Общая Швартовка механизм (CBM) соединяет жилые элементы в сегменте США Orbital (ОВО) от Международной космической станции (МКС). CBM имеет две различные стороны, которые после соединения образуют цилиндрический вестибюль между модулями. Вестибюль имеет длину около 16 дюймов (0,4 м) и ширину 6 футов (1,8 м). По крайней мере, один конец тамбура часто ограничен в диаметре меньшим проходом в переборке .
 STS-92
MS
Wisoff взаимодействует между CBM. | |
| Тип | Неандрогинный причальный механизм |
|---|---|
| Разработчик | |
| Длина | ~ 16 дюймов (0,4 м) [1] |
| Диаметр | ~ 71 дюйм (1,8 м) [1] |
| Первое использование | 11 октября 2000 г. |
| Активный CBM (Тип I) | |
| Масса | 540 фунтов (240 кг) (указано) [1] |
| Активный CBM (Тип II) | |
| Масса | 685 фунтов (311 кг) (указано) [1] |
| Пассивный CBM | |
| Масса | 440 фунтов (200 кг) (указано) [1] |
Элементы перемещаются в положение готовности к швартовке с помощью системы удаленного манипулятора (RMS) . Задвижки и болты на активных CBM (ACBM) боковой выдвижной арматуры и плавающие гайки на Пассивная CBM (PCBM) стороны , чтобы выровнять и соединить два.
После герметизации тамбура члены экипажа расчищают проход между модулями, удаляя некоторые компоненты CBM. Разъемы инженерных сетей устанавливаются между торцевыми переборками, закрывая их отрывной панелью. Образовавшийся туннель можно использовать как погрузочную площадку , принимая большие полезные нагрузки от посещающих грузовых космических кораблей, которые не прошли бы через обычный проход для персонала.
Обзор дизайна
Все типы CBM имеют алюминиевое кольцо, которое крепится болтами к корпусу, работающему под давлением, во время изготовления родительского модуля . Болтовое соединение сжимает два концентрических кольцевых уплотнения: одно из силикона (для лучших температурных характеристик), а другое из фторуглерода (для лучшего сопротивления истиранию). [2] Сопряженная пара колец является основной конструкцией для критических для жизни нагрузок давлением, поэтому кольца и уплотнения были спроектированы в соответствии с теми же стандартами, что и корпуса модулей. [3] Если первичные уплотнения выходят из строя, они могут быть дополнены вторичными уплотнениями, которые были разработаны и квалифицированы как часть CBM. Вторичные уплотнения могут быть установлены в качестве внутреннего транспортного средства (IVA) . [4]
Большая часть объема тамбура зарезервирована для прохода экипажа, а закрытие обычно устанавливается по периметру люка в качестве границы прохода. В большинстве мест объем зарезервирован для подключения к инженерным сетям за пределами места закрытия. Набор утилит индивидуален для каждой пары сопряженных модулей. [5]
с квалификационными номерами деталей [6]
В дополнение к своим конструктивным характеристикам, ACBM выполняет и меняет основные функции, связанные с швартовкой: [7]
- Выравнивание физически ограничивает движение между модулями в пяти из шести степеней свободы при изменении расстояния между ними [8] . Ограничения накладываются последовательными наборами структурных компонентов. [9]
- Индикация готовности к работе с защелками захвата предоставляется оператору RMS, когда входящий модуль был правильно размещен в пределах досягаемости защелок. Индикация готовности к фиксации обеспечивается четырьмя механизмами: по одному в каждом квадранте, связанном с каждой защелкой.
- Входящий модуль фиксируется четырьмя защелками. Они проводят его через комбинированное вращение и перемещение, чтобы выровнять PCBM с ACBM с небольшим остаточным зазором. [10]
- Устанавливается жесткая конструктивная связь. Каждый из 16 болтов с приводом на ACBM пересекает остаточный зазор для ввинчивания в гайку на PCBM. Болты затягиваются в многоэтапном процессе, который постепенно приводит в соответствие два фланца, сжимает уплотнения CBM / CBM и предварительно нагружает соединение CBM / CBM.
Для ACBM были определены два функциональных типа. [11] ACBM типа I с дополнительным набором из 24 независимых механизмов может быть ориентирован либо в осевом, либо в радиальном направлении на родительском модуле. Он может быть обращен к любой из шести орбитальных ориентаций [12], поэтому может находиться где угодно в широком диапазоне температур в начале операций по швартовке. [13]
ACBM Типа II дополняет конструкцию Типа I компонентами для защиты его родительского модуля, когда к порту ничего не прикреплено . Четыре компонента - это механизмы, которые можно развернуть, чтобы не мешать входящему модулю. Остальные удаляются экипажем после герметизации тамбура. Тип II используется там, где в противном случае порты были бы открыты в течение длительных периодов времени, или в направлениях, которые испытывают агрессивные условия перед причалом. [14] ACBM типа II находится на радиальных портах ресурсных узлов и может быть обращен в любую орбитальную ориентацию.
PCBM включает в себя фитинги и выравнивающие конструкции, соответствующие таковым на ACBM типа I. 32 фитинга сами по себе являются подпружиненными механизмами, приводимыми в действие во время захвата и жесткости соответствующими компонентами ACBM. [15] Первичное уплотнение CBM / CBM также является частью PCBM, как и предварительно нагруженные отталкивающие / выталкивающие пружины для стабилизации его относительного движения, когда соединение CBM / CBM почти сопряжено. [16]
Для PCBM было указано два типа, различающиеся только прочностью их уплотнения. Силиконовый материал S383 уплотнения PCBM типа I более терпителен к разнице температур перед стыковкой между двумя модулями, чем фторуглерод V835 типа II. S383 также более устойчив к атомарному кислороду, обнаруженному на орбите до причала. [17] Тип II использовался для запуска небольших элементов в отсеке полезной нагрузки Шаттла, когда он был прикреплен болтами к ACBM или аналогичному оборудованию поддержки полета, потому что материал V835 более устойчив к разрушающему воздействию чистки при вибрации. [18]
PCBM всегда находится на конце родительского модуля. Его можно прикрепить к переборке или в виде концевого кольца на ствольной части основной конструкции, которая открыта для вакуумирования перед швартовкой. [19] PCBM присоединяются к модулям, имеющим широкий диапазон тепловой массы , поэтому они также могут работать в широком диапазоне начальных температурных условий. По характеру работы PCBM всегда обращен в полетную ориентацию, противоположную ACBM, поэтому перепады температур могут быть значительными. [20]
Операции
См. Дополнительную графику в галерее операций . См. Таблицу заданий для получения информации об отдельных событиях причаливания.
После запуска
ACBM требуют подготовки к выходу в открытый космос для первого использования на орбите. ACBM типа I, обычно устанавливаемые на осевые порты, обычно имеют крышку «шапочку для душа», которую два члена экипажа EVA снимают и убирают примерно за 45 минут. ACBM типа II, находящиеся на радиальных портах узла, требуют снятия ограничений запуска для развертываемых крышек M / D. Открытие подпружиненных крышек требует срабатывания защелок захвата, чтобы после этого их снова закрыть, и, следовательно, срабатывают индикаторы готовности к фиксации. Включая инспекцию, на каждый радиальный порт выделено около 15 минут для одного члена экипажа в открытом космосе, которому команда IVA помогает при необходимости управлять ACBM. [21] [22]
Полноразмерные элементы, запускаемые на НСТС, имели защитные крышки поверх уплотнения на плате. Двум членам экипажа EVA потребовалось 40-50 минут каждому, чтобы снять и сложить крышки PCBM, осмотреть уплотнение и при необходимости очистить его. [23] PCBM типа II, используемые в качестве интерфейса запуска, были проверены после отвинчивания, поскольку крышки не устанавливались. Для логистических рейсов досмотр осуществляется только камерой. [24] [22]
Причал
Подготовка
PCBM не требует подготовки к швартовке сверх того, что требуется после спуска на воду. Подготовка ACBM к швартовке занимает около часа, начиная с выбора вспомогательных коммуникаций (питание, данные) и последовательной активации для каждой сборки панели контроллера (CPA). Два CPA выбраны в качестве первичного и вторичного главных контроллеров.
Активация выполняет встроенный тест и инициализирует счетчики положения для приводов. Каждый привод затвора выдвигается на два оборота, затем убирается на три, чтобы проверить работоспособность как затвора, так и двигателя. Защелки приводятся по одной в открытое положение, в котором для радиальных портов узла развертываются крышки M / D. Все 20 исполнительных механизмов установлены в рабочие исходные положения (0 оборотов для болтов, 202 ° для защелок). Дистанционный осмотр проводится для проверки того, что защелки полностью открыты, а сопрягаемый коридор и поверхность свободны от препятствий. [25]
Непредвиденные обстоятельства, учитываемые во время подготовки, включают очистку лицевой стороны кольца ACBM и корректирующие действия EVA, включающие крышки M / D, а также индикаторы CPA, фиксации захвата и индикаторов готовности к фиксации. Для CBM доступны специальные процедуры разрешения проблем, связанных с потерей питания и коммуникационной поддержкой. [26]
Маневр
Модуль, оборудованный PCBM, перемещается в зону захвата с помощью дистанционной системы манипуляторов (RMS) с дистанционным управлением. Для швартовки модулей использовались два различных RMS: RMS с 6 стыковками (SRMS, или " Canadarm ") и RMS с 7 стыковками (SSRMS, Canadarm 2 ).
Операция маневра начинается с получения полезной нагрузки RMS End Effector. Этот шаг по-разному называют «захватом» или «схваткой». В эпоху NSTS полезная нагрузка обычно поступала в отсек для полезной нагрузки шаттла. Во время захвата суставы SRMS «хромали», что позволяло ему принимать положение в точном соответствии с положением полезной нагрузки. SSRMS обычно захватывает свободно летающую полезную нагрузку, которая маневрирует для поддержания постоянного расстояния и ориентации по отношению к МКС. После захвата RMS перемещает модуль, изменяя углы его сочленения. Движение модуля часто необходимо согласовывать с другими движущимися частями МКС, такими как солнечные батареи.
Визуальная обратная связь о движении PCBM была предоставлена оператору RMS как минимум двумя специализированными системами. Ранние причала управлялись с помощью метода фотограмметрической обратной связи, называемого Space Vision System (SVS), который был быстро определен как непригодный для общего использования. На смену SVS пришла специализированная система камер причаливания по центральной линии (CBCS), впервые использовавшаяся на STS-98. [27]
Время, необходимое для выполнения маневра RMS, полностью зависит от траектории, по которой нужно следовать, и от любых эксплуатационных ограничений, которые необходимо учитывать. То же самое верно для любого планирования на случай непредвиденных обстоятельств. Ближе к концу маневра оператор преодолевает узкий коридор, когда PCBM начинает сцепляться с ACBM. Операция завершается, когда оператор RMS либо видит четыре индикации готовности к фиксации на целевом ACBM, либо приходит к выводу, что только три могут быть достигнуты. Поскольку RTL представляет собой подпружиненный механизм, RMS в конечном итоге сохраняет запасенную энергию и остается в состоянии, которое может противостоять разделяющей силе. [28]
Приятель
Две половины МУП номинально объединены в три операции:
- Capture получает и выравнивает входящую печатную плату в соответствии с геометрией ACBM.
- Гайка Acquisition вкручивает каждый приводной болт в соответствующую гайку.
- Boltup полностью предварительно нагружает соединение между двумя половинами.
На орбите были выполнены как минимум два различных протокола захвата. Оба протокола выдают команду захвата «первой ступени» для указанного угла вала от 185 ° до 187 °. Захват первой ступени гарантирует, что каждая защелка расположена над соответствующим фитингом, что оперативно проверяется путем оценки ее состояния переключателя. RMS по-прежнему контролирует положение и ориентацию элемента, а нагрузки, оказываемые фиксаторами захвата, остаются низкими. Захват первой ступени занимает около 15 секунд и ограничен орбитальными областями, где наземные диспетчеры могут отслеживать прогресс почти в реальном времени. Для контроля паразитных нагрузок, когда элемент швартовки большой, система контроля ориентации станции может поддерживаться в режиме свободного дрейфа, а упражнения экипажа запрещены. [29]
Эти два протокола различаются тем, как защелки подтягивают две половинки в пределах досягаемости болтов с приводом. В эпоху NSTS после того, как SRMS была переведена в «тестовый режим», выдавалась единственная команда второго этапа «захвата». При использовании SSRMS выполняется пять этапов захвата, чтобы ограничить возможность накопления нагрузок в стрелах стрелы в случае не номинального торможения. В любом случае захват переводит защелки на указанный угол вала 12 ° за время срабатывания около 108 секунд. В обоих протоколах остаточная энергия в RTL может привести к их кратковременному открытию, потому что защелки не «зацепляются» за свои штуцеры до тех пор, пока они не будут значительно ниже начального положения 187 °. [30]
Как только оператор приходит к выводу, что процесс захвата завершился успешно, все 16 болтов с приводом приводятся в действие со скоростью 5 об / мин с пределом предварительного натяга в 1 500 фунтов силы (6700 Н). Когда тепловые стойки начинают контактировать со своими соответствующими ударными пластинами, результирующая нагрузка сообщается датчиком нагрузки каждого болта. Эта фаза «ABOLT» завершается индивидуально для каждого болта в зависимости от крутящего момента, оборотов или указанной нагрузки. Болты, отделанные ранее, могут видеть изменение указанной нагрузки, когда последующие болты устанавливают свои гайки. Операторы, которые могут работать с земли, оценивают результирующее состояние, чтобы определить, является ли условие нагрузки приемлемым. Если это так, ограничения на контроль отношения и упражнения снимаются. RMS освобождает (отключает) полезную нагрузку и может перейти к другим задачам. [31] [32]
Если предварительный термический анализ показывает, что разница температур между двумя половинами CBM является чрезмерной, условие ABOLT сохраняется в течение длительного периода времени. «Тепловая фиксация» позволяет обеим сторонам приблизиться к общей температуре. Затем приводные болты затягиваются в шесть этапов до полной предварительной нагрузки. Каждая команда выдается четырем болтам одновременно, разнесенным с интервалом 90 °. Некоторые шаги могут, по усмотрению оператора, выполняться более одного раза. Окончательное срабатывание затвора запланировано на 60 минут, но может немного отличаться в зависимости от того, сколько итераций выполняется добавочная предварительная нагрузка. [33]
Как только оператор определяет, что процесс установки болтов завершился успешно, защелкам поступает команда в положение «закрыто», и CPA деактивируются. Ресурсы власти, исполнительного управления и данных доступны для переназначения другим задачам.
В конструкции CBM заложены приспособления для нескольких нестандартных ситуаций. Любой отказ одного болта во время операции стыковки может быть компенсирован уплотнением CBM / CBM, позволяя при этом поддерживать атмосферное давление в вестибюле. Любые два выхода из строя болтов могут выдерживать механические нагрузки, при условии, что они не находятся рядом друг с другом и тамбур не находится под давлением. Можно допустить потерю любой отдельной защелки и любого отдельного индикатора готовности к фиксации, не ставя под угрозу успех миссии, а сами защелки спроектированы с учетом возможности «притормаживания» режимов отказа в SRMS. Доступна подробная логика разрешения для потери питания и связи, а также последовательности разрешения для защелок, которые «пропускают» свои приспособления или заклинивают при частичном ходе. Процедуры на случай непредвиденных обстоятельств на этом этапе операций также касаются ненормального торможения SSRMS и «быстрого взлета», если другие системы на МКС или шаттле потребовали немедленного вылета. [34]
IVA Операции
Оснащение вестибюля включает настройку оборудования, проверку герметичности и механическую реконфигурацию. Требуемые время и усилия зависят от конфигурации ACBM, количества и типа удаляемых компонентов CBM, а также от интерфейсов, которые должны быть соединены между двумя элементами. Это может быть предусмотрено в бюджете на целых десять часов, хотя, по крайней мере, в некоторых случаях, это время может быть приостановлено для проведения расширенной «точной проверки утечки» по снижению давления перед открытием люка в вестибюль.
Поскольку они перекрывают коридор экипажа через тамбур, CPA всегда должны быть расчищены [35], и всегда необходимо снимать любые крышки через люк на только что пришвартованном элементе. Если элементы будут оставаться соединенными в течение длительных периодов времени, другие компоненты CBM могут быть удалены для безопасного хранения или повторного использования. Радиальные порты узла требуют дополнительных 20–40 минут для снятия и хранения центральной секции крышки M / D. Закрытая панель обычно устанавливается по внутреннему периметру двух обращенных друг к другу люковых балок, чтобы уменьшить постепенный сбор мусора по периметру вестибюля. [36]
Подробные действия на случай непредвиденных обстоятельств, касающиеся как ремонта, так и профилактического обслуживания, были подготовлены заранее для внутренних компонентов. Обобщенные процедуры для точного определения атмосферной утечки в вестибюле существовали, по крайней мере, с этапа 4А сборки МКС, как и процедуры установки на случай непредвиденных обстоятельств для всех трех комплектов уплотнений IVA. Сообщения о повреждении соединителей CPA (как на земле, так и на орбите) привели к развертыванию процедур снижения риска на STS-126 . [37]
Deberthing
Удаление элемента существенно меняет процесс швартовки. [38] Это зависит от специфики того, как вестибюль был настроен для работы. Наиболее часто встречающаяся реализация начинается с переоборудования вестибюля при перенастройке для вывода логистического элемента a из радиального порта узла. Изначально в бюджете планировалось участие двух членов экипажа, продолжительность - 4 часа. Он удаляет элементы, которые пересекают план интерфейса ACBM / PCBM (отводы, перемычки и заземляющие перемычки), устанавливает оборудование CBM, необходимое для выполнения операций (например, CPA, тепловые крышки), и закрывает люк. [39]
Оборудование для испытания на падение давления, включая датчики и вспомогательную электронику, а также перемычку для доступа к вакууму длиной 35 футов (11 м) впоследствии устанавливают на внутренней стороне люка. Когда они установлены, вестибюль готов к периоду разгерметизации около 40 минут, включая периоды выдержки для проверки герметичности. Критическое (абсолютное) давление составляет 2 мм рт. Ст. (267 Па), чтобы предотвратить повреждение уплотнений CBM во время спуска. [40]
Как и при подготовке к причалу, вспомогательные инженерные сети сконфигурированы для подачи питания и данных в CBM. Подается питание, выбираются два CPA для использования в качестве основного и дополнительного главных контроллеров, и инициализируются отдельные контроллеры двигателей. Команда "DBBoltck" выдается на болты с приводом, а защелки захвата получают индивидуальную команду на угол вала 212 °. Затем защелки устанавливаются в их номинальное положение «захват завершен», составляющий 12 °. CBM либо остается в «ждущем» состоянии, либо выключен. [41]
Освобождение элемента PCBM от жесткого сопряжения занимает около 90 минут. Он начинается с ослабления всех 16 приводных болтов примерно на 0,4 оборота, что занимает менее пяти минут. [42] Все 16 болтов должны иметь положительную остаточную нагрузку после завершения шага. [43] Затем полностью извлекаются комплекты из четырех болтов, каждый комплект занимает около 6:30 для достижения номинального положения в 21,6 оборота. Перед снятием третьего комплекта необходимо установить грейфер RMS и контроль свободного дрейфа. После того, как все 16 болтов были извлечены, защелки захвата раскрываются, позволяя сжатым индикаторам готовности к фиксации упираться в направляющие выравнивания печатной платы. Выходящий элемент уводится RMS, а на радиальных портах узла развертываемые крышки M / D закрываются. Затем ACBM отключается путем отключения питания от CPA. [44]
Решение для непредвиденных обстоятельств во время позднего срока обычно аналогично разрешению для подготовки и выполнения брачных операций. Многие из них фактически заканчиваются инструкциями на случай непредвиденных обстоятельств, позволяющими удалить и заменить компоненты CBM. Попытки переоборудовать вестибюль для выхода из причала CBM делают его непригодным для экстренного выхода. [45]
Возможности
Первоначальная конструкция МКС предусматривала установку элемента Habitat на обращенном к Надир порту узла 1 (Unity), и проходы в переборках были спроектированы соответствующим образом. Поскольку станция завершила первые этапы сборки, для этого места был запланирован Узел 3. Позже стало очевидно, что установка на переборке со стороны левого борта даст значительные эксплуатационные преимущества. К сожалению, первоначальная маршрутизация инженерных сетей внутри Узла 1 потребовала значительных изменений на орбите, чтобы внести изменения. Большой диаметр CBM позволил использовать PMA3 в качестве герметичного закрытия во время работы, так что проходные каналы можно было удалить и заменить без EVA. PMA3 был перемещен во время Экспедиции 21 в CBM со стороны портов, и «... Питьевая вода, кабели данных ISL и 1553, а также установка воздуховодов, кабелей и шлангов IMV [Inter-Modular Ventilation] ...» были подключены в рамках подготовки к прибытие узла 3. Переконфигурированная переборка была проверена на утечку перед перемещением PMA3 обратно в место хранения, а узел 3 был установлен в недавно подготовленном месте на STS-130 . [46]
Глубина, диаметр и доступность CBM также использовались для поддержки раздачи CubeSat из системы развертывания SlingShot. Каркас устанавливается во внутреннюю оболочку PCBM на транспортных средствах (например, Cygnus ). NanoRacks Шлюзовой модуль Бишопа ( NRAL ) использует преимущества надежного интерфейса между ACBM и PCBM неоднократно причалом и deberth в «колокол» хостинг аналогичных возможностей. [47]
История развития
Концепция швартовки космической программы США была разработана, чтобы смягчить проблемы орбитальной механики, которые возникли во время эволюции стыковки . Хотя CBM и не был первым механизмом, разработанным специально для швартовки, он был первым подобным устройством, разработанным в США специально для сборки структурных соединений, способных выдерживать давление на уровне моря. Он объединяет четыре архетипических особенности:
- Герметичные конструкции испытывают внутреннее давление в дополнение к другим основным нагрузкам. [49] Они считаются жизненно важными, когда используются в качестве прочного корпуса обитаемого отсека. В этом контексте им уделяется особое внимание по таким вопросам, как нагрузки, скорость утечки, избыточность уплотнения и методы проверки. Они также внимательно изучают последствия своей неудачи. [50]
- Внешние фланцы подвергаются как механическим нагрузкам, так и нагрузкам, вызванным давлением в их основных сосудах высокого давления . Относительная жесткость фланца определяет, как свободный конец изменит форму. При установке чего-либо на фланце необходимо компенсировать перекосы. [49]
- Движущиеся механические сборки по- разному передают силы при изменении их положения. На их нагрузки влияет внутреннее трение, и они часто требуют большего количества итераций анализа и проектирования, чем конструкции. В случае CBM путь загрузки включает как модуль, так и RMS, поэтому может быть очень сложным. [51]
- Структурные стыки, устойчивые к высокому вакууму, спроектированы так, чтобы строго ограничивать зазоры в стыке, а условия их сборки тщательно контролируются. Что касается CBM, эти проблемы усугубляются во время установки болтов из-за чистки уплотнения по мере согласования прогибов перед причалом, а также из-за попадания пыли и мусора в стык. [52]
Использование этих функций на космическом корабле требует особого внимания из-за агрессивной окружающей среды. На типичной высоте МКС 255 морских миль (472 км) НАСА определяет семь факторов для этой среды: [53]
- Состав, свойства и состояние окружающей нейтральной атмосферы. В частности, атомарный кислород (АО) вызывает сильную коррозию многих материалов. Эластомеры, такие как лицевое уплотнение PCBM, особенно чувствительны к АО. Низкое давление и низкая абсолютная влажность также влияют на коэффициент трения для многих комбинаций материалов. Воздействие очень низкого давления также со временем меняет химический состав некоторых материалов. [54]
- Сильно направленные источники и приемники лучистой энергии. Крепление, оптические свойства и изоляция открытых компонентов космического корабля спроектированы таким образом, чтобы поддерживать приемлемые температуры. В некоторых случаях орбитальная ориентация всего космического корабля динамически контролируется для смягчения этих эффектов. [55] [56]
- Геомагнитное поле может мешать чувствительными электрические компоненты (такие , как те , из ACBM - х датчики, переключатели и контроллеров). Последствия могут включать в себя полный отказ, поскольку компоненты проходят через поле. [57]
- Ионизированные газы, которые загрязняют и заряжают открытые поверхности, которых много в CBM. Большинство космических аппаратов решают эту проблему путем тщательного заземления открытых компонентов. [58]
- Электромагнитное излучение, которое может изменять энергетическое состояние электронов в оборудовании с питанием. Двигатели, датчики и управляющая электроника, например, на ACBM, подвержены этим эффектам, если они не экранированы. [59]
- Метеороиды и космический мусор, некоторые из которых могут быть как тяжелыми, так и быстро движущимися, могут ударить по космическому кораблю. Хотя конструкция CBM была усовершенствована несколькими различными способами в этом отношении, проблема была спроектирована на уровне интегрированного космического корабля; количественные требования не указаны ни в одной из спецификаций CBM. [56] [60]
- Баланс между гравитационным и центробежным ускорениями (часто называемый «невесомостью»), который имеет существенное значение для проверки движения механизмов на земле, потому что там преобладает сила тяжести. CBM следовала типичной практике проектирования космических аппаратов, выполняя итерацию между анализом и испытанием для разработки и проверки конструкции для этого условия. [51]
Некоторые из этих особенностей и факторов взаимодействовали через длинную последовательность решений, касающихся орбиты станции, конфигурации, планов роста, ракет-носителей и методов сборки. Швартовка берет свое начало в программах 1960-х и 1970-х годов, поскольку в них изучалась практическая физика, связанная с этими проблемами. Сама концепция CBM начала проявляться в первых исследованиях программы в начале 1980-х, претерпела несколько итераций концепции и завершила разработку незадолго до запуска первого летного элемента, когда 1990-е подошли к концу.
Происхождение (до 1984 г.)
CBM - это лишь одна из ветвей долгой эволюции способности Соединенных Штатов собирать большие космические корабли. По крайней мере, еще в конце 1950-х годов эта возможность была признана «... необходимой для строительства космических станций и сборки транспортных средств на низкой околоземной орбите ...». К концу программы Apollo стандартизованные методы сближения и стыковки, поддерживающие ее, были проверены на практике. Были хорошо изучены основные проблемы управления ракетным топливом, а также проблемы со стабильностью управления и загрязнения, возникающие из- за того, что движущие шлейфы RCS [61] преследователя попадали в цель транспортного средства во время операций сближения . [62]
Появление программы "Спейс шаттл" решило некоторые проблемы с стыковкой, но внесло новые. Значительные различия между массами преследователей и целей обеспечивали менее равномерное распределение импульса после контакта, а большая масса шаттла требовала значительно большего количества топлива для торможения, чем требовалось во время «Аполлона». Простое соосное выравнивание между инерционными свойствами преследования и цели во время операций захода на посадку было невозможно с асимметричным орбитальным аппаратом, который был разработан для аэродинамической подъемной силы при возвращении с орбиты. Столкновение больших шлейфов Шаттла RCS с относительно небольшими целевыми транспортными средствами также нарушило контроль над ориентацией цели во время операций сближения. Эти проблемы вынудили изменить стратегию торможения в программе Shuttle. Не все стратегии были легко реализованы во всех орбитальных направлениях, что ставило под угрозу способность собираться в некоторых из этих направлений. Использование длинного теле-робота (RMS) уменьшило эту угрозу, отодвинув точку первого касания от преследуемой машины. [63]
К 1972 году анализ требований для программы «Шаттл» показал, что почти 40% задач миссии будут включать сборку путем размещения полезной нагрузки в отсек полезной нагрузки орбитального аппарата. В то время предполагалось, что многие из извлеченных космических кораблей не будут предназначены для таких операций, что еще больше повысило важность решения (или устранения) проблем со стыковкой. Для этого была разработана операция по причаливанию: требование осторожно схватить ближайший космический корабль с почти нулевой контактной скоростью было назначено запланированной RMS шаттла. Использование RMS для сборки объектов на орбите считалось основным требованием к точности как положения, так и ориентации появляющейся системы. [64]
Хотя это и не предусматривалось во время разработки RMS, в этот период возникли темы требований, которые станут важными для CBM: точность и прецизионность управления RMS, ограничения на его способность заставлять объекты выравниваться, а также величина структурных нагрузок. обострение стрелы и шарниров во время захвата. Они оказались решающими для проектирования, квалификации и эксплуатации механизма. [65]
SRMS не выполнила свой первый причальный отсек для извлечения и полезной нагрузки до STS-7 в июне 1983 года. Дата первой операции была через два месяца после представления окончательных отчетов восьми подрядчиков НАСА по исследованию потребностей, атрибутов и архитектурных вариантов космической станции. . Несмотря на то, что на момент написания окончательных отчетов об исследованиях результатов полета не было, по крайней мере три из них определили «швартовку» в качестве основного средства сборки космической станции из герметичных модулей, доставленных в отсек полезной нагрузки шаттла. Из описанных и проиллюстрированных концепций ни одна из них не очень похожа на окончательную конструкцию CBM, а технические детали легко обсуждаются. [66]
В начале 1984 года оперативная группа космической станции описала механизм швартовки, который ослаблял нагрузки, возникающие при маневрировании двух модулей, контактирующих друг с другом, с последующей фиксацией. Условия контакта были определены как важные, но в то время не были определены количественно. То же самое и с диаметром внутреннего прохода. Явно требовалось внутреннее соединение утилит между модулями, как и «андрогинность» . Стандартизованный причальный механизм воспринимался как внешний фланец на портах модуля, а «6-портовый многопортовый адаптер для швартовки» примерно соответствовал конечной концепции узла ресурсов. Прогибы, вызванные внутренним давлением, действующим на радиально ориентированные порты цилиндрических модулей, стали признаны критически важной проблемой развития. [67] Заключительный отчет Целевой группы также, по-видимому, является одним из первых упоминаний «обычных ... причальных механизмов». [68]
Продвинутая разработка / этап B (ок. 1985 - ок. 1988)
Параллельно с текущими исследованиями конфигурации на уровне системы, НАСА ожидало, что проекты по разработке концепции усовершенствованных стыковочных и причальных механизмов «... существенно уменьшат стыковочные нагрузки (скорости менее 0,1 фут / сек) и обеспечат возможность швартовки полезной нагрузки». .будет начато в 1984 финансовом году ». [70]
Программа передовых разработок причальных механизмов фактически началась в 1985 году, что привело к полномасштабным испытаниям на испытательном стенде «Шесть степеней свободы» в Центре космических полетов им. Маршалла (MSFC). В этих усилиях термин «общий», по-видимому, означал, что одно семейство конструкций механизмов обеспечивает как швартовку, так и стыковку (наследуя различные требования для обоих), и что любой член семейства может присоединиться к любому другому члену. «Активный» и «пассивный» относятся к тому, предусмотрены ли механизмы для ослабления остаточной кинетической энергии после стыковки. На внешнем радиусе устанавливались моторные защелки двух разных конструкций (быстродействующие и малодействующие, с коротким и длинным вылетом соответственно). Направляющие лепестки, ориентированные наружу, также были расположены по внешнему радиусу, давая механизму общий диаметр около 85 дюймов. [71]
Структурная фиксация была выполнена с помощью «структурной защелки болт / гайка» номинальным диаметром 0,500 дюйма. Спроектированные для растягивающей нагрузки 10 000 фунтов силы (44 500 Н), как болт, так и гайка были изготовлены из стали A286, покрытой сухой пленкой смазки на основе дисульфида вольфрама, как указано в DOD-L-85645. Расположение болтов / гаек чередовалось в ориентации по периметру напорной стенки диаметром 63 дюйма, а на поверхностях обоих колец были уплотнения, так что механизм был фактически андрогинным на уровне сборки. Затворы рассчитаны на ручное приведение в действие с использованием герметичных проходок привода через переборку. Вариант для моторизованного затяжки был определен, но не разработан. Болт можно было затягивать как со стороны головки, так и со стороны гайки. Ни крутящий момент, ни погрешность предварительного натяга не указаны в доступной документации. [73]
Один из четырех вариантов исследования включал алюминиевый сильфон, позволяющий замкнуть петлю модулей. Растягивающие нагрузки, вызванные внутренним давлением, передавались через сильфон с помощью непрерывной тросовой петли, пропущенной через 47 шкивов, расположенных вокруг внешней стороны сильфона. Не все проблемы с конструкцией сильфона, по-видимому, были полностью решены к концу серии опытно-конструкторских испытаний. [74]
Хотя в размерах предусмотрены внутренние подключения к инженерным сетям и квадратный люк размером 50 дюймов, оболочка механизма имела ограниченную совместимость с возможными утопленными расположениями радиальных портов на ресурсных узлах USOS. Очевидная несовместимость с расположением радиальных портов может быть объяснена пока еще нестабильной конфигурацией узлов, которые в одних конфигурациях показаны как сферические 10-портовые модули, а в других - как цилиндрические 3-портовые модули. Многие другие особенности конфигурации базовой станции того времени также сильно отличаются от возможной МКС. [75]
Свобода космической станции (c.1989 - c.1992)
По мере приближения 1990 года размер CBM был стабилизирован за счет особого инженерного подхода к проектированию модулей. Внутренний объем модуля, косвенно ограниченный круглым поперечным сечением отсека полезной нагрузки NSTS, был разделен на одиннадцать областей. Центральный проход по всей длине модуля окружен четырьмя рядами оборудования. Блоки оборудования встречаются по четырем линиям, проходящим почти по всей длине корпуса высокого давления. Сразу за этими точками параллельно проходу проходят клиновидные вспомогательные объемы. Утилита запускает их с многих станций по всей их длине. Другое оборудование, часть из которого способствовало подключению к инженерным сетям между модулями после их стыковки на орбите, более эффективно упаковано в концевые объемы, чем в цилиндрическую часть модуля. Проходам для этих инженерных коммуникаций для соединения между модулями было уделено значительное внимание планировке вестибюля и, следовательно, CBM. [76]
Каждый блок оборудования был разделен на «стойки» стандартного размера, которые можно было установить на орбите для ремонта, модернизации или расширения возможностей станции. Стеллажи со связанным оборудованием могут быть интегрированы и проведены приемочные испытания на земле перед запуском. Такой подход к интеграции облегчил более высокий уровень проверки, чем был бы возможен при замене более мелких компонентов, обеспечивая «... легкую реконфигурацию модулей в течение их 30-летнего срока службы». Это также позволило архитектуре приспособиться к последующему изменению угла наклона орбиты за счет перемещения некоторых тяжелых стоек при первоначальном запуске модуля. Отличительный размер и форма как общего люка, так и CBM позволили реализовать эту концепцию интеграции модулей, поскольку они позволяли перемещать большие стойки в модули и из них во время нахождения на орбите. [77]
Другие решения на системном уровне в этот период также повлияли на окончательный дизайн CBM. Идея «общего» механизма как для швартовки, так и для швартовки, похоже, была отброшена, и были определены основные механизмы, характерные для каждой из этих отдельных операций. Концепция «общей» оболочки под давлением модуля с рядом конфигураций радиальных портов, которая все еще изучалась НАСА, по крайней мере, в 1991 году, была отброшена в пользу выделенных «узлов ресурсов», имеющих четыре радиальных порта около одного конца цилиндрической формы. оболочка под давлением. Завершение «модульного шаблона» было отложено по сравнению с первоначальной конструкцией системного уровня к 1992 году, что позволило исключить вариант PCBM на основе сильфона. [78]
К началу 1990-х годов стала вырисовываться более подробная картина CBM. Первоначальный выпуск спецификации разработки PCBM был в октябре 1991 года, за ним последовал выпуск CBM / PE ICD в феврале 1992 года и спецификации разработки ACBM в январе 1993 года. [79] Некоторые элементы концепции Advanced Development были сохранены с минимальными затратами. менять. Структурная защелка болт / гайка и защелки с 4 стержнями остались, хотя диаметр болта увеличился до 0,625 дюйма (15,9 мм). Как болты, так и защелки были моторизованы с возможностью ручного резервного копирования, хотя отдельные механизмы по-прежнему приводились в движение посредством герметичных муфт, проходящих через переборку. Термин «активный» эволюционировал, чтобы обозначать совместное расположение всех устройств с питанием на стороне интерфейса, уже присутствующей на орбите, когда имела место операция сопряжения. [80]
Другие функции были изменены более значительно с момента появления концепции Advanced Development. «Андрогинность» была отброшена: все 16 болтов были собраны на одной стороне интерфейса CBM / CBM, а сторона с гайкой больше не описывалась как управляемая. Контроллер мотора с 8-канальным мультиплексированием может дистанционно переключаться между защелками, при этом для каждого модуля, имеющего ACBM, требуется два контроллера. Датчики перепада давления были включены для отслеживания потенциальных мест утечки. До тех пор, пока он не был отменен, Passive Flexible CBM все еще имел алюминиевый сильфон, но концепция троса / шкива была заменена набором из 16 силовых стоек, приводимых в действие контроллером мультиплексного двигателя. Уплотнение CBM / CBM было «торцевым», только с одной стороны интерфейса. Направляющие выравнивания были развернуты, и их ориентация была обращена внутрь. Четыре защелки захвата приобрели фрикционные муфты, что позволило им иметь обратный привод. [80]
За это время появились новые возможности. К концепции ACBM добавили укрытие от мусора. Это был цельный блок полного диаметра, снятый и замененный на RMS. Крепление колец к их переборкам было определено как крепление на 64 болта, но ни в одном из источников не упоминается дифференциация схемы расположения болтов. В конструкцию была добавлена поперечная стяжка для несения нагрузок, параллельных плоскости сопряжения CBM / CBM. [80]
Переход на МКС (1993 - ок. 1996)
К декабрю 1990 года оценка стоимости космической станции «Свобода» выросла с 8 миллиардов долларов в 1984 году до 38 миллиардов долларов. Хотя смета была снижена до 30 миллиардов долларов к марту следующего года, призывы к реструктуризации или отмене программы были громкими в Конгрессе. В марте 1993 года администратор НАСА Дэн С. Голдин сообщил, что президент Клинтон хотел «... реконструировать нынешнюю космическую станцию как часть программы, которая будет более эффективной и действенной ... [чтобы] ... значительно сократить разработку, операции, и эксплуатационные расходы при достижении многих текущих целей ... ». [81]
Группа разработчиков представила свой окончательный отчет в июне 1993 года с описанием трех различных концепций космической станции. Каждая концепция оценивалась при наклонах орбиты 28,5 и 51,6 градуса, чтобы выявить любые проблемы поддержки со стороны американских и российских стартовых комплексов соответственно. Ни одна из трех конфигураций не соответствует конструкции МКС в том виде, в каком она существует сегодня, хотя некоторые из них сильно напоминали возможную конфигурацию. CBM была единственной явно идентифицированной структурной / механической подсистемой, включенной во все варианты и при любых наклонах. Для всех вариантов было рекомендовано увеличенное использование объема тамбура для подключения к инженерным сетям, чтобы сократить время выхода в открытый космос. Снятие автоматических контроллеров, двигателей и защелок было концептуально определено как вариант для одного из них. [82]
Конкретные концептуальные проекты, разработанные Целевой группой, вскоре были преодолены событиями. К концу 1994 года США, Россия и международные партнеры в принципе договорились объединить свои национальные усилия в единый проект "международной (sic) космической станции". Сотрудничество привело к гибридным операциям сборки, таким как установка стыковочного модуля на вершину стыковочной системы орбитального корабля на STS-74 . Это размыло общие различия между швартовкой и стыковкой, поскольку они позиционировались RMS, но приводились в действие пусковыми двигателями орбитального двигателя. [83]
Обе спецификации CBM были полностью переписаны в 1995 (PCBM) и 1996 (ACBM) в рамках переходного процесса. В этот период также произошло разделение ICD на специальную часть 1 (требования к интерфейсу) и часть 2 (физическое и функциональное определение) в редакции D (июнь 1996 г.). [79] К тому времени, когда в декабре 1996 года был заключен контракт на окончательную основу для международных усилий, первые тренажеры CBM уже были доставлены в НАСА. [84]
Квалификация (ок. 1994 - 1998)
Будучи определенным независимо, соответствие большинству требований ACBM и PCBM проверялось отдельно. [85] В дополнение к действиям на уровне сборки для ACBM и PCBM, данные о соответствии были сгенерированы для таких узлов, как Capture Latch, Powered Bolt, Powered Bolt Nut и Ready to Latch Indicator. [86] Например, функциональность болтов и гаек с приводом была проверена тестами на уровне компонентов, которые включали функциональные характеристики окружающей среды, случайную вибрацию, термический вакуум и, для болта, термический цикл. [87] Испытания под нагрузкой при предельной текучести и предельных статических условиях проводились на уровне компонентов, как и в динамических условиях. Критерии успеха этих испытаний, как правило, основывались на крутящем моменте, необходимом для установления и снятия предварительной нагрузки, на непрерывности электрической цепи и на точности датчика нагрузки болта. [88]
Напротив, по крайней мере 11 указанных действий по проверке требовали совместной проверки сопряжения и / или сопоставления двух сторон. [89] Из них пять требовали проведения анализа, подтвержденного тестированием и / или демонстрацией, который требовал определенного сочетания обстоятельств и взаимодействий. Например, в спецификациях указано, что захват должен быть квалифицирован «... путем анализа динамических нагрузок, налагаемых SRMS и SSRMS ... подтвержден тестом на уровне сборки, который включает изменение производительности в результате температуры и давления на ACBM и PCBM и на их сопрягающих структурах ». [90] Анализы Boltup интерфейса ACBM / PCBM и последующей утечки требовали аналогичной проверки с помощью тестов на уровне элементов и сборок, которые включали искажающие эффекты давления и температуры. На уровне сборки также требовались сквозные демонстрации для проверки «... механической функциональности ... без перерыва в выполнении индикации готовности к фиксации и фиксации». [91]
Для наложения комбинированных эффектов динамики захвата и искажений потребовались итерации анализа и проверки для каждого аспекта. Специальная тестовая установка была разработана в трех параллельных потоках: [48]
- Анализ контактной динамики ранних версий CBM был начат к 1992 году и был включен в модель RMS MSFC для использования в тестах разработки модели CBM компании Boeing. Модель была основана на «методе мягких ограничений», оценивая «... пересечение или проникновение между соответствующими поверхностями и вычисляя взаимно перпендикулярные силы, пропорциональные глубине проникновения». Предварительные проверочные испытания модели для этих сил "отскока" и последующих ускорений проводились в лаборатории контактной динамики MSFC с 1992 по 1997 год. [93] Нагрузки были локально линеаризованы и приложены к задней части испытательного изделия PCBM в совместных испытаниях. и демонстрации уравновешенной «системы резистивной нагрузки», подвешенной к верхней части вакуумной камеры MSFC V20. [94]
- Прогнозы температуры были основаны на стандартных методах моделирования термического анализа. Модель была подтверждена автономным тестированием теплового баланса обеих сборок в камере для моделирования теплового вакуума / солнечной энергии 12 В в компании AEDC в 1995/96 году. Это обеспечило использование правильной проводимости интерфейса, внутреннего переизлучения и внутренних тепловых емкостей. Валидация была поддержана тестированием выборочной контактной проводимости, что уменьшило количество переменных, которые необходимо разрешить в тепловом балансе. [95] Температуры были наложены во время квалификационных испытаний на уровне сборки с помощью комбинации ленточных нагревателей, криогенных кожухов и прямого впрыска LN 2 . [96]
- Прогибы под давлением элементов, находящихся под давлением, были оценены с помощью конечно-элементного моделирования их первичных оболочек, работающих под давлением, что привело к валидации испытаний под давлением в середине 1996 года. Для испытаний на уровне сборки CBM активный сосуд высокого давления (APV) длиной 16 футов (4,9 м) имитировал граничные условия на летучей причальной плите с радиальным портом. Эмуляция использовала 32 внешних структурных удвоителя толщиной от 0,125 до 1,00 дюйма (3,2–25,4 мм), 32 внутренних распорки и 16 пневматических приводов для регулирования жесткости, ограничения прогибов и приложения местных радиальных нагрузок соответственно. Более простой 9-футовый (2,7 м) пассивный сосуд высокого давления имитировал осевой порт. Производство APV совпало с обнаружением отрицательных запасов в конструкции радиальных причальных плит узла 1. Реконструкция пластины не могла быть уложена в производственный график APV. Это было компенсировано относительным вращением команд сбора гаек во время испытаний. [97]
Подготовка к испытанию на уровне сборки началась с модификаций камеры в августе 1996 года, при этом два резервуара под давлением были доставлены для испытания характеристик в декабре. Комплексная проверка собранной установки в камере V20 началась с базовых испытаний разрабатываемого оборудования CBM в августе 1997 года и завершилась в ноябре того же года. Формальное тестирование проходило в три этапа с февраля по сентябрь 1998 г .:
- На этапе A было выполнено 62 цикла затяжки болтов в различных атмосферных и температурных условиях для оценки скорости утечки и срока службы болтов / гаек с приводом.
- На этапе B было выполнено 35 частичных циклов (захват и сбор орехов) в расширенном диапазоне температурных условий.
- На этапе C было проведено пять демонстраций в оба конца в «сложных» условиях: экстремальные перепады температур в сочетании с более удаленными позициями PCBM, чем те, которые ранее выполнялись аппаратно. [98]
Ни один тест на герметичность не был провален в этом тесте. Модель Contact Dynamics коррелировала с результатами испытаний с высокой статистической достоверностью и не показала заметной чувствительности к отклонениям. Сигнатуры износа для Powered Bolt были идентифицированы и проверены, а несколько проблем интеграции были выявлены и решены посредством незначительных изменений конструкции. Были обнаружены серьезные проблемы с разгрузкой гравитационных воздействий для конкретных испытаний, что в конечном итоге привело к изменениям в процедурах полета. Номинальные процедуры и процедуры на случай непредвиденных обстоятельств были изучены и, в некоторых случаях, тщательно пересмотрены до выполнения полетов. [99]
Впоследствии на объекте были проведены испытания для проверки герметичности уплотнений IVA и для поддержки решения проблем, связанных с операциями миссии, касающимися вылета болтов, коридоров контакта для выравнивания, зазора RTL, зазора крышки M / D и активации RTL. Объект также обеспечивал поддержку в реальном времени первых трех полетов с использованием CBM для сборки МКС на орбите. [100]
Полевые модификации (ок. 2000-настоящее время)
- Решение установить узел 3 на обращенной к порту CBM узла 1 вместо первоначально запланированной ориентации на Надир привело к "... уникальному обстоятельству: открытому осевому швартовному механизму порта. Потому что это никогда не планировалось. ведь была разработана новая конструкция ... похожая на обращенный вперед радиальный порт ... для обеспечения развертываемого экрана, закрывающего открытые участки ". Уникальные чехлы были установлены во время выхода в открытый космос №4 50-й экспедиции . [101]
- В конце 2017 - начале 2018 года были внесены изменения в крепление КПК к люкам на двух портах, выходящих на Надир. Эта модификация позволила сместить CPAs "... в вестибюль, вместо того, чтобы требовать, чтобы экипаж полностью убирал их после прибытия транспортного средства. Это позволит сэкономить как время экипажа, так и место для хранения вещей во время работы у причала. CPA должны быть установлены для надлежащего CBM эксплуатации во время швартовки, но они препятствуют проходу в транспортное средство после открытия люка, поэтому их необходимо вывести из коридора до начала грузовых операций ». [35]
Галереи
Дизайн
Исследования конфигурации шаблонов модулей продолжались на этапе расширенной разработки. Квазисферические узлы некоторых вариантов, таких как треугольный тетраэдрический узор, показанный здесь, имели бы существенно разные последствия для разработки CBM. См. Smith, et. al. (2020) §V для обсуждения того, как радиальный порт (и CBM) зависит от конструкции напорной оболочки. [6]
Основные элементы напорной первичной конструкции узла №1 «Единство» МКС. Кольца ACBM действуют как внешние фланцы на причальных плитах (переборках), когда PCBM отсутствует. См. Zipay, et. al. (2012) за подробное обсуждение корпуса, работающего под давлением. [6]
Размер CBM взаимодействует с радиальной ориентацией, создавая отклонения в рендеринге этого художника. Хотя для ясности показано на «внешнем» фланце ACBM на рендеринге этого художника, эти отклонения фактически применяются там, где кольцо ACBM прикреплено болтами к герметичному элементу (с установленным кольцом). Они «согласованы», когда две половины CBM скреплены вместе болтами в «твердом сопряжении». [6] [102]
Вестибюль состоит из кольца ACBM (1), установленного на фланцевой переборке (3), и кольца PCBM (2), установленного на фланцевой переборке или ствольной секции (4). Оба кольца, изготовленные из алюминиевых поковок 2219, сопрягаются между собой «формованным уплотнением» (5); каждое кольцо уплотнено на своем внутреннем конце парой концентрических уплотнительных колец (6). Показанная здесь «середина пролета» между местоположениями приводных болтов, три внутренних нагрузки пытаются открыть соединение: атмосферное давление (F a ) (15,2 фунта на кв. Дюйм), сжатие уплотнения (F s ) и соответствие фланца (F c ). На визуализации общего поперечного сечения этим художником также показано (синим цветом), где воздух может просачиваться в космический вакуум. [6] [67] [103]
Соединение CBM / CBM зажимается 16 расположенными на одинаковом расстоянии болтами с приводом (1). Вал болта с мелкой резьбой изготовлен из материала Inconel 718 с номинальным диаметром 0,625 дюйма (15,9 мм). Каждый болт ввинчивается в гайку, закрытую гайкой (2). Гайка изготовлена из стали Nitronic 60 , внутренняя смазка - Vitro-lube NPI-1220C. [104] Болт был аттестован на предварительную нагрузку (F p * ) 19 300 фунтов-силы (85 900 Н), приводимую в действие крутящим моментом (τ) от привода (3), имеющего максимальную длительную выходную мощность 1600 фунт-дюйм (180 000 мН · м). ). [105] Эффективная предварительная нагрузка может измениться (F cte ) после причаливания из-за разницы между коэффициентами теплового расширения болтов и фланцев. Каждый болт выравнивается с разделяющей нагрузкой (F t ) подпружиненного термического упора (4), на который также влияют температуры посадки причала. Визуализация общего поперечного сечения этим художником также показывает (синим цветом) пути утечки, уникальные для местоположений болтов. [6] [103]
Обнаженный вестибюль, сделанный во время STS-092. Видны гайки с приводом от болтов и область, зарезервированная для их уплотнительных колпачков IVA (1), а также порт для проверки герметичности CPM / PE (2) и лента заземления CBM / CBM (3). Это один из двух осевых отверстий узла 1: закрывающие кронштейны (4) заправлены в люковую балку, а не на ее лицевую сторону. Уплотнения IVA «масляная тарелка» закрывают приводные болты, а крышки защищают посадочные поверхности уплотнения CBM / CBM IVA (6) на внутренних поверхностях внешних фланцев. Также показаны крепления (7) и натяжители (8) для крышек. [6] [106]
Почти полный квадрант сопряженных колец CBM можно увидеть в вестибюле, ведущем к PMA2, показывая толщину уплотнительного кольца (1) между ними. Кольца жестко соединены 16 гайками (2), каждая из которых ввинчивается с помощью болта с механическим приводом для восприятия осевых и изгибающих нагрузок между сопряженными модулями. Из Болта виден только привод (3). Также видны фиксирующая защелка (4), фиксирующий фитинг (5), некоторые электрические / контрольные жгуты и набор сопряженных направляющих для выравнивания в квадранте. [6] [107]
Установка первой системной стойки в американскую лабораторию «Судьба» продемонстрировала логику определения размеров как для общего люка, так и для CBM, которая вытекала из архитектурного подхода, описанного в Hopson, Aaron & Grant (1990) . Кольцо ACBM еще не было установлено, когда эта фотография была сделана в марте 1998 года. [6]
Конструктивное кольцо ACBM (1) крепится болтами к фланцу переборки (2). Внешний рисунок на 96 болтов идентичен рисунку кольца PCBM. Когда в ноябре 1998 года была сделана эта фотография американской лаборатории «Судьба», внешняя изоляция и экраны еще не были установлены. [6] [108]
Внутренний диаметр внутреннего фланца «зубчатый» в 16 местах для установки приводов с болтовым приводом, как было выделено (1) на узле 2 во время сборки в 2004 году. Схема внутреннего диаметра состоит из 112 болтов, всего 208 крепежных элементов на этом соединении. На люковой балке (2) показаны монтажные отверстия для сборки панели контроллера (CPA), и установлены опорные кронштейны центральной секции M / D (3). Перед полетом крышка фланца будет снята. [6] [109]
Гребешок ID ACBM (1) лучше виден на этом обучающем макете, где исполнительный элемент удален. Обе стороны соединения имеют такую форму, которая позволяет разместить уплотнение IVA на случай непредвиденных обстоятельств. [6] [110]
Кольцо Z1 PCBM (1) до установки в 1998 году. Если смотреть со стороны PE, силиконовые (2) и фторуглеродные (3) уплотнительные кольца уже установлены под внутренним фланцем. Отверстия для крепежных болтов (4) видны вокруг внутреннего фланца, а установочные штифты выступают, чтобы гарантировать равномерное сжатие уплотнений при их установке на место болтами. [6] [108]
Кольцо Z1 PCBM (1), показанное здесь в начале 2000 года, прикреплено к куполу болтами 96 1/4 дюйма внутри и снаружи. Также установлены бамперы (2), тепловые стойки (3), установочные гнезда (4) и направляющие (5). [6] [108]
Уплотнение между двумя сторонами CBM представляет собой четырехсегментную двустороннюю формованную конструкцию. Прикрепленная к кольцу PCBM 36 болтами, алюминиевая подложка каждого сегмента имеет толщину 0,250 дюйма (6,4 мм). В каждый сегмент формуют по три борта, высота которых варьируется от 0,044 дюйма (1,1 мм) (внутренний валик) до 0,050 дюйма (1,3 мм) (внешний). Во время STS-124 здесь показано чуть больше 1/8 окружности; сегмент «блокировочное» соединение (1) выделен на вставке. На фотографии также показаны концы двух тепловых упоров (2), направляющих (3), фиксирующего фитинга (4), бампера (5) и концы двух гаек для болтов с приводом (6). Небольшие отверстия и углубленные каналы между буртиками уплотнения позволяют проверить герметичность соединения CBM / CBM после соединения. [6] [111]
На этой фотографии ACBM Kibo с STS-124 видны три этапа юстировки . Бамперы (1), изгибающиеся над «высокой стенкой», есть только на радиальных портах. Все установки ACBM имеют направляющие (2) и установочные штифты (3). Ограничение передается от каждого этапа к его преемнику, в то время как входящий модуль перемещается вместе с RMS. Окончательное выравнивание происходит, когда штифты входят в соответствующие гнезда PCBM во время захвата. После этого они несут поперечные и скручивающие нагрузки через поверхность раздела. [6] [112]
Кончик болта с приводом (1) выглядывает из внешнего фланца радиального порта Кибо во время STS-124 . Защелка захвата (2) находится в состоянии «готов к захвату» или близок к нему. Его наконечник здесь находится на высоте более 5 дюймов над фланцем, но при повороте тянется дальше. Индикатор готовности к фиксации (3) будет подавлен Руководством по выравниванию PCBM во время маневра RMS. [6] [113]
Вид спереди и сбоку фиксатора захвата (1) в закрытом положении. Нижняя сторона индикатора готовности к фиксации (2) показывает один набор пружин, которые будут сжиматься направляющей для выравнивания PCBM во время захвата. Тросы (3) предназначены для защелки и ее концевого выключателя, RTL и близлежащих болтов с приводом. [6] [114]
Защелка Capture Latch представляет собой вращающуюся связь с четырьмя стержнями . Присоединенный к шасси (1) привод (не показан) передает крутящий момент на ведущую ось (2), вращая ведущий рычаг (3). Рычаг толкает «узел изогнутой ноги» (4) вокруг, что приводит к крутящему моменту на внешней скобе захватного рычага (5). Захватывающий рычаг вращается вокруг конца рычажного механизма ведомого (6), другой конец которого вращается вокруг оси. При раскрытии защелка размыкает переключатель (не показан). В полностью закрытом состоянии он фиксируется крючком (7), проходящим через отверстие (8) в захватном рычаге. [6] [115]
Индикатор готовности к фиксации (RTL) ACBM представляет собой подпружиненное устройство, которое сжимается при комбинированном вращении и погружении в соответствии с руководством по выравниванию PCBM. Он передает сигнал оператору RMS через узел панели контроллера ACBM. Каждую из двух подпружиненных степеней свободы можно заблокировать для обслуживания. Один RTL связан с каждой защелкой захвата. [6] [116]
Компоненты захвата, расположенные внутри, показаны здесь в промежуточном положении захвата. Индикатор готовности к фиксации уже погружен, но еще не повернут в соответствии с Руководством по выравниванию PCBM. Этот кадр был взят из моделирования динамики контакта в реальном времени, созданного в ОАО. [6] [117]
Верхние кожухи Powered Bolt показаны в ходе предполетных испытаний купола в конце 2008 года. Приводы в этом оборудовании не используются. Неизбежно зацепление ответных планок (1) с термическими упорами (2) и установочных штифтов (3) с гнездами (4). На вставке из фотографии, сделанной два года спустя, показана задняя часть верхнего кожуха узла болта с приводом. [6] [118]
Частично разобранный болт CBM с приводом, показывающий оба конца вала (1), нижний корпус (2), который входит в кольцо ACBM, приводную втулку (3) и ее шлицевое соединение с валом, а также верхний корпус ( 4). Верхний корпус и приводную втулку можно снять, не снимая тамбура, для установки шлицевого фиксатора под «масленку» уплотнения IVA. Шлицевой фиксатор предотвращает откатывание болта. [6] [119]
Каждый приводной болт «имеет» герметизированную гайку (1) для выравнивания резьбы. Он нагружен пружиной (2), удерживаемой между шайбами (3) под гайкой (4). Пластина расположена на задней стороне внешнего фланца печатной платы парой установочных штифтов (5). Поскольку болт подталкивает гайку во время захвата, движение гайки ограничивается выступами на плавающей шайбе (6) внутри прямоугольного отверстия пластины и сферической шайбой (7). Корончатая гайка (8), зафиксированная шплинтом (9), удерживает стопку вместе. Он прикрепляется к фланцу парой невыпадающих креплений (10). Если приводной болт застревает в герметизированной гайке, разборка позволяет снять и заменить застрявшие блоки со стороны ACBM без сброса давления в тамбуре. [6] [120]
Один из четырех блоков панели управления (CPA), прикрепленных болтами к люковой балке во время STS-102 в 2001 году. Каждый CPA имеет один контроллер Capture Latch (1), четыре контроллера Powered Bolt (2) и схему для согласования входного питания (3). Скоба (4) для установки крышки центральной секции M / D видна с обеих сторон CPA. Фотография была сделана со стороны PCBM сопряженного вестибюля, глядя назад в ACBM. Базовая индивидуальная конструкция контроллера также используется для контроллера двигателя вентилятора насоса узла удаления диоксида углерода, выпускного и предохранительного клапана, а также клапанов внутренней системы терморегулирования. [6] [121]
Экипаж Экспедиции 59 из шести человек позирует для портрета, смотрящего через вестибюль между Узлом 1 (Единство) и коммерческим космическим грузовым кораблем Cygnus компании Northrop Grumman . Закрытие охватывает полный набор чередующихся CPA. [6] [35]
Каждый активный CBM имеет четыре узла панели управления. С помощью пяти ACBM Узел 3 вывел на орбиту 20 таких единиц. Как показано здесь на осевом ACBM (1), CPA консольно закреплены поперек люка. На этой фотографии, сделанной в KSC в 2009 году, близость лепестков M / D к CPA также видна на радиальном порте (2). Другой порт (3) уже оборудован центральной секцией M / D. [6] [122]
Большая центральная секция M / D (1) закрывает большую часть люка, чтобы защитить его от метеороидов / обломков. В зависимости от места установки он имеет несколько ремешков и отверстий. У большинства крышек есть откидная створка (2) над окном люка, как показано здесь во время STS-120 . Клапан удерживается на застежке «липучка», которая удерживается на кнопке. Каждая из четырех защелок захвата закрыта подпружиненным раскрывающимся лепестком (3). Они открываются, чтобы выявить механизмы, влияющие на помощника на орбите. [6] [123]
Многослойная ткань центральной секции (1) подвешена тросом, проходящим через шкивы (2) по ее периметру, натянутым стяжными стяжками (3). Вставленные в крепежные проушины (4), шкивы натягиваются на стойки (5), которые входят в кронштейны (6) с обеих сторон каждого CPA. Центральная секция снимается снизу экипажем, чтобы обнажить только что пришвартованный модуль. [6] [124]
Плотно набитая зона около одного угла люка радиального порта видна здесь на рисунке из руководства по техническому обслуживанию в полете. Кабель (1) тензодатчика с приводным болтом наматывается на верхний корпус (2) и привод (3), которые удерживаются вместе резьбовым хомутом (4). Защитная крышка (5) и крепление крышки (6) для уплотнения CBM / CBM IVA находятся на переднем плане, как и одна из восьми скоб (7) центральной секции крышки M / D. Удерживающий паз (8) для стопорного штифта развертываемой крышки выступает за плоскость интерфейса CBM / CBM. [6] [125]
Лепестки (1) раскрываются наружу, когда фиксатор захвата отсоединяется от роликового звена (2). Точка поворота (3) находится снаружи фиксатора захвата. Каждый лепесток имеет два фиксатора запуска (4), которые вставляются в прорези (5) на вилках, карманы (6) для размещения направляющих выравнивания и элемент (7), совмещенный с соответствующим индикатором готовности к фиксации (8). [6] [126]
Раскладывающийся лепесток захватывается защелкой захвата на конце роликового звена (1). При необходимости связь можно освободить во время выхода в открытый космос, ослабив болт (2). «Блокировка» подпружиненного привода с помощью болта (3) позволяет космонавту «обезопасить» механизм перед ручным управлением. Лепестковая конструкция может быть отделена от механизма развертывания двумя болтами (4). [6]
Расположение PMA-3 в надирном порту узла 1 «Единство» показывает плотную посадку между пришвартованным модулем и развернутым M / D Petal. [6]
Лепестки фиксируются на месте для запуска с помощью штифта (1), вставленного через фитинг (2) на вилке центральной секции M / D (3). Отпускание осуществляется Т-образной рукояткой (4), которая отводится (5) от ACBM. Его можно снова заблокировать, вставив штифт (6) обратно в фитинг. [6]
Лепесток обычно разблокируется во время выхода в открытый космос с помощью удобно расположенного ремешка. [6]
Уплотнение CBM / CBM, установленное на лицевой стороне PCBM, было закрыто для защиты от обломков при запуске в шаттле. Печать, прикрученная к лицевой стороне кольца, выглядывает за крышку в верхнем левом углу изображения. Крышки, которые были сняты перед причалом, не используются для логистических миссий. [6] [127]
Соединение CBM / CBM имеет приспособления для установки уплотнения IVA в случае выхода из строя первичного уплотнения. Подобно первичному, это сегментное формованное уплотнение, но с буртиками только на внешней стороне. Борта прижимаются к внутренним поверхностям колец прижимными пластинами, крепящимися к той же схеме болтов, которая используется для удержания защитных крышек. [6] [4]
В случае утечки в соединении, где ACBM прикручивается болтами к своему родительскому модулю, внутри может быть установлено уплотнительное кольцо. Уплотнительное кольцо вдавливается в канавку серией прижимных пластин. Эта пластина соответствует гребешку сустава. [6] [4]
Пассивный CBM обеспечивает уплотнения IVA, где он прикреплен болтами к родительскому элементу. Здесь человеческий палец (1) указывает на прижимную пластину главного уплотнения IVA, которая должна быть установлена поверх уплотнительного кольца. Крышки (2) также могут быть размещены на головках болтов соединения, каждая из которых представляет собой потенциальный путь утечки через соединение. [6] [4]
Крышки «масленки» закрывают пути утечки через (и вокруг) приводные болты и приводные болтовые гайки. При использовании на болте ACBM привод и верхний корпус снимаются, а внутри тарелки устанавливается шлицевой фиксатор, чтобы болт не откатывался постепенно под действием циклических нагрузок. [6] [4]
Операции
Этот экран дисплея использовался для оперативного управления CBM при сборке МКС на этап 3А ( STS-92 ). Источник изображения содержит подробное описание каждой доступной команды швартовки и интерпретирует каждое отчетное сообщение о состоянии.
Соединения должны быть выполнены при оснащении вестибюля между Узлом 1 (Unity) и американской лабораторией (Destiny). Источник изображения содержит подробное описание процедуры дооснащения.
Перемычки вестибюля, такие как те, что показаны здесь между узлом 2 и модулем Columbus, обычно простираются между хорошо выровненными разъемами на переборках, обращенных друг к другу. См. Обсуждение маршрутизации в Link & Williams (2009) .
Перемычки в вестибюле между узлами 1 и 3 плохо выровнены из-за пересмотра конструкции МКС незадолго до того, как узел 3 был доставлен на орбиту. Коммунальные сети узла 1 были перенаправлены членами экипажа 21-й экспедиции МКС между STS-129 и STS-130. См. Подробное обсуждение в Link & Williams (2009) .
Михаил Тюрин из Росавиакосмоса , бортинженер третьей экспедиции , обеспечивает подключение к блоку питания контроллера (CPA) в люке на Unity Node 1.
Астронавт Пегги Уитсон, командир 16-й экспедиции , работает в вестибюле между узлом Гармонии и лабораторией Судьбы Международной космической станции.
Зацепившись за пальцы ног, командир экспедиции 47 Тим Копра и бортинженер Тим Пик борются с центральной секцией прикрытия M / D в вестибюле, готовясь к выходу грузового автомобиля Cygnus с узла 1 (Unity).
Поставленная в скоро, чтобы быть-demated преддверия, Экспедиция 21 Бортинженер Николь Стотт обеспечивает ощущение масштаба как для СВМ и Common Hatch.
BEAM переводится в тыловой порт Транквилити в апреле 2016 года.
Бортинженер 5-й экспедиции Пегги А. Уитсон демонстрирует правильную форму для плавания через полностью оборудованный вестибюль.
Размер CBM позволил при строительстве МКС отложить установку пакетов размером со стойку до запуска модулей. Отсрочка позволила приспособить программу к изменениям наклонения орбиты, приспособив удары к полезной нагрузке шаттла.
- "> Воспроизвести медиа
Перенос ПММ "Леонардо" ГССБН.