Evropský servisní modul - European Service Module

Evropský servisní modul

Logo ESM zobrazující kosmickou loď Orion zkoumající naši sluneční soustavu, přičemž pohled zezadu zvýrazňuje servisní modul
Výrobce	Evropská vesmírná agentura
Použito na	Orion
Obecná charakteristika
Výška	4 m (13 stop)
Průměr	4,1 m (13 ft) (bez solárních panelů)
Hrubá hmotnost	13 500 kg (29 800 liber)
Hnací hmota	8600 kg (19000 liber)
Odvozený od	Vozidlo s automatizovaným přenosem
Spustit historii
Postavení	Ve vývoji
První let	2022 ( Artemis 1 )
Evropský SM
Motory	1 AJ10
Tah	26,6 kN (6 000 lb f )
Hnací plyn	MON3 / Aerozine 50

Module Evropská služba ( ESM ) je modul služby složka Orion kosmických lodí, které slouží jako primární energie a pohonné součásti, dokud není odhozena na konci každé mise. V lednu 2013 NASA oznámila, že Evropská vesmírná agentura (ESA) přispěje servisním modulem pro Artemis 1 na základě automatizovaného přenosového vozidla (ATV) ESA . Doručila ji společnost Airbus Defence and Space v Brémách v severním Německu NASA na konci roku 2018. Po schválení prvního modulu poskytne ESA ESM od Artemis 2 po Artemis 6 .

Servisní modul podporuje modul posádky od spuštění přes oddělení před opětovným vstupem. Poskytuje schopnost pohonu ve vesmíru pro orbitální přenos, ovládání polohy a přerušení výstupu ve vysoké nadmořské výšce. Poskytuje vodu a kyslík potřebný pro obyvatelné prostředí, generuje a uchovává elektrickou energii a udržuje teplotu systémů a součástí vozidla. Tento modul může také přepravovat netlakový náklad a vědecké užitečné zatížení.

Dějiny

Počáteční design

Návrh servisního modulu před ATV

Umělecké pojetí kosmické lodi Orion na měsíční oběžné dráze s kruhovými solárními panely

Zhruba válcovitý tvar, originální servisní modul Orion navržený v Americe, stejně jako modul pro posádku, by byl vyroben ze slitiny Al-Li (aby se snížila hmotnost) a představoval by dvojici nasazovacích kruhových solárních panelů , podobných designu k panelům použitým na přistávacím modulu Mars Phoenix . Panely, první, které byly použity na kosmické lodi s posádkou v USA (s výjimkou 10letého období je sovětsko-ruská kosmická loď Sojuz používala od první mise v roce 1967), by NASA umožnily eliminovat potřebu přenášení poruch- náchylné palivové články a jejich související hardware (hlavně nádrže LH ₂ ) v servisním modulu, což má za následek kratší, ale lépe ovladatelnou kosmickou loď. Úspěšné počáteční testování návrhu solárního pole Orion pomocí hardwaru „UltraFlex wing“ v plném rozsahu bylo oznámeno v říjnu 2008.

Orion Main Engine (OME) byl 33kilonewtonový (7 500 lbf) tahový, tlakově napájený, regenerativně chlazený, skladovatelný raketový motor s dvojitým pohonem vyráběný společností Aerojet. OME byla verze se zvýšeným výkonem 27kilonewtonového (6 000 lbf) tahového raketového motoru používaného raketoplánem pro jeho orbitální manévrovací systém (OMS). SM Reaction Control System (RCS), manévrovací rakety kosmické lodi (původně založené na systému „quad“ Apollo, ale podobném systému používanému na Gemini), by byly také napájeny tlakem a používaly by stejné pohonné látky. NASA věřila, že SM RCS bude moci fungovat jako záloha pro spálení trans-zemské injekce (TEI) v případě, že by selhal hlavní motor SM.

Dvojice tanků LOX (podobná těm, které se používají v servisním modulu Apollo ) by spolu s malými nádržemi s dusíkem zajišťovala posádce dýchání vzduchu na úrovni hladiny moře nebo tlaku „cestovní výšky“ (1 nebo 0,7 atm) s malý „vyrovnávací tank“ poskytující nezbytnou podporu života při opětovném vstupu a přistání. Kazety s hydroxidem lithným (LiOH) by recyklovaly environmentální systém kosmické lodi „vyčištěním“ oxidu uhličitého (CO ₂ ) vydechovaného astronauty ze vzduchu lodi a přidáním čerstvého kyslíku a dusíku, který byl poté cyklován zpět do systémové smyčky. Kvůli přechodu z palivových článků na solární panely by servisní modul měl vestavěnou nádrž na vodu, která by posádce zajišťovala pitnou vodu, a (ve směsi s glykolem ) chladicí vodu pro elektroniku kosmické lodi. Na rozdíl od praxe během Apolla, kdy během letu vypouštěli přes palubu jak vodu, tak moč, Orion měl na palubě recyklační systém, identický s tím, který se používá na Mezinárodní vesmírné stanici , k přeměně odpadní vody a moči na pitnou i chladicí vodu.

Servisní modul také namontoval systém řízení odpadního tepla kosmické lodi (její radiátory) a výše uvedené solární panely . Tyto panely spolu se záložními bateriemi umístěnými v Orionu CM by poskytovaly energii za letu do systémů lodi. Napětí, 28 voltů DC , bylo podobné napětí použitému na kosmické lodi Apollo během letu.

Modul Orion služba bude zapouzdřen sklolaminátových krytů odhozeno ve stejnou dobu jako LES / Boost, ochranný kryt, který se bude konat zhruba 2 1 / 2 minuty po startu (30 sekund poté, co na tuhá paliva prvního stupně byl upustil). Před redesignem „Orion 606“ připomínal Orion SM squat, zvětšenou verzi servisního modulu Apollo . Konstrukce SM „Orion 606“ si zachovala šířku 5 metrů (16 stop) pro příslušenství Orionu M s Orionem CM, ale využila design servisního modulu podobného Sojuzu, který umožnil společnosti Lockheed Martin snížit hmotnost vozidla a umožnění připevnění kruhových solárních panelů ve středních bodech modulu, namísto na základně poblíž adaptéru kosmické lodi/rakety, což mohlo panely vystavit poškození.

Servisní modul Orion (SM) byl projektován s válcovým tvarem o průměru 5 m (16 ft) a celkové délce (včetně trysky) 4,78 m (15 ft 8 in). Projektovaná prázdná hmotnost byla 3600 kg (8000 lb), kapacita paliva byla 8200 kg (18 000 lb).

Modul na bázi ATV

Čtyřkolka Edoardo Amaldi se blíží k Mezinárodní vesmírné stanici v roce 2012

Evropský servisní modul pro Artemis 1 prochází v květnu 2019 akustickými testy

Přezkum programu Constellation v roce 2009 Augustinskou komisí na základě nové Obamovy administrativy zjistil, že pět let v něm už běželo čtyři roky za lunárním cílem pro rok 2020 a bylo žalostně podfinancováno, jediný prvek, který stojí za pokračování, byl průzkumný vůz posádky. v roli únikové kapsle vesmírné stanice. V roce 2010 to vedlo k tomu, že administrativa program zrušila odebráním finančních prostředků v navrhovaném rozpočtu na rok 2011. Veřejné pobouření vedlo k tomu, že program byl spíše zmrazen, než aby byl přímo zrušen, a byl zahájen přezkum, jak by bylo možné snížit náklady, který zjistil, že je možné pokračovat, pokud je kladen důraz na nalezení alternativního financování a snížení složitosti zúžením rozsahu na zaměřte se spíše na Měsíc a hluboký vesmír než na Mars a prostřednictvím opětovného použití stávajícího hardwaru snižte rozsah vybavení vyžadujícího vývoj. Odpalovací zařízení Ares 1 určené pro lety posádky mělo značné konstrukční problémy, jako byla nadváha, náchylnost k nebezpečným vibracím a v případě katastrofického selhání jeho dosah výbuchu přesahoval dosah vysunutí únikových systémů. Jeho role nosné rakety Orion byla nahrazena systémem Space Launch System a tři různé designy Crew Exploration Vehicle byly sloučeny do jednoho víceúčelového průzkumného vozidla Crew.

V květnu 2011 oznámil generální ředitel Evropské kosmické agentury (ESA) možnou spolupráci s NASA s cílem pracovat na nástupci vozidla ATV ( Automated Transfer Vehicle ) od ESA . Poskytnutí tohoto nástupce ESA by se dalo započítat do jejího 8% podílu na provozních nákladech Mezinárodní vesmírné stanice (ISS); mise ATV zásobující stanici pokrývaly tuto povinnost pouze do roku 2017. Dne 21. června 2012 společnost Astrium oznámila, že jí byly uděleny dvě samostatné studie na zhodnocení možných budoucích misí vycházejících z technologie a zkušeností získaných při vývoji ATV a laboratoře Columbus . První studie se zabývala konstrukcí servisního modulu, který by byl použit společně s kapslí Orion. Druhý zkoumal výrobu všestranného víceúčelového orbitálního vozidla. Každá studie měla hodnotu 6,5 milionu EUR.

V listopadu 2012 ESA získala závazek svých členských států, že pro Orion postaví servisní modul odvozený od ATV, aby letěl při prvním letu systému Space Launch System , čímž splní rozpočtový závazek ESA vůči NASA ohledně ISS na rok 2017– 20. Nebylo rozhodnuto o dodávce modulu pro pozdější lety Orionu.

Kosmická loď Orion včetně servisního modulu odvozeného od ATV

V lednu 2013 NASA oznámila svůj souhlas z prosince minulého roku, že ESA postaví servisní modul pro Exploration Mission-1 (přejmenovaný na Artemis 1 ), který se měl uskutečnit v roce 2017. Tento servisní modul nebyl vyžadován pro průzkumný letový průzkum -1 v roce 2014, protože to používalo testovací servisní modul dodávaný společností Lockheed Martin. Dne 17. listopadu 2014 ESA podepsala smlouvu na fixní cenu 390 milionů EUR se společností Airbus Defence and Space na vývoj a konstrukci prvního servisního modulu založeného na ATV. V prosinci 2016 se členské státy ESA dohodly, že rozšíří svůj závazek vůči ISS do roku 2024 a dodají druhý servisní modul jako součást výsledného rozpočtového závazku.

Nový design je přibližně 5,0 m (16,5 ft) v průměru a 4,0 m (13 ft) na délku a je vyroben ze slitiny hliníku a lithia .

Nový design pro solární pole, nahrazující kruhový design UltraFlex ATK , je od společnosti Airbus Defence and Space , jejíž dceřiná společnost Airbus Defence and Space Netherlands (tehdy známá jako Dutch Space) postavila řadu čtyř panelů čtyřkolky ve tvaru písmene X. Pole ATV generovalo 4,6 kilowattů. Vylepšená verze pro servisní modul bude generovat přibližně 11 kilowattů a po prodloužení bude trvat přibližně 19 m (62 ft).

V září 2015 společnost Thales Alenia Space podepsala smlouvu se společností Airbus Defence and Space na vývoj a výrobu termomechanických systémů pro servisní modul, včetně ochrany struktury a mikrometeoroidů, řízení teploty a skladování a distribuce spotřebního materiálu.

Zobrazen servisní modul s modulem posádky, adaptéry a panely kapotáže

Společnost Lockheed Martin staví dva adaptéry , které spojují servisní modul s modulem posádky a s horním stupněm systému Space Launch System, a také tři panely kapotáže, které jsou odhozeny poté, co chránily servisní modul během startu a výstupu.

Dne 16. února 2017 byla mezi společností Airbus a Evropskou vesmírnou agenturou podepsána smlouva o 200 mil. EUR na výrobu druhého evropského servisního modulu pro použití na prvním letu Orion s posádkou.

Od roku 2018

Dne 26. října 2018 byla první jednotka pro Artemis 1 kompletně sestavena v továrně Airbus Defence and Space v Brémách .

Hlavním motorem servisního modulu pro Artemis 1 bude motor Space Shuttle Orbital Maneuvering System (OMS) AJ10-190, který zbyl z programu Space Shuttle, ve kterém letěl na 19 misích a provedl 89 popálenin. Je zamýšleno, že OMS bude použit pro první tři (nebo pět) servisní moduly a čtyři návrhy alternativních motorů jsou zvažovány pro pozdější lety, předpokládá se, že zahrnují AJ10-118k; použitý pro druhý stupeň Delta II je to lehčí a výkonnější verze ve stejné rodině motorů AJ10, jejíž rodová řada začala s Vanguardem .

Ve srovnání s velitelským a servisním modulem Apollo , který dříve odvezl astronauty na Měsíc, generuje evropský servisní modul přibližně dvakrát tolik elektrické energie (11,2 kW oproti 6,3 kW), při plném tankování váží téměř o 40% méně (15 461 kg, vs. 24 520) kg) a je zhruba stejně velká (4 m na délku bez motoru a 4,1 m proti 3,9 m v průměru), což podporuje prostředí o něco (45%) větší obytný objem na modulu posádky (8,95 m ³ proti 6,17 m ³ ) i když unese o 50% méně paliva pro orbitální manévry (8 600 kg použitelného paliva vs 18 584 kg).

ESM bude moci podporovat čtyřčlennou posádku po dobu 21 dnů proti 14denní vytrvalosti pro tříčlenné Apollo.

V listopadu 2019 schválily členské státy ESA financování ESM pro Artemis 3 a 4. V květnu 2020 byla podepsána smlouva mezi Airbusem a Evropskou vesmírnou agenturou na výrobu třetího evropského servisního modulu.

V říjnu 2020 podepisují ESA a NASA memorandum o porozumění, které zahrnuje poskytnutí ESM ESM-4 a ESM-5 ESA jako účasti na bráně, což v letech 2025 až 2030 umožní tři lety evropských astronautů na oběžnou dráhu Měsíce.

V únoru 2021 byla podepsána smlouva mezi Airbusem a Evropskou kosmickou agenturou o poskytnutí ESM-4 až ESM-6.

Specifikace

Modely evropského servisního modulu

Reference

externí odkazy

• Kosmická loď Orion v NASA
• Orion v ESA
• European Service Module ve společnosti Airbus Defence and Space