Roll Out Solar Array firmy DART (ROSA)

Niewielka część każdego panelu słonecznego DART jest skonfigurowana w celu zademonstrowania technologii Transformational Solar Array , która obejmuje bardzo wydajne ogniwa słoneczne SolAero Inverted Metamorphic Multijunction (IMM) i koncentratory refleksyjne zapewniające trzykrotnie większą moc niż obecna technologia paneli słonecznych.