Европейский сервисный модуль ( ESM ) — это компонент сервисного модуля космического корабля Orion , служащий его основным силовым и тяговым компонентом до тех пор, пока он не будет списан в конце каждой миссии. В январе 2013 года NASA объявило, что Европейское космическое агентство (ESA) предоставит сервисный модуль для Artemis I на основе автоматизированного транспортного средства (ATV) ESA . Он был доставлен компанией Airbus Defence and Space в Бремене , на севере Германии, в NASA в конце 2018 года. После одобрения первого модуля ESA предоставит ESM для Artemis II и Artemis VI .
Первым полетом модуля стал Artemis I , первый важный этап в программе NASA Artemis по возвращению людей на Луну, который состоялся 16 ноября 2022 года. Космическая пусковая установка запустила Orion к Луне, где ESM вывел космический аппарат на дальнюю ретроградную орбиту вокруг Луны, а затем вывел его с этой орбиты и отправил обратно на Землю.
Сервисный модуль (СМ) поддерживает модуль экипажа (КМ) от запуска до отделения перед входом в атмосферу. Он обеспечивает возможность движения в космосе для орбитального перехода, управления ориентацией и прерывания подъема на большой высоте. Он обеспечивает воду и кислород, необходимые для обитаемой среды, генерирует и хранит электроэнергию и поддерживает температуру систем и компонентов корабля. Этот модуль также может перевозить негерметичные грузы и научные полезные нагрузки. [4]
.jpg/1280px-Orion_lunar_orbit_(Sept_2006).jpg)
Примерно цилиндрической формы, оригинальный американский SM Orion, как и CM, был бы изготовлен из сплава Al-Li (для снижения веса) и имел бы пару развертываемых десятиугольных солнечных панелей , похожих по конструкции на панели, используемые на посадочном модуле Mars Phoenix . Панели, впервые использованные на американском пилотируемом космическом корабле (за исключением 10-летнего периода, советский/российский космический корабль «Союз» использовал их с первой миссии в 1967 году), позволили бы NASA исключить необходимость перевозить подверженные сбоям топливные элементы и связанное с ними оборудование (в основном баки с жидким H2 ) в SM, что привело бы к более короткому и более маневренному космическому кораблю. Успешное первоначальное испытание конструкции солнечной батареи Orion с использованием полномасштабного оборудования «крыла UltraFlex» было сообщено в октябре 2008 года. [5]
Главный двигатель Orion (OME) был тяговым двигателем с тягой 33 кН (7500 фунтов силы), регенеративным охлаждением, двухкомпонентным ракетным двигателем, который должен был быть изготовлен Aerojet. OME был версией с тягой 27 кН (6000 фунтов силы), используемой космическим челноком для его орбитальной маневренной системы. Система управления реакцией SM (RCS), маневровые двигатели космического корабля (первоначально основанные на «четверной» системе Apollo, но напоминающие ту, что использовалась на его предшественнике Gemini), также будут иметь подачу под давлением и использовать те же виды топлива. NASA считало, что RCS SM сможет действовать в качестве резерва для трансземного впрыска в случае отказа основного двигателя SM.
Пара баков с жидким кислородом (похожих на те, что использовались в служебном модуле Apollo ) будут обеспечивать, наряду с небольшими баками с азотом, экипаж воздухом для дыхания на уровне моря или под давлением «крейсерской высоты» (1 или 0,7 атм), с небольшим «расширительным баком», обеспечивающим необходимое жизнеобеспечение во время входа в атмосферу и приземления. Картриджи с гидроксидом лития (LiOH) будут перерабатывать экологическую систему космического корабля, «очищая» углекислый газ (CO2 ) , выдыхаемый астронавтами из воздуха корабля, и добавляя свежий кислород и азот, которые затем будут возвращаться обратно в системный контур. Из-за перехода с топливных элементов на солнечные батареи, служебный модуль будет иметь бортовой водяной бак для обеспечения питьевой водой экипажа и (при смешивании с гликолем ) охлаждающей водой для электроники космического корабля. В отличие от практики «Аполлона», когда во время полета за борт сбрасывали и воду, и мочу, на борту «Ориона» будет установлена бортовая система переработки, идентичная той, что используется на Международной космической станции , для преобразования сточных вод и мочи в питьевую и охлаждающую воду.
В служебном модуле также была установлена система управления отходящим теплом космического корабля (его радиаторы) и вышеупомянутые солнечные панели . Эти панели, наряду с резервными батареями, расположенными в CM Orion, должны были обеспечивать питание систем корабля в полете. Напряжение, 28 вольт постоянного тока , было похоже на то, которое использовалось на космическом корабле Apollo во время полета.
Orion SM будет инкапсулирован стекловолоконными кожухами, сбрасываемыми одновременно с защитным кожухом LES/Boost, что произойдет примерно через 2 1⁄2 минуты после запуска (через 30 секунд после сброса первой ступени твердотопливной ракеты). До модернизации «Orion 606» Orion SM напоминал приземистую, увеличенную версию сервисного модуля Apollo . Конструкция «Orion 606» SM сохранила 5-метровую (16 футов) ширину для крепления Orion SM к Orion CM, но использовала конструкцию сервисного модуля, похожую на «Союз», что позволило Lockheed Martin сделать транспортное средство легче по весу и позволило прикрепить десятиугольные солнечные панели в средних точках модуля, а не у основания около адаптера космического корабля/ракеты, что могло бы подвергнуть панели повреждению.
Служебный модуль (СМ) «Орион» был спроектирован в форме цилиндра диаметром 5 м (16 футов) и общей длиной (включая двигатель) 4,78 м (15 футов 8 дюймов). Проектируемая пустая масса составляла 3600 кг (8000 фунтов), запас топлива — 8200 кг (18000 фунтов). [6] [7]
Обзор программы Constellation в 2009 году новой комиссией Августина , инициированный тогда новой администрацией Обамы, обнаружил, что пять лет спустя программа разработки сервисного модуля уже отставала на четыре года от своей лунной цели 2020 года и была ужасно недофинансирована. Единственным элементом, который стоило продолжать, был Crew Exploration Vehicle в роли спасательной капсулы космической станции. [8] Это привело к тому, что в 2010 году администрация отменила программу, отозвав финансирование в предложенном бюджете 2011 года. Общественный резонанс привел к тому, что программа была заморожена, а не полностью отменена, и был начат обзор того, как можно сократить расходы, который показал, что ее можно было продолжить, если сделать акцент на поиске альтернативного финансирования, сузив сферу деятельности, сосредоточившись на Луне и глубоком космосе, а не на Марсе, и повторно используя существующее оборудование, сократив спектр оборудования, требующего разработки. Ракета-носитель Ares I, предназначенная для пилотируемых полетов, имела существенные конструктивные недостатки, такие как избыточный вес и склонность к опасной вибрации, а в случае катастрофического отказа радиус ее взрыва превышал дальность выброса системы спасения. [ необходима ссылка ] Ее роль в качестве ракеты-носителя Orion была заменена системой Space Launch System , а три различных проекта Crew Exploration Vehicle были объединены в один Multipurpose Crew Exploration Vehicle.
В мае 2011 года генеральный директор Европейского космического агентства (ESA) объявил о возможном сотрудничестве с NASA для работы над преемником автоматизированного транспортного средства (ATV) ESA. [9] Предоставление ESA этого преемника может быть засчитано в его 8%-ную долю эксплуатационных расходов Международной космической станции (МКС); миссии ATV, пополняющие станцию, покрывали это обязательство только до 2017 года. 21 июня 2012 года Astrium объявила, что ей были предоставлены два отдельных исследования для оценки возможных будущих миссий, основанных на технологиях и опыте, полученных при разработке ATV и лаборатории Columbus . Первое исследование рассматривало строительство сервисного модуля, который будет использоваться совместно с капсулой Orion. [10] Второе исследование рассматривало производство универсального многоцелевого орбитального транспортного средства. Каждое исследование стоило €6,5 млн. [11]
В ноябре 2012 года ЕКА получило от своих государств-членов обязательство построить служебный модуль на базе ATV для Orion, чтобы осуществить первый полет Space Launch System , тем самым выполнив бюджетные обязательства ЕКА перед NASA в отношении МКС на 2017–2020 годы. [12] Решение о поставке модуля для последующих полетов Orion принято не было. [13]
В январе 2013 года НАСА объявило о своем соглашении, достигнутом в декабре предыдущего года, о том, что ЕКА построит сервисный модуль для Exploration Mission-1 (переименованной в Artemis I ), который тогда планировалось провести в 2017 году. Этот сервисный модуль не требовался для Exploration Flight Test-1 в 2014 году, поскольку он использовал испытательный сервисный модуль, поставленный Lockheed Martin. [14] 17 ноября 2014 года ЕКА подписало контракт с фиксированной ценой на сумму 390 миллионов евро с Airbus Defence and Space на разработку и строительство первого сервисного модуля на базе ATV. [15] В декабре 2016 года государства-члены ЕКА согласились, что оно продлит свои обязательства по МКС до 2024 года и поставит второй сервисный модуль в рамках результирующего бюджетного обязательства. [16]
Новая конструкция [17] имеет диаметр около 5,0 метров (16,5 футов) и длину 4,0 метра (13 футов) и изготовлена из алюминиево-литиевого сплава . [18]
Основным двигателем служебного модуля для Artemis I был двигатель Space Shuttle Orbital Maneuvering System (OMS) AJ10-190, оставшийся от программы Space Shuttle, [17] в которой он совершил 19 миссий и выполнил 89 включений. [18] Предполагается, что OMS будет использоваться для первых трех (или пяти [19] ) служебных модулей, а для последующих полетов рассматриваются четыре альтернативных конструкции двигателя, среди которых, как полагают, есть AJ10-118k; используемый для второй ступени Delta II, он является более легкой и мощной версией того же семейства двигателей AJ10, родословная которого началась с Vanguard . [ 20]
По сравнению с командно-сервисным модулем «Аполлона» , который ранее доставлял астронавтов на Луну, европейский сервисный модуль (ESM) вырабатывает примерно в два раза больше электроэнергии (11,2 кВт против 6,3 кВт), весит почти на 40% меньше при полной заправке (15 461 кг [21] против 24 520 кг) и имеет примерно такие же размеры (4 м в длину без учета двигателя [22] и 4,1 м против 3,9 м в диаметре), поддерживая среду для немного (на 45%) большего обитаемого объема в модуле экипажа (8,95 м 3 против 6,17 м 3 ), хотя он будет нести на 50% меньше топлива для орбитальных маневров (8 600 кг полезного топлива против 18 584 кг).
ESM сможет обеспечивать экипаж из четырех человек в течение 21 дня, что превышает 14-дневный срок службы трехместного Apollo.
Новый дизайн солнечных батарей, заменивший десятиугольную (обозначенную как «круговую») конструкцию UltraFlex от ATK , [23] разработан компанией Airbus Defence and Space , [18] чья дочерняя компания Airbus Defence and Space Netherlands (тогда известная как Dutch Space) построила X-образную решетку ATV из четырех панелей. Ожидалось, что решетка ATV будет вырабатывать 4,6 кВт. Модернизированная версия для сервисного модуля будет вырабатывать около 11 кВт, [23] и будет охватывать около 19 м (62 фута) при расширении. [18]
В сентябре 2015 года Thales Alenia Space подписала контракт с Airbus Defence and Space на разработку и производство термомеханических систем для служебного модуля, включая конструкцию и защиту от микрометеоритов, терморегулирование, а также хранение и распределение расходных материалов. [24]
Lockheed Martin строит два адаптера , соединяющих служебный модуль с модулем экипажа и верхней ступенью космической пусковой системы, а также три панели обтекателя , которые сбрасываются после защиты служебного модуля во время запуска и подъема. [18]
16 февраля 2017 года между Airbus и Европейским космическим агентством был подписан контракт на сумму 200 млн евро на производство второго европейского сервисного модуля для использования в первом пилотируемом полете Orion. [25]
26 октября 2018 года первый блок для Artemis I был полностью собран на заводе Airbus Defence and Space в Бремене . [26]
В ноябре 2019 года государства-члены ЕКА одобрили финансирование ESM для Artemis III и IV. [27] В мае 2020 года был подписан контракт между Airbus и Европейским космическим агентством на производство третьего Европейского сервисного модуля. [28]
В октябре 2020 года ЕКА и НАСА подписывают меморандум о взаимопонимании , который включает предоставление ЕКА ESM-4 и ESM-5 в качестве участия в космической станции Gateway, что позволит осуществить три полета европейских астронавтов на лунную орбиту в период с 2025 по 2030 год. [29]
В феврале 2021 года был подписан контракт между Airbus и Европейским космическим агентством на поставку ESM-4 для ESM-6. [30]
В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .