Ariane 5 opp med første ATV

Av Erik Tronstad

Jules Verne har startet ferden mot jordbane på toppen av Ariane 5. (ESA)

ATV (Automated Transfer Vehicle) er et ubemannet forsyningsromfartøy utviklet av og bygd i regi av den europeiske romorganisasjonen ESA. Formålet med ATV er å bringe forsyninger og utstyr opp til den internasjonale romstasjonen og frakte bort søppel fra den.

Foreløpig har ESA planer om å skyte opp fem eksemplarer av ATV. Hvert eksemplar kan brukes bare en gang. Etter endt ferd styres romfartøyet ned i atmosfæren og brenner for det meste opp der med søppelet det har med fra romstasjonen.

Dette aller første eksemplaret av et slikt forsyningsromfartøy har fått navnet Jules Verne, etter den kjente franske forfatteren fra 1800-tallet.

Oppskytingen av Jules Verne startet klokken 05.03 norsk normaltid 9. mars 2008. Den foregikk med en Ariane 5ES-bærerakett fra Guiana Space Centre i Kourou i Fransk Guyana i Syd-Amerika.

Ariane-bærerakettens øverste trinn hadde to brennperioder. Den første var på åtte minutter etterfulgt av en periode på 45 minutter. Da fulgte en motoravfyring på 40 sekunder for å gjøre banen nær sirkelformet i 260 km høyde, men en ekvatorvinkel på 51,6°.

Delvis gjennomskåret tegning som viser Jules Verne under nyttelastdekselet på Ariane 5 på opp­skyt­ings­platt­formen. (ESA/D. Ducros)

Jules Verne ble koblet fra bærerakettens øverste trinn temmelig nøyaktig én time etter oppskytingsstart. Forsyningsromfartøyet var da i samme baneplan som den internasjonale romstasjonen, men omtrent 85 km lavere. I tiden fremover skal Jules Verne i flere faser justere banen sin slik at den etter hvert faller helt sammen med romstasjonens bane. Torsdag 3. april 2008 skal Jules Verne etter planen koble seg til romstasjonens Zvezda-modul.

ESA har rapportert om et problem med en elektronikkboks i Jules Verne etter at romfartøyet er kommet i bane. Boksen er en del av en krets som kontrollerer 25 % av romfartøyets rakettmotorer. Man regner ikke med at feilen er alvorlig, men noe sikkert kan ennå ikke sies om dette.

Tegning som viser at de to halvdelene av nyttelastdekselet sprenges bort i oppskytingsfasen. (ESA)

ESAs ATV er knapt 10 m lang og har en utvendig diameter på 4,5 m. Jules Verne hadde en vekt på 19 357 kg ved oppskytingsstart. Det er den tyngste nyttelasten en Ariane-bærerakett noen gang har fraktet opp i rommet. Ariane 5ES-utgaven, som ble brukt nå, er forsterket for å greie vekten av den uvanlig tunge nyttelasten.

Om bord har Jules Verne 4,6 tonn med forsyninger til romstasjonen. Av dette er 1150 kg ulike former for tørr nyttelast, 856 kg er drivstoff til den russiske Zvezda-modulen, 270 kg er drikkevann og 21 kg er oksygen til luften i romstasjonen. På fremtidige ferder vil disse forsyningsromfartøyene kunne frakte med opptil 7,4 tonn med forsyninger på en oppskyting.

Teknikere ved Guiana Space Centre arbeider med å klargjøre Jules Verne til oppskyting. (ESA)

Omtrent halvparten av nyttelasten i Jules Verne er drivstoff til fartøyets egne rakettmotorer. Det skal brukes til flere manøvrer før sammenkobling med romstasjonen og til å heve romstasjonens bane mens Jules Verne er koblet til den. Den lille luftmotstanden i romstasjonens bane gjør at romstasjonens banehøyde langsomt avtar. Med jevne mellomrom må derfor ulike rakettmotorer brukes til å heve denne banen.

Hvert forsyningsromfartøy har fire sol­celle­pa­neler. De foldes ut 1 time og 40 minutter etter oppskytingsstart. Avstanden mellom ytterkantene av panelene er 22,3 m. Til sammen har de et areal på 33,6 m² og produserer i gjennomsnitt 4800 W med strøm.

Hvert forsyningsromfartøy består i hovedsak av to deler, en utstyrsseksjon og en nyttelastseksjon.

Jules Verne (nærmest) nærmer seg romstasjonen (i bakgrunnen til høyre). (ESA/D. Ducros)

I utstyrsseksjonen finner vi alt utstyr til systemene for fremdrift, banejusteringer og stillingskontroll. Dessuten er det der strømforsyningssystem, datamaskiner, kom­mu­ni­ka­sjons­ut­styr og det meste av det elektroniske utstyret om bord. Sistnevnte er i en egen elektronikkseksjon som er en 1,36 m høy sylindrisk ring i den øverste delen av utstyrsseksjonen.

Fire rakettmotorer, som hver har en skyvekraft på 490 N, brukes i hovedsak til baneendringer. Rundt omkring på romfartøyet er det også 28 motorer som hver har en skyvekraft på 220 N. De brukes primært til stillingskontroll og finmanøvreringer.

Alle de åtte drivstofftankene til romfartøyets egne motorer er i utstyrsseksjonen. I drivstofftankene er det plass til opptil 7 tonn med monometylhydrazin (brensel) og nitrogentetroksid (oksidasjonsmiddel). Dessuten er det to tanker med helium under høyt trykk. Heliumet brukes til å presse ut drivstoff fra drivstofftankene. Alle disse tankene er plassert mellom de fire hovedrakettmotorene og elektronikkseksjonen.

Jules Verne, og de andre forsyningsromfartøyene som kommer senere, er alle svært selvstendige. Det innebærer at de i stor grad kan operere på egen hånd og trenger liten støtte fra bakkekontrollsenteret.

Gammel tegning som viser Jules Verne (til venstre) koblet til romstasjonen. Til høyre er ingen av trykkmodulene Harmony og Columbus tegnet. Opprinnelig var det planen at Jules Verne skulle vært skutt opp til romstasjonen før disse modulene ankom. Slik ble det ikke. (ESA)

Nyttelastseksjonen utgjør omtrent 60 % av volumet i forsyningsromfartøyet. Denne seksjonen består av to deler, en del som er under trykk (utgjør 90 % av volumet i nyttelastseksjonen) og en del som ikke er under trykk (utgjør 10 % av volumet i nyttelastseksjonen). Hele utstyrsseksjonen (omtalt ovenfor) står ikke under trykk. Alt utstyr i den befinner seg i vakuum.

I trykkseksjonen av nyttelastseksjonen er det luft med samme sammensetning og trykk som luften her nede ved jordoverflaten. Når et forsyningsromfartøy er koblet til romstasjon, kan romfarere følgelig ta seg inn i trykkseksjonen uten bruk av romdrakter.

Trykkseksjonen er laget over en lest basert på den såkalte Multi-Purpose Logistics Module (MPLM). Det er en forsyningsmodul som er bygd i Italia og innvendig har luft ved samme trykk og sammensetning som her på Jorden. To slike moduler er bygd, Leonardo og Raffaello. De har vært brukt til å frakte forsyninger opp til romstasjonen med romferger. Etter at romfergen på en slik ferd er koblet til romstasjonen, overføres forsyningsmodulen fra romfergens lasterom og kobles til romstasjonen. Romfarere losser forsyningsmodulen og fyller den med søppel og resultater fra eksperimenter. Så overføres modulen tilbake til romfergens lasterom, blir med tilbake til Jorden, tømmes her nede og fylles med utstyr og forsyninger til en fremtidig ferd. Både Leonardo og Raffaello har altså vært gjenbrukbare.

En tegning av den samme scenen fra en annen synsvinkel. (ESA)

Leonardo ble sist brukt på STS-121 i juli 2006. Se bilde av Leonardo i lasterommet på Discovery i Discovery koblet til den internasjonale romstasjonen (eRomfart 2006-073) og av Raffaello i Discovery ved den internasjonale romstasjonen (eRomfart 2005-102).

Også ESAs permanente romstasjonsmodul Columbus er basert på MPLM.

Nyttelastseksjonen kan frakte med to typer forsyninger, tørre forsyninger og væsker. Tørre forsyninger tas med i trykkseksjonen. Der har romfarere direkte tilgang til forsyningene og kan (og må) med «håndkraft» frakte dem inn i romstasjonen.

Væsker fraktes i 22 tanker med forskjellige størrelser og farger i den delen av nyttelastseksjonen som er i vakuum. Den ligger mellom trykkseksjonen og elektronikkseksjonen i utstyrsseksjonen. I disse tankene kan det tas med drivstoff til Zvezda-modulen, vann og gass (oksygen og nitrogen) til besetningen om bord.

Gjennomskåret tegning som viser romfarere som arbeider i Zvezda-modulen (til venstre) og Jules Verne etter sammenkobling til romstasjonen. (ESA)

En russiskbygd sammekoblingsmekanisme og ulike typer utstyr til møte og sammenkobling med romstasjonen utgjør «nesen» på trykkseksjonen.

Den russiske sammen­kob­lings­me­ka­nis­men har utstyr for selve den fysiske tilkoblingen til romstasjonen, men også for elektriske sammenkoblinger og rørkoblinger. Rørkoblingene gjør at væsker kan pumpes fra tankene i forsyningsromfartøyet og over til tanker i Zvezda.

Sammen­kob­lings­me­ka­nis­men har en innvendig diameter på 80 cm. Større gjenstander enn det kan følgelig ikke fraktes mellom forsyningsmodulen og romstasjonen.

Foran på forsyningsromfartøyet er flere sensorer som brukes til å kontrollere møtefasen inn mot og sammenkoblingen med romstasjonen. Alt foregår automatisk, under kontroll av datamaskiner i forsyningsromfartøyet. Verken bakkekontrollen eller romfarere i romstasjonen deltar aktivt i dette. De bare overvåker det som skjer. Romfarere i romstasjonen kan imidlertid sende kommandoer til forsyningsromfartøyet om å avbryte en møte- og sammekoblingsmanøver. Det vil de selvsagt bare gjøre dersom de vurderer det dithen at dette ikke kommer til å gå bra.

Tegning som viser ATV sammenliknet med Progress- og Apollo-romfartøyene. (ESA)

Etter planen skal altså Jules Verne koble seg til romstasjonen 3. april 2008. Den datoen kan meget vel bli endret. Fra nå og til da skal Jules Verne gjøre en rekke manøvrer og prøver der oppe i jordbane. Utfallet av dem blir bestemmende for når sammenkoblingen skjer.

Frem til august 2008 skal Jules Verne forbli koblet til Zvezda-modulen. Da er alle forsyninger og alt utstyr losset og Jules Verne er lastet opp med søppel fra romstasjonen. Jules Verne kobler seg deretter fra romstasjonen, beveger seg godt bort fra den, bremser ned banehastigheten sin, kommer inn i jordatmosfæren og brenner i all hovedsak opp et sted over Stillehavet. De delene som ikke brenner opp, havner på bunnen av Stillehavet.

Neste forsyningsromfartøy av denne typen skal etter planen opp i 2009. Deretter skal det sendes opp ett i hvert av årene 2011, 2012 og 2013.