ATV

Tàu vận tải ATV
ATV nhìn từ trạm ISS
Kích thước
Chiều dài	9749 mm
Đường kính lớn nhất	4480 mm
Sải cánh của tấm thu năng lượng mặt trời	22281 mm
Khối lượng
Khối lượng của tàu	10740 kg
Khối lượng tiêu thụ	2613 kg
Tổng khối lượng của tàu	13083 kg
Khối lượng hàng hóa	7667 kg
Khối lượng khi phóng (tối đa)	20750 kg
Khối lượng rác thải	6300 kg
Sức đẩy
Hệ thống đẩy chính	4 x 490 N
Hệ thống điều khiển tư thế	28 x 220 N
Chất nổ đẩy	nhiên liệu monometyl hidrazin và chất oxy hóa nitơ tetroxyt
Áp suất	Chất tạo áp suất heli tại 31 MPa
Điện năng
Số mảng thu năng lượng mặt trời	4
Số tấm/mảng	4
Năng lượng tạo ra	3800 W sau 6 tháng đầu tiên
Năng lượng yêu cầu	< 400 W ở trạng thái nghỉ
Cung cấp bởi ISS	< 900 W ở trạng thái hoạt động

Đối với các định nghĩa khác, xemATV (định hướng).

ATV(Automated Transfer Vehicle), có nghĩa là tàu vận tải tự hành, là mộttàu vũ trụcủacơ quan không gian châu Âuđược sử dụng để chuyên chở các trang thiết bị và dụng cụ thí nghiệm, thức ăn, nước, không khí, các nhu yếu phẩm khác và nhiên liệu chotrạm không gian quốc tếISS. Nó cũng có thể được dùng để đẩy trạm ISS lên quỹ đạo cao hơn khi cần.

Lịch sử

Từnăm 1987,ngành công nghiệp củachâu Âuvới sự dẫn đầu củaESAđã có các nghiên cứu khái niệm và hệ thống về một phương tiện vận tải tự động.

Năm 1988,sau khi quyết định tham gia vàochương trình trạm không gian của Mỹvới việc ký kết mộtthỏa thuận liên chính phủvớiHoa Kỳvà các đối tác tham gia khác,ESAđã có dự định phát triển một loạitàu vũ trụkhông người lái có thể bị phá hủy sau khi sử dụng. Các tàu này được dự định dùng để đưa hàng tiếp tế lên trạm và mang rác thải khỏi trạm bên cạnhtàu con thoicủa Mỹ vàtàu bay không gian Hermescủa châu Âu.

Con tàu này được dự định phóng lên bởitên lửa Ariane 5khi đó còn chưa được xây dựng. Do đó nó được đặt tên là Ariane Transfer Vehicle (ATV), về sau được đổi lại là Automated Transfer Vehicle. Nó được dự kiến có khả năng đáp ứng được nhiều loại trọng tải khác nhau kể cả các module của trạm không gian, các côngtenơ chứa hàng và cácvệ tinh.

Vào thời điểm đó, ATV được dự định phát triển trong vòng 5 năm và sẽ được đưa lên bệ phòng ngay khitên lửa Ariane 5được đưa vào sử dụng khoảng giữathập niên 90.Chi phí cho dự án được dự toán khoảng 100 – 150 triệuđôla,và giá của mỗi con tàu vào khoảng 30 – 40 triệu đôla.

Năm 1992,ESAbắt đầu hợp tác nghiên cứu vớiNASAđể xác định các sứ mệnh ATV tớitrạm không gian tự docủa Mỹ.

Năm 1993,ESAvàcơ quan không gian liên bang Nga(RSA - Russian Space Agency) đã đồng ý nghiên cứu các sứ mệnh có thể có của các tàu ATV lên trạmMir 2.Vì lý do tài chính, các dự ántrạm không gian tự docủa Mỹ vàMir 2củaNgasau này đã được kết hợp lại trong một dự án quốc tế lớn hơn là chương trìnhtrạm không gian quốc tế.

Năm 1995,sau mộthội nghị cấp bộ trưởngởToulouse,Pháp,các nước châu Âu đã chấp thuận tham gia vào chương trìnhtrạm không gian quốc tếvới 2 đóng góp chính làphòng thí nghiệm Columbusvà tàu vận tải ATV. Có 10 đại diện củaESAtham gia vào chương trình này làBỉ,Đan Mạch,Đức,Pháp,Hà Lan,Na Uy,Tây Ban Nha,Thụy Điển,Thụy SĩvàÝ.

Cũng trongnăm 1995,Nga cũng quyết định tham gia vào chương trình này.DASA,khi đó là nhà thầu chính của dự án ATV, đã đề nghịRKK Energia,nơi phát triển chính cáctàu vũ trụ của Nga,về việc xem xét khả năng sử dụng ATV bên trongkhu vực của Nga trên trạm không gian quốc tế.Sau đó, vai trò này củaDASAđã được chuyển choAerospatiale,một công ty Pháp vàonăm 1996.Từ đây, nhiều sự cải tiến và bổ sung đã được đưa thêm vào thiết kế của ATV như hệ thống tiếp nhiên liệu, hệ thống hỗ trợ cho việc ghép nối vào trạm và thêm các tấm thu năng lượng mặt trời giúp ATV có thể hoạt động độc lập trên quỹ đạo trong thời gian dài hơn.

Trong suốt thời kỳ này, hai bên Nga và châu Âu đã trải qua nhiều cuộc thương thuyết và tranh luận về vấn đề chi phí cũng như về mặt kỹ thuật của dự án. Cuối cùngngày 21 tháng 6 năm 2000RKK EnergiavàAlenia– một công ty của Ý đã đặt được một hợp đồng về sự hỗ trợ từ các hệ thống của Nga dành cho ATV. Đổi lại, một phần bên trong của ATV sẽ được dùng để chứa các hàng hóa của Nga.

ATV được thiết kế chủ yếu để phục vụ cho các hoạt động nghiên cứu của châu Âu trênphòng thí nghiệm Columbus.Do vậy, mặc dù sau đó việc phát triển ATV được tiến hành thuận lợi nhưng sự chậm trễ trong việc đưaphòng thí nghiệm Columbuslêntrạm không gian quốc tếđặc biệt là sausự cố của tàu Columbiakhiến cho việc phóng ATV bị chậm lại đáng kể.

Chiếc ATV đầu tiên, được đặt tên làJules Verne,đã được phóng lên quỹ đạo vàongày 9 tháng 3 năm 2008.Jules Vernelà tên của mộttác giảnổi tiếng người Pháp sống vàothế kỷ 19.NgoàiJules Vernera dự kiến cho đến năm 2015 sẽ còn có thêm 4 chiếc ATV nữa được chế tạo để phục vụ chotrạm không gian quốc tế.

Sứ mệnh

Jules Verne

Jules Verne, tàu ATV đầu tiên, còn có thêm hai lần thử nghiệm các thao tác trong quá trình gặp gỡ với trạm và rút lui an toàn khi có sự cố vào ngày 29 và 31 tháng 3 năm 2008 trước khi được cho kết nối thật sự vào trạm vàongày 3 tháng 4 năm 2008.

Vai trò

Với châu Âu

ATV làtàu vũ trụlớn và phức tạp nhất mà châu Âu từng xây dựng. Sự có mặt của ATV tạo choESAkhả năng độc lập trong việc mang hàng hóa lên trạm phục vụ cho hoạt động củaphòng thí nghiệm Columbuscũng như toàn bộtrạm không gian quốc tế,không quá lệ thuộc vào các phương tiện của Nga và Mỹ. Điều này giúp nâng cao vị thế của châu Âu trong chương trìnhtrạm không gian quốc tế.Ngoài ra, ATV cũng mở ra một triển vọng mới đểESAphát triển cácphương tiện vận tải vũ trụkhác trong tương lai.

"Với sự ghép nối của Columbus, châu Âu đã có căn phòng của mình trên công trình ISS, với việc phóng chiếc ATV đầu tiên, chúng ta đã có một chiếc xe giao hàng của chính mình" (Daniel Sacotte – giám đốc ESA về chuyến bay không gian có người lái, vi trọng lực và thám hiểm).¹

Với trạm không gian quốc tế

Trạm không gian quốc tếcần được cung cấp thường xuyên các thiết bị thí nghiệm, các bộ phận thay thế, nhiên liệu cũng như các nhu yếu phẩm như thức ăn, không khí và nước cho cácphi hành gia.Cáctàu không người lái Progresscủa Nga và cáctàu con thoicủa Mỹ đảm nhận công việc này. Tuy nhiên cáctàu con thoisẽ được nghỉ hưu vào khoảngnăm 2010sau khi việclắp ghép trạm không gian quốc tếhoàn thành. Do vậy sự có mặt của tàu ATV, với khả năng mang gấp 3 lượng hàng hóa so vớiProgress,đóng một vai trò rất quan trọng cho việc duy trì hoạt động củatrạm không gian quốc tế.Nó cũng giúp châu Âu chia sẻ phí tổn trong chương trìnhISSvới các đối tác khác.

Cấu tạo

ATV là mộttàu vũ trụđa chức năng, kết hợp cả các chức năng tự động của một tàu không người lái với các yêu cầu an toàn của một tàu có người lái. Nó là một con tàu được thiết kế tinh vi để có thể hoạt động một cách hoàn toàn tự động.

ATV có khối lượng tới gần 21 tấn khi phóng và có độ lớn đủ để chứa một chiếcxe buýt 2 tầng.Với kích cỡ và khối lượng như vậy, ATV yêu cầu mộtthiết bị phóngđặc biệt. Loại tên lửa dùng để phóng ATV là một loạitên lửa Ariane 5được cải tiến gọi làAriane 5 ES ATV,được thiết kế để có thể thích ứng với tải trọng của ATV. Lần phóng đầu tiên của nó đã đưa chiếc ATV đầu tiên – Jules Verne lênquỹ đạo260 km cách mặt đất.

Phần bên ngoài của ATV là một hình trụ dài 10,3 m và đường kính 4,5 m che phủ bởi một lớp lá cách điện phía trên các tấm bảo vệ khỏi các mảnhthiên thạch.Trên phần thân chính của tàu có các mảng thu năng lượng mặt trời vươn ra hình chữ X.

Bên trong của ATV bao gồm hai phần: Module phục vụ chứa các hệ thống hoa tiêu và tạo sự đẩy, và bộ phận mang hàng hóa tích hợp (Integrated Cargo Carrier) chứa các hàng hóa dạng khô và dạng chất lưu.

Bộ phận mang hàng hóa tích hợp

Bộ phận này nằm ở đầu phía trước của tàu và là phần được nối vào với trạmISS.Nó chiếm 60% thể tích của toàn bộ con tàu và mang theo tất cả hàng hóa cung cấp cho trạm. Bộ phận này được chia thành hai phần.

Phần được điều áp

Với thể tích 48 m3, phần này được nối trực tiếp vớimodule ZvezdacủaISS.Nó chứa các hàng hóa khô như các dụng cụ bảo trì, thiết bị khoa học, các phần thức ăn tươi, thư từ và đồ dùng cá nhân. Phần này chiếm tới 90% thể tích của bộ phận mang hàng hóa tích hợp.

Phần này có chỗ để chứa tới 8 giá đựng tiêu chuẩn với thiết kế gồm các bộ phận bằng nhôm để chứa các thiết bị và túi chuyên chở. Cấu trúc của phần này dựa trên cácmodule hậu cần đa mục đíchdo Italia chế tạo. Các module này được dùng để mang hàng tiếp tế lên cho trạmISSvà được chở trong khoang chở hàng của cáctàu con thoi.

Phần không được điều áp

Nằm phía sau phần được điều áp và ngăn cách bởi một vách ngăn, phần hình trụ này là nơi các hàng hóa dạnglưu chất(khívàlỏng) được lưu giữ. Gian này gồm 22 thùng chứa hình cầu với các kích cỡ và màu sắc khác nhau. Các thùng chứa này cung cấp chất nổ đẩy chohệ thống tạo sức đẩycủa trạm cũng nhưkhông khí(oxy,nitơ) vànướccho cácphi hành giacủa trạm. Phần này nằm ở giữa tàu và không thể nhìn thấy được từ bên ngoài. Cácchất lưutrong thùng chứa được chuyển sang trạm thông qua hệ thống ống dẫn chuyên dụng nối với hệ thống đường ống của trạm hoặc thông qua các ống dẫn vận hành bằng tay.

Hình nón phía trước

Phần đầu của bộ phận mang hàng hóa tích hợp chứa các thiết bị để gặp gỡ và lắp ghép với trạm không gian. Nó gồm một hệ thống kết nối của Nga, các thiết bị hàng không và tạo sự đẩy quyết định tới quá trình tự động tiếp cận, gặp gỡ và kết nối của ATV với trạmISS.

Module phục vụ

Module này gồm các hệ thống tạo sự đẩy, điện năng (gồm các tấm năng lượng mặt trời), máy tính, liên lạc và phần lớn các thiết bị hàng không. Module này chia thành nhiều gian.

Thiết bị hàng không

Gian thiết bị điện tử hàng không (Avionic) được coi là bộ não của ATV. Trông giống một đai hình trụ cao 1,36 m, gian này nằm ở phần phía trên của module phục vụ. Nó chứa các bộ phận tối quan trọng như các máy tính, cáccon quay hồi chuyển,các hệ thốnghoa tiêuvà điều khiển cùng các thiết bị liên lạc. Gian này nối với gian tạo sự đẩy.

Điện năng

Trên module phục vụ có 4 mảng thu năng lượng mặt trời với sải cánh tổng cộng là 22,3 m. Điện năng từ đây được đưa vào các ắc quy có thể sạc lại để sử dụng khi tàu ở vị trí bịTrái Đấtche mấtmặt trời.Các tấm thu năng lượng mặt trời này phân phối khoảng 4,8 kW điện cho các hệ thống và thiết bị trên ATV.

Sự đẩy

Hệ thống tạo sự đẩy (Propulsion) giúp vận chuyển tàu ATV tới trạmISS,tạo khả năng tự động lái với 4động cơ đẩychính (cung cấp 490 N sức đẩy) để đẩy tàu về phía trước và 28 ống phun đẩy nhỏ hơn (cung cấp 220 N lực đẩy) để điều khiển tư thế. Khi tàu đậu vào trạm, hệ thống này cũng được sử dụng để điều khiển tư thế của cả trạm và đẩy trạm lên cao hơn.

Hoạt động

Cứ khoảng mỗi 17 tháng, một tàu ATV lại được mộttên lửa Arane 5phóng lên từsân bay vũ trụ châu ÂuởKourou,Guyanathuộc Pháp. Nó sẽ mang theo khoảng 7,7 tấn hàng hóa lêntrạm không gian quốc tế.

Sau khi tớiquỹ đạo,một hệ thốnghoa tiêuvới độ chính xác cao trên tàu sẽ tự động lái nó theo một quỹ đạo để tới gặp gỡ với trạm. Quá trình này diễn ra trong vài tuần. Con tàu sẽ đậu vào cổng lắp ghép phía sau củamodule phục vụ Zvezdacủa Nga. Quá trình gặp gỡ và kết nối này diễn ra một cách tự động tuy nhiên cácphi hành giatrên trạm cũng như chuyên gia trên mặt đất có thể can thiệp bất cứ lúc nào nếu thấy cần thiết. Sau khi lắp ghép thành công, cácphi hành giasẽ lấy hàng tiếp tế trên tàu sau khi mở cánh cửa nối giữa trạm này với con tàu.

ATV sẽ ở lại trên trạm trong khoảng 6 tháng. Trong thời gian này nó có vai trò như một phần điều áp của trạm. Nó cũng sẽ được sử dụng để đẩy trạmISSlên một độ cao lớn hơn. Mặc dù trạmISSở phía trênbầu khí quyểnnhưng ở độ cao này vẫn có một lượng nhỏ không khí đủ để gây ra ma sát khiến trạm bị giảm độ cao (tới khoảng 300 m mỗi ngày).

Khisứ mệnhgần kết thúc, cácphi hành giasẽ chất đầy phần điều áp bên trong con tàu ATV với khoảng tới 6,4 tấn thiết bị, vật dụng không còn sử dụng và rác thải từ trạm. Sau đó tàu sẽ rời khỏi trạm và được đốt cháy hoàn toàn phía trênThái Bình Dươngkhi trở vềbầu khí quyển của Trái Đất.

Ngoài ATV vàProgress,tàuHTV(H-II Transfer Vehicle) củaNhậtdự kiến sẽ được phóng trong tương lai cũng là mộttàu vận tải không người láicó chức năng mang đồ tiếp tế chotrạm không gian quốc tế.

Hàng hóa

Thông số về hàng hóa

Hàng hóa khô	1500 – 5500 kg
Nước	0 – 840 kg
Khí (Nitơ, Oxy, không khí)	0 – 100 kg
Chất nổ đẩy cho trạm ISS	0 – 860 kg (306 kg nhiên liệu, 554 kg chất oxy hóa)
Chất nổ đẩy để đẩy và điều khiển trạm ISS	0 – 4700 kg
Khối lượng hàng hóa tổng cộng	7667 kg

ATV có thể mang theo tới 7667 kg hàng hóa lên trạm ISS. Tùy theo yêu cầu nó có thể mang theo nhiều loại hàng tiếp tế khác nhau. Các tải trọng trên ATV gồm có:

• Chất nổ đẩy của tàu: Sử dụng để nâng quỹ đạo của tàu, gặp gỡ và ghép nối với ISS và hạ quỹ đạo của nó khi kết thúc sứ mệnh.
• Chất nổ đẩy cho trạm: Được chuyển cho trạm sau khi tàu đậu vào trạm. Nó được ISS sử dụng để điều khiển quỹ đạo và tư thế của mình.
• Nước uống: Được các phi hành gia sử dụng để uống, hyđrat hóa lại thức ăn và làm vệ sinh răng miệng.
• Không khí (Oxy và Nitơ): Cung cấp lại không khí cho trạm.
• Hàng hóa khô: Gồm nhiều loại như thức ăn, quần áo, các thiết bị và dụng cụ thay thế và các đồ dùng khác.

Các dự án

Với khả năng mang tải trọng lớn (gần 9 tấn hàng hóa và chất nổ đẩy) cùng với kỹ thuật hiện đại và phức tạp, ATV là một nền tảng tuyện vời giúp châu Âu có thể phát triển những loạitàu vũ trụmới với chức năng và độ phức tạp khác nhau.ESAđã có những nghiên cứu với phạm vi khác nhau.

Nghiên cứu 1

Nằm trong phạm vi củachương trình nghiên cứu tổng quátđược bắt đầu vào đầunăm 2004,đề án này gồm 3 kịch bản:

Mang trở về hàng hóa lớn (Large Cargo Return)

Bộ phận mang hàng hóa tích hợp được thay bởi một khoang chứa hàng hóa lớn. Khoang này được bảo vệ bởi mộtlớp bảo vệ nhiệt,nhờ đó nó có thể mang trở vềTrái Đấthàng trăm kg hàng hóa và các mẫu thí nghiệm có giá trị. Đề án này về sau được phát triển thành một nghiên cứu chi tiết hơn gọi là "phương tiện mang hàng hóa trở về" (Cargo Return Vehicle).

Tàu vận chuyển người (Crew Transport Vehicle)

Bộ phận mang hàng hóa tích hợp thành một khoang hạ cánh để chở người. Ban đầu nó sẽ được dùng làmtàu cứu hộcho trạmISS,sau đó sẽ trở thành một phương tiện chở người hoàn thiện (lên và xuống). Đề án này sẽ giúp châu Âu có khả năng mang người lênquỹ đạo thấp của Trái Đất.

Phương tiện vận tải hậu cần không điều áp (Unpressurised Logistics Carrier)

Đề án này có thể mang lên trạm tới hàng tấn thiết bị không cần điều áp, chở trong một bộ phận mang chuyên dụng có thể thay thế cho bộ phận mang hàng hóa tích hợp. Các thiết bị này sẽ được chuyển tới vị trí cuối cùng của nó bằng cáccánh tay robothay cáccuộc đi bộ không gian.

Nghiên cứu 2

Đây là một nghiên cứu tỉ mỉ hơn gọi là "phương tiện mang hàng hóa trở về" (Cargo Return Vehicle – CARV).Bắt đầu vào mùa thu 2004,mục tiêu của loại tàu mới này là đỗ vàophần của Mỹ trên trạm ISSvà trao đổi các giá tiêu chuẩn trên trạm.

Các hướng phát triển khác

Mang trở về hàng hóa nhỏ (Small payload return)

Phần trung tâm của ATV được trang bị một khoang nhỏ có thể được phóng ra. Khoang này sẽ có thể mang trở vềTrái Đất150 kg hàng hóa khi kết thúcsứ mệnh.Nó sẽ dùng để mang về các mẫu thí nghiệm khoa học và công nghệ có giá trị.

Nơi trú ẩn an toàn/phòng thí nghiệm trôi lơ lửng

ATV có thể được phát triển thành mộtphòng thí nghiệmkhông chở người với mức độvi trọng lựclớn hơn của trạmISS.Nó sẽ đậu định kỳ vào trạmISScho các nhiệm vụ hậu cần và có thể là một nơi trú ẩn an toàn cho toàn bộphi hành đoàncủa trạm khi có sự cố khẩn cấp.

Trạm không gian mini

ATV được trang bị với 2 cơ cấu lắp ghép ở phía trước và phía sau để có thể ghép nối với nhau như các toa tàu.

Phương tiện vận tải thám hiểm (Exploration Transport Vehicle - ETV)

ATV có thể được phát triển để trở thành một phương tiện vận tải mang được tới hàng tấn hàng cung cấp lên quỹ đạo củamặt trăngvàsao hỏabao gồm cả cáckính viễn vọng không gianvà cáctàu vũ trụ liên hành tinh.Nó sẽ trở thành tàu kéo không gian lớn nhất được xây dựng.

Bên lề

• Trong số các hàng hóa mang theo trên Jules Verne có hai bản viết tay của chínhtác giả Jules Verne.Các món đồ này nhằm kỷ niệm việc phóng chiếc ATV Jules Verne lênquỹ đạo.²
• Ngoài các chức năng chính của mình, Jules Verne còn được cácphi hành giatrên trạm tận dụng vào các mục đích khác như là nơi tắm rửa và ngủ, do ATV cung cấp một khoảng không gian riêng tư hơn và có mức độ ồn thấp hơn ở các khu vực khác. Các thùng chứa hình cầu rỗng trên ATV sau khi đã truyền hết bên trong cũng được tận dụng để chứa nước ngưng tụ từ không khí cũng như chất lỏng thải ra từ các nhà vệ sinh trên trạm. Đây là các công dụng mới của ATV mà không hề được tính tới ban đầu.³
• Thời gian Jules Verne lưu lại trên trạm được kéo dài thêm một tháng so với kế hoạch tớitháng 9 năm 2008để tận dụng lực đẩy rất mạnh của nó cho trạm.³

Tham khảo

• ESA's role with ATV – ESAwebsite
• Jules Verne Info Kit – ESAwebsite
• ATV origin – Russianspaceweb
• ATV – the European ISS resupply ship
• ATV launh update – ESAwebsite

Chú thích

• Chú giải 1:Europe launches its first resupply ship -- Jules Verne ATV -- to the ISS
• Chú giải 2:Jules Verne cargo – ESAwebsite
• Chú giải 3:ESAJules Verne ATV reveals unexpected capabilities