Un Airane 5 puso ayer en órbita el Vehículo Automatizado de Aprovisionamiento (ATV) «Jonhannes Kepler». Con una masa de 20,1 toneladas, este segundo ATV es el objeto espacial más pesado lanzado hasta la fecha por un Ariane 5. Ha precisado de una versión especial de Ariane 5 desarrollada y fabricada por Astrium.
Ariane 5 ES está equipado con una etapa superior EPS reencendible, con un compartimiento de equipos reforzado y con un programa de vuelo redesarrollado específicamente para tal tarea. «La etapa superior reencendible ha colocado perfectamente el ATV en su órbita correcta», acaba de confirmar Alain Charmeau, director de Astrium Space Transportation.
Charmeau se congratuló del éxito de este lanzamiento a subrayar que «es el acontecimiento espacial del año, y es gracias a los equipos de Astrium. Se trata del cuadragésimo segundo despegue satisfactorio consecutivo y de un hecho doblemente destacable para nuestra empresa: hace el vuelo número 200 de un lanzador Ariane y es también el lanzamiento del segundo ATV, camino ahora ‘en automático’ hacia la Estación Espacial Internacional. He aquí dos grandes programas gestionados por la industria espacial europea y que se encuentran bajo nuestra responsabilidad, con un nivel tecnológico excepcional y todo ello gracias al apoyo que prestan los gobiernos».
La misión ATV «Johannes Kepler» no ha hecho más que empezar. A continuación vendrán las delicadas fases de la cita espacial y del atraque, y a continuación el período durante el cual el ATV se convertirá íntegramente en un módulo habitado de la ISS.
Los próximos ATV ya están en producción en Astrium
El «Johannes Kepler» es la primera unidad de producción de los cuatro ATV de serie encargados por ESA a Astrium. «El ATV 3, ‘Edoardo Amaldi’, está ya bastante avanzado. También acabamos de empezar a trabajar en el ATV 4 y se han entregado las primeras estructuras del ATV 5. Asimismo también hemos proporcionado a ESA una oferta relativa a otros ATVs, y esperamos contar con una respuesta positiva a lo largo del año si se confirma la ampliación de la misión de la Estación Espacial Internacional para 2020», recordó Alain Charmeau.
Con todo, nos encontramos simplemente al principio de esta aventura espacial: «es preciso aprovechar en los futuros programas espaciales europeos las competencias adquiridas en el programa ATV por el sector y por Astrium», concluyó Alain Charmeau.
Edición: José Fernández – Foto: Agencia Espacial Europea
(ATV – Automated Transfer Vehicle)
El vehículo de avituallamiento de Europa para la Estación Espacial Internacional
El ATV es uno de los mayores y tecnológicamente más complejos vehículos espaciales desarrollados y construidos en Europa hasta la fecha. Lanzado mediante un Ariane 5, el ATV es capaz de llevar a cabo una maniobra de cita espacial y atraque totalmente automatizada con la Estación Espacial Internacional. Por contrato con la Agencia Europea del Espacio (ESA) Astrium, subsidiaria de EADS, ha sido desde 1998 el contratista principal a cargo del desarrollo y producción de este vehículo espacial no tripulado. El primer ATV, «Jules Verne», fue lanzado con éxito en marzo de 2008 y el lanzamiento de ATV 2, «Johannes Kepler», está previsto que se lleve a cabo el 15 de febrero de 2011.
Astrium va a construir otros tres ATV para ESA hasta 2015. La fabricación de los ATV, así como los preparativos de misión y el apoyo operativo forman todos ellos parte del programa de Explotación, según el cual Astrium ha sido contratada por parte de EADS para operar, mantener y encargarse de la explotación de los elementos europeos de la ISS.
1- Misión ATV
En una misión típica, el ATV lleva a la estación espacial suministros tales como agua potable, combustibles, alimentos y equipo científico. Además, el ATV desempeña una importante labor al ayudar a mantener la altitud de la estación. Debido a la presencia de atmósfera residual a una altitud de 400 kilómetros y a la amplia superficie de la estación, la ISS desciende lenta y constantemente y necesita ser reelevada a intervalos regulares con objeto de que recupere su órbita correcta. Por tal motivo el ATV va equipado con unas cuatro toneladas de combustible que le permiten elevar la estación espacial hasta 30 kilómetros. La lanzadera espacial estadounidense –hasta el término de sus operaciones– y la cápsula rusa Progress también pueden efectuar esta maniobra. Tras descargarlo, se llena el vehículo espacial con deshechos de la estación y se incinera durante una reentrada controlada en la atmósfera terrestre. Los restos caen al sur del Océano Pacífico, al igual que ocurrió en el pasado con fragmentos de la estación espacial rusa Mir.
Con el ATV Europa ya ha hecho una fundamental aportación al mantenimiento de la ISS.
2- Misión 2011: Vuelo del ATV 2 a la Estación Espacial Internacional
Para la misión ATV se utiliza un Ariane 5 equipado con una etapa superior de propelente almacenable (EPS) que le permite llevar a cabo dos reencendidos (Ariane 5 ES ATV).
El lanzador Ariane 5 es necesario para inyectar el ATV en una órbita con una inclinación de 51,6º con respecto al ecuador. Esta órbita se corresponde exactamente con la de la ISS.
Ariane 5 es un sistema lanzador de dos etapas. Consiste en una etapa principal con dos cohetes auxiliares de aceleración (boosters) y una etapa superior con carga útil integrada. Unos ocho minutos después del despegue se separa la etapa principal, que deja el ATV fijado a la etapa superior. Tras unos 60 minutos la etapa superior inyecta el ATV en la órbita, a una altitud de unos 260 kilómetros.
Inmediatamente después de la separación de la etapa superior de Ariane, se activan los motores y todos los sistemas de a bordo, entre ellos el sistema de navegación y control de ATV, y se despliegan los paneles solares. Una vez los paneles solares encaran el sol, el ATV activa sus antenas de comunicaciones y lleva a cabo una «comprobación de salud» para garantizar que todos los sistemas funcionan correctamente. El vehículo se dirige a partir de ese momento a la ISS.
3- Competencias de la industria astronáutica europea
El ATV es el vehículo espacial más innovador y técnicamente complejo desarrollado y construido hasta la fecha en Europa. En el marco de la participación de Europa en la ISS, ESA adjudicó a Astrium el contrato para el desarrollo y construcción del ingenio espacial ATV. Con su equipo director de Les Mureaux (Francia) para la fase de desarrollo, y las competencias aportadas por los socios en Bremen y Lampoldshausen (Alemania), Barajas (España) y Leyden (Países Bajos) Astrium cuenta con todo el conocimiento o know-how necesario para desarrollar, construir y probar un sistema de tanta sofisticación. Antes de que comenzara la fase de producción, sin embargo, se trasladaron varias actividades de Francia a Alemania de forma que el ATV 2 pudiera ser fabricado en Bremen.
La experiencia de Astrium abarca muchos aspectos. En primer lugar, la capacidad de gestionar el desarrollo y producción de un vehículo espacial técnicamente tan complejo y sofisticado como contratista principal e ingeniero de sistemas. El conocimiento también cubre el reto de cualificar el sistema de acuerdo con los estrictos requisitos de ESA, incluida la validación funcional. En segundo lugar, Astrium coordina las actividades de más de 30 socios industriales en Europa, Rusia y los Estados Unidos. Astrium se asegura de que todos los componentes posean la calidad correcta, se entreguen al precio convenido, en el lugar adecuado y en el momento apropiado.
4- Diseño del ATV y versátil capacidad de transporte del sistema
El ATV cuenta con una capacidad de carga útil máxima de unas 9,5 toneladas (siete toneladas de carga neta). Dependiendo de cada misión en concreto, la capacidad de carga útil puede utilizarse como sigue: entre 1,5 y 5,5 toneladas de suministros (alimentos, experimentos científicos, herramientas, etcétera), hasta 840 kilogramos de agua potable, hasta 100 kilogramos de gas (aire, oxígeno, nitrógeno, por separado o en combinación de uno o dos gases), hasta cuatro toneladas de propelente para elevar la órbita de la estación y hasta 860 kilogramos de propelente para el reabastecimiento de combustible a la estación. El ingenio mide poco más de 10 metros de longitud, con un diámetro de 4,5 metros, lo cual equivale aproximadamente al tamaño de un autobús londinense. El ATV comprende el módulo espacial de forma cilíndrica (aviónica y módulo de propulsión) y el Portacargas Integrado (ICC) o módulo de carga útil.
El módulo espacial de ATV consiste en el módulo de propulsión, el módulo de aviónica, incluidos los procesadores y sistemas electrónicos de a bordo, y el adaptador a Ariane 5. La energía eléctrica para la misión la suministran cuatro paneles solares con una «envergadura» de unos 22 metros. Durante un único período de atraque los paneles solares pueden suministrar un máximo de 4.800 vatios.
El sistema de propulsión comprende cuatro motores principales de 490 Newton y 28 propulsores de 220 Newton. Del control de vuelo se encarga el software de ATV instalado en ordenadores tolerantes a fallos desarrollados en Bremen. El sistema informático está compuesto por tres unidades autónomas con capacidades de autocorrección. Además de los motores y del sistema de control, el módulo de aviónica y propulsión alberga cuatro depósitos de titanio que pueden contener hasta siete toneladas de propelente, MMH (monometilhidrazina) y peróxido de nitrógeno.
El ICC o «compartimiento de carga» presurizado se utiliza para llevar carga seca (alimentos, unidades de experimentación, etc.). La misión Johannes Kepler, por ejemplo, transportará una carga útil de vital importancia a la ISS: Geoflow 2. La configuración del compartimiento de carga se puede modificar fácilmente y también puede llevar hasta ocho armarios de experimentos para la ISS totalmente equipados. Otra sección del ATV da cabida a los depósitos de agua, de aire, de oxígeno y de nitrógeno, y el sistema de abastecimiento de combustible para transferir propelente a la estación.
5- Una exhaustiva comprobación de sistema y de software
En agosto de 2007, comenzó la integración de la segunda unidad de vuelo de ATV (Johannes Kepler) bajo la dirección de Astrium en Bremen. A partir de enero de 2010, se llevaron a cabo las pruebas del ATV como una unidad plenamente integrada. El módulo espacial y el ICC fueron conectados por cables eléctricos y las diversas pruebas efectuadas examinaron los componentes tanto de hardware como de software para comprobar su aptitud para el vuelo y su funcionamiento. El programa de vuelo se encarga de gestionar la totalidad de la misión, y supervisa el procedimiento de atraque totalmente automatizado con una precisión extrema.
Una vez completados los ensayos en abril de 2010, de acuerdo exactamente con el calendario previsto, se empaquetó y envió el ATV y todo el equipo anexo de Bremen al puerto espacial de Kourou, en la Guayana Francesa. Allí se llevó a cabo el proceso de integración y se efectuó un último ensayo de la totalidad del sistema antes de que se integrara el ATV en un Ariane 5.
6- Atraque a la ISS
La seguridad de la tripulación y de la Estación Espacial es la primera y máxima prioridad durante la secuencia automática de atraque con la ISS. A lo largo del vuelo los sistemas de a bordo del ATV se ven monitorizados constantemente por el Centro de Control de ATV en Toulouse, Francia, en estrecho contacto con lo centros de control de la ISS en Houston y Moscú. Del seguimiento de la fase final de aproximación se encarga el centro de control ruso en Moscú dado que el ATV atraca en el módulo ruso de la estación, Zvezda. El sistema de seguridad autónomo e inteligente del ATV se asegura de que incluso en el caso de la más leve anomalía en el sistema el vehículo espacial regrese automáticamente a una posición segura frente a la estación y quede «aparcado» a una distancia prudente de la ISS. Tras la verificación de sistemas puede ponerse en funcionamiento otra aproximación.
La fase de atraque comienza a casi 30 kilómetros de la ISS. A una distancia de unos 250 metros, el sistema de ATV conmuta a la modalidad de guiado, navegación y control (GNC), que utiliza sensores ópticos. Además de la conexión de radio ya existente, los astronautas a bordo de la ISS siguen directamente en vídeo la maniobra de atraque. Tras recibir la autorización del centro de control, el ATV prosigue su aproximación hasta llegar a doce metros de distancia y cubre los últimos metros hasta llegar a la escotilla de atraque de la ISS a una velocidad máxima relativa de siete milímetros por segundo. Extendida, la sonda de atraque del ATV posee un diámetro de unos 15 centímetros y tiene que ser capturada por el puerto de atraque del módulo ruso Zvezda, que tiene un diámetro de 90 centímetros.
En cuanto el sistema de atraque del ATV toca la estación espacial por vez primera, el ATV lleva a cabo un último y breve impulso para garantizar la captura del vehículo espacial europeo por parte del puerto de atraque del módulo ruso. El ATV se alinea con el eje longitudinal de la ISS. Se efectúan automáticamente todas las conexiones eléctricas, mecánicas y de fluidos entre la ISS y el módulo espacial. Una escotilla de carga de un diámetro de casi un metro conecta el ICC con el módulo ruso de servicio y hace del vehículo espacial europeo una parte integral de la ISS.
