Das Automated Transfer Vehicle (ATV; für automatisches Transferfahrzeug) war ein unbemannter, nicht wiederverwendbarer Weltraumfrachter, der Nachschub wie Nahrung, Wasser, Ausrüstung, Stickstoff, Sauerstoff und Treibstoffe zur Internationalen Raumstation (ISS) transportierte. Nach dem Andocken wurde er zusätzlich für Ausweichmanöver der Raumstation vor eventuell heranfliegenden Trümmern und für die Anhebung der Umlaufbahn, das so genannte „Reboost“, der ISS benötigt. Zu diesem Zweck war das ATV mit einem eigenen wiederzündbaren Antrieb ausgestattet. Das ATV wurde im Auftrag der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) von der Raumfahrtfirma EADS Astrium Space Transportation in Bremen gebaut und mit Hilfe einer Ariane-5-ES-ATV-Rakete gestartet. Nach dem ersten Start im März 2008 fanden bis zum Programmende im Februar 2015 vier weitere Flüge statt.
Einsatz und Technik Grundsätzlicher Flugverlauf miniatur|ATV als Nutzlast der Ariane 5 ES ATV|links
Eine europäische Trägerrakete Ariane 5 ES ATV startete mit dem ATV als Nutzlast vom europäischen Weltraumbahnhof in Kourou.
miniatur|Kopplungsmechanismus des ATV „Jules Verne“
Das ATV war mit einem hochentwickelten Navigationssystem ausgerüstet, mit dem es seine Flugbahn ermitteln und den Kurs für das Rendezvous-Manöver mit der Raumstation automatisch berechnen und die notwendigen Steuermanöver selbst durchführen konnte. Weil das ATV an das russische Swesda-Modul andocken sollte, wurde beim Kopplungsmechanismus auf eine russische Entwicklung zurückgegriffen. Ein „Einfangen“ des ATV durch den Roboterarm Canadarm2, wie beim japanischen HTV erfolgt, war nicht möglich. Der russische Teil der Station verfügt nicht über passende Konnektoren, den sogenannten Power and Data Grapple Fixtures (PDGF). Diese sind nur im US-amerikanischen Teil der ISS installiert. Das ATV konnte daher Canadarm2 nicht verwenden, was auch einer der wichtigsten Gründe für das automatische Ankopplungsmanöver war. links|mini|ATV-3 mit zündenen Steuerdüsen nähert sich der ISS Überwacht wurden die ATV-Manöver vom ATV Control Centre (ATV-CC), das 2002 im französischen Centre national d’études spatiales in Toulouse eingerichtet wurde. Hier wurde auch die Zusammenarbeit mit den beiden für die ISS zuständigen Kontrollzentren in Moskau und Houston koordiniert.
Angedockt an die ISS, bildete das ATV eine Erweiterung der Station. Der 45 m³ große Innenraum konnte durch die Raumfahrer betreten werden. Das ATV konnte 7,5 Tonnen Nutzlast zur ISS transportieren. Die Versorgungsgüter wurden entnommen und das Vehikel mit bis zu 6,3 Tonnen Abfall beladen, der in der Raumstation angefallen war. Auch wurde das ATV während der Ankopplung durch die ISS-Besatzung gerne zum Schlafen zweckentfremdet, denn es besaß keine ständig eingeschaltete Innenbeleuchtung und war auch nicht an die Klimaanlage angeschlossen, wodurch der Geräuschpegel sehr viel niedriger war.ATV – Aktueller Status, 17. Juni 2008, abgerufen am 27. August 2011
Während der Kopplungsdauer wurden die Triebwerke des ATV genutzt, um die Station in eine höhere Umlaufbahn (maximal 500 km) zu heben. Solche Korrekturen sind in regelmäßigen Abständen nötig, da die ISS aufgrund der Reibung mit der Restatmosphäre in der Erdumlaufbahn von rund 410 Kilometern täglich zwischen 50 und 150 Metern an Höhe verliert. Kontrollierte Schübe aus den Antrieben des ATV glichen diesen Verlust aus. Jedes ATV führte genügend Treibstoff mit, um die Station bis zu 30 Kilometer anzuheben. mini|ATV „Jules Verne“ verglüht beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre Das ATV konnte bis zu sechs Monate mit der ISS verbunden bleiben. Danach wurde es gezielt zum Absturz gebracht. Hierzu wurde nach dem Abkoppelmanöver durch Abbremsen mit den Triebwerken das Perigäum der Umlaufbahn so weit abgesenkt, dass das ATV beim nächsten Perigäumsdurchgang tief in die Erdatmosphäre eintauchte und weitgehend in den oberen Schichten der Atmosphäre verglühte.
Das ATV sollte das russische, ebenfalls unbemannte, Versorgungsraumschiff Progress nach der Stilllegung der amerikanischen Space-Shuttle-Flotte deutlich entlasten. Es besaß etwa die dreifache Transportkapazität des russischen Raumschiffs.
Navigation und Antrieb miniatur|Treibstofftank des ATV
Zur Navigation besaß das ATV verschiedene Systeme. Über Star Tracker konnte beispielsweise die eigene Lage im Raum bestimmt werden. In größerer Entfernung zur ISS konnte das ATV mithilfe von GPS navigieren. Im Anflug wurden GPS im relativen Modus zur ISS, optische Systeme und Laserinterferometer verwendet. Daneben standen Beschleunigungssensoren und Gyroskope zur Verfügung.
Das Lagekontrollsystem steuerte 28 Triebwerksdüsen, die jeweils 220 Newton Schub lieferten. Als Treibstoff kam Monomethylhydrazin, als Oxidator MON3 zum Einsatz.
Kosten Obwohl das ATV ein „Wegwerfprodukt“ war, war seine Verwendung nicht unbedingt teurer als die Versorgung mit dem (wiederverwendbaren) Space-Shuttle-Orbiter, da dort Sicherheitsaspekte gegenüber der Besatzung beträchtliche Kostensteigerungen mit sich brachten.
Missionen Nr. Bezeichnung Name Start (UTC) Ankopplung (UTC) Abkopplung (UTC) Deorbit Burn (UTC) Wiedereintritt (UTC) 1 ATV-1 Jules Verne 9. März 200804:03 3. April 200814:45 5. September 200821:32 29. September 200812:58 29. September 200813:31 2 ATV-2 Johannes Kepler 16. Februar 201121:50 24. Februar 201115:59 20. Juni 201114:46 21. Juni 2011 20:05 21. Juni 2011 20:49 3 ATV-3 Edoardo Amaldi 23. März 201204:34 28. März 201222:31 28. September 201221:44 3. Oktober 2012 3. Oktober 201201:30 4 ATV-4 Albert Einstein 5. Juni 201321:52 15. Juni 201314:07 28. Oktober 20138:59 2. November 2013 2. November 201312:05 5 ATV-5 Georges Lemaître 29. Juli 201423:47 12. August 201413:30 14. Februar 201513:42 15. Februar 2015 15. Februar 201518:04 ATV-1: Jules Verne miniatur|links|Juni 2008: die ISS mit dem angedockten „Jules Verne“ (unten)
Der Start des ersten ATVs erfolgte am 9. März 2008. Es trug den Namen Jules Verne zur Erinnerung an den französischen Science-Fiction-Schriftsteller.ESA Nachrichten: Europa startet seinen ersten ATV-Versorgungstransporter „Jules Verne“ zur ISS, 9. März 2008 Nach einer eingehenden Überprüfung aller Systeme sowie mehrerer Rendezvous-Manöver dockte der unbemannte Weltraumfrachter am 3. April erfolgreich an der Internationalen Raumstation an. Die Kopplung war das erste vollautomatische Dockingmanöver im All, das nicht von einem russischen Raumfahrzeug durchgeführt wurde.
Ende April 2008 wurde „Jules Verne“ erstmals genutzt, um die Umlaufbahn der ISS anzuheben. Mit einem fünfminütigen Testlauf der ATV-Triebwerke am 21. April wurde die mittlere Bahnhöhe um 1,7 km erhöht. Vier Tage später hob der Frachter die Station durch eine Zündung von zwei Triebwerken mit einer Brenndauer von 740 Sekunden um weitere 4,7 km an. Der Gesamtschub von 1000 Newton beschleunigte die Station mit ihrer Masse von 280 Tonnen um 2,65 m/s.ESA: Jules Verne boosts ISS orbit, 25. April 2008
Am 18. Juni fand der erste automatische Treibstofftransfer von rund 280 kg UDMH und 530 kg Stickstofftetroxid vom ATV in die Treibstofftanks der ISS statt.ESA: Premiere for Europe: Jules Verne refuels the ISS, 21. Juni 2008
Bei dem dritten Reboost-Manöver des ATV wurde am 20. Juni die Bahn der ISS um 7 km angehoben. Mit dem 20 Minuten dauernden Schub von zwei Triebwerken wurden die 300 Tonnen Masse der ISS unter Aufwendung von 400 Kilogramm Treibstoff um 4,05 m/s beschleunigt. Nach dem Reboost am 23. Juli wurde die Station beim letzten Reboost durch Jules Verne am 13. August 2008 um 3,3 m/s beschleunigt und damit innerhalb von 16 min 35 s um 5,8 km auf eine mittlere Bahnhöhe von 356 km angehoben. Am 27. August 2008 fand seit 2003 erstmals wieder ein Ausweichmanöver der ISS statt, bei dem das ATV zum Abbremsen der Station eingesetzt wurde,ESA: ATV carries out first debris avoidance manoeuvre for the ISS, 28. August 2008 bevor es am 5. September abdockte.
Der Wiedereintritt von „Jules Verne“ fand am 29. September 2008 in 120 Kilometer Höhe statt und wurde in der „ATV Re-entry observation campaign“ von zwei Beobachterflugzeugen und von Bord der ISS beobachtet und dokumentiert (s. a.ESA: „Jules Verne“ ATV Re-entry (PDF-Datei; 2,9 MB), Sep 2008). In einer Höhe von 75 km zerbrach das Gefährt; etwa 12 Minuten später fielen Überreste in den Pazifik.ESA: Successful re-entry marks bright future for ATV
ATV-2: Johannes Kepler miniatur|Februar 2011: die ISS mit dem angedockten ATV-2 „Johannes Kepler“ (rechts)|linksmini|ATV-2 beim Verlassen der ISS im Juni 2011
Im Februar 2009 beschloss die europäische Raumfahrtbehörde, den zweiten Transporter nach dem deutschen Astronomen und Mathematiker Johannes Kepler zu benennen. Kepler hat auf Basis der Planetenbeobachtungen von Tycho Brahe die nach ihm benannten Keplerschen Gesetze abgeleitet.Second ATV named after Johannes Kepler (englisch) – Artikel bei der ESA, vom 19. Februar 2009 Der Start war zunächst für den 15. Februar geplant.Operations timeline 15/16 February 2011 (englisch) – Artikel beim ATV-Blog, vom 14. Februar 2011 Aufgrund eines Problems mit der Sensorik in einem der Sauerstofftanks des Haupttriebwerkes wurde der automatische Startablauf vier Minuten vor dem Start abgebrochen und um 24 Stunden verschoben. Der Start der bis dahin mit über 20 Tonnen schwersten Nutzlast der Ariane 5 erfolgte planmäßig.Raumfahrer.net: ATV 2: Kepler ist unterwegs zur ISS Das Ankoppeln an der ISS fand am 24. Februar statt. Die Fracht mit einer Masse von insgesamt 7060 kg beinhaltete u. a. 4535 kg Treibstoff, um die ISS anzuheben und 860 kg zum Betanken des Sarja-Moduls. Mit an Bord war das Experiment GeoFlow II – ein Modell zur Simulierung der Konvektionsvorgänge im Erdmantel, welches unter Schwerelosigkeit arbeiten musste, damit das zentrale elektrische Kraftfeld des Experiments nicht überlagert wurde.GeoFlow II: ISS Experimente: Konvektionsströme des Erdmantels in der Schwerelosigkeit Genauere Erkenntnisse über die Vorgänge beim Wiedereintritt des Raumtransporters sollten mit dem Reentry Breakup Recorder (REBR) gewonnen werden, einem Datenlogger, der während der letzten Flugphase Daten über die Desintegration des Transporters aufzeichnen und diese dann über das Iridium-Satellitennetz zur Erde senden sollte.ESA: ATV Johannes Kepler – Information Kit Die Daten sollten helfen, die Vorgänge beim Auseinanderbrechen genauer zu verstehen und so die Sicherheit beim Wiedereintritt von Raumfahrzeugen zu verbessern.
Am 12. Juni 2011 wurde die Bahn der ISS vom ATV-2 um 19 km auf eine mittlere Bahnhöhe von 365 km angehoben. Dazu arbeiteten je zwei der vier Triebwerke des Raumfrachters in zwei Abschnitten 36 bzw. 40 Minuten. Die weitere Anhebung der Flugbahn der ISS auf rund 380 km erfolgte am 15. und am 17. Juni.
Nachdem der Frachter mit 1,3 Tonnen Abfall beladen worden war, trennte er sich am 20. Juni von der Station zum Wiedereintritt. Am 21. Juni verglühte das ATV schließlich über dem Südpazifik. Der mit einem eigenen Hitzeschutzschild ausgestattete Reentry Breakup Recorder sollte seine Daten ab Erreichen einer Höhe von 18 km übertragen, was aber fehlschlug.
ATV-3: Edoardo Amaldi miniatur|links|ATV-3 nähert sich der Station. mini|ATV-3 beim Verlassen der ISS im September 2012Am 16. März 2010 gab die ESA bekannt, dass das dritte ATV nach dem italienischen Physiker Edoardo Amaldi benannt wird. Der Start war für den 9. März 2012 vorgesehen, wurde aber auf den 23. März verschoben. ATV-3 startete am 23. März um 04:34 UTC (1:34 Ortszeit) vom Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guayana an Bord einer Ariane 5 ES zur ISS und koppelte am 28. März dort automatisch am hinteren (axialen) Andockport des russischen Wohn- und Servicemoduls „Swesda“ an.