Орбитальный сменный блок

Орбитальные сменные блоки (или сменные блоки на орбите ^[1]^: 21) ( ORU ) являются ключевыми элементами Международной космической станции , которые можно легко заменить, когда устройство выйдет из строя или выйдет из строя. ОРУ являются частями основных систем и подсистем внешних элементов МКС и не предназначены для установки внутри гермомодулей. Примерами ORU являются: насосы, резервуары для хранения, блоки контроллеров, антенны и аккумуляторные блоки. Такие подразделения заменяются либо астронавтами во время выхода в открытый космос, либо роботизированной рукой Dextre (SPDM). Все они хранятся на трех внешних платформах хранения (ESP) или четырех логистических носителях ExPRESS (ELC), установленных на интегрированной ферменной конструкции (ITS).

Введение

В то время как запасные части/ОРУ регулярно поднимались и опускались в течение всего срока службы МКС посредством миссий по пополнению запасов космических кораблей, особое внимание уделялось ^{[ нужны разъяснения ]} когда станция считалась завершенной.

Несколько миссий «Шаттла» были посвящены доставке ORU с использованием вспомогательных несущих конструкций/поддонов, из которых некоторые оставались в грузовом отсеке, некоторые были развернуты и извлечены, а другие поддоны были предназначены для извлечения из отсека полезной нагрузки с помощью RMS и помещения на борт. станция.

В комплект развертываемых поддонов входят STS-102. ^[2] с внешней платформой для хранения ESP-1, STS-114 ^[3] с ЭСП-2, СТС-118 ^[4] с ЭСП-2, СТС-129 ^[5] с логистическим перевозчиком ExPRESS ELC-1 и ELC-2, STS-133 ^[6] с ELC-4 и STS-134 ^[7] с ELC-3.

Другие способы доставки ORU включали:

ORU, установленные на боковой стенке отсека полезной нагрузки, такие как BCDU, регулярно перевозились и транспортировались на МКС через выходы в открытый космос.

Также три рейса Интегрированного грузового перевозчика оставшиеся в грузовом отсеке (ICC) на рейсах STS-102 , STS-105 и STS-121 ; одно использование ICC-Lite на STS-122 (сокращенная версия ICC); два варианта использования ICC-Vertical Light Deployable на STS-127 как ICC-VLD и STS-132 как ICC-VLD2, которые были развернуты и извлечены во время миссии; и пять применений легкого носителя MPESS (LMC) на STS-114 , STS-126 , STS-128 , STS-131 и STS-135 , LMC не был предназначен для развертывания и оставался в отсеке полезной нагрузки шаттла на протяжении всего полета. .

На сегодняшний день, помимо миссий «Спейс шаттл», на станции использовался только еще один способ транспортировки ORU: японское грузовое судно HTV-2 доставило FHRC и CTC-4 через свой открытый поддон (EP). ^[8] и HTV-4 поставили блок коммутации главной шины (MBSU) и узел переключения коммунальных сетей (UTA). ^[9]

Способы доставки ОРУ на МКС

Блок коммутации главной шины (MBSU) ORU на боковой стенке отсека полезной нагрузки во время STS-120
Платформа ЭСП-2, смонтированная на модуле «Квест» (поддон развернут)
ELC-3 в руках роботизированной руки Endeavour STS-134 (поддон развернут)
ICC в передней части отсека полезной нагрузки STS-102 (сохраняется в отсеке полезной нагрузки на протяжении всего полета)

Конструкция полезной нагрузки ICC-Lite STS-122 (сохраняется в отсеке полезной нагрузки на протяжении всего полета)
ICC-VLD на RMS во время STS-127 (поддон развернут и извлечен)
ЛМК в задней части отсека полезной нагрузки СТС-131 (сохраняется в отсеке полезной нагрузки на протяжении всего полета)
Открытый поддон HTV-2 с FHRC и CTC4 во время предполетной подготовки (поддон развернут и извлечен)

Типы ОРУ

Орбитальные сменные блоки входят в состав основных систем и подсистем внешних элементов МКС. Влияет на управление системой охлаждения, перемещение и управление солнечными батареями и SARJ, а также поток энергии по всей станции от солнечных батарей к системе отвода тепла в рамках внешней активной системы термоконтроля (EATCS). А также резервуары для хранения кислорода в составе системы экологического контроля и жизнеобеспечения станции (ECLSS). ORU могут представлять собой оборудование, такое как радиаторы, или просто батареи или антенны связи, по сути, любой элемент, который при необходимости можно легко снять и заменить.

Сменный модульный характер станции теоретически позволяет продлить срок ее службы значительно дольше первоначального проектного срока.

ОРУ и роботизированное оружие

ORU, с которыми будет работать Dextre, имеют насадки, предназначенные для захвата с помощью ORU/механизмов замены инструмента (OTCM) на конце каждого рычага. Крепление H предназначено для массивных объектов и/или для стабилизации Dextre . Наиболее распространенным является приспособление Micro (также известное как микроквадрат), а приспособление Microconical используется в ограниченном пространстве.Мишень с модифицированным усеченным конусом (MTC) используется для визуального выравнивания руки Декстера при захвате приспособления. ^[1] Любой ORU с грейфером можно переместить с помощью Canadarm2 .

Запчасти для орбитальной сменной установки (ОРУ)

(Вес, описание и текущее расположение запаски на станции)

Несколько запасных частей

Поворотная муфта с гибким шлангом (FHRC), вес ок. 900 фунтов × 1 единица на фермах S1 и P1. FHRC обеспечивает передачу жидкого аммиака через поворотное соединение теплового радиатора (TRRJ) между сегментами фермы P1 (FHRC SN1001) и S1 (FHRC SN1002) и радиаторами системы отвода тепла (HRSR).

Три запасных — ESP-2 FRAM-7 (килевая сторона) FHRC SN1003, ^[3] ESP-3 FRAM-2 (верхняя сторона) FHRC SN1004, ^[10] ELC-4 FRAM-5 (килевая сторона) FHRC SN0005 доставлен компанией HTV-2. ^[8]

Насосный модуль (PM) весит 780 фунтов по 1 единице каждый на фермах S1 (текущий PM SN0006) и P1 (исходный PM SN0001 все еще находится на месте). PM является частью комплексной внешней активной системы терморегулирования (ETCS), которая обеспечивает жизненно важное охлаждение внутренней и внешней авионики, членов экипажа и полезной нагрузки. Станция имеет два независимых контура охлаждения. Во внешних контурах используется охлаждающая жидкость на основе аммиака, а во внутренних — водяное охлаждение.

Четыре оригинальные запасные части. Остались два неиспользованных модуля насосов – ELC-1 FRAM-7 (килевая сторона) PM SN0007, ^[5] ESP-2 FRAM-1 (верхняя сторона) PM SN0005. ^[5]^[11] Два из них использовались — ELC-2 FRAM-6 (килевая сторона) PM SN0004 (устанавливался на ESP-2 FRAM-1 во время STS-121, затем был снят экипажем Exp 24 для замены вышедшего из строя оригинального PM SN0002 на ферме S1. SN0002 был возвращен на Землю экипажем STS-135, заменен на PM SN0006 и перенесен на MT POA экипажем Exp 38 в декабре 2013 года. Перемещен на ESP-2 FRAM-1 с помощью ISS-41 EVA-27 в октябре 2014 года. Поменян местами. должности с SN0005 от СПДМ в марте 2015 г.); ESP-3 FRAM-3 (верхняя сторона) PM SN0006 (Установлен на ESP-3 FRAM-3 во время STS-127, заменен на вышедший из строя PM SN0004 из фермы S1 бригадой Exp 38 в декабре 2013 г.).

Сборка резервуара для аммиака (ATA) весит 1702 фунта по 1 единице на фермах S1 (теперь ATA SN0004) и P1 (теперь ATA SN0002). Основная функция ATA — хранить аммиак, используемый внешней системой терморегулирования (ETCS). Основные компоненты АТА включают в себя два резервуара для хранения аммиака, запорные клапаны, нагреватели и различные датчики температуры, давления и количества. На каждую петлю имеется один ATA, расположенный на зенитной стороне сегментов фермы правого борта 1 (петля A) и порта 1 (петля B). ATA содержит две гибкие камеры, встроенные в резервуары с аммиаком, которые расширяются, когда азот под давлением вытесняет из них жидкий аммиак.

Две запасные – ELC-1 FRAM-9 (килевая сторона), ^[5] ELC-3 FRAM-5 (килевая сторона) ^[7] Также обратите внимание: кроме этих двух запасных частей, две другие миссии Шаттла доставляли новые ATA, а затем возвращали неисправные ATA: STS-128 ATA SN0004 вверх/SN0002 вниз (исходная ферма P1 ATA) и STS-131 SN0002 вверх/SN0003 вниз (S1 ферма оригинального ATA).

Азотный бак в сборе (NTA) весит 550 фунтов каждый × по 1 единице на S1 (теперь NTA SN0005) и ферме P1 (теперь NTA SN0004). NTA обеспечивает подачу газообразного азота под высоким давлением для контроля потока аммиака из ATA.

Две запчасти — ELC-1 FRAM-6 (килевая сторона) NTA SN0002 (восстановленный) ^[5] ELC-2 FRAM-9 (килевая сторона) NTA SN0003 (восстановленный) ^[5] Также обратите внимание: помимо этих двух запасных частей, NTA заменили еще две миссии «Шаттла». STS-122 доставил новый NTA SN0004, а затем вернул использованную ферму P1 NTA SN0003. STS-124 заменил новый NTA SN0005 из ESP-3 FRAM 2 на устаревший NTA SN0002 из фермы S1. Экипаж СТС-126 вернул этот обедненный НТА.

Сборка бензобаков высокого давления (HPGTA) весом 1240 фунтов x 5 единиц по запросу. Баллоны с кислородом и азотом под высоким давлением на борту МКС обеспечивают поддержку выхода в открытый космос и метаболическую поддержку экипажа в непредвиденных обстоятельствах. Эти O2 и N2 под высоким давлением доставляются на МКС в газовых баллонах высокого давления (HPGT) и пополняются с помощью космического корабля "Шаттл".

Один запасной – ELC-3 FRAM-6 (килевой борт), ^[7] один разряженный танк ELC-2 FRAM-4 (верхний борт) ^[5] Обратите внимание, что отработанный бак был заменен оригинальным HPGTA, запущенным на ELC-2 на FRAM-4.

Каждый грузовой транспортный контейнер (CTC) может весить от 1000 до 1300 фунтов. Контейнер, используемый для перевозки небольших ORU, таких как модули дистанционного управления питанием, навалом, которые также могут использоваться во время выхода в открытый космос или SPDM. Для таких поставок НАСА закупило 5 КТК.

Три блока - CTC-3 ранее на ELC-2 FRAM-2 (верхняя сторона), ^[5] позже был перенесен на ESP-2 FRAM-3 через SPDM. СТС-2 на ELC-4 FRAM-2 (килевая сторона), ^[8] CTC-5 на ELC-3 FRAM-1 (верхняя сторона) ^[7]

Соединение тангажа/качения (P/R-J) x 2 единицы на SSRMS . Запястный сустав с несколькими степенями свободы, при необходимости его можно заменить на орбите.

Две запасные – ЭСП-3 ФРАМ-1 (верхняя сторона), ^[4] ЭСП-2 ФРАМ-5 (килевой борт) ^[3]

Гироскоп управляющего момента (CMG) весит 600 фунтов × 4 единицы на ферме Z1 (два CMG были заменены, один экипажем STS-114, а второй экипажем STS-118). CMG состоит из цельного маховика из нержавеющей стали диаметром 25 дюймов и весом 220 фунтов, который вращается с постоянной скоростью 6600 об/мин и развивает угловой момент 3600 фут-фунт-сек (4880 Нм) вокруг своей оси вращения. CMG также можно использовать для выполнения маневров. CMG полагаются на электроэнергию, обеспечиваемую электрической подсистемой, работающей на солнечной энергии.

Две запасные – ELC-1 FRAM-5 (верхняя сторона) CMG SN104, ^[5] ELC-2 FRAM-5 (верхняя сторона) CMG SN102 ^[5]Примечание: экипаж STS-118 доставил CMG на ESP-3, заменив его на вышедший из строя узел фермы ITS-Z1. Этот вышедший из строя блок был помещен на ESP-2 FRAM-5 до тех пор, пока его не вернул STS-122.[12]

Узел опоры антенны S-диапазона (SASA) весит 256 фунтов каждый × 2 активных блока и еще один запасной на МКС. SASA состоит из аварийной радиочастотной группы (RFG или ACRFG), стрелы SASA и жгута проводов авионики.

Две запасные – ELC-3 FRAM-4 (верхняя сторона), ^[7] ELC-3 FRAM-7 (килевая сторона) ^[7]

Блок переключения постоянного тока (DCSU) весит 218 фунтов, по 2 блока на 4 IEA. DCSU направляет энергию батареи на распределительную шину MBSU для удовлетворения потребностей в мощности. Помимо распределения первичной энергии, DCSU несет дополнительные обязанности по маршрутизации вторичной энергии к компонентам фотоэлектрических модулей.

Три запасных – ЭСП-1 ФРАМ-2, ^[2] ЭСП-2 ФРАМ-2 (верхняя сторона), ^[3] ELC-2 FRAM-2 (верхняя сторона) ^[3]

Блок зарядки/разрядки аккумулятора (BCDU) весит 235 фунтов × 6 штук на каждом из 4 IEA. BCDU — это двунаправленный преобразователь энергии, который выполняет двойную функцию: заряжает батареи в периоды сбора солнечной энергии (изоляция) и обеспечивает согласованную мощность батареи на основные шины питания в периоды затмений.

Две запасные – ЭСП-3 ФРАМ-6 (килевая сторона), ^[4] ELC-1 FRAM-4 (верхняя сторона) ^[5]

Блок коммутации главной шины (MBSU) весит 220 фунтов × 4 блока на ферме S0. MBSU действуют как распределительный центр системы EPS. Все четыре MBSU на борту МКС расположены на нулевой ферме правого борта (S0). Каждый из MBSU получает первичную мощность из двух каналов питания и распределяет ее вниз по DDCU.

Две запасные – ЭСП-2 ФРАМ-4 (верхний борт), ЭСП-2 ФРАМ-6 (килевой борт). Первая запасная часть запущена с ESP-2 (FRAM-4) на STS-114 , июль 2005 г. Вторая запасная часть запущена на STS-120 , октябрь 2007 г., установлена на ESP-2 FRAM-6. Первая запасная часть заменена экипажем 32-й экспедиции на вышедший из строя 1A/1B MBSU в августе 2012 года; вышедший из строя MBSU первоначально хранился на ESP-2 FRAM-4, затем в январе 2013 года был перенесен на ELC-2 FRAM-1. Третий запасной вариант, доставленный HTV-4 в августе 2013 года, установлен на ESP-2 FRAM-4. 2A/2B MBSU вышел из строя и был заменен на Dextre с третьим запасным в мае 2017 года. Неисправный блок 2A/2B был доставлен внутрь через шлюзовой шлюз JEM в августе 2017 года, отремонтирован и возвращен в ESP-2 FRAM-4 в ноябре 2017 года. 3A/3B MBSU вышел из строя в апреле 2019 года и в мае был заменен отремонтированным бывшим МБСУ 2А/2Б с блоком 3А/3Б, хранящимся на ESP-2 FRAM-4. Бывший блок 1A/1B был доставлен внутрь и отремонтирован в августе 2019 года, затем заменен на ESP-2 FRAM-4 для бывшего блока 3A/3B, который был доставлен внутрь в сентябре 2019 года и возвращен на Землю на борту SpaceX CRS-19 .

Узел передачи утилит (UTA) — процессор, который позволяет передавать энергию, сигналы и данные через SARJ с помощью встроенных в него вращающихся колец.

Две запасные – ЭСП-2 ФРАМ-8 (килевая сторона) ^[3] ELC-4 FRAM-4 (килевая сторона) Вспомогательный узел передачи (доставлен HTV-4 EP через SPDM, август 2013 г.)

Вес блока управления потоком насоса (PFCS) — 235 фунтов. Каждый внешний контур содержит насос и систему управления потоком (PFCS), которая содержит большую часть элементов управления и механических систем, которые приводят в действие EATCS. На каждую PFCS имеется 2 насоса, которые обеспечивают циркуляцию аммиака по внешним контурам теплоносителя. На каждом IEA имеется по 2 (x4), всего 8 активных блоков.

Три оригинальные запчасти, теперь две в наличии — ESP-1 FRAM-1. ^[2] плюс 2 на ITS-P6, которые изначально использовались в ранней системе внешнего активного термоконтроля (EEATCS). Одна запасная часть EEATCS на ITS-P6 была заменена на неисправный блок на канале питания 2B во время выхода в открытый космос Exp 35 11 мая 2013 года. У другой запасной части EEATCS возникла электрическая неисправность, и она была заменена дополнительной запасной, запущенной на SpaceX CRS-14 .

Поворотный соединитель гибкого шланга (FHRC)
FHRC без покрытия MLI и на месте на TRRJ
Насосный модуль (ПМ)
чертеж ПМ
Сборка бака аммиака (АТА)
Чертеж ATA (крышка снята)

Азотный бак в сборе (НТА)
Чертеж НТА (крышка снята)
HPGT устанавливается на МКС
HPGT на чертеже поддона SL
Грузоперевозочный контейнер (КТС-2)
Внутри коробки CTC

Соединение тангажа и крена (P/RJ)
Чертеж P/RJ
Гироскоп управляющего момента (ЦМГ)
Чертеж CMG (крышка снята)
Узел опоры антенны S-диапазона (SASA)
чертеж САСА

Блок коммутации постоянного тока (DCSU)
Чертеж DCSU
Блок зарядки/разрядки аккумулятора (BCDU)
Чертеж БДДУ
Блок коммутации главной шины (МБСУ)
Чертеж МБГУ
Узел регулирования расхода насоса (PFCS)
PFCS MLI удален.
Узел передачи коммунальных услуг (UTA), правый угол этой фотографии.
Предполетный сборочный узел UTA

Одиночные запасные части

Передвижной транспортер прицепной шлангокабеля в сборе (МТ ТУС-РА) массой 354 фунта. у ELC-2 FRAM-8 (килевая сторона) ^[5] х 1 единица на МТ

Катушка TUS (TUS-RA) по сути представляет собой большую катушку, очень похожую на катушку для садового шланга, которая разматывает кабель, когда MT удаляется, и скатывает его обратно, когда MT возвращается в центр фермы. Это тот же TUS-RA, полученный во время STS-121 . Его заменили, а вышедший из строя аппарат вернули на Землю и отремонтировали для последующего полета на ELC-2.

Защелкивающийся концевой эффектор (LEE) весит 415 фунтов. у ELC-1 FRAM-1 (верхняя сторона) ^[5] x 3 единицы на МКС (два на Canadarm2 и одна на Dextre (SPDM)) корпусе
Рука специального ловкого манипулятора (СПДМ) на ELC-3 FRAM-2 (верхняя сторона) ^[7] x 2 рычага на СПДМ
Радиатор системы отвода тепла (HRSR) весит 2475 фунтов. на ELC-4 (верхняя сторона) ^[6] по 3 единицы на ферме S1 и P1

Подсистема отвода тепла (HRS) состоит из основания, восьми панелей, моментной панели, моментного рычага, взаимосвязанной гидравлической системы, ножничного механизма развертывания и системы развертывания двигателя/кабеля, управляемой компьютером. Радиатор HRS, являющийся частью внешней активной системы терморегулирования станции (EATCS), отводит тепловую энергию посредством излучения.

Вес блока линейного привода (LDU) 255 фунтов. у ESP-3 FRAM-4 (верхняя сторона) ^[4] х 1 на МТ

LDU обеспечивает движущую и тормозную силу мобильного транспортера вдоль рельса интегрированной ферменной конструкции.

Антенна космического назначения (SGANT) весит 194 фунта. у ESP-3 FRAM-5 (килевая сторона) x 2 шт. на ферме Z1
Плазменный контакторный блок (PCU) весит 350 фунтов. у ELC-1 FRAM-2 (верхняя сторона) ^[5] x 2 единицы на ферме

Плазменный контакторный блок (PCU) используется для рассеивания накапливающегося электрического заряда, обеспечивая электропроводящий «заземляющий путь» к плазменной среде, окружающей МКС. Это предотвращает электрические разряды и обеспечивает средства контроля опасности поражения электрическим током экипажа во время выхода в открытый космос. На ферме МКС «Зенит-1» расположены два PCU, оба из которых работают во время выхода в открытый космос.