Rulla ut Solar Array

iRosa-paneler skjutna under SpaceX Crew-2 flygning

Nyutvecklad iROSA-panel sett från en zoomkamera på P6 Truss

ROSA hålls av robotarmarna på den internationella rymdstationen

Roll Out Solar Array (ROSA) och dess större version ISS Roll Out Solar Array (iROSA) är lätta, flexibla kraftkällor för rymdfarkoster designade och utvecklade av Redwire .

Denna nya typ av solpaneler ger mycket mer energi än traditionella solpaneler med mycket mindre massa. Traditionella solpaneler som används för att driva satelliter är skrymmande, med tunga paneler som vikas ihop med hjälp av mekaniska gångjärn. Med tanke på att en utrymmesbunden nyttolast är begränsad i sin massa och volym av nödvändighet, är ROSA 20 procent lättare (med en massa på 325 kg (717 lb)) och en fjärdedel av volymen hos stela paneler med samma prestanda.

ROSA är en flexibel och rullbar solcellspanel som fungerar på samma sätt som ett måttband rullas av på sin spole. Den nya solpanelsdesignen rullas ihop för att bilda en kompakt cylinder för uppskjutning med betydligt mindre massa och volym, vilket potentiellt kan erbjuda betydande kostnadsbesparingar såväl som en ökning av kraften för satelliter. ROSA har en mittvinge gjord av ett flexibelt material som stödjer strängarna av solcellsceller som producerar elektricitet. Båda sidorna av vingen har en smal arm som sträcker sig genom längden av vingen för att ge stöd till arrayen, en så kallad högtöjbar kompositbom. Bommarna ser ut som delade rör gjorda av ett styvt kompositmaterial , tillplattade och upprullade på längden. Arrayen behöver ingen motor för att vecklas ut. Detta uppnås genom att använda den potentiella energi som lagras i bommarna som frigörs när varje bom övergår från en spiralform till en rak stödarm. Solvingarna utplaceras sedan på grund av spänningsenergi i rullade bommar som finns i de två ändarna av strukturen.

Patent

Brian R. Spence och Stephen F. White var de första som patenterade idén med Roll Out Solar Array den 21 januari 2010. De fick patent på detta arbete den 1 april 2014.

Historia

ROSA testuppdrag

ISS rullar ut solpaneler som görs i rymdstationens processanläggning vid KSC

NASA testade ROSA-tekniken i vakuumkammare på jorden under hela 2010-talet och nöjda med de lovande resultaten började testa den i rymden den 18 juni 2017. ROSA lanserades ombord på SpaceX CRS-11 den 3 juni. Under helgen 17–18 juni 2017 fjärrstyrde ingenjörer på marken den internationella rymdstationens robotiserade Canadarm2 för att extrahera experimentet Roll Out Solar Array (ROSA) från SpaceX Dragons återförsörjningsfartyg. Efter observationen var mekanismen inte planerad att hämtas tillbaka till jorden. Solpanelen vecklades ut den 18 juni och sträckte sig genom att spänna bommar på båda sidor av den 1,6 meter breda vingen. NASA beslutade att genomföra kontinuerliga tester i en vecka och observera dess konsekvenser. Ingenjörer observerade beteendet hos solpanelen när den utsattes för extrema temperatursvängningar genom ISS:s omloppsbana. Vibrationer och oscillationer infördes också mekaniskt för att bedöma arrayens svar på strukturella belastningar. Efter experimenten kunde markkontroller inte låsa solpanelen i dess stuvade konfiguration. Solpanelen kastades därför ut från den internationella rymdstationen den 30 juni, efter det 12 dagar långa testet.

iROSA 2B/4B

ISS-65 En iROSA i greppet på robotarmen Canadarm2

I juni 2021 installerades två nya solpaneler iROSA på den internationella rymdstationens P6 truss-mastburkar . De två operationerna tog sex timmar vardera att slutföra och utfördes på tre rymdpromenader av astronauterna Shane Kimbrough och Thomas Pesquet . De nya arrayerna var avsedda att ge stationen totalt 120 kilowatt extra förstärkt kraft under dagtid. ^{[ behöver uppdateras ]}

iROSA 3A/4A

I december 2022 installerade Expedition 68- besättningsmedlemmarna Josh Cassada och Frank Rubio en iROSA vid Array 3A på S4 truss-segmentet och kopplade den till det amerikanska elsystemet. Rymdvandrarna lossade bultar och installerade kablar och klockan 17:37 GMT var arrayen utplacerad och får ström. Som en del av framstegsuppgifterna förberedde de 4A-matrisen på P4-fackverkssegmentet för nästa rymdpromenad, degraderade 1B-arrayen på S6-segmentet, bröt vridmomentet på P4-elektronikboxarna och installerade kablar längs fackverket som skulle kopplas ihop kl. slutet av expeditionens femte rymdpromenad. Rymdpromenaden mötte en fördröjning när Cassadas kostym inte startade. Felsökningssteg utfördes och strömmen återställdes till Cassadas kostym så att de kunde fortsätta rymdpromenaden. Nick Hague var markstödskommunikatör för rymdpromenaden. Den 22 december 2022, under Cassada och Rubios nästa rymdpromenad, installerades den andra iROSA ovanpå den gamla 4A solpanelen.

Ansökningar

Med tiden har solcellerna på ISS befintliga Solar Array Wings på den integrerade trussstrukturen försämrats gradvis, efter att ha designats för en 15-årig livslängd. Detta är särskilt märkbart med de första arrayerna som lanserades, med P6 och P4 Trusses 2000 och 2006.

För att förstärka vingarna planeras tre par uppskalade versioner kända som iROSA av NASA att lanseras i bagageutrymmet på SpaceX Dragon 2- lastrymdfarkosten från början av juni 2021 till början av 2023, ombord på SpaceX CRS-22 , CRS-26 och CRS-28 . Dessa arrayer, halva bredden av de befintliga vingarna, är avsedda att placeras ut längs den centrala delen av vingarna mellan hälften och två tredjedelar av deras längd, och deras plan lutar i en 10° vinkel över planet för den befintliga solenergin. array vingar.

Arbetet med att installera iROSA:s stödfästen på P6 truss mastburkar som håller Solar Array Wings initierades av besättningsmedlemmarna på Expedition 64 i slutet av februari 2021. Efter att det första paret arrayer levererades i början av juni, en rymdpromenad den 16 juni av medlemmarna Shane Kimbrough och Thomas Pesquet från Expedition 65 att placera en iROSA-array på 2B-strömkanalen och mastburken på P6-fackverket lyckades tills en rymddräktsdator inte fungerade och iROSA stötte på tekniska problem med utplaceringen, vilket resulterade i att rymdpromenaden avbröts tidigt, ha varat i 7 timmar och 15 minuter. Ytterligare två rymdpromenader, den 20 och 25 juni och varade mellan 6 timmar 28 minuter och 6 timmar och 45 minuter, såg Kimbrough och Pesquet slutföra den första iROSA:s utplacering samt installationen och utplaceringen av den andra iROSA på 4B-strömkanalen och mastburken .

Nästa par iROSA-enheter kommer att installeras med en av dem på P4 Truss. Astronauterna Akihiko Hoshide och Mark Vande Hei från Expedition 65 var planerade att utföra den föregående konsolinstallationen den 24 augusti 2021. [ ^{behöver uppdateras ]} Det sköts upp till september efter att Vande Hei stött på "mindre medicinska problem". Han ersattes av Thomas Pesquet. Rymdpromenaden började den 12 september 2021 och varade i 6 timmar och 45 minuter.

Nästa par arrayer lanserades ombord på SpaceX CRS-26 den 26 november 2022. Den 3 december 2022 påbörjade Expedition 68:s besättningsmedlemmar Josh Cassada och Frank Rubio en rymdpromenad för att installera arrayerna på deras slutliga platser, vid 3A-strömkanalen och masten burk på S4-segmentet, och 4A-strömkanal och mastburk på P4-segmentet. De slutförde installationen den 22 december.

DART-satellit som visar dess ROSA fullt utplacerad

Power and Propulsion Element of the Lunar Gateway och Double Asteroid Redirection Test ( DART)-uppdraget kommer att använda ROSA-teknik för att driva sin elektriska solframdrivning .

ROSA på DART kommer att göra det möjligt för rymdfarkosten att navigera genom rymden och nå Didymos asteroidsystem. De flexibla och rullbara modulära vingarna är lättare, mer kompakta och styvare i utrymmet och mindre än iROSA. Varje array kommer långsamt att vecklas ut för att nå 28 fot (8,53 m) i längd. DART kommer att vara den första sonden som flyger de nya arrayerna, vilket banar väg för deras användning på framtida uppdrag. Redwire levererade ROSA till APL i maj 2021 och arbetade nära APL-teamet under några veckor för att noggrant installera dem på rymdfarkosten. Installationen slutfördes den 13 augusti 2021.

Transformationellt Solar Array-experiment på DARTs Roll Out Solar Array (ROSA)

En liten del av varje DART-solarray är konfigurerad för att demonstrera Transformational Solar Array- teknologi, som har mycket högeffektiva SolAero Inverted Metamorphic Multijunction (IMM) solceller och reflekterande koncentratorer som ger tre gånger mer kraft än nuvarande solcellsteknik.