LE MODULE DE SERVICE (Service Module, SM)

Le module de service est une structure cylindrique non pressurisée. Il abrite le système de propulsion principal, les propulseurs du contrôle d'attitude, les piles à combustibles et leur système d'alimentation, l'antenne en bande S, ainsi que des réservoirs de stockage d'oxygène, d'hydrogène et d'eau. Sur Apollo 15, 16 et 17, il a également transporté une palette d'instruments scientifiques. Il est relié au module de commande à l'aide de trois tirants de tension et repose sur six points de pression. Ces tirants de tension sont des courroies d'acier inoxydable boulonnées au bouclier thermique arrière du CM. Le SM est en quelque sorte le grenier et la "voiture" du vaisseau Apollo.

En résumé, ses principales fonctions sont :
• stockage ;
• production électrique ;
• contrôle d'environnement ;
• contrôle d'attitude ;
• propulsion principale ;
• télécommunications ;
• logement pour l'équipement scientifique.

Module de service Block I, reconnaissable avec son réservoir d'hydrogène en bas à droite

FICHE D'IDENTITÉ ET DESCRIPTION DU MODULE DE SERVICE BLOCK II

Nom : Service Module (SM pour module de service)
• Longueur : 7,36 m
• Diamètre : 3,90 m
• Masse (tout compris) : 24 948 kg
• Masse de la structure (à vide) : 5216 kg
• Masse de l'équipement électrique : 1200 kg.

Contrôle d’attitude – RCS (Reaction Control System)
• Poussée du RCS : 16 moteurs de 446 N chacun
• Propergols : N₂O₄/ MMH (tétraoxyde de diazote / hydrazine monométhylée) – propergols hypergoliques, s’enflamment sans dispositif d’allumage
• Masse des propergols pour un quad RCS : 60,47 kg dont 20,41 kg de carburant et 40,37 kg d'oxydant.

Propulsion principale – SPS (Service Propulsion System)
• Masse du moteur (avec tuyère d'éjection) : 294,83 kg
• Poussée : 98 kN
• Propergols : Aérozine 50 (mélange 50/50 d’hydrazine anhydre et d’UDMH) avec du tétraoxyde de diazote inhibé (N₂O₄) – mélange hypergolique
• Masse totale des propergols : 18 585,8 kg dont 7151,8 kg de carburant et 11 434 kg d'oxydant
• ISP du SPS : 314 s (soit une impulsion spécifique massique de 3,1 kN·s/kg)
• Delta V total du vaisseau : 2804 m/s.

Système électrique
• Production : 3 piles à combustibles fournissant 1,4 kW en courant continu à 30 volts et accessoirement environ 230 litres d'eau par mission qui servent au refroidissement des appareils électroniques, à la cuisine (réhydratation des aliments) et la boisson pour l'équipage.
• Production d’eau : Environ 230 litres par mission, utilisés pour le refroidissement des équipements électroniques, la réhydratation des aliments et l’hydratation de l’équipage.

Représentation générale du SM

Dessin du Service Module

STRUCTURE

Le module de service présente une structure relativement simple composée d'une section centrale circulaire, entourée de six secteurs inégaux en forme de parts de tarte. Ses éléments structurels comprennent deux cloisons circulaires avant et arrière, six poutres radiales de cloisonnement, quatre panneaux extérieurs en nid d'abeille pour les secteurs, quatre autres pour le RCS, un bouclier thermique arrière ainsi qu'un carénage.

Les poutres radiales sont fabriquées en alliage d'aluminium, lequel est usiné et chimiquement fraisé (métal retiré par action chimique) dans la masse afin d’obtenir des épaisseurs variant entre 5,07 cm et 0,38 mm, ce qui en font des structures légères et efficientes. Leurs extrémités supérieures sont réalisées sous forme de fermes triangulaires munies de patins circulaires destinés à supporter le CM. Elles dépassent de la cloison avant, permettant ainsi de soutenir et de fixer le CM. Trois de ces poutres (1, 3 et 5) sont équipées de patins de compression, tandis que les trois autres (2, 4 et 6) possèdent des patins de cisaillement/compression ainsi que des tirants de tension. Des charges explosives situées dans les sections centrales de ces tirants sont utilisées pour séparer les deux modules. Un bouclier thermique entoure le SPS (Service Propulsion System) afin de protéger le module de service de la chaleur dégagée par le moteur lors de la poussée.
L'espace entre le CM et la cloison avant est fermé par un carénage composé de 16 éléments d'une hauteur de 55,9 cm et d'une épaisseur de 1,27 cm. Huit de ces panneaux servent de dissipateurs de chaleur pour le sous-système d’alimentation électrique (EPS). Ces panneaux radiateurs alternent avec huit panneaux en nid d’abeille en aluminium. La section centrale est cylindrique et à un diamètre de 111,76 cm. Des portes de maintenance, situées autour de l'extérieur du SM permettent l'accés aux équipements de chaque secteur. Elles sont conçues pour des opérations d'installation, de maintenance et de vérification mais ne sont pas utilisées en vol. Le revêtement extérieur des panneaux de la coque est en aluminium 2024-T81, un matériau offrant une grande résistance aux hautes températures.

Les panneaux des secteurs et du RCS ont une épaisseur de 2,54 cm (1 in) et sont constitués d'un noyau en nid d'abeille en aluminium pris en sandwich entre deux feuilles de surface du même alliage. Les panneaux sectoriels sont fixés aux poutres radiales par boulonnage. Les radiateurs utilisés pour dissiper la chaleur du sous-système de contrôle environnemental sont collés aux panneaux de secteur, de part et d’autre du module. Chacun de ces radiateurs couvre une surface d'environ 9,14 m² (30 ft²).

LES SECTEURS

Le module de service est divisé en six secteurs. Les 360° autour de la section centrale sont répartis en deux secteurs de 50° (les Secteurs 1 et 4), deux Secteurs 3 et 6 (à 60°) et les secteurs 2 et 5 à 70°.

Secteur 1

Ce secteur est vide : l'espace est ainsi disponible pour l’ajout éventuel de matériel supplémentaire doit être ajouté au vaisseau spatial pour la mission lunaire (à partir d'Apollo 15 jusqu'à 17) ou pour des équipements destinés à des expériences scientifiques. un ballast peut être arrimé dans ce secteur pour maintenir le centre de gravité du module de service si aucun équipement n’y est installé.

Secteur 2

L'un des deux secteurs de 70°, il contient une partie d'un premier radiateur dissipateur du système de contrôle environnemental (ECS) et un quad de moteurs du contrôle d'attitude (RCS) sur son panneau extérieur, ainsi qu'un réservoir puisard de comburant (oxydant), sa plomberie, les réservoirs et la plomberie du quad RCS à l'intérieur du secteur. Le réservoir puisard d'oxydant, le plus gros des deux réservoirs de tétroxyde de diazote, est fabriqué en titane. Il mesure 3,91 m (158 in) de long pour 1,29 m (51 in) de diamètre et a une capacité de 6315,36 kg d'oxydant. Il est relié par des conduites d'alimentation au second réservoir et au SPS (Service Propulsion System, moteur principal). C’est à partir de ce réservoir que l’oxydant est envoyé vers le moteur.

Secteur 3

Le secteur 3 est l'un des secteurs à 60°, il contient l'autre partie du radiateur (ECS) et un quad RCS sur son panneau extérieur. Le second réservoir d'oxydant et sa tuyauterie se trouvent également dans ce secteur. Ce réservoir est similaire à celui du secteur 2, mais il est de dimensions plus modestes : il mesure 3,92 m de long pour un diamètre de 1,14 m, et contient 5118,33 kg d’oxydant. Le comburant est transféré depuis ce réservoir vers le réservoir puisard du secteur 2.

Intégration des réservoirs du SPS dans un module de service

Secteur 4

Le secteur 4 est un des secteurs à 50° et contient la plupart des équipements du sous-système électrique du module de service, notamment trois pile à combustible, deux réservoirs cryogéniques d'oxygène et deux réservoirs cryogéniques d'hydrogène supercritiques, ainsi qu'une boîte relais de commande d'alimentation. Un panneau d'entretien du système de pressurisation à l'hélium est également situé dans ce secteur. Les trois piles à combustible sont montées sur une étagère dans le tiers supérieur du secteur. Chaque pile mesure 1,11 m de haut, 56 cm de diamètre et pèse environ 111,13 kg. Elles assurent la majeure partie du courant électrique pour le vaisseau spatial ainsi qu'une partie de l'eau potable. Les réservoirs cryogéniques (à ultra basse température/état supercritique) fournissent l'oxygène au sous-système de contrôle de l'environnement ainsi que l'oxygène et l'hydrogène aux piles à combustibles. Ces réservoirs sont sphériques, avec les réservoirs d'oxygène montés côte à côte au centre du secteur, et les réservoirs d’hydrogène montés l’un au-dessus de l’autre en dessous.
Les réservoirs d'oxygène sont fabriqués en Inconel (un alliage de nickel et d'acier) et mesurent un peu plus de 66 cm (26 in) de diamètre. Chacun contient 148 kg (326 lb) d'oxygène à l'état semi-liquide et semi-gazeux. La température de fonctionnement des réservoirs varie de -184,44°C (-300°F) à 26,66°C (80°F). L'oxygène doit être maintenu à -182,68°C (297°F) pour rester liquide. Les réservoirs d'hydrogène sont fabriqués en titane et ont un diamètre d'environ 78,74 cm (31 in). Chacun contient un peu plus de13,15 kg (29 lb) d'hydrogène. (L'hydrogène est beaucoup plus léger que l'oxygène, de sorte que, dans des réservoirs de même volume, la masse de l'oxygène est beaucoup plus importante). L'hydrogène est également à un stade semi-gazeux, semi-liquide, et sa température de fonctionnement varie de -254°C (-425°F) à 26,66°C (80°F). Pour rester liquide, l'hydrogène doit être maintenu à -252,78°C (-423° F). Le boîtier de relais de commande de l'alimentation fonctionne en conjonction avec les piles à combustible pour contrôler la production et la distribution de l'énergie électrique.

Le matériau de superisolation utilisé dans le module de service (SM) est du Mylar aluminisé. Il est employé dans des couvertures multicouches dans lesquels ses propriétés extrêmement réfléchissantes inhibent le flux de chaleur et forment une barrière très efficace contre les rayonnements. Bien que relativement inefficace dans un environnement sous pression en raison des effets de convection, ce matériau trouve néanmoins une application dans les récipients cryogéniques terrestres, dans lesquels il est utilisé dans des enceintes sous vide.

Secteur 5

Il s'agit de l'autre secteur à 70° ; il contient une partie d'un second radiateur du système de contrôle environnemental, un quad RCS sur le panneau extérieur, ainsi que le réservoir puisard de carburant (ergol réducteur) à l’intérieur du secteur. Ce réservoir occupe presque tout l'espace disponible. Il s’agit d’un réservoir cylindrique en titane, de même taille que le réservoir puisard d'oxydant : 3,90 m de haut et 1,29 m de diamètre. Il contient 3949,87kg d'Aerozine 50, un mélange 50/50 d'hydrazine anhydre et de dimethylhydrazine asymétrique (UDMH) destiné au SPS. Ce réservoir est celui qui alimente le moteur ; il est également relié au réservoir de stockage de carburant par des conduites d’alimentation.

Secteur 6

Ce secteur, un des deux secteurs à 60°, contient l’autre partie du second radiateur ECS, un quad RCS sur le panneau extérieur, ainsi que le réservoir de stockage de carburant. Ce dernier est de même taille que le réservoir de stockage du comburant. Le carburant est transferé à partir de ce réservoir vers le réservoir puisard situé dans le secteur 5. Les réservoirs de stockage et les réservoirs puisards, qu’ils contiennent le carburant ou le comburant, sont de même taille. Cependant, la masse contenue dans les réservoirs de comburant est plus de 50 % supérieure à celle des réservoirs de carburant, en raison de la plus grande densité du comburant.

Section centrale

La section centrale, surnommé le tunnel, du module de service (SM) mesure 1,12 m (44 in) de diamètre. Elle contient deux réservoirs d'hélium situés dans sa partie supérieure. Ces réservoirs sont sphériques, d’environ 1 m de diamètre, et sont empilés l’un sur l’autre dans la partie haute de la section. Chacun contient 0,55 m³ d'hélium sous une pression d'environ 253 kg/cm². Ce gaz est utilisé pour pressuriser les réservoirs de comburant et de carburant du moteur principal. La pression force le propergol à s’écouler d'un réservoir à l'autre ainsi que dans les conduites d'alimentation menant au moteur.
Le moteur SPS est installé dans la partie inférieure de la section centrale, avec son extension de tuyère dépassant de plus de 2,74 m (9 ft) sous la cloison arrière du SM. Le SPS est utilisé comme rétrofusée pour freiner le vaisseau lors de la trajectoire translunaire afin de le placer en orbite lunaire, pour le renvoyer vers la Terre depuis la Lune, ainsi que pour effectuer les corrections de trajectoire pendant les phases translunaire et transterrienne du vol.

L'EXTÉRIEUR

Sur l’extérieur du module de service (SM) se trouvent les radiateurs spatiaux du système de contrôle environnemental (ECS) et du sous-système d’alimentation électrique (EPS), les moteurs du système de contrôle d'attitude (RCS), trois antennes, des connexions ombilicales ainsi que plusieurs éclairages.

Deux grands radiateurs spatiaux de l'ECS, d'une surface de 9,14 m² (30 ft²), évacuent la chaleur de la cabine du module de commande (CM) et des équipements vers le froid de l’espace. Ils sont fixés aux panneaux sectoriels situés sur les côtés opposés de la moitié inférieure du SM, l’un couvrant les panneaux des secteurs 2 et 3, l’autre ceux des secteurs 5 et 6. Chaque radiateur est composé de cinq tubes principaux horizontaux parallèles et de quatre tubes secondaires verticaux parallèles, à l’intérieur desquels circule un liquide de refroidissement eau-glycol. Les circuits de refroidissement primaire et secondaire partagent la même surface de radiateur.
Les radiateurs spatiaux du sous-système d'alimentation électrique sont situés sur le carénage au sommet du module de service. Chacun des huit panneaux radiateur, alternés avec huit panneaux en nid d'abeille en aluminium, contient trois tubes servant à dissiper dans l’espace l’excès de chaleur généré par les piles à combustibles. Une boucle de rayonnement distincte est utilisée pour chacune des piles, c'est-à-dire qu'un des tubes de chaque panneau est relié à un groupe électrogène spécifique.

Les moteurs RCS sont répartis en quatre groupes appelés "quads", espacés de 90° autour de la partie supérieure du SM. Les moteurs sont montés à l’extérieur des panneaux, tandis que tous les autres composants sont logés à l’intérieur. Deux quads sont orientés dans des directions opposées parallèles à l’axe longitudinal du vaisseau, tandis que les deux autres sont orientés dans des directions opposées tangentes à la circonférence du SM. Chaque quad comprend deux réservoirs d’oxydant, deux réservoirs de carburant, un réservoir d’hélium ainsi que les vannes, régulateurs et conduites associés. Chaque ensemble quad mesure environ 2,43 m (8 ft) de long et près de 91 cm (3 ft) de large.

Quatre antennes à gain élevé en bande S, montées à l’extérieur de la cloison arrière du SM, assurent les communications en espace lointain. Chaque antenne bande S est constituée d’un réflecteur circulaire de 78 cm (31 in) entourant un réflecteur carré de 28 cm (11 in). Au lancement, elles sont repliées parallèlement à la tuyère du moteur SPS afin de tenir dans l’adaptateur vaisseau-LM (SLA). Après la séparation du CSM et du SLA, les antennes se déployent à angle droit par rapport à l’axe central du SM. Deux antennes omni-directionnelles VHF, appelées "cimeterres" en raison de leur forme, sont montées sur des côtés opposés près du sommet du SM. En acier inoxydable, l'élément rayonnant de l'antenn mesure environ 34 cm (13 in) de long pour une épaisseur de seulement 0,25 mm (1/100 in).

Un ombilical, enfermé dans un carénage en alliage d’aluminium, contient les principales connexions de plomberie et de câblage entre le CM et le SM. Un autre ombilical "fly away" (éjectable), relié à la tour de lancement jusqu’au décollage, fournit à la fois l’oxygène et l’azote du matériel de sol (GSE) pour la pressurisation de la cabine, le liquide de refroidissement eau-glycol, le gaz de purge ainsi que l’alimentation électrique.

Sept sources lumineuses sont montées sur les panneaux du carénage du SM. Quatre d’entre elles (une rouge, une verte et deux ambrées) facilitent le processus d’amarrage, un projecteur éclaire les activités extravéhiculaires, un gyrophare clignotant assiste les opérations de rendez-vous, et un projecteur est utilisé pour le rendez-vous à une distance allant de 152 m (500 ft) jusqu’à l’amarrage.

Textes traduits de l'anglais (source, PDF : CSM New Reference H Missions) tous droits réservés Paul Cultrera.