圖解歐洲自動貨運(yùn)飛船

□ 余 未 文 青

最大的太空拖船

歐空局的自動貨運(yùn)飛船是歐洲有史以來研發(fā)的最大、最重、最復(fù)雜航天運(yùn)載器,也是歐洲為國際空間站常規(guī)運(yùn)行做出的重大貢獻(xiàn)，它的運(yùn)行周期已延至2020年。

多功能自動貨運(yùn)飛船自帶推進(jìn)劑和導(dǎo)航系統(tǒng)，具有全自動控制能力，可滿足載人飛船的安全性要求。發(fā)射升空后，一個(gè)高精度的導(dǎo)航系統(tǒng)為自動貨運(yùn)飛船與目標(biāo)——國際空間站對接進(jìn)行制導(dǎo)，自動對接精度達(dá)到約8厘米，此時(shí)飛船繞地運(yùn)行速度達(dá)到每小時(shí)28000千米。

每艘自動貨運(yùn)飛船都是國際空間站物品儲存、科學(xué)研究和航天員生活保障的至關(guān)重要的手段。與國際空間站對接后，自動貨運(yùn)飛船作為一個(gè)加壓艙和空間站分離前可停靠長達(dá)6個(gè)月的時(shí)間。

自動貨運(yùn)飛船的另一個(gè)貢獻(xiàn)是對國際空間站進(jìn)行軌道提升，同時(shí)避免碰撞空間碎片。任務(wù)完成后，飛船從空間站帶走5.5噸垃圾。

獨(dú)立能力

憑借自動貨運(yùn)飛船與強(qiáng)勁的“阿里安”5號火箭結(jié)合， 歐洲為空間站提供了獨(dú)立的貨物運(yùn)輸能力。這在政治和經(jīng)營兩方面都具有重要意義。

自動貨運(yùn)飛船是由歐空局領(lǐng)導(dǎo)， 合同主承包商是歐洲工業(yè)集團(tuán)歐洲航空防務(wù)航天公司（EADS）下屬阿斯特里姆公司。向國際空間站運(yùn)送推進(jìn)劑、空氣、水等物品，歐洲國家按比例分?jǐn)倗H空間站的成本費(fèi)用。

第二艘自動貨運(yùn)飛船ATV-2“約翰尼斯·開普勒”于 2011年2月發(fā)射。第三艘ATV-3愛德阿多·阿瑪爾迪”于2012年3月發(fā)射。此后，還有兩艘自動貨運(yùn)飛船在一定時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)射。

自動貨運(yùn)飛船發(fā)射

自動貨運(yùn)飛船由“阿里安”5火箭在法屬圭亞那歐洲航天發(fā)射場發(fā)射升空，入軌 5天后，自動貨運(yùn)飛船接近國際空間站，在空間站后與之保持30千米距離。飛船上的計(jì)算機(jī)開始最后的對接程序，最終與空間站靠近時(shí)相對速度是每秒幾厘米，而此時(shí)兩個(gè)航天器的繞地速度為每小時(shí)8000千米。

在自動貨運(yùn)飛船從發(fā)射到對接和從分離到返回的頻繁操作階段，在法國圖盧茲控制中心會有一個(gè)由60人組成的團(tuán)隊(duì)密切監(jiān)視飛行全過程。

國際空間站乘員進(jìn)到對接后的“儒勒·凡爾納”號ATV中

任務(wù)結(jié)束

自動貨運(yùn)飛船可在國際空間站最多停留6個(gè)月，在這期間，航天員把貨物逐步從貨艙全部移出，并把空間站垃圾帶回貨艙。任務(wù)完成后將飛船艙門關(guān)閉后密封。飛船與空間站脫離后，發(fā)動機(jī)點(diǎn)火，推動飛船以很陡的飛行曲線再入地球大氣層， 使飛船在海洋上方的飛行過程中解體，燃燒過程處理國際空間站產(chǎn)生的廢棄物品。

靠近和對接

自動貨運(yùn)飛船自動對接系統(tǒng)從俄羅斯引進(jìn)的進(jìn)步號貨運(yùn)飛船的對接機(jī)構(gòu)，通過一系列傳感器進(jìn)行準(zhǔn)確導(dǎo)航和精確對接。負(fù)責(zé)軌道導(dǎo)航的星敏感器通過區(qū)別天空中不同的星座，為飛船確定在空間的方向信息時(shí)，由GPS導(dǎo)航。通過比較空間站和飛船上GPS定位信息，來測量相互這間的距離和位置。在相對距離為30千米——250米范圍導(dǎo)航。另外還考慮相互遮擋對GPS導(dǎo)航的影響，采用了一個(gè)可視感應(yīng)測量儀，分析從國際空間站的俄羅斯制造的對接口部位反射的激光圖像。

在最后250米接近過程中，視覺感應(yīng)測量儀自動辨識返回的目標(biāo)圖形，計(jì)算出飛船到對接口的距離和方向。

當(dāng)自動貨運(yùn)飛船與國際空間站安全對接后，航天員進(jìn)入貨艙段，開始搬運(yùn)各種物資。同時(shí)，自動貨運(yùn)飛船上的燃料箱和儲水罐與空間站的泵系統(tǒng)接通。航天員可以把氧氣和氮?dú)馑腿肟臻g站。

2012年3月28日，國際空間站上的航天員比爾·佩蒂特拍攝了“愛得阿多·阿瑪爾迪”號ATV與空間站對接的景象

自動貨運(yùn)飛船特性

自動貨運(yùn)飛船由兩部分組成:服務(wù)艙和貨運(yùn)艙。

加壓集成貨艙位于飛船的前半部分，其前端安裝了與空間站的星辰號服務(wù)艙對接的各種設(shè)備和對接機(jī)構(gòu)。這個(gè)貨艙的體積占飛船總體積的60%，容納了飛船攜帶的所有貨物。貨艙內(nèi)部又分成2個(gè)隔間，一個(gè)是加壓段，體積約為45立方米，占據(jù)了貨艙體積的90%，它仿造歐空局為航天飛機(jī)研制的哥倫布實(shí)驗(yàn)艙，內(nèi)有由鋁合金制成的標(biāo)準(zhǔn)貨架，用于存放生活物資、科學(xué)儀器、新鮮食物包裹、郵件和私人物品等干貨。

在飛船與空間段對接并完成例行檢查之后，航天員打開星辰號服務(wù)艙的艙門，移走飛船的對接機(jī)構(gòu)，進(jìn)入貨艙的加壓段，加壓段內(nèi)至多能容納2名航天員工作、卸貨及開展實(shí)驗(yàn)。在對接期間，通往空間站的艙門一直敞開。

每個(gè)自動貨運(yùn)飛船有8個(gè)設(shè)備安裝軌道，用于插入模塊化的貨物儲存單元。

貨艙的另一個(gè)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20多個(gè)不同尺寸和顏色的球形流體罐中，主要是為空間站推進(jìn)系統(tǒng)提供補(bǔ)給燃料，為站上的航天員提供水和空氣等。

飛船的服務(wù)艙中包括推進(jìn)系統(tǒng)、電源、計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備及大部分電子設(shè)備。電子設(shè)備是飛船的“大腦”，用于指揮關(guān)鍵設(shè)備如計(jì)算機(jī)、陀螺儀、導(dǎo)航和控制系統(tǒng)及通信設(shè)備。

由于飛船自身攜帶了飛行控制和推進(jìn)系統(tǒng)，因此有很高的自主性，保證其能夠長時(shí)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(jìn)行姿態(tài)控制、碎片規(guī)避機(jī)動及提升空間站軌道。在完成任務(wù)之后，飛船的服務(wù)艙還會執(zhí)行離軌操作，使飛船攜帶垃圾返回，在太平洋上空實(shí)施控制性再入大氣層。

工作人員正在飛船內(nèi)進(jìn)行測試

歐洲正在研制可返回的飛船ARV

先進(jìn)的可返回飛船

2008年成功完成任務(wù)的自動貨運(yùn)飛船“儒勒·凡爾納”號所具有的技術(shù)能力，為研制新型天地往返系統(tǒng)打下基礎(chǔ)，彌補(bǔ)航天飛機(jī)退役后“國際空間站”運(yùn)輸力量的不足。在歐洲可返回飛船（ARV）計(jì)劃中，第一步是將自動貨運(yùn)飛船的貨運(yùn)艙改成裝備有熱防護(hù)層，并能帶回上百千克物品和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的返回艙。第二步，將未來自動貨運(yùn)飛船的加壓艙改成載人返回艙，讓其成為載人飛船。

與國際空間站對接后的ATV

歐洲第三艘自動轉(zhuǎn)移飛行器的標(biāo)志