ヨーロッパサービスモジュール
ヨーロッパサービスモジュール
アルテミス1号ミッションでオリオンが月に接近する様子を撮影した写真。左側にESMが見える。
メーカーエアバス・ディフェンス・アンド・スペース
デザイナーESA
オペレーター米航空宇宙局（NASA）
寸法
身長4メートル（13フィート）[ 1 ]
直径
  • 4.1 m (13 フィート 5 インチ) （ソーラーパネルを除く）
  • ソーラーパネル収納時 5.2 m (17 フィート 1 インチ)
  • ソーラーパネルを展開すると19メートル（62フィート4インチ）
生産
状態運用
初打ち上げ2022年11月16日（アルテミス1世）
関連する宇宙船
由来自動搬送車
一緒に飛行したオリオン
推進
推進剤質量8,600 kg (19,000 ポンド) [ 2 ] [ 3 ]
搭載AJ10 1機、 R-4D 8機
最大推力AJ10: 26.6 kN (6,000 lb f ) R-4D: 3.92 kN (880 lb f )
推進剤月曜日-3 / MMH

欧州サービスモジュール（ESM）は、オリオン宇宙船のサービスモジュール部品であり、各ミッションの終了時に廃棄されるまで、主要な動力および推進部品として機能します。2013年1月、NASAは、欧州宇宙機関（ESA）がESAの自動移送機（ATV）をベースにしたアルテミスIのサービスモジュールを提供すると発表しました。このモジュールは、2018年末にドイツ北部ブレーメンのエアバス・ディフェンス・アンド・スペース社からNASAに納入されました。最初のモジュールの承認後、ESAはアルテミスIIからアルテミスVIまでのESMを提供する予定です。

このモジュールの初飛行は、2022年11月16日のアルテミス1号であり、人類を再び月に送るNASAのアルテミス計画における最初の大きなマイルストーンとなった。スペース・ローンチ・システム( ESM)はオリオンを月に向けて打ち上げ、ESMは宇宙船を月の周りの遠い逆行軌道に配置し、その後その軌道から回収して地球に送り返した。

サービスモジュール（SM）は、打ち上げから再突入前の分離まで、クルーモジュール（CM）をサポートします。軌道遷移、姿勢制御、高高度上昇からの離脱のための宇宙空間での推進力を提供します。居住環境に必要な水と酸素の供給、電力の発電・貯蔵、そして機体のシステムとコンポーネントの温度維持を行います。また、非与圧貨物や科学ペイロードの輸送も可能です。[ 4 ]

歴史

初期設計

ATV以前のサービスモジュール設計

当初アメリカで設計されたオリオンSMは、CMと同様に、ほぼ円筒形で、アルミニウムリチウム合金（軽量化のため）で製造され、火星探査機フェニックスに使用されたパネルに似た設計の展開可能な十角形の太陽電池パネルを2枚搭載する予定だった。このパネルは、アメリカの有人宇宙船に初めて搭載されたもの（ソ連/ロシアのソユーズ宇宙船は1967年の最初のミッション以来、10年間使用していた）であり、これによりNASAは故障しやすい燃料電池と関連ハードウェア（主に液体水素タンク）をSMに搭載する必要がなくなり、宇宙船の全長が短縮され、機動性が向上する。実物大の「ウルトラフレックス翼」ハードウェアを用いたオリオンの太陽電池アレイ設計の初期試験に成功したことが、2008年10月に報告された。[ 5 ]

オリオン主エンジン（OME）は、エアロジェット社が製造する予定だった、推力33キロニュートン（7,500ポンド）の加圧供給式、再生冷却式、貯蔵可能な二液性ロケットエンジンでした。OMEは、スペースシャトルの軌道制御システムに使用されていた推力27キロニュートン（6,000ポンド）のロケットエンジンの性能向上版でした。宇宙船の操縦用スラスタであるSM反応制御システム（RCS）（元々はアポロの「クアッド」システムをベースとしていましたが、その前身であるジェミニで使用されていたものと類似しています）も加圧供給式で、同じ推進剤を使用します。NASAは、SM RCSがSM主エンジン故障時の地球周回軌道投入噴射のバックアップとして機能できると考えていました。

一対の液体酸素タンク（アポロ・サービスモジュールで使用されていたものと同様のもの）は、小型の窒素タンクと共に、海面または巡航高度（1気圧または0.7気圧）の呼吸用空気を乗組員に供給する。小型の「サージタンク」は、再突入および着陸時に必要な生命維持を提供する。水酸化リチウム（LiOH）カートリッジは、宇宙飛行士が船内の空気から吐き出した二酸化炭素（CO2）を「洗浄」し、新鮮な酸素と窒素を補給することで、宇宙船の環境システムをリサイクルする。そして、これらはシステムループに循環される。燃料電池から太陽電池パネルへの切り替えに伴い、サービスモジュールには水タンクが搭載され、乗組員の飲料水と、（グリコールと混合することで）宇宙船の電子機器の冷却水を供給する。アポロ計画では飛行中に水と尿の両方を船外に投棄していたが、オリオン号では国際宇宙ステーションで使用されているものと同じ船内リサイクルシステムが搭載され、廃水と尿を飲料水と冷却水に変換する。

サービスモジュールには、宇宙船の廃熱管理システム（ラジエーター）と前述の太陽電池パネルも搭載されていました。これらのパネルは、オリオンCMに搭載されたバックアップバッテリーと共に、宇宙船の各システムに飛行中の電力を供給します。電圧は28ボルトの直流で、これはアポロ宇宙船の飛行中に使用されていたものと同様でした。

オリオンSMは、LES/ブースト保護カバーと同時に切り離されるグラスファイバー製のシュラウドで覆われる予定だった。この切り離しは、打ち上げ後約2分30秒（固体ロケット第1段の切り離しから30秒後）に行われる予定だった。「オリオン606」への再設計以前は、オリオンSMはアポロのサービスモジュールをずんぐりと拡大したような形状だった。「オリオン606」SMの設計では、オリオンSMとオリオンCMの接続部の幅は5メートル（16フィート）を維持したが、ソユーズのようなサービスモジュールの設計を採用することで、ロッキード・マーティン社は機体の軽量化を図り、十角形の太陽電池パネルを、宇宙船/ロケットアダプタ付近の基部ではなく、モジュールの中央部に取り付けることが可能になった。基部に設置するとパネルが損傷する恐れがあったためである。

オリオンサービスモジュール（SM）は、直径5メートル（16フィート）、全長（スラスターを含む）4.78メートル（15フィート8インチ）の円筒形と計画されていた。計画された空虚質量は3,600キログラム（8,000ポンド）、燃料容量は8,200キログラム（18,000ポンド）であった。 [ 6 ] [ 7 ]

コストレビューとスコープの変更

2009年、当時のオバマ政権によって促された新しいオーガスティン委員会がコンステレーション計画を見直したところ、5年が経過した現在、サービスモジュール開発計画は2020年の月面着陸目標から既に4年遅れており、資金も大幅に不足していることが判明した。継続する価値のある唯一の要素は、宇宙ステーションの脱出カプセルの役割を果たす有人探査機であった。[ 8 ]このため、政権は2010年に2011年度予算案から資金を削減し、この計画を中止した。国民の抗議を受けて、計画は完全に中止されるのではなく凍結されることとなり、コスト削減方法についての検討が開始された。その結果、代替資金の確保、火星ではなく月と深宇宙に焦点を絞って複雑さを軽減すること、既存のハードウェアを再利用して開発を要する機器の範囲を狭めることに重点を置けば、継続が可能であることがわかった。有人飛行を目的としたアレスIロケットは、重量過多や危険な振動が発生しやすいといった重大な設計上の問題を抱えており、また、壊滅的な故障が発生した場合、爆発半径が脱出システムの射出範囲を超えてしまうという問題もありました。オリオンロケットとしての役割はスペース・ローンチ・システム（SPSS）に引き継がれ、3つの異なる有人宇宙探査機（CEV）の設計は、単一の多目的有人宇宙探査機（CEV）に統合されました。

欧州ATVベースモジュール

2012 年に国際宇宙ステーションに接近するエドアルド アマルディATV

2011年5月、欧州宇宙機関（ESA）の事務局長は、ESAの自動移送機（ATV）の後継機の開発でNASAと協力する可能性を発表した。[ 9 ] ESAによる後継機の提供は、国際宇宙ステーション（ISS）の運用コストの8%の負担に計上される可能性がある。ステーションへの物資補給を行うATVミッションは、この義務を2017年までしかカバーしていなかった。2012年6月21日、アストリウムは、ATVの開発とコロンバス実験室で得られた技術と経験を基に、将来のミッションの可能性を評価するための2つの別々の研究を受注したと発表した。最初の研究は、オリオンカプセルと連携して使用されるサービスモジュールの構築を検討した。[ 10 ] 2番目の研究は、多目的軌道車両の製造を検討した。各研究の費用は650万ユーロだった。[ 11 ]

2012年11月、ESAは加盟国からATV由来のオリオン用サービスモジュールを建造し、スペース・ローンチ・システムの初飛行に投入するという確約を得て、2017年から2020年までのISSに関するNASAに対するESAの予算義務を果たした。[ 12 ]その後のオリオン飛行にモジュールを供給するかどうかは決定されていない。[ 13 ]

2013年1月、NASAは前年12月に締結した契約に基づき、2017年に予定されていた探査ミッション1（アルテミス1に改名）のサービスモジュールをESAが製造することで合意したと発表した。2014年の探査飛行試験1ではロッキード・マーティンが供給した試験用サービスモジュールが使用されたため、このサービスモジュールは不要だった。[ 14 ] 2014年11月17日、ESAはエアバス・ディフェンス・アンド・スペースと、最初のATVベースのサービスモジュールの開発と製造のため、3億9000万ユーロの固定価格契約を締結した。[ 15 ] 2016年12月、ESA加盟国は、ISSへのコミットメントを2024年まで延長し、その結果生じる予算義務の一部として、2つ目のサービスモジュールを供給することで合意した。[ 16 ]

デザイン

クルーモジュール、アダプター、フェアリングパネルを備えたサービスモジュール

サービスモジュールは直径約5.0メートル（16.5フィート）、長さ約4.0メートル（13フィート）で、アルミニウムリチウム合金で作られています。[ 17 ] [ 18 ]

アルテミスIIミッションのESMの下から見上げたところ、1基のAJ10メインエンジンと8基のR-4Dセカンダリエンジンが見える。

最初の6つのサービスモジュールのメインエンジンは、以前スペースシャトル軌道操縦システムで使用されていたAJ10-190を改修したものになる。[ 18 ]例えば、アルテミス1号で使用されたエンジンは、以前に19回のスペースシャトルミッションで飛行し、合計89回の燃焼を行った。[ 17 ]このエンジンは26.6キロニュートン（6,000 lb f）の推力を提供する。[ 2 ] AJ10の設計自体は長い歴史があり、1957年にアメリカで最も初期の打ち上げ機の1つであるヴァンガードロケット用に開発された。AJ10の派生型はアポロサービスモジュールにも使用された。[ 19 ]将来のミッションに向けて、エアロジェットロケットダインはAJ10設計に基づいて最大20基の新型オリオンメインエンジン（OME）を納入する予定である。[ 20 ]

以前宇宙飛行士を月へ運んだアポロ司令・機械モジュールと比較すると、欧州サービスモジュール (ESM) はおよそ 2 倍の電力を生成し (11.2 kW vs. 6.3 kW)、燃料満載時の重量は 40% 近く軽く (15,461 kg, [ 21 ] vs. 24,520 kg)、大きさもほぼ同じ (エンジンを除いて長さ 4 メートル[ 22 ] 、直径 4.1 メートル vs. 3.9 メートル) で、乗組員モジュールの居住容積はわずかに (45%) 大きい (8.95 m 3 vs. 6.17 m 3 )環境に対応しているが、軌道操作用の推進剤は 50% 少なく (使用可能な推進剤は 8,600 kg vs. 18,584 kg)。

ESM は 4 人の乗組員を 21 日間サポートすることができ、これは 3 人乗りのアポロの 14 日間の滞在期間を超えます。

ATKの十角形（「円形」と表記）UltraFlex設計に代わる新しい太陽電池アレイの設計は、エアバス・ディフェンス・アンド・スペース社[ 23 ]によるもので、[ 17 ]、同社の子会社であるエアバス・ネザーランド社（当時はダッチ・スペース社として知られていた）がATVの4枚のパネルからなるX字型アレイを製造した。ATVのアレイは4.6キロワットの発電能力が見込まれていた。サービスモジュール用の改良版は約11キロワットの発電能力を持ち、[ 23 ]、展開時には約19メートル（62フィート）の幅を持つ。[ 17 ]

2015年9月、タレス・アレニア・スペースはエアバス・ディフェンス・アンド・スペースと契約を結び、サービスモジュールの構造および微小隕石保護、熱制御、消耗品の保管と分配を含む熱機械システムの開発と製造を請け負うことになった。[ 24 ]

ロッキード・マーティンは、サービスモジュールをクルーモジュールとスペース・ローンチ・システムの上部ステージに接続する2つのアダプターと、打ち上げと上昇中にサービスモジュールを保護した後、切り離される3つのフェアリングパネルを製造しています。[ 17 ]

2017年から

2023年に試験を終えたアルテミスIIミッションのESMがO&Cビル内に設置されている

2017年2月16日、エアバスと欧州宇宙機関の間で、オリオンの初有人飛行で使用する2番目の欧州サービスモジュールの製造に関する2億ユーロの契約が締結されました。[ 25 ]

2018年10月26日、アルテミス1号の最初のユニットがブレーメンのエアバス・ディフェンス・アンド・スペースの工場で完全に組み立てられました。[ 26 ]

2019年11月、ESA加盟国はアルテミスIIIおよびIV用のESMの資金調達を承認した。[ 27 ] 2020年5月、エアバスと欧州宇宙機関の間で3つ目の欧州サービスモジュールの製造に関する契約が締結された。[ 28 ]

2020年10月、ESAとNASAは、ゲートウェイ宇宙ステーションへの参加としてESAによるESM-4とESM-5の提供を含む覚書に署名し、2025年から2030年の間にヨーロッパの宇宙飛行士が3回月周回軌道に飛行することを可能にしました。[ 29 ]

2021年2月、エアバスと欧州宇宙機関の間でESM-4からESM-6を提供する契約が締結された。[ 30 ]

仕様

長さ 4メートル（13フィート1インチ）
直径 ソーラーパネルを除くと4.1メートル（13フィート5インチ）、ソーラーパネルを収納した状態では5.2メートル（17フィート1インチ）、ソーラーパネルを展開した状態では19メートル（62フィート4インチ）[ 2 ]
主エンジン 1基のエアロジェットAJ10 （推力26.6 kN（6,000 lb f））（ESM-1からESM-6）[ 2 ]
エアロジェットオリオン主エンジン 1基（ESM-7以降）[ 20 ]
二次エンジン 8基のエアロジェットR-4D、推力490 N（110 lb f ）、合計3.92 kN（880 lb f）[ 2 ]
操縦スラスター 24基のエアバス・リアクション・コントロール・システム・エンジンが6つのポッドに搭載され、それぞれ220 N (49 lb f )の推力、合計5.28 kN (1,190 lb f )の推力を発生する[ 2 ]
推進剤容量 9,000 kg (20,000 lb) [ 1 ]の推進剤を2,000 L (440 imp gal; 530 US gal) の容器4つ（MON 2つとMMH 2つ）に充填。有効積載量は8,600 kg (19,000 lb)。[ 2 ] [ 3 ]
発電 4枚の7.375m（24.20フィート）の翼にそれぞれ3枚のソーラーパネルが設置され、11.2kWの電力を供給[ 1 ]
総打ち上げ質量 月面ミッション用の13,500 kg（29,800ポンド）、これには4つのタンクに240 kg（530ポンド）の水、3つのタンクに90 kg（200ポンド）の酸素、1つのタンクに30 kg（66ポンド）の窒素が含まれます[ 2 ]
ペイロード ペイロード質量は最大380 kg（840ポンド）、ペイロード容積は最大0.57 m 3（20 cu ft）[ 3 ]
材料 アルミニウム合金（構造）、ステンレス鋼、チタン（タンク）、カプトン（断熱材）、銅（電気・機械部品）[ 31 ]

欧州サービスモジュールモデル

モデル ミッション 状態 フレームワーク
STA 構造試験品 オハイオ州プラムブルックステーションの構造試験に使用
PQM 推進適格性モデル ニューメキシコ州ホワイトサンズでの推進試験に使用
ESM-1ブレーメンアルテミス1世ミッション完了、2022年11月16日打ち上げ ISS物々交換
ESM-2 アルテミス2世NASAのLC-39B発射台に搬送され、飛行を待つ ISS物々交換
ESM-3 アルテミス3世NASAの運用チェックアウトビルに納入[ 32 ]ISS物々交換
ESM-4 アルテミス4世NASAの運用チェックアウト棟に納入 ゲートウェイ
ESM-5 アルテミスVブレーメンで統合作業中、2027年3月に納入予定 ゲートウェイ
ESM-6 アルテミス6世ブレーメンの統合が進行中 ISS物々交換

参考文献

  1. ^ a b c欧州サービスモジュール試験資料 2015
  2. ^ a b c d e f g hオリオン / EM-1（探査ミッション1） 2019年8月
  3. ^ a b c「アルテミス1」。
  4. ^ “Explore the Exploration Vehicle” . NASA. 2013年6月6日. 2021年5月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2021年2月6日閲覧。パブリックドメインこの記事には、パブリック ドメインであるこのソースからのテキストが組み込まれています。
  5. ^ 「NASA​​とATK、ST8プログラムで直径18フィートの太陽電池アレイの設置に成功」 ATK、2008年10月9日。
  6. ^ 「オリオン・サービス・モジュール」 NASA、2008年8月4日。2009年8月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2008年8月19日閲覧。
  7. ^ 「オリオン」。Encyclopedia Astronautica。2016年12月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2013年5月11日閲覧。
  8. ^ Augustine, Norman ; Austin, Wanda ; Bejmuk, Bohdan ; Chiao, Leroy ; Chyba, Christopher ; Crawley, Edward ; Greason, Jeffrey ; Kennel, Charles ; Lyles, Lester ; Ride, Sally (2009年10月22日). 「最終報告書」(PDF) .米国有人宇宙飛行計画委員会のレビュー. 2019年2月16日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2022年8月26日閲覧。
  9. ^ 「米国と欧州、新型宇宙船を計画」 BBCニュース、2011年5月5日。2011年5月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2011年5月14日閲覧。
  10. ^ 「ATVの進化研究、探査とデブリ除去に注目」 Spaceflight Now、2012年6月21日。 2012年6月23日閲覧。
  11. ^ 「AstriumがESAから2つのATV進化研究を受賞」 Astrium、2012年6月21日。 2013年4月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2012年6月23日閲覧。
  12. ^ Bergin, Chris (2012年11月21日). 「ESAがNASAのオリオン宇宙船ATVサービスモジュールへの参加を表明し、英国が協力を強化」 NASASpaceFlight.com . NASA . 2013年5月6日閲覧。
  13. ^クラーク、スティーブン（2012年11月21日）「ESA加盟国がオリオン・サービスモジュールに資金提供」 Spaceflight Now . 2013年5月6日閲覧。
  14. ^ 「NASA​​、欧州提供のオリオン・サービスモジュールに関する契約を締結 – NASA」 2013年1月16日。 2024年5月15日閲覧。
  15. ^ 「ESA、エアバス・ディフェンス・アンド・スペース社を米宇宙カプセル「オリオン」サービスモジュールの主契約者に任命」spaceref business . 2014年11月17日. 2021年5月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2014年11月18日閲覧。
  16. ^ de Selding, Peter B. (2016年12月2日). 「欧州、ESAへの110億ドルの拠出の一環として宇宙ステーションとエクソマーズ計画にコミット」 . Space News . 2016年12月7日閲覧。
  17. ^ a b c d e Garcia, Mark (2015年6月17日). 「NASA​​ Gears Up to Test Orion's Powerhouse」 NASA . 2015年7月28日閲覧。
  18. ^ a b Bergin, Chris (2015年6月20日). 「Plum Brook、EM-1 Orionサービスモジュールテストに向けて準備」 NASASpaceFlight.com . 2015年7月28日閲覧。
  19. ^ McDowell, Jonathan C. (2025年8月13日). 「エンジン」 .人工宇宙物体総合カタログ. 2025年8月13日閲覧。
  20. ^ a b「エアロジェット・ロケットダイン、NASAからオリオン宇宙船の主エンジンの契約を獲得」。2021年9月21日。
  21. ^ 「オリオン（MPCV）」。
  22. ^アポロオペレーターハンドブックブロックII宇宙船（PDF）第1巻NASA1969年4月15日60ページ。
  23. ^ a bダン・レオーネ（2013年8月1日）「オリオン初飛行から外されたが、円形ATKソーラーアレイは依然としてシグナス号の電力供給に充てられる予定」スペースニュース。 2015年7月28日閲覧。
  24. ^ 「タレス・アレニア・スペース、オリオンESMに熱機械システムを供給」 2015年9月17日。
  25. ^ "「エアバス・ディフェンス・アンド・スペース、NASAのオリオン有人宇宙カプセル向け第2サービスモジュールでESAから1億ユーロの契約を獲得」2017年2月。2017年4月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2017年4月18日閲覧。
  26. ^ 「メディア向け情報：欧州サービスモジュールがオリオンと遭遇」欧州宇宙機関2018年10月26日。
  27. ^ 「ESAの新予算で地球観測と深宇宙探査が大きな成果 – Spaceflight Now」 。 2024年5月15日閲覧。
  28. ^ 「欧州、月探査機ハードウェアの契約を締結」 BBCニュース、2020年5月26日。2022年12月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  29. ^ 「NASA​​と欧州宇宙機関、アルテミス・ゲートウェイ計画のパートナーシップを正式化 – NASA」。2024年5月15日閲覧。
  30. ^ 「アルテミスのサービスモジュール3基が欧州で建造へ」 www.esa.int . 2024年5月15日閲覧。
  31. ^ 「オリオン飛行モデル2号機の燃料タンク納入」。
  32. ^ 「月へ一歩近づく」エアバス・ディフェンス・アンド・スペース - LinkedInページエアバス・ディフェンス・アンド・スペース 2024年5月7日2024年5月7日閲覧。
「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=European_Service_Module&oldid=1333441857」から取得