Unidade de substituição orbital - Orbital replacement unit

As unidades orbitais de substituição (ou unidade substituível em órbita ) ( ORUs ) são elementos-chave da Estação Espacial Internacional que podem ser prontamente substituídas quando a unidade passa de sua vida útil projetada ou falha. ORUs são partes dos principais sistemas e subsistemas dos elementos externos do ISS, nenhum se destina a ser instalado dentro dos módulos pressurizados. Exemplos de ORUs são: bombas, tanques de armazenamento, caixas de controlador, antenas e unidades de bateria. Essas unidades são substituídas por astronautas durante o EVA ou pelo braço robótico Dextre (SPDM). Todos são armazenados nas três plataformas de armazenamento externas (ESPs) ou nos quatro Transportadores Logísticos ExPRESS (ELCs) montados na Estrutura Treliça Integrada (ITS).

Localização de ESPs e ELCs na Estação Espacial Internacional .

Introdução

Estrutura de treliça integrada ISS detalhando todas as unidades de substituição orbital no local

Enquanto peças sobressalentes / ORUs eram rotineiramente trazidos para cima e para baixo durante o tempo de vida da ISS por meio de missões de reabastecimento do ônibus espacial, houve uma grande ênfase quando a Estação foi considerada completa.

Várias missões de Shuttle foram dedicadas à entrega de ORUs usando estruturas / paletes de transporte de suporte, algumas das quais permaneceram no compartimento de carga, algumas que foram implantadas e recuperadas e outras paletes que foram projetadas para serem removidas do compartimento de carga útil pelo RMS e colocadas no estação.

Os voos de palete implantáveis incluíram STS-102 com plataforma de armazenamento externo ESP-1, STS-114 com ESP-2, STS-118 com ESP-2, STS-129 com ExPRESS Logistics Carrier ELC-1 e ELC-2, STS-133 com ELC-4 e STS-134 com ELC-3.

Outros modos de entrega ORU incluídos:

ORUs montados na parede lateral do compartimento de carga útil, como BCDUs, eram regularmente carregados e transportados para a ISS via EVAs.

Também, três voos do Transportador Integrado de Carga (ICC) que permaneceram no compartimento de carga nos voos STS-102 , STS-105 e STS-121 ; um uso do ICC-Lite no STS-122 (uma versão abreviada do ICC); dois usos do ICC-Vertical Light Deployable no STS-127 como ICC-VLD e STS-132 como ICC-VLD2, que foram implantados e recuperados durante a missão; e cinco usos do Lightweight MPESS Carrier (LMC) em STS-114 , STS-126 , STS-128 , STS-131 e STS-135 , o LMC não foi projetado para ser implantado e permaneceu no compartimento de carga útil do ônibus espacial durante todo o voo .

Até o momento, além das missões do ônibus espacial, apenas um outro modo de transporte de ORUs foi utilizado pela estação, o navio de carga japonês HTV-2 entregou um FHRC e CTC-4 por meio de seu Palete Exposto (EP), e HTV-4 entregue uma unidade de comutação de barramento principal (MBSU) e um conjunto de transferência de utilitário (UTA).

Modos de transporte ORU para a ISS

Unidade de comutação de barramento principal (MBSU) ORU na parede lateral do compartimento de carga útil durante o STS-120
Plataforma ESP-2 montada no módulo Quest (palete implantada)
ELC-3 nas mãos do braço robótico STS-134 da Endeavour (palete implantada)
ICC na extremidade dianteira do compartimento de carga útil STS-102 (retido no compartimento de carga útil durante todo o voo)

Estrutura de carga útil ICC-Lite STS-122 (retida no compartimento de carga durante todo o voo)
ICC-VLD no RMS durante STS-127 (palete implantado e recuperado)
LMC na parte de trás do compartimento de carga STS-131 (retido no compartimento de carga durante todo o voo)
Palete exposto ao HTV-2 com FHRC e CTC4 durante o pré-vôo (palete implantado e recuperado)

Tipos de ORUs

As unidades orbitais de substituição são partes dos principais sistemas e subsistemas dos elementos externos da ISS. Afetando o controle do sistema de resfriamento, o movimento e o controle dos painéis solares e SARJ, bem como o fluxo de energia em toda a estação dos painéis solares para o sistema de rejeição de calor como parte do Sistema de Controle Térmico Ativo Externo (EATCS). Bem como tanques de armazenamento de oxigênio como parte do Sistema de Controle Ambiental e Suporte de Vida (ECLSS) da estação. ORUs podem ser hardware, como radiadores, ou simplesmente baterias ou antenas de comunicação, essencialmente qualquer elemento que possa ser facilmente removido e substituído quando necessário.

A natureza modular substituível da estação permite que sua vida seja estendida bem além de sua vida de projeto inicial, teoricamente.

ORUs e braços robóticos

ORUs a serem manipulados pela Dextre têm acessórios projetados para serem presos com os ORU / Mecanismos de Troca de Ferramentas (OTCM) na extremidade de cada braço. O acessório H é para objetos grandes e / ou para estabilizar o Dextre , o mais comum é um Micro-acessório (também conhecido como Micro-quadrado) e o Adaptador Microcônico é usado em espaços apertados. Um alvo de cone truncado modificado (MTC) é usado para alinhar visualmente o braço de Dexter para agarrar um acessório. Qualquer ORU com fixação de garra pode ser movida pelo Canadarm2 .

Peças sobressalentes da unidade de substituição orbital (ORU)

(Peso, descrição e localização atual do sobressalente na estação)

Várias peças sobressalentes

Acoplador giratório de mangueira flexível (FHRC) peso aprox. 900 lb × 1 unidade cada em S1 e P1 Truss. O FHRC fornece a transferência de amônia líquida através da junta rotativa do radiador térmico (TRRJ) entre os segmentos de treliça P1 (FHRC SN1001) e S1 (FHRC SN1002) e os radiadores do sistema de rejeição de calor (HRSRs).

Três peças sobressalentes - ESP-2 FRAM-7 (lado da quilha) FHRC SN1003, ESP-3 FRAM-2 (lado superior) FHRC SN1004, ELC-4 FRAM-5 (lado da quilha) FHRC SN0005 entregue por HTV-2.

Módulo de bomba (PM) com peso de 780 lb x 1 unidade cada em S1 (PM SN0006 atual) e P1 (PM SN0001 original ainda in situ) Treliças. O PM faz parte do complexo Sistema de Controle Térmico Ativo Externo (ETCS) da estação, que fornece resfriamento vital para aviônicos internos e externos, membros da tripulação e cargas úteis. A estação possui dois circuitos de resfriamento independentes. Os loops externos usam um refrigerante à base de amônia e os loops internos usam refrigeração a água.

Quatro sobressalentes originais. Restam dois módulos de bomba não utilizados - ELC-1 FRAM-7 (lado da quilha) PM SN0007, ESP-2 FRAM-1 (lado superior) PM SN0005. Dois utilizados - ELC-2 FRAM-6 (lado da quilha) PM SN0004 (instalado em ESP-2 FRAM-1 durante STS-121, em seguida, removido pela equipe Exp 24 para substituir o PM SN0002 original com falha na treliça S1. SN0002 foi retornado à terra pela tripulação STS-135. SN0004 substituído por PM SN0006 e movido para MT POA pela tripulação Exp 38 em dezembro de 2013. Relocado para ESP-2 FRAM-1 por ISS-41 EVA-27 em outubro de 2014. Trocado posições com SN0005 pela SPDM em março de 2015.); ESP-3 FRAM-3 (lado superior) PM SN0006 (instalado em ESP-3 FRAM-3 durante STS-127, trocado com falha PM SN0004 da treliça S1 pela equipe Exp 38 dezembro de 2013).

Conjunto do tanque de amônia (ATA) pesa 1.702 lb x 1 unidade cada nas treliças S1 (agora ATA SN0004) e P1 (agora ATA SN0002). A principal função do ATA é armazenar a amônia usada pelo sistema de controle térmico externo (ETCS). Os principais componentes do ATA incluem dois tanques de armazenamento de amônia, válvulas de isolamento, aquecedores e vários sensores de temperatura, pressão e quantidade. Há um ATA por loop localizado no lado zenital dos segmentos de treliça de Estibordo 1 (Loop A) e Porta 1 (Loop B). O ATA contém duas câmaras flexíveis incorporadas em seus tanques de amônia que se expandem quando o nitrogênio pressurizado expele amônia líquida para fora deles.

Duas peças sobressalentes - ELC-1 FRAM-9 (lado da quilha), ELC-3 FRAM-5 (lado da quilha) Observe também - além dessas duas peças sobressalentes, duas outras missões de ônibus espaciais trouxeram novos ATAs e, em seguida, retornaram os ATAs com falha: STS- 128 ATA SN0004 para cima / SN0002 para baixo (treliça P1 original ATA) e STS-131 SN0002 para cima / SN0003 para baixo (treliça S1 original ATA).

O conjunto do tanque de nitrogênio (NTA) pesa 550 lb cada × 1 unidade cada em S1 (agora NTA SN0005) e treliça P1 (agora NTA SN0004). O NTA fornece um suprimento de nitrogênio gasoso de alta pressão para controlar o fluxo de amônia para fora do ATA.

Duas peças sobressalentes - ELC-1 FRAM-6 (lado da quilha) NTA SN0002 (reformado) ELC-2 FRAM-9 (lado da quilha) NTA SN0003 (reformado) Observe também - além dessas duas peças sobressalentes, duas outras missões do Shuttle substituíram os NTAs. O STS-122 entregou um novo NTA SN0004 e, em seguida, devolveu o P1 Truss NTA SN0003 esgotado. O STS-124 trocou o novo NTA SN0005 do ESP-3 FRAM 2 com o NTA SN0002 esgotado do S1 Truss. A tripulação STS-126 retornou este NTA esgotado.

Conjunto do tanque de gás de alta pressão (HPGTA) pesa 1.240 lb x 5 unidades na missão. Os tanques de alta pressão de oxigênio e nitrogênio a bordo da ISS fornecem suporte para EVA e suporte metabólico de contingência para a tripulação. Este O2 e N2 de alta pressão são trazidos para a ISS pelos tanques de gás de alta pressão (HPGT) e são reabastecidos pelo ônibus espacial.

Um sobressalente - ELC-3 FRAM-6 (lado da quilha), um tanque esgotado ELC-2 FRAM-4 (lado superior) Observe que o tanque esgotado foi trocado pelo HPGTA original lançado no ELC-2 no FRAM-4.

Cada contêiner de transporte de carga (CTC) pode pesar entre 1.000 e 1.300 lb Um contêiner usado para transportar ORUs menores, como Módulos de controle remoto de energia a granel, que também pode ser usado durante o EVA ou pelo SPDM. A NASA comprou 5 CTCs para essas entregas.

Três unidades - CTC-3 anteriormente em ELC-2 FRAM-2 (lado superior), foi posteriormente movido para ESP-2 FRAM-3 via SPDM. CTC-2 em ELC-4 FRAM-2 (lado da quilha), CTC-5 em ELC-3 FRAM-1 (lado superior)

Pitch / Roll-Joint (P / R ‐ J) x 2 unidades no SSRMS . Uma junta de pulso com vários graus de liberdade, projetada para ser substituída em órbita, se necessário.

Duas peças sobressalentes - ESP-3 FRAM-1 (lado superior), ESP-2 FRAM-5 (lado da quilha)

O giroscópio do momento de controle (CMG) pesa 600 lb × 4 unidades na Treliça Z1 (dois CMGs foram substituídos, um pela tripulação do STS-114 e um segundo pela tripulação do STS-118). Um CMG consiste em um volante de aço inoxidável de 25 polegadas de diâmetro e 220 libras que gira a uma velocidade constante de 6.600 rpm e desenvolve um momento angular de 3.600 pés-lb-s (4.880 Nms) em torno de seu eixo de rotação. Os CMGs também podem ser usados para realizar manobras de atitude. Os CMGs dependem de energia elétrica fornecida pelo subsistema elétrico movido a energia solar.

Duas peças sobressalentes - ELC-1 FRAM-5 (lado superior) CMG SN104, ELC-2 FRAM-5 (lado superior) CMG SN102 Nota: a equipe STS-118 entregou um CMG no ESP-3, trocando-o por uma unidade com falha no Treliça ITS-Z1. Essa unidade com falha foi colocada no ESP-2 FRAM-5 até ser devolvida pelo STS-122. [12]

Conjunto de suporte de antena de banda S (SASA) com peso de 256 lb cada × 2 unidades ativas e uma outra reserva no ISS. O SASA consiste no grupo de frequência de rádio de contingência de montagem (RFG ou ACRFG), lança SASA e chicote de fiação aviônica.

Duas peças sobressalentes - ELC-3 FRAM-4 (lado superior), ELC-3 FRAM-7 (lado da quilha)

Unidade de comutação de corrente contínua (DCSU) com peso de 218 lb x 2 unidades cada nos 4 IEAs. O DCSU direciona a energia da bateria para o barramento de distribuição MBSU para atender às demandas de energia. Além da distribuição de energia primária, o DCSU tem responsabilidades adicionais de roteamento de energia secundária para componentes nos módulos fotovoltaicos.

Três peças sobressalentes - ESP-1 FRAM-2, ESP-2 FRAM-2 (lado superior), ELC-2 FRAM-2 (lado superior)

Unidade de carga / descarga da bateria (BCDU) com peso 235 lb × 6 cada em cada um dos 4 IEAs. O BCDU é um conversor de energia bidirecional que tem uma função dupla de carregar as baterias durante os períodos de coleta solar (isolamento) e fornecer energia de bateria condicionada aos barramentos de energia primários durante os períodos de eclipse.

Duas peças sobressalentes - ESP-3 FRAM-6 (lado da quilha), ELC-1 FRAM-4 (lado superior)

Unidade de comutação de barramento principal (MBSU) com peso de 220 lb × 4 unidades em Treliça S0. Os MBSUs atuam como o centro de distribuição do sistema EPS. Os quatro MBSUs a bordo da ISS estão todos localizados na treliça zero de estibordo (S0). Cada um dos MBSU recebe energia primária de dois canais de energia e a distribui para as DDCUs.

Duas peças sobressalentes - ESP-2 FRAM-4 (lado superior), ELC-2 FRAM-7 (colocado via SPDM, entregue pela HTV-4 de agosto de 2013). O MBSU no ESP-2 FRAM-6 (lado da quilha) foi adicionado pela tripulação do STS-120 e, em seguida, trocado por uma unidade com falha da treliça S0 pela tripulação Exp 32 no final de 2012.

Utility Transfer Assembly (UTA) um processador que permite que energia, sinais e dados fluam através do SARJ por anéis de rolo incorporados nele.

Duas peças sobressalentes - ESP-2 FRAM-8 (lado da quilha) ELC-4 FRAM-4 (lado da quilha) Conjunto de transferência de utilidade (entregue por HTV-4 EP via SPDM agosto de 2013)

Peso do subconjunto de controle de fluxo da bomba (PFCS) 235 lb Cada loop externo contém uma bomba e um sistema de controle de fluxo (PFCS) que contém a maioria dos controles e sistemas mecânicos que acionam o EATCS. Existem 2 bombas por PFCS que fazem a amônia circular pelos circuitos externos de refrigeração. Existem 2 em cada IEA (x4) para um total de 8 unidades ativas.

Três sobressalentes originais, agora dois sobressalentes disponíveis - ESP-1 FRAM-1 mais 2 em ITS-P6 que foram inicialmente usados pelo Early External Active Thermal Control System (EEATCS). Um sobressalente EEATCS em ITS-P6 trocado por uma unidade com vazamento no canal de energia 2B durante um Exp 35 EVA 11 de maio de 2013. Outro sobressalente EEATCS desenvolveu falha elétrica e foi substituído por um sobressalente adicional lançado em SpaceX CRS-14 .

Acoplador rotativo de mangueira flexível (FHRC)
FHRC sem cobertura MLI e in situ no TRRJ
Módulo de bomba (PM)
Desenho PM
Conjunto do tanque de amônia (ATA)
Desenho ATA (tampa removida)

Conjunto do tanque de nitrogênio (NTA)
Desenho NTA (tampa removida)
HPGT sendo instalado no ISS
HPGTs no desenho de paletes SL
Contentor de transporte de carga (CTC-2)
Dentro de uma caixa CTC

Junta de inclinação / rotação (P / RJ)
Desenho P / RJ
Giroscópio de momento de controle (CMG)
Desenho CMG (tampa removida)
Conjunto de suporte de antena de banda S (SASA)
Desenho SASA

Unidade de comutação de corrente contínua (DCSU)
Desenho DCSU
Unidade de carga / descarga da bateria (BCDU)
Desenho BCDU
Unidade de comutação de barramento principal (MBSU)
Desenho MBSU
Subconjunto de controle de fluxo da bomba (PFCS)
PFCS MLI removido
Conjunto de transferência de utilitário (UTA) canto direito desta foto
Utilitário de transferência de montagem UTA preflight

Peças individuais

Transportador móvel que segue o conjunto do carretel do sistema umbilical (MT TUS-RA) com peso de 354 libras. no ELC-2 FRAM-8 (lado da quilha) x 1 unidade no MT

O conjunto do carretel TUS (TUS-RA) é basicamente um grande carretel muito parecido com um carretel de mangueira de jardim que desenrola o cabo quando o MT se afasta e o enrola de volta quando o MT retorna ao centro da treliça. Este é o mesmo TUS-RA recuperado durante o STS-121 . Ele foi substituído e esta unidade com falha foi devolvida à terra e remodelada para voar mais tarde no ELC-2.

Peso do efetor final de travamento (LEE) 415 libras. em ELC-1 FRAM-1 (lado superior) x 3 unidades em ISS (duas em Canadarm2 e uma em corpo Dextre (SPDM))
Braço do manipulador destro para fins especiais (SPDM) em ELC-3 FRAM-2 (lado superior) x 2 braços em SPDM
Peso do radiador do sistema de rejeição de calor (HRSR) 2.475 libras. no ELC-4 (lado superior) x 3 unidades cada em S1 e P1 Truss

O subsistema de rejeição de calor (HRS) consiste em uma base, oito painéis, painel de torque, braço de torque, um sistema de fluido interconectado, um mecanismo de implantação do tipo tesoura e um sistema de implantação de motor / cabo controlado por computador. Parte do sistema de controle térmico ativo externo da estação (EATCS), o radiador HRS rejeita energia térmica por meio de radiação.

Unidade de acionamento linear (LDU) pesa 255 libras. em ESP-3 FRAM-4 (lado superior) x 1 no MT

A LDU fornece forças de acionamento e de parada para o transportador móvel ao longo do trilho da estrutura de treliça integrada.

Peso de ANTenna espaço-solo (SGANT) 194 libras. em ESP-3 FRAM-5 (lado da quilha) x 2 unidades na Treliça Z1
Peso da unidade do contator de plasma (PCU) 350 libras. em ELC-1 FRAM-2 (lado superior) x 2 unidades na Treliça

A Unidade de Contator de Plasma (PCU) é usada para dispersar a carga elétrica que se acumula ao fornecer um "caminho de aterramento" eletricamente condutor para o ambiente de plasma em torno do ISS. Isso evita as descargas elétricas e fornece um meio de controlar o risco de choque da tripulação durante o EVA. Existem duas PCUs localizadas no ISS Zenith 1 Truss, ambas operadas durante o EVA.