Mòdul de Servei Europeu
| ||
| Informació general | ||
|---|---|---|
| Derivat de | vehicle de transferència automatitzat  | |
| Fabricant | Airbus Defence and Space | |
El Mòdul de Servei Europeu o Mòdul de Servei Orió és el component de la nau espacial Orió, que actua com a principal component de potència i propulsió fins que és rebutjat al final de cada missió. Al gener de 2013, NASA va anunciar que l'Agència Espacial Europea (ESA) anava a aportar el mòdul de servei per a Artemis I, per aquest llavors coneguda com Exploration Mission-1, en substitució del disseny anterior. L'ESA va designar a l'europea Airbus Defence and Space per al disseny i construcció del mòdul, basat en el Vehicle de transferència automatitzat (ATV), el nou disseny també es coneix com el "Mòdul de Servei Europeu" (ESM).
El mòdul de servei manté el mòdul de tripulació des del llançament fins a la separació abans del retorn. Proporciona capacitat de propulsió en l'espai per a la transferència orbital, control d'actitud i cancel·lacions d'ascens a gran altitud. Proporciona l'aigua i l'oxigen necessaris per a un entorn habitable, genera i emmagatzema energia elèctrica i manté la temperatura dels sistemes i components del vehicle. Aquest mòdul també pot transportar càrregues no pressuritzades i càrregues útils científiques.
Història
[modifica]Antic disseny
[modifica]
.jpg)
Aproximadament de forma cilíndrica, el Mòdul de Servei Orió original de disseny estatunidenc, igual que el mòdul de tripulació, hauria estat construït d'aliatge Al-Li (per a mantenir el pes baix), i hauria presentat un parell de panells solars circulars desplegables, similars en disseny als panells usats en el mòdul d'aterratge Mars Phoenix. Els panells, els primers a ser usats en una nau espacial tripulada de l'EUA (excepte per un període de 10 anys, la nau espacial soviètica/russa Soiuz els ha usat des de la primera missió en 1967), permetrien a la NASA eliminar la necessitat de portar cel·les de combustible propenses a falles de funcionament, i els seus equips associats (principalment LH2) en el mòdul de servei, resultant una nau espacial més curta, però encara més maniobrable. A l'octubre de 2008 es van reportar reeixides proves inicials d'un disseny d'arranjament solar Orió usant maquinari de "ala UltraFlex" a escala real.[1]
El motor principal Orió (OME) era un motor de coet bipropulsor de 3401,943 kg d'embranzida, alimentat per pressió, refredat amb regeneració, almacenable i fabricat per Aerojet. El OME era una versió de major rendiment del motor d'embranzida del coet de 2.721,554 kg utilitzat pel Transbordador espacial per al seu sistema de maniobra orbital (OMS). En el Sistema de Control de Reacció SM (RCS, per les seves sigles en anglès), els propulsors de maniobra de la nau espacial (originalment basats en el sistema "quad" d'Apollo, però que s'assemblen a l'utilitzat en Gemini), també serien alimentats a pressió, i utilitzarien els mateixos propulsors. La NASA creia que l'SM RCS seria capaç d'actuar com a suport per a una injecció transterrestre (TEI) en cas que falli el motor SM principal.
Un parell de tancs de LOX (similars als utilitzats amb l'Apollo SM) proporcionarien a la tripulació, juntament amb petits tancs de nitrogen, aire respirable a nivell de la mar o pressió de "altitud de creuer" (14.7 o 10.2 psi), amb un petit "tanc d'onatge" que proporcionaria el suport vital necessari durant el reingrés i aterratge. Els cartutxos de hidròxid de liti (LiOH) reciclarien el sistema ambiental de la nau espacial "netejant" el diòxid de carboni (CO2) exhalat pels astronautes de l'aire de la nau i afegint oxigen i nitrogen nous, que després es tornava a expulsar al circuit del sistema. A causa del canvi de cel·les de combustible a panells solars, el mòdul de servei tindria un tanc d'aigua a bord per a proporcionar aigua potable a la tripulació, i (quan es barreja amb glicol), aigua de refredament per a l'electrònica de la nau espacial. A diferència de la pràctica d'Apollo de llançar aigua i orina per la borda durant el vol, el Orió tindria un sistema de reciclatge a bord, idèntic a l'utilitzat a l'Estació Espacial Internacional, per a convertir tant l'aigua residual com l'orina en aigua potable i aigua de refredament.
El Mòdul de Servei també va ser l'encarregat de muntar el sistema de gestió del calor residual de la nau (els seus radiadors) i els ja esmentats panells solars. Aquests panells, juntament amb les bateries de suport situades en el CM de l'Orió, proporcionarien energia en vol als sistemes de la nau. El voltatge, 28 V CC, era similar a l'utilitzat en la nau espacial Apollo durant el vol.
El Mòdul de Servei Orió estaria encapsulat en cobertes de fibra de vidre rebutjades al mateix temps que la coberta protectora LES/Boost, que tindria lloc aproximadament 2½ minuts després del llançament (30 s després que es rebutgés la primera etapa del coet sòlid). Abans del redissenyo del "Orion 606", el Orion SM s'assemblava a una versió ampliada del Mòdul de Servei Apollo. El disseny "Orion 606" SM va retenir l'ample de 5 m per als additaments del Orion SM amb el Orion CM, però va utilitzar un disseny de mòdul de servei similar al Soyuz per a permetre a Lockheed Martin fer el vehicle més lleuger en pes i permetre la fixació dels panells solars circulars en els punts centrals del mòdul, en lloc d'en la base prop de l'adaptador de la nau espacial/coet, que podria haver sotmès als panells a danys.
El Mòdul de Servei Orió (SM) va ser dissenyat amb una forma cilíndrica, amb un diàmetre de 5,03 m i una longitud total (incloent el propulsor) de 4,78 m. Amb els panells solars estesos, la llum era de 17 m. La massa buida projectada va ser de 3.700 kg, la capacitat de combustible va ser de 8.300 kg.[2][3]
Mòdul basat en l'ATV
[modifica]
Una revisió del programa Constellation en 2009 per part de la Comissió Augustine, impulsada per la nova Administració Obama, havia descobert que en cinc anys de funcionament ja estaven quatre anys per darrere del seu objectiu lunar per a 2020 i que, lamentablement, no comptava amb fons suficients; l'únic element que valia la pena continuar era el Vehicle d'Exploració de Tripulació, que exercia el paper de càpsula de fuita d'una estació espacial. Això va portar en 2010 al fet que l'Administració cancel·lés el programa retirant fons del projecte de pressupost per a 2011. Una protesta pública va provocar la congelació del programa en lloc de la seva cancel·lació total, i es va iniciar un estudi sobre la manera de reduir els costos, en el qual es va arribar a la conclusió que era possible continuar si es posava l'accent en la cerca de finançament alternatiu, la reducció de la complexitat mitjançant la reducció de les possibilitats de centrar-se en la Lluna i l'espai ultraterrestre en lloc d'en Mart i la reutilització dels equips existents, reduint la gamma d'equips que requerien desenvolupament. La llançadora Ares 1, destinat a vols de tripulació amb importants problemes de disseny, amb sobrepès, propens a vibracions perilloses i en cas d'una falla catastròfica, el seu radi d'explosió va excedir el rang d'ejecció dels sistemes de fuita, va ser cancel·lat i la capacitat de l'Ares 5 va ser reduïda en un terç i rebatejat amb el nom de Space Launch System (SLS), servint a les dues funcions anteriors, els tres diferents dissenys de Vehicles d'Exploració de Tripulació es van fusionar en un únic Vehicle d'Exploració de Tripulació de Tripulació Multipropòsit.
Al maig de 2011 el director general de l'Agència Espacial Europea va anunciar una possible col·laboració amb la NASA per a treballar en un successor del Vehicle de Transferència Automatitzada (ATV) de l'ESA.[4] La provisió d'aquest successor per part de l'ESA podria tenir-se en compte per a la seva participació del 8% en els costos operatius de l'Estació Espacial Internacional (ISS); les missions ATV que van reproveir l'estació només van cobrir aquesta obligació fins a 2017.
El 21 de juny de 2012, Astrium va anunciar que se li havien adjudicat dos estudis independents per a avaluar possibles missions futures sobre la base de la tecnologia i l'experiència adquirida en el desenvolupament de l'ATV i del Laboratori Columbus. El primer estudi es va centrar en la construcció d'un mòdul de servei que s'utilitzaria juntament amb la càpsula de l'Orió.[5] El segon va examinar la producció d'un vehicle orbital polivalent i versàtil. El valor de cada estudi va ser de 6,5 milions d'euros.[6]
Al novembre de 2012, l'ESA va obtenir el compromís dels seus Estats membres per a construir un mòdul de servei derivat de l'ATV per a l'Orió, per a volar en el vol inaugural del Space Launch System, complint així amb l'obligació pressupostària de l'ESA amb la NASA en relació amb l'EEI per a 2017-20.[7] No es va prendre cap decisió sobre el subministrament del mòdul per als vols posteriors de l'Orió.[8]
Al gener de 2013, la NASA va anunciar el seu acord, fet al desembre anterior, que l'ESA construiria el mòdul de serveis per la Missió d'Exploració 1, llavors programat per a 2017. Aquest mòdul de servei no era necessari per a l'Exploration Flight Test 1 en 2014, ja que utilitzava un mòdul de servei de prova subministrat per Lockheed Martin.[9] El 17 de novembre de 2014, l'ESA va signar un contracte de preu fix de 390 milions d'euros amb Airbus Defence and Space per al desenvolupament i la construcció del primer mòdul de servei basat en ATV.[10] Al desembre de 2016, els Estats membres de l'ESA van acordar que ampliarien el seu compromís amb l'ISS fins a 2024, i que subministrarien un segon mòdul de serveis, com a part de l'obligació pressupostària resultant.[11]
El nou disseny dels panells solars, que substitueix al disseny UltraFlex circular d'ATK,[12] i és per Airbus Defence and Space, la filial del qual, Airbus Defence and Space Netherlands (llavors conegut com Dutch Space), va construir el conjunt de quatre panells en forma de X de l'ATV. El conjunt de l'ATV va generar 4,6 quilowatts. La versió actualitzada del mòdul de servei generarà uns 11 quilowatts,[12] i mesurarà uns 18,9 m quan s'estengui.
Al setembre de 2015, Thales Alenia Space va signar un contracte amb Airbus Defence and Space per a desenvolupar i produir sistemes termomecànics per al mòdul de servei, incloent-hi la protecció d'estructures i micrometeorits, el control tèrmic i l'emmagatzematge i distribució de consumibles.[13]
Lockheed Martin està construint els dos adaptadors, connectant el mòdul de servei al mòdul de tripulació i a l'etapa superior del SLS, i també els tres panells carenat de la càrrega útil que són rebutjats després de protegir el mòdul de servei durant el llançament i l'ascens.
El 16 de febrer de 2017 es va signar un contracte de 200 milions d'euros entre Airbus i l'Agència Espacial Europea per a la producció d'un segon mòdul de servei europeu que s'utilitzarà en el primer vol tripulat de l'Orió.[14]
El motor principal del mòdul de servei per a la Missió d'Exploració 1 serà un sistema de maniobra orbital (OMS), Motor AJ10-190, sobrant del programa del Transbordador Espacial, en el qual va volar en 19 missions i va dur a terme 89 cremades. Es pretén que l'OMS s'utilitzi per als tres primers mòduls de servei i s'estan considerant quatre dissenys de motors alternatius per a vols posteriors, encara que es creu que inclouen l'AJ10-118k; utilitzat per a la segona etapa del Delta II és una versió més lleugera i potent en la mateixa família de motors de l'AJ10 el llinatge del qual va començar amb el Vanguard.[15]
En comparació amb el mòdul de servei de comandament Apollo, que anteriorment portava a l'home a la Lluna, el mòdul de servei Orió genera aproximadament el doble d'electricitat (11,2 kW enfront de 6,3 kW), pes gairebé un 40% menys de combustible (15.461 kg enfront de 24.520 kg) i és un 12% més petit. (208,66 m² vs 238 m² volum) que suporta l'entorn per a un volum habitable lleugerament major en el mòdul de tripulació (8,95 m³ vs 6,17 m³) encara que tindrà una mica més d'un terç menys de delta v (1800 m/s vs 2800 m/s). El mòdul de servei de l'Orió serà capaç de suportar una tripulació de quatre persones durant 21 dies contra la resistència de 14 dies per al Apollo de tres homes.
Especificacions
[modifica]| Dimensions | 4 m de llarg
4,1 m de diàmetre, excloent els panells solars, 5,2 m de diàmetre estibat 19 m amb les ales desplegades |
| Motor principal | 1 Sistema de maniobra orbital (OMS) del Transbordador espacial que proveeix 26.6 kN |
| Motor secundari | 8 490 N Aerojet R-4D-11 Propulsors auxiliars que proporcionen 3.92 kN |
| Propulsors de maniobra | 24 220 N Sistema de control de reacció Airbus Motors en sis beines de quatre |
| Capacitat de combustible | 9.000 kg en quatre dipòsits de 2.000 l de propulsor, 2 òxids mixtos de nitrogen (MON) i 2 monometilhidracina (MMH) |
| Generació d'energia | 11.2 kW de 4 ales de 7.375 m amb 3 panells solars cadascuna |
| Consumibles | 240 kg d'aigua en quatre tancs, 90 kg d'oxigen en tres tancs, 30 kg de nitrogen en un tanc |
Font[16]
Crítica
[modifica]Hélène Huby, la gerent general de The Exploration Company, recordant que el mòdul de servei es basa en tecnologia ja amb dues dècades d'antiguitat, i abandonada en 2015 (el vehicle de transferència automatitzat), va qualificar la participació europea de "frustrant."[17]
Referències
[modifica]- ↑ «NASA and ATK Successfully Deploy 18-Foot Diameter Solar Array for ST8 Program», 09-10-2008.
- ↑ «The Orion Service Module», 04-08-2008. Arxivat de l'original el 2008-09-16. [Consulta: 19 agost 2008].
- ↑ «Orion». [Consulta: 11 maig 2013].
- ↑ «US and Europe plan new spaceship», 05-05-2011. Arxivat de l'original el 6 de maig 2011. [Consulta: 14 maig 2011].
- ↑ «ATV evolution studies look at exploration, debris removal», 21-06-2012. [Consulta: 23 juny 2012].
- ↑ «Astrium se adjudica dos estudios de evolución de ATV de la ESA», 21-06-2012. Arxivat de l'original el 2013-04-03. [Consulta: 23 juny 2012].
- ↑ Bergin, Chris. «The UK takes a step forward as ESA commits to the ATV Service Module on NASA's Orion». NASASpaceFlight.com, 21-11-2012. [Consulta: 6 maig 2013].
- ↑ Clark, Stephen. «The ESA member states fund the Orion service module». Spaceflight Now, 21-11-2012. [Consulta: 6 maig 2013].
- ↑ NASA Signs Agreement for a European-Provided Orion Service Module
- ↑ «The ESA commissions Airbus Defence and Space as prime contractor for the Orion service module of US space capsules.». spaceref business, 17-11-2014 [Consulta: 18 novembre 2014].
- ↑ de Selding, Peter B. «Europe commits to the space station and ExoMars as part of the $11 billion pledged to the ESA». Space News, 02-12-2016. [Consulta: 7 desembre 2016].
- 1 2 Leone, Dan. «Ejected from Orion's first flight, the circular ATK solar panels are still ready to power Cygnus». Space News, 01-08-2013. [Consulta: 28 juliol 2015].
- ↑ «Thales Alenia Space will supply thermomechanical systems for Orion ESM».
- ↑ «AIRBUS DEFENCE AND SPACE WINS A €200 MILLION CONTRACT FOR THE SECOND SERVICE MODULE OF NASA'S ORION MANNED SPACE CAPSULE Feb 2017». Arxivat de l'original el 2017-04-19. [Consulta: 22 maig 2018].
- ↑ El acuerdo de la ESA depende de lo que Trump haga con los planes de vuelos espaciales humanos de la NASA Feb 2017
- ↑ European Service Module' test article 2015
- ↑ Berger, 22 de novembre de 2024 "Automated Transfer Vehicle, or ATV. This ATV spacecraft flew cargo [...] through 2015 before its retirement. Huby said [...] Europe's role was also frustrating. Why? Because the service module was essentially based on 20-year-old technology"
Bibliografia
[modifica]- «A former Orion manager has surprisingly credible plans to fly European astronauts» (en anglès). Ars Technica, 22-11-2024 [Consulta: 25 novembre 2024].
