Integrated Truss Structure
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Integrated Truss Structure ist eine Gitterstruktur der Internationalen Raumstation (ISS). Sie ist senkrecht zur Flugrichtung ausgerichtet. Die Elemente P1, P3/4, P5 und P6 sind in Flugrichtung links angeordnet (von engl. portside für Backbord). Auf der rechten Seite ("S" wie engl. starboard für Steuerbord) werden die Elemente S1, S3/4, S5 und S6 montiert. Das Element S0 liegt in der Mitte und ist über das Destiny Labor mit dem bewohnten Teil der Station verbunden. Das P6 Element ist vorerst mit dem Z1 Element verbunden und wird erst später am P5 Element befestigt.
Die Integrated Truss Structure ist eine im Querschnitt trapezförmige, starre Leichtmetallstruktur mit zusätzlichen Querstreben. Für die Verbindung der einzelnen Segmente der Gitterstruktur existiert ein spezielles „Module-to-Truss Segment Attachment System“. Für jede Verbindung gibt es einen fernbedienbaren Fangriegel, der beide Elemente zunächst locker verbindet und danach festgezogen wird. Außerdem greifen dann vier motorgetriebene Bolzen, die zusätzlich gesichert werden.
Die Gitterstrukturen wurden von Boeing hergestellt, die Solarzellenflächen fertigt Lockheed Martin für die NASA.
Gitterstruktur
Integrated Truss Structure Z1
Das Z1-Gitterlement wurde im Oktober 2000 von der STS-92-Mission zu Raumstation gebracht und auf der Oberseite des Moduls Unity montiert. Im Z1 sind vier Gyroskope zur Lageregelung der Station nebst Motoren und Heizungen installiert. Die Gyros haben jeweils eine Masse von 315 kg und erreichen eine maximale Drehzahl von 6.600 Umdrehungen pro Minute (Drehimpuls: etwa 2.300 Js). Seine Abmessungen sind 4,9 m × 4,2 m bei einer Gesamtmasse von 8,8 t. An Z1 sind zwei Kommunikationsantennen für Daten und Videobilder montiert. Z1 wurde in der Aufbauphase der Station auch als Träger eines Gittermastes mit mehreren großen Solarzellenflächen genutzt. Deshalb gehören Stromkonverter ebenfalls zur Ausrüstung.
Integrated Truss Structure S0
Starboard Zero S0 (englisch Steuerbord Null) ist das zentrale Segment der zukünftig über 100 m langen Gitterstruktur der Internationalen Raumstation, das im April 2002 von der STS-110-Mission installiert wurde. S0 ist über ausfahrbare Teleskopstützen mit dem Labormodul Destiny verbunden.
Das S0-Gitterelement ist 13,47 m lang, 4,57 m breit, hat eine Masse von 12.118 kg und besteht aus fünf einzelnen Buchten. Es verfügt außerdem über ein System zum automatischen Anschluss an Versorgungsleitungen (Energie, Daten, Kühlmittel), einen 6,40 m langen Radiator zur Abstrahlung überschüssiger Wärme (vor allem aus den Energiesystemen), eine transportable Arbeitsplattform, vier GPS-Antennen zur Positionsbestimmung der Station, ein davon unabhängiges System aus zwei Messkomplexen mit je drei Ringlaserkreiseln, die Beschleunigungen in allen drei Achsen bestimmen und über Computer die Position der Station berechnen, einen Detektor für geladene Partikel, vier Energie-Umschalteinheiten, zwei Stromkreisunterbrecher, drei Halogenscheinwerfer, zwei unabhängige Steuersysteme zur Fernbedienung der wichtigsten Funktionen, eine Vielzahl von Versorgungskabeln mit automatischen Anschlussvorrichtungen sowie den Mobilen Transporter (MT).
Der MT ist eine Aluminiumkonstruktion, 2,74 m lang, 2,62 m breit und 97 cm hoch. Er hat eine Masse von 885 kg und läuft auf Schienen entlang der Gitterstruktur. Eine komplexe Software übernimmt die Steuerung der 20 Motoren zum Fahren, Feststellen und Anschließen der Energiekupplungen. In Zukunft stehen dem mobilen Transporter zehn Andockstellen auf den einzelnen Gittersegmenten zur Verfügung. Zwischen Schiene und Transporter herrscht im festgestellten Zustand eine Anpresskraft von etwa 30 kN. Die maximale Nutzlast liegt bei 20,9 t.
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Das Gitterelement Z1 (Zenit 1) der ISS mit vier Gyroskopen -
Z1 Gitterelement bei den Startvorbereitungen -
ISS-Gitterstruktur S0 beim Transport aus der Ladebucht des Space Shuttles -
Astronauten der STS-113 Mission arbeiten an dem P1 Gittersegment -
ISS am 9. Oktober 2000, nach der Installation des P6 Energiemoduls -
Die ISS mit den ersten drei Teilen der Gitterstruktur: S1 - S0 - P1 -
die ISS nach der Installation des P3/P4 Trusses (rechts)
Integrated Truss Structure P1 und S1
Portside One P1 wurde am 24. November 2002 an Bord der Endeavour (STS-113) und Starboard One S1 wurde am 7. Oktober 2002 an Bord der Atlantis (STS-112) in eine Erdumlaufbahn gebracht und beide wurde jeweils drei Tage später am zentralen Modul S0 angekoppelt. Die beiden Elemente sind jeweils etwa 14 Meter lang, 4,57 Meter breit und haben eine Masse von 12,5 Tonnen. Sie verfügen jeweils über ein System zum automatischen Anschluss von Versorgungsleitungen (Energie, Daten, Kühlmittel), einen Kühlmitteltank, dazu gehört ein Stickstofftank, drei Radiatoren mit je 22 m Länge zur Abstrahlung überschüssiger Wärme (vor allem aus den Energiesystemen) nebst der zugehörigen Drehmechanik und Steuerelektronik, Stromkonverter und -verteiler, zwei Videoanschluss-Stationen, zwei passive und eine aktive Segmentverbindungsanlagen sowie jeweils einen Transportkarren (CETA 1 und 2). Unterschiede bestehen im installierten Kommunikationssystem, S1 besitzt eine S-Band Antenne, P1 ein UHF-Kommunikationssystem.
Integrated Truss Structure P2 und S2
Die Elemente P2 und S2 waren ursprünglich als Antriebselemente gedacht, wurden aber durch die russische Beteiligung an der Station überflüssig.
Integrated Truss Structure P3/P4 und S3/S4
Beide Elemente sind 13,80 Meter lang, 4,87 Meter breit, haben eine Höhe von 4,75 Meter und besitzen eine Masse von jeweils 15,8 Tonnen. Sie bestehen jeweils aus zwei einzelnen Segmenten, die bereits vor dem Start miteinander verbunden werden: die Gitterstrukturen P3 bzw. S3 und die Solarzellenträger P4 bzw. S4.
Das P3(S3) Element ist über das SARJ Gelenk drehbar mit dem P4(S4) Element verbunden. Am P4(S4) Element befinden sich zwei ausfaltbare Solarzellenflügel die zur Energiegewinnung dienen. Die Flügel sind drehbar montiert und können so sekrecht zur Sonne ausgerichtet werden. Innerhalb der Gitterstruktur des P4(S4) Elements befinden sich Batterien zur speicherung der erzeugten Energie. Weiterhin befindet sich an dem Element auch ein Radiator, der überschüssige Wärme in den Weltraum abgibt und damit die Elektronik des Solarkollektors kühlt.
Das P3/P4 Element wurde im September 2006 mit der Space-Shuttle-Mission STS-115 in den Orbit gebracht und am P1-Träger montiert.
Das S3/S4 soll mit der Mission STS-117 im Februar 2007 zur ISS gebracht werden und am Segmenten S1 montiert werden.
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Integrated Truss Structure P5 und S5
Bei den Segmenten P5 und S5 handelt es sich jeweils um ein 3,37 m langes Adapterstück, um die P6 und S6 Solarmodule an den P4 und S4 Solarmodule montieren zu können.
Die P5 Struktur soll mit der Mission STS-116 (ISS 12A.1) voraussichtlich im Dezember 2006 zur ISS gebracht werden, die S6 Struktur mit der Mission STS-118 (ISS 13A.1), voraussichtlich im Juni 2007.
Integrated Truss Structure P6 und S6
P6 und S6 sind die äußersten Segmente der Integrated Truss Structure. Beide bestehen sowohl aus einer Gitterstruktur als auch aus Solarzellenflächen.
P6 wurde während der STS-97-Mission ins All gebracht und am 3. Dezember 2000 zunächst an dem Sockel Z1 befestigt. Es wird während der STS-120-Mission, voraussichtlich im August 2007 (Stand: September 2006), an seinen endgültigen Platz am backbordseitigen (in Flugrichtung linken) Teil der ISS, dem P5-Element verlagert.
S6 wird am S5-Element befestigt, sobald es mit der Mission STS-119 im Juni 2008 ins All gebracht worden ist.
Module
Solarzellenflächen
Neben den kleineren Solarzellen an den russischen Modulen, die vor allem zu Baubeginn genutzt wurden, hat die ISS zur Zeit zwei große Solarelemente. Im Endausbau wird die Station über zwei weitere Solarmodule verfügen.
Diese sind an den Elemente P6 und P4 auf der linken bzw. S6 und S4 auf der rechten Seite angebracht. Die Elemente können in beide Richtungen um 360° gedreht werden, um immer optimal auf die Sonne ausgerichtet zu sein.
Jeder der acht Flügel ist entfaltet 35,05 Meter lang und 11,58 Meter breit. Ein Flügel, dessen Masse 1,1 Tonnen beträgt, besteht aus 32.800 einzelnen Solarzellen, die zu Streifen von je 400 Stück zusammengefasst sind. Ein Paneel ist aus 82 Streifen gefertigt und kann 32,8 Kilowatt Gleichstrom erzeugen. Da beide Flügel voneinander entgegengesetzt entfaltet werden, haben sie zusammen eine Spannweite von 73 Metern.
Jede Solarzellenfläche (Solar Array Wing) besteht aus einem faltbaren Gittermast, zwei faltbaren Solarzellenpaneelen, Spanndrähten zum Ausfahren oder Zurückziehen der Paneele sowie Einrichtungen zu deren Steuerung, zur Stabilisierung und Speicherung elektrischer Energie sowie zur Kühlung sämtlicher Anlagen. Der elektrische Strom gelangt über 82 Leitungen pro Paneel zu drei Ladesystemen mit je zwei Nickel-Wasserstoff-Batterien. Die Spannung wird auf etwa 140 V geregelt. Befindet sich die Station auf der Tagseite der Erde, dann werden die Solarzellenflächen mit dem BGA(Beta Gimbal Assembly) so gedreht, dass sie der Sonne eine maximale Fläche zuwenden.
Theoretisch lassen sich dann 31 kW nutzbar machen. Es kann gleichzeitig Strom für die Steuerung, die Kühleinrichtungen und die Station bereitgestellt werden. Außerdem werden die Batterien geladen (maximal 3 × 8,4 kW pro Solarzellenfläche). Auf der Nachtseite liefern die Batterien dann Strom (maximal 3 × 6,6 kW pro Solarzellenfläche). Jede Batterie besteht aus 38 Einzelzellen, hat mit 38.000 Lade-Entlade-Zyklen eine projektierte Lebensdauer von 6,5 Jahren und wiegt etwa 187 kg.
Das Kühlsystem besteht aus Kühlkörpern mit Kühlrippen, die direkten Kontakt zu den Wärme erzeugenden Teilen haben, mehreren Kühlkreisläufen mit Ammonium als Kühlmittel, elektrischen Pumpen und einem Radiator, der theoretisch 14 kW Abstrahlungsleistung besitzt. Alle Anlagen haben zusammen einen Leistungsbedarf von mehr als 6 kW, der somit nicht für eine Nutzung in der Raumstation zur Verfügung steht.
Alles in allem handelt es sich eher um ein kleines Kraftwerk als um eine gewöhnliche Solaranlage zur Stromerzeugung. Die komplexen Systeme werden durch mehrere Computer gesteuert, im Laufe des Betriebs der Raumstation gewartet und bei Notwendigkeit ausgetauscht. Allein das Energiemodul S6 kostete etwa 1,2 Milliarden US Dollar [1].
Batterien
Die Nickel-Wasserstoff-Batterien zur Speicherung der erzeugten Energie befinden sich in den Elementen S4, P4, S6 und P6. Jede Batterie besteht aus 38 Einzelzellen, hat mit 38.000 Lade-Entlade-Zyklen eine projektierte Lebensdauer von 6,5 Jahren und wiegt etwa 187 kg.
Solar Alpha Rotary Joint
Das SARJ (Solar Alpha Rotary Joint) hat die Aufgabe, die Solarpaneele stets genau der Sonne nachzuführen, um eine bestmögliche Energiegewinnung zu gewährleisten. Dazu werden die Solarzellenflächen so gedreht, dass die Sonne senkrecht auf die Solarzellen fällt. Die einzelnen Solarflügel können zusätzlich an ihren Befestigungen um eine zweite Achse gedreht werden. Das SARJ dient als Verbindung zwischen den Segmenten P3 und P4 bzw. zwischen den Segmenten S3 und S4 und hat die Form eines Rades. Mit den beiden Gelenken lassen sich die kompletten Enden der Gitterstruktur, bestehend aus den Elemente S4, S5 und S6 und P4, P5 und P6 drehen. Alle elektrischen Verbindungen sind über Schleifringe geführt, damit das Gelenk nicht zurückgedreht werden muss. Mit einem Durchmesser von 3,20 Metern und einer Masse von 1,1 Tonnen kann das SARJ mit einer Genauigkeit von einem Grad über 360 Grad gedreht werden. Gebaut wurde das SARJ von Lockheed Martin.
Crew and Equipment Translation Aid (CETA)
Auf der Integrated Truss Structure befinden sich außerdem zwei CETA-Plattformen. Bei der Crew and Equipment Translation Aid (abgekürzt CETA, englisch für Mannschafts- und Ausrüstungsbeförderungshilfe) handelt es sich um eine mobile handkarrenartige Kleinplattform, die auf den Schienen der Gitterstruktur bewegt werden kann. Sie besteht aus einer Aluminiumplatte mit daran befestigten Halterungen für Nutzlasten, mit Führungsrädern, Feststelleinrichtungen, Stoßabsorbern und verschiedenen Behältern. Sie hat eine Masse von 283 kg, ist 2,50 m lang, 2,36 m breit und 0,89 m hoch. Mit eingeklappten Auslegern kann CETA von einer Seite des Mobilen Transporters auf die andere bewegt werden. Beide Systeme verwenden das gleiche Schienensystem.
Während der Mobile Transporter allerdings für die Beförderung von Lasten bis etwa 20 t Masse gedacht ist, dient CETA als einfach zu bedienendes Transportsystem für Raumfahrer und kleinere Nutzlasten.
Zusammenfassung
| Element | Mission | Startdatum | Länge (m) |
Breite (m) |
Höhe (m) |
Masse (t) |
| Z1-Gitterelement | 3A - STS-92 | 11. Oktober 2000 | 4,9 | 4,2 | 8,755 | |
| P6-Gitterelement - Solarpaneel | 4A - STS-97 | 1. Dezember 2000 | 13,4 | 4,9 | 4,9 | 15,900 |
| S0-Gitterelement | 8A - STS-110 | 8. April 2002 | 13,4 | 4,6 | 13,970 | |
| S1-Gitterelement | 9A - STS-112 | 7. Oktober 2002 | 13,7 | 4,57 | 3,96 | 12,572 |
| P1-Gitterelement | 11A - STS-113 | 24. November 2002 | 13,7 | 4,57 | 3,96 | 12,477 |
| P3/P4-Gitterelement - Solarpaneel | 12A - STS-115 | 9. September 2006 | 13,8 | 4,88 | 4,75 | 15,900 |
| P5-Gitterelement | 12A.1 - STS-116 | 8. Dezember 2006 | 3,37 | 4,55 | 4,24 | 1,864 |
| S3/S4-Gitterelement - Solarpaneel | 13A - STS-117 | 22. Februar 2007 | 13,8 | 4,88 | 4,75 | 15,900 |
| S5-Gitterelement | 13A.1 - STS-118 | 11. Juni 2007 | 3,37 | 4,55 | 4,24 | 1,864 |
| P6-Gitterelement - Umbau | 10A - STS-120 | 9. August 2007 | - | - | - | - |
| S6-Gitterelement - Solarpaneel | 15A - STS-119 | 19. Juni 2008 | 13,4 | 4,9 | 4,9 | 15,900 |
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Weblinks
- NASA Integrated Truss Structure (englisch)
- NASA-Seite über P3/P4 (englisch)
- Artikel über die Integrated Truss Structure (englisch)
- ↑ Pressemitteilung des Herstellers Lockheed Martin zu den Solarzellenflächen 2A und 4A mit Bild wärend der Montage, lockheedmartin.com (englisch)