一体型トラス構造

ISSの太陽電池パネルと鋼鉄トラス構造の船外活動の様子。白い被覆は微小隕石から保護するためのケブラーパネルです。
2022 年 12 月時点の ISS 要素の分解図。

国際宇宙ステーション（ISS）の統合トラス構造（ITS）は、直線状に連結されたトラスの列で構成され、その上に補給キャリア、ラジエーター、太陽電池パネル、その他の機器など、様々な非与圧コンポーネントが搭載されています。ITSはISSにバス構造を提供します。長さは約110メートルで、アルミニウムとステンレス鋼で作られています。

トラス部品

トラス鋼構造、左舷ラジエーター、太陽電池アレイの高所からの眺め（2019年）

すべてのトラス構成部品は、それぞれの最終位置に基づいて命名されました。Zは天頂、Sは右舷、Pは左舷を表し、数字は位置の順番を示しています。S0トラスはデスティニーの天頂位置の中央に設置されており、右舷でも左舷でもないことから、この名称は不適切であると考えられます。

製造業

NASAの宇宙飛行士リード・ワイズマンがトラス構造の鉄骨を検査している

ISSのトラスセグメントは、ボーイング社によって、カリフォルニア州ハンティントンビーチ（旧マクドネル・ダグラス）、ルイジアナ州ニューオーリンズのミショー組立施設、アラバマ州ハンツビルのマーシャル宇宙飛行センター、およびオクラホマ州タルサの施設で製造された。[要出典]その後、トラスは最終組立とチェックアウトのため、ケネディ宇宙センターの宇宙ステーション処理施設に輸送または発送された。

構造フレームワークは、精密鋳造、鋼の熱間圧延、摩擦攪拌、TIG溶接プロセスを含む複数の製造プロセスを使用して作成されました。[引用が必要]

Z1トラス

Z1トラス
Z1トラスはモジュールの上にある

最初のトラス部品である Z1 トラスは、2000 年 10 月にSTS-92で打ち上げられました。この部品には、コントロール モーメント ジャイロスコープ(CMG) アセンブリ、電気配線、通信機器、および宇宙ステーションの静電気を中和するように設計された2 つのプラズマ接触器が含まれています。

Z1トラスのもう一つの目的は、STS-120でP5トラスの端に移設されるまでの間、「P6トラスと太陽電池パネル」の一時的な設置場所として機能することでした。メイントラスの一部ではありませんでしたが、Z1トラスはISSにとって初の恒久的な格子構造であり、桁のような構造で、将来的にISSの主要なトラスやバックボーンを増設するための基礎となりました。Z1トラスはステンレス鋼、チタン、アルミニウム合金で作られています。

Z1トラスの大部分は加圧されていないが、その天底をユニティの天頂ポートに接続する共通結合機構（CBM）ポートを備えており、宇宙飛行士が船外活動なしでユニティとトラス間の電気接地ストラップを接続できるようにする小さな加圧ドームが含まれている。 [1] [2]さらに、Z1のCBM内のドームは収納スペースとして使用できる。[3]

Z1トラスには、前方を向いた手動結合機構（MBM）リングも備わっています。[4]このMBMはポートではなく、加圧も電力供給もされていませんが、手持ち式のツールで操作して受動CBMを結合することができます。[5] Z1トラスのMBMは、STS-98中にデスティニー実験室がユニティノードに結合される際に、 PMA-2を一時的に保持するために一度だけ使用されました。2002年4月に近くのS0トラスが設置されて以来、MBMへのアクセスは遮断されています。

2007年10月、P6トラス要素はZ1から切り離され、P5に移動されました。P6は今後P5と恒久的に接続されることになります。Z1トラスは現在、CMG、通信機器、プラズマコンタクターの収容にのみ使用されています。さらに、Z1はユニティ（ノード1）のみに接続され、他の宇宙ステーション要素は収容されなくなりました。

2008年12月、アド・アストラ・ロケット社は、NASAとVASIMRイオンスラスタの飛行試験版をISSに搭載し、再ブースト任務を引き継ぐ契約を締結したと発表した。2013年には、このスラスタモジュールは2015年にZ1トラスの上部に設置される予定だった。[6] NASAとアド・アストラ社は、2015年にVASIMRエンジンを最大3年間開発する契約を締結した。[7]しかし、2015年にNASAはVF-200をISSに打ち上げる計画を中止した。NASAの広報担当者は、ISSは「エンジンの望ましい性能レベルを実証するための理想的なプラットフォームではなかった」と述べた。[8] （軌道維持にイオンスラスタを使用した宇宙船の例としては、重力場定常海洋循環探査機（GFO）があり、このエンジンによって超低軌道の維持が可能になった。）

STS-92 の乗組員によって国際宇宙ステーションに設置された Z1 トラスのさまざまなビューを表示するアニメーション。
2001年のこの写真は、トラスの代替構成を示しています。この構成では、Z1トラスが太陽電池アレイとモジュール間の重要な要素となっていました。写真にはP6太陽電池アレイも写っています。
Z1トラスドーム内の第11次遠征隊司令官セルゲイ・K・クリカレフ。

S0トラス

S0トラス
米国の研究所に接続するS0トラス鋼製架台構造

S0 トラス (センター統合トラス アセンブリ スターボード 0 トラスとも呼ばれる) は、宇宙ステーションの中心的なバックボーンを形成します。2002年 4 月のSTS-110で、デスティニー実験モジュールの上部に取り付けられました。S0 トラスは、与圧されたステーション モジュールに電力をルーティングし、モジュールから S1 トラスと P1 トラスに熱を伝導するために使用されます。S0 トラスは ISS にはドッキングされていませんが、モジュール トラス構造接続システム (MTSAS) と 4 つのモジュール トラス構造 (MTS) 押し出しアルミニウム ストラットの両方によってデスティニー実験モジュールに接続されています。モジュール トラス構造接続システムは 2 つの半分に分かれています。アクティブな半分の実験室クレードル アセンブリはデスティニー実験室の後部と中央のリングにボルトで固定され、パッシブな半分のグラップル バーとアライメント ピンは S0 に一体化されています。

P1、S1トラス

S1トラス
P1トラス

P1トラスとS1トラス（左舷・右舷熱放熱トラスとも呼ばれる）はS0トラスに接続されており、宇宙ステーションと共にカナダアーム2と宇宙飛行士を作業現場へ輸送するためのカートが収納されている。カートはそれぞれ3つの熱遮断放熱器を通して290kg（637ポンド）の無水 アンモニアを流す。S1トラスは2002年10月にSTS-112で打ち上げられ、P1トラスは2002年11月にSTS-113で打ち上げられた。S1およびP1構造の詳細設計、試験、および建設は、カリフォルニア州ハンティントンビーチのマクドネル・ダグラス社（現ボーイング社）によって実施された。構造物の最初の部品は1996年に切断され、最初のトラスは1999年に納入された。

P2、S2トラス

P2トラスとS2トラスは、スペースステーション・フリーダムの当初の設計において、ロケットスラスタの設置場所として計画されていました。しかし、ISSのロシア側部分もその機能を提供していたため、スペースステーション・フリーダムの設計における再ブースト機能は、もはやその場所では不要となりました。そのため、P2トラスとS2トラスはキャンセルされました。[9]

P3/P4、S3/S4トラスアセンブリ

P3/P4トラスの構成部品と展開の詳細（アニメーション）
P3/P4トラス
S3/S4トラス

P3/P4トラスアセンブリは、 2006年9月9日に打ち上げられたスペースシャトル アトランティス STS-115ミッションで設置され、P1セグメントに取り付けられました。P3セグメントとP4セグメントには、一対の太陽電池アレイ、ラジエーター、および太陽電池アレイの方向を定めてP3をP4に接続する回転ジョイントが含まれています。設置時には、回転ジョイントに電力が流れていなかったため、P4太陽電池アレイ翼で発電された電気はP4セグメントでのみ使用され、ステーションの残りの部分には使用されていませんでした。その後、2006年12月に、STS-116でステーションの大規模な電気配線がやり直され、この電力がグリッド全体に送られました。P3/P4の鏡像であるS3/S4トラスアセンブリは、2007年6月11日に、同じくスペースシャトル アトランティスのSTS-117飛行、ミッション13Aで設置され、S1トラスセグメントに取り付けられました。これはスペースシャトルによって打ち上げられた宇宙ステーション行きモジュールの中で最も重いものである。[10]

P3およびS3の主要サブシステムには、セグメント間接続システム（SSAS）、ソーラーアルファ回転ジョイント（SARJ）、および非与圧貨物キャリア接続システム（UCCAS）があります。P3トラ​​スセグメントの主な機能は、2つのUCCASプラットフォームに取り付けられたペイロードへの機械的、電力およびデータインターフェースの提供、SARJを介した太陽追跡または太陽を追うためのアレイの回転のための軸方向インデックス、モバイルトランスポーターの移動および作業現場の調整です。P3/S3の主要構造は六角形のアルミニウム構造で、4つの隔壁と6つのロンジロンで構成されています。[11] S3トラスは、2009年頃に最初に打ち上げられ設置されるEXPRESSロジスティクスキャリアの場所もサポートしています。

P4 および S4 太陽光発電モジュール (PVM) の主なサブシステムには、2 つのソーラー アレイ ウィング (SAW)、太陽光発電ラジエーター (PVR)、アルファ ジョイント インターフェイス構造 (AJIS)、改良型ロケットダイン トラス アタッチメント システム (MRTAS)、およびベータ ジンバル アセンブリ (BGA) が含まれます。

数年後、iROSA 3と4がそれぞれS4トラスとP4トラスの旧3Aと4A太陽電池アレイの前に追加され、iROSA 5がそれぞれ2022年12月と2023年6月にS4トラスの旧1B太陽電池アレイの前に追加されました。

P5、S5トラス

P5トラス
S5トラス

P5トラスとS5トラスは、それぞれP6トラスとS6トラスを支えるコネクタです。P3/P4トラスとS3/S4トラスアセンブリの長さはスペースシャトルの貨物室容量によって制限されていたため、トラスを延長するためにこれらの小型（長さ3.37 m）コネクタが必要でした。P5トラスは、2006年12月12日、ミッションSTS-116の最初の船外活動（EVA）中に設置されました。S5トラスはミッションSTS-118によって軌道に乗せられ、2007年8月11日に設置されました。

P6、S6トラス

P6トラス
移設後のP6トラス
S6トラス

P6トラスは、P4トラスの太陽電池パドル（SAW）が起動する前に、ステーションに不可欠な電力を生成する大きなSAWを収容しているため、2番目に追加されたトラスセグメントでした。当初はZ1トラスに取り付けられ、STS-97でSAWが展開されましたが、 STS-116とSTS-117で、それぞれP4トラスとS4トラスのSAWのためのスペースを確保するために、SAWは一度に半分ずつ折り畳まれました。シャトルミッションSTS-120（組み立てミッション10A）では、P6トラスをZ1から切り離し、P5トラスに再度取り付けて、ラジエーターパネルを再展開し、SAWの再展開を試みました。1つのSAW（2B）は正常に展開されましたが、2番目のSAW（4B）に大きな裂け目が生じ、約80%で一時的に展開が停止しました。その後、この問題は修正され、アレイは完全に展開されました。その後の組み立てミッション（シーケンス外のSTS-119）では、S6トラスがS5トラスに取り付けられ、4組目かつ最後の太陽電池アレイとラジエーターが完成しました。

数年後、2021年6月にP6トラスの旧4Bおよび2B太陽電池アレイの前にiROSA 1と2が追加され、2023年6月にS6トラスの旧1B太陽電池アレイの前にiROSA 6が追加されました。

トラスサブシステム

太陽光発電パネル

アコーディオンのように折り畳まれた太陽電池アレイのクローズアップ図。

国際宇宙ステーションの主なエネルギー源は、現在ステーションに設置されている米国製の大型太陽光発電アレイ4台で、ソーラーアレイウィング（SAW）と呼ばれることもあります。最初のペアのアレイはP6トラスセグメントに取り付けられており、2000年後半にSTS-97で打ち上げられ、Z1の上に設置されました。P6セグメントは、2007年11月のSTS -120で最終位置であるP5トラスセグメントにボルトで固定され、再配置されました。2番目のペアのアレイは2006年9月のSTS-115で打ち上げられ、設置されましたが、2006年12月のSTS-116でステーションの電気配線がやり直されるまで電力を供給しませんでした。3番目のペアのアレイは2007年6月のSTS -117で設置されました。最後のペアは2009年3月のSTS-119で到着しました。ロシアが建設した科学発電プラットフォームを通じてより多くの太陽光発電が利用可能になる予定だったが、中止された。[11]

ソーラーアレイウィングはそれぞれ長さ34メートル（112フィート）、幅12メートル（39フィート）、質量約1,100キログラム（2,400ポンド）で、約30kWの直流電力を発電することができます。[12]これらは2つの太陽光発電ブランケットに分割されており、その間に展開マストが配置されています。各ブランケットには16,400個のシリコン 太陽電池セルが搭載されており、各セルのサイズは8cm×8cmです。これらは82枚のアクティブパネルにまとめられており、各パネルは200個のセルと4,100個のダイオードで構成されています。[11]

各ブランケットはアコーディオンのように折り畳まれており、宇宙へのコンパクトな輸送を可能にしています。軌道上に到達すると、各ブランケットの間にある展開マストがアレイを全長まで展開します。ベータジンバルアセンブリ（BGA）と呼ばれるジンバルは、アレイを太陽に向けるように回転させて国際宇宙ステーションに最大の電力を供給するために使用されます。[要出典]

翼に取り付けられた太陽電池は、15年の耐用年数を想定して設計されていたが、時間の経過とともに徐々に劣化してきた。これは特に、2000年と2006年に打ち上げられた最初のアレイであるP6トラスとP4トラスで顕著である。P6トラスの翼を補強するため、NASAは2021年6月と2022年11月に、ロールアウト・ソーラー・アレイの拡大版を2組で4つ、スペースXドラゴン2ミッションのSpaceX CRS-22、-26、-28に搭載して打ち上げた。これらのアレイは、既存のアレイよりも軽量で、より多くのエネルギーを生成する。これらは、翼の中央部分に沿って長さの3分の2まで展開することを目的としている。P6トラスのマストカンに新しいアレイのサポートブラケットを取り付ける作業は、Expedition 64のメンバーによって開始された。[13] P6ブラケットへの最初の2つのアレイ自体の設置および展開作業は、第65次長期滞在のシェーン・キンブローとトーマス・ペスケによる3回の船外活動で成功裏に実施されました。[14] [15] [16] 2022年11月と12月に、第68次長期滞在のフランシスコ・ルビオ宇宙飛行士とジョシュ・A・カサダ宇宙飛行士は、P4トラスとS4トラスにそれぞれ1つずつ、2番目のブラケットとアレイのセットを設置しました。[17] [18] [19] [20] 2023年6月、第69次長期滞在のスティーブン・ボーエン宇宙飛行士とウォーレン・ホーバーグ宇宙飛行士は、S6トラスとS4トラスにそれぞれ1つずつ、3番目のブラケットとアレイのセットを設置しました。[21]最後のアレイのセットは、2025年にP4トラスとS6トラスに設置される予定です。[22]

太陽アルファ回転ジョイント

アルファジョイントは、太陽電池パネルが太陽を追跡できるようにする主要な回転ジョイントです。通常動作では、アルファジョイントは軌道ごとに 360° 回転します (ただし、ナイトグライダーモードも参照)。ソーラーアルファ回転ジョイント (SARJ) は、P3 トラスセグメントと P4 トラスセグメントの間に 1 つあり、S3 トラスセグメントと S4 トラスセグメントの間にもう 1 つあります。動作中は、これらのジョイントが連続的に回転して、外側のトラスセグメントにある太陽電池パネルの翼が太陽の方向を向いたままになります。各 SARJ は直径が 10 フィート、重さは約 2,500 ポンドで、ベアリングアセンブリとサーボ制御システムを使用して連続的に回転できます。左舷と右舷の両方で、すべての電力が SARJ のユーティリティ転送アセンブリ (UTA) を通過します。ロールリングアセンブリにより、回転インターフェースを介してデータと電力を伝送できるため、巻き戻す必要はありません。SARJ は、ロッキード・マーティンとその下請け業者によって設計、製造、テストされました。[11]

ソーラーアルファ回転ジョイントには、ITSの外側セグメントを回転させ、太陽を追尾するためのドライブロックアセンブリ（DLA）が組み込まれている。DLAの構成要素の一つは、ブルギアとして機能するレースリングと噛み合うピニオンである。各SARJには2つのレースリングと2つのDLAが搭載されており、軌道上での冗長性を確保しているが、代替レースリングを使用するには、DLAとトランドルベアリングアセンブリ（TBA）の位置を変更するために、複数回の船外活動が必要となる。予備のDLAはSTS-122でISSに持ち込まれた。[23]

2007年、右舷SARJと2つのベータジンバルアセンブリ（BGA）のうち1つに不具合が確認されました。[24] 損傷は、ジョイント機構のトラックの過度かつ早期の摩耗が原因でした。SARJは問題診断中に凍結され、2008年に問題に対処するためトラックに潤滑油が供給されました。[25]

電力調整と蓄電

シーケンシャルシャントユニット（SSU）は、日射期間中（太陽が向いている期間にアレイが電力を収集する期間）に収集された太陽光発電を粗調整するように設計されています。82本の独立したストリング（電力線）が太陽電池アレイからSSUまで伸びています。各ストリングの出力をシャント（制御）することで、伝送される電力量を調整します。調整電圧設定点はIEAに設置されたコンピュータによって制御され、通常は約140ボルトに設定されています。SSUは過電圧保護機能を備えており、あらゆる動作条件下で出力電圧を最大200V DC未満に維持します。この電力はBMRRMを介してIEAに設置されたDCSUに送られます。SSUの寸法は32 x 20 x 12インチ（81 x 51 x 30cm）、重量は185ポンド（84kg）です。[要出典]

S4、P4、S6、P6トラスに設置された各バッテリーアセンブリは、24個の軽量リチウムイオンバッテリーセルと関連する電気・機械機器で構成されています。[26] [27]各バッテリーアセンブリの銘板容量は110Ah  （ 396,000C  ）（元々は81Ah）および4kWh（14MJ）です。[28] [29] [30]この電力は、それぞれBCDUとDCSUを介してISSに供給されます。

バッテリーは、生命維持システムと実験を維持するために、ステーションが電力不足に陥らないようにする。軌道上の太陽光部分には、バッテリーが充電される。ニッケル水素バッテリーの設計寿命は6.5年であったため、ステーションの予想寿命である30年の間に複数回交換されたことになる。[31] [29]バッテリーとバッテリー充放電ユニットは、ボーイングとの契約に基づき、スペースシステムズ/ローラル（SS/L）[32]によって製造されている。[33] P6トラスのNi-H2バッテリーは、スペースシャトルのミッションで持ち込まれたNi-H2バッテリーに2009年と2010年に交換された。[30]ニッケル水素バッテリーの設計寿命は6.5年であり、放電深度35%で38,000回の充放電サイクルを超えることができた。各砲台の寸法は40×36×18インチ（102×91×46cm）で、重量は375ポンド（170kg）であった。[34] [29]

2017年から2021年にかけて、ニッケル水素電池はリチウムイオン電池に交換された。[30] 2017年1月6日、第50次長期滞在クルーのシェーン・キンブローとペギー・ウィットソンは、ISSに搭載されている最も古い電池の一部を新型のリチウムイオン電池に交換する作業を開始した。[30] 第64次長期滞在クルーのビクター・J・グローバーとマイケル・S・ホプキンスは、 2021年2月1日にこの作業を完了した。[35] [36] [37] [38]これら2つの電池技術には多くの違いがある。1つの違いは、リチウムイオン電池は2倍の充電量に対応できるため、交換時に必要なリチウムイオン電池の数が半分で済むことである。[30] [29]また、リチウムイオン電池は旧式のニッケル水素電池よりも小型である。[30]リチウムイオン電池は、通常、ニッケル水素電池よりも寿命が短く、充放電サイクルを繰り返すと顕著な劣化が起こりますが、ISSのリチウムイオン電池は6万サイクル、10年の寿命を想定して設計されており、オリジナルのニッケル水素電池の設計寿命6.5年よりもはるかに長くなっています。[30]

モバイルベースシステム

モバイルベースシステム（MBS）は、モバイルトランスポータに搭載されたロボットアーム「カナダアーム2」と「デクスター」のためのプラットフォームで、S3トラスとP3トラスの間のレールを108メートル下まで運搬します。[39]レールの先では、カナダアーム2はアルファ回転ジョイントを跨ぎ、 S6トラスとP6トラスのグラップルフィクスチャに移動できます。STS-120では、スコット・パラジンスキー宇宙飛行士がオービターブームセンサーに乗り、4B太陽電池アレイの破損を修復しました。

トラスの組み立て手順

最初に打ち上げられたトラスセグメントはZ1で、ユニティモジュールの天頂側（地球から遠い側）の共通結合機構に取り付けられました。続いてP6がZ1トラスの上部（天頂側）に取り付けられました。次にS0トラスがデスティニーモジュールの上部に取り付けられました。他のトラス要素はS0の両側に順次取り付けられました。トラスが完成に近づくと、P6トラスはZ1からP5の端に移動されました。

要素[40]フライト発売日長さ
（m）		直径
（m）		質量
（kg）
Z13A— STS-922000年10月11日4.64.28,755
P64A— STS-972000年11月30日18.310.715,824
S08A— STS-1102002年4月8日13.44.613,971
S19A— STS-1122002年10月7日13.74.614,124
P111A— STS-1132002年11月23日13.74.614,003
P3/P412A— STS-1152006年9月9日13.74.815,824
P512A.1— STS-1162006年12月9日3.374.551,864
シーズン3/シーズン413A— STS-1172007年6月8日13.710.715,824
シーズン513A.1— STS-1182007年8月8日3.374.551,818
P6（移転）10A— STS-1202007年10月23日18.310.715,824
シーズン615A— STS-1192009年3月15日13.710.715,824
ISSトラスコンポーネント

技術図面

  • Z1トラス設計
    Z1トラス設計
  • S0トラス設計
    S0トラス設計
  • P1 / S1トラス設計
    P1 / S1トラス設計
  • P3/4 / S3/4トラス設計
    P3/4 / S3/4トラス設計
  • P5 / S5トラス設計
    P5 / S5トラス設計
  • P6 / S6トラス設計
    P6 / S6トラス設計

参照

参考文献

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