歐洲“凡爾納”飛船踏上首航征程

2008年3月9日，歐洲從法屬圭亞那庫魯發射場用阿里安-5火箭發射了新型貨運飛船——“自動轉移飛行器”，這是歐洲繼哥倫布號實驗艙上天之后，為履行國際空間站義務而邁出的又一步，同時進一步增強了歐洲在國際空間站項目中的地位和作用。

“凡爾納”飛船構造

“凡爾納”飛船的外部呈圓柱體，長10.3米，直徑4.5米，發射質量19357千克。表面覆蓋了乳白色的絕緣層，從主體延伸出具有特色的X形藍色太陽電池翼。飛船內部分成加壓集成貨艙和服務艙2個部分。

加壓集成貨艙位于飛船的前半部分，其前端與空間站的星辰號服務艙對接。這個貨艙占飛船總體積的60％，容納了飛船攜帶的所有貨物。貨艙內部又分成2個隔間，一個是加壓段，體積為48立方米，占據了貨艙體積的90％，它是仿造意大利的多用途后勤艙建造的，內有8個由鋁合金制成的標準貨架，用于存放生活物資、科學硬件、新鮮食物包裹、郵件和私人物品等干貨，其中4個貨架能容納1.146立方米的貨物，2個貨架容納0.314立方米貨物，剩余2個容納0.414立方米貨物。

在飛船與空間站對接并完成例行檢查之后，航天員打開星辰號服務艙的艙門，移走“凡爾納”飛船的對接機構，進入貨艙的加壓段，加壓段內至多能容納2名航天員工作、卸貨及開展實驗。在對接期間，通往空間站的艙門一直敞開。

貨艙的另一個隔間是非加壓段，這里存放著流體貨物，流體貨物分別放置于22個不同尺寸和顏色的球形流體罐中，主要是為空間站推進系統提供補給燃料，為站上的航天員提供水和空氣等。

飛船服務艙中包括推進系統、電源、計算機、通信設備及大部分電子設備。電子設備是飛船的“大腦”，用于指揮關鍵設備如計算機、陀螺儀、導航和控制系統及通信設備。電源包括太陽電池陣和蓄電池，飛船上的4塊太陽電池翼在發射100分鐘后展開，展開后的長度達22.3米，每塊電池翼的面積是8.4平方米，總共達33.6平方米，功率為4800瓦。

推進系統有4臺主發動機（提供490牛的推力）和28臺小推進器（提供220牛的推力）。由于飛船自身攜帶了飛行控制和推進系統，因此有很高的自主性，保證其能夠長時間自主飛行，即使在空間站上無人的情況下飛船也能與之對接，對接之后，還能夠幫助空間站進行姿態控制、碎片規避機動及提升空間站軌道。

非同尋常的“大肚漢”

“凡爾納”飛船最多能為空間站運送大約8.3噸的濕貨和干貨，外加2.3噸貨物支持硬件，其運載能力是進步號貨運飛船的3倍。另外“凡爾納”飛船從空間站帶走的垃圾量最多可達6400千克，而進步號最多只能帶走2000千克垃圾。根據空間站的實際需要，“凡爾納”飛船還能夠調節補給物的搭配。飛船攜帶的濕貨包括：

（1）5.8噸推進燃料。這是飛船所攜帶的貨物中所占比例最大的，其中有60％的燃料用于飛船自身的入軌、與空間站的交會對接、驗證各種機動及最后的離軌；剩余的40％將用于幫助空間站提升軌道高度。這些燃料分為2種不同的物質：2200千克的甲肼和3600千克四氧化二氮。

（2）860千克補給燃料。飛船與空間站對接后，這些補給燃料輸送到空間站的燃料儲存罐中，用于空間站的軌道和姿態控制。

（3）270千克水。用于航天員的日常飲用、口腔衛生及食物加濕。

（4）20千克氧氣。用于空間站內的氧氣補給，飛船對接后，由航天員手動注入空間站中。

飛船攜帶的干貨有1.3噸，包括500千克航天員食物、136千克歐洲哥倫布號實驗艙的備用部件、80千克衣服，以及紀念“凡爾納”飛船發射的相關物品，如2本科幻小說家儒勒·凡爾納的手抄本等。

先進性與安全性相結合

“凡爾納”飛船是到目前為止除美國航天飛機之外最大的在軌空間運輸器，也是唯一既具備完全自主能力的無人航天器，又能在對接后滿足載人航天要求的航天器，做到了先進性與安全性相結合。

飛船的集成貨艙的前端安裝了俄羅斯研制的對接系統和電子設備及推進硬件，以保證飛船能與空間站自主交會對接，主要包括2臺視程儀、2臺方向計、2臺星跟蹤器、2臺視頻目標監視器及8臺用于姿態控制的小型推進器，總質量為235千克。

2008年3月9日，“凡爾納”飛船由阿里安-5火箭發射后，被送入傾角為51.6°的軌道，軌道傾角與空間站相同，不過飛船的初始軌道高度為260千米，而空間站軌道高度為340千米。由于3月11日航天飛機執行STS-123任務，因此“凡爾納”飛船在離開初始軌道之后，并不急于與空間站交會對接，而是飛行到滯后空間站2000千米的位置上，保持與空間站相對靜止，直到STS-123任務的完成。在此期間，飛船進行一系列在軌機動，主要目的是驗證飛船的在軌姿態控制能力、在軌導航能力及碰撞規避機動能力，從而保證飛船與空間站對接的安全性。

飛船在成功完成必要的調相和驗證任務之后，就準備與空間站對接，這時飛船與空間站開始建立直接聯系，在距離空間站30千米時，采用GPS技術進行相對位置的精確導航，以7厘米/秒的相對速度（絕對速度為28000千米/小時）緩慢靠近空間站，直到二者距離為249米。然后，飛船利用其前端的視程儀，同時結合方向計所提供的數據，開始與空間站的星辰號服務艙末端對接。為了迎接“凡爾納”飛船的到來，2004年8月3日空間站上的航天員曾進行了一次持續4.5小時的艙外活動，主要任務是更換星辰號末端的激光反向反射器，這是交會對接的關鍵部件。

飛船前端的視程儀首先發射脈沖激光束，激光束經過激光反向發射器反射后形成獨特的光圖像，經過視程儀對這些光圖像的分析處理后，能夠得到空間站的相對位置和方向，從而使飛船識別、靠近并接觸星辰號的對接機構。在視程儀工作的同時，飛船上的方向計也在不間斷地工作，它與雷達的工作原理類似，向激光反向反射器發射與視程儀不同波長的激光脈沖，通過測量反射脈沖的傳播時間，從而獲得兩個航天器之間的距離和方位信息，這些信息與視程儀的數據相比較，起到輔助作用，同時也增加了對接的可靠性。

在飛船與空間站實現對接之后，飛船將保持休眠狀態6個月左右，期間與空間站相連的艙門一直敞開，身著普通服裝的航天員進入到加壓段中，卸掉貨物和設備，并在其中進行科學實驗，還定期將廢舊設備及生活垃圾搬到飛船中。

之后，飛船自動離開空間站，利用剩余的燃料，帶著空間站上的垃圾飛回地球，在太平洋上空的大氣層中殞滅。

我們可以想到，一旦2010年航天飛機退役，僅僅依靠俄羅斯的貨運飛船是不能滿足空間站正常運行要求的，這次“凡爾納”飛船的發射對國際空間站項目的發展具有重要意義，意味著增加了一種空間站的后勤補給運載工具。

對歐洲來說，“凡爾納”飛船的發射使歐洲具備了獨立向空間站運送物資的能力，這無疑具有非常重要的政治和科學影響。同時，飛船也為運送剛剛安裝在空間站上的歐洲哥倫布號實驗艙所需的實驗和科學設備提供必要的保證。歐空局已為ATV飛船項目投資約20億美元，未來還計劃發射4艘ATV飛船，每艘飛船的建造和發射費用約為4.6億美元。

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為何取名為“凡爾納”？

儒勒·凡爾納（1828年～1905年）是一位世界級的科幻小說家，被稱為“奇異幻想的巨匠”、“科幻小說之父”。1863年他發表第一部科幻小說《氣球上的五個星期》，稍后又寫了使他獲得巨大聲譽的科幻三部曲：《格蘭特船長的兒女》、《海底兩萬里》和《神秘島》。他一生共寫了60余部科幻小說，總題為《在已知和未知的世界漫游》。凡爾納的科幻小說是真實性與大膽幻想的結合：奇幻的故事情節，鮮明的人物形象，豐富而奇妙的想象，濃郁的浪漫主義風格和生活情趣，使之產生了巨大的藝術魅力，贏得了全球各種膚色人們的喜愛。

凡爾納的作品形象而夸張地反映了19世紀“機器時代”人們征服自然，改造世界的意志和幻想，并成為西方和日本現代科幻小說的先河。他提出自然科學方面的許多預言和假設，至今還啟發著人們的想象力。許多世界著名的科學家，包括偉大的物理學家愛因斯坦和火箭之父齊奧爾科夫斯基，都曾經生動地論述過，他們正是在儒勒·凡爾納的小說的引導下，走上科學創造道路的。

這次首飛的“自動轉移飛行器”以法國科幻小說家儒勒·凡爾納的名字命名，從中我們可以看到，歐空局的科學家們正在把凡爾納小說中的夢想變為現實。