Das HTV (H-2 Transfer Vehicle) ist ein von der japanischen Raumfahrtagentur JAXA entwickeltes unbemanntes Versorgungsraumschiff für die Internationale Raumstation. Vom ersten Start am 10. September 2009 bis zum letzten am 20. Mai 2020 wurde es neunmal eingesetzt. Ab 2025 soll es vom Nachfolgemodell HTV-X abgelöst werden.Stephen Clark: Japan’s HTV ready for launch with last set of new space station solar batteries. Spaceflight Now, 19. Mai 2020.

Aufbau mini|Die Segmente des HTV

Das 10,5 Tonnen schwere HTV besteht aus einem zylindrischen Körper von 9,80 Metern Länge und 4,40 Metern Durchmesser. Das HTV ist in zwei Frachtsektionen, ein Avionikmodul und ein Antriebsmodul (Propulsion Module) untergliedert. Neben dem druckbeaufschlagten Teil des Frachtraumes (PLC – Pressurized Logistics Adapter), der nach dem Andocken von der Besatzung der Internationalen Raumstation (ISS) betreten werden kann, verfügt das HTV über einen nicht druckbeaufschlagten Teil (UPLC – Unpressurized Logistics Adapter), in dem Nutzlast transportiert werden kann. Dazu befindet sich seitlich eine Öffnung mit einer Größe von 2,7 × 2,5 Metern. Vorteil dieses Verfahrens ist, dass sperrige Gegenstände, die nicht durch die Schleusen der Station transportiert werden können, als Außenlast mitgeführt werden können. Hauptaufgabe war die Belieferung, Ausrüstung und Versorgung des japanischen Kibō-Labors der ISS. Das HTV konnte bis zu sechs Tonnen Fracht befördern, von der etwa 4500 kg im unter Druck stehenden und 1500 kg im nicht unter Druck stehenden Bereich des HTV untergebracht werden konnten. Im nicht druckbeaufschlagten Teil konnte unter anderem eine Trägerplattform des Typs I (Exposed Pallet) mit bis zu drei genormten Experimentiercontainern für das japanische Kibō-Modul der ISS untergebracht werden, die dann vom Canadarm2 der ISS entnommen wurde. Alternativ konnte auch eine Trägerplattform (Typ III) mit bis zu sechs US-amerikanischen ORU-Containern transportiert werden (zum Beispiel ORU-Batterien).JAXA: HTV Übersicht Durch den passiven Kopplungsadapter mit US-Standardmaßen (Passive Common Berthing Mechanism – PCBM) war das HTV auch in der Lage, Standardeinbauten für das Columbus-Modul oder Destiny zu transportieren, die nicht durch die russischen Kopplungsadapter passten.

mini|Die vier Haupttriebwerke des HTV

Das HTV besitzt auf der Unterseite vier Haupttriebwerke von Aerojet, die paarweise betrieben werden und einen Schub von 490 N liefern. Sie wurden hauptsächlich für die Anhebung auf eine Transferbahn zur ISS und zur Abbremsung des HTV gegen Ende der Mission genutzt. Das HTV ist so ausgelegt, dass es die ISS bis zu einer Flughöhe von 460 km erreichen konnte. Darüber hinaus sind 28 Manövrierdüsen (Attitude Control Thruster) mit jeweils 110 N Schub vorhanden (im Normalfall werden 14 Düsen benutzt, weitere 14 sind redundant vorhanden). Alle Triebwerke werden mit Monomethylhydrazin (MMH) und einem Stickstoffoxidgemisch (MON3) als Oxidator betrieben. Im Antriebsmodul sind dafür vier Treibstofftanks mit maximal 2400 kg Fassungsvermögen eingebaut sowie vier kleinere Heliumtanks zu deren Druckversorgung.

Die Energieversorgung des Frachters wird durch 47 Solarzellenmodule auf der Außenseite gewährleistet. Das Avionikmodul stellt damit zwei redundante Stromnetze (jeweils 50 V Gleichstrom) für die weiteren Teile des HTV zur Verfügung. Nach dem Andocken kann die Stromversorgung auch extern über die ISS erfolgen (120 V Gleichstrom-Bordnetz).JAXA: HTV-1 Mission Press Kit 9. September 2009 (PDF-Datei, 6,24 MB, englisch) Die Energiespeicherung erfolgt durch sieben Batteriemodule (Primary Batteries P-BAT) mit jeweils 200 Ah, die im Avionikmodul untergebracht sind. Zur Absicherung gibt es eine weitere Batterie (Secondary Battery S-BAT).

Missionsablauf Das HTV wurde mit einer H-2B-Rakete vom Weltraumbahnhof Tanegashima im südlichen Japan aus gestartet. Nach einer Flugzeit von 15 Minuten wurde das HTV in einer Höhe von etwa 287 km von der zweiten Raketenstufe abgetrennt und nahm eine Transferbahn zur ISS ein. Die Navigation erfolgte hauptsächlich per GPS, die Kommunikation mit der Erde erfolgt über das TDRS-System (Tracking and Data Relay Satellite) der NASA. Ab einer Entfernung von 23 km befand sich das HTV in der „Proximity Communication Zone“ und konnte damit direkt mit Kibō kommunizieren. Ab einer Entfernung von 500 Metern zur ISS wurde der Rendezvous-Sensor aktiviert, der mit optischen Kameras und Lasersensoren das HTV bis in eine Entfernung von 10 Metern an die Station navigierte. Das HTV manövrierte selbständig in eine Parkposition vor der Internationalen Raumstation und wurde dann vom Canadarm2-Roboterarm der Raumstation gegriffen und an eine Kopplungsstelle mit US-Standardmaßen geführt. Das Ankoppeln erfolgte üblicherweise nach etwa 5 Tagen und 16 Stunden.JAXA: Launch/Operation and Control Plans for H-II Transfer Vehicle (HTV) Demonstration Flight and H-IIB Launch Vehicle Test Flight (H-IIB TF1) Juli 2009 (PDF-Datei, 750 kB, englisch)

Das HTV kann üblicherweise bis zu 30 Tage angedockt bleiben (bei HTV-1 rund 45 Tage) und wird zum Missionsende – wie die russischen Progress-Transporter und das ATV – mit bis zu 6000 kg Abfall und nicht mehr benötigter Ausrüstung beladen und kontrolliert in der Erdatmosphäre zum Verglühen gebracht.

Unterscheidungsmerkmale zum ATV und dem Progress-Transporter mini|Nadir Standarddockposition des HTV

Während der Konzeptionsphase in den späten 1980er Jahren stand von Anfang an fest, dass das HTV am amerikanischen Teil der Raumstation angekoppelt werden sollte. Es musste auf ein Andocksystem wie etwa beim Progress-Transporter oder dem ATV verzichtet werden, da die amerikanischen Kopplungsstellen nicht für automatische Kopplungen konstruiert wurden. Daher entschied man sich für ein Einfangen des Transporters mit Hilfe eines Roboterarms. Das ATV nutzte unter anderem das in Lizenz erworbene russische KURS-Andocksystem der Firma RCS Energia,John Catchpole: The international space station: Building for the future, Praxis Verlag, Juni 2010, ISBN 978-0-387-78144-0, Kapitel „Partners“ S. 25. das Annäherungssystem des HTV hingegen wurde in Japan entwickelt. Dazu diente der 1997 gestartete Experimentalsatellit Kiku-7, der aus zwei Subsatelliten bestand, die sich selbstständig annähern und andocken konnten. Das ATV verwendete das russische SSVP-G4000-Kopplungssystem, das HTV den amerikanischen Common Berthing Mechanism (CBM).

Standardmäßig wurde das HTV am amerikanischen Modul Harmony angedockt, es konnte aber auch an jeden anderen freien amerikanischen Kopplungsport andocken (bei HTV-1 Nadir-Port von Harmony). Die amerikanischen Kopplungsstellen verfügen im Gegensatz zu russischen Kopplungsstellen über keine Treibstofftransferleitungen. Daher kann das HTV im Gegensatz zum ATV keine Treibstoffvorräte, Sauerstoff oder Wasser zur ISS befördern (Letzteres kann aber in Wasserbeuteln mitgenommen werden). Hingegen können aber sperrige Gegenstände wie z. B. Labormodule (Science Racks) vom unter Druck stehenden Teil des HTV in die Station befördert werden, da der Kopplungsquerschnitt der amerikanischen Module mit zirka 1,27 × 1,27 Metern annähernd quadratisch ist, gegenüber den runden russischen Kupplungen mit 0,8 Metern Durchmesser. Sowohl beim ATV wie auch bei Progress war beziehungsweise ist der Transport sperriger Lasten nicht möglich. Somit war zuletzt neben der Spacex Dragon nur das HTV in der Lage, größere Gegenstände als Außenlast zur ISS zu befördern oder nicht mehr benötigte Gegenstände von der Station mitzunehmen.

Im Gegensatz zum ATV ist das HTV nicht dafür konstruiert, die orbitale Bahn der ISS anzuheben. Dazu müsste der Schubvektor der HTV-eigenen Triebwerke durch den gemeinsamen Schwerpunkt der ISS verlaufen. Da sich das HTV dafür an der „falschen“ Position (Nadir oder Zenit) befindet, würde eine Zündung der Triebwerke nur zu einer Drehung der Station um ihren Schwerpunkt führen.

2009 wurden sechs HTV-Einheiten im Jahresrhythmus geplant, davon ein Demonstrationsexemplar und die Option für weitere Transporter.

Missionen Nr. Startdatum (UTC) Trägerrakete Wiedereintrittsdatum (UTC) Anmerkung 1. 10. September 2009, 17:01 H-IIB 1. November 2009, 21:26 2. 22. Januar 2011, 05:37 H-IIB 30. März 2011, 03:09 3. 21. Juli 2012, 02:06 H-IIB 14. September 2012, 05:27 4. 3. August 2013, 19:48 H-IIB 7. September 2013, 06:37 5. 19. August 2015, 11:50 H-IIB 29. September 2015, 20:33 6. 9. Dezember 2016, 13:26 H-IIB 5. Februar 2017, 15:06 7. 22. September 2018, 17:52 H-IIB 10. November 2018, 21:38 8. 24. September 2019, 16:05 H-IIB 3. November 2019, 02:09 9. 20. Mai 2020, 17:31 H-IIB 20. August 2020, 07:07

HTV-1 „Kounotori“ mini|Start der H-IIB F1 am 10. September 2009 mini|Die Außennutzlast des HTV wird über eine seitliche Öffnung ausgeladen. Hier im Bild die Frachtaufnahmepalette (Exposed Pallet) mini|Der Innenraum des HTV-1, aufgenommen kurz nach dem Andocken. Im Vordergrund sind die HTV Resupply Packs zu sehen

Mit dem Start des HTV-Demonstrators am 10. September 2009 um 17:01 UTC wurde das erste HTV auf den Weg zur ISS geschickt. HTV-1 ist als Satellite Catalog Number 35817 bzw. mit der COSPAR-Bezeichnung 2009-048A katalogisiert. Nach mehreren Annäherungs- und Abbruchdemonstrationen nahm das Modul dann am 17. September eine stabile Warteposition unter dem Modul Unity ein. Dort wurde es von den Astronauten der ISS-Expedition 20 um 19:47 Uhr UTC mit dem Canadarm2 ergriffen und nach 22 Uhr an das Modul Harmony angedockt.

Im Gegensatz zu den folgenden Serien-HTVs betrug die Leermasse von HTV-1 11.500 kg, da das Missionsprofil des ersten Fluges von den anderen abwich (Demonstrationstests für Roll- und Abbruchmanöver etc.). Dafür verfügte HTV-1 über vier zusätzliche Batterien (insgesamt 11 Batteriemodule mit je 175 Ah) sowie über weitere Treibstoffvorräte (918 kg MMH und 1514 kg MON3). Die Nutzlastmasse betrug aus diesem Grund beim ersten Demonstrationsflug lediglich 4500 kg. Das HTV-1 enthielt unter anderem folgende Nutzlasten:

Für die Außenplattform (Japanese Exposed Facility, JEF) des Kibō-Moduls (900 kg):

SMILES (Superconducting Submillimeter-Wave Limb-Emission Sounder), 329 kg Der zweiteilige HREP-Messkomplex 312 kg, bestehend aus HICO & RAIDS; HICO (Hyperspectral Imager for the Coastal Ocean) dient der Erprobung von Hyperspektralabbildung am Beispiel von Küstenregionen, RAIDS (Remote Atmospheric and Ionospheric Detection System) der Erforschung von Erdatmosphäre und Ionosphäre. SFA (Small Fine Arm)-Erweiterung des Roboterarms für filigrane Tätigkeiten

Im unter Druck stehenden Frachtbereich (3600 kg):

Express Rack 8, US-Rack für Destiny HTV Resupply Packs für sieben Frachtregale Versorgungsgüter, Verbrauchsmaterialien und Experimentiernachschub

Die Mission sollte ursprünglich nach etwa 37 Tagen und 10 Stunden mit dem Verglühen des HTV in der Erdatmosphäre enden. Am ersten Tag nach dem Andocken wurde die Mission verlängert. Das Abdocken und Aussetzen mit Hilfe des Canadarm2-Roboterarms erfolgte am 30. Oktober 2009. Am Bord wurden zuvor etwa 700 kg Müll und nicht mehr benötigte Geräte untergebracht. Zwei der vier Innenleuchten wurden als Ersatzteile abgebaut und in der ISS verstaut. Die Bremszündung erfolgte am 1. November 2009. Die Haupttriebwerke des HTV zündeten in drei Manövern. Die ersten beiden Zündungen brachten das HTV in einen elliptischen Orbit mit einem Apogäum von 335 km und einem Perigäum von 143 km. Die letzte, 400 Sekunden lange Zündung um 21:01 UTC bremste das HTV um 89 m/s ab, anschließend wurde mit Hilfe der Manövrierdüsen das HTV gedreht, so dass seine Längsseite zur Flugrichtung schaute. Nach dem Deaktivieren des Antriebssystems trat das HTV in einer Höhe von 120 km über Neuseeland in die Erdatmosphäre ein. Die letzten Telemetriedaten wurden aus 116 km Höhe empfangen. Damit endete die Mission erfolgreich nach 52 Tagen.