ATCS (Active Thermal Control System): Come ti raffreddo la ISS

Potrebbe essere uno scambiatore a piastre saldate invece che avere le guarnizioni, tipo quello della caldaia di casa.
Tanto non credo che in caso di perdita mandino un astronauta in EVA per cambiare le guarnizioni… è già difficile farlo correttamente qui sulla Terra :rofl::rofl::rofl:

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Ti riferivi a questo video di Thomas?

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Si esatto! Ma mi sono ricordato male su EV2, sembra Megan McArthur.

Quindi potrebbe essere ipotizzabile anche una prima EVA per lei. Vedremo :blush:

sì definitivamente :smile:
Non ci ho mai lavorato forse non sono dei normali saldobrasati, con l’ammoniaca non ho idea se si usi qualcosa di diverso, magari li hanno proprio saldati

Prima di tutto: ottimo post!

Non tutti i moduli hanno due loops separati per l’ITCS. Una delle invenzioni “geniali” fatte per Columbus è stata quella di fare un singolo loop che usa sia l’MT IFHX che l’LT IFHX, il che ha permesso di ridurre la massa e la complessità del sistema (una sola pompa gestisce tutto).

In pratica l’acqua calda in uscita dalla pompa va in parte verso gli IFHX a raffreddarsi e in parte verso il warm bypass. A valle, quella in uscita dall’LT, viene ricongiunta a una parte del warm bypass, passa attraverso il Condensate HX (CHX, quello dell’ECLSS che raffredda l’aria di ventilazione) e poi si riunisce di nuovo al warm bypass. La temperatura dell’acqua a valle delle due giunzioni viene controllata automaticamente per via di termometri (Water Temperature Sensor Block, WTSB) e Water Modulating Valves WMV).

Se non ricordo male, anche il JEM funziona più o meno allo stesso modo.

Il rischio più grosso è che per qualche anomalia o errore, l’acqua nello scambiatore venga fatta raffreddare troppo e quindi ghiacci, spaccando i tubi.

Questo può succedere se ad esempio il circuito dell’ammoniaca è normalmente in funzione (e a temperature molto basse) e in parallelo il circuito dell’acqua per qualche motivo viene fermato: l’acqua stagnante nell’IFHX continua a raffreddarsi sempre di più fino a ghiacciare.

Una delle anomalie “storiche” di Columbus fu proprio qualcosa di simile, avvenuto per un errore umano per via di un’incomprensione tra il flight controller americano e quello europeo (correva l’anno 2013). Dopo mesi di analisi e investigazioni, non ci fu modo di capire se l’acqua si fosse ghiacciata o meno (essendo stagnante, non si può sapere la temperatura dentro all’IFHX basandosi su termometri a monte o a valle), ma per fortuna non ci furono danni allo scambiatore e quindi nessuna conseguenza.

Ricordo sempre un ingegnere di NASA che disse nell’Anomaly Resolution Team qualcosa tipo “this was as close as we have ever been to kill the whole crew”. L’anomalia è entrata nei libri di storia come la “Close-Call” :slight_smile:

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Grazie Buzz! :blush:

Avevo letto proprio ieri della “Close Call” mentre cercavo (invano) qualche schema tecnico degli IFHX, trovando questa analisi a riguardo.

Sono saltati fuori nelle ricerche, anche questi tuoi contributi ad un tread del 2015 qui sul forum.

Anche quella è stata occasione per avere dettagli maggiori su come funzionano gli IFHX.

EDIT: a questo punto, sono curioso di vedere che tipo di approccio verrà usato per il Lunar Gateway, date le criticità dimostrate da questo sistema.

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Dipende tutto dalle performance che servono… Il sistema ad ammoniaca ad alta pressione della ISS è sì intrinsecamente pericoloso, ma ha una capacità di dissipazione termica che non sarebbe raggiungibile con un sistema ad acqua.

La sezione russa per esempio, che funziona tutta ad acqua, ha capacità termiche molto più ridotte.

E d’altro canto 20 anni di operazioni della ISS (e i 20 anni precedenti di Shuttle) hanno dimostrato che il rischio si può tenere sotto controllo con un buon design e buone operazioni :slight_smile:

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come mai non si usa glicole prolipenico nel circuito idronico interno? Sì ok peggiora la capacità di scambio termico e riduce il calore specifico ma ti tutela anche fino a -50°C.

Non lo so, posso solo fare ipotesi…
Quanto è tossico, se dovesse esserci una perdita dell’ITCS e dovesse evaporare in cabina?

Le perdite nel circuito sono normali, come in ogni circuito idraulico (infatti per l’ITCS gli astronauti fanno un water refill ogni paio d’anni). E ogni volta che stacchi e attacchi un QD (Quick Disconnect) esce sempre un po’ d’acqua.

L’acqua non dà nessun tipo di problema, né per l’evaporazione in cabina né per lo stoccaggio e la manipolazione durante le attività. In più c’è sempre un sacco d’acqua disponibile da altre fonti.

Una tossicità anche molto bassa può essere un problema in un sistema interamente chiuso, dove non si può aprire la finestra per cambiare l’aria. E che tipo di reattività ha? Quanto è stabile? Potrebbe reagire e produrre qualcosa di più tossico?

PS: le ragioni potrebbero anche essere di eredità storica. Per esempio gli estintori sono con la CO2, solo perché sulla terra si usa la CO2 in quanto più pesante dell’aria. Sulla ISS questo non ha senso per millemila motivi, ma comunque li hanno fatti così per eredità tecnologica :roll_eyes:

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Alcune info in più che potrebbero interessare: una specificità della ISS e dei sistemi abitati, diversamente dai satelliti, è che non tutti gli equipaggiamenti sono raffreddati “direttamente” dal sistema termico.

Una parte degli equipaggiamenti sta su cold plates e quindi scambia calore direttamente col circuito dell’acqua; un’altra parte invece è raffreddata ad aria, ovvero scambia calore con l’atmosfera, la quale poi per mezzo di ventilazione forzata trasporta questo calore al condensate heat exchanger e lì lo trasferisce al circuito dell’acqua.

Questo è il secondo motivo (oltre ad evitare sacche di azoto o CO2) per cui è fondamentale mantenere la ventilazione forzata sulla ISS, visto che in assenza di gravità non ci sono i moti convettivi. Se si ferma la ventilazione per troppo tempo, si rischia che i sistemi raffreddati ad aria vadano in over temperature o che la loro temperatura superficiale ecceda i limiti di “touch temperature” per l’equipaggio.

Altra cosa interessante è che se il problema a livello di sistema è raffreddare, a livello locale c’è anche il problema di riscaldare le parti che sono esposte allo spazio freddo. Quindi oltre al sistema termico attivo c’è sempre anche un Passive TCS: tutti i moduli sono cosparsi sulla struttura primaria di riscaldatori elettrici per evitare che si formino aree troppo fredde che potrebbero portare alla condensa di umidità o addirittura ghiaccio. Quindi da una parte usiamo l’energia elettrica esclusivamente per produrre calore, e dall’altra tiriamo via questo calore. Non è certo l’ottimo dell’efficienza energetica, ma non c’è altra soluzione :slight_smile:

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Questo è il massimo del dettaglio che sono riuscito a scovare sul design degli scambiatori.

La fonte è il pdf linkato qualche post più in su (quello sull’analisi del problema in Columbus del 2013)

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Il problema della perdita di ammoniaca è proprio quella bleed line, che serve da un lato per evitare sovrapressione nello scambiatore nel lato ammoniaca, ma d’altro canto impedisce di poter isolare lo scambiatore e bloccare l’afflusso di ammoniaca in caso di rottura

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mi sembra uno schema che ci sta con un piastre, poi è pur sempre uno schema non un costruttivo.
Il glicole propilenico si usa quando serve una miscela anticongelante in ambito alimentare o comunque dove una perdita non deve essere causa di problemi.
È usato anche come additivo conservante e anticongelante alimentare.
Di sicuro non fa bene berne un litro, ma in ogni caso nella ISS nom dovrebbero esserci perdite cospicue di acqua (sarebbero un problema di loro).
Si stanno valutati rischi e benefici, probabilmente il rischio di congelamento è abbastanza remoto.

Ho scovato altri due percorsi per l’ammoniaca dai moduli Tranquillity e LAB

ho aggiornato il primo post

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Quindi quel “Node-2 to LAB”, quello in grafica, è una topica, o mi son perso qualcosa?

image

Come ci arriva il calore dal Nodo3 ad almeno uno dei Loop dell’ammoniaca, non pare abbia contatti diretti con i radiatori, è mediato dal circuito ad acqua di LAB?

Perché mettere lo scambiatore tra i circuiti acqua-ammoniaca di Tranquillità al nadir del modulo: il più lontano dall’SO (e quindi dai radiatori)?

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Ho sbagliato io a segnare il tag. È il node3 to lab :man_facepalming:t2:

In serata sistemo

Perché sia a nadir, proprio non saprei.
Ma non credo che la distanza dai loop sia una priorità. Forse è un problema di congestione di connessioni alle spalle di Z1 (è già nà matassa non indifferente)

Wow, bellissino post, davvero un ottimo lavoro! E bella anche tutta la discussione scaturitavi!

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Sono d’accordo sul fatto che la lunghezza dei condotti non dovrebbe cambiare granché, visto che sono tutti ben isolati termicamente.

Tra l’altro la decisione su dove mettere il Nodo3 è venuta ben dopo che Lab era già in orbita. Quindi è probabile che abbiano fatto un’analisi del routing dei condotti e delle connessioni disponibili, nonché della relativa difficoltà o semplicità di installazione in EVA, e in base a quello abbiano deciso di farlo passare da Nadir, anche se magari veniva qualche metro di condotto in più

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Ho trovato per ora solo questa conferma al percorso esterno dei condotti Node-3 >> LAB

fonte questo pdf: Modification of the International Space Station USOS to Support Installation and Activation of the Node 3 Element

da questo press kit della missione STS-130 (quella dedicata all’installazione del Node-3) si legge:

“Behnken (Bob) and Patrick (Nicholas) will spend the first four hours of their second spacewalk connecting the ammonia loops on the new Tranquility node to those of the Destiny laboratory. There are two loops, with two lines apiece, each of which must be connected to both Tranquility and Destiny and routed through a bracket on Unity, which connects Tranquility to Destiny. Behnken will open one of the loops so that ammonia will be allowed to flow to the node from the station’s external thermal control system.”

Mi sembra che si possa confermare che Node-2 Harmony ha una sua linea indipendente ai Loop dell’EATCS che passa per gli umbilical trays

e che US LAB Destiny e Node-3 Tranquillity, condividono lo stesso flusso che passa all’EATCS grazie alle connessioni allo zenit del LAB, alle spalle di Z1.

Ho trovato questa foto del LAB durante la fase di test nella camera a vuoto. Dalla posizione dell’oblò, si vede che in foto è esposta la parte dell’endcone lato aft.

Senza le coperture MMOD, sembra proprio di vedere i “4 tubi maledetti” che da sotto, fanno il giro lato portside.
ISS_US_lab_overhead_cranezoom

Chissà se sono propio loro.

Appena trovo uno schema dei percorsi dell’endcone aft side del LAB, sparo i botti.

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Una immagine piena del LAB senza coperture.

Qui si vede bene il tutto

Fonte immagine (senza tag) Wikimedia commons

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