Modulo Z1 - lo "zainetto pieno di gadget" della ISS

Oggi voglio rendere omaggio al “pezzo con le antenne storte” sempre nascosto.

Alle spalle del segmento S0 (la sezione del traliccio centrale della ISS) infatti è posizionato il modulo Z1. Se non lo amate, amatelo.

E’ un elemento che nonostante la sua dimensione relativamente piccola rispetto agli altri moduli della ISS, manco a dirlo ricopre un ruolo non solo importante ma addirittura essenziale.

Fu lanciato verso la fine dell’anno 2000 e sin dall’inizio si trova posizionato presso la porta di aggancio posta allo zenit del Node 2 (modulo Unity)

Nella immagine seguente una vista dal lato del modulo per apprezzare la separazione dalla sezione S0. Ho piazzato una tuta EMU come riferimento visivo della distanza perchè non ho trovato nessun dato ufficiale, ma stando ad alcuni strumenti di misurazione del software usato per il rendering “dovrebbero” esserci circa 1.8 metri di spazio tra i due elementi.

Cominciamo con i “mille e uno” gadget di Z1. Il primo è questo


Se avete letto il thread sull’elemento MTS (Module-to-Truss Structure) forse già la riconoscete: è un Capture Latch (fermo di cattura o più semplicemente una tenaglia) centrale contornata da 4 guide. Servì nei primi anni di vita della ISS a tenere in appoggio il segmento del truss P6 ed ha per l’appunto svolto la funzione di alloggio temporaneo.
L’antenna con la barra dritta non era presente all’inizio.
Conoscendo queste due cose ho trovato la risposta alla domanda che pervadeva la mia mente, sin da quando avevo messo gli occhi su questo modulo: “Perchè c’ha un’antenna storta?”
Per lasciare spazio appunto ad una sezione di truss della ISS contenente radiatori e pannelli solari.

Per le antenne posso solo proporre uno screen con elevazioni dei dischi a caso (giusto per fa vedere che sono direzionabili), dirvi che il loro acronimo è SGANT (Space to Ground ANTenna) e che sono 2

Altro asso nella manica nascosto è questo anello di aggancio temporaneo che è stato usato brevemente per tenere in appoggio un PMA (Pressurized Mating Adapter)

Un ulteriore strumento che fa parte di Z1 serve a scaricare l’elettricità statica della Stazione Spaziale. Non ho capito del tutto il suo funzionamento ma si tratta di questi 2 componenti montati sul fianco destro di Z1. Si chiamano Plasma Contactor Units (PCU) e troverete un approfondimento nel link.

Ma ora passiamo al pezzo forte e botto finale.
Sotto quella copertura grigia c’è quello che (secondo me) rende Z1 un elemento indispensabile per la ISS: il sistema dei Control Moment Gyroscopes (CMG)


I CMG sono 4 ruote di reazione in acciaio pesanti 98 chilogrammi ciascuna.
Girano a 6.600 giri al minuto! La velocità di rotazione elevata e la grande massa consentono di immagazzinare una notevole quantità di momento angolare.

Ogni CMG ha un propio giunto cardanico e può essere riposizionato alla bisogna.
Quando uno o più elementi del CMG vengono riposizionati, la forza risultante fa muovere l’ISS. Si può spostare l’ISS in nuove posizioni o di mantenere un assetto costante. I vantaggi di questo sistema sono che si basa sull’energia elettrica generata dai pannelli solari e che fornisce un controllo d’assetto regolare e costantemente variabile.


Fonte immagine press kit STS 129

I CMG sono tuttavia limitati nella quantità di momento angolare che possono fornire
e a volte non riescono a variare la posizione della ISS nei tempi desiderati. In questi casi si ricorre ai razzi dei mezzi attraccati alla ISS (Soyuz, Dragon, HTV ecc ecc).

Giusto per far capire che Z1 è un “Coltellino Svizzero” mica da poco, sopra vi hanno montato anche delle cassette per gli attrezzi sempre pronte all’uso.

Ci sono poi sempre attaccati degli Adjustable Portable Foot Restraint (APFR), ovvero le pedane che gli astronauti usano durante le EVA per mantenersi saldi sul posto di lavoro.
Se volete sapere cosa è quel “frullatore” che si vede sulla destra nell’ultima foto, leggete il tread (che contiene una bella discussione sui giroscopi!) e lo scoprirete :stuck_out_tongue:

Z1: dove Z sta per Zainetto, mica per Zenit! :stuck_out_tongue:

Un Saluto!

Mi piace sempre riproporre l’invito: io occupo la maggior parte del tempo libero a creare gli screen, con la ripromessa di ravanare i dettagli in un secondo momento. Se avete informazioni più approfondite e vi va di condividerle, mettele in risposta!

18 Mi Piace

Credo di non aver mai pensato a Z1 come una unità a sé stante. Grazie dell’approfondimento.
Curioso che le Antenne SGANT siano nel lato opposto al ground :slight_smile: (perché in realtà puntano ai satelliti TDRS)

2 Mi Piace

@Raffaele_Di_Palma
Innanzitutto grazie per il contributo sul CMG; personalmente lo trovo molto interessante.
Da ignorantissimo quale sono avrei due domande:

  1. Se non ho capito male, i CMG “correggono” l’assetto dell’ISS se vengono riposizionati. Il riposizionamento consiste nella modifica della posizione del loro asse di rotazione (in altre parole, dalla modifica dell’angolo dei rispettivi assi rispetto a un asse della stazione)?
  2. Da cosa è generata la rotazione dei giroscopi ?

Se queste domande sono così ingenue da aver fatto rizzare i capelli a qualcuno, mi impegno a rifondere il costo del parrucchiere :slightly_smiling_face:.

2 Mi Piace

Da quello che ho capito, ma potrei sbagliare:

  1. Il riposizionamento si dovrebbe basare sull’azionamento sul gimbal per cambiare l’asse di rotazione della ruota e di conseguenza contribuire al momento angolare totale.
  2. La rotazione e’ inerziale, ma le correzioni dovrebbero essere effettuate tramite motori elettrici alimentati dai pannelli fotovoltaici della stazione.
2 Mi Piace

Qui @Buzz potrebbe senza dubbio aiutare nei dettagli, ma direi che normalmente i CMG della ISS non vengono spostati dalla loro sede. In particolare proprio quelli della ISS non devono neppure essere montati paralleli ai tre assi del sistema tridimensionale in quanto il design del loro sistema cardanico non ha punti ciechi.

La ISS ne ha quattro perche’ uno e’ di scorta.

La loro capacita’ di essere distaccati dalla sede e spostati credo sia piu’ legata alla possibilita’ di smontarli e sostituirli in modo modulare in caso di guasto.

Quello che genera il momento torcente e’ la rotazione di un volano, i cui cambi di velocita’ e verso di rotazione inducono un momento torcente alla stazione.

Ecco una delle bestioline vista da vicino.


(Immagine: NASA)

5 Mi Piace

Ed un quinto è parcheggiato sulla External Stowage Platform (ESP) 3

(ESP prossimi obiettivi…)

EDIT: sullo stesso ESP la parabola che si vede è un ricambio per le antenne SGANT

4 Mi Piace

Un video che mostra il meccanismo che sta alla base del sistema dei gyro (non quelli della ISS ma uno giocattolo)

1 Mi Piace

I giroscopi possono essere utilizzati in maniera attiva o passiva, un po’ come un motore elettrico può essere utilizzato passivamente (come dinamo producendo elettricità) o attivamente (come motore attuatore appunto).
Qui è mostrata la modalità giroscopica passiva: la massa in rotazione tende a mantenere fisso il proprio asse nello spazio anche se il veicolo sul quale è installato si sta muovendo/orientando. Con opportuni sensori di rotazione/pozione è possibile misurare tali variazioni di posizione rispetto al riferimento veicolo e quindi determinare le coordinate di orientamento del veicolo nello spazio e quindi tracciare la sua posizione. Questo è l’impiego dei giroscopi come strumento di navigazione.
Se invece li uso attivamente, se cioè faccio ruotare una massa su una sospensione giroscopica con una certa velocità ed un certo orientamento rispetto al veicolo, riesco a imprimere per la conservazione del momento angolare una rotazione all’intero veicolo. Nelle vecchie lavatrici si poteva vedere l’effetto della rotazione del cestello carico che consumava i due piedini dell’elettrodomestico interessati a contrastare la rotazione. Oppure con certi strumenti manuali elettrici forniti di motore elettrico rotatorio (frustini da cucina, asciugacapelli, trapani…) è possibile percepire (se masse e velocità lo consentono) la resistenza/momento impresso dal motore alla tua mano. In questo caso (come sulla ISS che stiamo trattando) i giroscopi li utilizzi come “motori” per raggiungere e mantenere un certo orientamento (spostamento angolare… non lineare!) nello spazio: il vantaggio è che non devi creare scambio di materia con l’esterno, quindi a fronte di una alimentazione elettrica potenzialmente infinita (celle fotovoltaiche), l’unico limite vitale del giroscopio è l’usura/guasto dei suoi componenti. Sempre per la conservazione del momento angolare però, questi dischi devono essere mantenuti in rotazione e può capitare che si carichino (ruotino) fino alla velocità massima possibile perdendo la loro efficacia di attuatori (per lo meno in un verso lungo una direzione): per evitare ciò un sistema RCS applica periodicamente/quando necessario una forza esterna per scaricare le masse rotanti permettendo loro di ruotare ad una velocità inferiore.

4 Mi Piace

Esempio di utilizzo attivo

5 Mi Piace

Quindi quando un giroscopio arriva alla velocità massima prevista viene fatto rallentare ed il momento impresso alla struttura contrastato con l’rCS?

Esattamente. È una tecnica usata anche sui satelliti che sono dotati di ruote di reazione. Si può usare la stessa tecnica per “predisporre” le ruote ad un certo numero di giri, quello più favorevole per il pattern di manovre programmato.

2 Mi Piace

Ma il singolo giroscopio andrà sempre ad accelerare fino a raggiungere il limite o sono possibili anche manovre che comportino la diminuzione dei giri?

Ciascun giroscopio può essere modulato a piacere nei limiti dei giri/minuto imposti dal produttore, anche cambiando verso di rotazione.
Chiaramente un limite ci deve essere, per ragioni meccaniche.

Quindi, per aggiungere un dettaglio alla mia risposta precedente, il giroscopio può (e deve poter) essere modulato sparando con gli RCS in qualsiasi momento, non solo quando raggiunge la velocità di rotazione massima.

3 Mi Piace

Vedendo il tread su Exp 63, mi sono reso conto di non aver fatto una posa diretta del retro di Z1.

E mi sono chiesto anche cosa fossero quei “bersagli” bianchi con centro nero sparsi un po ovunque sui moduli.

Devo anche indagare su quello strumento con su una specie di cono (quello sul fianco sinistro in questa immagine)

Uno star tracker o un altro sensore?

Visto “impacchettato” non si capisce, ma spogliandolo (e vedendo l’acronimo che spunta editando le caratteristiche) lo si riconosce al volo e si vede che è un pezzo di ricambio.

L’acronimo è SASA ed è il ricambio per la S band antenna che vediamo sempre ripresa durante le dirette EVA sul lato Starboard.

iss_eva60_parmitano_autostop

Alla prossima devo “scoppiare” maggiormente il soggetto

2 Mi Piace

I cerchi bianchi con un punto nero al centro che si vedono spesso su ogni modulo della ISS sono dei bersagli per l’ Advanced Space Vision System.

È un software che aiuta il braccio Canadarm2 (e gli shuttle all’epoca) ad avere una stima accurata del posizionamento spaziale di un oggetto, anche in caso di condizioni di luce non ottimali.

Una soluzione che riesce a donare consapevolezza della profondità e dell’assetto del bersaglio, anche se vengono utilizzate delle semplici telecamere senza capacità 3D.

Completo di tutti i dettagli, lo spiegone sulla pagina Wikipedia in inglese

3 Mi Piace

Se ricordo bene nella ISS i Gyro girano a velocità costante (controllata da un motore elettrico) e quando viene loro impresso un momento cambiano il loro asse di rotazione.

La saturazione si raggiunge quando tutte e quattro le ruote hanno asse di rotazione verticale (e quindi non sono più in grado di controllare il momento in tutte le tre direzioni). Le ruote inzialmente hanno tutte il proprio asse di rotazione inclinato (con i quattro assi di rotazione a formare una piramide rovesciata), e man mano la loro inclinazione aumenta.

Prima di arrivare troppo vicino alla saturazione, si usano i thrusters per generare un momento opposto e riabbassare gli assi di rotazione.

Questo almeno è quello che ricordo dal training che ho fatto ormai 7 anni fa… Non ho mai avuto a che fare direttamente con i CMG in operazioni, in quanto responsabilità di NASA

6 Mi Piace

In questa analisi a problemi accorsi a 2 degli elementi del sistema CGM (in 2 momenti diversi) “qualche” dettaglio.

2 Mi Piace