Введение

Автоматизированный транспортный аппарат (англ. Automated Transfer Vehicle, первоначально Ariane Transfer Vehicle или ATV) — одноразовый грузовой космический аппарат, разработанный Европейским космическим агентством (ЕКА) для доставки грузов в космос в период с 2008 по 2015 год. Аппарат ATV был запущен на орбиту пять раз исключительно ракетой-носителем Ariane 5. По сути, он являлся более крупным европейским аналогом российского грузового корабля "Прогресс", предназначенным для доставки грузов к одному пункту назначения — Международной космической станции (МКС), но обладал вместимостью в три раза большей.

История

Пять ATV были названы в честь выдающихся европейских ученых и инженеров: Жюля Верна, Иоганна Кеплера, Эдуардо Амальди, Альберта Эйнштейна и Жоржа Леметра. После нескольких задержек в программе, первая из них была запущена в марте 2008 года. Эти ATV осуществляли снабжение МКС, доставляя различные полезные грузы, такие как топливо, вода, воздух, продукты питания и оборудование для научных исследований; ATV также поднимали станцию на более высокую орбиту во время стыковки. ATV представлял собой беспилотную платформу, работавшую с высоким уровнем автоматизации, например, в процессе стыковки; он никогда не использовался для перевозки людей. В 2008 году было предложено продолжить использование ATV. Различные варианты дальнейшего развития, включая пилотируемые версии ATV, а также возможности повторного использования секций или элементов его технологий, изучались ESA и Airbus Defence and Space, основным производителем аппарата. Однако 2 апреля 2012 года ESA объявила о завершении программы ATV после запуска пятого ATV в 2014 году. В 2012 году страны-участницы ESA решили, что конструкция ATV может быть адаптирована для использования в качестве сервисного модуля космического корабля NASA Orion. В январе 2013 года ESA и NASA объявили о совместной разработке сервисного модуля для Orion на базе ATV, позднее переименованного в Европейский сервисный модуль (ESM), который станет ключевым компонентом пилотируемого корабля Orion. Запущенный 16 ноября 2022 года космический аппарат NASA Artemis 1 доставил на орбиту вокруг Луны космический корабль Orion с Европейским сервисным модулем (ESM), изготовленным компанией Airbus Defence and Space, для выполнения двух запланированных облетных траекторий. ESA будет поставлять ESM для программы Artemis до Artemis 6, а Artemis 3 обеспечит возвращение людей на Луну впервые с 1972 года.

Происхождение

В 1990-х годах, в период реализации программы Международной космической станции (МКС), 15 стран-участниц пришли к общему мнению о том, что после завершения строительства МКС, пилотируемой космической станции на низкой околоземной орбите (НЗО), потребуются регулярные миссии по снабжению для обеспечения потребностей экипажа, а также для доставки оборудования, необходимого для проведения различных научных экспериментов на борту. В октябре 1995 года было согласовано, что в рамках вклада Европы в программу МКС под эгидой Европейского космического агентства (ЕКА), Европа возьмет на себя ответственность за разработку автоматизированного транспортного аппарата (ATV) – космического аппарата, ориентированного на логистику, который будет выполнять задачи по снабжению МКС. К середине 2004 года было объявлено об отсрочке запуска первого ATV, который к тому времени проходил электрические испытания после завершения интеграционных работ, из-за технических проблем. Сообщалось, что запуск планируется на конец 2005 года после заключения пересмотренного контракта с основным подрядчиком на сумму 1,1 миллиарда долларов. В марте 2005 года была объявлена очередная задержка запуска в связи с необходимостью доработки программного обеспечения для обработки нештатных ситуаций, а также с изменением сроков пускового окна, что перенесло запланированный запуск ATV с конца 2005 года на неопределенную дату в 2006 году. В октябре 2005 года было уточнено, что новая дата запуска первого ATV назначена на 2007 год. В сентябре 2006 года было объявлено, что финальный этап испытаний специализированного модуля ATV на ракете-носителе Ariane 5 находится на завершающей стадии. В декабре 2006 года было объявлено об успешном завершении вакуумных испытаний первого ATV, что ознаменовало собой успешное завершение ключевых тестов и позволило установить окончательную дату запуска. В апреле 2007 года ATV был подвергнут четырехмесячному процессу квалификации в ответ на оперативные вопросы, включая вопросы безопасности, поступившие из США, а также для оценки потенциальной коммерциализации аппарата.

Производство

После многочисленных реструктуризаций и смен владельцев, по сообщениям, стоимость каждого космического аппарата ATV составляла около 300 миллионов долларов США, без учета стоимости запуска. В марте 2005 года РКК «Энергия» заключила контракт на 40 миллионов евро с одним из основных субподрядчиков Airbus Defence and Space, итальянской компанией Alenia Spazio (ныне Thales Alenia Space), на поставку российской системы стыковки, системы дозаправки и российской системы управления оборудованием. В рамках проекта, возглавляемого Airbus Defence and Space, Thales Alenia Space отвечает за секцию ATV, предназначенную для перевозки грузов под давлением, и производит её на предприятии компании в Турине, Италия. 31 июля 2007 года первый ATV, «Жюль Верн», прибыл на космодром ESA в Куру (Французская Гвиана) после почти двухнедельного путешествия из порта Роттердама. 9 марта 2008 года «Жюль Верн» был запущен ракетой-носителем Ariane 5 с космодрома в Куру. 3 апреля 2008 года «Жюль Верн» успешно осуществил автоматическую стыковку с МКС, продемонстрировав возможности первого полностью автоматического грузового корабля ESA, предназначенного для однократного использования. Прибытие ATV совпало с периодом, когда существовали общественные опасения относительно логистической целесообразности снабжения МКС. Помимо использования ESA и России, ATV в определенный момент рассматривался для оказания услуг NASA в рамках программы Commercial Orbital Transportation Services для замены выводимых из эксплуатации космических шаттлов в части их орбитальной грузоподъемности. Одним из предполагаемых вариантов использования ATV для NASA было осуществление схода МКС с орбиты после завершения срока её службы, поскольку в то время он был единственным аппаратом, способным выполнить эту задачу после прекращения эксплуатации шаттлов. Однако, данное предложение не получило соответствующего контракта.

Дизайн

Автоматизированный транспортный аппарат (ATV) был одноразовым грузовым космическим аппаратом, разработанным в 1990-х годах. Каждое транспортное средство состояло из двух отдельных секций: системного блока и интегрированного грузового отсека. Обработка данных для маневра стыковки и систем аварийного прекращения сближения была разработана и изготовлена компанией CRISA. Дополнительные данные мониторинга и резервирование обеспечивала автоматическая система стыковки "Курс", которая также использовалась на космических аппаратах "Союз" и "Прогресс". Визуальная информация поступала с камеры, установленной на модуле "Звезда" МКС. По своему назначению ATV был разработан для дополнения меньшего российского корабля "Прогресс", обладая в три раза большей полезной грузоподъемностью. Как и "Прогресс", он мог перевозить как жидкости, так и относительно хрупкие грузы, которые хранились в грузовом отсеке с поддержанием внутри него нормального атмосферного давления, позволяющего космонавтам получать доступ к грузу без использования скафандров. Герметичный грузовой отсек ATV был основан на итальянском многоцелевом логистическом модуле (MPLM), который представлял собой "космическую баржу/контейнер", доставлявшийся на станцию и обратно шаттлом. В отличие от MPLM, который необходимо было пристыковывать к МКС, ATV использовал тот же стыковочный механизм, что и "Прогресс". Аппарат выводился на орбитальную плоскость, совместимую с МКС, с помощью одноразовой ракеты-носителя Ariane 5; вскоре после отделения от ракеты-носителя ATV разворачивал свои солнечные панели. Корабль был запущен на орбиту ракетой Ariane 5 с экваториального стартового комплекса ELA 3 в Космическом центре Гвианы. После отделения от ракеты и нескольких недель испытаний и корректировки орбиты ATV успешно состыковался с Международной космической станцией в 14:45 UTC 3 апреля 2008 года. В ранние утренние часы 29 сентября 2008 года "Жюль Верн" сгорел в атмосфере над необитаемым районом Тихого океана к юго-западу от Таити.

Иоганн Кеплер

Запущенный 17 февраля 2011 года, "Йоханнес Кеплер" на тот момент являлся самым тяжелым грузом, когда-либо выведенным на орбиту Европейским космическим агентством, и доставил на МКС 7000 кг груза. Первая попытка запуска, предпринятая 15 февраля 2011 года, была прервана на финальном этапе отсчета, за четыре минуты до старта, из-за ложного сигнала от одного из топливных баков ракеты-носителя. 29 апреля 2011 года двигатели ATV были использованы для разворота МКС, чтобы обеспечить стыковку российского грузового корабля "Прогресс". В связи с задержкой запуска STS-134 миссия "Йоханнес Кеплер" была продлена, и он отстыковался от МКС 20 июня 2011 года. 21 июня 2011 года он был затоплен в плотных слоях атмосферы.

Эдуардо Амальди

Третий космический аппарат ATV прибыл во Французскую Гвиану в конце августа 2011 года и был запущен 23 марта 2012 года. Он состыковался с Международной космической станцией в 22:31 GMT 28 марта 2012 года.

Альберт Эйнштейн

Альберт Эйнштейн ATV был самым тяжелым космическим аппаратом, запущенным ракетой-носителем Ariane на тот момент, и стартовал 5 июня 2013 года в 21:52:11 GMT. Он состыковался с МКС 15 июня 2013 года в 14:07 GMT.

Жорж Лематр

Названа в честь бельгийского астронома Жоржа Леметра. Космический аппарат был запущен в ночь на 29 июля (23:44 GMT, 20:44 по местному времени, 30 июля 01:44 CEST), 2014 года, с миссией по снабжению Международной космической станции (МКС) топливом, водой, воздухом и сухим грузом, а также произведением искусства художницы Кэти Патерсон. Он состыковался с МКС 12 августа в 13:30 GMT. Общая масса Georges Lemaître составляла почти , что превышало массу всех ранее запущенных ATV. Это также сделало его самым тяжелым космическим аппаратом, когда-либо запускаемым ракетой Ariane.

Центр управления ATV

Миссии ATV контролировались и управлялись из Центра управления ATV (ATV CC), расположенного в Космическом центре Тулузы (CST) в Тулузе, Франция. Центр управления ATV (ATV CC) отвечал за планирование и выдачу команд для орбитальных маневров и задач каждой миссии ATV, начиная с момента отделения от ракеты-носителя и до сгорания в атмосфере Земли. ATV CC поддерживал прямую связь с Центром управления Columbus (Col CC) в Оберпфаффенхофене, Германия. Col CC обеспечивал ATV CC доступом как к системе слежения и ретрансляции данных NASA, так и к европейским коммуникационным сетям Artemis для связи как с ATV, так и с МКС. ATV CC координировал свою работу с Центром управления миссиями имени Кристофера К. Крафта-младшего (MCC H) NASA в Хьюстоне и Российским центром управления полетами (ЦУП или MCC M) в Москве, а также с космодромом для запуска ATV в Космическом центре Гвианы в Куру, Французская Гвиана.

Основа для модуля европейской службы

В мае 2011 года генеральный директор ЕКА объявил о возможном сотрудничестве с НАСА в разработке преемника ATV. Позже в том же году было представлено предложение об использовании сервисного модуля, созданного на базе ATV, для капсулы NASA Orion. Этот сервисный модуль должен был быть предоставлен в качестве бартера за 8% долю ЕКА в операционных расходах МКС, которую пять ATV обеспечили до 2017 года. Разработка сервисного модуля для Orion позволила бы покрыть долю ESA в эксплуатации МКС до 2020 года.

«Вклад ESA будет критически важен для успеха миссии Orion в 2017 году» — заявил руководитель программы NASA Orion.

Одно из исследований рассматривало возможность разработки сервисного модуля для Orion, а другое – разработку многоцелевого аппарата, способного доставлять грузы на космические станции, удалять космический мусор и обслуживать спутники на орбите. Завершение исследований планировалось до конца 2012 года. На заседании Совета министров ЕКА в ноябре 2012 года ЕКА взяла на себя обязательство разработать сервисный модуль, а в середине декабря подписала соглашение с НАСА о поставке сервисного модуля Orion, созданного на базе ATV, для первого запуска Orion с помощью системы космических запусков.

Предложения по развитию

В дополнение к своей основной роли как одностороннего беспилотного грузового транспортного средства, с момента начала работы над проектом, ESA рассматривала ATV как потенциальную отправную точку для целого семейства автоматизированных космических аппаратов. Потенциальная коммерциализация ATV также была предметом официального исследования, проведенного ESA, в ходе которого изучались перспективы использования космического аппарата в качестве специализированного буксира для спутников, а также возможности использования альтернативных систем запуска. После решения NASA о завершении эксплуатации космического шаттла в 2011 году, ESA приняла решение запустить серию дополнительных исследований для определения потенциала эволюции и адаптации ATV. В результате этих исследований версия для возврата грузов (CARV) была определена как особенно перспективный кандидат для дальнейшей разработки. Цель этого варианта – предоставить ESA возможность транспортировать научные данные и груз с МКС на Землю. Кроме того, CARV мог быть усовершенствован для превращения в пилотируемый транспортный корабль, который будет запускаться модифицированной ракетой Ariane 5.

Мини-космическая станция. Концепция MSS представляет собой предложение по эволюции ATV, предусматривающее создание нескольких ATV с двумя стыковочными портами, по одному на каждом конце. Текущая версия ATV уже подготовлена к установке стыковочного порта в задней части, а основная двигательная установка расположена цилиндрически, оставляя место для туннеля в центре. Эта концепция позволит кораблям "Союз", "Прогресс" и другим ATV стыковаться к задней части ATV, обеспечивая непрерывный поток российских транспортных средств с использованием доступных стыковочных портов, в то время как ATV будет находиться на стыковке в среднем около 6 месяцев.

Cargo Ascent and Return Vehicle (CARV) доставит переработанную капсулу, способную возвращать полезную нагрузку с орбиты. Ее можно будет установить вместо грузового отсека ATV. Кроме того, она может быть адаптирована для использования причала вместо стыковочного порта на американской стороне станции. Учитывая большие размеры причальных узлов, станет возможным перемещать на станцию полные международные стандартные стеллажи полезной нагрузки (ISPR) с ATV, что возможно только с помощью транспортного средства H II Transfer Vehicle. Также изучались возможности запуска ATV на других ракетах-носителях, кроме Ariane 5, в частности, в рамках программы Commercial Orbital Transportation Services.

ESA и ее государства-члены рассмотрят вопрос об одобрении дальнейшей разработки ATV в ближайшие годы. 14 мая 2008 года аэрокосмическая компания EADS Astrium и Немецкий аэрокосмический центр (DLR) объявили о начале разработки проекта по адаптации ATV в систему транспортировки экипажа. В предполагаемой конфигурации корабль сможет доставлять экипаж из трех человек за пределы низкой околоземной орбиты (LEO) с помощью модифицированной версии ракеты Ariane 5 и будет более просторным, чем российский "Союз". Макет предлагаемого корабля был публично представлен на Международной аэрокосмической выставке 2008 года в Берлине. Если бы проект получил одобрение ESA, разработка должна была бы проходить в два этапа:

Первый этап включал бы разработку Advanced Reentry Vehicle (ARV), способного безопасно доставлять до 1500 кг груза из космоса на Землю к 2015 году (см. CARV выше). Эта возможность была бы доступна ESA даже в случае прекращения дальнейшей разработки. Она была бы полезна в программе МКС, а также в предлагаемой миссии по возвращению образцов с Марса совместно с NASA. Разработка ARV использовала бы результаты работы над демонстратором атмосферного торможения, пилотируемым возвращаемым аппаратом и связанными с ними проектами. Бюджет на этот этап модернизации ATV, по сообщениям, составил бы 300 миллионов евро.

Второй этап предусматривал бы адаптацию существующей капсулы для безопасной транспортировки людей, а также модернизацию двигательной установки и других систем в служебном модуле. Этот этап занял бы от 4 до 5 лет и, по словам старшего представителя Astrium, стоил бы "несколько миллиардов евро".

В ноябре 2008 года министры ESA выделили бюджет на исследование целесообразности разработки капсулы для возврата грузов на Землю, что является необходимым условием для разработки версии ATV, предназначенной для возврата грузов или для перевозки экипажа. 7 июля 2009 года ESA подписала с EADS Astrium контракт на проведение исследования стоимостью 21 миллион евро.

В конечном итоге, усилия по разработке ARV были прекращены после завершения этапа B1 из-за финансовых ограничений, вызванных финансовым кризисом конца 2000-х годов.

Экзолинер

В течение 2010-х годов компания Lockheed Martin разработала предложение для Commercial Resupply Services 2, которое включало новый грузовой модуль для транспортировки грузов с определенным диаметром, названный Exoliner. Он был основан на конструкции ATV и должен был быть совместно разработан с Thales Alenia Space.