El módulo de servicio europeo ( ESM ) es el componente del módulo de servicio de la nave espacial Orión , que sirve como su principal componente de energía 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 I , basado en el Vehículo Automatizado de Transferencia (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 II a Artemis VI .
El primer vuelo del módulo fue Artemis I , el primer hito importante en el programa Artemis de la NASA para regresar humanos a la Luna, el 16 de noviembre de 2022. El Sistema de Lanzamiento Espacial lanzó a Orión hacia la Luna, donde el ESM colocó la nave espacial en una órbita retrógrada distante alrededor de la Luna, y posteriormente la extrajo de esa órbita y la envió de regreso a la Tierra.
El módulo de servicio (SM) da soporte al módulo de tripulación (CM) 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 ascensos 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 no presurizada y cargas útiles científicas. [4]
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De forma aproximadamente cilíndrica, el Orion SM original, diseñado por los Estados Unidos, al igual que el CM, habría sido construido con aleación de Al-Li (para mantener el peso bajo) y habría contado con un par de paneles solares decagonales 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 tripulada estadounidense (excepto por un período de 10 años, la nave espacial soviética/rusa Soyuz los ha utilizado desde la primera misión en 1967), permitirían a la NASA eliminar la necesidad de llevar células de combustible propensas a fallas, y su hardware asociado (principalmente tanques de H 2 líquido ) en el SM, lo que daría como resultado una nave espacial más corta y más maniobrable. En octubre de 2008 se informó sobre el éxito de las pruebas iniciales de un diseño de panel solar Orion utilizando hardware de "ala UltraFlex" a escala real. [5]
El motor principal Orion (OME) era un motor cohete bipropulsado de 33 kilonewton (7500 lbf), alimentado a presión, refrigerado regenerativamente y almacenable que fabricaría Aerojet. El OME era una versión de mayor rendimiento del motor cohete de 27 kilonewton (6000 lbf) de empuje que utilizaba el transbordador espacial para su sistema de maniobras orbitales. El sistema de control de reacción (RCS) del SM, los propulsores de maniobra de la nave espacial (originalmente basados en el sistema "quad" del Apollo, pero parecido al utilizado en su predecesor, el Gemini), también estarían alimentados a presión y utilizarían los mismos propulsores. La NASA creía que el RCS del SM podría actuar como respaldo para una inyección trans-Tierra en caso de que fallara el motor principal del SM.
Un par de tanques de oxígeno líquido (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 un pequeño "tanque de reserva" que proporcionaría el soporte vital necesario durante el reingreso y el aterrizaje. Los cartuchos de hidróxido de litio (LiOH) reciclarían el sistema ambiental de la nave espacial "depurando" el dióxido de carbono (CO 2 ) exhalado por los astronautas del aire de la nave y agregando oxígeno y nitrógeno frescos, que luego se reciclarían nuevamente en el circuito del sistema. Debido al cambio de celdas de combustible a paneles solares, el módulo de servicio tendría un tanque de agua a bordo para proporcionar agua potable a la tripulación y (cuando se mezclara con glicol ), agua de refrigeración para la electrónica de la nave espacial. A diferencia de la práctica durante el Apolo de arrojar tanto agua como orina por la borda durante el vuelo, el Orión tendría un sistema de reciclaje a bordo, idéntico al utilizado en la Estación Espacial Internacional , para convertir tanto las aguas residuales como la orina en agua potable y refrigerante.
El módulo de servicio también montaba el sistema de gestión del 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 módulo de mando Orion, proporcionarían energía en vuelo a los sistemas de la nave. El voltaje, 28 voltios de corriente continua , era similar al utilizado en la nave espacial Apolo durante el vuelo.
El Orion SM estaría encapsulado por cubiertas de fibra de vidrio que se desecharían al mismo tiempo que la cubierta protectora LES/Boost, lo que tendría lugar aproximadamente 2 minutos y medio después del lanzamiento (30 segundos después de que se desechara la primera etapa del cohete sólido). Antes del rediseño "Orion 606", el Orion SM se parecía a una versión achaparrada y agrandada del módulo de servicio Apollo . El diseño del "Orion 606" SM mantuvo el ancho de 5 metros (16 pies) para las fijaciones del Orion SM con el Orion CM, pero utilizó un diseño de módulo de servicio similar al Soyuz para permitir que Lockheed Martin hiciera el vehículo más liviano y permitiera la fijación de los paneles solares decagonales en los puntos medios del módulo, en lugar de en la base cerca del adaptador de la nave espacial/cohete, lo que podría haber expuesto a los paneles a daños.
El módulo de servicio Orión (SM) fue proyectado 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 era de 3.600 kg (8.000 libras), la capacidad de combustible era de 8.200 kg (18.000 libras). [6] [7]
En 2009, una revisión del programa Constellation por parte de la nueva Comisión Augustine impulsada por la entonces nueva administración Obama concluyó que, cinco años después, el programa de desarrollo del módulo de servicio ya llevaba cuatro años de retraso respecto de su objetivo lunar de 2020 y estaba lamentablemente subfinanciado. El único elemento que merecía la pena continuar era el Vehículo de Exploración Tripulado en el papel de cápsula de escape de la estación espacial. [8] Esto llevó a que en 2010 la Administración cancelara el programa retirando la financiación en el presupuesto propuesto para 2011. Una protesta pública llevó a que se congelara el programa en lugar de cancelarlo por completo y se inició una revisión para ver cómo se podían reducir los costos, que concluyó que era posible continuar si se hacía hincapié en encontrar financiación alternativa, reducir la complejidad al limitar el alcance para centrarse en la Luna y el espacio profundo en lugar de Marte, y reutilizar el hardware existente, reduciendo la gama de equipos que requerían desarrollo. El lanzador Ares I, destinado a vuelos tripulados, tenía importantes problemas de diseño, como sobrepeso y propensión a vibraciones peligrosas, y en caso de una falla catastrófica, su radio de explosión excedía el rango de eyección del sistema de escape. [ cita requerida ] Su papel como vehículo de lanzamiento Orión fue reemplazado por el Sistema de Lanzamiento Espacial , y los tres diseños diferentes de Vehículos de Exploración Tripulada se fusionaron en un solo Vehículo de Exploración Tripulada 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 Automatizado de Transferencia (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 ATV para reabastecer la estación solo cubrieron 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 basadas en la tecnología y la experiencia obtenidas con el desarrollo del ATV y el laboratorio Columbus . El primer estudio se centró en la construcción de un módulo de servicio que se utilizaría en tándem con la cápsula Orion. [10] El segundo examinó la producción de un vehículo orbital multipropósito versátil. Cada estudio tenía 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 del ATV para Orion, para volar en el vuelo inaugural del Sistema de Lanzamiento Espacial , cumpliendo así la obligación presupuestaria de la ESA con la NASA con respecto a la ISS para 2017-2020. [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, alcanzado en diciembre anterior, de que la ESA construiría el módulo de servicio para la Misión de Exploración-1 (rebautizada Artemis I ), programada para realizarse en 2017. Este módulo de servicio no fue necesario para la Prueba de Vuelo de Exploración-1 en 2014, ya que se utilizó un módulo de servicio de prueba suministrado por Lockheed Martin. [14] El 17 de noviembre de 2014, la ESA firmó un contrato a precio fijo de 390 millones de euros con Airbus Defence and Space para el desarrollo y la 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 la ISS hasta 2024 y suministraría un segundo módulo de servicio, como parte de la obligación presupuestaria resultante. [16]
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 motor principal del módulo de servicio para Artemis I era 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 realizó 89 encendidos. [18] Se pretende que el OMS se utilice para los primeros tres (o cinco [19] ) módulos de servicio y se están considerando cuatro diseños de motor alternativos para vuelos posteriores, que se cree que incluyen 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 . [20]
En comparación con el módulo de mando y servicio Apolo , que anteriormente llevó astronautas a la Luna, el Módulo de Servicio Europeo (ESM) 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, [21] frente a 24.520 kg) y tiene aproximadamente el mismo tamaño (4 m de longitud excluyendo el motor [22] y 4,1 m frente a 3,9 m de diámetro), lo que permite un volumen habitable ligeramente (45%) mayor en el módulo de tripulación (8,95 m3 frente a 6,17 m3 ) , aunque llevará un 50% menos de propulsor para maniobras orbitales (8.600 kg de propulsor utilizable frente a 18.584 kg).
El ESM podrá sustentar una tripulación de cuatro personas durante 21 días, lo que supera la autonomía de 14 días de la misión Apollo de tres personas.
El nuevo diseño de los paneles solares, que sustituye al diseño UltraFlex decagonal (denominado "circular") de ATK , [23] es obra de Airbus Defence and Space , [18] cuya filial, Airbus Defence and Space Netherlands (entonces conocida como Dutch Space), construyó el conjunto de cuatro paneles en forma de X del ATV. Se esperaba que el conjunto del ATV generara 4,6 kilovatios. La versión mejorada para el módulo de servicio generará unos 11 kilovatios, [23] y tendrá una extensión de unos 19 m (62 pies) cuando esté extendida. [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 estructural y contra micrometeoroides, el control térmico y el almacenamiento y distribución de consumibles. [24]
Lockheed Martin está construyendo los dos adaptadores que conectan el módulo de servicio al módulo de tripulación y a la etapa superior del Sistema de Lanzamiento Espacial, 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 Orión. [25]
El 26 de octubre de 2018 se montó íntegramente la primera unidad del Artemis I en la fábrica de Airbus Defence and Space en Bremen . [26]
En noviembre de 2019, los estados miembros de la ESA aprobaron la financiación de los módulos de servicio europeos para Artemis III y IV. [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 el suministro por parte de la ESA de ESM-4 y ESM-5 como participación en la estación espacial Gateway, lo que permitirá 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 el ESM-4 al ESM-6. [30]
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