一体型トラス構造

国際宇宙ステーション(ISS)の統合トラス構造( ITS )は、連結されたトラスの直線的な配列で構成され、その上に、補給キャリア、ラジエーター、太陽電池アレイ、その他の機器などのさまざまな非加圧コンポーネントが搭載されています。これは、ISS にバスアーキテクチャを提供します。長さは約 110 メートルで、アルミニウムとステンレス鋼で作られています。

すべてのトラスコンポーネントは、計画された最終位置に基づいて命名されました。Z は天頂、S は右舷、P は左舷で、番号は連続した位置を示します。S0 トラスは、デスティニーの天頂位置の中央に取り付けられており、右舷でも左舷でもないため、誤った名前であると考えられます。

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

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

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

Z1 トラスのもう 1 つの目的は、STS-120 中に P5 トラスの端に再配置されるまで、「P6 トラスと太陽電池アレイ」の一時的な取り付け位置として機能することでした。メイン トラスの一部ではありませんが、Z1 トラスは ISS の最初の恒久的な格子構造で、桁に非常に似ており、将来的にステーションの主要なトラスまたはバックボーンを追加する準備を整えます。このトラスは、ステンレス鋼、チタン、およびアルミニウム合金で作られています。

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

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

2007 年 10 月、P6 トラス要素は Z1 から切り離され、P5 に移動されました。P6 は今後、P5 と恒久的に接続されることになります。Z1 トラスは現在、CMG、通信機器、プラズマ コンタクタを収容するためにのみ使用されています。さらに、Z1 は現在、Unity (ノード 1) のみに接続されており、宇宙ステーションの他の要素は収容されていません。

2008年12月、アド・アストラ・ロケット社はNASAとVASIMRイオンスラスタの飛行試験バージョンをISSに搭載し、再ブースト任務を引き継ぐ契約を締結したと発表した。2013年、スラスタモジュールは2015年にZ1トラスの上に搭載される予定だった。^[6] NASAとアド・アストラは2015年にVASIMRエンジンを最大3年間開発する契約を締結した。^[7]しかし、2015年にNASAはVF-200をISSに飛ばす計画を終了した。NASAの広報担当者は、ISSは「エンジンの望ましい性能レベルを示す理想的な実証プラットフォームではなかった」と述べた。^{[8] （軌道維持に}イオンスラスタを使用した宇宙船の例としては、重力場および定常海洋循環探査機があり、そのエンジンにより非常に低い軌道を維持することができた。）

S0 トラス (センター統合トラス アセンブリ スターボード 0 トラスとも呼ばれる) は、宇宙ステーションの中央バックボーンを形成します。2002年 4 月のSTS-110で、デスティニー実験モジュールの上部に取り付けられました。S0 は、加圧されたステーション モジュールに電力を供給し、モジュールから S1 トラスと P1 トラスに熱を伝導するために使用されます。S0 トラスは ISS にドッキングされていませんが、4 つのモジュール トラス構造 (MTS) ステンレス鋼支柱で接続されています。

P1 トラスと S1 トラス (左舷および右舷側熱ラジエーター トラスとも呼ばれる) は S0 トラスに取り付けられており、宇宙ステーションとともにカナダアーム 2と宇宙飛行士を作業現場に輸送するためのカートが入っています。それぞれ 290 kg (637 ポンド) の無水 アンモニアを 3 つの熱除去ラジエーターに流します。S1 トラスは 2002 年 10 月にSTS-112で打ち上げられ、P1 トラスは2002 年 11 月にSTS-113で打ち上げられました。S1 および P1 構造の詳細設計、テスト、および構築は、カリフォルニア州ハンティントン ビーチのマクドネル ダグラス (現ボーイング) によって実施されました。構造の最初の部品は 1996 年に切り出され、最初のトラスの納品は 1999 年に行われました。

P2トラスとS2トラスは、スペースステーションフリーダムの当初の設計ではロケットスラスタの設置場所として計画されていた。ISSのロシア側もその機能を提供していたため、スペースステーションフリーダムの設計の再ブースト機能はその場所では不要になった。そのため、P2トラスとS2トラスはキャンセルされた。^[9]

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

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

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

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

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

P6トラスは、P4トラスの太陽電池アレイ・ウィング（SAW）が起動する前に、ステーションに不可欠な電力を生成する大きなSAWを含むため、2番目に追加されたトラス・セグメントでした。もともとZ1トラスに取り付けられ、STS-97中にSAWが展開されましたが、 STS-116とSTS-117中に、それぞれP4トラスとS4トラスのSAWのための場所を確保するために、SAWは一度に半分ずつ折りたたまれました。シャトル・ミッションSTS-120（組み立てミッション10A）では、P6トラスをZ1から切り離し、P5トラスに再度取り付け、ラジエーター・パネルを再展開し、SAWの再展開を試みました。1つのSAW（2B）は正常に展開されましたが、2番目のSAW（4B）に大きな裂け目が生じ、約80%で一時的に展開が停止しました。その後この問題は修正され、アレイは完全に展開されました。その後の組み立てミッション (シーケンス外のSTS-119 ) では、S6 トラスが S5 トラスに取り付けられ、4 番目で最後の太陽電池アレイとラジエーターのセットが提供されました。

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

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  2000 年 10 月のSTS-92のZ1 トラス(上) とユニティ モジュール(下)
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  S0トラス(上)、STS-110、2002年 4 月 17 日
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  ISS S1 トラス要素がSTS-112に設置されている様子2002 年 10 月 10 日
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  ISS P1 トラス要素がSTS-113に設置されている様子2002 年 11 月 28 日
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  2006 年 9 月 13 日、 STS-115中にP3 /P4 トラス アセンブリが設置されているところ。宇宙飛行士が画像の大きさを示しています。
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  2007 年 6 月 11 日のミッションSTS-117の最初のEVA中に新しく設置されたS3/S4 トラス アセンブリ。
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  スペースシャトルディスカバリー号のカナダアーム 1ロボットアームは、2006 年 12 月のシャトル ミッションSTS-116中に、P5 トラス セクションを国際宇宙ステーションのカナダアーム 2に引き渡します。
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  スペースシャトルエンデバー号は、 STS-118ミッション中に、S5 トラス セクションの設置準備が整った状態で国際宇宙ステーションに接近します。
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  構造用鋼フレームの EVA ビュー
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  ハンティントンビーチのボーイング社における S3 トラス エンド ピースの製造

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  2007年11月5日、 STS-120によるP6トラスアセンブリ（右端）の再配置後の国際宇宙ステーション
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  宇宙ステーションのトラス組立完成図（2009年3月現在）

国際宇宙ステーションの主なエネルギー源は、現在ステーションに設置されている米国製の大型太陽光発電アレイ4台で、ソーラーアレイ・ウィング（SAW）とも呼ばれる。最初の一対のアレイはP6トラスセグメントに取り付けられており、2000年後半にSTS-97で打ち上げられ、Z1の上に設置された。P6セグメントは、2007年11月のSTS-120で最終位置であるP5トラスセグメントにボルトで固定されて再配置された。2番目のアレイのペアは2006年9月のSTS-115で打ち上げられ、設置されたが、ステーションの電気配線がやり直された2006年12月のSTS-116まで電力を供給しなかった。3番目のアレイのペアは2007年6月のSTS-117で設置された。最後のペアは2009年3月のSTS-119で到着した。ロシアが建設したサイエンスパワープラットフォームを通じて、より多くの太陽光発電が利用可能になる予定だったが、キャンセルされた。^[11]

それぞれのソーラーアレイウィングは長さ34メートル（112フィート）、幅12メートル（39フィート）で、質量は約1,100キログラム（2,400ポンド）で、約30kWの直流電力を発電することができます。^[12]これらは2つの太陽光発電ブランケットに分かれており、その間に展開マストがあります。各ブランケットには16,400個のシリコン 太陽光発電セルがあり、各セルのサイズは8cm x 8cmで、82個のアクティブパネルにグループ化されており、各パネルは200個のセルと4,100個のダイオードで構成されています。^[11]

各ブランケットのペアは、宇宙にコンパクトに届けられるようアコーディオンのように折り畳まれている。軌道に乗ると、各ブランケットのペアの間にある展開マストがアレイを最大の長さまで広げる。ベータ ジンバル アセンブリ(BGA)と呼ばれるジンバルは、アレイを太陽に向けるように回転させて国際宇宙ステーションに最大の電力を供給するために使用される。 ^[要出典]

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

アルファジョイントは、太陽電池アレイが太陽を追跡できるようにする主要な回転ジョイントです。通常の動作では、アルファ ジョイントは各軌道で 360° 回転します (ただし、ナイト グライダー モードも参照) 。ソーラー アルファ ロータリー ジョイント (SARJ) の 1 つは P3 トラス セグメントと P4 トラス セグメントの間にあり、もう 1 つは S3 トラス セグメントと S4 トラス セグメントの間にあります。動作中、これらのジョイントは連続的に回転し、外側のトラス セグメントの太陽電池アレイ ウィングが太陽に向いた状態を保ちます。各 SARJ は直径 10 フィート、重量は約 2,500 ポンドで、ベアリング アセンブリとサーボ制御システムを使用して連続的に回転できます。左舷と右舷の両方で、すべての電力は SARJ のユーティリティ トランスファー アセンブリ (UTA) を通過します。ロール リング アセンブリにより、回転インターフェイスを介してデータと電力を伝送できるため、巻き戻す必要はありません。SARJ は、ロッキード マーティンとその下請け業者によって設計、構築、テストされました。^[11]

ソーラーアルファ回転ジョイントには、ITSの外側セグメントが回転して太陽を追跡できるようにするドライブロックアセンブリが含まれています。DLAのコンポーネントは、ブルギアとして機能するレースリングとかみ合うピニオンです。各SARJには2つのレースリングと2つのDLAがあり、軌道上の冗長性を提供しますが、代替レースリングを使用するためにDLAとトランドルベアリングアセンブリ（TBA）を再配置するには、一連の宇宙遊泳が必要になります。予備のDLAはSTS-122でISSに持ち込まれました。^[23]

2007年、右舷SARJと2つのベータジンバルアセンブリ（BGA）のうちの1つに問題が見つかりました。^[24] 損傷は、ジョイント機構のトラックの過度かつ早期の摩耗が原因でした。SARJは問題診断中に凍結され、2008年に問題に対処するためにトラックに潤滑剤が塗布されました。^[25]

シーケンシャル シャント ユニット (SSU) は、日射期間中 (太陽を向いている期間中にアレイが電力を集める) に集められた太陽光発電を大まかに調整するように設計されています。82 本の独立したストリング (電力線) のシーケンスが、太陽電池アレイから SSU まで伸びています。各ストリングの出力をシャント (制御) することで、転送される電力の量を調整します。調整された電圧設定点は、IEA にあるコンピューターによって制御され、通常は約 140 ボルトに設定されます。SSU には過電圧保護機能があり、すべての動作条件で出力電圧を最大 200 V DC 未満に維持します。この電力は、BMRRM を介して IEA にある DCSU に渡されます。SSU の寸法は 32 x 20 x 12 インチ (81 x 51 x 30 cm)、重量は 185 ポンド (84 kg) です。^[要出典]

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

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

2017年から2021年にかけて、ニッケル水素電池はリチウムイオン電池に交換されました。^[30] 2017年1月6日、第50次長期滞在クルーのシェーン・キンブロー氏とペギー・ウィットソン氏は、ISSで最も古い電池の一部を新しいリチウムイオン電池に交換する作業を開始しました。^[30] 第64次長期滞在クルーのビクター・J・グローバー氏とマイケル・S・ホプキンス氏は、2021年2月1日にこのキャンペーンを終了しました。 ^{[35] [36] [37] [38]} 2つの電池技術には多くの違いがあります。1つの違いは、リチウムイオン電池は2倍の充電を処理できるため、交換時に必要なリチウムイオン電池の数が半分で済むことです。^{[30] [29]}また、リチウムイオン電池は古いニッケル水素電池よりも小型です。^[30]リチウムイオン電池は、顕著な劣化が起こる前に充放電サイクルをあまり耐えられないため、通常、ニッケル水素電池よりも寿命が短いですが、ISSのリチウムイオン電池は、60,000サイクルと10年の寿命で設計されており、元のニッケル水素電池の設計寿命6.5年よりもはるかに長くなっています。^[30]

モバイルベースシステム（MBS）は、ロボットアームCanadarm2とDextreをS3トラスとP3トラスの間のレールに沿って108メートル運ぶためのプラットフォーム（モバイルトランスポーターに搭載）です。^[39]レールの向こう側では、Canadarm2はアルファ回転ジョイントをまたいで、 S6トラスとP6トラスの固定具をつかむために移動することができます。STS-120の間、宇宙飛行士のスコット・パラジンスキーはオービターブームセンサーに乗って4Bソーラーアレイの裂け目を修復しました。

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

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

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