Unidad de reemplazo orbital

Las unidades de reemplazo orbital (o unidad reemplazable en órbita ^{[1] : 21} ) ( ORU ) son elementos clave de la Estación Espacial Internacional que pueden reemplazarse fácilmente cuando la unidad supera su vida útil de diseño o falla. Las ORU son partes de los principales sistemas y subsistemas de los elementos externos de la ISS, ninguna está destinada a ser instalada dentro de los módulos presurizados. Ejemplos de ORU son: bombas, tanques de almacenamiento, cajas de controlador, antenas y unidades de batería. Dichas unidades son reemplazadas por astronautas durante EVA o por el brazo robótico Dextre (SPDM). Todas se almacenan en las tres plataformas de estiba externas (ESP) o los cuatro transportadores logísticos ExPRESS (ELC) montados en la Estructura de Armazón Integrada (ITS).

Si bien durante la vida útil de la ISS se llevaban y desmontaban piezas de repuesto/ORU de forma rutinaria a través de misiones de reabastecimiento del transbordador espacial, se hizo mucho hincapié ^{[ aclaración necesaria ]} una vez que se consideró que la Estación estaba terminada.

Varias misiones del transbordador se dedicaron a la entrega de ORU utilizando estructuras/paletas de soporte, de las cuales algunas permanecieron en el compartimento de carga, algunas se desplegaron y recuperaron y otras paletas fueron diseñadas para ser retiradas del compartimento de carga por RMS y colocadas en la estación.

Los vuelos de paletas desplegables incluyeron STS-102 ^[2] con plataforma de estiba externa ESP-1, STS-114 ^[3] con ESP-2, STS-118 ^[4] con ESP-2, STS-129 ^[5] con ExPRESS Logistics Carrier ELC-1 y ELC-2, STS-133 ^[6] con ELC-4 y STS-134 ^[7] con ELC-3.

Otros modos de entrega de ORU incluyeron:

Las ORU montadas en las paredes laterales del compartimento de carga útil, como las BCDU, se transportaron regularmente a la ISS mediante EVA.

Además, tres vuelos del Integrated Cargo Carrier (ICC) que permanecieron en la bodega de carga en los vuelos STS-102 , STS-105 y STS-121 ; un uso del ICC-Lite en el STS-122 (una versión abreviada del ICC); dos usos del ICC-Vertical Light Deployable en el STS-127 como ICC-VLD y el STS-132 como ICC-VLD2, que se desplegaron y recuperaron durante la misión; y cinco usos del Lightweight MPESS Carrier (LMC) en los STS-114 , STS-126 , STS-128 , STS-131 y STS-135 ; el LMC no fue diseñado para ser desplegado y permaneció en la bodega de carga útil del transbordador durante todo el vuelo.

Hasta la fecha, además de las misiones del transbordador espacial, la estación solo utilizó otro modo de transporte de ORU: el buque de carga japonés HTV-2 entregó un FHRC y un CTC-4 a través de su paleta expuesta (EP), ^[8] y el HTV-4 entregó una unidad de conmutación de bus principal (MBSU) y un conjunto de transferencia de servicios públicos (UTA). ^[9]

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  Unidad de conmutación de bus principal (MBSU) ORU en la pared lateral del compartimento de carga útil durante la misión STS-120
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  Plataforma ESP-2 montada en el módulo Quest (paleta desplegada)
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  ELC-3 en las garras del brazo robótico STS-134 del Endeavour (paleta desplegada)
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  ICC en el extremo delantero del compartimento de carga útil del STS-102 (retenido en el compartimento de carga útil durante todo el vuelo)

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  Estructura de carga útil ICC-Lite STS-122 (retenida en el compartimento de carga útil durante todo el vuelo)
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  ICC-VLD en el RMS durante la misión STS-127 (paleta desplegada y recuperada)
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  LMC en la parte trasera del compartimento de carga útil STS-131 (retenido en el compartimento de carga útil durante todo el vuelo)
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  Paleta expuesta HTV-2 con FHRC y CTC4 durante el vuelo previo (paleta desplegada y recuperada)

Las unidades de reemplazo orbital son partes de los principales sistemas y subsistemas de los elementos externos de la ISS. Afectan al control del sistema de enfriamiento, el movimiento y control de los paneles solares y el SARJ, así como el flujo de energía a través de la estación desde los paneles solares hasta el sistema de rechazo de calor como parte del Sistema de Control Térmico Activo Externo (EATCS). Así como tanques de almacenamiento de oxígeno como parte del Sistema de Control Ambiental y Soporte Vital de la estación (ECLSS). Las ORU pueden ser hardware como radiadores, o simplemente baterías o antenas de comunicación, esencialmente cualquier elemento que pueda quitarse y reemplazarse fácilmente cuando sea necesario.

La naturaleza modular reemplazable de la estación permite, teóricamente, extender su vida útil mucho más allá de su vida útil de diseño inicial.

Las ORU que Dextre manipulará tienen accesorios diseñados para sujetarse con los mecanismos de cambio de herramientas/ORU (OTCM) en el extremo de cada brazo. El accesorio en H es para objetos masivos y/o para estabilizar a Dextre , el más común es un accesorio micro (también conocido como microcuadrado) y el accesorio microcónico se utiliza en espacios reducidos. Se utiliza un objetivo de cono truncado modificado (MTC) para alinear visualmente el brazo de Dexter para agarrar un accesorio. ^[1] Cualquier ORU con un accesorio de agarre puede ser movido por el Canadarm2 .

• El acoplador giratorio de manguera flexible (FHRC) pesa aproximadamente 900 lb × 1 unidad en cada uno de los armazones S1 y P1. El FHRC permite la transferencia de amoníaco líquido a través de la junta giratoria de radiador térmico (TRRJ) entre los segmentos de armazón P1 (FHRC SN1001) y S1 (FHRC SN1002) y los radiadores del sistema de rechazo de calor (HRSR).

Tres repuestos: ESP-2 FRAM-7 (lado de la quilla) FHRC SN1003, ^[3] ESP-3 FRAM-2 (lado superior) FHRC SN1004, ^[10] ELC-4 FRAM-5 (lado de la quilla) FHRC SN0005 entregados por HTV-2. ^[8]

• El módulo de bomba (PM) pesa 780 lb x 1 unidad en cada uno de los armazones S1 (PM SN0006 actual) y P1 (PM SN0001 original aún in situ). El PM es parte del complejo sistema de control térmico activo externo (ETCS) de la estación, que proporciona refrigeración vital a la aviónica interna y externa, a los miembros de la tripulación y a las cargas útiles. La estación tiene dos circuitos de refrigeración independientes. Los circuitos externos utilizan un refrigerante a base de amoníaco y los circuitos internos utilizan refrigeración por agua.

Cuatro repuestos originales. Quedan dos módulos de bomba sin usar: ELC-1 FRAM-7 (lado de la quilla) PM SN0007, ^[5] ESP-2 FRAM-1 (lado superior) PM SN0005. ^{[5] [11]} Dos utilizados: ELC-2 FRAM-6 (lado de la quilla) PM SN0004 (instalado en ESP-2 FRAM-1 durante STS-121, luego retirado por la tripulación de Exp 24 para reemplazar el PM SN0002 original averiado en el armazón S1. SN0002 fue devuelto a tierra por la tripulación de STS-135. SN0004 reemplazado por PM SN0006 y movido a MT POA por la tripulación de Exp 38 en diciembre de 2013. Reubicado a ESP-2 FRAM-1 por ISS-41 EVA-27 en octubre de 2014. Intercambió posiciones con SN0005 por SPDM en marzo de 2015.); ESP-3 FRAM-3 (lado superior) PM SN0006 (instalado en el ESP-3 FRAM-3 durante STS-127, intercambiado con PM SN0004 averiado del armazón S1 por la tripulación de Exp 38 en diciembre de 2013).

• Peso del conjunto del tanque de amoníaco (ATA) 1702 lb x 1 unidad en cada uno de los armazones S1 (ahora ATA SN0004) y P1 (ahora ATA SN0002). La función principal del ATA es almacenar el amoníaco utilizado por el sistema de control térmico externo (ETCS). Los componentes principales del ATA incluyen dos tanques de almacenamiento de amoníaco, válvulas de aislamiento, calentadores y varios sensores de temperatura, presión y cantidad. Hay un ATA por bucle ubicado en el lado cenital de los segmentos de armazón de estribor 1 (bucle A) y babor 1 (bucle B). El ATA contiene dos cámaras flexibles incorporadas a sus tanques de amoníaco que se expanden a medida que el nitrógeno presurizado expulsa el amoníaco líquido de ellas.

Dos repuestos: ELC-1 FRAM-9 (lado de la quilla), ^[5] ELC-3 FRAM-5 (lado de la quilla) ^[7] También tenga en cuenta que, además de estos dos repuestos, otras dos misiones del transbordador trajeron nuevos ATA y luego devolvieron los ATA fallidos: STS-128 ATA SN0004 arriba/SN0002 abajo (ATA original de armazón P1) y STS-131 SN0002 arriba/SN0003 abajo (ATA original de armazón S1).

• Conjunto de tanque de nitrógeno (NTA) con un peso de 550 lb cada uno × 1 unidad en cada uno de los armazones S1 (ahora NTA SN0005) y P1 (ahora NTA SN0004). El NTA proporciona un suministro de nitrógeno gaseoso a alta presión para controlar el flujo de amoníaco que sale del ATA.

Dos repuestos: ELC-1 FRAM-6 (lado de la quilla) NTA SN0002 (reacondicionado) ^[5] ELC-2 FRAM-9 (lado de la quilla) NTA SN0003 (reacondicionado) ^[5] También tenga en cuenta que, además de estos dos repuestos, otras dos misiones del transbordador reemplazaron NTA. La STS-122 entregó el nuevo NTA SN0004 y luego devolvió el P1 Truss NTA SN0003 agotado. La STS-124 intercambió el nuevo NTA SN0005 de ESP-3 FRAM 2 con el NTA SN0002 agotado del S1 Truss. La tripulación de la STS-126 devolvió este NTA agotado.

• El conjunto de tanques de gas de alta presión (HPGTA) pesa 1240 lb x 5 unidades en misión. Los tanques de gas nitrógeno y oxígeno de alta presión a bordo de la ISS brindan apoyo para la EVA y apoyo metabólico de contingencia para la tripulación. Este O2 y N2 de alta presión es llevado a la ISS por los tanques de gas de alta presión (HPGT) y es reabastecido por el transbordador espacial.

Un repuesto: ELC-3 FRAM-6 (lado de la quilla), ^[7] un tanque agotado ELC-2 FRAM-4 (lado superior) ^[5] Nótese que el tanque agotado fue intercambiado con el HPGTA original lanzado en ELC-2 en FRAM-4.

• Cada contenedor de transporte de carga (CTC) puede pesar entre 1000 y 1300 lb. Un contenedor utilizado para transportar ORU más pequeñas, como módulos de control de potencia remota a granel, que también pueden usarse durante EVA o por el SPDM. La NASA compró 5 CTC para dichas entregas.

Tres unidades: CTC-3, anteriormente en ELC-2 FRAM-2 (lado superior), ^[5] que luego se trasladó a ESP-2 FRAM-3 a través de SPDM. CTC-2 en ELC-4 FRAM-2 (lado de la quilla), ^[8] CTC-5 en ELC-3 FRAM-1 (lado superior) ^[7]

• 2 unidades de articulación de cabeceo y balanceo (P/R‐J) en el SSRMS . Articulación de muñeca con varios grados de libertad, diseñada para ser reemplazada en órbita si es necesario.

Dos repuestos: ESP-3 FRAM-1 (lado superior), ^[4] ESP-2 FRAM-5 (lado de la quilla) ^[3]

• Peso del giroscopio de momento de control (CMG) 600 lb × 4 unidades en la estructura Z1 (se han reemplazado dos CMG, uno por la tripulación del STS-114 y el segundo por la tripulación del STS-118). Un CMG consiste en un volante de acero inoxidable de una sola pieza de 25 pulgadas de diámetro y 220 libras que gira a una velocidad constante de 6600 rpm y desarrolla un momento angular de 3600 ft-lb-seg (4880 Nms) sobre su eje de giro. Los CMG también se pueden utilizar para realizar maniobras de actitud. Los CMG dependen de la energía eléctrica proporcionada por el subsistema eléctrico alimentado por energía solar.

Dos repuestos: ELC-1 FRAM-5 (lado superior) CMG SN104, ^[5] ELC-2 FRAM-5 (lado superior) CMG SN102 ^[5] Nota: La tripulación del STS-118 entregó un CMG en ESP-3, cambiándolo por una unidad defectuosa en el armazón ITS-Z1. Esa unidad defectuosa se colocó en ESP-2 FRAM-5 hasta que fue devuelta por el STS-122.[12]

• Conjunto de soporte de antena de banda S (SASA) con un peso de 256 lb cada uno × 2 unidades activas y otra de repuesto en la ISS. El SASA consta del grupo de radiofrecuencia de contingencia (RFG o ACRFG), el brazo SASA y el mazo de cables de aviónica.

Dos repuestos: ELC-3 FRAM-4 (lado superior), ^[7] ELC-3 FRAM-7 (lado de la quilla) ^[7]

• Peso de la unidad de conmutación de corriente continua (DCSU): 218 lb x 2 unidades en cada uno de los 4 IEA. La DCSU envía la energía de la batería al bus de distribución de la MBSU para satisfacer las demandas de energía. Además de la distribución de energía primaria, la DCSU tiene la responsabilidad adicional de enviar energía secundaria a los componentes de los módulos fotovoltaicos.

Tres repuestos: ESP-1 FRAM-2, ^[2] ESP-2 FRAM-2 (lado superior), ^[3] ELC-2 FRAM-2 (lado superior) ^[3]

• Unidad de carga/descarga de baterías (BCDU) con un peso de 235 lb × 6 en cada uno de los 4 IEA. La BCDU es un convertidor de energía bidireccional que cumple una doble función: cargar las baterías durante los períodos de recolección de energía solar (aislamiento) y proporcionar energía de batería acondicionada a los buses de energía primarios durante los períodos de eclipse.

Dos repuestos: ESP-3 FRAM-6 (lado de la quilla), ^[4] ELC-1 FRAM-4 (lado superior) ^[5]

• Peso de la unidad de conmutación de bus principal (MBSU) 220 lb × 4 unidades en la estructura S0. Las MBSU actúan como centro de distribución para el sistema EPS. Las cuatro MBSU a bordo de la ISS están ubicadas en la estructura S0 (cero de estribor). Cada una de las MBSU recibe energía primaria de dos canales de energía y la distribuye a las DDCU.

Dos repuestos: ESP-2 FRAM-4 (lado superior), ESP-2 FRAM-6 (lado de la quilla). El primer repuesto se lanzó con el ESP-2 (FRAM-4) en la STS-114 en julio de 2005. El segundo repuesto se lanzó en la STS-120 en octubre de 2007, instalado en el ESP-2 FRAM-6. La primera pieza de repuesto fue intercambiada por la MBSU 1A/1B averiada por la tripulación de la Expedición 32 en agosto de 2012; la MBSU averiada se almacenó inicialmente en el ESP-2 FRAM-4, luego se trasladó al ELC-2 FRAM-1 en enero de 2013. El tercer repuesto fue entregado por HTV-4 en agosto de 2013, instalado en el ESP-2 FRAM-4. La MBSU 2A/2B falló y fue reemplazada por Dextre con un tercer repuesto en mayo de 2017. La unidad 2A/2B fallida se llevó al interior a través de la esclusa de aire JEM en agosto de 2017, se reparó y se devolvió al ESP-2 FRAM-4 en noviembre de 2017. La MBSU 3A/3B falló en abril de 2019 y fue reemplazada en mayo por la antigua MBSU 2A/2B reparada, con la unidad 3A/3B almacenada en el ESP-2 FRAM-4. La antigua unidad 1A/1B se llevó al interior y se reparó en agosto de 2019, luego se intercambió en el ESP-2 FRAM-4 por la antigua unidad 3A/3B, que se llevó al interior en septiembre de 2019 y se devolvió a la Tierra a bordo del SpaceX CRS-19 .

• Conjunto de transferencia de utilidad (UTA), un procesador que permite que la energía, las señales y los datos fluyan a través del SARJ mediante anillos de rodillo incorporados en su interior.

Dos repuestos: ESP-2 FRAM-8 (lado de la quilla) ^[3] ELC-4 FRAM-4 (lado de la quilla) Conjunto de transferencia de utilidad (entregado por HTV-4 EP a través de SPDM en agosto de 2013)

• Peso del subconjunto de control de flujo de la bomba (PFCS): 235 lb Cada circuito externo contiene una bomba y un sistema de control de flujo (PFCS) que contiene la mayoría de los controles y sistemas mecánicos que impulsan el EATCS. ​​Hay 2 bombas por PFCS que hacen circular amoníaco por los circuitos de refrigerante externos. Hay 2 en cada IEA (x4) para un total de 8 unidades activas.

Tres repuestos originales, ahora dos repuestos disponibles: ESP-1 FRAM-1 ^[2] más 2 en ITS-P6 que fueron utilizados inicialmente por el Sistema de Control Térmico Activo Externo Temprano (EEATCS). Un repuesto EEATCS en ITS-P6 se ​​cambió por una unidad con fugas en el canal de energía 2B durante una EVA Exp 35 el 11 de mayo de 2013. Otro repuesto EEATCS desarrolló una falla eléctrica y fue reemplazado por un repuesto adicional lanzado en SpaceX CRS-14 .

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  Acoplamiento rotatorio de manguera flexible (FHRC)
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  FHRC sin cobertura MLI y en sitio en el TRRJ
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  Módulo de bomba (PM)
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  Dibujo del primer ministro
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  Conjunto de tanque de amoniaco (ATA)
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  Dibujo ATA (sin tapa)

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  Conjunto de tanque de nitrógeno (NTA)
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  Dibujo de NTA (sin tapa)
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  HPGT siendo instalado en la ISS
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  HPGT en el plano de palets SL
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  Contenedor de transporte de carga (CTC-2)
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  Dentro de una caja CTC

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  Unión de cabeceo y balanceo (P/RJ)
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  Dibujo P/RJ
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  Giroscopio de momento de control (CMG)
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  Dibujo de CMG (sin tapa)
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  Conjunto de soporte de antena de banda S (SASA)
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  Dibujo de SASA

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  Unidad de conmutación de corriente continua (DCSU)
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  Dibujo de DCSU
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  Unidad de carga y descarga de batería (BCDU)
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  Dibujo de BCDU
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  Unidad de conmutación de bus principal (MBSU)
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  Dibujo de MBSU
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  Subconjunto de control de caudal de la bomba (PFCS)
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  Se eliminó el PFCS MLI
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  Conjunto de transferencia de utilidad (UTA) en la esquina derecha de esta foto
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  Conjunto de transferencia de utilidad UTA prevuelo

• Sistema de carrete de arrastre del transportador móvil (MT TUS-RA), peso 354 lb en ELC-2 FRAM-8 (lado de la quilla) ^[5] x 1 unidad en MT

El conjunto de carrete TUS (TUS-RA) es básicamente un carrete grande muy parecido a un carrete de manguera de jardín que suelta el cable cuando el MT se aleja y lo enrolla de nuevo cuando el MT regresa al centro del armazón. Este es el mismo TUS-RA recuperado durante la misión STS-121 . Fue reemplazado y esta unidad defectuosa fue devuelta a la Tierra y restaurada para volar más tarde en ELC-2.

• Peso del efector final de enganche (LEE) 415 lb en ELC-1 FRAM-1 (lado superior) ^[5] x 3 unidades en ISS (dos en Canadarm2 y una en el cuerpo Dextre (SPDM))
• Brazo manipulador diestro de propósito especial (SPDM) en ELC-3 FRAM-2 (lado superior) ^[7] x 2 brazos en SPDM
• Peso del radiador del sistema de rechazo de calor (HRSR) 2475 lb en ELC-4 (lado superior) ^[6] x 3 unidades cada una en las armaduras S1 y P1

El subsistema de rechazo de calor (HRS) consta de una base, ocho paneles, un panel de torsión, un brazo de torsión, un sistema de fluidos interconectados, un mecanismo de despliegue tipo tijera y un sistema de despliegue de motor/cable controlado por computadora. El radiador del HRS, que forma parte del sistema de control térmico activo externo (EATCS) de la estación, rechaza la energía térmica mediante radiación.

• Peso de la unidad de accionamiento lineal (LDU) 255 lb en ESP-3 FRAM-4 (lado superior) ^[4] x 1 en el MT

La LDU proporciona fuerzas de accionamiento y frenado para el transportador móvil a lo largo del riel de estructura de celosía integrado.

• Antena espacio-tierra (SGANT) con un peso de 194 libras en ESP-3 FRAM-5 (lado de la quilla) x 2 unidades en el armazón Z1
• Peso de la unidad de contactor de plasma (PCU) 350 lb en ELC-1 FRAM-2 (lado superior) ^[5] x 2 unidades en la estructura

La unidad de contacto de plasma (PCU) se utiliza para dispersar la carga eléctrica que se acumula proporcionando una "ruta de tierra" conductora de electricidad al entorno de plasma que rodea la ISS. Esto evita las descargas eléctricas y proporciona un medio para controlar el riesgo de descarga eléctrica de la tripulación durante la EVA. Hay dos PCU ubicadas en el armazón Zenith 1 de la ISS, ambas en funcionamiento durante la EVA.

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  Conjunto de carrete y sistema umbilical de arrastre (TUS-RA)
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  Dibujo de TUS-RA
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  Efector final de enganche (LEE)
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  Dibujo de LEE
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  Brazo manipulador diestro de propósito especial (SPDM)
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  Dibujo del brazo SPDM

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  Radiador con sistema de rechazo de calor (HRSR)
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  Dibujo de HRSR
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  Unidad de accionamiento lineal (LDU) transportada por un astronauta
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  Dibujo de LDU (sin tapa)
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  Antena espacio-tierra (SGANT)
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  Dibujo de SGANT

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  Unidad de contacto de plasma (PCU)
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  Dibujo de la PCU

• Sistema eléctrico de la Estación Espacial Internacional
• Sistema de control ambiental y soporte vital (ECLSS)
• Transportista logístico ExPRESS (ELC) STS-129 ELC-1 y 2, STS-133 ELC-3, STS-134 ELC-4
• Plataformas de estiba externas (ESP) STS-102 ICC y ESP-1, STS-114 ESP-2 y LMC, STS-118 ESP-3
• Transportadores de carga integrados (ICC) STS-105 ICC, STS-121 ICC, STS-122 ICC-Lite, STS-126 LMC, STS-127 ICC-VLD, STS-128 LMC, STS-131 LMC, STS-132 ICC-VLD2, STS-135 LMC
• Estructura de celosía integrada (ITS)
• Investigación científica en la Estación Espacial Internacional