Phoenix, un tributo

lunes, 18 de noviembre de 2019

Anatomía de la ISS (y II)





Durante dos años, los socios de la ISS meditaron sobre cómo terminar el complejo. Tras lo sucedido al Columbia, se decidió abandonar el agresivo calendario de lanzamientos, y algunos de los elementos considerados esenciales fueron cancelados. La seguridad de los astronautas se puso en primer plano, y se decidió alargar el periodo de construcción, permitiendo que la principal fuerza de trabajo, los transbordadores supervivientes, pudieran ser apropiadamente mantenidos. 

La catástrofe del transbordador Columbia dejó en tierra la flota superviviente de transbordadores, y hasta el verano del 2005 no regresaron al vuelo, con la misión STS-114 Discovery. No solo fue una misión para comprobar todos los cambios de seguridad efectuados al sistema de vuelo, también entregó tanto suministros como un nuevo elemento al complejo, la segunda Plataforma de Almacenamiento Externo, ESP-2, de diseño similar pero más grande 2.6 x 4.3 metros, acoplada al Quest, y con capacidad de albergar hasta ocho ORU, con soportes mecánicos y eléctricos. Más de un año después, la construcción se reanudó, y como en los vuelos previos al 2003, centradas en la viga. Así, los vuelos STS-115 Atlantis, STS-116 Discovery, STS-117 Atlamtis y STS-118 Endeavour pusieron en órbita nuevos segmentos, incluyendo nuevos paneles solares. La primera 
misión instaló los segmentos P3/P4, integrados antes de volar, y con medidas y masa similares a las S1/P1. En la P3 hay elementos como el sistema de unión entre segmentos, la Junta Rotatoria Solar Alfa (SARJ) para dotar de otro eje de rotación a los paneles solares y un sistema de unión de cargas no presurizadas, y una ampliación para el Transportador Móvil. Mientras, la P4 resulta básicamente idéntica a la P6 instalada anteriormente. La P3 es a la vez interfaz de energía entre los paneles de la P4 a la estación a través de la SARJ y, por ello, a la estación, pero cuando se instaló, la energía no fluía. Además, este segmento proporciona interfaces mecánicos, eléctricos y de datos al sistema de cargas no presurizadas. La siguiente misión instaló la estructura P5, en esencia el soporte de unión 
físico y eléctrico entre las estructuras P4 y P6, necesaria porque no era posible encajar las P3/P4 y el soporte en la bodega del transbordador, además de arreglar el problema de flujo de energía antes mencionado. Las misiones tercera y cuarta aquí mencionadas elevaron los elementos de estribor idénticas a las mencionadas, y con sus instalaciones completas, los paneles de la P6 fueron replegados para permitir la rotación de los paneles de las P4 y S4. En la última, además de la estructura S5, voló el tercer ESP, de medidas idénticas al segundo, pero son siete puntos de anclaje, siendo instalado en la estructura P3, y permaneciendo allí hasta el 2010, que fue cambiado a la estructura S3. Tras estos añadidos, el complejo estaba listo para recibir un nuevo módulo

Desde la instalación del Pirs en septiembre del 2001, la ISS no había recibido nuevo volumen habitable. Para resolverlo, y permitir el acoplamiento de los siguientes módulos científicos, se hacía necesario el envío del segundo nodo. Curiosamente, su fabricación no se completó en Estados Unidos, sino en Italia, gracias a un acuerdo entre la ESA y la NASA. El NODO-2, también conocido como Harmony, es, como su nomenclatura indica, el segundo nodo de interconexión, un poco más grande que el Unity (7.1 metros de largo, 4.5 metros de diámetro, 14.500 kg. de masa al despegue, volumen habitable 70 metros cúbicos), aunque ha acabado siendo mucho más. En su interior hay espacio para ocho armarios estándar, y cuatro poseen distintos sistemas críticos de la estación, como los de distribución y control de la energía eléctrica, 
control termal para expulsar el exceso de calor generado por los elementos interiores, control medioambiental, regulación de presión y señalización de despresurización, detección y apagado de incendios, control atmosférico (para evitar la detección de gases nocivos), tratamiento del agua condensada y reciclada, manejo de datos y distribución de audio y vídeo. Al despegue, los otro cuatro armarios servían para transporte (dos) y para almacenamiento en gravedad cero, que posteriormente fueron retirados. Su exterior será la plataforma de trabajo básica del Canadarm2, y cuenta con seis puertos de anclaje (cinco CBM activos, uno pasivo), uno estaría ocupado por el PMA-2, el CBM pasivo se usa para su conexión con el Destiny, y dos de los laterales para la instalación de los dos siguientes módulos científicos. Lanzado en la misión STS-120 Discovery en octubre del 2007, este módulo fue provisionalmente acoplado al muelle de babor del Unity. No fue hasta la partida del transbordador que se pudo hacer la instalación definitiva, realizada usando el Canadarm2, primero recolocando el PMA-2 del Destiny al Harmony, y luego trasladando el paquete a su posición final, necesitando tres paseos espaciales para finalizar las conexiones entre los dos módulos. Esta misión del transbordador también supuso la recolocación de la estructura P6 en 
su posición, y el redespliegue de sus paneles solares, de nuevo problemática. Posteriormente, las misiones STS-126 Endeavour y STS-128 Discovery (noviembre del 2008 y agosto del 2009) transportaron los cuatro armarios definitivos diseñados como camarotes para la tripulación, conteniendo cada uno con su sistema de iluminación, conectividad para portátiles, energía, ventiladores y circulación de aire, y sistemas de advertencia propios, permitiendo así aumentar el tamaño de la dotación a seis astronautas. Con el tiempo, se ha convertido en el lugar de recepción de naves visitantes, desde los transbordadores (hasta el 2011) y las naves de carga KounotoriDragon y Cygnus. Recientemente, ha recibido nuevo hardware, en forma del PMA-3, colocado en el muelle superior, y cada PMA ha recibido un IDA, Adaptador de Acoplamiento Universal, para convertir ambos muelles de acoplamiento al nuevo estándar internacional formulado en el año 2010, y no es solo una interfaz mecánica, también transferirá energía, datos, aire, comunicaciones y otros entre la ISS los vehículos equipados con un puerto compatible que, en principio, serán las nuevas naves tanto americanas como rusas, japonesas, y puede que europeas.  

Con la llegada del Harmony, al fin se podía instalar el resto de instalaciones científicas del complejo, y la siguiente no tardó en llegar. Columbus, es la segunda área científica de la estación, y aunque es el más pequeño de los científicos, es el que más ciencia soportará. Tiene un peso en báscula de 19 toneladas y mide 6,9 metros de largo por 4,5 de diámetro, cuenta con un volumen habitable de 75 metros cúbicos, y dentro incorpora 10 armarios estándar para tareas científicas, tres para sistemas de soporte vital y refrigeración, y otros tres para almacenamiento. Además, cuenta con cuatro puntos de anclaje externo para cargas útiles de todo tipo, desde experimentales hasta intrumental científico. Para su instalación, en el puerto de estribor del Harmony, se instaló un CBM pasivo, siendo el otro extremo el que posee los lugares de instalación de cargas externas. Este módulo tiene una larga historia, siendo el elemento presurizado de la que se esperaba que fuera la primera estación espacial europea, que, naturalmente no vio la luz, pero que 
con la idea de una estación internacional, lo único que sobrevivió, un módulo presurizado, acabó siendo un segmento más de ella, por lo que tiene más de 20 años desde que salió de las cabezas pensantes de la ESA. Además, es el primero que no es ni americano ni ruso (el Harmony fue finalizado por Alenia Spazio). Y también tenemos que decir que su diseño es muy parecido a los MPLM. La misión STS-122 Atlantis fue la encargada de elevar este componente al complejo, siendo acoplado en su lugar el 11 de febrero del 2008. No voló de vacío, ya incorporaba parte de los armarios dedicados a la ciencia, como Biolab (estudios biológicos en vida vegetal, invertebrada, pequeños mamíferos, además de células), Laboratorio de Ciencia de Fluidos (para estudios de la física de los fluidos en microgravedad), de fisiología (todo lo relacionado con el comportamiento del cuerpo humano en condiciones de microgravedad), además del módulo Cajonera, 
capaz de soportar siete experimentos científicos a la vez, funcionando cada uno de manera independiente. También volaron cargas para su instalación en el exterior, como EuTEF un compendio de nueve instrumentos científicos y tecnológicos, y el instrumento SOLAR, para estudios de la irradiación solar. Todo el montaje fue sin problemas, y el transbordador se fue con el trabajo completado. Extremadamente usado, se han realidazo allí cientos de experimentos, mientras que en el exterior la instrumentación colocada es distinta. EuTEF solo aguantó hasta agosto del 2008, mientras que SOLAR siguió entregando datos hasta septiembre del 2017. En ese tiempo, se colocó en septiembre del 2014 en instrumento de la NASA ISS-RapidScat, aparato para estudiar los vientos desde el espacio, que una avería lo incapacitó dos años después, para después recibir ASIM, para el estudio de los rayos, su propagación por la atmósfera, y los fenómenos denominados flashes de rayos gamma terrestres. Para el futuro, llegarán más. 

El siguiente componente científico de la estación es el Módulo Experimental Japonés o JEM. Lo interesante acerca de esta instalación de JAXA es que no es uno solo componente, sino cuatro, que volaron en tres misiones distintas, en marzo y mayo del 2008 y julio del 2009. El primer segmento en volar fue el Módulo Logístico de Experimentos. De pequeñas dimensiones (4.4 metros de diámetro, 3.9 de largo, masa, 4.200 kg), sirve para lo que indica su nombre: almacenamiento, capaz de albergar hasta ocho armarios estándar y, cuando voló (misión STS-123 Endeavour) voló con cinco de subsistemas para el módulo principal, dos de experimentos y uno de almacenamiento. Se instaló, provisionalmente, en el muelle superior del Harmony, contando con un CBM pasivo. En la siguiente, STS-124 Discovery, voló el segmento 
principal de la instalación japonesa. Sobre el Kibo, destacar que es el módulo más grande de la estación, dedicado a la ciencia y mide 11,2 metros de largo y 4,4 de diámetro, y desplaza una masa de unas 16 toneladas. Cuenta con espacio para 23 armarios estándar, pero solo 10 están dedicados a la ciencia, el resto lo ocupan las distintas funcionalidades típicas. Equipa una escotilla para el Módulo Logístico, basado en un CBM activo y una exclusa desde la cual se extraen los experimentos a instalar en el exterior. Y en cuanto al nuevo brazo, denominado JEMRMS, Sistema de Manipulación Remoto del JEM, tiene dos partes, una principal de 9,9 metros de largo con un codo en el centro, y una segunda de 1,9 metros con una agarradera para coger los experimentos a colocar en el exterior, siendo compatible de las agarraderas usadas por el Canadarm2. Su instalación fue realizada por el Canadarm2, quedando situado en el muelle de babor del Harmony, para después recolocar el Módulo Logístico. La tercera misión, STS-127 Endeavour, elevó la denominada
Instalación Expuesta, una sección no presurizada con forma de bandeja de 5 metros de ancho, 5.2 de largo y 3.8 de altura, contando a su alrededor con hasta 12 puntos de anclaje para distintas cargas útiles, siendo dos para más subsistemas del Kibo, uno para almacenamiento temporal y el resto, para experimentos. Esta zona es ideal para situar instrumentación, tanto para la observación terrestre como para misiones astronómicas y astrofísicas, y se basan en un ORU que proporciona recursos de energía, datos y control termal a cada instrumento situado allí. Junto con esto, también voló la Sección Expuesta, cuyo propósito es el almacenamiento de hasta tres cargas útiles externas, y posee unas medidas de 4.9 metros de ancho, 2.2 de alto, con cargas instaladas, y 4.1 de largo, desplazando 1.2 toneladas. La Instalación Expuesta se ha convertido en el lugar favorito en el que instalar instrumentos científicos. Al basarse en módulos rectangulares alrededor de un ORU, se puede instalar allí cualquier cosa. Esto ofrece oportunidades no solo de nueva ciencia, también de prueba de nuevas ideas. De hecho, la tercera cámara hiperespectral en volar a la órbita terrestre para observación de nuestro planeta fue instalada allí, así como el primer láser ultravioleta. Actualmente hay tres instrumentos de observación terrestre, todos de la NASA (ECOSTRESSGEDI y OCO-3) y tres dedicados a estudios astrofísicos (CREAMMAXI y CALET). Huelga decir que Kibo también está siendo muy usado en tareas científicas actualmente.


Entre las misiones para instalar totalmente el Kibo, también llegaron otros dos elementos muy importantes al complejo. Al mismo tiempo que el Módulo Logístico de Experimentos, llegó a la ISS el Manipulador Diestro de Propósito Especial, o Dextre. También diseñado y construido en Canadá, como el brazo robótico principal, la misión de Dextre, inicialmente, es el de intercambiar ORU, liberando así a los astronautas de realizar paseos espaciales. Mide 3.7 metros de alto, una anchura de 2.37 metros, y cuenta con dos brazos de 3.51 metros de largo, y el paquete completo pesa unos 1710 kg. La estructura cuenta con dos agarraderas idénticas a las del Canadarm2, de hecho, puede ser instalado en su extremo, o acoplarse a cualquiera de las agarraderas que hay por toda la estructura externa. El sistema rota con una suerte de junta de "cintura", y 
cada brazo, con una libertad de movimientos casi idéntica a la del gran brazo robot de la estación, cuenta con una herramienta en su extremo para intercambiar las ORU cuando llega el momento. Cada herramienta cuenta con agarradera, sistema de enchufe retractable, cámara de televisión en blanco y negro, sistema de iluminación y una conexión umbilical para transferir energía, datos y vídeo a cada ORU, moviendo un brazo cada vez. En su estructura, además, hay cámaras a color con luces propias, plataforma de almacenaje de ORU, y una funda de herramientas, para adaptarse al tipo de ORU a instalar y desinstalar. En el 2011 recibió más herramientas para su uso en futuras misiones de repostaje robótico en órbita. Muy útil. El otro elemento vital colocado en el complejo fue la última estructura de la viga principal, la S6 (Estribor 6), con el último juego de paneles solares, durante la misión STS-119 Discovery, en marzo del 2009.

Ningún componente ruso había alcanzado la ISS desde el 2001, y ya iba siendo hora. Antes del fin de la instalación del Kibo, se realizaron dos paseos espaciales para preparar el punto de acoplamiento superior del Zvezda para el nuevo módulo ruso, incorporando antenas de acoplamiento Kurs, conectores eléctricos, un objetivo de acoplamiento y una cubierta del cono cónico de acoplamiento. Con el emplazamiento listo, solo quedaba esperar que el nuevo añadido estuviera listo. El llamado Mini Módulo de Investigación 2 (MRM2) o Poisk (Búsqueda) fue lanzado el día 10 de noviembre del 2009 desde Baikonur a bordo de un Soyuz-U y a través de la Progress M-MIM2, cargado con nuevos víveres para la dotación de la estación, llegó dos días después,
acoplándose en su posición, el inverso al del Pirs. Es en esencia una casi copia del propio Pirs, con unas medidas de 4 metros de largo, 2.55 de diámetro máximo, un peso en báscula de más de 3.600 kg, y un volumen interno habitable de 14.8 metros cúbicos. Cuenta con dos puertos de atraque (uno ya usado para su instalación, el otro para el atraque de naves Soyuz y Progress) y proporciona dos escotillas para paseos espaciales, siendo el tercer módulo para estas tareas tras el susodicho Pirs y el estadounidense Quest. Junto con esto, también tiene mínimas capacidades científicas, tanto dentro, como fuera, incorporando puntos de anclaje para hasta dos experimentos y sus interfaces energéticos y de datos. Se hizo necesario un paseo espacial para finalizar la instalación y dejar listo el módulo para recibir naves visitantes, con la primera acoplándose a los pocos días. La razón de Poisk es, como ya indicamos, reemplazar al Pirs, porque será liberado para dejar espacio a un nuevo módulo, más grande. 

Antes de añadir nuevo espacio habitable, llegaron dos elementos cuya tarea es la de almacenar distintos tipos de cargas útiles, desde ORU hasta instrumentación científica. Denominados ELC, o Soportes Logísticos ExPRESS, son estructuras no presurizadas que incluyen no solo interfaces mecánicos, también energía eléctrica y servicios de manejo de comandos y datos para lo que se instale en ellos. La misión STS-129 Atlantis subió, también en noviembre del 2009, los dos primeros. Con unas medidas de 4.9 x 4.3 metros, el ELC-1 desplaza una masa de 6282 kg., y el ELC-2 6078 kg. ELC-1 quedó instalado en la estructura P3, en su parte inferior mirando a la Tierra, y cuenta con nueve posiciones distintas para albergar hardware. La ELC-2 se encuentra montada en el segmento S3, posición superior, y también dispone de nueve zonas de instalación, siendo la número siete de esta estructura la que alberga el instrumento astrofísico NICER. Con posterioridad, otros dos ELC fueron instalados en el complejo.

El último nodo fue el siguiente componente en alcanzar el complejo. Previsto inicialmente para soportar otros módulos, posteriormente cancelados, el NODO-3 se convirtió en la ubicación de sistemas cruciales de la ISS, además de añadir puntos de anclaje para algún que otro elemento temporal o definitivo.Bautizado como Tranquility, este es el tercer nodo de interconexión, más grande que el Unity, con casi 7 metros de largo, 4.5 de diámetro y desplaza una masa de casi 13 toneladas. Como el resto de nodos posee cuatro puertos en todo el diámetro de su estructura, y dos en sus extremos, además de el puesto de fijación principal del Dextre. El interior, muy similar al del Harmony, con ocho armarios estándar. Cuando se lanzó, solo había cinco, dos de aviónicas, y tres para carga, el resto de posiciones vacía. Junto con este módulo, viajó otro elemento de la estación, muy importante y
especial: la Cupola, el primer módulo de sus características que es elevado al espacio. Con 1.5 metros de alto y 2 de diámetro, pesa 1.880 kilos, y posee 7 ventanas realmente complejas (una circular de 80 cm de diámetro, y el resto trapezoidal), con cuatro capas diseñadas para resistir los impactos de micrometeoritos y basura espacial, y que tiene cada una tapa de protección que estarán colocadas cuando no se use. Además,  un segundo juego de los sistemas de control del Canadarm2 quedaron instalados en este módulo. Los dos módulos volaron acoplados, con la Cupola situada temporalmente al CMB activo en el extremo del Tranquility, y protegido dentro de una manta termal. La misión STS-130 Endeavour, de febrero del 2010, se encargó de la entrega e instalación, transfiriendo la combinación Tranquility/Cupola al muelle de babor del Unity. Allí, el muelle superior del Tranquility queda cancelado, al estar demasiado cerca de la viga de la estación. Posteriormente la Cupola fue recolocada para quedar situada en el puerto inferior del propio Tranquility, así dándole una vista extraordinaria de la Tierra. Con la instalación externa completa, se equipó el interior con seis armarios ya existentes en el complejo: el segundo juego del sistema de revitalización de aire (con estudios de
composición de la atmósfera y eliminación de dióxido de carbono), el sistema de generación de oxígeno, armarios 1 y 2 del sistema de recuperación de agua para procesado de orina y agua, el compartimento de desperdicios e higiene, véase el lavabo, además de instalar una segunda cinta de correr y un equipo avanzado de ejercicios para que los astronautas combatan los efectos de la microgravedad. Gran parte de los sistemas instalados en Tranquility están allí para posibilitar la habitación de una dotación de hasta seis miembros. En cuanto a la Cupola, no solo es uno de los lugares recreativos favoritos para los astronautas, lo que les permite poner en práctica sus habilidades fotográficas, también es el puesto primario desde el que manipular el Canadarm2, principalmente cada vez que se emplea para capturar, y después liberar, naves de carga visitantes, como las DragonCygnus y Kounotori, además de permitir cierto control de los paseos espaciales. 

Tras una misión logística en marzo, llegó el momento de un nuevo módulo ruso. Interesantemente, este es lo bastante pequeño y ligero como para haber sido elevado en una misión del transbordador. Este módulo llegó como medida casi de emergencia para el segmento ruso. Tras la cancelación de los dos módulos de investigación rusos, este lado del complejo se quedó con solo tres puertos, porque se planteó instalar un añadido de última hora al segmento americano, que casi anularía el puerto inferior del Zarya. Por otro lado, la agencia rusa Roscosmos había empezado las reformas de un nuevo módulo laboratorio, pero encargó a la NASA la tarea de alistarlo una vez quedara instalado en el
complejo. Para resolver ambas situaciones, se construyó este pequeño añadido. Llamado Rassvet, el también conocido como  Mini-Módulo de Investigación 1, es una estructura de 6 metros de largo y 2.35 de diámetro máximo, y una masa de 5.075 kg. Su volumen interno presurizado es de 17.4 metros cúbicos, aunque el realmente habitable es de 5.85, y servirá más que nada como almacén de experimentos, aunque también tiene espacio para que en él se realicen algunos. Rassvet añade un cuarto puerto de acoplamiento estándar ruso, con todo el aparataje necesario para el acoplamiento automático de las naves rusas. Elevado como parte de la misión STS-132 Atlantis, esta nueva pieza del mecano voló con hasta 2900 kg. de carga, tanto interna como externa, lo que incluyen algunos elementos que deben instalarse en el próximo módulo laboratorio, como una exclusa para extracción de experimentos, un radiador, una junta de repuesto y puesto de trabajo portátil para el futuro Brazo Robótico Europeo. El papel actual de Rassvet es primordialmente secundario, y su principal uso es el del acoplamiento de las naves rusas, tanto tripuladas como de carga.

En doce misiones del transbordador, las lanzaderas volaron con un módulo cilíndrico repleto de componentes y elementos que, una vez acoplado a la estación, sería trasladado e instalado temporalmente a uno de los muelles CBM del complejo. Denominados MPLM, o Módulos Logísticos Multi-Propósito, se construyeron tres: Leonardo y Raffaello para transferencia de carga, y Donatello, con la función añadida de transportar experimentos. Los tres, con un diseño similar al módulo Columbus, y unas medidas de 6.4 metros de largo y 4.6 de diámetro, y un desplazamiento de 4.400 kg., eran capaces de elevar hasta 9 toneladas de carga dispuestas en 16 armarios estándar.. En el 2009, se tomó la decisión de dejar uno de los MPLM instalado permanentemente en la ISS, como lugar de almacenaje de provisiones, repuestos, y otros elementos. De los dos que volaron (Donatello nunca lo hizo) se escogió al Leonardo y, tras retornar de la misión STS-131 Discovery de abril del 2010, empezaron las modificaciones, entre ellas el añadir mantas multicapa reforzadas (sacadas del Donatello), montaje de nuevos escudos de micrometeoritos en los dos
conos, modificaciones del sello del CBM pasivo, eliminación de elementos innecesarios, colocación de retroreflectores para vehículos visitantes, entre otros cambios. Renombrado PMM (Módulo Logístico Permanente) Leonardo, ahora declaraba una masa de 9896 kg., sin tener en cuenta la carga interna. La misión STS-133 Discovery (la última de este transbordador) de febrero del 2011 fue la encargada de su entrega, y voló con 14 armarios, uno de experimentos, y el resto con carga diversa, incluyendo repuestos. Tras llegar el transbordador, el Leonardo quedó situado en el puerto inferior de Unity, en sustitución del PMA-3 (situado entonces en el
extremo opuesto del Tranquility), aunque su estancia allí no ha durado, ya que en mayo del 2015 fue recolocado a uno de los puertos laterales del NODO-3, mirando hacia el Kibo, donde continua actualmente. La razón del cambio fue liberar el puerto del Unity para permitir acoplar más naves de carga equipadas con el CBM. Además, esta misión del transbordador elevó también el Soportes Logísticos ExPRESS número cuatro, situado en la estructura S3 mirando hacia la Tierra. A diferencia de los dos anteriores, solo cuenta con cinco puntos de acoplamiento, además de un radiador. La carga más importante que alberga la ELC-4 es el instrumento de ciencia terrestre SAGE-III on ISS, para estudios atmosféricos,  que lleva en la estación desde el 2017.

La última misión de montaje realizada por un transbordador fue la STS-134 Endeavour de mayo del 2011, la penúltima de las lanzaderas. En ella se instalaron tres componentes. El principal fue el Espectrómetro Magnético Alfa, AMS-02, cuyo propósito es el de buscar antimateria y materia oscura, entre otros objetivos. La decisión de colocar este aparato allí arriba fue por sus requisitos energéticos y sus dimensiones. Con una masa de 7500 kg. y un consumo energético de 2.500 vatios, no hay plataforma de satélite que pueda acomodar algo así. Con energía de sobra y abundantes puntos de anclaje, su situación en la viga de la estación, adyacente a la plataforma ELC-2 de la estructura S3, es la localización ideal. Lleva trabajando desde entonces, proporcionando algún descubrimiento notable. Un segundo componente necesario que se colocó en esta misión fue la estructura
ELC-3. Con una masa de más de 6 toneladas, quedó situado en la estructura P3, posición superior, y cuenta con ocho puntos de anclaje. El elemento más importante albergado allí es el sistema de medición de irradiación solar TSIS-1, un paquete que combina un instrumento de monitorización de la irradiación solar total y uno que sigue la irradiación espectral solar, dos instrumentos cuya herencia data de la misión SORCE, aún activa. Situados en una plataforma móvil para seguir el Sol, lleva en el complejo desde diciembre del 2017. Para terminar, el último elemento dejado por el transbordador es el denominado OBSS, el mástil de sensores del transbordador, elemento construido para que los transbordadores pudieran revisar el escudo de reentrada tras el lanzamiento y previo al aterrizaje,
tras la tragedia del Columbia. La realidad es que este elemento, de algo más de 15 metros de largo, y equipado con cámaras y sistemas de medición láser, tiene la ventaja de poder ampliar el alcance del Canadarm2 para llegar a zonas lejanas. Para ello fue modificado, siendo la principal una fijación de agarre compatible con el brazo robótico de la estación, quedando situado en la estructura S1. Si esta misión es famosa es por las espectaculares fotos tomadas del complejo desde la Soyuz TMA-20, por el astronauta italiano Paolo Nespoli, siendo las únicas que hay de la ISS tomadas desde la distancia con un transbordador acoplado a la estación. Finalmente, la misión STS-135 Atlantis, en julio del 2011, realizó su última misión, logística, dando por finalizadas las obras.

Desde ese momento, nada nuevo se añadió a la infraestructura de la estación, más allá de instrumentos científicos o unidades de repuesto, pero todavía quedaban algunos puertos de anclaje sin usar. No fue hasta el 2016 que la ISS recibió más espacio habitable, en la forma de un módulo único: BEAM, Módulo de Actividad Ampliable de Bigelow, diseñado y construido, en su mayoría, por la firma Bigelow Aerospace. Se trata de un módulo construido a partir de materiales flexibles que, una vez en el espacio, se les inyecta aire y se inflan como un globo. Esta tecnología fue ideada por la NASA como módulos TransHab, y en un momento, se pensó en un módulo específico para albergar zonas dormitorio para la estación, hasta que se prohibió por ley, en el año 2000, que la NASA desarrollara esa tecnología. La patente y los derechos de TransHab fueron comprados por Bigelow Aerospace, y en los años 2006 y 2007 se lanzaron dos módulos inflables para demostrar su viabilidad. No fue hasta el 2010 que la NASA volvió a interesarse en los módulos inflables y, a finales del 2012, firmó un contrato con Bigelow Aerospace para fabricar BEAM como prueba tecnológica de dos
años. El resultado es un módulo pequeño, de 4 metros de largo y 3.23 de diámetro. Se ha construido a partir de dos mamparos metálicos (uno, con un CBM pasivo), una estructura de aluminio y múltiples capas de tejido flexible (es secreto de qué está fabricado) con espacio entre capas, y teóricamente, es capaz de soportar impactos de micrometeoritos y de proporcionar una adecuada protección a la radiación. Sin ventanas y sin energía interna, su volumen habitable, plenamente inflado, es de 16 metros cúbicos. Dada su naturaleza, podía ser plegado para ser albergado en una cofia de cohete convencional o, como fue el caso, en el tronco no presurizado de la nave de carga Dragon que lo envió al complejo, con unas medidas de 2.16 de largo y 2.36 de diámetro. El lanzamiento se produjo el 8 de abril del 2016, y la nave Dragon alcanzó el complejo dos días después, y hasta el 16 no fue sacado de la nave de carga y situado en su lugar, el muelle del Tranquility opuesto a donde se instaló después el PMM Leonardo. Pasó un mes así hasta que finalmente fue inflado, tras un intento fallido como consecuencia de haber estado en Tierra demasiado tiempo esperando su billete. Entrando en BEAM pocos días después,
los astronautas instalaron dentro equipo de monitorización, desde medidores de radiación hasta detectores de impactos de micrometeoritos. En un principio, la misión de prueba debería haber durado dos años, pero allí sigue, y los datos recogidos hasta la fecha revelan que no tiene nada que envidiar a los módulos rígidos, en cuanto a resistencia y a los niveles de radiación. Ahora se usa para almacenamiento, ya que hay pocos lugares en los que poder guardar cosas. Los astronautas no pasan allí mucho tiempo: permanece cerrado casi siempre, y la dotación solo entra para tomar mediciones y acceder a la carga allí guardada.

Es el momento de hablar del futuro. Existen planes de añadir más componentes, más pronto que tarde. No antes de agosto del 2020, una nueva exclusa llegará. Exclusa por llamarla de alguna forma. La empresa Nanoracks lleva desde el 2010, al menos, operando en el entorno de la ISS en ámbitos como lanzar satélites diminutos (los célebres Cubesats) además de ofrecer oportunidades científicas que situar en microgravedad, tanto dentro como fuera del complejo. Yendo más allá, esta firma, de acuerdo con la NASA y demás socios, ha desarrollado un nuevo módulo para su instalación en la ISS: el Módulo Exclusa Bishop. Construido entre la propia Nanoracks, Thales Alenia Space y Boeing, no se trata en realidad de un módulo con compuerta al exterior, sino algo muy distinto. Es una estructura en forma de domo, terminada en un CBM pasivo. Tiene un diámetro 2.11 metros, una longitud de 1.78 metros y un volumen interno de casi cuatro metros cúbicos. Su tarea es la de servir de plataforma tanto para experimentos, tanto en su interior como en su exterior (acepta hasta seis cargas externas) y para el lanzamiento de satélites, no solo Cubesats, sino también minisatélites de mayores dimensiones. Con su
acoplamiento previsto en el extremo del Tranquility, anteriormente ocupado por el PMA-3, será un módulo inicialmente no presurizado, pero que podrá recibir atmósfera para que la dotación introduzca en el distintas cargas que situar en el exterior, además de los minisatélites previstos a lanzar. Cuando todo esté preparado, se despresurizará, y será agarrado por el Canadarm2 (cuenta con dos agarraderas para él), desacoplado, y en el caso de lanzamiento de satélites, situado en la posición óptima. Si tiene que aceptar cargas externas, puede ser llevado hacia alguna de las secciones de la viga de la estación, sujetado allí, y con ayuda de Dextre, colocarle los distintos experimentos. Tanto en el exterior como en el interior hay soportes mecánicos, de energía y datos para mantener activas las distintas cargas situadas en Bishop. Viajará al complejo dentro del tronco no presurizado de una nave Dragon de SpaceX, en la misión de abastecimiento número 21 de esta compañía al complejo. El siguiente, se espera, debe ser el componente ruso más esperado.

Como hemos mencionado el FGB Zarya fue financiado por la NASA. En caso de que el lanzamiento hubiera fracasado, la agencia americana proporcionó fondos para un reemplazo virtualmente idéntico. Este módulo, referido generalmente como FGB-2, terminado al 70%, permaneció almacenado en un entorno controlado por si alguien quería hacer algo con él, y aunque hubo ideas, no fructificaron. Con la cancelación de parte de la infraestructura rusa para el complejo, en el 2004 se decidió transformar el FGB-2 en otra cosa completamente distinta: el Módulo Laboratorio Multipropósito. El contrato definitivo se firmó entre la
Fuente: http://www.russianspaceweb.com
agencia espacial rusa y la constructora del módulo en el 2006, y las reformas en el nuevo MLM se iniciaron en el 2007, con una fecha de lanzamiento prevista para el 2009. ¿Qué ha pasado hasta ahora? Problemas múltiples. Para transformar el FGB-2 (esencialmente, un módulo de almacenaje y de paso, con tanques de combustible y propulsores) en una instalación científica ha habido que retirar mucho aparataje. El interior es totalmente distinto, más espacioso (hasta 70 metros cúbico de volumen presurizado), formando un habitáculo capaz de albergar hasta 12 estaciones de trabajo para instrumentación y experimentos, además de contar con sistemas de servicio para el segmento ruso (soporte vital, control de actitud y propulsores), además de un nuevo ordenador multifunción, más avanzado que el del Zvezda. Entre otros elementos con los que contará será un área de descanso, con dormitorio para astronautas, así como cocina y lavabo. Otras modificaciones están en el exterior, con posiciones para situar experimentos, soporte para el Brazo Robot Europeo ERA y una exclusa para sacar experimentos al exterior. Para ello, el compartimento de acoplamiento de forma esférica ha sido modificado y el segundo puerto de atraque (que en el Zarya ahora ocupa el Rassvet) ha sido sustituido por la antecámara de la exclusa, ya que este compartimento en sí ya está en la estación: voló con el Rassvet. Con una masa de algo más de 20 toneladas, y unas medidas de 13.1 metros de largo y 23.9 de envergadura con sus paneles solares desplegados (otra característica que conserva) deberá ser lanzado por la última versión del más potente cohete ruso, el Proton-M. En cuanto a los problemas, muchos. la fecha original del 2009 no se cumplió. Sin motivos aparentes, el lanzamiento del módulo, que ha sido bautizado como Nauka (Ciencia en ruso), pasó a diciembre del 2011, luego a la primera parte del 2012, para después en el 2012 pasarlo al 2014. Si bien parte de estos aplazamientos fue por las enormes modificaciones practicadas al módulo, el primer problema serio fue el descubrimiento de una válvula del sistema de propulsión con fugas, por lo que hubo que desmontar medio módulo para llegar a ella y cambiarla. Total, nueve meses más, y el lanzamiento más allá del 2015. Nuevo problema: las líneas de combustible estaban contaminadas con virutas de metal. Resultado: cambio total, incluyendo los propios propulsores, que habían superado su periodo de garantía. Solo la fabricación de los propulsores nuevos llevaría ocho meses. Aprovechando todo esto, se han hecho otras modificaciones, no reveladas al módulo, tal vez con la intención de que sirva para el plan ruso de una nueva estación espacial propia, separando su segmento de la ISS para funcionar con independencia. Una nueva inspección reveló un nuevo problema: los tanques de combustible están contaminados por polvo metálico. Más retrasos todavía. Y por si no faltara más, en intento de limpieza no tuvo éxito, por lo que se necesitan nuevos tanques de combustible. El resultado final: el lanzamiento, fijado provisionalmente en noviembre del 2020, se aplazado tres meses más, como consecuencia de la garantía de algunos de los sistemas de a bordo. Con Nauka debe volar al mismo tiempo el ERA ya mencionado. El
tercer brazo robótico de la estación, éste de fabricación europea, mide un total de 11 metros y pesa unos 630 kg. Cuenta con dos miembros, de unos 5 metros de largo, dos mecanismos de agarraderas idénticos, dos muñecas con tres juntas cada una, una junta de codo (cuyo repuesto voló con Rassvet), un ordenador de control central dentro de uno de los brazos, y varios juegos de cámaras y luces. Ha sido fabricado principalmente a base de fibra de carbono e interfaces de aluminio, y se podrá controlar tanto desde el interior de la estación (bastará un portátil) y desde el exterior (el interfaz está ya en la estación, en el Rassvet). Casi como el Canadarm2, podrá moverse entre los diversos interfaces situados en el exterior del segmento ruso, y entre sus tareas están las de ayudar a sacar experimentos de la exclusa del Nauka, ayudar en los paseos espaciales llevando a los astronautas a las zonas de interés (la misma labor que hacen las dos pértigas Strela situadas en los módulos Poisk y Zvezda) e incluso ayudar a instalar, soltar o desplegar paneles solares, además de revisar el exterior de la estación con cámaras infrarrojas. Contará con una libertad de movimientos idéntica a la del Canadarm2, es decir 7 grados, y será capaz de mover cargas de hasta 8000 kg.

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Cuando se instale Nauka, aproximadamente un año después le tocará a un elemento mucho más pequeño, pero que será de mucha utilidad. El nodo Prichal, también conocido como módulo Ulzovoy, o UM, debe servir al segmento ruso como la sección esférica del módulo núcleo de la Mir: aceptar de todo, desde naves tripuladas y no tripuladas a módulos nuevos. También esférico y con una masa de unos 4000 kg., cuenta con seis puertos, con uno siendo el que se situará en el extremo del Nauka, quedando los otros cinco liberados. Volará en el extremo de una nave de carga Progress modificada a propósito, que será liberada cuando termine su tarea. Este nodo pretende ser, además uno de los primeros elementos de la futura estación rusa OPSEK, como lugar de unión para la nueva infraestrctura, y tal vez, mientras esté situado en la ISS, recibirá un nuevo módulo de ciencia y energía, o NEM, que combina una sección habitable para ciencia y habitación y una sección no presurizada con sistemas de control y generación de energía, con paneles solares de 155 metros cuadrados de superficie activa total. De diseño enteramente nuevo, en el interior usarán los armarios estándar para dar forma a las distintas utilidades internas, desde dormitorios, soportes para experimentos, sistemas de control y soporte vital. Con el primero de estos módulos en fabricación (parece que se han previsto dos), la financiación está retrasando su finalización.

Por el camino, y por distintas razones, diversos elementos se han quedado por el camino. Entre los de la NASA, junto con el módulo centrifugador y el Vehículo de Retorno de la Tripulación (que hubiera servido para la dotación entera del complejo, con capacidad para siete astronautas), el más importante fue el
Módulo Habitación. De medidas idénticas al Destiny, como su denominación indicaba, hubiera albergado todas las instalaciones vitales para los astronautas de la NASA, con dormitorios, cocina, lavabo, ducha e instalaciones médicas, y hubiera contado con dos ventanas y un único CBM pasivo. Los retrasos en su financiación retrasaron su construcción, y el desastre del Columbia provocó su cancelación, cuando ya estaba terminado su casco de presión. Se pensó sustituirlo por uno basado en la tecnología TransHab, pero la idea tampoco cuajó. En fin, ahora las funciones de este módulo se reparten entre los distintos elementos del segmento de la NASA. Y en el lado ruso, también mucho perdido. El más importante de los componentes rusos que se quedaron en tierra fue la Plataforma de Energía y Científica. Formado por una
sección presurizada y una torre sin presurizar, ésta debía entregar gran parte de la energía que el segmento ruso hubiera necesitado. Con ocho paneles solares, y capaz de controlar uno de los tres ejes de la orientación de la estación (contaba hasta con propulsores), su lugar hubiera sido en el muelle superior del Zvezda, el ocupado actualmente por el Poisk. La sección presurizada, de pequeñas dimensiones, apenas hubiera servido para almacenaje e instalación de hardware, tanto interno como externo, incluyendo el brazo robotico europeo. De hecho, parte del diseño de esta plataforma sí se encuentra en la ISS: el módulo Rassvet es en realidad el prototipo construido para la sección presurizada de la plataforma, reformado para su nuevo papel. En fin, tras la pérdida de esta estructura de paneles solares, esto llevó a la cancelación de otros tres: el módulo de acoplamiento universal (que se hubiera acoplado ahí donde está ahora el Pirs, y que hubiera servido para posteriores añadidos al segmento ruso) y dos módulos científicos, obligando además a acordar con la NASA recibir energía de los enormes paneles solares que son su seña de identidad.

En resumen, la ISS no difiere demasiado de la que planeó en la década de 1990, pero algunas capacidades se han perdido, otras se han redistribuido, y otras están tal y como deberían. Como la mayor estructura construida en órbita, es también visible a simple vista desde la Tierra. Primordialmente es un laboratorio científico y un banco de pruebas tanto tecnológicas como de operaciones. Los estudios científicos abarcan biología (especialmente salud humana), medicina espacial, ciencias de la vida, ciencias físicas, de materiales, astronomía y meteorología. Además, está sirviendo para experimentación simulando misiones de larga duración en el espacio, para estar preparados para enviar seres humanos más allá del sistema Tierra-Luna. En total, la ISS ha sido visitada por 238 personas (150 estadounidenses, 47 rusos, nueve japoneses, ocho canadienses, cinco italianos, cuatro franceses, tres alemanes, y uno procedentes de Bélgica, Brasil, Dinamarca, Gran Bretaña, España, Kazajstán, Malasia, Holanda, Suráfrica, Corea del Sur, Suecia y Emiratos Árabes Unidos), y además de los transbordadores de la NASA y las naves Soyuz, otros vehículos visitantes han sido: naves de carga Progress (rusa), ATV (ESA), Kounotori (JAXA) y las privadas Dragon de SpaceX (tanto de carga como para tripulación) y Cygnus de Northrop Grumman, mientras que para el futuro, la nave CST-100 Starliner de Boeing, para transporte de astronautas, la futura nave tripulada rusa, y la variante de carga del minitransbordador Dream Chaser de Sierra Nevada Corp. Su periodo de explotación ha sido prolongada ya dos veces, primero al 2024, y actualmente hasta el 2030

domingo, 27 de octubre de 2019

Anatomía de la ISS (I)

Como la estructura más grande jamás situada en órbita, la Estación Espacial Internacional, o ISS, es mucho más que un satélite, con todo derecho puede decirse que es la primera gran ciudad en el espacio. Con una longitud de 73 metros y una envergadura de 109, puede albergar normalmente seis astronautas, aunque ha habido momento en que allí arriba ha habido hasta 16, gracias a un volumen interno actual de 932 metros cúbicos, mayor que el espacio abordo de un avión Boeing 747. Este complejo espacial orbita a unos 400 km. de altitud, inclinada con respecto al ecuador e 51.6º, tardando en rodear nuestro planeta unos 92 minutos. Actualmente desplaza una masa superior a los 400.000 kg., por lo que lanzarla de una sola vez era prácticamente imposible. La ISS es un ejemplo de cooperación internacional entre las distintas organizaciones socias, como la NASA, Roscosmos, la ESA, la agencia japonesa JAXA, la agencia canadiense CSA, además de la agencia espacial brasileña. El camino no siempre ha sido fácil, pero puede decirse que el camino ha valido la pena.

El germen de este enorme mecano cósmico puede trazarse hasta 1985, cuando el entonces presidente estadounidense Ronald Reagan propuso una estación espacial modular que compitiera con la cadena de estaciones espaciales soviéticas, recibiendo el pomposo nombre de Freedom. La tragedia del Challenger, diversos problemas financieros, y la prioridad en otros programas fue retrasando su desarrollo, y llegada la década de 1990, muchas cosas cambiaron. La Unión Soviética se derrumbó, y las agencias espaciales europea y japonesa empezaron a dar impulso a sus pequeños programas espaciales, hasta que se firmó convenio mediante el cual las tres agencias compartirían los costes de desarrollo, llegando a un alto nivel de estandarización en componentes, muelles de acoplamiento y otras tecnologías. Mientras, la renacida Rusia continuó operando su estación Mir, la primera modular en órbita y, con la colaboración de la NASA, ésta siguió en funcionamiento, lo que incluyó la visita de transbordadores y la estancia prolongada de varios de sus astronautas. Finalmente Rusia se unió al proyecto, y optó por reutilizar el hardware que estaba creando para una estación denominada Mir-2. Con todo puesto en su lugar, con los componentes construyéndose, empezó a fijarse un calendario de lanzamientos para situar los distintos componentes que darían forma a la nueva estación, que había cambiado su nombre a Alfa, antes de consensuar el actual.

La experiencia en el diseño y el montaje de la estación Mir dio como resultado numerosos cambios, probablemente el más notable fue el de dónde colocar toda la maraña de cables y conductos entre módulos. En la Mir, todo este aparataje estaba situado en el interior, haciendo la habitabilidad muy incómoda, especialmente en las áreas del acoplamiento de los distintos módulos, suponiendo incluso una grave dificultad para cerrarlos en caso de una descompresión, como ya ocurrió en el año 1997. Por ello, gran parte de cables y tuberías se encuentran por el exterior de la ISS, lo que obliga a realizar paseos espaciales para su instalación y mantenimiento.

El calendario no se ha cumplido a rajatabla: ha habido retrasos, averías, problemas presupuestarios, y sobre todo, un accidente. Esta es la secuencia de su construcción.

La primera piedra de la ISS recibió el nombre de Zarya (Amanecer), y es el llamado Bloque Funcional de Carga. Se basa en el diseño de las naves tripuladas TKS que, en la década de 1970, pretendían abastecer a las estaciones espaciales Almaz, todo diseñado por Vladimir Chelomei y V. N. Bugayskiy. Esta nave se componía de una cápsula de reentrada y un módulo orbital, y es esta última sección en la que se basa, que se usó como 
base de los distintos módulos de la Mir. Con una longitud de 13 metros y un diámetro máximo de 4.1, declaraba una masa en el momento del lanzamiento de casi 25.000 kg. Un par de paneles solares le dotaban de una envergadura de 24 metros, generando hasta 3 kilovatios de electricidad y cargando seis baterías de niquel-cadmio. Durante la primera fase de la construcción fue el encargado del control de la estación, contando con dos grupos de motores de control de actitud, uno de 24 y uno de 12, y dos más potentes para tareas de aumento de altitud, actualmente inutilizados por la presencia de otros módulos. Su capacidad de almacenamiento de combustible es notable: sus 16 tanques almacenan  5.4 toneladas de combustible. Además en las primeras fases de la construcción, tenía la misión de controlar y distribuir la energía de la estación, las comunicaciones, y además es capaz de recargar combustible en órbita mediante uno de sus puertos de atraque. En su interior, cuenta con un 
volumen interno presurizado de 71.5 metros cúbicos, y a lo largo del módulo, hay compartimientos para almacenar objetos y paneles que se abren para dar servicio a los distintos componentes internos. Otros elementos de hardware instalados en él son los sistemas de acoplamiento rusos, el Kurs automático, y el manual TORU, en total varias antenas y objetivos de acoplamiento. Posee tres puertos de atraque: uno en cada extremo del módulo, y un tercero, añadido posteriormente durante su construcción, en la posición inferior en la sección delantera, en la llamada esfera de acoplamiento, mirando hacia la Tierra. Fue construido con una garantía de funcionamiento en órbita de 15 años. Financiado por completo por la NASA, estuvo listo para el lanzamiento mucho antes que otros de procedencia rusa. Fue elevado desde el cosmódromo de Baikonur mediante un lanzador Proton-K el 20 de noviembre de 1998, y situado en la órbita asignada sin problemas, siendo la única dificultad el no despliegue de las antenas del sistema TORU. Hoy, Zarya solo se emplea para almacenamiento de diversos componentes y de la reserva de combustible para maniobras y cambios de actitud. 


Casi dos semanas después de la puesta en órbita del Zarya, tocaba turno del primer elemento de la NASA, el Unity. El también llamado NODO-1, es uno de los tres nodos de interconexión de la estación. Con unas medidas de 5.5 metros de largo y 4.3 de diámetro, esta última medida se basó en el díámetro de las bodegas de los transbordadores espaciales. Acabado en sus extremos por conos truncados, este módulo posee por toda su estructura de seis puertos de atraque (denominados Mecanismos de Acoplamiento Comunes o CBM) para situar las distintas piezas de la estación, cinco activos (los cuatro radiales, y el frontal) y un pasivo. En sus dos escotillas principales están acoplados los PMA (Pressurized Mating Adapters) números 1 y 2. Estos elementos de forma relativamente cónica, de 1.86 metros de largo, 1.9 de diámetro en su zona más ancha y 1.4 en la más estrecha, disponen en sus extremos de un CMB en el más ancho y un muelle de acoplamiento ruso APAS-95 en el más estrecho, y en su exterior está completamente cubierto con cableado. El PMA-1 (situado en CBM pasivo) está diseñado para acoplarse al módulo Zarya, con una masa en Tierra de unos 1.600 kg, mientras que el PMA-2 (situado en el CBM activo) posibilita el acoplamiento de transbordadores de la NASA, declarando en báscula unos 1.400 kg. Los otros cuatro puertos, situados en la circunferencia del módulo (Superior, Inferior, Babor y Estribor), han servido para la instalación de elementos posteriores del complejo, permaneciendo actualmente el Inferior desocupado para permitir el acoplamiento de vehículos de carga. Su interior es más 
espacioso, y dispone de espacio para albergar cuatro de los armarios de carga útil estándar internacionales, o ISPR, cada uno de dos metros de alto, 1.05 de ancho y 86 centímetros de profundidad, siendo plenamente configurables para instalar en ellos de todo, de experimentos científicos, hardware de funcionamiento de la estación y otros elementos, como zonas de almacenaje. Unity no solo es un elemento de acoplamiento mecánico para la expansión de la estación, también sirve para dirigir el flujo de energía, datos, líquidos y gases entre los distintos elementos del complejo, disponiendo de 121 cables eléctricos, tanto internos como externos, junto con 216 líneas de fluidos y gases. El módulo, como el resto de la NASA, se fabricó a partir de dos cilindros concéntricos, sirviendo la piel externa como protección contra micrometeoritos o fragmentos minúsculos de basura espacial. Todo el módulo está fabricado en aluminio y acero inoxidable. Actualmente es una suerte de vestíbulo, donde se encuentran las dos secciones de la ISS, la 
rusa y la americana, y como tal, es el punto de encuentro de la dotación, usándose como comedor y una cocina improvisada. Lanzado en la bodega del transbordador Endeavour (misión STS-88) el 4 de diciembre de 1998 desde Cabo Cañaveral, la conexión física entre los módulos se produjo dos días después, y se necesitaron tres paseos espaciales para conectar todos los cables entre los dos elementos. Cuando el transbordador partió, se suponía que debían esperar unos meses (el Zarya solo podía aguantar algo más de 450 días en solitario), pero los retrasos en la construcción del siguiente elemento obligaron a preparar a toda prisa dos nuevas misiones de los transbordadores para "salvar" la estación (STS-96 Discovery y STS-101 Atlantis).


El lanzamiento del siguiente segmento del complejo era vital para la continuación de las obras en órbita. Sin embargo, estaba financiado completamente por la economía rusa, muy endeble en aquellos momentos, por lo que el lanzamiento se retrasó sucesivas veces. Como consecuencia de la escasez de presupuesto no se pudo construir un módulo de reserva, en caso de fallo en el lanzamiento, y para empeorar las cosas, el lanzamiento del propio módulo carecía de seguro. Al final, el Módulo de Servicio quedó listo para el lanzamiento, situado en el extremo de un lanzador Proton-K. El Zvezda (Estrella) es el segundo miembro de la tercera generación de 
estaciones rusas. Construido originalmente como el módulo núcleo de la estación Mir-2 (técnicamente conocido como DOS-8), tuvo que ser extensamente modificado para su nuevo papel en la ISS. Con unas medidas de 13.1 metros de largo, 4.2 metros de diámetro máximo y una envergadura de 29.7 metros con sus paneles solares desplegados, desplazaba en el momento del lanzamiento 24.604 kg. Posee cuatro puertos de atraque (originalmente seis) en su exterior que facilitan su acoplamiento con las diversas piezas rusas de la estación, quedando solo actualmente libre para el atraque de naves visitantes. Este módulo es vital ya que posee la primera área verdaderamente habitable de la estación. Su volumen interno es de 75 metros cúbicos, distribuidos entre el compartimento de trabajo, de forma cilíndrica, y el compartimento de transferencia esférico con tres de los puertos de atraque (frontal, superior e inferior). En el extremo opuesto del compartimentos esférico está el compartimento de ensamblaje no presurizado, que rodea 
la cámara de transferencia, conectando con el cuarto puerto de acoplamiento. En su interior está todo lo necesario para una vida sencilla a bordo: cuenta con dos dormitorios, sistemas de soporte vital (los sistemas Elektron, Vika y Vozdukh rusos), lavabo, cocina con nevera y congelador, sistemas de distribución de energía eléctrica, sistema de procesado de datos (primer elemento europeo), sistema de control de vuelo y elementos para el ejercicio de los astronautas, consistentes en una bicicleta estática y una cinta para correr (de la NASA). Para mayor comfort para la tripulación, se le dotó de una gran cantidad de ventanas, 14 en total: una de 41 centímetros, 11 de 23 y dos de ocho centímetros, usadas no solo para el ocio (principalmente para la observación terrestre) y operaciones de acoplamiento. Otros elementos importantes son los sistemas de comunicaciones y de propulsión, contando con 32 propulsores de control de actitud y dos más potentes de maniobras orbitales, gran parte de ellos situados en el compartimento de ensamblaje, que también dispone del sistema Kurs de acoplamiento automático. Entre otras cosas, el módulo puede recibir y ejecutar comandos 
enviados desde el centro de control. Lanzado el 12 de julio del año 2000 desde el cosmódromo de Baikonur, maniobras sucesivas le permitieron atrapar los dos elementos ya en órbita, un proceso que duró dos semanas. El día 26 de julio, el Zvezda formaba parte de la estación, acoplándose automáticamente, si bien es más justo decir que sirvió como objetivo pasivo, mientras el Zarya era el que se aproximaba y acoplaba empleando el sistema Kurs. Con la operación terminada, el Zvezda tomó el control del complejo. Pero para que fuera parte integral completamente de la estación hacía falta la conexión eléctrica entre los dos componentes rusos, lo que hizo falta una misión del transbordador (STS-106 Atlantis). En esta misión de 12 días, se realizó un paseo espacial en el que se conectaron las nueve conexiones, cuatro de energía, cuatro de vídeo y datos y un cable de fibra óptica de telemetría, para después entrar en su interior y montar diversos componentes vitales para la operación y la vida a bordo, como tres de las baterías restantes (haciendo ocho en total), el montaje de la cinta de correr, así como el traslado de gran cantidad de 
material y provisiones para la primera dotación. La operación en órbita del Zvezda, si bien exitosa por lo genera, no se ha librado de algunas críticas. Sin duda, es el más ruidoso de todos los módulos, lo que provoca que, con gran frecuencia, los astronautas y cosmonautas lleven tapones en los oídos. También problemático es el sistema de generación de oxígeno Elektron, con frecuentes averías (igual que en la Mir) lo que lleva a la puesta en marcha del sistema de reserva Vika, que emplea la quema de pastillas sólidas para producir la atmósfera respirable (y que provocó un incendio en la Mir). Además, el compartimento de transferencia ha llegado a servir como exclusa improvisada para paseos espaciales, mediante el cierre de las compuertas correspondientes de acceso al Zarya y al interior habitable del propio Zvezda, a la espera de recibir módulos diseñados especialmente para la tarea. Con esta llegada, la ISS estaba lista para recibir su primera tripulación, pero antes se hizo necesaria otra misión del transbordador para la instalación de otros dos elementos vitales para la posterior ampliación del complejo.


La que fue la misión número 100 del transbordador (STS-92 Discovery) elevó en octubre del 2000 los dos siguientes componentes necesarios para seguir las obras en la ISS. El primero fue el PMA-3, segundo puerto de atraque para el acoplamiento de los transbordadores, y en lo básico, es idéntico al PMA-2, contando en su exterior interfaces mecánicos (el puerto de acoplamiento APAS en un extremo, en el otro un CBM pasivo), cables y circuitos varios para la transferencia de energía y datos, elementos del sistema de control termal, y hardware para paseos espaciales. Esta misión situó este puerto en el muelle inferior del Unity. El segundo, mucho más importante, supuso el comienzo de la construcción de la viga de la estación. Denominada Z1 (Zenith-1), fue acoplado al muelle superior del 
Unity. Es una estructura en forma de caja construida casi como una suerte de enrejado, con unas medidas de 4.6 x 4.2 metros, elaborada a partir de aleaciones de acero inoxidable, titanio y aluminio. En su interior, se encuentran sistemas muy importantes para la operación de la estación, como los giróscopos principales, sistemas de comunicaciones de alto rendimiento en banda-S y banda-Ku, y partes del sistema energético, esencialmente componentes de distribución de energía, junto con contactores de plasma para neutralizar la carga estática de la estación. Para su acoplamiento al Unity, se emplea un mecanismo CBM pasivo. Aunque es una estructura no presurizada, el CBM da acceso a una pequeña área presurizada que permite dar acceso a las conexiones de tierra entre el módulo y la estructura sin necesidad de paseos espaciales. La Z1 también cuenta con otra zona de acoplamiento, un Mecanismo de Acoplamiento Manual, o MBM, accionable mediante una herramienta manual, permitiendo la instalación temporal de algún elemento que resultara necesario quitar de en medio. Además, este pequeño espacio sirve como zona de almacenamiento. Se necesitaron cuatro paseos espaciales para dejarlo todo listo. Tras esta misión, al fin llegó la primera dotación, denominada Expedición 1. Interesantemente, el PMA-3 ha sido uno de los componentes más viajeros alrededor de la ISS. Menos de un año después de su instalación, fue trasladado del puerto inferior al de babor en el Unity, permaneciendo allí hasta el 2007, devuelvo temporalmente a su muelle original, para permitir la instalación temporal del segundo nodo. La llegada del tercer nodo supuso otro cambio de lugar para el PMA-3, del Unity al segundo nodo, y posteriormente al tercero. En este último ha permanecido hasta el 2017, en el que volvió a ser recolocado, en esta ocasión en el segundo nodo, concretamente en su puerto superior. 



Conscientes de las limitaciones energéticas de la configuración de la ISS en aquel momento (la energía generada por los Zarya y Zvezda no llegaba para activar el Unity), se decidió por instalar el primer grupo de grandes paneles solares, volando en la estructura P6. Construida para ser colocada en el extremo de babor de la viga de la estación, durante los primeros años de construcción quedó colocada en la parte superior de la estructura Z1. Puesta en órbita (STS-97 Endeavour) en diciembre del 2000, estaban previstos dos paseos espaciales, pero 
al final fueron tres. La P6 mide 18.3 metros de largo, contando en su extremo con dos pares de grandes paneles solares de 34 x 12 metros, cada par dividido por un mástil de despliegue. Fueron construidos basados en un sustrato flexible, y albergan casi 33.000 células solares de silicio de 8 x 8 cm., que en conjunto generan hasta 64 kilovátios de electricidad. Cada panel solar se acopla a un mecanismo rotatorio motorizado (Ensamblaje de Pivote Beta, BGA) para que puedan seguir al Sol y captar la máxima luz de nuestra estrella. Conectado a los paneles solares se encuentra el Ensamblaje de Equipamiento Integrado, contando con lo necesario para la operación del sistema energético de la estación en cuanto a almacenamiento y distribución de energía, así como para el control termal del sistema y un ordenador para la operación de todo el conjunto. Para terminar, una estructura denominada 
Espaciador Largo se colocó en el extremo opuesto a de los paneles solares, con el propósito de separar físicamente estos paneles solares de los que serían transportados en la estructura P4. Además de esta estructura mecánica, en su interior se instaló un sistema temprano de control termal activo para la refrigeración del módulo laboratorio estadounidense, que sería el siguiente elemento a elevar. Todo este conjunto pesaba en Tierra 15.824 kg. Decimos que se hizo necesario un tercer paseo espacial porque, durante el despliegue de los paneles, una vez instalada la P6 en la estación, el panel situado a babor no se desplegó, y el de estribor lo hizo parcialmente. Durante el segundo, los astronautas comprobaron que los cables que tensan los paneles de estribor se habían soltado, por lo que para el despliegue del de babor, se hizo el procedimiento muy lentamente. Para el tercero, se replegó el panel de estribor levemente para que uno de los astronautas pudiera volver a colocar los cables en su sitio. tardando menos de lo previsto, el panel se desplegó por completo. Con las tareas finalizadas, el transbordador retornó a casa, y la ISS quedó lista para la llegada de su siguiente módulo.


El propósito principal de la ISS es hacer ciencia que es imposible de hacer en la Tierra, pero en esta etapa de la construcción, ninguno de los elementos permitía este objetivo. Así, en febrero del 2001 (STS-98 Atlantis) la 
NASA envió al complejo su módulo laboratorio. Con unas medidas de 9.2 metros de largo y 4.3 metros de diámetro, Destiny, ha sido construido en tres secciones cilíndricas, con los extremos terminados en conos truncados coronados por un CBM cada uno, uno pasivo en el extremo trasero, y uno activo en el delantero. En su exterior, además de la carcasa externa antimeteoritos, hay multitud de agarraderas para los astronautas durante los paseos espaciales, y diversos puntos de fijación para que los use el brazo robótico, una vez en el espacio. Además, cuenta con una gran ventana de 51 cm, construida de cristal ópticamente puro, lo que la hace apta para tareas de observación terrestre ya sea con cámaras de mano o con aparatajes motorizados diseñados a propósito. El volumen interno del Destiny es de 105 metros cúbicos, por lo que, en esta etapa de la construcción, su espacio habitable era ya superior al de la Mir. Internamente, se 
construyó para albergar hasta 24 armarios estándar, y cuando llegó al complejo, transportaba cinco de ellos (equipados con gran parte del Sistema de Soporte Vital y Control Medioambiental de a bordo, Comunicaciones y Seguimiento orbital, Computación y Control de Energía Eléctrica), por lo que voló casi "desamueblado". Dos de los armarios son los de Aviónica, con los sistemas de control; dos de control termal, para la circulación de agua para la refrigeración de los otros dos; el último, para la revitalización de la atmósfera. Entre las tareas realizadas por el sistema de control medioambiental está incluso la detección y supresión de incendios. Otro elemento indispensable es el del control de movimiento, que gestiona la operación de los giróscopos instalados en la estructura Z1. Otros sistemas transportados con el módulo es el sistema de comunicaciones de alto rendimiento de banda-S para conexión con el centro de control mediante la red de satélites TDRS, y un sistema de comunicación interno solo por voz. Durante los tres paseos espaciales para su instalación no hubo problemas, y para su acoplamiento al Unity hubo que separar antes que nada el PMA-2 y situarlo en el MBM de la estructura Z1, para situarse durante el segundo paseo espacial en el CBM activo del Destiny, lugar que ocupó hasta el año 2007. Actualmente, el Destiny es el núcleo central de la estación, controlando las operaciones completas, si bien el Zvezda conserva todavía intactas sus capacidades de control. Además, su propósito principal de hacer ciencia está intacto, con todo tipo de experimentos realizados allí, desde ciencias biológicas, de materiales, experimentos tecnológicos, experimentos médicos, etc.  


Antes de la llegada del siguiente módulo, hubo dos nuevas misiones de los transbordadores. En la primera (STS-102 Discovery, marzo del 2001), la tarea principal fue la rotación en la dotación de la ISS, cambiando la Expedición 1 por la Expedición 2, además de dejar gran cantidad de provisiones, y un nuevo añadido al complejo, el primero de las Plataformas de Almacenamiento Externo, o ESP. Se trata de una suerte de bandejas de acero con puntos de fijación mecánicos y eléctricos, cuyo propósito es alojar hardware de repuesto, o Unidades de Reemplazo Orbital (ORU), que pueden ser cualquier cosa, desde baterías a componentes del sistema informático, pasando por elementos del sistema de control termal, entre otras cosas. La ESP-1 es la más pequeña de las tres finalmente situadas en órbita, con unas medidas de 46 cm
x 2.4 metros, y aunque acoplada físicamente al Destiny, recibe energía desde el Unity. Solo cuenta con dos puntos de fijación, tanto mecánicos como eléctricos, éstos últimos para mantener en funcionamiento los calentadores de los ORU y evitar que las condiciones del vacío en la órbita terrestre acabe con ellos. El mes siguiente, en la misión STS-100 Endeavour, llegó al complejo una herramienta básica. El Sistema de Manipulador Remoto de la Estación Espacial, más conocido como Canadarm2, es un brazo robótico para el complejo, derivado del desarrollado para los propios transbordadores. Con una longitud de 17.6 metros de largo, 35 cm. de diámetro y 1800 kg. de masa, este elemento fabricado en titanio dispone de nada menos que siete juntas móviles, de ahí 
una libertad de movimientos de siete grados. Capaz de mover cargas de hasta 116.000 kg, puede ir a casi cualquier parte del exterior del complejo simplemente yendo de un soporte a otro empleando sus agarraderas, una a cada extremo, recibiendo de cada una de ellas no solo energía, sino también alimentación de datos y vídeo. Además, una consola de control fue situada dentro del Destiny para su manipulación desde el interior de la estación, si bien también puede moverse controlado directamente desde el Centro de Control, o a través de comandos enviados al sistema informático de la estación. Durante las obras en la ISS, el Canadarm2 sirivió de apoyo al brazo robótico de los transbordadores a la hora de mover cargas desde la bodega de carga al complejo, y actualmente, sirve para multitud de tareas: acoplamiento y liberación de naves de carga visitantes, ayuda durante los paseos espaciales, intercambio de los ORU, y en cierta medida, la inspección del casco externo de la estación.

Con la llegada del Canadarm2 al complejo, solo faltaba en la ISS otro elemento básico: una exclusa para paseos espaciales. Para ello, se construyó un módulo exclusivo para esta tarea. El Quest es una estructura bicilíndrica de casi seis toneladas de peso en tierra con unas medidas de 5.49 metros de largo por 3.96 de diámetro. Se compone de dos zonas: una presurizada en la que se podrán almacenar los trajes espaciales y las herramientas que se utilizarán, y la segunda es la esclusa propiamente dicha, con dos escotillas para permitir la entrada y salida de los astronautas. Su volumen interno habitable es de 34 metros cúbicos, y para su acoplamiento a la estación cuenta con un CBM pasivo. Junto con esto, alrededor del exterior de su sección presurizada se situaron cuatro tanques de almacenamiento a alta presión, dos para oxígeno y dos para nitrógeno, para compensar la pérdida de aire cuando se abre la exclusa al exterior, o para 
abastecer de aire a la sección americana del complejo. Además, los tanques podían ser recargados por los transbordadores acoplados al complejo, tarea que ahora realizan las naves de carga comerciales. Elevado a la ISS en julio durante la misión STS-104 Atlantis, fue extraído y llevado a su lugar por el Canadarm2, quedando permanentemente acoplado al muelle de estribor del Unity. Antes de la llegada del Quest, la dotación dependía de los transbordadores para realizar paseos espaciales. Curiosamente, que la NASA construyera una exclusa cuando los rusos habían construido la suya fue por necesidad, porque, por experiencia, se demostró que los trajes espaciales americanos no se adaptaban a las exclusas rusas. Sin embargo, el Quest ha sido diseñado para aceptar los trajes espaciales tanto americanos como rusos por igual. La utilización continuada de este elemento ha permitido mejorar los procedimientos previos a los paseos espaciales para los astronautas. Desde abril del 2006 se utiliza el método denominado de "campamento", en el que los astronautas designados para una EVA, o actividad extravehicular, duermen allí la noche previa al paseo espacial en un entorno de presión reducida casi carente de nitrógeno, para con ello evitar el grave problema de la enfermedad de descompresión al respirar oxígeno puro a baja presión procedente de las mochilas de los trajes espaciales. Hasta donde sabemos, no ha habido problemas desde entonces en ese sentido. 


Como ya hemos dicho, los rusos diseñaron y construyeron su propia exclusa para paseos espaciales, y fuel siguiente elemento elevado a la ISS. Designado Compartimento de Acoplamiento 1, es en realidad lo que ya hemos indicado, pero con el añadido de permitir el acoplamiento de naves Soyuz y Progress. Al ser uno de los módulos más pequeños, no hizo falta recurrir al potente Proton-K, por el contrario, se modificó una Progress de carga (M-SO1), aprovechando su volumen interno para transportar suministros al complejo. La adopción de esta configuración de viaje permitió usar el veterano vector Soyuz-U, siendo lanzado en septiembre del 2001. Su acoplamiento, al puerto inferior del Zvezda, se realizó automáticamente, empleando el sistema Kurs. El llamado Pirs (Unión) tiene un peso en vacío de cuatro toneladas, unas medidas de 4.91 metros de largo y 2.55 de diámetro, está 
equipado por dos puertos de atraque (uno de ellos ya utilizado para el acoplamiento con la estación) y dos esclusas para salir de la estación. Además, sirve de intermediario para que las naves Progress reposten combustible a la estación, ya sea a los tanques del Zarya o del Zvezda, o viceversa, lo que incluye repostar combustible a las naves tripuladas Soyuz que allí se acoplen. Al poco de llegar, la dotación de la Expedición 3 (llegada en agosto, en la misión STS-105 Discovery) completó tres paseos espaciales para su integración definitiva al complejo. Ahora, el futuro de este módulo está contado. Probablemente este año el Pirs sea desacoplado y desechado para dejar sitio a un nuevo módulo ruso, el Laboratorio Multipropósito, retrasado múltiples veces por problemas en sus distintos componentes. Eso no quiere decir que el segmento ruso carezca de la capacidad que le da el Pirs, porque la estación, ocho años después, recibió uno similar.

El año 2002 vio el verdadero inicio de la viga principal de la ISS. A lo largo de cuatro misiones de los transbordadores (STS-110 Atlantis, STS-111 Endeavour, STS-112 Atlantis y STS-113 Endeavour) se instalaron diversos segmentos de este vital componente de la estación. En la primera llego la estructura S0 (Estribor 0) que, pese a su nombre, es el segmento central. Acoplado estructuralmente al Destiny, queda situado tan próximo a la Z1 que bloquea totalmente el MBM. Con unas medidas de 13.4 x 4.6 metros y una masa declarada de 13.971 kg., su función primaria es la de dirigir la energía de los paneles solares a los módulos, al tiempo que se lleva el calor generado por los equipos instalados en los módulos a los radiadores situados en la viga. No es su única función, porque dispone de elementos como giróscopos, antenas GPS y sistemas de detección de partículas cargadas para los astronautas en EVA. Con la S0 también voló el primer elemento del Transportador Móvil, una vagoneta que, con la viga completa, recorrerá este conjunto de estructuras de extremo a extremo moviéndose sobre raíles. Su propósito es transportar de todo, desde el Canadarm2 a astronautas, repuestos, herramientas, etc., a las zonas en las que trabajar. La siguiente misión, además de transportar la Expedición 5 a la estación, añadió otro segmento al Transportador Móvil, el Sistema de Base Móvil, el soporte diseñado para albergar el Canadarm2 en sus recorridos por la viga. Y las últimas 
misiones instalaron las estructuras S1 (Estribor 1) y P1 (Babor 1). De medidas idénticas (13.7 x 4.6, más de 14.000 kg), en ellas se sitúan los dos enormes radiadores desplegables, de tres segmentos cada una (solo uno desplegado tras la instalación de cada segmento), situadas en una plataforma rotatoria. Cada una dispone de 290 kg. de amoniaco anhidro (sin agua) cuyo propósito es servir como medio para transportar el calor desde los módulos hasta los radiadores. Entre otras cosas además, están diversos segmentos más para el Transportador Móvil, estos para posibilitar el transporte de astronautas a ambos lados de la viga. Por supuesto, sirven de base de montaje para el resto de estructuras, las equipadas con los paneles solares. Estas fueron los últimos añadidos al complejo en dos años y medio.