ATV、猎户座和海鹰的飞船“三角恋”

文/李晨风

欧空局的自动转移飞行器（ATV），最初称为阿里安转移飞行器。它是一种一次性的货运飞船,在2008～2015年先后发射了5次，但是因为欧空局没有申请到后续经费，所以就此画上了句号。但是，欧空局一直没有放弃把它改造成载人飞船的努力。失败了两次之后，最终在美国“猎户座”飞船的MPCV版上找到了转世重生的机会。而俄罗斯在研的“海鹰”下一代飞船，也和ATV有直接的历史关系。这看起来简直就像是一段三角恋故事。

猎户座飞船的服务舱将采用欧空局的自动转移飞行器（ATV）服务舱

洛·马公司基于猎户座飞船设想的登月舱

和货运飞船一起飞向深空的猎户座飞船

猎户座飞船与自动转移飞行器的关系

作为美国当前在研技术水平最高、投入最大的飞船型号，猎户座飞船最近似乎很少出现在人们的视野当中，反而是用来发射猎户座飞船的SLS火箭上镜机会更多。其实，猎户座飞船早就准备完毕，打算在2022年8月首次升空。

该飞船在8月要执行的，是美国重返月球的阿尔忒弥斯1号任务，不但是SLS火箭的首次飞行，也是猎户座MPCV版的首次飞行，也就是“多用途载人飞行器”。根据计划，猎户座飞船将实施26～42天的飞行任务，其中至少有6天是在绕月的逆行轨道上。那么，它和欧洲的自动转移飞行器有啥关系呢？

之所以从单纯的“猎户座”改名为MPCV，是因为增加了两个舱段。由美国洛·马公司研制的猎户座飞船原本是一个圆台形的飞行器，不过这仅仅是乘员舱罢了。要想执行长时间太空飞行任务，需要推进舱（或者叫服务舱）等的支持。MPCV就是引入了欧洲空客航天防务公司研制的服务舱，这种服务舱是在欧洲ATV货运飞船基础上开发而来的。

除了推进舱之外，猎户座的另一个组成部分是逃逸塔。和联盟飞船或者神舟飞船的发射不同，猎户座飞船是不收纳在整流罩当中的，而是直接暴露在SLS火箭顶部。因此，逃逸塔是连接在飞船顶部，而不是整流罩上的。在研制过程当中，逃逸塔也被认为是飞船的一部分，而不是火箭的一部分。

转世重生的欧洲自动转移飞行器（ATV）

ATV全部由阿里安5运载火箭发射，五艘飞船各自以欧洲科学和工程界的重要人物命名，包括儒勒·凡尔纳、约翰内斯·开普勒、爱德华多·阿马尔迪、阿尔伯特·爱因斯坦和乔治·勒梅特。ATV给国际空间站送去了各种有效载荷，如推进剂、水、空气、食品和科研设备，在接驳期间，ATV还负责为空间站提供轨道保持的推进。

上世纪90年代，美国、俄罗斯和欧洲共同决定研制国际空间站。当时的空间站货物补给手段只有3种：航天飞机人货混装，联盟飞船人货混装，进步飞船载货。欧洲希望抓住机会，研制属于自己的飞船，提高航天工业水平。1995年10月，各方同意在欧空局的赞助下对国际空间站做出多种贡献，其中包括自动转移飞行器。

1998年12月9日，欧空局授予法国航空航天公司一份价值4.7亿美元的合同，承担ATV的总包工作。分包商包括意大利阿莱尼亚、法英联合的马特拉·马可尼航天、德国航空航天公司(DASA)。俄罗斯能源集团也提供了一些组件，其中包括对接机构、燃料补加机构和相应的控制设备。ATV的加压舱部分主要由阿莱尼亚航天公司负责，在该公司位于意大利都灵的工厂生产。

猎户座飞船的降落伞测试

从上世纪90年代末期到21世纪，欧洲的航天防务企业界发生了复杂的重组和股权变更，最终ATV的主要承包商变成了空中客车航天防务公司。随着项目从开发进入生产阶段，大部分活动都转移到了德国不来梅，5艘飞船都是在那里制造的。

猎户座飞船进行航天员出舱演练

猎户座飞船的逃逸塔

根据德国航空航天中心(DLR)的数据，ATV的开发成本约为13.5亿欧元，每艘ATV的成本约为3亿美元，其中不包括发射成本。按照欧空局的思路，ATV由两个主要的部分组成：系统总线和综合货运载体。系统总线包含ATV的推进系统、电子设备和太阳能电池板。系统总线在船箭分离之后负责实施变轨飞行，并与国际空间站对接。综合货运载体包括一个加压舱、容纳流体和气体货物的非加压舱、相应的电子设备和交会传感器，以及对接机构。加压舱外还有陨石和碎片防护系统。

ATV的交会对接系统由一对视频记录仪和一对测距仪组成。它还采用了备份的俄罗斯“航向”自动对接系统，与联盟和进步飞船相同。

与航天飞机的渊源

而ATV飞船和洛·马公司的老产品航天飞机还有一段历史渊源。

ATV的加压舱是从国际空间站“多用途后勤舱”（MPLM）发展而来。“多用途后勤舱”早年是为航天飞机设计的，装满货物后用航天飞机送到国际空间站，然后用机械手抓取，对接到空间站上。加压舱的货物用完后装满垃圾，再用航天飞机带回地球。

所以，欧空局在设计ATV的时候，在“多用途后勤舱”基础上进一步扩大，并且用“系统总线”取代了航天飞机。ATV发射时重量达到20.7吨，载货量达到8吨。一般来说，ATV的货物配置包括1500～5500千克干货物（补给货物、科学有效载荷等），840千克的水，100千克气体（氮气、氧气或空气，三选二），以及最多4700千克推进剂。

ATV的系统总线部分配备了3800瓦的太阳能电池板、40安时的电池、4个R-4D型490牛推进器、28个220牛的姿态控制和制动推进器。

太空中的ATV飞船

猎户座载人飞船

作为一种优秀的飞船，欧空局在2008年就提出要在ATV基础上开发多种新的航天器，包括载人飞船、空间站舱段等，但都没有申请到经费。2012年4月2日，欧空局宣布ATV计划将在2014年发射第五艘后终止。但是同年又出现了新的希望，欧空局成员国共同决定，在ATV设计基础上进行调整，为美国宇航局猎户座飞船研制奔月服务舱。2013年1月，美国宇航局同意了这个方案，这就是MPCV的由来。

欧空局的自动转移飞行器（ATV）

未来美国登月舱必然会基于猎户座飞船研制

其他想法

欧空局方面曾经讨论过ATV的几种衍生型号，比如说货运返回型号（CARV），可以把科学数据载体和在空间制造的物品带回地面。如果CARV取得成功，再进一步开发成载人型号。载人型号称为CTV，用加压再入舱取代当前的综合货运舱，同时增加逃逸救生分系统。CTV设计载人能力为4～5人。

ATV改造成载人飞船的想法不止上面这一个。2008年5月14日，俄罗斯能源集团、欧洲的EADS阿斯特里姆公司和德国航空航天中心(DLR)宣布，打算在ATV基础上，研制一种三舱式载人飞船。这显然是沿用了联盟飞船的理念，且更大、更宽敞。其中ATV的加压舱作为轨道舱部分，俄罗斯提供一种新的返回舱，在返回舱后面对接一个服务舱，成为完整的载人飞船。据说这个型号是为了和美国的“猎户座”飞船系统相竞争。

欧空局和俄罗斯航天局都曾经对这个型号寄予厚望。按照计划，将首先研制载人的先进再入飞行器（ARV），在2015年首次飞行，能够将1500千克的货物送回地球。再用4～5年时间，改造成为载人返回舱。2009年7月，欧空局向EADS阿斯特里姆公司提供了2100万美元的研究合同。但是很快，因为欧洲政府财政危机，项目取消。俄罗斯随后用ARV的设计提出了“海鹰”新一代飞船计划，并且继续推进，预计在2025年首飞。

另外一个想法是迷你空间站（MSS），在ATV的后部再开一个对接口，这样就能把几艘ATV串联起来，形成多舱。在实际发射的5艘ATV当中，其实已经为这个概念留出了条件。ATV的主推进系统是环形布置在飞船后部的，中间可以开辟一个隧道，虽然很狭窄，但是航天员可以勉强爬过去，就像圣诞老人钻烟囱一样。对接口可以和联盟飞船兼容。

猎户座飞船用SLS火箭发射，必须研制逃逸塔

基于猎户座飞船的一种月球着陆器设想