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最大的太空拖船

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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,可满足载入飞船的安全性要求。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部具有重要意义。

自动货运飞船是由欧空局领导,合同生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,人轨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。

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,来测量相互之间的距离和位置。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人空间站。

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人地球大气层,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。

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人大气层。

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。