太陽光発電パネルの展開

ロールアウトソーラーアレイ（ROSA）とその大型版であるISSロールアウトソーラーアレイ（iROSA）は、 Redwireによって設計・開発された、軽量で柔軟な宇宙船用電源です。^[1]

この新しいタイプの太陽電池アレイは、従来の太陽電池アレイよりもはるかに少ない質量で、はるかに多くのエネルギーを提供します。^[2]衛星に電力を供給するために使用されている従来の太陽電池パネルはかさばり、重いパネルを機械的なヒンジを使用して折り畳んでいます。宇宙に打ち上げられるペイロードは必然的に質量と体積が制限されるため、ROSAは20％軽量（質量325 kg（717ポンド））^[3]で、同じ性能の剛性パネルアレイの4分の1の体積です。^[4]

ROSA は、巻尺がスプールから巻き戻るのと同じように動作する、柔軟で巻き取り可能なソーラー アレイです。新しいソーラー アレイの設計では、巻き上げてコンパクトな円筒形にし、打ち上げ時に質量と容積を大幅に削減できるため、大幅なコスト削減と衛星の電力増加が見込まれます。ROSA には、電気を生成する光電池のストリングを支える柔軟な素材でできた中央の翼があります。翼の両側には、翼の長さ全体にわたって伸びてアレイを支える細いアームがあり、高ひずみ複合材ブームと呼ばれています。ブームは、硬い複合材でできた分割チューブのように見え、平らになって長さ方向に巻き上げられています。アレイを展開するのにモーターは必要ありません。これは、ブームに蓄えられた位置エネルギーを使用して実現され、各ブームがコイル形状からまっすぐなサポート アームに変化すると、その位置エネルギーが解放されます。次に、構造の両端にある巻き上げられたブームのひずみエネルギーによってソーラー ウィングが展開されます。

ブライアン・R・スペンスとスティーブン・F・ホワイトは、2010年1月21日にロールアウトソーラーアレイのアイデアを特許化した最初の人物です。^[5]彼らは2014年4月1日にこの研究の特許を取得しました。^[5]

NASAは2010年代を通じて地球上の真空チャンバーでROSA技術をテストし、有望な結果に満足し、2017年6月18日に宇宙でのテストを開始しました。ROSAは6月3日にSpaceX CRS-11で打ち上げられました。 ^[3] 2017年6月17日から18日の週末、地上のエンジニアは国際宇宙ステーションのロボットCanadarm2を遠隔操作して、 SpaceX Dragon補給船からRoll Out Solar Array（ROSA）実験装置を取り出しました。観察後、機構を地球に回収する予定はありませんでした。太陽電池アレイは6月18日に展開し、幅1.6メートルの翼の両側にあるブームを張ることで伸びました。^[6] NASAは1週間連続テストを実施し、その結果を観察することを決定しました。エンジニアは、ISSの軌道上で極端な温度変動にさらされた太陽電池アレイの挙動を観察しました。振動と揺動も機械的に導入され、構造負荷に対するアレイの応答を評価した。^[7]実験後、地上の管制官は太陽電池パネルを格納構成で固定することができなかった。そのため、太陽電池アレイは12日間のテストの後、6月30日に国際宇宙ステーションから投棄された。^[8]

2021年6月、国際宇宙ステーションのP6トラスマストカンに2枚の新しいiROSAソーラーパネルが設置されました。^{[9] 2つの操作はそれぞれ6時間かかり、宇宙飛行士の}シェーン・キンブローとトーマス・ペスケによる3回の船外活動で実施されました。^{[10] [11] [12] [13]}新しいアレイは、昼間の軌道上でステーションに合計120キロワットの追加増強電力を提供することを目的としていました。^{[14] [更新が必要]}

2022年12月3日、第68次長期滞在クルーのジョシュ・カサダとフランク・ルビオは、S4トラスセグメントのアレイ3AにiROSAを設置し、米国の電力システムに接続した。船外活動員はボルトを外してケーブルを設置し、17時37分（GMT）、アレイは展開され電力を供給されている。先行タスクの一環として、彼らは次の船外活動のためにP4トラスセグメントの4Aアレイを準備し、S6セグメントの1Bアレイを取り外し、P4電子ボックスのトルクを解放し、遠征の5回目の船外活動の終わりに結合するためにトラスに沿ってケーブルを設置した。^[15]カサダの宇宙服に電源が入らなかったため、船外活動は遅れた。トラブルシューティング手順が実行され、カサダの宇宙服の電源が回復し、船外活動を継続することができた。ニック・ヘイグが船外活動の地上支援通信員を務めた。^{[16] [17]} 2022年12月22日、カサダとルビオの次の船外活動中に、もう1つのiROSAが古い4A太陽電池アレイの上に設置されました。^[18]

2023年6月9日、NASAの宇宙飛行士スティーブ・ボーエンとウォーレン・ホーバーグは、ステーションのクエストエアロックを出て、ステーションのS4トラスセクションの1A電源チャネルにアップグレードされたiROSAを設置しました。ボーエンとホーバーグはボルトを外し、ローラーを展開し、ケーブルを設置した後、ホーバーグがカナダアーム2の支援を受けて太陽電池アレイを持ち上げました。その後、2人の宇宙飛行士はそれをS4トラスの1A太陽電池アレイに設置しました。アレイは16:32 UTCに展開され、電力を供給されていると報告されました。^{[19] [20]} 2023年6月15日、ボーエンとホーバーグの次の船外活動中に、もう1つのiROSAがS6トラスセクションの古い1B太陽電池アレイの上に設置されました。^{[21] [22]}

最後のiROSAセットである7番目と8番目は、2025年にISSに送られ、P4トラスセグメントとS6トラスセグメントの2Aおよび3B電力チャネルを増強する予定です。^[23]

ISS の統合トラス構造の既存の太陽電池アレイ翼に搭載されている太陽電池は、15 年の耐用年数を想定して設計されていますが、時間の経過とともに徐々に劣化しています。これは、2000 年と 2006 年に打ち上げられた最初のアレイである P6 トラスと P4 トラスで特に顕著です。

翼を増強するため、2021年6月初旬から2023年6月初旬にかけて、SpaceXのドラゴン2貨物バージョンのトランクにiROSAと呼ばれる3対の拡大版がSpaceX CRS-22、CRS-26、CRS-28に搭載されて打ち上げられた。^[24] 4組目は2025年に打ち上げられる予定。 ^[23]これらのアレイは既存の翼の半分の幅で、翼の中央部分の長さの半分から3分の2の間に沿って展開されることになっており、その平面は既存の太陽電池アレイの翼の平面より10°の角度で傾斜している。^{[25] [14]}

太陽電池アレイの翼を保持するP6トラスのマストカンにiROSAのサポートブラケットを取り付ける作業は、2021年2月下旬に第64次長期滞在の乗組員によって開始されました。 ^{[26] [14]}最初の一対のアレイが6月初旬に配達された後、^{[12] 6月16日に}第65次長期滞在のメンバーであるシェーン・キンブロー氏とトーマス・ペスケ氏が、P6トラスの2B電源チャネルとマストカンにiROSAアレイ1つを配置するための船外活動を行いました^[27] 。これは宇宙服のコンピューターが故障し、iROSAが展開時に技術的な問題に遭遇するまでは成功していましたが、その結果、7時間15分続いた船外活動は早期に終了しました。^{[28] [29]} 6月20日と25日には、さらに2回の船外活動が6時間28分から6時間45分にわたって行われ、^[29]キンブローとペスケは最初のiROSAの展開と、2番目のiROSAの4B電力チャネルとマストカンへの設置と展開を完了した。^{[29] [9] [10] [13]}

2組目のiROSAアセンブリは後に設置され、そのうちの1つはP4トラスに設置された。第65次長期滞在の星出彰彦宇宙飛行士とマーク・ヴァンデ・ヘイ宇宙飛行士は、2021年8月24日に先行ブラケットの設置を行う予定だった。 ^{[30] [要更新]}ヴァンデ・ヘイが「軽微な健康上の問題」に遭遇したため、9月に延期された。^[31]彼に代わってトーマス・ペスケが乗船した。船外活動は2021年9月12日に始まり、6時間45分続いた。^[32] 2組目のアレイは、2022年11月26日にSpaceX CRS-26で打ち上げられた。^[24] 2022年12月3日、第68次長期滞在クルーのジョシュ・カサダとフランク・ルビオは、アレイを最終位置であるS4セグメントの3A電力チャネルとマストカン、およびP4セグメントの4A電力チャネルとマストカンに設置するための船外活動を開始した。^{[33] [25]}彼らは12月22日に設置を完了した。^[18]

3番目のアレイペアは、2023年6月5日にSpaceX CRS-28で打ち上げられた。^{[34] [35]} 2023年6月9日、第69次長期滞在クルーのスティーブン・ボーエンとウォーレン・ホーバーグは、アレイを最終位置であるS4セグメントの1A電力チャネルとマストカン、およびS6セグメントの1B電力チャネルとマストカンに設置するための船外活動を開始した。 ^{[19] [36]}彼らは6月15日に設置を完了した。最後のiROSAペアである7番目と8番目は、2025年にP4トラスセグメントとS6トラスセグメントの2Aおよび3B電力チャネルに設置される予定である。^[23]

Lunar GatewayおよびDouble Asteroid Redirection Test (DART) ミッションの電力および推進要素では、太陽電気推進に ROSA 技術が使用されました。

DARTに搭載されたROSAにより、宇宙船は宇宙を航行し、ディディモス小惑星系に到達することができた。柔軟で巻き取り可能なモジュラー翼は、宇宙ではより軽量でコンパクトで剛性が高く、iROSAよりも小型であった。各アレイはゆっくりと展開し、長さは28フィート（8.53メートル）に達した。DARTは新しいアレイを搭載した最初の探査機であり、将来のミッションでの使用への道を開いた。レッドワイヤーは2021年5月にROSAをAPLに引き渡し、数週間にわたってAPLチームと緊密に協力して、慎重に宇宙船に取り付けた。取り付けは2021年8月13日に完了した。^[37]

各DARTソーラーアレイのごく一部は、非常に高効率なSolAero反転変成多接合（IMM）太陽電池と反射集光器を備えた変換ソーラーアレイ技術を実証するように構成されており、現在のソーラーアレイ技術の3倍の電力を供給します。^{[38] [39]}

このROSA技術は後に商業用途に拡張され、最初の顧客はOvzonでした。同社の衛星はMaxar Technologies製のOvzon-3で、 2024年1月3日にファルコン9ロケットで静止トランスファー軌道に打ち上げられました。 ^[40]その後、太陽電池アレイは2024年1月10日に配置されました。^[41]

CRS-11

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  SpaceX CRS-11ミッションパッチ^[a]
• 
  CRS-11の打ち上げ

CRS-22

• 
  SpaceX CRS-22 パッチ^[b]
• 
  ISS iROSA 2B および 4B パッチ ミッション パッチ
• 
  CRS-22打ち上げ

二重小惑星リダイレクトテスト

• 
  ダートミッションパッチ^[c]
• DARTのロールアウトソーラーアレイ（ROSA）開発
• 
  ROSAはDART宇宙船への搭載準備完了
• 
  DART に設置されているロールアウト型ソーラーアレイ (ROSA)
• 
  ダーツ発射

CRS-26

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  SpaceX CRS-26 ミッションパッチ
• 
  CRS-26打ち上げ

CRS-28

• 
  SpaceX CRS-28 ミッションパッチ
• 
  CRS-28打ち上げ

オヴゾン3

• 
  Ovzon-3 打ち上げ

• ソーラーパネル
• 太陽電池アレイ
• 国際宇宙ステーションの電気システム
• レッドワイヤー

• この記事には、アメリカ航空宇宙局 のウェブサイトまたは文書からのパブリック ドメインの資料が組み込まれています。
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ウィキメディア・コモンズには、ロールアウト型ソーラーアレイ (ROSA)に関連するメディアがあります。

• 国際宇宙ステーションにおける実験用太陽電池アレイの展開
• ISSからの太陽電池パネルの分離
• 2021年6月25日、ISSでの運用太陽電池アレイの展開