ISS Roll Out Solar Array (iROSA)

Novos paineis solares para alimentar a estação espacial internacional

Seis painéis solares iROSA na configuração planejada aumentarão a energia extraída dos painéis existentes na Estação Espacial Internacional. Roll-ou significa ‘desenroláveis’. Enquanto a ISS orbita a Terra, seus quatro pares de painéis solares absorvem a energia do Sol para fornecer energia elétrica para as numerosas pesquisas e investigações científicas e as operações da plataforma orbital. Projetados para uma vida útil de 15 anos, os painéis solares têm operado continuamente desde que o primeiro par foi instalado em dezembro de 2000 , com pares de painéis adicionais entregues em setembro de 2006, junho de 2007 e março de 2009 . O primeiro par de painéis já fornece energia elétrica para a estação por mais de 20 anos, à medida que mais módulos foram adicionados e dezenas de tripulações lidaram com milhares de experimentos científicos e operações contínuas por meio de centenas de caminhadas espaciais, missões de carga e muito mais.

Embora estejam funcionando bem, os painéis solares atuais estão mostrando sinais de degradação, como esperado. Para garantir que um suprimento de energia suficiente seja mantido para as demonstrações de tecnologia de exploração da NASA para o programa lunar Artemis , bem como a utilização e comercialização, a NASA aumentará seis dos oito canais de energia existentes da estação com novos painéis solares. A Boeing, principal contratante para operações de estações espaciais, sua subsidiária Spectrolab e o principal fornecedor Deployable Space Systems (DSS) fornecerão os novos paineis. A combinação das oito paineis maiores originais e dos novos menores e mais eficientes restaurará a geração de energia de cada conjunto para aproximadamente a quantidade gerada quando os paineis originais foram instalados pela primeira vez; Os novos painéis solares serão uma versão maior da tecnologia Roll-Out Solar Array (ROSA) que demonstrou com sucesso as capacidades mecânicas da extensão de seus painéis (“mantas”) durante seu teste na estação em junho de 2017.

O Roll-Out Solar Array (ROSA) em teste fora da estação em junho de 2017.
Painel iROSA instalado sobre o painel antigo da ISS
iROSA compactado para instalação no porta-cargas da nave espacial Cargo Dragon
Dois conjuntos iROSA instalados sobre seis dos painéis originais da ISS

As novas “asas” solares serão posicionadas na frente de seis das atuais e usarão o rastreamento do sol, distribuição de energia e cablagem existentes. Esta abordagem é semelhante à usada para atualizar as câmeras de televisão externas da estação para alta definição, usando os mecanismos de controle e eletricidade existentes.

Quatro conjuntos iROSA instalados sobre seis dos painéis originais

Tecnologia patenteada pela Deployable Space Systems

A tecnologia patenteada ROSA (Roll-Out Solar Array) da Deployable Space Systems – DSS é uma tecnologia simples de “manta” tensionada altamente modular e elasticamente extensível que se desenrola elasticamente e imediatamente em uma direção linear sob sua própria energia de deformação. Estruturas de lança tubular fortes e rígidas fornecem recursos de ‘mecanismo integrado / cinemático de extensão’ sem mecanismos complexos. A inovadora estrutura extensível mantém a rigidez durante toda a sequência de extensão. Um conjunto modular integrado (Integrated Modular Blanket Assembly – IMBA) com módulos fotovoltaicos comuns produzidos em massa fornece um conjunto altamente manufaturável que acomoda todos os tipos e tamanhos de tecnologias fotovoltaicas.

Paineis iROSA comparados aos painéis originais ‘heritage’ – herdados do desenho original da ISS

A tecnologia ROSA elimina muitos problemas conhecidos associados aos painéis solares de “manta” flexível concorrentes. O ROSA oferece peso mais leve, armazenamento mais compacto, mais modularidade, maior confiabilidade, melhor escalabilidade, baixo número de peças, maior desempenho e custo significativamente menor do que os painéis solares disponíveis atualmente.

O ROSA é um painel solar flexível e rolável que opera da mesma forma que uma fita métrica se desenrola em seu carretel. O novo projeto do painel solar é enrolado para formar um cilindro compacto para lançamento com massa e volume significativamente menor, potencialmente oferecendo economias de custo substanciais, bem como um aumento na potência dos satélites. O ROSA possui uma asa central feita de um material flexível que sustenta as cadeias de células fotovoltaicas que produzem eletricidade. Ambos os lados da asa têm um braço estreito que se estende ao longo do comprimento da asa para fornecer suporte ao conjunto, chamado de lança composta de alta tensão. As barras parecem tubos divididos feitos de um material composto rígido, achatado e enrolado longitudinalmente. A ‘manta’ não precisa de nenhum motor ou controlador complicado ou caro sendo necessário para a extensão. Isso é obtido usando a energia potencial armazenada nas barras que é liberada conforme cada barra passa de uma forma de bobina para um braço de suporte cilíndrico, reto. As asas solares são então estendidas devido à energia de deformação nas barras torcidas que estão instaladas nas duas extremidades da estrutura.

A tecnologia ROSA é usada nos seguintes programas:

  • Maxar / NASA PPE Gateway (duas asas de tamanho BOL de 33kW)
  • Boeing / Estação Espacial Internacional (seis asas de 25kW de tamanho BOL)
  • APL / NASA DART (painel de tamanho BOL de 6kW)
  • Maxar Ovzon 3 (painel de tamanho de 8kW)
  • Maxar LS1300 GEO Qual (painel de tamanho BOL de 30kW)
  • Linha de produtos GEO classe Maxar Legion (paineis de tamanho BOL de 6 a 12kW)
  • Boeing Proprietary (painel de tamanho 1kW BOL)
  • Thales Space Inspire (painel de tamanho BOL de 20kW)
  • Demonstração de vôo AFRL da Força Aérea dos EUA (painel de tamanho 2kW)
  • Programas de constelação de ‘new space’ (paineis de tamanho BOL de 4 a 6kW)
  • Dynetics / Maxar / NASA Human Landing System (HLS) (6kW BOL extensíveis ​​/ retráteis)

Este novo tipo de painel solar, com células fotovoltaicas de arsenieto de gálio de junção tripla feitas pela empresa Spectrolab, produz muito mais energia do que painéis solares tradicionais com muito menos peso. Brian R. Spence e Stephen F. White foram as primeiras pessoas a terem a ideia do Roll Out Solar Array em 21 de janeiro de 2010. Eles receberam uma patente para este trabalho em 1 de abril de 2014. Os painéis tradicionais usados ​​para alimentar satélites são volumosos, com painéis pesados ​​dobrados juntos usando dobradiças mecânicas. Dado que uma carga útil ao espaço é limitada em sua massa e volume por necessidade, o ROSA é 20 por cento mais leve (com uma massa de 325 kg) e quatro vezes menor em volume do que os paineis de desenho rígido, com o mesmo desempenho .

Seis conjuntos iROSA instalados sobre seis dos painéis originais
Mesa de suporte do iROSA no tronco da espaçonave de carga sem o conjunto do painel instalado
Mesa de suporte do iROSA no tronco da nave Dragon Cargo 2 em configuração de lançamento, com dois conjuntos de rolos
Suportes a serem montados no Beta Gimbal Assembly (BGA) original dos paineis antigos

As novas asas irão “sombrear” um pouco mais da metade do comprimento dos paineis existentes e serão conectadas ao mesmo sistema para aumentar o fornecimento existente. As oito asas atuais são atualmente capazes de gerar até 160 quilowatts de energia durante o dia orbital, cerca de metade da qual é armazenada nas baterias da estação para uso enquanto não está sob a luz do sol. Cada novo painel solar irá produzir mais de 20 quilowatts de eletricidade, eventualmente totalizando 120 quilowatts de potência aumentada durante o dia orbital. Além disso, o par de painéis descobertos restantes e os arranjos originais parcialmente descobertos continuarão a gerar aproximadamente 95 quilowatts de energia para um total de até 215 quilowatts disponíveis para apoiar as operações da estação na conclusão. Para efeito de comparação, um computador e monitor ativos podem usar até 270 watts, e um pequeno refrigerador usa cerca de 725 watts.

Estrutura dobrada no meio para configuração compacta de lançamento

Os painéis solares serão entregues para a Estação Espacial em pares no compartimento de carga aberto nave SpaceX CRS Dragon 2 durante três missões de reabastecimento com início neste ano de 2021, quando o segundo par de paineis atual atingir o 15º ano de sua vida útil.

A instalação de cada painel solar exigirá duas caminhadas espaciais: uma para preparar o local de instalação com um kit de modificação e outra para instalar e estender o painel solar propriamente dito. A NASA assinou uma modificação no contrato de Engenharia de Sustentação de Veículos da ISS com a Boeing para oferecer os seis novos painéis solares. Isso dará à Estação Espacial Internacional energia suficiente para manter as operações e garantir energia para atividades futuras na órbita da Terra, seja para a agência e seus parceiros internacionais ou empresas comerciais.

Sistema composto por barras de fibra de carbono de 19, 56 cm de diâmetro, estrutura de raiz de alumínio, com dobradiça no meio para acomodar a configuração de lançamento

O painel solar é configurado para lançamento em um volume cilíndrico com menos de 60 centímetros de diâmetro. Assim que a espaçonave estiver posicionada, os arranjos se desenrolam em seu tamanho total, 6 m x 13,7 m . O grande painel pode ser armazenado de forma compacta porque suas células solares são montadas em um cobertor flexível que é muito mais fino do que os painéis rígidos tradicionais em uso atualmente.
A NASA fez parceria com a DSS (Deployable Space Systems) e SSL (Space Systems Loral) para desenvolver estruturas de células solares para alimentar veículos espaciais governamentais ou satélites de comunicações comerciais.

Anexar o iROSA ao Beta Gimbal Assembly original permite o uso de rastreamento solar existente, distribuição de energia e cablagem
Sombreando aproximadamente dois terços dos paineis originais e conectadas ao mesmo sistema de energia para aumentar o fornecimento existente ; a parte não sombreada do original permanece ativa
Kit de modificação, instalado em Atividade Extraveicular (EVA), conecta-se às interfaces de plataforma de elevação do suporte do mastro, e oferece o local de montagem para iROSA

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