图解欧洲自动货运飞船

□ 余 未 文 青

最大的太空拖船

欧空局的自动货运飞船是欧洲有史以来研发的最大、最重、最复杂航天运载器,也是欧洲为国际空间站常规运行做出的重大贡献，它的运行周期已延至2020年。

多功能自动货运飞船自带推进剂和导航系统，具有全自动控制能力，可满足载人飞船的安全性要求。发射升空后，一个高精度的导航系统为自动货运飞船与目标——国际空间站对接进行制导，自动对接精度达到约8厘米，此时飞船绕地运行速度达到每小时28000千米。

每艘自动货运飞船都是国际空间站物品储存、科学研究和航天员生活保障的至关重要的手段。与国际空间站对接后，自动货运飞船作为一个加压舱和空间站分离前可停靠长达6个月的时间。

自动货运飞船的另一个贡献是对国际空间站进行轨道提升，同时避免碰撞空间碎片。任务完成后，飞船从空间站带走5.5吨垃圾。

独立能力

凭借自动货运飞船与强劲的“阿里安”5号火箭结合， 欧洲为空间站提供了独立的货物运输能力。这在政治和经营两方面都具有重要意义。

自动货运飞船是由欧空局领导， 合同主承包商是欧洲工业集团欧洲航空防务航天公司（EADS）下属阿斯特里姆公司。向国际空间站运送推进剂、空气、水等物品，欧洲国家按比例分摊国际空间站的成本费用。

第二艘自动货运飞船ATV-2“约翰尼斯·开普勒”于 2011年2月发射。第三艘ATV-3爱德阿多·阿玛尔迪”于2012年3月发射。此后，还有两艘自动货运飞船在一定时间间隔内发射。

自动货运飞船发射

自动货运飞船由“阿里安”5火箭在法属圭亚那欧洲航天发射场发射升空，入轨 5天后，自动货运飞船接近国际空间站，在空间站后与之保持30千米距离。飞船上的计算机开始最后的对接程序，最终与空间站靠近时相对速度是每秒几厘米，而此时两个航天器的绕地速度为每小时8000千米。

在自动货运飞船从发射到对接和从分离到返回的频繁操作阶段，在法国图卢兹控制中心会有一个由60人组成的团队密切监视飞行全过程。

国际空间站乘员进到对接后的“儒勒·凡尔纳”号ATV中

任务结束

自动货运飞船可在国际空间站最多停留6个月，在这期间，航天员把货物逐步从货舱全部移出，并把空间站垃圾带回货舱。任务完成后将飞船舱门关闭后密封。飞船与空间站脱离后，发动机点火，推动飞船以很陡的飞行曲线再入地球大气层， 使飞船在海洋上方的飞行过程中解体，燃烧过程处理国际空间站产生的废弃物品。

靠近和对接

自动货运飞船自动对接系统从俄罗斯引进的进步号货运飞船的对接机构，通过一系列传感器进行准确导航和精确对接。负责轨道导航的星敏感器通过区别天空中不同的星座，为飞船确定在空间的方向信息时，由GPS导航。通过比较空间站和飞船上GPS定位信息，来测量相互这间的距离和位置。在相对距离为30千米——250米范围导航。另外还考虑相互遮挡对GPS导航的影响，采用了一个可视感应测量仪，分析从国际空间站的俄罗斯制造的对接口部位反射的激光图像。

在最后250米接近过程中，视觉感应测量仪自动辨识返回的目标图形，计算出飞船到对接口的距离和方向。

当自动货运飞船与国际空间站安全对接后，航天员进入货舱段，开始搬运各种物资。同时，自动货运飞船上的燃料箱和储水罐与空间站的泵系统接通。航天员可以把氧气和氮气送入空间站。

2012年3月28日，国际空间站上的航天员比尔·佩蒂特拍摄了“爱得阿多·阿玛尔迪”号ATV与空间站对接的景象

自动货运飞船特性

自动货运飞船由两部分组成:服务舱和货运舱。

加压集成货舱位于飞船的前半部分，其前端安装了与空间站的星辰号服务舱对接的各种设备和对接机构。这个货舱的体积占飞船总体积的60%，容纳了飞船携带的所有货物。货舱内部又分成2个隔间，一个是加压段，体积约为45立方米，占据了货舱体积的90%，它仿造欧空局为航天飞机研制的哥伦布实验舱，内有由铝合金制成的标准货架，用于存放生活物资、科学仪器、新鲜食物包裹、邮件和私人物品等干货。

在飞船与空间段对接并完成例行检查之后，航天员打开星辰号服务舱的舱门，移走飞船的对接机构，进入货舱的加压段，加压段内至多能容纳2名航天员工作、卸货及开展实验。在对接期间，通往空间站的舱门一直敞开。

每个自动货运飞船有8个设备安装轨道，用于插入模块化的货物储存单元。

货舱的另一个隔间是非加压段，这里存放着流体货物，流体货物分别放置于20多个不同尺寸和颜色的球形流体罐中，主要是为空间站推进系统提供补给燃料，为站上的航天员提供水和空气等。

飞船的服务舱中包括推进系统、电源、计算机、通信设备及大部分电子设备。电子设备是飞船的“大脑”，用于指挥关键设备如计算机、陀螺仪、导航和控制系统及通信设备。

由于飞船自身携带了飞行控制和推进系统，因此有很高的自主性，保证其能够长时间自主飞行，即使在空间站上无人的情况下飞船也能与之对接，对接之后，还能够帮助空间站进行姿态控制、碎片规避机动及提升空间站轨道。在完成任务之后，飞船的服务舱还会执行离轨操作，使飞船携带垃圾返回，在太平洋上空实施控制性再入大气层。

工作人员正在飞船内进行测试

欧洲正在研制可返回的飞船ARV

先进的可返回飞船

2008年成功完成任务的自动货运飞船“儒勒·凡尔纳”号所具有的技术能力，为研制新型天地往返系统打下基础，弥补航天飞机退役后“国际空间站”运输力量的不足。在欧洲可返回飞船（ARV）计划中，第一步是将自动货运飞船的货运舱改成装备有热防护层，并能带回上百千克物品和实验结果的返回舱。第二步，将未来自动货运飞船的加压舱改成载人返回舱，让其成为载人飞船。

与国际空间站对接后的ATV

欧洲第三艘自动转移飞行器的标志