Misje kosmiczne

Laboratorium kosmiczne: Columbus

Iwona Markowska kierunek: Technologie Kosmiczne i Satelitarne PG/AMG/AMW Laboratorium kosmiczne: Columbus

Laboratorium kosmiczne Columbus – europejskie laboratorium naukowe będące modułem Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS). 11 lutego 2008 roku Columbus został przyłączony do prawoburtowego węzła modułu Hormony.

ISS – Międzynarodowa Stacja Kosmiczna

„Hormony” to jeden z trzech modułów spełniających funkcję korytarzy łączących ze sobą inne, laboratoryjne Laboratorium moduły Międzynarodowej Stacji naukowe Kosmicznej. Columbus Laboratorium kosmiczne: Columbus

Załoga 6, możliwa 7 03.10.2011 MIĘDZYNARODOWA STACJA KOSMICZNA (ISS): Perygeum 400 km - Apogeum 410 km -  Źródłem zasilania ISS są baterie słoneczne Okres orbitalny 91,34 minuty - Nachylenie orbity 51,6493 stopni -  Transportem ludzi i materiałów do 19 lipca 2011 Okrążeń dziennie 15,50125706 - zajmowały się amerykańskie wahadłowce programu STS (od Dzienna oscylacja 93 m - lutego 2003 do 26 lipca 2005 wstrzymane z wysokości Dni od wystrzelenia 6727 21.04.2017 powodu katastrofy Columbii) oraz rosyjskie statki pierwszego modułu kosmiczne Sojuz i . Po zakończeniu amerykańskiego Dni od zamieszkania 6016 21.04.2017 programu wahadłowców w 2011 roku, jedynym pierwszej załogi przewoźnikiem astronautów stały się rosyjskie rakiety Sojuz Wszystkich okrążeń około 106167 21.04.2017 Ziemi  Administracja prezydenta Obamy, która przedłużyła Średnia prędkość 27 743,8 km/h - finansowanie do 2020 roku, a potencjalnie nawet do 2028. (7 706,6 m/s) Masa 417 289 kg - Objętość przestrzeni 837 m³ życiowej

~ 757 mm Hg - Kolejne slajdy przedstawiają wszystkie zainstalowane Ciśnienie (100 kPa) moduły oraz te planowane do zainstalowania w ~ 162,4 mm Hg - Tlen (22 kPa) kolejnych latach w ramach działalności ISS. ~ 4,8 mm Hg - Dwutlenek węgla (640 Pa) Temperatura ~ 26,9°C Laboratorium kosmiczne: Columbus

Numer Moduł Data startu Rakieta Kraj Widok MODUŁY misji ZAINSTALOWANE: Rosja (budowa)

1A/R 20 listopada 1998 K USA (finansowanie)

Pierwszy komponent stacji. Dostarcza zasilania elektrycznego. Obecnie służy jako moduł Zarja (FGB) magazynowy, zawierający m.in. pojemniki z paliwem.

Prom kosmiczny Endeavour, STS- 2A 4 grudnia 1998 88 USA

Unity (Node 1) Pierwszy moduł łącznikowy, łączący części amerykańską i rosyjską (poprzez PMA-1).

1R 12 lipca 2000 Proton K Rosja

Moduł serwisowy stacji, zapewniający pomieszczenia mieszkalne dla stałej załogi, systemy podtrzymujące życie oraz kontroli orbity stacji. Stanowi też miejsce dokowania Zwiezda (Service Module) statków Sojuz, Progress i Automated Transfer Vehicle.

5A 7 lutego 2001 Prom kosmiczny Atlantis, STS-98 USA

Podstawowy moduł do prowadzenia prac badawczych. Stanowi miejsce zamontowania Destiny (US Laboratory) większości elementów Integrated Truss Structure.

7A 12 lipca 2001 Prom kosmiczny Atlantis, STS-104 USA

Podstawowa śluza powietrzna stacji, z której odbywają się wyjścia na zewnątrz w skafandrach amerykańskich EMU jak i rosyjskich Orłan. Quest składa się z przedziału z wyposażeniem i Quest (Joint ) skafandrami oraz właściwej śluzy. Laboratorium kosmiczne: Columbus

4R 14 września 2001 Sojus-U Rosja

Pirs zapewnia dodatkowe porty dokujące dla statków Sojuz i Progress, a także umożliwia Pirs (Docking Compartment) wyjścia na zewnątrz stacji.

Europa (budowa)

Prom kosmiczny Discovery, STS- 10A 23 października 2007 120 USA (obsługa)

Drugi moduł łącznikowy stacji, stanowiący węzeł zasilania elektrycznego, przekazywania danych oraz innych systemów. Do Harmony podłączone są moduły: europejski Columbus i japoński Kibō, a także poprzez port PMA-2 cumują amerykańskie wahadłowce. Moduł Harmony (Node 2) obsługuje też inne moduły zaopatrujące stację

1E 7 lutego 2008 Prom kosmiczny Atlantis, STS-122 Europa Columbus (European Laboratory) Podstawowy europejski moduł badawczy.

Prom kosmiczny Endeavour, STS- 1J/A 11 marca 2008 123 Japonia Kibō Experiment Logistics Część japońskiego laboratorium Kibō, umożliwiająca magazynowanie i transport do Module(JEM–ELM) laboratorium.

Prom kosmiczny Discovery, STS- 1J 31 maja 2008 124 Japonia Część japońskiego laboratorium Kibō stanowiąca jego główny moduł. Służy do prowadzenia Kibō Pressurised Module (JEM–PM) prac badawczych. Laboratorium kosmiczne: Columbus

Poisk 5R 10 listopada 2009 Sojuz-FG Rosja

Moduł rosyjski, wykorzystywany do dokowania statków Sojuz i Progress oraz jako śluza (Mini-Research Module 2) powietrzna.

Tranquillity Europa (budowa) USA (obsługa) Prom kosmiczny Endeavour, STS- 20A ok. 7 lutego 2010 130

Trzeci i ostatni moduł łącznikowy. Zawiera m.in. zaawansowane systemy podtrzymywania (Node 3) życia; miejsce podłączenia modułu Cupola.

Europa (budowa) Prom kosmiczny Endeavour, STS- 20A 8 lutego 2010 130 USA (obsługa)

Cupola Moduł służy jako punkt obserwacyjny prac na zewnątrz stacji, jak i powierzchni Ziemi.

Rasswiet

ULF4 14 maja 2010 Prom kosmiczny Atlantis, STS-132 Rosja (Mini-Research Module 1) Wykorzystywany do dokowania statków i przechowywania zapasów.

Leonardo Prom kosmiczny Discovery, STS- Europa (budowa) ULF5 24 lutego 2011 133 USA (obsługa)

(PMM) Wykorzystywany do przechowywania zapasów. Laboratorium kosmiczne: Columbus

SpaceX CRS-8 3 stycznia 2016 Falcon 9 USA

Bigelow Expandable Activity Module Nadmuchiwany moduł firmy Bigelow Aerospace, przybył na stację na pokładzie statku Dragon. MODUŁY PLANOWANE:

Moduł Numer misji Data startu Rakieta Kraj Widok

Nauka gru-17 Proton M Rosja (Multipurpose Laboratory Module) Będzie podstawowym rosyjskim modułem badawczym.

Uniwersalny moduł cumowniczy, USM ? 2018 -2.1b Rosja (Универсальный стыковочный модуль, Node Module)

Moduł naukowy i energetyczny 1, Proton-M (lub Angara NEM-1 ? 2019 A5) Rosja (Научно-Энергетический Модуль 1, Science-Power Module 1) Będzie podstawowym rosyjskim modułem badawczym.

Moduł naukowy i energetyczny 1, Proton-M (lub Angara NEM-2 ? ? A5) Rosja (Научно-Энергетический Модуль 2, Science-Power Module 2) Laboratorium kosmiczne: Columbus Laboratorium kosmiczne: Columbus

COLUMBUS Laboratorium kosmiczne: Columbus

PODSTAWOWE DANE TECHNICZNE: Laboratorium kosmiczne: Columbus

COLUMBUS – OPIS:  Laboratorium Columbus powstało w Turynie we Włoszech na bazie Thales Alenia Space (w odniesieniu do konstrukcji i kontroli termicznej)  Architektura funkcjonalna (w tym oprogramowanie) pracowni została zaprojektowana przez EADS w Bremie w Niemczech  Columbus został wyniesiony na pokładzie statku kosmicznego Atlantis 7 lutego 2008 roku w locie STS-122 przez Kennedy Space Center (KSC) na Florydzie w Airbus Beluga  Przeznaczony był do dziesięciu lat pracy – został wyłączony w 2016 roku  Moduł był kontrolowany przez Columbus Control Center, zlokalizowany w niemieckim Centrum Operacji Kosmicznych, w ramach Niemieckiego Centrum Przestrzeni Kosmicznej w Oberpfaffenhofen koło Monachium  Europejska Agencja Kosmiczna wydała 1,4 miliarda euro na budowę Columbus, w tym eksperymenty, oraz infrastrukturę kontroli naziemnej niezbędną do ich obsługi. Laboratorium kosmiczne: Columbus

27 maja 2006 r. Columbus wyruszył z niemieckiego Bremaenu do Centrum Kosmicznego Kennedy na pokładzie samolotu Airbus Beluga.

7 Lutego 2008 r. Columbus w trzeciej próbie został wyniesiony w przestrzeń na pokładzie wahadłowca Atlantis (jeden z pięciu zbudowanych w USA orbiterów wielorazowego użytku przeznaczonych do transportu ludzi oraz sprzętu na orbitę oraz z powrotem) w locie 1E (misja STS-122). Laboratorium kosmiczne: Columbus

STS 122 – misja promu kosmicznego Atlantis na Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS). Był to dwudziesty dziewiąty lot tego promu w kosmos oraz sto dwudziesta pierwsza misja programu lotów wahadłowców. Celem był montaż modułu Columbus Międzynarodowej Stacji Kosmicznej oraz wymiana części stałej załogi stacji.

ZAŁOGA LOTU STS-122:

Stephen Frick – Dowódca (2 lot) Alan Poindexter – Pilot (1 lot) Stanley Love – Specjalista misji (1 lot) Rex Walheim – Specjalista misji (2 lot) Leland Melvin – Specjalista misji (1 lot) Hans Schlegel – Specjalista ładunku (2 lot), ESA, Niemcy Léopold Eyharts (2 lot) - Przywieziony członek załogi na ISS Daniel M. Tani (2 lot) - Odwieziony na Ziemię członek załogi ISS

Laboratorium kosmiczne: Columbus

O godzinie 22:44 CET (21:44 UT) w dniu 11 lutego 2008 r. astronauta NASA i komandor ISS Peggy Whitson wraz z astronautami ESA Hans Schlegel i Leopold Eyharts zainicjowali ostateczne uchwycenie nowo dostarczonego modułu, mocując go do prawej strony moduł węzła 2. Od tej chwili Columbus był pierwszą europejską stałą placówką ludzką na orbicie, a Europa stała się pełnym partnerem Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS). Laboratorium kosmiczne: Columbus Laboratorium kosmiczne: Columbus Laboratorium kosmiczne: Columbus

EKSPERYMENTY WEWNĘTRZNE MODUŁY COLUMBUS: Moduł Columbus zapewnia środowisko pracy w laboratorium dla maksymalnie trzech astronautów. W swojej pracy wykonuje coraz nowsze eksperymenty. Tylko niektóre z nich przytoczono poniżej.

 BIOLAB: WAICO (Waving and Coiling of Arabidopsis Roots) Biolab wspiera eksperymenty biologiczne na mikroorganizmach, komórkach, kulturach tkankowych, małych roślinach i małych bezkręgowcach. Wykonywanie eksperymentów z naukami przyrodniczymi w kosmosie identyfikuje rolę, jaką nieważkość odgrywa na wszystkich poziomach organizmu, od wpływu na pojedynczą komórkę aż do złożonego organizmu, w tym ludzi. Standardowe kontenery i fiolki eksperymentalne są transportowane osobno promami ładunkowymi, takimi jak Europejski Automatyczny Statek Transportowy, rosyski Progress vehicles, czy inne komercyjne statki dostawcze. Laboratorium kosmiczne: Columbus

 EMCS (European Modular Cultivation System) – Modułowy system upraw, ośrodek eksperymentalny ESA, poświęcony badaniom biologicznym w nieważkości. Moduł zajmuje się badaniem biologii roślin w ograniczonym środowisku grawitacyjnym. Wspiera uprawę, stymulację i obsługę wspomaganą przez załogę eksperymentów biologicznych w kontrolowanych warunkach (np. temperatura, kompozycja atmosferyczna, zaopatrzenie w wodę, oświetlenie, obserwacja i grawitacja). Obiekt przeprowadził eksperymenty z wykorzystaniem wielu generacji (seed-to-seed) oraz badał skutki ciężaru i światła na wczesnym rozwoju i rozwoju, percepcji sygnału i transdukcji w tropizmach roślin.

STATKI TRANSPORTOWE Russian Progress vehicle

European Automated Transfer Vehicle Laboratorium kosmiczne: Columbus

Geoflow-2 - eksperyment FSL (Fluid Science Laboratory) Eksperyment dotyczy przepływu niewłóknistego płynu lepkiego (oleju silikonowego) utrzymywanego między dwoma kulami koncentrycznymi. Uważa się, że ma znaczenie w takich dziedzinach, jak przepływ w atmosferze, oceanach i w ruchu płaszcza Ziemi w skali globalnej. Eksperyment bada również inne problemy astrofizyczne i geofizyczne o kulistych przepływach geometrycznych ukształtowanych przez rotację i konwekcję. Eksperyment Geoflow-2 został wprowadzony na rynek wraz z ATV-2 (uruchomiony 16 lutego 2011 r.) Laboratorium kosmiczne: Columbus

Chromosom-2 : Badanie zmian chromosomów i wrażliwości na promieniowanie w limfocytach (białych krwinek) członków załóg ISS. Neocytoliza (selektywne niszczenie młodych krwinek czerwonych): Eksperyment obejmuje efekty nieważkości na układ hemopoetyczny: układ ciała odpowiedzialny za tworzenie się krwinek. Eksperyment dozymetryczny promieniowania ALTCRISS (Alteino Long Term monitoring of Cosmic Rays on the International Space Station) jest eksperymentem ESA w celu zbadania wpływu ekranowania na promienie kosmiczne na dwa różne i uzupełniające się sposoby.  European Drawer Rack (EDR) - jednolity, sześciopunktowy International Standard Payload Rack (ISPR) z siedmioma modułami eksperymentu (EM), z których każdy ma osobny dostęp do zasilania i chłodzenia. Jednostka zarządzania wideo wysyła do Ziemi transmisje strumieniowe wideo, obrazów i danych naukowych za pośrednictwem wysokowydajnego łącza danych modułu Columbus i może tymczasowo przechowywać 72 GB filmu. Eksperymenty są w znacznej mierze autonomiczne, aby zminimalizować wymianę danych, chociaż EDR może być obsługiwany zdalnie lub w czasie rzeczywistym przez załogę za pośrednictwem dedykowanego laptopa. EDR posiada dwa różne typy EM. Laboratorium kosmiczne: Columbus

European Physiology Module (EPM) – eksperyment umożliwia lepsze zrozumienie wpływu lotów kosmicznych na ludzkie ciało. Badania zazwyczaj obejmują badania neurologiczne, sercowo-naczyniowe i fizjologiczne oraz badania nad procesami metabolicznymi. EPM przeprowadza testy fizjologiczne i biomedyczne, przekazuje dane Ziemi do dalszej analizy. Uzyskane dane pozwolą zrozumieć procesy ludzkiego ciała w środowisku mikrograwitacyjnym.

European Drawer Rack Laboratorium kosmiczne: Columbus

EKSPERYMENTY ZEWNĘTRZNE MODUŁY COLUMBUS: CEPF (Columbus External Payload Facility) udostępnia cztery miejsca przyłączenia do nie obciążonych sprężonym ładunkiem (tj. platformy obsługujące zewnętrzne ładunki). Ogólne cele ładunków zewnętrznych dotyczą aplikacji z dziedziny nauk kosmicznych, obserwacji Ziemi, demonstracji technologicznych i nauk innowacyjnych z kosmosu. CEPF posiada dwa identyczne konsolery w kształcie litery L dołączone do stożka prawego boku modułu Columbus w pozycjach zenit (góra) i nadir (na dole), gdzie każda konsola wspiera dwie platformy dla zewnętrznych ładunków lub urządzeń do ładowania. Łącznie można obsługiwać cztery zewnętrzne obciążenia (urządzenia do ładowania).

Europejskie Centrum Eksploatacji Technologii (EuTEF): uruchomiony 7 lutego 2008 r. EuTEF składa się z następujących pod-doświadczeń: - DEBIE-2 (DEBris In orbit Evaluator) Uwaga: po udanej misji 1,5 roku -DOSTEL (teleskop dozymetryczny dozymetryczny) na otwartej przestrzeni platforma -EuTEMP (termometr EuTEF) EuTEF została zwrócona na Ziemię -EVC (kamera do oglądania Ziemi) z misją Shuttle 17A (STS-128) 11 września 2009 r. Przez -EKSPOZYCJA (Eksperyment Ekspozycji) osiemnaście miesięcy w kosmosie -Eksperyment Fypexu (Flux (Phi) EuTEF była pod kontrolą Erasmus -MEDET (ekspozycja na substancje i eksperyment degradacji) USOC (Centrum Wsparcia i Obsługi -PLEGPAY (ładunek uziemienia plazmowego) Użytkowników) w ESA / ESTEC. - TriboLab (Tribology Laboratory). Laboratorium kosmiczne: Columbus

SOLAR (Solar Monitoring Observatory) to pakiet eksperymentów ESA, składający się z trzech instrumentów naukowych, mianowicie SOVIM (Solar Variability and Irradiance Monitor), SOLSPEC (Solar Spectral Irradiance Measurements) oraz SolACES (Solar Optibrujące spektrofotometry EUV / UV). Ogólnym celem jest pomiar natężenia promieniowania słonecznego z bezprecedensową dokładnością.

Laboratorium kosmiczne: Columbus

ColAIS (Automatyczny System Identyfikacji Columbus): we wrześniu 2009 r. dwa odbiorniki ColAIS (NorAIS i LuxAIS) zostały dostarczone do modułu Columbus przez ISS przy pomocy japońskiego promu dostaw HTV-1. Obydwa odbiorniki AIS są przeznaczone do wykrywania statków na szerokim obszarze na oceanach w częstotliwości VHF. Celem jest wykazanie technik monitorowania statków, które mogą służyć jako podstawa usług identyfikacji jednostek pływających poprzez konstelacje satelitarne.

ColAIS Astronauta Randolph Bresnik w dniu 21 listopada 2009 r. wraz z anteną AIS przyłączoną do Columbusa. Laboratorium kosmiczne: Columbus

16 marca 2012: Nieudany odbiornik LuxAIS został zwrócony Ziemi na Soyuz 24S

25 marca 2012: Wszystkie dotychczasowe dane AIS dotyczące Columbus zostały wykonane tylko przez odbiorcę NorAIS.

Marzec 2013: Odbiorca NorAIS działa nominalnie. Odbiornik AIS jest zasadniczo programowym radiotelefonem; Projekt kontynuuje prace nad ulepszeniami dekodera AIS poprzez przesyłanie nowych wersji oprogramowania

28 maja 2014: Odbiorca NorAIS-1 w module Columbus w ramach ESA nadal działa dobrze w swoim 5-tym roku działalności. SDR (Software Defined Radio) został uaktualniony 4 razy, co skutkowało znaczną poprawą jego skuteczności w trudnych obszarach z tysiącami statków w obszarze FOV (Field of View), tj. Morza Śródziemnego, Morza Południowochińskiego, Zatoki Meksykańskiej i Północy Morze i Morze Bałtyckie - Poza wykorzystywaniem ich do celów rozwojowych, Poziom wykrywania statków w ciągu 14 godzin NorAIS był używany do demonstracji i projektów monitorowania NorAIS w czerwcu 2010 r pilotażowych dla ESA i UE, a także wspierania działań związanych z przeciwdziałaniem piractwu na Oceanie Indyjskim. Laboratorium kosmiczne: Columbus

 Atomic Clock Ensemble in Space (ACES) zespół zegara atomowego jest projektem umieszczenia w Columbusie ultraszybkich zegarów atomowych. Działanie w środowisku mikrograwitacji ISS zapewni stabilną i dokładną bazę czasową dla różnych obszarów badań, w tym ogólną teorię względności i testów teorii strun, metrologii czasowej i częstotliwościowej oraz bardzo długą interferometrę bazową. Laboratorium kosmiczne: Columbus

Zasadniczo ACES zawiera dwa zegary: - zegar z atomem wodoru chłodzony cesją (PHARAO) opracowany przez firmę CNES, Francja w celu zapewnienia długoterminowej stabilności - aktywnego maseru wodorowego (SHM) opracowanego przez firmę Spectratime w Szwajcarii w celu zapewnienia krótkoterminowej stabilności. Porównanie częstotliwości między PHARAO i SHM będzie kluczowym elementem do oceny dokładności i krótko- i średnioterminowej stabilności zegara PHARAO.

Ponadto, pozwoli to zidentyfikować optymalne warunki pracy PHARAO i wybrać kompromis pomiędzy dokładnością i stabilnością częstotliwości.

Zaplanowano podróż do stacji kosmicznej na pokładzie japońskiego HTV do 2018.

Laboratorium kosmiczne: Columbus

ASIM (Atmosphere-Space Interactions Monitor) ma zostać zamontowany na zewnętrznej części modułu Columbus w 2017 r. Duńska firma zajmująca się technologią Terma A / S prowadzi techniczną część projektu. ESA wraz z DTU Space (National Space Institute) z Politechniki w Danii zapewnia naukowe kierownictwo projektu.

ASIM będzie mierzył pioruny rozciągające się do jonosfery na wysokościach 90-100 km. Te formacje błyskawiczne są znane jako "czerwone sprity", "niebieskie dysze" i "elfy". Ponadto projekt ASIM będzie badał obserwowane w postaci pęcherzy energetycznych promienie X i gamma, podobne do wyładowań z gwałtownych piorunów. Laboratorium kosmiczne: Columbus

SEGMENT NAZIEMNY MODUŁU COLUMBUS: Centrum kontroli jest bezpośrednio połączone ze stacją Columbus na Centrum kontroli COLUMBUS (Col-CC) orbicie. Oberpfaffenhofen, niedaleko Munich, Germany. Głównymi funkcjami centrum są :  sterowanie europejskim laboratorium kosmicznymi  koordynowanie operacji europejskich ładunków na międzynarodowej stacji kosmicznej  eksploatacja europejskiej sieci łączności naziemnej.

Centrum zapewnia wsparcie 7 dni w tygodniu - 24 godziny na dobę. W centrum znajdują się dwa pomieszczenia kontrolne: jedna dla operacji, a druga dla przygotowań nowych rozwiązań (na przykład sterowniki szkoleniowe i symulacje).

Laboratorium kosmiczne: Columbus

Niemcy, ściśle współpracuje z innymi ośrodkami kontroli ISS, w tym z Houston i Moskwą. Col-CC odpowiada za wszystkie systemy Columbus i europejską działalność naukową na pokładzie ISS. Zespoły sterujące Col-CC rozpoczęły działalność operacyjną jako prekursor operacji Columbus podczas misji Astrolab ESA w ISS w 2006 roku.

Col-CC

KOMUNIKACJA ZIEMIA-COLUMBUS: Wszystkie komunikacje między Col-CC a ISS są najpierw transmitowane i odbierane za pośrednictwem MCC NASA w Houston (dla systemów i danych telemetrycznych) oraz Centrum Operacji Ładunkowych ISS w Huntsville (dla danych naukowych). Stamtąd sygnały są transmitowane przez stacje naziemne NASA w White Sands, w stanie Nowy Meksyk, za pośrednictwem systemu śledzenia i przekazywania danych przez NASA (TDRSS), orbitującego na wysokości 35 000 km do ISS. Laboratorium kosmiczne: Columbus

POLSKI WKŁAD W LABORATORIUM COLUMBUS

DWIE ANTENY ARISS

Głównym projektantem anten ARISS jest dr Paweł Kabacik z Politechniki Wrocławskiej.

Ich głównym zadaniem jest telewizyjna transmisja do stacji kosmicznej i z niej po to, by móc za pomocą niezbyt drogich terminali obserwować eksperymenty i wszystko to, co się aktualnie dzieje w laboratoriach kosmicznych na orbicie. Laboratorium kosmiczne: Columbus KONIEC