El Módulo de Servicio Europeo ( ESM ) es el componente del módulo de servicio de la nave espacial Orion , que sirve como su componente principal de potencia y propulsión hasta que se descarta al final de cada misión. En enero de 2013, la NASA anunció que la Agencia Espacial Europea (ESA) contribuirá con el módulo de servicio para Artemis 1 , basado en el Vehículo de Transferencia Automatizada (ATV) de la ESA . Fue entregado por Airbus Defence and Space en Bremen , en el norte de Alemania, a la NASA a finales de 2018. Tras la aprobación del primer módulo, la ESA proporcionará los ESM de Artemis 2 aArtemisa 6 .
Fabricante | Agencia Espacial Europea |
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Usado en | Orión |
Características generales | |
Altura | 4 m (13 pies) [1] |
Diámetro | 4,1 m (13 pies) (sin incluir paneles solares) |
Masa bruta | 13.500 kg (29.800 libras) [2] |
Masa propulsora | 8.600 kg (19.000 libras) [2] [3] |
Derivado de | Vehículo de transferencia automatizado |
Historial de lanzamiento | |
Estado | En desarrollo |
Primer vuelo | 2021 [4] ( Artemis 1 ) |
SM europeo | |
Motores | 1 AJ10 |
Empuje | 26,6 kN (6000 libras f ) |
Propulsor | MON3 / Aerozine 50 |
El módulo de servicio soporta el módulo de tripulación desde el lanzamiento hasta la separación antes del reingreso. Proporciona capacidad de propulsión en el espacio para transferencia orbital, control de actitud y abortos de ascenso a gran altitud. Proporciona el agua y el oxígeno necesarios para un entorno habitable, genera y almacena energía eléctrica y mantiene la temperatura de los sistemas y componentes del vehículo. Este módulo también puede transportar carga sin presión y cargas útiles científicas. [5]
Historia
Diseño antiguo
De forma aproximadamente cilíndrica, el módulo de servicio Orion original de diseño estadounidense, al igual que el módulo de la tripulación, se habría construido con aleación de Al-Li (para mantener el peso bajo) y habría presentado un par de paneles solares circulares desplegables , de diseño similar. a los paneles utilizados en el módulo de aterrizaje Mars Phoenix . Los paneles, los primeros en ser utilizados en una nave espacial con tripulación estadounidense (excepto por un período de 10 años, la nave espacial soviética / rusa Soyuz los ha usado desde la primera misión en 1967), permitirían a la NASA eliminar la necesidad de llevar a cabo un mal funcionamiento. celdas de combustible propensas y su hardware asociado (principalmente tanques LH 2 ) en el módulo de servicio, lo que resulta en una nave espacial más corta, pero más maniobrable. En octubre de 2008 se informó sobre las pruebas iniciales exitosas de un diseño de matriz solar Orion utilizando hardware de "ala UltraFlex" a gran escala. [6]
El motor principal Orion (OME) era un motor de cohete bi-propulsor almacenable, almacenable, refrigerado regenerativamente y de 33 kilonewton (7500 lbf) de empuje, que sería fabricado por Aerojet. El OME era una versión de mayor rendimiento del motor cohete de empuje de 27 kilonewton (6.000 lbf) utilizado por el transbordador espacial para su sistema de maniobra orbital (OMS). El Sistema de Control de Reacción SM (RCS), los propulsores de maniobra de la nave espacial (originalmente basados en el sistema "cuádruple" Apollo, pero similar al usado en Gemini), también serían alimentados a presión y usarían los mismos propulsores. La NASA creía que el SM RCS podría actuar como respaldo para una inyección trans-terrestre (TEI) en caso de que fallara el motor SM principal.
Un par de tanques LOX (similares a los utilizados en el módulo de servicio Apollo ) proporcionarían, junto con pequeños tanques de nitrógeno, a la tripulación aire respirable a nivel del mar o presión de "altitud de crucero" (1 o 0,7 atm), con una pequeño "tanque de compensación" que proporciona el soporte vital necesario durante la reentrada y el aterrizaje. Los cartuchos de hidróxido de litio (LiOH) reciclarían el sistema ambiental de la nave espacial "limpiando" el dióxido de carbono (CO 2 ) exhalado por los astronautas del aire de la nave y agregando oxígeno y nitrógeno frescos, que luego se recicló de regreso al circuito del sistema. Debido al cambio de las celdas de combustible a los paneles solares, el módulo de servicio tendría un tanque de agua a bordo para proporcionar agua potable a la tripulación y (cuando se mezcla con glicol ), agua de enfriamiento para los componentes electrónicos de la nave espacial. A diferencia de la práctica durante el Apolo de arrojar agua y orina por la borda durante el vuelo, el Orion tendría un sistema de reciclaje a bordo, idéntico al utilizado en la Estación Espacial Internacional , para convertir tanto el agua residual como la orina en agua potable y de enfriamiento.
El módulo de servicio también montó el sistema de gestión de calor residual de la nave espacial (sus radiadores) y los paneles solares antes mencionados . Estos paneles, junto con las baterías de respaldo ubicadas en el Orion CM, proporcionarían energía en vuelo a los sistemas de la nave. El voltaje, 28 voltios CC , era similar al utilizado en la nave espacial Apollo durante el vuelo.
El módulo de servicio Orion estaría encapsulado por cubiertas de fibra de vidrio desechadas al mismo tiempo que la cubierta protectora LES / Boost, que tendría lugar aproximadamente 2 1 ⁄ 2 minutos después del lanzamiento (30 segundos después de que se desechara la primera etapa del cohete sólido). Antes del rediseño del "Orion 606", el Orion SM se parecía a una versión achaparrada y ampliada del módulo de servicio Apollo . El diseño "Orion 606" SM retuvo el ancho de 5 metros (16 pies) para los accesorios del Orion M con el Orion CM, pero utilizó un diseño de módulo de servicio similar a Soyuz para permitir que Lockheed Martin hiciera el vehículo más liviano y permitiendo la fijación de los paneles solares circulares en los puntos medios del módulo, en lugar de en la base cerca del adaptador de la nave espacial / cohete, que podría haber sometido a los paneles a daños.
El módulo de servicio Orion (SM) se proyectó con una forma cilíndrica , con un diámetro de 5 m (16 pies) y una longitud total (incluido el propulsor) de 4,78 m (15 pies 8 pulgadas). La masa vacía proyectada fue de 3.600 kg (8.000 lb), la capacidad de combustible fue de 8.200 kg (18.000 lb). [7] [8]
Módulo basado en ATV
Una revisión del programa Constellation en 2009 por parte de la Comisión Agustín impulsada por la nueva Administración de Obama descubrió que cinco años ya se estaban quedando cuatro años atrás de su objetivo lunar para 2020 y lamentablemente no tenía suficientes fondos, el único elemento que valía la pena continuar era el Vehículo de Exploración de la Tripulación. en el papel de una cápsula de escape de la estación espacial. Esto llevó en 2010 a que la Administración cancelara el programa al retirar fondos en el proyecto de presupuesto de 2011. Una protesta pública llevó a que el programa se congelara en lugar de cancelarlo por completo y se lanzó una revisión sobre cómo se podrían recortar los costos, que concluyó que era posible continuar si se hacía hincapié en encontrar financiación alternativa, reduciendo la complejidad al reducir el alcance a centrarse en la Luna y el espacio profundo en lugar de Marte y mediante la reutilización del hardware existente reduciendo la gama de equipos que requieren desarrollo. El lanzador Ares 1 destinado a vuelos de la tripulación tenía problemas de diseño importantes, como tener sobrepeso, ser propenso a vibraciones peligrosas y, en el caso de una falla catastrófica, su radio de explosión excedía el rango de eyección de los sistemas de escape. [ cita requerida ] Su papel como vehículo de lanzamiento Orion fue reemplazado por el Sistema de Lanzamiento Espacial , y los tres diseños diferentes del Vehículo de Exploración de Tripulación se fusionaron en un solo Vehículo de Exploración de Tripulación Multipropósito.
En mayo de 2011, el Director General de la Agencia Espacial Europea (ESA) anunció una posible colaboración con la NASA para trabajar en un sucesor del Vehículo de Transferencia Automatizado (ATV) de la ESA . [9] La provisión de este sucesor por parte de la ESA podría contabilizarse como parte de su participación del 8% en los costos operativos de la Estación Espacial Internacional (ISS); las misiones de ATV que reabastecían la estación solo cubrían esta obligación hasta 2017. El 21 de junio de 2012, Astrium anunció que se le habían adjudicado dos estudios separados para evaluar posibles misiones futuras basándose en la tecnología y la experiencia obtenidas con el desarrollo de ATV y el laboratorio Columbus . El primer estudio analizó la construcción de un módulo de servicio que se usaría en conjunto con la cápsula Orion. [10] El segundo examinó la producción de un vehículo orbital polivalente y versátil. Cada estudio tuvo un valor de 6,5 millones de euros. [11]
En noviembre de 2012, la ESA obtuvo el compromiso de sus estados miembros para construir un módulo de servicio derivado de ATV para Orion, para volar en el vuelo inaugural del Space Launch System , cumpliendo así la obligación presupuestaria de la ESA con la NASA en relación con la ISS para 2017– 20. [12] No se tomó ninguna decisión sobre el suministro del módulo para vuelos posteriores de Orion. [13]
En enero de 2013, la NASA anunció su acuerdo, realizado en diciembre anterior, de que la ESA construiría el módulo de servicio para Exploration Mission-1 (rebautizado como Artemis 1 ), que luego estaba programado para 2017. Este módulo de servicio no era necesario para la prueba de vuelo de exploración. -1 en 2014, ya que utilizó un módulo de servicio de prueba suministrado por Lockheed Martin. [14] El 17 de noviembre de 2014, la ESA firmó un contrato de precio fijo de 390 millones de euros con Airbus Defence and Space para el desarrollo y construcción del primer módulo de servicio basado en ATV. [15] En diciembre de 2016, los estados miembros de la ESA acordaron que ampliaría su compromiso con el ISS hasta 2024 y proporcionaría un segundo módulo de servicio, como parte de la obligación presupuestaria resultante. [dieciséis]
El nuevo diseño [17] tiene aproximadamente 5,0 metros (16,5 pies) de diámetro y 4,0 metros (13 pies) de longitud, y está hecho de aleación de aluminio y litio . [18]
El nuevo diseño de los paneles solares, que reemplaza el diseño circular UltraFlex de ATK , [19] es de Airbus Defence and Space , [18] cuya subsidiaria, Airbus Defence and Space Netherlands (entonces conocida como Dutch Space), construyó el ATV X- matriz en forma de cuatro paneles. La matriz del ATV generó 4,6 kilovatios. La versión mejorada del módulo de servicio generará aproximadamente 11 kilovatios, [19] y se extenderá alrededor de 19 m (62 pies) cuando se extienda. [18]
En septiembre de 2015, Thales Alenia Space firmó un contrato con Airbus Defence and Space para desarrollar y producir sistemas termomecánicos para el módulo de servicio, incluida la protección de estructuras y micrometeoroides, control térmico y almacenamiento y distribución de consumibles. [20]
Lockheed Martin está construyendo los dos adaptadores , conectando el módulo de servicio al módulo de la tripulación y a la etapa superior del Space Launch System, y también los tres paneles de carenado que se desechan después de proteger el módulo de servicio durante el lanzamiento y el ascenso. [18]
El 16 de febrero de 2017 se firmó un contrato de 200 millones de euros entre Airbus y la Agencia Espacial Europea para la producción de un segundo módulo de servicio europeo para su uso en el primer vuelo tripulado de Orion. [21]
Desde 2018
El 26 de octubre de 2018, la primera unidad para Artemis 1 se ensambló en su totalidad en la fábrica de Airbus Defence and Space en Bremen . [22]
El motor principal del módulo de servicio para Artemis 1 será un motor AJ10-190 del Sistema de Maniobra Orbital del Transbordador Espacial (OMS) que quedó del programa del Transbordador Espacial, [17] en el que voló en 19 misiones y llevó a cabo 89 quemaduras. [18] Se pretende que el OMS se utilice para los primeros tres (o cinco [23] ) módulos de servicio y se están considerando cuatro diseños de motores alternativos para vuelos posteriores, que se cree incluirán el AJ10-118k; Utilizado para la segunda etapa del Delta II, es una versión más ligera y potente de la misma familia de motores AJ10 cuyo linaje comenzó con el Vanguard . [24]
En comparación con el módulo de servicio y comando Apollo , que anteriormente llevaba a los astronautas a la Luna, el módulo de servicio europeo genera aproximadamente el doble de electricidad (11,2 kW frente a 6,3 kW), pesa casi un 40% menos cuando está completamente cargado (15.461 kg, [25 ] frente a 24.520 kg) y tiene aproximadamente el mismo tamaño (4 m de longitud excluyendo el motor [26] y 4,1 m frente a 3,9 m de diámetro) y mantiene el medio ambiente para un volumen habitable ligeramente (45%) mayor en el módulo de la tripulación (8,95 m 3 frente a 6,17 m 3 ), aunque llevará un 50% menos de propulsor para las maniobras orbitales (8.600 kg de propulsor utilizable frente a 18.584 kg).
El ESM podrá apoyar a una tripulación de cuatro durante 21 días contra la resistencia de 14 días del Apollo de tres hombres.
En noviembre de 2019, los estados miembros de la ESA aprobaron la financiación de ESM para Artemis 3 y 4. [27] En mayo de 2020 se firmó el contrato entre Airbus y la Agencia Espacial Europea para la producción de un tercer módulo de servicio europeo. [28]
En octubre de 2020, la ESA y la NASA firman un Memorando de entendimiento que incluye la provisión por parte de la ESA de ESM-4 y ESM-5 como participación en el Gateway, permitiendo tres vuelos de astronautas europeos a la órbita lunar entre 2025 y 2030. [29]
En febrero de 2021, se firmó el contrato entre Airbus y la Agencia Espacial Europea para proporcionar ESM-4 a ESM-6. [30]
Especificaciones
Dimensiones | 4 m de largo 4,1 m de diámetro excluidos los paneles solares, 5,2 m de diámetro estibado 19 m con los paneles solares desplegados [2] |
Motor primario | 1 Sistema de maniobras orbitales del transbordador espacial que proporciona 26,6 kN de empuje para ESM-1 a ESM-5 [2] 1 nuevo motor principal Aerojet Orion (OME) de ESM-6 |
Motor secundario | 8 propulsores auxiliares Aerojet R-4D-11 490 N que proporcionan 3,92 kN de empuje [2] |
Propulsores de maniobra | Motores del sistema de control de reacción Airbus de 24 x 220 N de empuje en seis módulos de cuatro [2] |
Capacidad propulsora | 9.000 kg [1] de propulsor en cuatro tanques de propulsor de 2000 L, 2 óxidos mixtos de nitrógeno (MON) y 2 monometilhidrazina (MMH). La carga de propulsante utilizable es de 8.600 kg [2] [3] |
Generación de energía | 11,2 kW de 4 alas de 7,375 m cada una con 3 paneles solares [1] |
Masa de lanzamiento total | 13.500 kg para la Misión Lunar, incluidos 240 kg de agua en cuatro tanques, 90 kg de oxígeno en tres tanques, 30 kg de nitrógeno en un tanque, 8.600 kg de propulsor utilizable [2] |
Carga útil | Masa de carga útil de hasta 380 kg y un volumen de carga útil de hasta 0,57 metros cúbicos [3] |
Materiales | Aleación de aluminio (estructura), acero inoxidable , titanio (material del tanque), Kapton (aislamiento), y cobre (componentes eléctricos y mecánicos). [31] |
Modelos de módulo de servicio europeo
Modelo | Misión | Estado | Marco de referencia |
STA | Artículo de prueba estructural | Utilizado para pruebas estructurales en Plum Brook Station, Ohio. | |
PQM | Modelo de calificación de propulsión | Utilizado para pruebas de propulsión en White Sands, Nuevo México. | |
ESM-1 | Artemis I | Integrado como parte de Orion CSM. Preparación de lanzamiento en NASA KSC ( MPPF ). | Trueque ISS |
ESM-2 | Artemis II | En producción en Airbus Bremen. | Trueque ISS |
ESM-3 | Artemis III | Estructura primaria en Airbus Bremen. | Trueque ISS |
ESM-4 a 5 | Artemis IV a V | Artículos de larga duración en producción. | Puerta |
ESM-6 | Artemis VI | Artículos de larga duración en producción. | TBD |
Referencias
- ^ a b c Artículo de prueba del módulo de servicio europeo 2015
- ^ a b c d e f g h Orion / EM-1 (Misión de exploración-1) Agosto de 2019
- ^ a b c "Artemis 1" .
- ^ Grush, Loren (22 de enero de 2020). "Administrador de la NASA sobre el año que viene:" muchas cosas tienen que salir bien " " . The Verge . Consultado el 22 de enero de 2020 .
- ^ "Explore el vehículo de exploración" . NASA. 6 de junio de 2013 . Consultado el 6 de febrero de 2021 . Este artículo incorpora texto de esta fuente, que es de dominio público .
- ^ "NASA y ATK implementan con éxito una matriz solar de 18 pies de diámetro para el programa ST8" . ATK. 9 de octubre de 2008.
- ^ "El módulo de servicio de Orion" . NASA. 4 de agosto de 2008. Archivado desde el original el 13 de agosto de 2009 . Consultado el 19 de agosto de 2008 .
- ^ "Orión" . Enciclopedia Astronautica . Consultado el 11 de mayo de 2013 .
- ^ "EE.UU. y Europa planean nueva nave espacial" . BBC News . 5 de mayo de 2011. Archivado desde el original el 6 de mayo de 2011 . Consultado el 14 de mayo de 2011 .
- ^ "Los estudios de evolución de ATV miran exploración, remoción de escombros" . Vuelo espacial ahora. 21 de junio de 2012 . Consultado el 23 de junio de 2012 .
- ^ "Astrium recibió dos estudios de evolución de ATV de la ESA" . Astrium. 21 de junio de 2012. Archivado desde el original el 3 de abril de 2013 . Consultado el 23 de junio de 2012 .
- ^ Bergin, Chris (21 de noviembre de 2012). "Reino Unido da un paso adelante, ya que la ESA se compromete con el módulo de servicio ATV en el Orion de la NASA" . NASASpaceFlight.com . NASA . Consultado el 6 de mayo de 2013 .
- ^ Clark, Stephen (21 de noviembre de 2012). "Los estados miembros de la ESA financian el módulo de servicio de Orion" . Vuelo espacial ahora . Consultado el 6 de mayo de 2013 .
- ^ La NASA firma un acuerdo para un módulo de servicio Orion proporcionado en Europa
- ^ "La ESA encarga a Airbus Defence and Space como contratista principal para el módulo de servicio Orion de la cápsula espacial estadounidense" . negocio spaceref . 17 de noviembre de 2014 . Consultado el 18 de noviembre de 2014 .
- ^ de Selding, Peter B. (2 de diciembre de 2016). "Europa se compromete con la estación espacial y ExoMars como parte de $ 11 mil millones en compromisos con la ESA" . Noticias espaciales . Consultado el 7 de diciembre de 2016 .
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- ^ "Convocatoria de medios: el módulo de servicio europeo se encuentra con Orion" . Agencia Espacial Europea . 26 de octubre de 2018.
- ↑ Engine of Atlantis, marzo de 2021
- ^ "El acuerdo de la ESA depende de lo que haga Trump con los planes de vuelos espaciales tripulados de la NASA" Febrero de 2017
- ^ "Orión (MPCV)" .
- ^ Manual del operador del Apolo, nave espacial Bloque II (PDF) . 1 . NASA. 15 de abril de 1969. p. 60.
- ^ Observación de la Tierra, grandes ganadores de la exploración del espacio profundo en el nuevo presupuesto de la ESA
- ^ Contrato europeo firmado para el hardware de la misión Moon
- ^ NASA, la Agencia Espacial Europea formaliza la asociación Artemis Gateway
- ^ Tres módulos de servicio más para Artemis que se construirán en Europa
- ^ https://www.airbus.com/newsroom/news/en/2019/02/tanks-for-orion-flight-model-no-2-delivered.html
enlaces externos
- Nave espacial Orion en la NASA
- Orion en la ESA
- Módulo de servicio europeo en Airbus Defence and Space