儒勒·凡尔纳货运飞船

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儒勒·凡尔纳货运飞船(Jules Verneautomated transfer vehicle)是欧洲首艘自动货运飞船(ATV),
儒勒·凡尔纳货运飞船儒勒·凡尔纳货运飞船
以法国著名科幻作家儒勒·凡尔纳的名字命名,船呈圆筒状,重约20吨,全长约10.3米,最大直径约4.5米,与双层公共汽车大小相当。飞船配有高精度导航系统、对接传感器和通讯设备。
儒勒·凡尔纳货运飞船这次除了为国际空间站运送约8吨的水、燃料和科学仪器等货物外,还将用于提升国际空间站轨道,以及装载空间站的垃圾。飞船预计将在6个月后脱离空间站,并在可控情况下在太平洋上空的大气层中销毁。
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儒勒·凡尔纳货运飞船 简介

       
身长10.3米、直径4.5米、展宽为22.3米的太阳能电池阵列、形状和圆柱体基本相仿的自动货运飞船“儒勒·凡尔纳”号,体积大略等同于一辆伦敦街头的双层公共汽车。有效容积45立方米的货舱(可装9吨货物,大约是俄罗斯“进步”号货运飞船的三倍)装满以后,飞船重量达到19.357吨。此时,“儒勒·凡尔纳”号的货舱里装满了清水、燃料、太空食品和科研用品,还有一本儒勒·凡尔纳的科幻小说《从地球到月亮》。这艘飞船的目的地是正在建设中的国际空间站。
脱离运载火箭以后,“儒勒·凡尔纳”号首先打开四块太阳能电池板,然后在260公里高的绕地轨道上飞行。从地球上观测,可以“看”到“儒勒·凡尔纳”号和国际空间站的运行轨道恰好构成两个同心圆:里圈,是自动货运飞船;外圈,是国际空间站,轨道之间距离240公里。“儒勒·凡尔纳”号要在这个轨道上呆到4月3日,才能和空间站实施对接。

“儒勒·凡尔纳”号等候的,是两天后升空的美国“奋进”号航天飞机,后者将把日本生产的“希望”号实验舱送到国际空间站。一旦“奋进”号腾出空间,“儒勒·凡尔纳”号才能正式亮像登场。

到时,“儒勒·凡尔纳”号将逐渐提高自己的轨道,一点点向国际空间站靠拢。当“儒勒·凡尔纳”号飞到与空间站相距225米的时候,会启动高度灵敏的全自动制导控制系统向空间站靠拢。大约24小时之后,“儒勒·凡尔纳”号和空间站的距离缩短到20米,这时它还要启动另一套防碰撞规避系统,在双重保护下向空间站“稳步前进”。从欧洲航天局网站提供的FLASH上我们看到,通过光学导航系统射出的两道“光柱”,就像连接货运飞船和空间站的两道缆绳,“牵引”“儒勒·凡尔纳”号靠近空间站。最初,导航系统锁定的对接点,是一个直径60厘米的圆点;距离一点点缩小,最后对接点精确到直径10厘米。一旦对接成功,国际空间站里的航天员就可以“飘进”“儒勒·凡尔纳”号的货舱,搬御货物。
“儒勒·凡尔纳”号号称“自动”货运飞船,靠的就是这套全自动导航系统。这套系统性能稳定而且高度灵活,对接中一旦出现意外,它可以自动中止程序,指挥飞船进行规避,然后重新开始——根本用不着地面指挥人员操心。要知道,对接时飞船和空间站的绝对速度高达2.8万公里/小时,“而对接点的范围,我们要求精确到一枚面值一元的欧元硬币大小”。该计划高级顾问如是说。

“儒勒·凡尔纳”号的首次飞行,带有试验的性质,对接过程将持续七至十天。一年以后第二艘自动货运飞船升空时,对接过程将缩短到三到五天。除去给国际空间站补充给养,它还有个额外任务。受大气摩擦影响,国际空间站的轨道高度在不断下降,“儒勒·凡尔纳”号要利用自己的助推器帮它“顶”高一点,恢复到距地400公里的正常高度。成功对接六个月以后,“儒勒·凡尔纳”号返回地球,在太平洋上空解体焚毁。

儒勒·凡尔纳货运飞船 研制背景

       
从1987年起欧洲航天局就开始酝酿制造自动货运飞船。最初(1992年),该计划是向美国“自由”号空间站(里根政府筹建,与苏联空间站抗衡)运送给养。数年之后,合作对象变成了俄罗斯,后者希望自动货运飞船为“和平2”号空间站(“和平”号空间站退役后计划升空的新一代太空站)提供后勤保障。苏联解体以后,“自由”号空间站摇身一变成了“国际空间站”,俄罗斯决定加入这个项目,昔日竞争对手变成合作对象。1994年,自动货运飞船正式列入欧洲航天局的载人开发计划,服务对象锁定国际空间站,该飞船既能搭载货物,也能搭载航天员。“儒勒·凡尔纳”号曲折多变的研发和升空过程,恰好反映了世界航天市场竞争与合作并存,分化组合不断的多变格局。
然而好事多磨,“儒勒·凡尔纳”号紧赶慢赶匆匆赶上的却是一辆末班车。首先,国际空间站的发起人——美国,已经对这个项目意兴阑珊,今后“大部分精力要放在太空长距离载人飞行领域”,月球和火星才是它的主攻方向。其次,国际空间站尚未建好,已经步入迟暮。计划2005年全部完工的太空站,现在仅完成了60%,可是它距离预期中“退休”的日子(2013年~2015年),已经越来越近。人们普遍担心:当太空站最后一个太空舱送到的时候,也是第一批升空的太空舱“退休”的日子。3月11日,美国“奋进”号航天飞机送到空间站的“希望”号实验舱,早在2005年就该到位。到2010年,有效荷载高达30吨的美国航天飞机就要退役,国际空间站只能依靠运载量有限的俄罗斯飞船维持,建设任务更加渺茫。“儒勒·凡尔纳”号在这个时候顶上来,既像“救场”的好心人,又像追赶末班车的“冤大头”。

儒勒·凡尔纳货运飞船 发射

       
格林尼治时间2008年3月9日凌晨1时003分(北京时间9日12时03分),欧洲首艘自动货运飞船(ATV)搭乘阿丽亚娜—5ES型火箭升空从法属圭亚那库鲁航天中心升空,为国际空间站宇航员送去补给,开始为期6个多月的太空之旅。
 

发射地

法属圭亚那库鲁航天中心当天天气阴沉,发射之前还下起了零星小雨,但飞船还是在格林尼治时间9日4时03分准时升空。飞船按计划将于4月3日抵达国际空间站与其自动对接。 飞船原定8日发射,但因需接受进一步检查而延迟。
飞船进入距离地球260公里的轨道后,将展开太阳能电池板,利用两周时间缓慢接近国际空间站,并最终与国际空间站实现自动对接。飞船将为空间站宇航员送去重约8吨的水、食品、压缩空气、燃料和个人物品。对接后,飞船还将利用自身动力提升国际空间站运行轨道,使国际空间站处于更安全位置。国际空间站先前因地球引力和大气分子作用,运行轨迹向地球轻微偏移。
大约6个月后,飞船将带走空间站无法处理的废弃物脱离空间站,在可控情况下销毁于太平洋上空的大气层中。
首艘自动货运飞船升空后,欧洲航天局未来还计划发射4艘同类型飞船,每艘建造和发射费用约为3亿欧元(约合4.6亿美元)。欧洲航天局迄今已为自动货运飞船项目耗资13亿欧元(约合19.6亿美元)。

儒勒·凡尔纳货运飞船 相关报道

       
法国总统尼古拉·萨科齐称赞这次发射成功是“欧洲对国际空间站运作一大重要贡献”。法国外交部长贝尔纳·库什内发表声明说,这是欧洲在战略性尖端技术上的合作成果,“在飞船研发中扮演了重要角色的法国和德国于今天收获了合作成果”。
据新华社电 格林尼治时间9日凌晨,欧洲首艘自动货运飞船(ATV)搭乘阿丽亚娜—5ES型火箭升空,开始为期6个多月的太空之旅。
据欧洲航天局电视直播报道,发射地——法属圭亚那库鲁航天中心当天天气阴沉,发射之前还下起了零星小雨,但飞船还是在格林尼治时间9日4时03分(北京时间9日12时03分)准时升空。飞船按计划将于4月3日抵达国际空间站与其自动对接。
首艘ATV飞船以法国著名科幻作家儒勒·凡尔纳的名字命名,重约20吨。它这次除了为国际空间站运送约8吨的水、燃料和科学仪器等货物外,还将用于提升国际空间站轨道,以及装载空间站的垃圾。飞船预计将在6个月后脱离空间站,并在可控情况下在太平洋上空的大气层中销毁。
于1997年开始,在过去11年中,欧洲航天局已为ATV飞船项目投资13亿欧元 (约合20亿美元)。ATV飞船的投入使用,将有助于缓解在空间站建设过程中俄罗斯“进步”号货运飞船等的工作压力。
首艘ATV飞船最初计划于2004年年底升空,但由于多种原因其发射被一再推迟。

儒勒·凡尔纳货运飞船 接到对接许可

       
欧洲航天局官员2008年4月2日宣布,欧洲崭新的货运飞船已经接到与国际空间站对接的放行通知。
 

接到对接“通行证”

欧洲航天局的管理人员表示,以法国科幻小说的先驱“儒勒·凡尔纳”的名字命名的“自动转移飞行器” (ATV)将于格林威治标准时间4月3日14时41分(北京时间3日22时41分),首次尝试与空间站对接。“自动转移飞行器”的项目经理约翰·埃尔伍德说:“我们已经证实‘儒勒·凡尔纳’号的系统非常安全、可靠,现在正准备与空间站对接。为了这个激动人心的时刻,每个人一直都在努力工作。我们也已经证明地面上的工作组正在为明天的第一次对接尝试做好了充分准备。”
法国西南图卢兹的欧洲航天局任务控制中心对这艘货运飞船进行了两次对接试运行,一次在3月29日进行,另一次在3月31日,两次试验都没出现任何故障。如果4月3日的首次对接尝试不成功,欧洲航天局将在4月5日进行第二次尝试。
 

两度预演很完美

欧洲航天局表示,这艘货运飞船这几天在国际空间站附近运转得非常好,这充分证明了它的控制能力。在4月1日进行的试验中,这艘20吨重的货运飞船从空间站附近慢慢靠近它,直到二者之间的距离小于12米,然后它又慢慢移开,达到安全距离。空间站的合伙人需要通过“彩排”,来证明这艘货运飞船拥有必要的控制能力,足以在4日进行自动对接。
“儒勒·凡尔纳”货运飞船将为国际空间站送去食品、水、氧气、燃料和其他设备。这艘无人驾驶货运飞船是到目前为止由欧洲航天局发射的最大、技术最先进的飞船。“儒勒·凡尔纳”货运飞船和随后几年将要发射的相同的后勤补给飞船,将成为欧洲的空间站项目的一部分。
4月1日的预演进行得非常完美。位于法国、俄罗斯和美国的3个任务控制中心,在监控这次操作过程后,并没有在报告中提出任何问题。货运飞船从39公里的地方开始演练的。它从距离空间站上的俄罗斯“星辰”号服务舱后面15.5公里、3.5公里、250米和20米等一系列“等待点”通过。在每一个等待点,飞船都会接到向下一个等待点前进的命令。最后,该飞船距离“星辰”号仅有12米,并处于完美的对接位置上。这是一次给人留下深刻印象的飞行,空间站和货运飞船都以每小时2.7万公里的速度在地球上方飞越。
随后,国际空间站上的俄罗斯航天员尤里·马连琴科给“自动转移飞行器”下达命令,让它从空间站附近移开。这艘货运飞船按照命令飞到距离空间站39公里的地方。4月1日的演习非常重要,因为它为操控货运飞船驶向对接点的技术提供了一个试验机会。
一旦对接成功,“自动转移飞行器”加压部分的空气将会被“清除”干净。空间站的指令官佩吉·惠特森和她的机组成员有望在4月5日在他们的新“储藏室”内自由自在地走一圈。

儒勒·凡尔纳货运飞船 全自动导航系统

       

自动货运飞船给欧洲航天局提供了难得的实验空间。“儒勒·凡尔纳”号的全自动导航系统,是欧洲航天局在这个领域的突破,但是需要通过“实战”检验、改进。几乎从一开始,自动货运飞船就被“捆绑”进欧洲航天局的载人航天计划,因此它可以被看作是欧洲未来载人飞船的“概念车”。耗资巨大、工程拖沓的国际空间站虽然早就被人讥讽为“科技史上最昂贵的组装‘玩具’”,但是它的存在,毕竟为欧洲航天局提供了一块难得的“练兵场”。“我们把未来的目标瞄准到月球和火星”,欧洲航天局总经理让-雅克·多尔丹说:“但是我们的起步,却要从国际空间站开始。”

“儒勒·凡尔纳”号的全自动导航系统,用一套激光制导的会合系统。当“儒勒·凡尔纳”号飞到与空间站相距225米的时候,会启动高度灵敏的全自动制导控制系统向空间站靠拢。大约24小时之后,“儒勒·凡尔纳”号和空间站的距离缩短到20米,这时它还要启动另一套防碰撞规避系统,在双重保护下向空间站“稳步前进”。最初,导航系统锁定的对接点,是一个直径60厘米的圆点;距离一点点缩小,最后对接点精确到直径10厘米。

这套系统性能稳定而且高度灵活,对接中一旦出现意外,它可以自动中止程序,指挥飞船进行规避,然后重新开始——根本用不着地面指挥人员操心。要知道,对接时飞船和空间站的绝对速度高达2.8万公里/小时,“而对接点的范围,我们要求精确到一枚面值一元的欧元硬币大小”。该计划高级顾问如是说。

儒勒·凡尔纳货运飞船 提升国际空间站运行轨道

       

据俄罗斯飞行控制中心发布的消息说,此次提升轨道从莫斯科时间2008年8月13日11时58分(北京时间15时58分)开始,飞船四个发动机中的两个被启动,并工作了995秒,在此期间国际空间站运行轨道提升了约5.8公里,最后到达距地球约356公里的太空轨道。
这是近两个月来对空间站运行轨道实施的第二次调整。之所以进行轨道调整,是由于受地球引力影响,空间站运行轨道会以每天100米左右的速度下降。调整轨道将会为俄罗斯“进步”号与“联盟”号飞船接近空间站并与其对接创造最佳条件。按计划,“进步”号与“联盟”号飞船将分别于2008年9月和10月从哈萨克斯坦境内的拜科努尔发射场升空。



附图

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