Европейский сервисный модуль - European Service Module

Европейский сервисный модуль
ORION ESM ACOUSTIC TESTING.jpg
Европейский сервисный модуль для Artemis 1 проходит акустические испытания в мае 2019 г.
Производитель
Используется наОрион
Общие характеристики
Высота4 м (13 футов) [1]
Диаметр4,1 м (13 футов) (без солнечных панелей)
Масса брутто13500 кг (29800 фунтов) [2]
Масса пороха8600 кг (19000 фунтов) [2][3]
Происходит отАвтоматическая транспортная машина
История запуска
Положение делВ разработке
Первый полет2021[4] (Артемида 1 )
Европейский SM
Двигатели1 AJ10
Толкать26,6 кН (6000 фунтовж)
ТопливоMON3 /Аэрозин 50

В Европейский сервисный модуль (ESM) это сервисный модуль компонент Орион космический корабль, служащий его основным силовым и двигательным компонентом, пока он не будет выброшен в конце каждой миссии. В январе 2013 г. НАСА объявил, что Европейское космическое агентство (ESA) предоставит сервисный модуль для Артемида 1, основанный на Автоматическая транспортная машина (Квадроцикл). В настоящее время он построен Airbus Defense and Space в Бремен, в северной Германии. После утверждения первого модуля ESA предоставит ESM от Артемида 2 к Артемида 5.[нужна цитата ]

Сервисный модуль поддерживает модуль экипажа от запуска до отделения до входа в атмосферу. Он обеспечивает возможность перемещения по орбите в космос, контроль отношения, и восхождение на большую высоту прекращается. Он обеспечивает воду и кислород, необходимые для обитания, вырабатывает и хранит электроэнергию, а также поддерживает температуру систем и компонентов автомобиля. Этот модуль также может транспортировать негерметичные грузы и научную полезную нагрузку.

История

Старый дизайн

Дизайн сервисного модуля Pre-ATV
Представление художника о Космический корабль Орион на лунной орбите с круглыми солнечными батареями

Первоначально разработанный американцами служебный модуль Орион, имеющий приблизительно цилиндрическую форму, должен был, как и модуль экипажа, состоять из Аль-Ли сплава (для снижения веса) и имел бы пару развертываемых круглых солнечные панели, похожий по конструкции на панели, используемые на Марс Феникс посадочный модуль. Панели, первые из которых будут использоваться на космических кораблях США (кроме 10-летнего периода, советские / российские Космический корабль Союз использовала их с момента первой миссии в 1967 г.), что позволит НАСА избавиться от необходимости перевозить подверженные сбоям топливные элементы и связанное с ними оборудование (в основном LH2 танки) в служебном модуле, в результате чего космический корабль станет короче, но маневреннее. В октябре 2008 года было сообщено об успешном первоначальном испытании конструкции солнечной батареи Орион с использованием полномасштабного оборудования "UltraFlex wing".[5]

Главный двигатель Orion (OME) имел тягу 33 килоньютона (7500 фунтов силы), питаемый давлением, с рекуперативным охлаждением, хранимый двухкомпонентный ракетный двигатель, который должен был быть произведен Aerojet. OME представлял собой улучшенную версию ракетного двигателя с тягой 27 килоньютон (6000 фунтов силы), используемого космическим шаттлом для его системы орбитального маневрирования (OMS). Система управления реакцией SM (RCS), маневрирующие двигатели космического корабля (первоначально основанные на «четырехъядерной» системе Apollo, но напоминающие ту, что использовалась на Gemini), также будет питаться под давлением и будет использовать то же топливо. НАСА полагало, что SM RCS сможет действовать в качестве резервной копии для закачка через Землю (TEI) горят в случае отказа основного двигателя СМ.

Пара резервуаров LOX (аналогичных тем, что используются в Сервисный модуль Apollo ) вместе с небольшими баллонами с азотом обеспечит экипаж воздухом для дыхания с давлением на уровне моря или «крейсерской высоты» (1 или 0,7 атм), с небольшим «расширительным баком», обеспечивающим необходимую жизнедеятельность во время входа в атмосферу и приземления. Гидроксид лития (LiOH) картриджи перерабатывают экологическую систему космического корабля, «очищая» от углекислого газа (CO2), выдыхаемый астронавтами из корабельного воздуха, и добавление свежего кислорода и азота, которые затем возвращались в контур системы. Из-за перехода с топливных элементов на солнечные панели служебный модуль будет иметь бортовой резервуар для воды для обеспечения экипажа питьевой водой и (при смешивании с гликоль ), охлаждающая вода для электроники космического корабля. В отличие от практики сброса воды и мочи за борт во время полета во время «Аполлона», «Орион» будет иметь бортовую систему рециркуляции, идентичную той, что использовалась на корабле. Международная космическая станция, чтобы преобразовать сточные воды и мочу в питьевую и охлаждающую воду.

В служебном модуле также смонтирована система управления отходящим теплом космического корабля (его радиаторы) и вышеупомянутый солнечные панели. Эти панели вместе с резервными батареями, расположенными в Orion CM, будут обеспечивать питание систем корабля в полете. Напряжение, 28 вольт ОКРУГ КОЛУМБИЯ, был аналогичен тому, что использовался на космическом корабле Аполлон во время полета.

Сервисный модуль Orion будет изолирован кожухами из стекловолокна, которые будут сброшены одновременно с защитным кожухом LES / Boost, что займет примерно 2 часа.1⁄2 минут после пуска (через 30 секунд после сброса первой ступени твердотопливной ракеты). До модернизации «Ориона 606» Orion SM напоминал приземистую увеличенную версию Сервисный модуль Apollo. Конструкция СМ "Орион 606" сохранила 5-метровую ширину для навесного оборудования Орион М с Орион СМ, но использовала конструкцию служебного модуля, подобную Союзу, что позволило Lockheed Martin облегчить автомобиль и позволяя прикрепить круглые солнечные панели к центрам модуля, а не к основанию рядом с адаптером космического корабля / ракеты, что могло бы привести к повреждению панелей.

Сервисный модуль Орион (SM) был спроектирован в составе цилиндрический форма, имеющая диаметр 5 м (16 футов) и общую длину (включая подруливающее устройство) 4,78 м (15 футов 8 дюймов). Расчетная масса пустого составляла 3600 кг (8000 фунтов), запас топлива - 8200 кг (18000 фунтов).[6][7]

Модуль на базе квадроцикла

Эдоардо Амальди Квадроцикл приближается к Международной космической станции в 2012 году

Обзор программы Constellation в 2009 году Комиссией Августина, инициированный новой администрацией Обамы, показал, что пять лет в ней уже отставали от ее лунной цели 2020 года на четыре года и при этом не хватало средств, единственным элементом, который стоило продолжить, был Crew Exploration Vehicle. в роли спасательной капсулы космической станции. Это привело к тому, что в 2010 году администрация отменила программу, отозвав финансирование из предлагаемого бюджета на 2011 год. Общественный резонанс привел к тому, что программа была заморожена, а не полностью отменена, и был начат обзор того, как можно сократить расходы, в результате которого было обнаружено, что можно продолжить, если будет сделан акцент на поиск альтернативного финансирования, что снизит сложность за счет сужения объема до сосредоточиться на Луне и дальнем космосе, а не на Марсе, и за счет повторного использования существующего оборудования сокращать спектр оборудования, требующего разработки. Ракета-носитель Ares 1, предназначенная для полетов экипажа, имела серьезные конструктивные проблемы, такие как избыточный вес, предрасположенность к опасной вибрации, а в случае катастрофического отказа ее радиус взрыва превышал дальность катапультирования систем эвакуации.[нужна цитата ] Его роль в качестве ракеты-носителя «Орион» была заменена на Система космического запуска, и три различных конструкции экипажа были объединены в единую многоцелевую исследовательскую машину.

В мае 2011 г. Европейское космическое агентство (ЕКА) Генеральный директор объявил о возможном сотрудничестве с НАСА для работы над преемником ЕКА Автоматическая транспортная машина (Квадроцикл).[8] Предоставление ESA этого преемника можно было бы засчитать в его 8% -ную долю операционных расходов Международная космическая станция (МКС); миссии ATV по снабжению станции покрывали это обязательство только до 2017 года. 21 июня 2012 года, Astrium объявил, что ему были вручены два отдельных исследования для оценки возможных будущих миссий, основанных на технологиях и опыте, полученном при разработке ATV и Колумбус лаборатория. В первом исследовании изучалась конструкция служебного модуля, который будет использоваться в тандеме с капсулой Орион.[9] Во второй рассматривалось производство универсального многоцелевого орбитального корабля. Каждое исследование стоило 6,5 миллионов евро.[10]

В ноябре 2012 года ЕКА получило от своих стран-членов обязательство построить служебный модуль на базе ATV для Ориона, который сможет совершить первый полет космического корабля. Система космического запуска, тем самым выполнив бюджетные обязательства ЕКА перед НАСА в отношении МКС на 2017–2020 годы.[11] Решение о поставке модуля для последующих полетов «Ориона» принято не было.[12]

Космический корабль Орион, включая служебный модуль на базе ATV

В январе 2013 года НАСА объявило о своем соглашении, заключенном в декабре прошлого года, что ЕКА построит сервисный модуль для исследовательской миссии-1 (переименованный в Артемида 1 ), который запланирован на 2017 год. Этот сервисный модуль не требовался для Разведывательный полет-испытание-1 в 2014 году, поскольку для этого использовался тестовый сервисный модуль, предоставленный Lockheed Martin.[13] 17 ноября 2014 г. ЕКА подписало контракт с фиксированной ценой на 390 млн евро с Airbus Defense and Space на разработку и строительство первого сервисного модуля на базе квадроцикла.[14] В декабре 2016 года государства-члены ЕКА договорились о продлении своих обязательств по МКС до 2024 года и поставке второго сервисного модуля в рамках итоговых бюджетных обязательств.[15]

Новый дизайн[16] приблизительно 5,0 метра (16,5 футов) в диаметре и 4,0 метра (13 футов) в длину и состоит из алюминиево-литиевый сплав.[17]

Новый дизайн солнечных батарей, заменяющий АТК круглый дизайн UltraFlex,[18] является по Airbus Defense and Space,[17] чья дочерняя компания, Airbus Defense and Space Netherlands (тогда известная как Dutch Space), построила X-образную решетку квадроцикла из четырех панелей. Массив квадроцикла генерировал 4,6 киловатта. Модернизированная версия сервисного модуля будет генерировать около 11 киловатт,[18] и будет иметь длину около 19 м (62 фута) в выдвинутом состоянии.[17]

В сентябре 2015 г. Thales Alenia Space подписал контракт с Airbus Defense and Space на разработку и производство термомеханических систем для служебного модуля, включая защиту конструкции и микрометеороидов, терморегуляцию, а также хранение и распространение расходных материалов.[19]

Сервисный модуль показан с отсеком для экипажа, переходниками и панелями обтекателя.

Lockheed Martin строит два адаптеры, соединяющий служебный модуль с модулем экипажа и разгонным блоком космической пусковой системы, а также три обтекатель панели, которые сбрасываются после защиты служебного модуля во время запуска и подъема.[17]

16 февраля 2017 года между Airbus и Европейским космическим агентством был подписан контракт на 200 миллионов евро на производство второго европейского сервисного модуля для использования в первом пилотируемом полете Ориона.[20]

26 октября 2018 года первый блок для Artemis 1 был полностью собран на заводе Airbus Defense and Space в г. Бремен.[21]

Основным двигателем служебного модуля для Artemis 1 будет Система орбитального маневрирования космического челнока (OMS) двигатель AJ10-190, оставшийся от программы Space Shuttle,[16] в котором он совершил 19 вылетов и произвел 89 ожогов.[17] Предполагается, что OMS будет использоваться для первых трех служебных модулей, а для последующих полетов рассматриваются четыре альтернативных конструкции двигателей, которые, как предполагается, будут включать AJ10-118k; Используемый для второй ступени Delta II, это более легкая и более мощная версия того же семейства двигателей AJ10, происхождение которого началось с Авангард.[22]

По сравнению с Командно-сервисный модуль Apollo Европейский сервисный модуль, который ранее доставлял астронавтов на Луну, вырабатывает примерно вдвое больше электроэнергии (11,2 кВт против 6,3 кВт), весит почти на 40% меньше при полном заправке (15 461 кг,[23] против 24 520 кг) и примерно такого же размера (длина 4 м без учета двигателя[24] и 4,1 м против 3,9 м в диаметре), поддерживая окружающую среду для немного (45%) большего жилого объема на модуле экипажа (8,95 м3 и 6.17 м3), хотя он будет нести на 50% меньше топлива для орбитальных маневров (8600 кг полезного топлива против 18 584 кг).

ESM сможет поддерживать экипаж из четырех человек в течение 21 дня против 14-дневной выносливости для трехместного Apollo.

В ноябре 2019 года государства-члены ЕКА одобрили финансирование ESM для Artemis 3 и 4.[25] В мае 2020 года был подписан контракт между Airbus и Европейским космическим агентством на производство третьего европейского сервисного модуля.[26]

В октябре 2020 года ЕКА и НАСА подписывают Меморандум о взаимопонимании который включает предоставление ESA ESM-4 и ESM-5 в качестве участия в Gateway, что позволит европейским астронавтам совершить три полета на лунную орбиту в период с 2025 по 2030 год.[27]

Характеристики

Размеры4 м длиной

диаметр 4,1 м без учета солнечных панелей, диаметр 5,2 м в сложенном виде 19 м с развернутыми солнечными панелями [2]

Первичный двигатель1 система орбитального маневрирования космического челнока, обеспечивающая тягу 26,6 кН для ESM-1 - ESM-5[2]

1 новый главный двигатель Aerojet Orion (OME) от ESM-6

Вторичный двигатель8 вспомогательных подруливающих устройств Aerojet R-4D-11 по 490 Н, обеспечивающих тягу 3,92 кН [2]
Маневровые подруливающие устройстваДвигатели системы управления реакцией Airbus с тягой 24 x 220 Н в шести блоках по четыре [2]
Топливная способность9000 кг[1] пропеллент в четырех баках пороха по 2000 л, 2 смешанных оксида азота (MON) и 2 монометилгидразина (MMH). Полезная пороховая нагрузка - 8600 кг.[2][3]
Выработка энергии11,2 кВт от 4 крыльев по 7,375 м, каждое из которых содержит 3 солнечные батареи[1]
Полная стартовая масса13 500 кг для лунной миссии, включая 240 кг воды в четырех баках, 90 кг кислорода в трех баках, 30 кг азота в одном баке, 8600 кг полезного топлива [2]
Полезная нагрузкаМасса полезной нагрузки до 380 кг и объем полезной нагрузки до 0,57 куб.[3]
МатериалыАлюминиевый сплав (структура), нержавеющая сталь, Титан (материал резервуара), Каптон (изоляция),

и медь (электрические и механические компоненты).[28]

Европейские модели сервисных модулей

МодельМиссияПоложение делРамки
STAСтатья о структурных испытанияхИспользуется для структурных испытаний на станции Плам-Брук, штат Огайо.
PQMКвалификационная модель двигательной установкиИспользуется для испытаний силовой установки в Уайт-Сэндс, Нью-Мексико.
ESM-1Артемида IИнтегрирован как часть Orion CSM. Подготовка к запуску в NASA KSC.Бартер ISS
ESM-2Артемида IIВ производстве Airbus Bremen.Бартер ISS
ESM-3Артемида IIIПервичная структура в Airbus Bremen.Бартер ISS
ESM-4 - 5Артемида с IV по VПродукция с длительным сроком изготовления в производстве.Шлюз
ESM-6Артемида VIПродукция с длительным сроком изготовления в производстве.TBD

Рекомендации

  1. ^ а б c Европейский сервисный модуль тестовая статья 2015
  2. ^ а б c d е ж грамм час Орион / EM-1 (Исследовательская миссия-1), август 2019 г.
  3. ^ а б c "Артемида 1".
  4. ^ Груш, Лорен (22 января 2020 г.). «Администратор НАСА о предстоящем году:« многое должно идти правильно »"". Грани. Получено 22 января 2020.
  5. ^ «НАСА и ATK успешно развернули солнечную батарею диаметром 18 футов для программы ST8». АТК. 9 октября 2008 г.
  6. ^ «Сервисный модуль Орион». НАСА. 4 августа 2008 г. Архивировано с оригинал 13 августа 2009 г.. Получено 2008-08-19.
  7. ^ "Орион". Энциклопедия Astronautica. Получено 2013-05-11.
  8. ^ «США и Европа планируют новый космический корабль». Новости BBC. 5 мая 2011г. В архиве из оригинала 6 мая 2011 г.. Получено 2011-05-14.
  9. ^ «Исследования эволюции квадроциклов направлены на разведку и вывоз мусора». Космический полет сейчас. 21 июня 2012 г.. Получено 2012-06-23.
  10. ^ «Astrium наградила ESA двумя наградами за эволюцию квадроциклов». Astrium. 21 июня 2012. Архивировано с оригинал 3 апреля 2013 г.. Получено 2012-06-23.
  11. ^ Бергин, Крис (21 ноября 2012 г.). «Великобритания активизируется, так как ЕКА обязалось внедрить служебный модуль ATV на НАСА Орион». NASASpaceFlight.com. НАСА. Получено 2013-05-06.
  12. ^ Кларк, Стивен (21 ноября 2012 г.). "Сервисный модуль" Орион ", финансируемый государствами-членами ЕКА". Космический полет сейчас. Получено 2013-05-06.
  13. ^ НАСА подписывает соглашение о предоставлении европейским сервисным модулем Orion
  14. ^ «ЕКА заказывает Airbus Defense and Space в качестве главного подрядчика для служебного модуля космической капсулы Orion в США». Spaceref Business. 17 ноября 2014 г.. Получено 18 ноября 2014.
  15. ^ де Сельдинг, Питер Б. (2 декабря 2016 г.). «Европа берет на себя обязательства по космической станции и ExoMars в рамках обязательств перед ЕКА в размере 11 миллиардов долларов». Космические новости. Получено 7 декабря 2016.
  16. ^ а б Бергин, Крис (20 июня 2015 г.). «Сливовый ручей подготовлен к тестированию сервисного модуля EM-1 Orion». NASASpaceFlight.com. Получено 28 июля 2015.
  17. ^ а б c d е Гарсия, Марк (17 июня 2015 г.). «НАСА готовится к испытаниям электростанции Ориона». НАСА. Получено 28 июля 2015.
  18. ^ а б Леоне, Дан (1 августа 2013 г.). «Изгнанные из первого полета Ориона, солнечные массивы круговой АТК все еще настроены на питание Лебедя». Космические новости. Получено 28 июля 2015.
  19. ^ «Thales Alenia Space поставит термомеханические системы для Orion ESM».
  20. ^ «Airbus Defense and Space выиграла 100-миллионный контракт с Европейским космическим агентством на поставку второго служебного модуля для пилотируемой космической капсулы НАСА Орион», февраль 2017 г.
  21. ^ «Призыв к СМИ: европейский сервисный модуль встречается с Орионом». Европейское космическое агентство. 26 октября 2018.
  22. ^ «Сделка с ЕКА зависит от того, что Трамп сделает с планами НАСА по полетам человека в космос», февраль 2017 г.
  23. ^ «Орион (MPCV)».
  24. ^ Справочник оператора космического корабля "Аполлон" Блок II (PDF). 1. НАСА. 15 апреля 1969 г. с. 60.
  25. ^ Крупные победители в новом бюджете ЕКА: наблюдение Земли и исследование дальнего космоса
  26. ^ Подписан европейский контракт на оборудование для миссии на Луну
  27. ^ НАСА, Европейское космическое агентство формализовало партнерство Artemis Gateway
  28. ^ https://www.airbus.com/newsroom/news/en/2019/02/tanks-for-orion-flight-model-no-2-delivered.html

внешняя ссылка