Módulo de servicio europeo

Con una forma aproximadamente cilíndrica, el módulo de servicio (SM) original de la Orion, diseñado en Estados Unidos, al igual que el módulo de mando (CM), se habría construido con una aleación de aluminio-litio (para reducir el peso) y habría contado con un par de paneles solares decagonales desplegables , de diseño similar a los utilizados en el módulo de aterrizaje Phoenix de Marte . Estos paneles, los primeros en ser utilizados en una nave espacial tripulada estadounidense (excepto durante un período de 10 años, la nave espacial Soyuz soviética/rusa los ha utilizado desde la primera misión en 1967), permitirían a la NASA eliminar la necesidad de transportar pilas de combustible propensas a fallos y su hardware asociado (principalmente tanques de hidrógeno líquido ) en el SM, lo que resultaría en una nave espacial más corta y maniobrable. En octubre de 2008 se informó del éxito de las pruebas iniciales de un diseño de panel solar de la Orion utilizando el hardware del "ala UltraFlex" a escala real. ^{[ 5 ]}

El motor principal de Orión (OME) era un motor cohete bipropelente almacenable, alimentado a presión, refrigerado regenerativamente y con un empuje de 33 kilonewtons (7500 lbf) , fabricado por Aerojet. El OME era una versión de mayor rendimiento del motor cohete de 27 kilonewtons (6000 lbf) utilizado por el transbordador espacial para su sistema de maniobra orbital. El sistema de control de reacción (RCS) del módulo de servicio (SM), los propulsores de maniobra de la nave espacial (originalmente basados ​​en el sistema cuádruple del Apolo, pero similares al utilizado en su predecesor, el Gemini ), también serían alimentados a presión y utilizarían los mismos propelentes. La NASA creía que el RCS del SM podría actuar como respaldo para una maniobra de 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 Apolo ) proporcionarían, junto con pequeños tanques de nitrógeno, aire respirable a la tripulación a nivel del mar o a la presión de "altitud de crucero" (1 o 0,7 atm), con un pequeño "tanque de compensación" que proporcionaría el soporte vital necesario durante la reentrada y el aterrizaje. Cartuchos de hidróxido de litio (LiOH) reciclarían el sistema ambiental de la nave espacial "depurando" el dióxido de carbono (CO₂ ₎ exhalado por los astronautas del aire de la nave y añadiendo oxígeno y nitrógeno frescos, que luego se recircularían al sistema. Debido al cambio de pilas 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 mezcla con glicol ) agua de refrigeración para la electrónica de la nave espacial. A diferencia de la práctica durante el Apolo de verter tanto el agua como la orina por la borda durante el vuelo, la 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 de refrigeración.

El módulo de servicio también albergaba el sistema de gestión del calor residual de la nave (sus radiadores) y los paneles solares mencionados anteriormente . 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 módulo de servicio Orion (SM) estaría encapsulado por cubiertas de fibra de vidrio que se desprenderían al mismo tiempo que la cubierta protectora LES/Boost, lo que ocurriría aproximadamente 2 minutos y medio después del lanzamiento (30 segundos después del desprendimiento de la primera etapa del cohete sólido). Antes del rediseño "Orion 606", el módulo de servicio Orion se parecía a una versión más baja y ampliada del módulo de servicio Apolo . El diseño del módulo de servicio "Orion 606" mantuvo el ancho de 5 metros (16 pies) para las conexiones del módulo de servicio Orion con el módulo de mando Orion, pero utilizó un diseño de módulo de servicio similar al de la Soyuz para permitir a Lockheed Martin aligerar el vehículo y permitir 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 los paneles a daños. 

El módulo de servicio Orion (SM) se proyectó con 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 en vacío proyectada era de 3600 kg (8000 lb) , y la capacidad de combustible era de 8200 kg (18 000 lb) . ^{[ 6 ] [ 7 ]}         

Una revisión del programa Constellation en 2009 por la nueva Comisión Augustine, impulsada por la entonces nueva administración Obama, había encontrado que, cinco años después, el programa de desarrollo del módulo de servicio ya llevaba cuatro años de retraso con respecto a su objetivo lunar de 2020 y estaba lamentablemente subfinanciado. El único elemento que valía la pena continuar era el Vehículo de Exploración Tripulada en el papel de cápsula de escape de la estación espacial. ^{[ 8 ]} Esto llevó en 2010 a que la Administración cancelara el programa retirando la financiación en el presupuesto propuesto para 2011. Una protesta pública llevó a que el programa se congelara en lugar de cancelarse por completo y se inició una revisión sobre cómo se podrían reducir los costos, que encontró que era posible continuar si se hacía hincapié en encontrar financiación alternativa, reduciendo la complejidad al limitar el alcance para centrarse en la Luna y el espacio profundo en lugar de Marte, y reutilizando el hardware existente, reduciendo la gama de equipos que requerían desarrollo. El lanzador Ares I, diseñado para vuelos tripulados, presentaba importantes problemas de diseño, como un peso excesivo y vibraciones peligrosas. En caso de un fallo catastrófico, su radio de explosión superaba el alcance de eyección del sistema de escape. Su función como vehículo de lanzamiento Orion fue sustituida por el Sistema de Lanzamiento Espacial (SLS) , y los tres diseños diferentes de Vehículos de Exploración Tripulada se fusionaron en un único Vehículo Multipropósito de Exploración Tripulada.

En mayo de 2011, el director general de la ESA anunció una posible colaboración con la NASA para trabajar en un sucesor del Vehículo de Transferencia Automatizado (ATV) de la ESA. ^{[ 9 ]} El suministro de este sucesor por parte de la ESA podría contabilizarse dentro de su participación del 8 % en los costes operativos de la Estación Espacial Internacional (ISS); las misiones del 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 basadas en la tecnología y la experiencia adquiridas con el desarrollo del ATV y el laboratorio Columbus . El primer estudio analizó la construcción de un módulo de servicio que se utilizaría junto con la cápsula Orion. ^{[ 10 ]} El segundo examinó la producción de un vehículo orbital versátil y multipropósito. 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, que volaría 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 del año anterior, por el cual la ESA construiría el módulo de servicio para la Misión de Exploración-1 (renombrada Artemis I ), programada entonces para 2017. Este módulo de servicio no fue necesario para la Prueba de Vuelo de Exploración-1 en 2014, ya que esta 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 la construcción del primer módulo de servicio basado en ATV. ^{[ 15 ]} En diciembre de 2016, los estados miembros de la ESA acordaron extender su compromiso con la ISS hasta 2024 y suministrar un segundo módulo de servicio, como parte de la obligación presupuestaria resultante. ^{[ 16 ]}

El módulo de servicio 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-litio . ^{[ 17 ] [ 18 ]}  

Para los primeros seis módulos de servicio, el motor principal será un AJ10-190 reacondicionado proporcionado por la NASA , utilizado previamente con el Sistema de Maniobras Orbitales del Transbordador Espacial . ^{[ 18 ]} Por ejemplo, el motor utilizado en Artemis I había volado previamente en 19 misiones del Transbordador Espacial, realizando un total de 89 encendidos. ^{[ 17 ]} El motor proporciona 26,6 kilonewtons (6000 lb _f ) de empuje. ^{[ 2 ]} El diseño del AJ10 tiene una larga trayectoria, que se remonta a 1957, cuando se desarrolló para el cohete Vanguard , uno de los primeros vehículos de lanzamiento de Estados Unidos. Una variante del AJ10 también se utilizó en el módulo de servicio Apolo. ^{[ 19 ]} Para futuras misiones, Aerojet Rocketdyne entregará hasta 20 nuevos Motores Principales Orion (OME), basados ​​en el diseño AJ10. ^{[ 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 sin incluir el motor ^{[ 22 ]} y 4,1  m frente a 3,9  m de diámetro), lo que permite un entorno para un volumen habitable ligeramente mayor (45 %) en el módulo de la tripulación (8,95 m³ ^frente a 6,17 m³ ⁾ , ​​aunque transportará un 50 % menos de propulsor para maniobras orbitales (8.600  kg de propulsor utilizable frente a 18.584  kg).

El módulo de servicio eléctrico (ESM) podrá dar soporte a una tripulación de cuatro personas durante 21 días, lo que supera la autonomía de 14 días del módulo Apolo, que tenía una tripulación de tres personas.

El nuevo diseño de los paneles solares, que reemplaza el diseño UltraFlex decagonal (denominado "circular") de ATK , ^{[ 23 ]} es de Airbus Defence and Space , ^{[ 17 ]} cuya filial, Airbus 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 aproximadamente 11 kilovatios, ^{[ 23 ]} y abarcará unos 19 m (62 pies) cuando esté extendido. ^{[ 17 ]}  

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, incluyendo la protección de la estructura y contra micrometeoritos, el control térmico y el almacenamiento y distribución de consumibles. ^{[ 24 ]}

Lockheed Martin está construyendo los dos adaptadores que conectan el módulo de servicio con el módulo de tripulación y con la etapa superior del Sistema de Lanzamiento Espacial, y también los tres paneles de carenado que se desprenden después de proteger el módulo de servicio durante el lanzamiento y el ascenso. ^{[ 17 ]}

Desde 2017

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. ^{[ 25 ]}

El 26 de octubre de 2018, la primera unidad del Artemis I se ensambló por completo 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 ESM 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 firmaron un memorando de entendimiento que incluye la provisión 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 el suministro de los módulos ESM-4 a ESM-6. ^{[ 30 ]}

La misión Artemis II de 2026 vio el primer vuelo tripulado de la nave espacial Orion y el módulo de servicio eléctrico (ESM). Después de separarse de la etapa superior, la tripulación realizó una demostración de operaciones de proximidad con el ESM y utilizando la etapa de propulsión criogénica intermedia (ICPS) como objetivo. Durante aproximadamente 70 minutos, el astronauta Victor Glover controló manualmente la nave espacial, realizando una serie de maniobras para evaluar las cualidades de manejo y practicar técnicas para futuras operaciones de acoplamiento . La ICPS estaba equipada con un objetivo de acoplamiento, lo que permitió probar la capacidad del ESM para maniobrar en relación con otra nave espacial utilizando sensores de navegación a bordo y propulsores de control de reacción. ^{[ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]}

En el segundo día de vuelo, tras completar las operaciones en órbita terrestre alta y las comprobaciones del sistema, Orion realizó una maniobra de inyección translunar (TLI) de 5 minutos y 49 segundos utilizando el motor principal AJ10 del módulo de servicio espacial (ESM ). Este fue el único uso del motor principal durante la misión; las maniobras posteriores fueron realizadas por los ocho motores secundarios más pequeños R-4D . ^{[ 34 ]} La maniobra consumió aproximadamente 450 kg (1000 libras) de propulsor y colocó a la nave espacial en una trayectoria de retorno libre alrededor de la Luna, requiriendo solo correcciones de rumbo menores durante el resto de la misión. ^{[ 35 ]} 

En el cuarto día de vuelo, los astronautas Christina Koch y Jeremy Hansen se turnaron para controlar manualmente la nave espacial durante una evaluación de 41 minutos de su manejo en el espacio profundo, probando los modos de control de propulsores de seis y tres grados de libertad. ^{[ 36 ]}

Se canceló una prueba de control manual similar prevista para el octavo día de vuelo para que los controladores pudieran realizar pruebas adicionales del sistema de propulsión. Este cambio permitió a los ingenieros recopilar datos sobre una pequeña fuga de helio en el ESM y caracterizar mejor su comportamiento en vuelo. ^{[ 34 ] [ 37 ]}

La fuga se produjo en el sistema de presurización de helio del módulo de servicio espacial (ESM), que se utiliza para suministrar propulsores a los motores y propulsores de la nave. Según la NASA, la fuga se produjo a través de las válvulas del circuito de presurización del lado del oxidante y no provocó la pérdida de propulsor al espacio. El problema no afectó al rendimiento de la propulsión y todas las maniobras principales se completaron correctamente. Debido a las relativamente bajas demandas de propulsión de la trayectoria de retorno libre de la misión, la nave mantuvo márgenes de propulsor significativos, y la NASA determinó que la fuga no suponía ningún riesgo para el éxito de la misión ni para la seguridad de la tripulación. ^{[ 34 ]}

Para facilitar el diagnóstico en vuelo, los controladores de la misión modificaron el plan de vuelo para priorizar las pruebas del sistema de propulsión, incluyendo variaciones térmicas y de actitud, con el fin de caracterizar mejor la fuga en diferentes condiciones. Dado que el ESM se desecha antes de la reentrada y se destruye en la atmósfera terrestre, estas pruebas proporcionaron la única oportunidad de recopilar datos detallados sobre el hardware afectado. ^{[ 34 ]}

Las evaluaciones posteriores al vuelo indicaron que la tasa de fuga observada durante el vuelo fue mayor de lo esperado. Funcionarios de la NASA declararon que este problema probablemente requerirá modificaciones de diseño en el sistema de válvulas del ESM para futuras misiones. Se espera que los datos recopilados durante Artemis II sirvan de base para estas actualizaciones, en particular para misiones que requieran operaciones de propulsión más complejas, como las actividades en órbita lunar sostenida. ^{[ 34 ]}