SERVICE MODULE BLOCK 2

Le module de service fixé à la base du module de commande, la cabine proprement dite assure la propulsion principale et de contrôle d' attitude du vaisseau pendant toute la durée de la mission, les corrections de trajectoire, le freinage sur orbite et la satellisation. Il contient aussi les " consommables " du vaisseau c' est à dire l' oxygène, l' eau, le carburant et l' hydrogène ainsi que la puissance électrique de bord.

Par rapport au SM Block 1, il a subit quelques améliorations et des réaménagements internes. C'est toujours un cylindre de 4,5 m de haut, 3,9 m de diamètre auquel est attaché la tuyère du moteur principal SPS, l'ensemble mesurant 7,5 m de long. Sa masse est d' environ 23 tonnes (8950 kg pour Apollo 7, 23250 kg pour Apollo 8 et 24552 kg pour Apollo 15) et 6100 kg à vide. La structure de base en nid d' abeille d' aluminium est faite d' une cloison avant et arrière en forme de disque et de 6 structures radiales en faisceaux (4 mn à 5 cm d' épaisseur, en aluminium usiné dans la masse) agencées autour d'un cylindre central de 122 cm de diamètre, comme les parts d'un gâteau, permettant de loger les réservoirs de carburant comburant pour le moteur, les piles à combustible et leurs combustibles, le système de contrôle environnemental et le moteur principal.

Ces six structures porteuses dépassent de la cloison avant et permettent ainsi de supporter et sécuriser le module de commande CM posé dessus. Trois de ces structures servent de coussin absorbeur (1,3 et 5) , les trois autres servant à détacher le CM lors de sa séparation (2, 4 et 6). 8 panneaux servant de radiateurs dissipateur de chaleur des piles à combustibles et 8 autres panneaux en nid d'abeille d'aluminium les protègent.

Sur la cloison arrière, un bouclier thermique protège le module de la chaleur du moteur principal.

Les panneaux recouvrant les secteurs et les panneaux moteurs RCS sont aussi en aluminium d' une épaisseur de 2,5 cm. Ils sont boulonnés sur les structures radiales. Les radiateurs de dissipation de la chaleur sont fixé par dessus à la base du module à l' opposée l' un de l' autre.

Les structures radiales à l'intérieur du module forment 6 secteurs plus ou moins larges ou baies enfermant chacune des équipements nécessaire au module.
_ Le secteur n° 1 couvre 50° , il abritait les piles à combustible sur le Block 1. Il est libre pour les premiers vols lunaires, mais permettra l' installation de matériels d' observation ou autres lors de futures mission, comme les missions J Apollo 15.
_ Le secteur n° 2 couvre 70° et abrite le réservoir de comburant du moteur SPS, un des plus gros des deux réservoirs de tétraoxyde d' azote pour le moteur (3,9 de haut pour 1,3 m de diamètre) avec 5569 kg d'oxydant. A l'extérieur se trouvent une partie du radiateur ECS et le quad B du système RCS.
_ Le secteur 3 couvre 60° abrite le second réservoir de comburant du moteur SPS (4513 kg dans 1,15 m de diamètre pour 4 m de haut). A l'extérieur se trouvent l'autre partie du radiateur ECS et le Quad C du système RCS. Au dessus se trouve le tunnel ombilical reliant le SM au CM, qui sur le Block se trouvait diamétralement opposé.
_ Le secteur n° 4 couvre 50° abrite désormais les 3 piles à combustible et leurs réservoirs de carburant et comburant repartis dans deux réservoirs sphérique (diamètre 66 cm) d' oxygène (130 kg) et deux autres réservoirs formant ensemble une citerne remplis d' hydrogène (11 kg). Ces réservoirs assurent l' oxygène pour le système de contrôle environnemental ECS des astronautes pour respirer et l' oxygène et hydrogène pour alimenter les piles à combustible.
_ Les secteurs 5 et 6 sont similaires aux secteurs 2 et 3 abritant les réservoirs de carburant et comburant du moteur SPS (3483 et 2823 kg) ainsi que les quad D et A du système RCS. Le secteur central abrite le moteur SPS à sa base ainsi que deux réservoirs d' hélium pressurisé (1 m de diamètre). A noter que les réservoirs alimentant la moteur SPS du module sont plus court que ceux du SM Block 1.

Secteur 4 du SM qui abrite les 3 piles à combustibles et leurs réservoirs, les SIM d'Apollo 15 et 16 installé dans le secteur 1.

A l'extérieur du module sont fixés les radiateurs du système contrôle environnemental, les 4 groupes de moteurs RCS, les sous systèmes électrique, 3 antennes, l'ombilical du CM et des lumières de position. Les 2 panneaux radiateurs situés à la base du SM couvrent le secteur 2 et 3 et le secteur 5 et 6 du module. Ils sont constitué de 5 tubes primaires et 4 secondaires montés horizontalement avec un autre tube monté verticalement dans lesquels circule du Glycol glacé chargé de récupérer la chaleur dégagée par les systèmes électriques. Les radiateurs du sous système électrique sont situés sur la couronne supérieure du module au nombre de 8.

	Vues des différentes baies du module en éclatées.

Cloisons avant et arrière du SM

Le module est équipé d'un moteur assurant toute les corrections de trajectoires et les satellisation, le SPS Service Propulsion System. Construit par Aerojet General, il fonctionne avec des ergols stockables et hypergoliques (aérozine 50 et péroxyde d'azote) poussés dans la chambre de combustion par de l'hélium sous pression s' enflammant instantanément sans système d' allumage.
Le module emportait pour Apollo 15, 16 et 17, 18413 kg d' ergols, 7150 kg d'aérozine et 1500 kg d'azote. La tuyère de 2,9 m de long et 2,5 m de diamètre en sortie permet d' obtenir une poussée constante  de 9300 kg au maximum. De plus, il est rallumable en vol 36 fois pendant un maximum de 10 minutes. Cette grande longueur de tuyère est due au fait que le moteur ne travaille que dans le vide. En vertu de la loi de Bernouilli, il faut passer d'une pression de 200 bars à l'entrée de la tuyère selon le moteur à 0,02 en sortie sinon les gaz partent en divergeant en dehors de l'axe de poussée d'où perte de puissance. Dans le divergent, la vitesse des gaz augmente tandis que (fatalement) la pression baisse. Pour obtenir la meilleur vitesse il faut que la pression en sortie de tuyère soit égale à la pression ambiante. Dans le vide vue qu'il n'y a pas de pression cela pose un problème. Donc il suffit d'allonger au maximum le divergent (tuyère) en trouvant un juste équilibre entre le gain en vitesse des gaz et le poids de la tuyère que cet allongement induit. Une solution pour gagner en vitesse d'éjection et d'augmenter le rapport de détente et donc la pression dans la chambre. Cela un devient alors une question de technologie. En Union Soviétique, les moteurs RD-107/RD-108 ont un rapport de détente de 150 et une vitesse d'éjection de 3.100 m/s alors que les moteurs occidentaux avec le même couple de carburant (kérosène/LOX) n'obtiennent guère que 2.500 m/s (voire 2.700 m/s avec les F-1 de Saturne). Cette tuyère est réalisée en en niobium et titane soudé revêtus de matériaux ablatif à l'intérieur. En apesanteur, un système de trou dans le fond des réservoirs permet par capillarité d'amener les ergols dans la chambre de combustion.   

Le système de contrôle d' attitude RCS (Reaction Control System) utilise quatre quadruple moteurs de 40 kg de poussée (ergols hypergoliques) monté près du sommet du module espacés de 90° chacun (3000 kg). Le Quad A est sur le secteur 6, le Quad B est sur le secteur 2, Le quad C est sur le secteur 3 en dessous de l' ombilical et le Quad D sur la baie 5.

    Le moteur SPS et les moteurs de contrôle d'attitude

Le système électrique EPS Electrical Power System est constitué de trois piles à combustible (31 cellules bacon à hydrogène et oxygène) fournissant 28 V DC (en moyenne 6,3 kW, 670 kW en totalité). Ce système fournit aussi de l' eau à l' équipage. Sa masse atteint 1200 kg. Chaque pile mesure 1,11 m sur 0,56 m de diamètre. Le système de contrôle environnemental ECS Environmental Control system contrôle l' atmosphère, la pression et la température et gère l' eau du vaisseau. En plus de régulariser la cabine et les scaphandres en gaz pressurisé, tempéré et humidifié, le système enlève le dioxyde de carbone, les odeurs et les particules et assure la ventilation après l' amerrissage. Il collecte et stocke l' eau potable des piles à combustible, fournit de l' eau pour les évaporateurs de chaleur et refoule le surplus d' eau à travers la valve d' écoulement des urines. L' excès de chaleur généré par l' ensemble du vaisseau et l' équipage est dérouté par le système vers les échangeurs de chaleur au radiateurs et rayonné à l' extérieur du vaisseau dans l' espace.

Le système de télécommunication consiste en une télémétrie codé en impulsions modulées relayer au centre des vols habités de Houston sur les conditions de l' équipage et du vaisseau, VHF AM et bande S, transpondeur de poursuite, communication vocale air-sol, télévision de bord et phase de récupération VHF. Il comprend la grande antenne opérant en bande S en forme de fleur à quatre pétales (diamètre des pétales 78 cm ) montée à la base du module (utilisée pour la première fois sur Apollo 8). Elle est déployée après séparation avec le SLA. Deux autres antennes VHF sont situées près du sommet espacées de 90° et de forme semi circulaire et le transpondeur, antenne de RV est sur la carénage externe.

Les antennes Scimitar Notch sont positionnées par 2 sur le module de service, une de chaque coté. De forme hémisphérique, comme un champignon, elle assurait les communications en bandes VHF, navire-sol en orbite terrestre et la communication navire-navire avec le LM. Scimitar » fait référence à la forme de l'élément d'antenne à l'intérieur du boîtier blanc (semblable à la lame incurvée de l'épée cimeterre). Ces antennes étaient disposées sur la base du CM, dans sa version Block 1, sous l'écoutille, axe +Z et à l'opposé, axe +Z. Lors de la rentrée, seule l'antenne près de l'écoutille survivait aux flammes, alors baptisée "surviving SCIN antenna", l'autre étant la "non-surviving SCIN antenna", positionné à un endroit où la température de la rentrée était très élevé au point de la détruire.

La connexion entre le module de service et de commande est assuré au travers d' un ombilical (100 câbles et 6 tuyaux) protégé par un carénage (45 cm sur 101 cm) en aluminium sur le secteur 3. La séparation a lieu juste avant la rentrée dans l' atmosphère. Elle est contrôlé automatiquement par deux systèmes redondants le SM Jettison Controlers situé sur la cloison avant du module. La séparation physique demande la coupure de toute les connections entre les deux modules, le transfert du contrôle électrique et mise à feu des moteurs RCS pour éloigner les deux parties. La séparation est faite manuelle par interrupteur sur le tableau de bord du CM. Dix secondes après la coupure électrique, le SMJS ordonne la mise à feu des explosifs des trois supports de la cabine sur la cloison avant. Une guillotine entre en action et coupe l' ombilical reliant les modules. Les moteurs RCS de roulis sont allumé 5 secondes pour changer la course du CM en même temps que les RCS de translation jusqu' à épuisement du carburant ou d' électricité. Cette manœuvre ayant pour but d' éloigner le SM de la trajectoire de rentrée du CM.

Sept lumières sont installées sur ces panneaux. Quatre (une rouge, une verte et deux ambre) servent pour les opérations d' amarrage, une en flash pour les RV et une en spot pour les manœuvres de RV à 150 m de distance. Un projecteur blanc est monté sur une barre de 60 cm pour les sortie EVA. Situé en dessous du hublot n°5, il est automatiquement déployé à l'insertion sur orbite terrestre. Le spot est réglé pour éclairer l'écoutille et les rampes de maintien du module de commande. Il est souvent dans le champ des photos prises depuis ce hublots et est souvent pris pour un objet mystérieux.

AMELIORATIONS

Le 13 avril 1970, à quelques 250 000 km de la terre après un voyage de 56 h environ, une explosion retentit dans le module de service 109 de la mission Apollo 13. Le réservoir d' oxygène n°2 chargé d' alimenter les piles à combustible vient d' exploser entraînant la perte du réservoir n° 1 et l' arrêt des piles. Heureusement grâce aux efforts de centaines d' ingénieurs et techniciens, l' équipage reviendra sur terre après 143 h de vol. Le module lunaire ayant servit de chaloupe de secours.

La baie des piles à combustibles. Le réservoir d'hydrogène (à gauche) et celui d'oxygène (en bas)

La commission d' enquête conclura à un défaut d' isolement dans le thermostat du réservoir n°2 ayant fait monter la pression de ce réservoir jusqu' à le faire exploser. Le stockage de l' oxygène cryogénique est modifié afin d' éviter qu' il ne soit en contact avec des câbles, moteurs et toutes sources de court circuit. L' usage du Téflon et de l' aluminium sera minimisé en présence d' oxygène pur. Le réservoir d' oxygène est modifié (nouvelle turbines de mélange et nouveau thermostat) ainsi que le câblage du secteur. Un troisième réservoir est ajouté dans le secteur n° 1 à l' opposée des piles à combustible avec en plus une batterie auxiliaire (400 Ah) logé dans le secteur 4 en bas sous les réservoir d' hydrogène. Dans le module de commande est rajouté un réservoirs d' eau de secours.

Avec les missions " J " le CSM Apollo reste en orbite lunaire plus longtemps. En conséquence un vaste programme d' observation et de mesure de la surface lunaire lui est demandé. Le secteur 1 du module de service se voit rempli d' appareil photo, caméras et autres détecteurs et analyseurs constituant le SIM Scientific instrument Module. Le SIM sera utilisé sur Apollo 15, 16 et 17. Au retour le pilote du CM est chargé au cours d' une EVA de récupérer les films pris par les caméras dans le SIM.

Extérieurement, les modules de service des missions Apollo sont semblables. Apollo 7 inaugure les vols avec le SM Block 2, les vols Apollo 4 et 6 utilisaient des SM Bk1. La livrée d'Apollo 7 est différente des autres vols Apollo. Le SM Apollo 7 a les 4 panneaux abritant le système RCS peint en blanc. Les panneaux sur les secteurs 1 et 4 ont aussi un schéma de peinture en blanc. Les autres module d'Apollo 8 à 17 ne reprennent que le schéma de peinture blanc du panneau du secteur 4.

Le SM du vaisseau Apollo Skylab en 1973-74; son schéma de peinture diffère des SM Apollo lunaire, combinant une robe mélange d'Apollo 7 et Apollo lunaires.

Le CSM d'Apollo Soyouz, avec le même schéma de peinture du SM que les Apollo lunaires

Le vaisseau Apollo Rescue des missions Skylab avec un schéma de peinture des Apollo lunaires sans la partie blanche du secteur 4.