De derde European Service Module (ESM-3) van Orion verlaat de faciliteiten van Airbus in Bremen, Duitsland, en is op weg naar NASA's Kennedy Space Center in Florida, waar hij samen met de bemanningsmodule wordt geassembleerd en getest. Deze derde missie in NASA's Artemis-programma zal de eerste menselijke terugkeer naar het maanoppervlak betekenen sinds Apollo 17 in 1972.
De ESM-3, gebouwd door Airbus in opdracht van het Europees ruimteagentschap (ESA), zal een cruciale rol spelen bij de ondersteuning van vier astronauten tijdens hun drie weken durende missie aan boord van het Orion-ruimtevaartuig: vanaf het moment dat ze de baan om de aarde verlaten, via hun reis in een baan om de maan, het koppelen met het Human Landing System (HLS) in een baan om de maan en hun veilige terugkeer naar de aarde.
Orions temperatuur in de ruimte regelen
De ruimte is een ruwe plek, met temperaturen tot -200°C. De temperatuur in het ruimtevaartuig moet worden geregeld om het de astronauten comfortabel te houden en ervoor te zorgen dat alle apparatuur optimaal werkt. “Om de temperatuur in de bemanningsmodule en de ESM te beheren, hebben we een thermisch regelsysteem ontwikkeld,” legt Matthias Gronowski, Airbus Chief Engineer voor Orion-ESM, uit. De thermische dissipatie die door de astronauten en de apparatuur in de bemanningsmodule wordt gegenereerd, wordt via de warmtewisselaar overgebracht naar de ESM, die ervoor zorgt dat de thermische energie via de radiatoren buiten het ruimteschip wordt uitgestraald. De temperatuur in de bemanningsmodule wordt zo gestabiliseerd op de standaard kamertemperatuur, terwijl de temperatuur van de apparatuur in de ESM wordt geregeld voor een goede werking, van 20 tot 60°C. De andere manier om de temperatuur op het juiste niveau te houden is meerlaagse isolatie (MLI), de witte deken die Orion bedekt en de zonnestraling terugkaatst in de ruimte. Het voorkomt warmteverlies van binnen naar buiten de ESM en beschermt het ruimteschip tegen de externe thermische omgeving.
De European Service Module (ESM) tijdens de Artemis I missie - Foto: NASA
Basisbehoeften: ademen en drinken
Bescherming tegen hitte en kou is een van de basisbehoeften van astronauten. Ademen en water drinken zijn dat ook en de ESM maakt dit mogelijk. Om in de bemanningsmodule een omgeving te creëren die lijkt op de aardatmosfeer en de astronauten te laten ademen, slaat de ESM 30 kilogram stikstof en 90 kilogram zuurstof op. “We moeten een atmosfeer creëren die vergelijkbaar is met die op aarde, wat betekent dat we de juiste mix van stikstof en zuurstof in de cabine nodig hebben,” zegt Gronowski. Maar stikstof speelt ook een andere rol aan boord: het wordt gebruikt om de drinkwatertanks onder druk te zetten zodat er water aan boord kan worden gedistribueerd. De ESM-3 is de belangrijkste bron van drinkwater voor de astronauten en heeft een tank van 240 liter.
Een volledig elektrisch ruimtevaartuig
In tegenstelling tot de Apollo-missies, die brandstofcellen gebruikten om energie op te wekken, gebruikt Orion alleen de zon. De vier vleugels wekken 11,2 kW stroom op, genoeg om twee vierpersoonshuishoudens op aarde van stroom te voorzien. “Van die 11,2 kW gebruiken we ongeveer 10% voor de ESM-componenten en de overige 90% gaat naar de batterijen en apparatuur in de bemanningsmodule”, legt Gronowski uit. “Tijdens de Artemis I missie bleek dat de zonnepanelen iets meer vermogen konden produceren dan verwacht. Het zal nuttig zijn om deze extra energie beschikbaar te hebben naarmate het Artemis-programma zich verder ontwikkelt.” De energie die is opgeslagen in de batterijen van de bemanningsmodule is van groot belang. Ten eerste zorgt het ervoor dat het Orion ruimteschip zelfs tijdens een eclips stroom heeft. De accu's leveren ook energie aan de bemanningsmodule na de scheiding van de ESM aan het einde van de missie, wanneer er geen stroom meer beschikbaar is van de zonnepanelen.
Avionica voor een hoge mate van automatisering
Om ervoor te zorgen dat de astronauten zich op de belangrijkste taken kunnen concentreren, biedt de avionica aan boord een zeer hoog niveau van autonome mogelijkheden, zoals temperatuurregeling of rotatie van de zonnepanelen om de zon te volgen. “In principe kan het hele ruimteschip de missie volledig autonoom vliegen, maar in vergelijking met de onbemande Artemis I-missie, zal Artemis III de astronauten in staat stellen om handmatig aan te meren met het Human Landing System,” zegt Gronowski.
33 motoren voor een unieke missie
Zodra het Orion-ruimteschip is losgekomen van de draagraket, zal het vertrouwen op de 33 motoren aan boord van de ESM om stuwkracht te leveren en Orion naar zijn bestemming te manoeuvreren. Er zijn drie verschillende soorten motoren in gebruik. De hoofdmotor, een hergebruikte Shuttle orbital manoeuvering engine (OMSE) geleverd door NASA, genereert 26,5 kilonewton stuwkracht, wat genoeg is om een bestelwagen op te tillen. Dit levert de kinetische energie om uit de lage baan om de aarde te ontsnappen en de translunaire injectiebrand uit te voeren, een manoeuvre die het ruimteschip versnelt en het op zijn baan naar de maan brengt. Acht hulpstuwraketten dienen als back-up voor de OMSE en zorgen voor trajectcorrecties. Tot slot zorgen vierentwintig kleinere motoren voor standregeling voor manoeuvreren in de ruimte, waardoor het ruimteschip specifieke manoeuvres kan uitvoeren, zoals koppelen. “Alle 33 motoren krijgen dezelfde stuwstof uit dezelfde tanks via buizen met verschillende diameters, met behulp van een heliumdruksysteem,” zegt Gronowski.
ESM is een zeer complex stukje techniek om te ontwerpen en te assembleren, met veel individuele hardware en subsystemen die aan strenge eisen moeten voldoen. Met meer dan 100 Airbus teamleden die aan de verschillende onderdelen werken, is het een echte collectieve prestatie. “Bijdragen aan de terugkeer van de mensheid naar de maan en deel uitmaken van dit historische moment is een enorme bron van trots voor alle Europese Airbus-teams en de toeleveringsketen,” besluit Gronowski.
Bron: Airbus
