Wczoraj przeprowadzony został pierwszy z dwóch spacerów kosmicznych podyktowany z dawna zaplanowanej operacji wymiany baterii na zewnątrz stacji ISS.
Zaplanowane na 6 stycznia 2017 roku wyjście dwójki astronautów w przestrzeń poza Międzynarodową Stację Kosmiczną (ang. ISS) zabrało 6 godzin i 32 minuty. Rozpoczęło się o godzinie 13:23 polskiego czasu (CET). Prace dotyczyły wymiany baterii, dzięki czemu stacja w efekcie uzyska lepsze możliwości przechowywania energii elektrycznej.Stacja ISS wytwarza energię elektryczną niezbędną do zasilania wszystkich pokładowych systemów i urządzeń za pomocą swoich paneli słonecznych. Jednak w trakcie przemieszczenia się stacji w cieniu Ziemi („orbitalna noc”) panele nie mogą wytwarzać energii. W tych momentach wykorzystywane są baterie, które ładowane są w trakcie pobytu w promieniach słonecznych, a rozładowywane w trakcie przelotu w mroku. Każdy z tych etapów trwa mniej więcej 45 minut (dzień, noc), jednak z uwagi na charakterystykę orbity stacji czasami długość dnia i nocy ulega zmianie (nawet do sytuacji “orbitalnego dnia” trwającego wiele dni).
Schemat baterii starego i nowego typu na ISS (porównanie wielkości) / Źródło: NASA, Aerojet Rocketdyne
Stacja posiada osiem oddzielnych linii zasilających biegnących z każdego skrzydła panelu słonecznego. Jedna linia zasilająca pobiera energię z trzech zestawów baterii, które de facto składają się z dwóch jednostek (co sumarycznie daje 6 baterii na linię zasilającą i łącznie 48 baterii na całej stacji). Wszystkie dotychczasowe baterie należały do rodziny niklowo-wodorowych (Ni-H2), uznawanych za wysoce bezpieczne i niezawodne (czas pracy oraz liczba cykli ładowania/rozładowania) w pracy na orbicie wokółziemskiej.
Wadą baterii niklowo-wodorowych jest ich podatność na zjawisko „pamięci baterii”, co objawia się utratą części pojemności w momencie kiedy bateria w czasie jednego cyklu nie zostaje w pełni naładowana i rozładowana. Dlatego wykonuje się częste zabiegi „kondycyjne”, które mają na celu uchronić baterie przed szybką utratą pojemności.
Na stację ISS baterie były dostarczane razem z panelami (dwoma skrzydłami usytuowanymi naprzeciwko siebie). Najstarszym segmentem, dostarczonym na orbitę w 2000 roku, była kratownica P6, jednak komplet 12 baterii z tej grupy zostały wymieniony w czasie ostatnich misji promów kosmicznych w 2009 i 2010 (STS-127 i STS-132). Kratownice P4 i S4 zostały wyniesione na przełomie 2006 i 2007 a kratownica S6 w 2009 roku. Oznacza to, że najstarsze baterie na stacji ISS mają obecnie 10 lat i zaczynają powoli wymagać wymiany.
Zdjęcie nowego zestawu baterii litowo-jonowych (Li-Ion) dla ISS / Źródło: NASA, Aerojet Rocketdyne
Baterie niklowo-wodorowe są wydajne, jednak jest to technologia z lat 80-tych i 90-tych. W związku z planowanym obecnie okresem życia stacji ISS do przynajmniej 2024 roku, zdecydowano się na przejście na bardziej nowoczesne baterie litowo-jonowe (Li-Ion). Baterie Li-Ion są znacznie lżejsze i mniejsze od niklowo-wodorowych. Jedna nowa bateria zastąpi dwie starsze, a więc łącznie prace w najbliższych latach obejmą usunięcie 48 starych baterii i instalację 24 nowych.
Nowe baterie litowo-jonowe nie wymagają zabiegów „kondycyjnych”, jednak ich charakterystyka to większa wrażliwość na przeładowanie. W związku z tym w obchodzeniu się z nimi istotne jest odpowiednie zarządzanie oraz stosowanie systemów zabezpieczających. Z reguły cykl życia baterii Li-Ion jest też krótszy od postawionych obok baterii niklowo-wodorowych, jednak na potrzeby wykorzystania na ISS nowe baterie mają również czas życia liczony na 10 lat (60 tysięcy cykli).
Materiał prezentujący zakres prac podczas EVA-38, dłuższa wersja dostępna tutaj / Źródło: NASA Johnson
Warto dodać, że za produkcję baterii litowo-jonowych dla stacji ISS odpowiada firma GS Yuasa – ta sama, która dostarcza baterie do samolotów Boeing 787 Dreamliner. Z uwagi na problemy z przegrzewaniem firma wdrożyła poprawki, a dodatkowo baterie przeszły rygorystyczne testy certyfikacyjne związane z dopuszczeniem produktu do wykorzystywania w przemyśle kosmicznym.
Dostarczenie wszystkich nowych, 24 zestawów baterii zajmie około 4 lat. Do ładowni statku transportowego HTV (japońskiej agencji kosmicznej JAXA) można załadować na jeden lot sześć zestawów nowych baterii Li-Ion. Proces wymiany baterii rozpoczął się przed pierwszym spacerem kosmicznym 6 stycznia 2017 roku pracami robotycznymi. Baterie po drugim spacerze kosmicznym zainstalowane będą na kratownicy S4, obsługując linie zasilające 3A i 1A.
Astronauci Peggy Whitson (po lewej) i Shane Kimbrough przed wyjściem na spacer EVA-38 / Źródło: @Thom_Astro
Spacer kosmiczny, oznaczony kryptonimem EVA-38, wykonany został przez astronautów amerykańskich. Shane Kimbrough oraz Peggy Whitson wykorzystali śluzę Quest i rozpoczęli prace, które w dużej mierze dotyczyły podłączania odpowiednich połączeń, instalacji płyt przejściowych oraz zabezpieczania modułów. Dużą pracę wcześniej wykonał robot Dextre (SPDM, Special Purpose Dextrous Manipulator), za pomocą którego demontowano zestawy starych baterii, przenoszono je na platformę ładunkową statku transportowego HTV i wykonywano analogiczny, ale odwrotny proces z zestawami nowych baterii.
Dzięki sprawnemu przeprowadzaniu prac, zapewne także dzięki dużemu doświadczeniu Peggy Whitson (siódmy spacer kosmiczny), zyskano nadwyżkę czasową, którą wykorzystano na zadania dodatkowe. Astronauci naprawili system oświetleniowy, poddali inspekcji eksperyment AMS-02 oraz zainstalowali okablowanie sieci Ethernet pod przyszłe misje załogowe realizowane za pomocą statków komercyjnych. Kolejny spacer kosmiczny z tej serii prac odbędzie się w przyszłym tygodniu (piątek, 13 stycznia).
Dokument o nowych bateriach litowo-jonowych dla ISS do pobrania ze strony NASA.
(NASA, NSF)
