Nemzetközi Űrállomás (ISS)


A Nemzetközi Űrállomás (angolul: International Space Station, rövidítve: ISS) egy űrállomás alacsony Föld körüli pályán. Az egyik legdrágább és legnagyobb űreszköz az űrkutatás történelmében. A programban 16 ország vesz részt: Amerikai Egyesült Államok, Oroszország, Japán, Kanada, Brazília és az ESA 11 tagállama. Brazília és Olaszország a NASA-val kötött külön szerződéssel is részt vesz.

Az űrállomás körülbelül 360 km magasságban, alacsony Föld körüli pályán kering. A légköri fékezőhatás és a pályamódosítások miatt a pályamagasság néhány kilométert változhat. Az űrállomás átlagosan 100 métert veszít naponta pályamagasságából. A Földet 92 percenként kerüli meg.

Sok tekintetben a Nemzetközi Űrállomás a korábban tervezett független űrállomások, az orosz Mir–2, az amerikai Freedom űrállomás és az európai Columbus laboratórium egyesítését jelenti, állandó emberi jelenléttel az űrben: legkevesebb két tagú személyzete van 2000. november 2-a óta.

Az űrállomást főleg az amerikai űrrepülőgépek, a Szojuz és a Progressz űrhajók szolgálják ki. Az ellátást kiegészítik az ATV (Automated Transfer Vehicle) európai és a HTV (H-2 Transfer Vehicle) japán teherűrhajókkal. Folyamatos bővítés alatt áll, de végeznek tudományos kísérleteket is rajta. Az állomás 2009-es tartós befogadóképessége maximum hat űrhajós. Az állandó személyzetek minden űrhajósa amerikai vagy orosz volt, egészen 2006 júliusáig, amikor Thomas Reiter német űrhajós csatlakozott a 13. állandó személyzethez. Az ISS-t ezenkívül sok űrhajós meglátogatta más országokból, és több űrturista is.

A Nemzetközi Űrállomás elnevezés (orosz rövidítése: MKSZ) nemzetközi egyeztetés során jött létre. Az első javasolt név az Alpha Űrállomás volt, amelyet az oroszok nem fogadtak el. Ez a név valami újat jelentett volna, holott ők már évekkel korábban egész űrállomás-sorozatot (Szaljut) indítottak. Az orosz javaslatú Atlant nevet az amerikaiak nem fogadták el, mert az óceánba elsüllyedt Atlantisz nevű kontinensre emlékeztetett, és összetéveszthető lett volna az Atlantis űrrepülőgéppel is.



Történet

A Zarja és a Unity 1999 júniusábanAz ISS első modulját, a Zarját 1998. november 20-án indították Bajkonurból. 1998. december 4-én az Endeavour űrrepülőgép sikeresen Föld körüli pályára vitte a Unity nevű amerikai kikötőmodult is.

Ezután három karbantartó látogatás következett az űrrepülővel, 1999-ben az STS–96, 2000-ben az STS–101 és az STS–106.

A Zvezda lakómodul indítása két évet csúszott, így csak 2000. július 12-én indították, és két hét múlva kapcsolták rá a már fenn lévő két modulra. Még abban az évben indították a Z1 rácselemet is. 2000. november 2-án érkezett meg az űrállomásra az első személyzet, William Shepherd (USA), Jurij Gidzenko és Szergej Krikaljov (Oroszország). Még ugyanezen év vége előtt az Endeavour űrrepülőgép az STS–97 repülésen a Z1 rácselemhez kapcsolta a P6 rácselemet az első amerikai napelemmodullal.

2001 februárjában az STS–98 repülésen kapcsolták az állomásra az első kutatómodult, az amerikai Destinyt, ezt követte márciusban az STS–102 repülés, mely utánpótlást szállított, majd áprilisban a kanadai SSRMS robotkar következett az STS–100 küldetés során. Júliusban az STS–104 küldetés a Unity modulhoz kapcsolta az amerikai Quest zsilipmodult, amely a későbbi amerikai űrséták bázisául szolgált. Az amerikai zsilipet szeptemberben az STS–105 utánpótlást szállító repülése követte. Szeptemberben Szojuz hordozórakétával indították a Pirsz zsilipmodult mely a Zvezda modulhoz kapcsolódása után az orosz űrséták bázisául szolgál. Az év utolsó küldetésen az STS–108 szintén utánpótlást és berendezéseket vitt az űrállomásra.

2002 márciusában kezdődött el az amerikai rácsszerkezet építése az STS–110 küldetéssel, melyben a központi S0 rácselemet kapcsolták a Destiny modulhoz. Az S0 rácson kapott helyet a Mobile Transporter (MT) sínautó, amely a rácsszerkezeten hosszában volt képes haladni. Ezt követte júniusban az STS–111 utánpótlás-szállító küldetés, ami a robotkar bázisául szolgáló MBS elemet rögzítette az MT sínautóra. Ezt követően októberben az STS–112 repülésen az S1 rácselemet, majd az STS–113 repülésen a P1 rácselemet csatlakoztatták az állomáshoz.

A 2003-as év meglehetősen gyászos volt az amerikai űrkutatás számára a Columbia űrsikló katasztrófája miatt, amely az amerikai űrrepülőgépekre kivetett repülési tilalmat, következésképpen a Nemzetközi Űrállomás építésének a megakadását is maga után vonta. Két és fél éven keresztül a személyzet váltását a Szojuz űrhajók, az utánpótlás szállítását a Progressz űrhajók végezték. A személyzet létszámát háromról kettőre csökkentették, ezért a kutatási lehetőségek is leszűkültek.

Az amerikai űrrepülőgépek repüléseit 2005 júliusában kezdték újra a Discovery STS–114 repülésével, de újabb egy évre halasztották el a következő indítást a startkor leváló törmelékek miatt.

2006 márciusában a programban résztvevő öt űrügynökség megegyezett egy új építési tervben, melynek alapján 2010-re fejezik be az űrállomás építését.


Az űrállomás ideiglenes kiépítése 2002 decemberétől, 2006 szeptemberéig, az építés újraindításáig.2006 júliusában a Discovery utánpótlást vitt az űrállomásra az STS–121 repülésen. 2006 szeptemberében az STS–115 repülésen felszerelték a P3/P4 elemet és napelemtáblákat, ezzel több éves kihagyás után tovább folytatódott az űrállomáson az építkezés. Az STS–116 decemberben további utánpótlást és a P5 rácselemet vitte fel, amit a P3/P4 elemhez kapcsoltak. Ekkor aktiválták teljesen a P4 rácselemen lévő napelemmodult, miután a P6 rácselem útban lévő napelemtábláját némi nehézségek árán összecsukták.

2007 tavaszán jutott fel az űrállomásra a Szojuz TMA–10 fedélzetén az első magyar, Charles Simonyi, aki űrturistaként vett részt a repülésen. Simonyi többek között a magyar fejlesztésű Pille dózismérővel is végzett méréseket, valamint rádiókapcsolatot létesített magyar rádióamatőrökkel.

A rácsszerkezet építése júniusban az STS–117 repüléssel folytatódott, amely az S3/S4elemeket kapcsolta az űrállomáshoz. Az augusztusi STS–118 küldetés az ESP–3 külső tárolóplatformot és az S5 rácselemet vitte fel. Az S5 rácselemet az S4-hez kapcsolták. Az újonnan felvitt napelemmodullal a P6 rácselem másik napelemtáblájának és két ideiglenes hűtőradiátorának összecsukása után az űrállomás elektromos és hőszabályozó rendszerei már a végleges konfigurációban kezdtek működni. A minden eddiginél nagyobb űrbeli elektromos rendszer aktiválása tápellátási problémákat okozott az űrállomás központi számítógépeinél, amit a földi irányítás segítségével sikerült felderíteni és áthidalni. Októberben hagyták jóvá az űrállomás végleges kiépítésének módosított tervét. Az MLM modult elhalasztották. Az utolsó napelemmodul indítását az európai és a japán kutatómodulok indítása utánra tették. Az MRM–2 modult előrehozták 2009-re. Az MRM-1 modul és a Tranquility modul helyet cserélt a kiépítési sorrendben. Ugyanezen hónap végén az űrállomás lakható részének bővítése hatéves szünet után indult újra. Az STS–120 küldetésen a Harmony névre keresztelt második csomóponti modult először a Unity modulhoz, majd az űrrepülő távozása után végleges helyére, a Destiny modulhoz kapcsolták. A P6 rácselemet a Z1 rácselemről végleges helyére, a P5 rácselemre helyezték át, majd sikeresen megjavították az újranyitás közben beszakadt egyik napelemtábláját. Ezzel az amerikai rész alapjai készen álltak a további kutatómodulok fogadására.


Az űrállomás 2008-as kiépítése2008 februárjában az STS–122 küldetés vitte fel az európai Columbus kutatómodult. Ezt követte márciusban az STS–123, ami a japán Kibo egység első elemét, a raktármodult (JLP), és a kanadai DEXTRE robotkar-manipulátort kapcsolta az állomáshoz. Április harmadikán majdnem egy hónapos tesztrepülés után a Jules Verne névre keresztelt első ATV teherszállító űrhajó kapcsolódott az űrállomás Zvezda moduljához. A Kibo egység második elemét, a nagy kutatómodult (JPM) és annak saját robotkarját (RMS) júniusban az STS–124 repülésen csatlakoztatták. Novemberben az STS-126 küldetésen utánpótlást és a személyzet bővítéséhez szükséges életfenntartó berendezéseket szállítottak az űrállomásra, valamint sikeres javításokat végeztek a 2007 végén meghibásodott elsődleges napelemforgató egységen.

2009 márciusában az STS-119 repülésen szerelték fel az S6 rácselemet az űrállomás utolsó napelemmoduljával. Júliusban sz STS–127 a külső kísérleti platform felszerelésével fejezte be a japán Kibo egység kiépítését. Augusztusban az STS-128 utánpótlást és kutatóeszközöket szállított. Szeptemberben az űrállomás robotkarjával sikeresen csatlakoztatták az első HTV teherűrhajót Novemberben Szojuz hordozórakétával indították a Poiszk kutató és zsilipmodult amely a Zvezda modulhoz kapcsolódott.

Az űrállomás felépítéséhez a jelenlegi tervek szerint összesen 41 indítás lesz szükséges. A 41 indításból 36 űrrepülő küldetés, a többi 5 pedig orosz rakétaindítás. 2009 szeptemberig az űrállomáshoz 32 alkalommal kapcsolódott űrrepülő, továbbá 21 Szojuz űrhajó, 36 Progressz teherűrhajó egy ATV teherűrhajó és egy HTV teherűrhajó.

Felépítés

A Nemzetközi Űrállomás felépítése a befejezés után.(A jelenlegi tervek szerint)Az űrállomás egymáshoz kapcsolt hermetikus (lakható) modulokból és a hozzájuk kapcsolt rácsszerkezetből áll.

A jelenlegi tervek szerint a Nemzetközi Űrállomásnak 2010-ig a következő, légnyomás alatt lévő moduljai lesznek: Zarja, Zvezda, Destiny, Unity, Harmony, Tranquility, Columbus, Kibo ELM, Kibo-PM, Razvityije, továbbá a Quest, Pirsz és Poiszk zsilipmodulok, periodikusan a MPLM logisztikai modul, a Progressz, az ATV és a HTV teherűrhajók, valamint két-két Szojuz űrhajó. Ezekhez csatlakozik legkorábban 2011-ben az orosz MLM modul az előtte leválasztott Pirsz modul helyére.

Az építés befejezésekor az ISS hermetikus térfogata 600 m3 lesz, tömege 400 tonna, energiatermelése 110 kW, teljes hossza 108,4 méter, a modulok hossza 74 méter és hat fős személyzet dolgozhat majd rajta.

Energiaellátás

Az ISS energiaforrása a Nap: a napfényt napelemtáblákat használva alakítja át elektromos árammá. Az STS-97 2000. decemberi repülése előtt az egyetlen energiaforrása a Zarja és a Zvezda modulra felszerelt orosz napelemtáblák voltak. Mivel az űrállomás 92 percenként megkerüli a Földet, ezért az év legnagyobb részében a keringési idő kb. felét földárnyékban tölti. Az árnyékban töltött idő alatt az energiaellátást akkumulátorok biztosítják, amiket a napelemek folyamatosan feltöltve tartanak.

Az orosz modulok napelemtáblái 32 Volt feszültséget állítanak elő, az energiatárolást nikkel-kadmium akkumulátorok végzik. A Zvezda modulban 8 db, a Zarja modulban 6 db akkumulátor található a modulok belső terében. Ezt alakítják 28 Voltos felhasználói feszültségre. Az energiát a Zarja modulban található áramátalakítók segítségével osztják meg az állomás két részlege között. Ez fontos azóta, hogy törölték az orosz SPP egységet. A Zarja modul napelemeinek összecsukása óta az orosz részleg függ az amerikai napelemektől és energiaellátástól.

Az amerikai napelemtáblák a rácsszerkezeten vannak elhelyezve. Az S4, P4, P6 és S6 rácselemek mindegyike egy napelemmodult hordoz. A napelemmodulokat hordozó rácselemeket az S3-S4 és a P3-P4 rácselemek csatlakozását biztosító elsődleges forgatóegységek (SARJ) fordítják folyamatosan a Nap felé. Minden napelemmodulhoz két napelemszárny tartozik, szárnyanként két napelemtáblával. A napelemszárnyak 130 és 180 Volt közötti feszültséget állítanak elő. A feszültséget stabilizálják 160 Volton, és szétosztják az akkumulátorok és a fogyasztók között. Minden napelemszárnyhoz 6 db nikkel-hidrogén akkumulátor tartozik. Minden akkumulátor 38 db nikkel-hidrogén cellát tartalmaz. Az akkumulátorok kettes csoportokban vannak elhelyezve, minden csoportnak van egy töltésvezérlő egysége (BCDU), ami a központi elosztóhoz (DCSU) csatlakozik. Innen kapja az áramot a napelemszárny forgatóegysége (BGA) és a napelemmodul hűtőrendszere. Ez az elsődleges energiaellátó rendszer. Az akkumulátorok tervezett élettartama kb. 7 év vagy 40 000 feltöltési ciklus. Az akkumulátorok a DEXTRE robotkarral vagy űrsétán cserélhetőek. Az elsődleges rendszer központi elosztójához csatlakozik az áramátalakító egység, ami a 160 Voltos feszültséget 124 Voltra alakítja át és továbbítja az űrállomás többi fogyasztója felé. Ezek alkotják a másodlagos energiaellátó rendszert. A másodlagos rendszer központja a Destiny modulban található, az elektromos energiát innen továbbítják a többi lakható modulnak. Minden modul rendelkezik saját kapcsolószekrénnyel a szabványos szekrényhelyek ellátásához. A szükséges kisebb feszültségekre átalakítás már a modulokon belül történik. A szekrényhelyek elektromos kábelezését a benne elhelyezett eszközhöz igazítják. A legtöbb szekrényhez egy 3 kW-os fővezeték és egy 1,5 kW-os tartalék vezeték van kiépítve. A nagy fogyasztású berendezéseket tartalmazó szekrényeknek egy 6 kW-os fővezeték és egy 3 kW-os tartalék vezeték van kiépítve, a kutatómodulonként maximum 3 db nagy teljesítményű berendezéshez két 6 kW-os vezeték van kiépítve.

Életfenntartó rendszer


Az űrállomás lakható részében a Földi légkörnek megfelelő összetételű és nyomású légkör van. A nitrogént nagynyomású tartályokban szállítják az űrállomásra.

Az oxigén előállításáról az orosz Zvezda modul Elektron és az amerikai Destiny modul OGS berendezése gondoskodik. A két berendezés víz elektrolízisével állít elő oxigént és hidrogént, a hidrogént kiengedik az űrbe. Egy űrhajós egynapi oxigénszükséglete kb. 1 kg víz elbontásával biztosítható. További tartalékként szolgálnak az orosz részegység szilárd tüzelőanyagú oxigénfejlesztő "gyertyái", melyek három fő részére két hónapig képesek oxigént termelni. A "gyertyák" szilárd tüzelőanyagot, oxidálóanyagot és egy hő hatására oxigénre bomló vegyületet tartalmaznak. Égetésüket az erre szolgáló speciális tartályokban végzik. További tartalékként szolgálhatnak az amerikai Quest zsilipmodul és az orosz Pirsz zsilipmodul nagynyomású oxigéntartályai, melyek külön külön is több napra elegendőek.

Az űrhajósok által termelt szén-dioxid kivonásáról az orosz Vozduh és az amerikai CDRA berendezés gondoskodik. Mindkét berendezés molekuláris szűrővel szűri ki a levegőből a szén-dioxidot, amit azután az űrbe enged ki. Ekkor a szűrőik is regenerálódnak. Tartalékként az orosz részegység lítium-hidroxid szűrői szolgálnak, ezek nem regenerálhatóak. Az emberi test által termelt kb. 400 féle egyéb vegyületet aktív szenet tartalmazó szűrőkkel vonják ki az állomás levegőjéből. Az űrhajósok által kilélegzett vízpárát az orosz Priboj és az amerikai CCAA berendezések választják ki a levegőből. Az így nyert vizet tisztítás után visszatáplálják a vízellátó rendszerbe.

A regenerált levegőt a beállított hőmérsékletre hűtik vagy fűtik. A súlytalanságban a hőmérséklet egyenletesen tartására és a kilélegzett szén-dioxid elvezetésére az űrállomásmodulokban a levegőt folyamatosan ventilátorokkal keringetik.

A tiszta vizet zárt tartályokban szállítják az űrállomásra. Az emberi fogyasztásra szánt vízbe a földi ivóvizeknek megfelelő összetételben ásványi anyagokat adagolnak. 2008 novemberében helyezték üzembe az amerikai WRS (Water Recovery System) egységet, amely az űrállomás légköréből kivont vízpárából és az űrhajósok által termelt vizeletből desztillálással és szűréssel állít elő tiszta vizet.

Két WC található az űrállomáson, az egyik az orosz Zvezda modulban, a másik az amerikai Destiny modulban. A keletkező szilárd és folyékony hulladékot külön zárt tartályokba gyűjtik.

Az űrállomáson keletkezett mindenfajta hulladékot a teherűrhajók és az űrrepülők szállítják el.

A tűzjelző és tűzoltórendszert a minden modulban megtalálható füstérzékelők, hordozható tűzoltókészülékek és a hozzájuk tartozó oxigénmaszkok alkotják. A tűzoltópalackok töltete az amerikai részben szén-dioxid gáz, az orosz részben nitrogénnel feltöltött tűzoltóhab.

Orientáció

Iránybeállításra két rendszer áll rendelkezésre. Az egyik rendszert a Z1 rácselemen elhelyezett 4db iránybeállító giroszkóp, a másik a Zvezda modul manőverező fúvókái alkotják. Az iránybeállító giroszkóp egy 110 kg-os, 6000 ford/perc sebességgel forgó lendkerékből áll, amit két tengely mentén elfordítható keretben helyeztek el.

Az űrállomás irányát úgy állítják be, hogy a napelemek mindig a Nap felé fordíthatóak legyenek és a lakható moduloknak mindig ugyanaz az oldala nézzen a Föld felé.

Pályamagasság

Az űrállomás pályamagassága földfelszín feletti 278 km és 460 km között szabályozható, az űrállomás eddigi története során ez 330 km és 420 km között volt. Szojuz dokkolás maximum 425 km-es magasságban lehetséges. Az űrállomás a légköri fékeződés és a gravitáció miatt havonta kb. 2,5 km-t veszít a magasságából, ezért a pályáját rendszeresen megemelik. A pályamagasság emeléshez az űrállomást menetirányban kell gyorsítani, a két hajtóműindítással végzett gyorsításhoz használható a Zvezda modul két főhajtóműve, az űrállomáshoz kapcsolt Progressz teherűrhajók, az ATV teherűrhajó és az űrrepülőgép hajtóművei is. 400 km-felett a légellenállás kisebb, viszont az űrhajók által szállítható teher is csökken, ezért dokkolások előtt az irányítás hagyja az űrállomás pálymagasságát csökkenni.

Időzóna

Az ISS-en az egyezményes koordinált világidőt (UTC) használják. Az űrállomáson naponta 16 alkalommal van napfelkelte, illetve napnyugta. Az UTC szerinti éjszakai órákban az űrállomás ablakait lezárják. A legénység rendszerint reggel 7:00-kor kel fel, és megkezdi az általában 10 órás munkanapot. Amikor egy amerikai űrrepülőgép érkezik az űrállomáshoz, akkor az ISS-en hozzáigazodnak az űrrepülőgép relatív időzónájához, az ún. Mission Elapsed Time nevű időmérési formához (magyarul körülbelül annyit tesz: „a küldetés során eltelt idő”). Ez egy olyan „időzóna”, aminek 0. pillanata az űrrepülőgép felszállásának időpontját jelenti, minden további időpontot ehhez képest mérnek. Egy-egy küldetés alkalmával az ISS fedélzetén két órát állítanak be: az egyik az UTC szerinti, a másik pedig a MET szerinti időt mutatja

A NASA 2004-ben meghirdetett programja szerint 2016-ig tervezte az űrállomás fenntartását. A NASA jelenlegi célja az űrállomás üzemeltetésének 2020-ig történő kiterjesztése. Az amerikai és az orosz fél között 2007-ben megkötött szerződés értelmében a NASA 2011-ig fizet az orosz félnek a Szojuz és Progressz űrhajókkal végzett személy- és teherszállításért. A szerződést 2009-ben módosították, a Szojuz űrhajókkal végzett személyszállítást 2013 tavaszáig kiterjesztették. Jelenleg folyamatban van a szerződés kiterjesztése 2014-ig.

További lehetőségként a NASA két magánvállalatot bízott meg a Föld körüli pályára és a Nemzetközi Űrállomáshoz történő teherszállítás a jelenleginél olcsóbb módozatainak kifejlesztésére, a Commercial Orbital Transportation Services (COTS) - magyarul „kereskedelmi orbitális szállító szolgáltatások” - program keretein belül. A tervezett szállításokra a Commercial Resupply Services (CRS) - magyarul „kereskedelmi ellátó szolgáltatások” - programban 2015-ig 3,5 milliárd dollárt szán a NASA.

Az orosz fél 2020-ig tervezi az űrállomás saját szegmensének üzemeltetését, továbbá jelenleg vizsgálja az orosz szegmens egyes elemeinek önálló repülésre alkalmassá tételének lehetőségét, további modulok hozzáadásával.

Az RKK Enyergija vállalat által javasolt három további modul:

UM csomóponti modul (2013)
SPM-1 energiaellátó és kutatómodul (2014)
SPM-2 energiaellátó és kutatómodul (2015)
Az ESA is vizsgálja az űrállomás élettartamának kiterjeszthetőségét 2016 után 2020-ig. A Columbus modul üzemben tartásához viszont az amerikai szegmens fenntartása szükséges. Az űrállomás japán egysége szintén nem üzemeltethető az amerikai szegmens nélkül.

A program végeztével az űrállomást a Mir űrállomáshoz hasonlóan irányítottan megsemmisítik.

További tervezett vagy javasolt űrhajók

Orion: A NASA Constellation programjában tervezett űrhajó, ami a tervek szerint maximum négy főt lehet képes az űrállomáshoz szállítani és mentőűrhajóként is szolgálhat. A Constellation program törlése miatt jövője bizonytalan.
Dragon: A SpaceX vállalat építi a COTS programban a Falcon 9 hordozórakétával együtt. A hermetikus rakterű teherűrhajó a tervek szerint maximum 2,5 t terhet juttathat fel az űrállomásra és ugyanennyi terhet juttathat vissza a Földre.
A hordozórakéta és a teherűrhajó legelső demonstrációira 2010-ben kerülhet sor.


Cygnus: Az Orbital Sciences Corporation építi a COTS programban a Taurus II hordozórakétával együtt. A teherűrhajó felszerelhető külső, vagy hermetikus raktérrel is. Az űreszköz a tervek szerint 2,5 t terhet juttathat fel az űrállomásra.
A hordozórakéta és a teherűrhajó legelső demonstrációira 2011-ben kerülhet sor.

PPTSZ: Az Orosz űrügynökség által tervezett hatfős 12 tonnás űrhajó személy- és teherszállító változatai válthatják fel a Szojuz és a Progressz űrhajókat, leghamarabb 2018-tól.