Sistema de cita y acoplamiento del CM de Orion

 -Sistemas del módulo de comando o módulo de tripulación de la nave Orion-

Sistema de cita y acoplamiento

Componentes del módulo de comando en la instalación de ensamblaje de Michoud en Nueva Orleans, Luisiana. (NASA / Radislav Sinyak)

Ubicado en el túnel de la tripulación se encuentra la escotilla delantera y el sistema de acoplamiento de la nave espacial Orion, que se empleará en misiones que incluyen acoplamientos planificados. Orion ha sido referenciado para el Sistema de Acoplamiento de la NASA, NDS (NASA Docking System) también conocido como el Sistema Internacional de Acoplamiento de Bajo Impacto (iLIDS) (International Low-Impact Docking System) que permitiría a la cápsula espacial Orión acoplarse a módulos de hábitat del espacio profundo, módulos de alunizaje o amartizaje, o a los adaptadores de acoplamiento presurizados de la Estación Espacial Internacional. El sistema NDS estandariza los mecanismos de acoplamiento de los vehículos espaciales tripuladas estadounidenses como Orion y los vehículos comerciales Dragon y Starliner. Fue diseñado y construido por la compañía Boeing en Houston, Texas, para cumplir con los estándares IDSS. Las pruebas de calificación de diseño se llevaron a cabo hasta enero de 2017. El IDSS (International Docking System Standard) ("estándar internacional del sistema de acoplamiento") es un estándar internacional para los adaptadores de acoplamiento de naves espaciales. Fue creado por la Junta de Coordinación Multilateral de la Estación Espacial Internacional, en nombre de las organizaciones asociadas a la Estación Espacial Internacional; NASA, Roscosmos, JAXA, ESA y la Agencia Espacial Canadiense. El sistema se ha desarrollado a los efectos de suplantar el antiguo APAS-95 (sistema de ensamblaje periférico andrógino)¹). Usando NDS, la NASA desarrolló el International Docking Adapter (IDA) para proporcionar dos puertos de acoplamiento compatibles con IDSS en la ISS. Las IDA se entregaron a la ISS a partir de 2016. Cada uno de los dos adaptadores de acoplamiento presurizados existentes tiene un IDA conectado permanentemente, por lo que la función PMA anterior ya no está disponible para las naves espaciales visitantes.

Túnel de la tripulación de la nave espacial Orion destinada a la misión EM-1 y mamparo delantero después del proceso de soldadura. (NASA / Radislav Sinyak)

Los técnicos de Lockheed Martin en Michoud Assembly Facility en Nueva Orleans, Louisiana, unen la sección del barril del recipiente a presión al mamparo de popa mediante soldadura por fricción. Esta soldadura se realiza en el artículo de prueba estructural Orion que se utilizará en pruebas de vibración, acústicas y estructurales.

En los sistemas de acoplamiento se deben considerar dos mecanismos fundamentales. Por una parte se debe amortiguar el impacto inicial, eliminar la diferencia de velocidades angulares relativas y asegurar un primer contacto entre los artilugios, lo que se le ha dado el nombre de "acoplamiento suave" y por otro lado, debe haber una manera de garantizar un acoplamiento rígido entre los dos vehículos lo que se ha denominado "acoplamiento duro" (o "acoplamiento firme"). 

El NDS es un diseño andrógino que admite tecnología de bajo impacto. El acoplamiento automatizado y pilotado de naves espaciales y el atraque robótico de naves espaciales son posibles con este sistema. La interfaz de acoplamiento incluye arquitectura para transferir datos y energía entre los dos vehículos con sistemas también capaces de transferencias de propelente, presurizante y agua, siendo el diámetro de la escotilla disponible para las tripulaciones de 80 centímetros (31 pulgadas). Para un acoplamiento, una interfaz está en modo activo con su sistema de captura suave extendido, mientras que la otra nave espacial está en un papel pasivo con su SCS (Soft Capture System) en una posición estibada.

El sistema de acoplamiento incluye un sistema de captura suave que forma la conexión inicial entre la nave espacial antes de unir los dos sistemas de acoplamiento para permitir que el sistema de captura dura forme un sello rígido entre las dos naves espaciales. Los ganchos están disponibles en el lado activo y pasivo del sistema de acoplamiento, proporcionando hasta 24 puntos de fijación. En general, el sistema consta de un anillo de captura, pétalos guía, imanes de acoplamiento suave, pestillos mecánicos, placas de percutor magnético, percutores de cierre y percutores de sensor. Los percutores son parte del sistema pasivo y proporcionan superficies de contacto para los componentes del sistema activo. La captura suave se puede lograr utilizando pestillos de captura suave magnéticos o mecánicos.

Los primeros elementos en hacer contacto son los pétalos guía que luego corrigen cualquier desalineación lateral o angular entre las interfaces de acoplamiento con captura suave que se logra a través de imanes que hacen contacto con las placas de percutor en el anillo contrario o a través de pestillos activos que capturan los golpeadores de cierre pasivo desde un compañero blando. Luego, el SCS alinea los dos anillos de acoplamiento y, a través de la retracción del SCS, las dos interfaces de captura dura se colocan dentro de su rango de captura dura para permitir una alineación fina mediante los pasadores guía HCS. Luego se usan ganchos en el activo, pasivo o ambos lados para establecer la conexión estructural entre la nave espacial y lograr la fuerza requerida para presionar los sellos dentro del sistema de acoplamiento contra la otra nave espacial. Cada lado incluye 12 ganchos: los ganchos pasivos y activos se pueden cerrar si así lo dictan los requisitos del vehículo.

Imágenes: NASA

Cuando finalmente se conecta con otras naves espaciales, Orion emplea sensores de navegación visual y una cámara de acoplamiento de alta definición. VNS incluye un flash LIDAR (Light Detection and Ranging) para obtener imágenes de un vehículo objetivo y calcular el rango preciso, el rumbo, la alineación y los datos de orientación. Junto con la cámara de acoplamiento que ofrece video en color de alta resolución, los sensores ofrecen imágenes tridimensionales en tiempo real que pueden ser utilizadas por algoritmos de software para compararlas con la forma conocida del objetivo con el fin de guiar la nave espacial a un acoplamiento seguro con el objetivo. Los sensores Lidar (Light Detection and Ranging), también construidos por Jena Optronik, son otra parte del sistema GN&C que volará a partir de la misión Artemis III. Lidar, que es la abreviatura de detección de luz y rango, es un método para determinar la distancia. Funciona dirigiendo un pulso láser a un objeto y midiendo el tiempo que tarda la luz reflejada en regresar al receptor. Cuando Orión se prepara para acoplarse con otra nave espacial en futuras misiones Artemisa, dos sensores lidar dentro del túnel del mecanismo de acoplamiento de Orión medirán la distancia desde el objetivo y ayudarán al sistema de control a unir las dos naves espaciales.

¹)- El APAS-95 (sistema de ensamblaje periférico andrógino), Androgynous Peripheral Attach System (APAS), Androgynous Peripheral Assembly System (APAS) o Androgynous Peripheral Docking System (APDS) como también se le conoce, es el nombre derivado de un sistema de acoplamiento soviético. En cirílico АПАС por Андрогинно-периферийный агрегат стыковки (androgynous-peripheral agregat stykovki). El primer APAS fue creado por Vladimir Syromyatnikov en OKB-1 (más tarde KB Energia, Korolev, Región de Moscú) para el proyecto Soyuz-Apollo. La idea apareció en contraste con sistemas asimétricos como "pin-cono" ("macho-hembra), de modo que el anillo de acoplamiento de cualquier APAS podría acoplarse con el anillo de acoplamiento de cualquier otro APAS, ya que ambos lados son andróginos. Cada unidad de acoplamiento de este tipo puede desempeñar un papel activo y pasivo, por lo que son completamente intercambiables. La denominación АПАС se derivó del programa ЭПАС en cirílico, (EPAS) por Э (E por proximidad) П (P por vuelo) АC (por Apolo-Soyuz) APAS-75, que acopló la Soyuz con el Apolo en 1975 fue sucedido por APAS-89. Actualmente un clon del éste es utilizado en la nave espacial tripulada china Shenzhou que a veces es denominado por ese motivo como APAS-2010, a pesar de que China ha declarado en repetidas ocasiones que ha sido desarrollo propio. Oficialmente, como fecha de nacimiento del nuevo APAS-89 se considera el año 1989, cuando en el espectáculo aéreo espacial internacional en Le Bourget, se mostró por primera vez a la comunidad espacial mundial. El APAS-95, es la versión actual del APAS-89, con un diseño simplificado y algunos pequeños cambios en la cinemática del accionamiento del anillo para un acoplamiento más suave.