Mòdul de Servici Orión

Mòdul de Servici Orión

Artícul de prova estructural per al Mòdul de Servici, entregat a la NASA en novembre de 2015

El Mòdul de Servici Orion o Mòdul de Servici Europeu (ESM) és el component de la nau espacial Orión, que actua com a principal component de potència i propulsió fins que és rebujat al final de cada missió. En giner de 2013, NASA va anunciar que l'Agència Espacial Europea (ESA) anava a aportar el mòdul de servici per a Artemis I, per eixe llavors coneguda com Exploration Mission-1, en substitució del disseny anterior. La ESA va designar a l'europea Airbus Defence and Space per al disseny i construcció del mòdul, basat en el Vehícul de transferència automatizado (ATV), el nou disseny també es coneix com el "Mòdul de Servici Europeu" (ESM).

El mòdul de servici manté el mòdul de tripulació des del llançament fins a la separació abans de la tornada. Proporciona capacitat de propulsió en l'espai per a la transferència orbital, control d'actitut i cancelacions d'ascens a gran altitut. Proporciona l'aigua i l'oxigen necessaris per a un entorn habitable, genera i almagasena energia elèctrica i manté la temperatura dels sistemes i components del vehícul. Este mòdul també pot transportar càrregues no presurisades i càrregues útils científiques.

Història

Antic disseny

Disseny del Mòdul de Servici Pre-ATV

Concepció artística de la nau espacial Orión en òrbita llunar en panels solars circulares

Aproximadament de forma cilíndrica, el mòdul de servici Orion original de disseny nortamericà, de la mateixa manera que el mòdul de tripulació, hauria segut construït d'aleació Al-Li (per a mantindre el pes baix), i hauria presentat un parell de panels solars circulares desplegables, similars en disseny als panels usats en el mòdul d'aterrisage Mars Phoenix. Els panels, els primers en ser usats en una nau espacial tripulada de la EUA (llevat per un periodo de 10 anys, la nau espacial soviètica/russa Soyuz els ha usat des de la primera missió en 1967), permetrien a la NASA eliminar la necessitat de dur celes de combustible propenses a falles de funcionament, i els seus equips associats (principalment LH₂) en el mòdul de servici, resultant una nau espacial més curta, pero encara més maniobrable. En octubre de 2008 es varen reportar exitoses proves inicials d'un disseny d'apany solar Orion usant hardware de "ala UltraFlex" a escala real.

El motor principal Orion (OME) era un motor d'eixida bipropulsor de 3401,943 kg d'espente, alimentat per pressió, gelat en regeneració, almacenable i fabricat per Aerojet. El OME era una versió de major rendiment del motor d'espente de l'eixida de 2721,554 kg utilisat pel Transbordador espacial per al seu sistema de maniobra orbital (OMS). En el Sistema de Control de Reacció SM (RCS, per les seues sigles en anglés), els propulsors de maniobra de la nau espacial (originalment basats en el sistema "quad" d'Apolo, pero que s'assemblen a l'utilisat en Gemini), també serien alimentats a pressió, i utilisarien els mateixos propulsors. La NASA creïa que el SM RCS seria capaç d'actuar com a respal per a una injecció transterrestre (TEI) en cas que falle el motor SM principal.

Un parell de tancs LOX (similars als utilisats en l'Apolo SM) proporcionarien a la tripulació, junt en chicotets tancs de nitrogen, aire respirable a nivell de la mar o pressió de "altitut de travessia" (14.7 o 10.2 psi), en un chicotet "tanc d'onage" que proporcionaria el soport vital necessari durant el reingrés i aterrisage. Els cartuchos d'hidròxit de liti (LiOH) reciclarien el sistema ambiental de la nau espacial "netejant" el diòxit de carbono (CO₂) exhalado pels astronautes de l'aire de la nau i afegint oxigen i nitrogen nous, que després es tornava a expulsar al circuit del sistema. Pel canvi de celes de combustible a panels solars, el mòdul de servici tindria un tanc d'aigua a bordo per a proporcionar aigua potable a la tripulació, i (quan es mescla en glicol), aigua de refredat per a l'electrònica de la nau espacial. A diferència de la pràctica d'Apolo de tirar aigua i orina per la broda durant el vol, el Orión tindria un sistema de reciclage a bordo, idèntic a l'utilisat en l'Estació Espacial Internacional, per a convertir tant l'aigua residual com l'orina en aigua potable i aigua de refredat.

El Mòdul de Servici també va ser l'encarregat de montar el sistema de gestió del calor residual de la nau (els seus radiadors) i els ya mencionats panels solars. Estos panels, junt en les bateries de respal ubicades en el CM de Orión, proporcionarien energia en vol als sistemes de la nau. El voltage, 28 V CC, era similar a l'utilisat en la nau espacial Apolo durant el vol.

El mòdul de servici Orion estaria encapsulado en cobertes de fibra de vidre rebujades al mateix temps que la coberta protectora LES/Boost, que tindria lloc aproximadament 2½ minuts despuix del llançament (30 s en acabant de que es rebujara la primera etapa de l'eixida sòlida). Abans del redisseny de el "Orion 606", el Orion SM s'assemblava a una versió estesa del Mòdul de Servici Apolo. El disseny "Orion 606" SM va retindre l'ample de 5 m per als aditamentos del Orion SM en el Orion CM, pero va utilisar un disseny de mòdul de servici similar al Soyuz per a permetre a Lockheed Martin fer el vehícul més llauger en pes i permetre la fixació dels panels solars circulares en els punts centrals del mòdul, en lloc d'en la base prop de l'adaptador de la nau espacial/eixida, que podria haver somés als panels a danys.

El mòdul de servici de Orion (SM) va ser dissenyat en una forma cilíndrica, en un diàmetro de 5,03 m (16 ft 6 in) i una llongitut total (incloent el propulsor) de 4,78 m (15 ft 8 in). En els panels solars estesos, la llum era de 17.00 m (55.77 ft) o 55.00 ft (55.77 ft). 00 ft (16.76 m) . La massa buida proyectada va ser de 3.700 kg (8.000 kg), la capacitat de combustible va ser de 8.300 kg (18.000 kg).

Mòdul basat en ATV

El ATV Edoardo Amaldi acostant-se a l'Estació Espacial Internacional en 2012

Una revisió del programa Constelació en 2009 per part de la Comissió Augustine, impulsada per la nova Administració Obama, havia descobert que en cinc anys de funcionament ya estaven quatre anys per darrere del seu objectiu llunar per a 2020 i que, llamentablement, no contava en fondos suficients; l'únic element que mereixia la pena continuar era el Vehícul d'Exploració de Tripulació, que eixercitava el paper de càpsula d'escape d'una estació espacial. Açò va dur en 2010 a que l'Administració cancelara el programa retirant fondos del proyecte de presupost per a 2011. Una protesta pública va provocar la congelació del programa en lloc de la seua cancelació total, i es va iniciar un estudi sobre la forma de reduir els costs, en el que es va aplegar a la conclusió de que era possible continuar si es feya recalcament en la busca de finançació alternativa, la reducció de la complexitat per mig de la reducció de les possibilitats de centrar-se en la Lluna i l'espai ultraterrestre en lloc d'en Mart i la reutilisació dels equips existents, reduint la gama d'equips que requerien desenroll. La llançadora Llaures 1, destinat a vols de tripulació en importants problemes de disseny, en sobrepés, propens a vibracions perilloses i en cas d'una falla catastròfica, la seua ràdio d'explosió va excedir el ranc de eyecció dels sistemes d'escape, va ser cancelat i la capacitat del Llaures 5 va ser reduïda en un terç i rebatejat en el nom de Sistema de llançament espacial (SLS), servint a les dos funcions anteriors, els tres diferents dissenys de Vehículs d'Exploració de Tripulació es varen fusionar en un únic Vehícul d'Exploració de Tripulació de Tripulació Multipropósito.

En maig de 2011 el director general de la ESA Agència Espacial Europea va anunciar una possible colaboració en la NASA per a treballar en un successor del Vehícul de Transferència Automatizado (ATV) de la ESA. El recapte d'este successor per part de la ESA podria tindre's en conte per a la seua participació del 8% en els costs operatius de l'Estació Espacial Internacional (ISS); les missions ATV que reabastecieron l'estació solament varen cobrir esta obligació fins a 2017.

El 21 de juny de 2012, Astrium va anunciar que se li havien adjudicat dos estudis independents per a evaluar possibles missions futures sobre la base de la tecnologia i l'experiència adquirida en el desenroll de el ATV i del Laboratori Columbus. El primer estudi es va centrar en la construcció d'un mòdul de servici que s'utilisaria junt en la càpsula de Orión. El segon va examinar la producció d'un vehícul orbital polivalent i versàtil. El valor de cada estudi va ser de 6,5 millons d'euros.

En novembre de 2012, la ESA va obtindre el compromís dels seus Estats membres per a construir un mòdul de servici derivat de el ATV per a Orión, per a volar en el vol inaugural del Sistema de Llançament Espacial (SLS), complint aixina en l'obligació presupostària de la ESA en la NASA en relació en la ISS per a 2017-20. No es va prendre cap decisió sobre el suministrament del mòdul per als vols posteriors de Orion.

Nau espacial Orion incloent el Mòdul de Servici derivat de el ATV

En giner de 2013, la NASA va anunciar el seu acort, fet en decembre anterior, de que la ESA construiria el mòdul de servicis per a Missió d'Exploració 1, llavors programat per a 2017. Este mòdul de servici no era necessari per a Exploration Flight Test 1 en 2014, ya que utilisava un mòdul de servici de prova suministrat per Lockheed Martin. El 17 de novembre de 2014, la ESA va firmar un contracte de preu fix de 390 millons d'euros en Airbus Defence and Space per al desenroll i la construcció del primer mòdul de servici basat en ATV. En decembre de 2016, els Estats membres de la ESA varen acordar que ampliarien el seu compromís en la ISS fins a 2024, i que suministrarien un segon mòdul de servicis, com a part de l'obligació presupostària resultant.

El nou disseny dels panels solars, que substituïx al disseny UltraFlex circular d'ATK, iEs per Airbus Defence and Space, que la seua filial, Airbus Defence and Space Netherlands (llavors conegut com Dutch Space), va construir el conjunt de quatre panels en forma de X de el ATV. El conjunt de el ATV va generar 4,6 quilovats. La versió actualisada del mòdul de servici generarà uns 11 quilovats, i medirà uns 62 pies (18.9 m) quan s'estenga.

En setembre de 2015, Thales Alenia Space va firmar un contracte en Airbus Defence and Space per a desenrollar i produir sistemes termomecànics per al mòdul de servici, incloent la protecció d'estructures i micrometeoritos, el control tèrmic i l'almagasenament i distribució de consumibles.

Mòdul de Servici mostrat en el Mòdul Tripulació, adaptadors i panels de carenat

Lockheed Martin està construint els dos adaptadors, conectant el mòdul de servici al mòdul de tripulació i a l'etapa superior de el SLS, i també els tres panels carenat de la càrrega útil que són rebujats despuix de protegir el mòdul de servici durant el llançament i l'ascens.

El 16 de febrer de 2017 es va firmar un contracte de 200 millons d'euros entre Airbus i l'Agència Espacial Europea per a la producció d'un segon mòdul de servici europeu que s'utilisarà en el primer vol tripulat de Orion.

El motor principal del mòdul de servici 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 que va volar en 19 missions i va portar a terme 89 cremades. Es pretén que el OMS s'utilise per als tres primers mòduls de servici i s'estan considerant quatre dissenys de motors alternatius per a vols posteriors, encara que es creu que inclouen el AJ10-118k; utilisat per a la segona etapa del Delta II és una versió més llaugera i potent en la mateixa família de motors de el AJ10 que el seu linaje va començar en el Vanguard.

En comparació al mòdul de servici de mando Apolo, que anteriorment duya a l'home a la Lluna, el mòdul de servici Orion genera aproximadament el doble d'electricitat (11,2 kW front a 6,3 kW), pesa casi un 40% menys de combustible (15.461 kg front a 24.520 kg) i és un 12% més chicotet. (208.66 m²vs 238 m² volum) que soporta l'entorn per a un volum habitable llaugerament major en el mòdul de tripulació (8.95 m³ vs 6.17 m³) encara que tindrà una miqueta més d'un terç menys de delta v (1800 m/s vs 2800 m/s). El mòdul de servici de Orion serà capaç de soportar una tripulació de quatre persones durant 21 dies contra la resistència de 14 dies per al Apollo de tres hòmens.

Especificacions

Dimensions	4 m de llarc 4,1 m de diàmetro, excloent els panels solars, 5,2 m de diàmetro estibado 19 m en les ales desplegades
Motor principal	1 Sistema de maniobra orbital (OMS) del Transbordador espacial que proveïx 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 baïnes de quatre
Capacitat de combustible	9000 kg en quatre depòsits de 2000 L de propulsor, 2 òxits mixts de nitrogen (MON) i 2 monometilhidracina (MMH)
Generació d'energia	11,2 kW de 4 ales de 7,375 m en 3 panels solars cada una
Consumibles	240 kg d'aigua en quatre tancs, 90 kg d'oxigen en tres tancs, 30 kg de nitrogen en un tanc

Bibliografia

• «[2]», Ars Technica. Consultat el 25 de novembre de 2024 (en en).