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自動輸送機（ATV、旧称アリアン輸送機）は、欧州宇宙機関（ESA）が開発した使い捨て貨物宇宙船で、 2008年から2015年にかけて宇宙貨物輸送に使用されました。[ 7 ] ATVは、アリアン5大型ロケットのみによって5回軌道に打ち上げられました。これは、ロシアのプログレス貨物宇宙船の大型版で、国際宇宙ステーション（ISS）という単一の目的地に貨物を輸送するためのもので、容量は3倍でした。
5機のATVは、科学と工学におけるヨーロッパの重要人物、ジュール・ヴェルヌ、ヨハネス・ケプラー、エドアルド・アマルディ、アルベルト・アインシュタイン、ジョルジュ・ルメートルにちなんで名付けられました。計画は何度か延期されましたが、最初のATVは2008年3月に打ち上げられました。これらのATVは、推進剤、水、空気、食料、科学研究機器などの様々なペイロードをISSに輸送する補給ミッションを実行しました。また、ドッキング中にステーションをより高い軌道に再加速させることも行いました。ATVは、ドッキングシーケンスなど高度な自動化で運用される無人プラットフォームであり、乗客の輸送に使用されたことは一度もありません。
ATVのさらなる利用は2008年に提案された。有人バージョンのATVや、その技術のセクションや要素を再利用する機会など、さまざまなさらなる開発が、ESAと、この車両の主要製造元であるエアバス・ディフェンス・アンド・スペースの両方によって検討された。 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] しかし、2012年4月2日、ESAは、2014年の5番目のATVの打ち上げをもってATVプログラムを終了すると発表した。[ 11 ]
2012年、ESA加盟国は、ATV設計をNASAオリオン宇宙船のサービスモジュールとして採用できる可能性があると決定した。2013年1月、ESAとNASAは、オリオンとATVをベースとしたサービスモジュール（後に欧州サービスモジュール（ESM）と改名）の開発を進め、オリオン有人宇宙船の主要コンポーネントとして採用すると 発表した。[ 12 ] 2022年11月16日に打ち上げられたNASAのアルテミスIは、エアバス・ディフェンス・アンド・スペース社が製造した欧州サービスモジュール（ESM）を搭載したオリオン宇宙船を運び、計画されていた2回の低周波月面フライバイを行った。ESAは、アルテミスVIまでのアルテミス計画にESMを提供し、アルテミスIVでは1972年以来初めて人類が月面に降り立つことを目指す。
1990年代、国際宇宙ステーション計画が進められる中で、参加15か国は、完成後、低軌道（LEO）にある有人宇宙ステーションである国際宇宙ステーション（ ISS）には、乗組員のニーズを満たし、また、船上で実施される様々な科学実験を支援するための機器を届けるために、定期的な補給ミッションが必要になることを共通認識していた。1995年10月、欧州宇宙機関（ESA）の傘下で欧州が責任を負うISS計画への様々な貢献の中に、自動輸送機（ATV）が含まれることが合意された。この物流指向の宇宙船は、特定されたISSへの補給ミッションを実行することになっていた。[ 13 ] [ 14 ]
1998年12月9日、ESAはATVの開発作業を進めるため、フランスの航空宇宙企業アエロスパシアルに4億7000万ドルの契約を授与した。[ 15 ]アエロスパシアルはATVの主契約者であったが、イタリアのメーカーであるアレーニア・スパツィオ、英仏合弁企業のマトラ・マルコーニ・スペース、ドイツの航空宇宙企業ダイムラークライスラー・エアロスペース（DASA）など、複数の主要な下請け企業が参加した。また、ロシアのSPコロリョフ・ロケット・アンド・スペース・コーポレーション・エネルギアからも一部の部品が提供された。[ 15 ] [ 14 ] 2000年以前は、DASAが生産の主契約者となり、その後、その役割は徐々にアエロスパシアルに移管される予定だった。契約が締結された時点では、ATVの初飛行は2003年9月に行われる予定であった。[ 15 ] [ 14 ] [ 16 ]
ジュール・ヴェルヌと名付けられた最初のATVの打ち上げは、アリアン5大型ロケットで発生した問題や、ソフトウェアの大幅な書き換えなどが原因で、何度も延期された。[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] 2003年5月までに、2004年後半に打ち上げられる予定だった。[ 20 ] [ 21 ] 2004年半ばまでに、統合作業の完了後に電気テストを受けていた最初のATVの打ち上げは、技術的な問題により延期され、ESAと主契約者との間で再交渉された11億ドルの契約の発行後、2005年後半に打ち上げられる予定であると発表された。[ 16 ] [ 22 ] 2005 年 3 月、故障モード ソフトウェアのさらなる開発と打ち上げウィンドウのタイミングの変更が必要になったため、打ち上げの延期が発表され、計画されていた ATV の打ち上げは 2005 年後半から 2006 年の未定の日付に延期されました。[ 23 ] [ 24 ] 2005 年 10 月、最初の ATV の新しい打ち上げ日は 2007 年中であることが明らかにされました。[ 19 ]
2006 年 9 月、アリアン 5 のカスタム ATV ステージの最終段階のテストが最終フェーズに入ったことが発表されました。[ 25 ] 2006 年 12 月、最初の ATV が真空テストを完了し、主要テストの成功裏の完了を示し、最終的な打ち上げ日を設定できるようになったことが発表されました。[ 26 ] 2007 年 4 月、ATV は、米国からの安全に関する質問を含む運用上の懸念に対応し、車両の商業化の可能性を調査するために、4 か月にわたる認定プロセスを受けました。[ 27 ] [ 28 ]
度重なる組織再編と所有権の変更を経て、[ 29 ] [ 20 ] ATVの主契約者はエアバス・ディフェンス・アンド・スペースとなり、多数の下請け業者からなるコンソーシアムを率いた。開発作業はフランスのレ・ミュローで開始されたが、プロジェクトが開発段階から生産段階へと移行するにつれて、活動の大部分はドイツのブレーメンに移り、最初の4機のユニットの作業が開始された。契約者とESAの関係を円滑にするため、レ・ミュローの拠点に統合されたESAチームが設立され、開発期間中維持された。
エアバス・ディフェンス・アンド・スペースは、ブレーメンの施設でATVを製造している。2004年には、さらに4機のATVの契約と協定が締結され、約2年に1機のペースで打ち上げられる予定で、最初のジュール・ヴェルヌを含めた総発注数は5機となった。ドイツ航空宇宙センター（DLR）によると、ATVの開発費用は約13億5000 万ユーロだった。[ 30 ]伝えられるところによると、各ATV宇宙船の費用は約3億ドルで 、打ち上げ費用は含まれていない。[ 31 ] 2005年3月、RSCエネルギアは、エアバス・ディフェンス・アンド・スペースの主要下請け業者の1つである イタリアのアレーニア・スパツィオ（現在のタレス・アレーニア・スペース）と、ロシアのドッキングシステム、燃料補給システム、ロシアの機器制御システムを供給する4000万ユーロの契約を締結した。[ 32 ]エアバス・ディフェンス・アンド・スペースが主導するプロジェクトにおいて、タレス・アレーニア・スペースはATVの加圧貨物輸送機部分を担当し、イタリアのトリノにある同社の施設でこれを製造している。
2007年7月31日、最初のATVであるジュール・ヴェルヌが、ロッテルダム港からの約2週間の航海を経て、フランス領ギアナのクールーにあるESA宇宙港に到着した。 [ 33 ] 2008年3月9日、ジュール・ヴェルヌはクールーからアリアン5ロケットで打ち上げられた。[ 34 ] [ 35 ] 2008年4月3日、ジュール・ヴェルヌはISSとの自動ドッキングに成功し、ESA初の完全自動化された使い捨て貨物補給宇宙船の能力を証明した。[ 36 ] [ 37 ] ATVの到着は、ISSへの物資補給の物流上の実用性について世間の懸念があった時期に行われた。[ 38 ]
ESAとロシアでの使用に加えて、ATVはかつて、退役するスペースシャトルの軌道貨物輸送能力を代替する商業軌道輸送サービスプログラムの一環としてNASAのサービスを提供することが検討されていた。 [ 28 ] EADSとボーイングの合弁事業によって発行された提案では、ATVはフロリダ州ケープカナベラルからデルタIVロケットを使用して打ち上げられることになっていた。[ 39 ] [ 40 ] NASAのATVの想定される用途の1つは、スペースシャトルの退役後、その時点でそれが可能な唯一の乗り物として、宇宙ステーションが耐用年数を終えた後にISSの軌道離脱を実現することであった。[ 41 ]最終的に、この提案は対応する契約を獲得しなかった。
自動輸送機(ATV) は、1990 年代に設計された使い捨て貨物宇宙船です。各機体は、システム バスと統合貨物キャリアの 2 つの独立したセクションで構成されていました。[ 14 ]システム バスには、ATV の推進システム、アビオニクス ベイ、太陽電池アレイが含まれていました。これは主に、機体がアリアン 5ロケットから分離した後、残りの距離を自動的に移動して ISS にドッキングするために使用され、システム バスは機内の宇宙飛行士がアクセスできないようになっていました。[ 14 ]統合貨物キャリアは、加圧モジュール、流体およびガス貨物用の外部ベイ、追加のアビオニクスおよびランデブー センサー、およびドッキング機構で構成されていました。ATV の主要構造 ( Al-2219 [ 4 ]製) は、隕石およびデブリ保護システムによって保護されています。[ 14 ]最初のATVは2000年代に製造され、宇宙を飛行した最初のATVは2008年でした。[ 42 ]
ATVのドッキングシステムは、エアバスの子会社であるSodern社製のビデオメーターとテレゴニオメーターのペアで構成されています。[ 43 ]ランデブードッキング操作と緊急脱出システムのデータ処理はCRISA社によって設計および製造されました。追加の監視データと冗長性は、ソユーズ宇宙船とプログレス宇宙船でも使用されたKurs [ 44 ] [ 45 ]自動ドッキングシステムによって提供されました。視覚画像は、ISSのズヴェズダモジュールのカメラによって提供されます。
ATVは、その役割において、より小型のロシアのプログレス宇宙船を補完するように設計されており、プログレス宇宙船の3倍の積載能力を持つ。プログレスと同様に、液体貨物と比較的壊れやすい貨物の両方を搭載し、宇宙飛行士が宇宙服を着用することなく貨物にアクセスできるよう、加圧された「シャツの袖で済む」環境が維持された貨物室に保管される。
ATVの加圧貨物セクションは、イタリア製の多目的補給モジュール（MPLM）をベースにしており、これはスペースシャトルで運ばれる「宇宙バージ/コンテナ」で、以前は宇宙ステーションとの間で機器を輸送するために使用されていました。ISSにドッキングする必要があったMPLMとは異なり、ATVはプログレス補給船で使用されていたものと同じドッキング機構を使用しました。[ 14 ] ATVはプログレス補給船と同様に、宇宙ステーションの廃棄物のコンテナとしても機能します。各ATVは打ち上げ時に20.7トンの重量があり、貨物容量は8トンです。[ 4 ]
ATVのシステムバスセクションには、ソーラーパネル（3,800W）、40Ahのバッテリー、推進剤タンク、4基のR-4D（490N）スラスタ、および28基の姿勢制御および制動スラスタ（220N）が搭載されていた。[ 4 ]
ATVは、国際宇宙ステーションへの補給ミッションを実施するために、17か月ごとに定期的に打ち上げられる予定でした。[ 42 ]この機体は、アリアン5使い捨てロケットシステムを使用してISSと互換性のある軌道面に打ち上げられ、打ち上げ機から分離した直後に太陽電池パネルを展開します。[ 14 ]平均100時間のミッション時間で、 NASAの追跡データ中継衛星システムを使用して、ドイツのダルムシュタットにある地上の欧州宇宙運用センターから直接制御され、最初の軌道最高点から位相調整マヌーバを実行します。2回目のマヌーバでATVはISSの正確な高度に到達し、その後、宇宙ステーションへの最終接近のための統合運用が開始され、その間、ミッションの権限はテキサス州ヒューストンにあるNASAのクリストファー・C・クラフト・ジュニア・ミッションコントロールセンターに移管されます。[ 14 ]
ATVはGPSと天体航法技術を組み合わせて、宇宙ステーションと自動的にランデブーします。[ 14 ]最終接近の準備中に、ISSとATVの間でテレメトリ通信が確立されました。249mの距離に達すると、ATVの搭載コンピュータはビデオメーターとテレゴニオメーターの両方のデータを使用して最終接近とドッキング操作を実行します。ズヴェズダモジュールへのドッキング自体は完全に自動化されています。直前の技術的な問題やトラブルが発生した場合は、メインの航法システムとは完全に独立した、事前にプログラムされた衝突回避操作のシーケンスを、ステーションのフライトエンジニアが起動できます。モジュールと接触すると、自動キャプチャシーケンスが起動されます。[ 14 ]
ATVが正常にドッキングすると、ステーションのクルーは車両の貨物セクションに入り、搭載されているペイロードに直接アクセスできるようになります。[ 14 ] ATVの液体タンクは、クルーによってステーションの配管に接続され、制御された方法で内容物を排出します。一方、ステーションのクルーは空気成分を手動でISSの大気中に直接放出します。主に休止モードのままとなるATVは、最大6か月間、ハッチが開いたままの状態でISSに接続されたままになります。[ 14 ]その後、クルーはステーションの廃棄物を貨物セクションに徐々に充填して処分します。10～45日ごとにATVが再起動され、通常はスラスタを使用してステーションの高度を上げます。[ 14 ]
任務が完了すると、最大 6.5 トンの廃棄物を積載した ATV は ISS から分離します。そのスラスタは意図的に宇宙船を軌道から外し (軌道離脱)、太平洋上空で制御された破壊的再突入を行うための急な飛行経路に乗せます。[ 16 ]
2012年4月2日、ESAは、2017年までISSの運用コストの一部を負担してきたATVプログラムが、2014年に5番目のATVが打ち上げられた時点で終了すると発表した。その時点で、ESAは次の2機を組み立てるのに必要な部品は持っていたが、それ以降の設計で使用されているアビオニクス部品はもはや製造されていなかった。オリオン計画へのハードウェア提供を通じてISSの運用コストの一部を負担するという同様の契約が検討された。[ 11 ]
ATVの初飛行は、2008年3月9日の打ち上げ前に何度も延期された。この宇宙船は、近代最初のSF作家であるジュール・ヴェルヌを記念して「ジュール・ヴェルヌ」と名付けられた。ジュール・ヴェルヌ号には、初飛行の成功を象徴する記念品としてISSの乗組員に贈られる、著者の直筆原稿2冊が搭載されていた。[ 56 ]
この宇宙船は、ギアナ宇宙センターの赤道直下ELA-3発射場からアリアン5ロケットに搭載され、高度300キロメートル（190マイル）の軌道に打ち上げられた。ATVはロケットから分離し、数週間にわたる試験と軌道調整を経て、2008年4月3日14時45分（協定世界時）に国際宇宙ステーションへのドッキングに成功した。
2008年9月29日未明、ジュール・ヴェルヌ号はタヒチ南西の太平洋の無人地帯上空で大気圏に突入し、燃え尽きた。
2011年2月17日に打ち上げられたヨハネス・ケプラーは、当時欧州宇宙機関が打ち上げたペイロードとしては最も重く[ 58 ]、7000kgの貨物をISSに運びました[ 59 ] 。2011年2月15日の最初の打ち上げ試みは、ロケットの燃料タンクの1つからの誤った信号のため、打ち上げ4分前の最終カウントダウン中に中止されました[ 60 ] 。
2011年4月29日、ロシアのプログレス補給船がISSにドッキングできるように、ATVのエンジンを使用してISSを回転させた。 [ 61 ]
STS-134の打ち上げが遅れたため、ヨハネス・ケプラーのミッションは延長され、2011年6月20日にISSからドッキング解除されました。そして翌日の2011年6月21日に軌道から離脱しました。[ 62 ]
3台目のATV車両は2011年8月下旬にフランス領ギアナに到着し、2012年3月23日に打ち上げられた。[ 63 ] 2012年3月28日22時31分（グリニッジ標準時）に国際宇宙ステーションにドッキングした。
アルバート・アインシュタインATVは、当時アリアンロケットが打ち上げた中で最も重い宇宙船で、2013年6月5日21時52分11秒（グリニッジ標準時）に打ち上げられた。 [ 64 ] 2013年6月15日14時07分（グリニッジ標準時）に国際宇宙ステーション（ISS）にドッキングした。[ 65 ]
ベルギーの天文学者ジョルジュ・ルメートルにちなんで名付けられたこの宇宙船は、2014年7月29日夜（グリニッジ標準時23時44分、現地時間20時44分、中央ヨーロッパ夏時間7月30日01時44分）に打ち上げられ、国際宇宙ステーション（ISS）に推進剤、水、空気、乾燥貨物、そしてアーティストのケイティ・パターソンによるアート作品を供給する任務を担った。8月12日13時30分（グリニッジ標準時）にISSにドッキングした。[ 66 ]ジョルジュ・ルメートルの総質量は20.3トン（20.0ロングトン、22.4ショートトン）近くあり、これはそれまでに打ち上げられたすべてのATVの質量を上回った。また、アリアンロケットによって打ち上げられた宇宙船としては史上最も重いものとなった。[ 67 ]
ATVミッションは、フランスのトゥールーズにあるトゥールーズ宇宙センター（CST）内のATV管制センター（ATV-CC）から監視および制御されました。ATV-CCは、各ATVが打ち上げロケットから分離した瞬間から、地球の大気圏で燃え尽きるまで、軌道マヌーバとミッションタスクの計画とコマンドの発行を担当しました。ATV-CCは、ドイツのオーバープファッフェンホーフェンにあるコロンバス管制センター（Col-CC）と直接通信回線を持っています。Col-CCは、ATVと国際宇宙ステーション（ISS）の両方と通信するために、NASAの追跡データ中継衛星システムと欧州のアルテミス通信ネットワークの両方へのアクセスをATV-CCに提供しています。 ATV-CCは、ヒューストンのNASAクリストファー・C・クラフト・ジュニア・ミッション・コントロール・センター（MCC-H）とモスクワのロシアFKAミッション・コントロール・センター（TsUPまたはMCC-M）、およびフランス領ギアナのクールーにあるギアナ宇宙センターのATV発射場と連携して活動を行った。[ 68 ]
2011 年 5 月、ESA の事務局長は、ATV の後継機の開発に関して NASA と協力する可能性を発表した。[ 69 ]同年後半には、NASA のオリオン宇宙船に ATV 由来のサービス モジュールを使用する提案が明らかになった。[ 70 ]このサービス モジュールは、2017 年まで 5 機の ATV によって賄われていた ISS の運用費用の 8% 分の ESA 負担分との交換として提供される。オリオン用のサービス モジュールを開発することで、2020 年までの ISS 運用における ESA の負担分を賄うことができる。[ 71 ]
「ESAの貢献は、オリオン計画の2017年ミッションの成功にとって極めて重要となるだろう。」
2012年6月、ESAはエアバスに2つの別々の調査を委託し、それぞれ650万ユーロの価値があるとして、ATVとコロンバス関連の作業から得られた技術と経験を利用して、2017年以降のISS運用におけるESAの負担分を補うための選択肢を評価した。 [ 72 ] 1つの調査はオリオンのサービスモジュールの開発を検討し、もう1つは宇宙ステーションへの補給、デブリの除去、軌道上の衛星の整備が可能な多目的機の開発を検討した。これらの調査は2012年末までに完了する予定だった。[ 73 ]
2012年11月のESA閣僚理事会で、ESAはサービスモジュールの開発を約束し[ 74 ]、12月中旬にはNASAと、スペース・ローンチ・システムによるオリオンの初打ち上げ用にATV由来のオリオンサービスモジュールを提供する契約を締結した[ 12 ]。このモジュールは欧州サービスモジュール（ESM）と呼ばれている。
ESAは2014年11月にエアバス・ディフェンス・アンド・スペースにESMの開発と製造に関する3億9000万ユーロ（4億8800万ドル）の契約を授与した。[ 75 ]
片道無人貨物輸送機としての主要な役割に加えて、ESAはプロジェクト開始当初から、ATVが自動化された宇宙機のファミリー全体の出発点となる可能性を秘めていると考えていた。[ 14 ] ATV派生機の構想されたミッションの中には、軌道上の自動建設プログラムや実験用の独立した基地、再突入後も無傷で生き残り、双方向貨物輸送機として使用できるATVの潜在的なアップグレードバージョンなどがある。[ 14 ] [ 16 ] ATVの潜在的な商業化もESAが実施した正式な研究の対象であり、その中で、衛星専用の牽引機として宇宙船を使用する可能性や、代替打ち上げシステムの使用の可能性が検討された。[ 76 ]
2011年にNASAがスペースシャトルの退役を決定したことを受け、ESAはATVの改良と適応の可能性を探るため、一連の追加調査を開始することを決定した。これらの調査の結果、貨物回収型（CARV）が特に有望な開発候補として特定された。この派生型の目標は、ESAが国際宇宙ステーション（ISS）から地球へ科学データと貨物を輸送する能力を提供することである。さらに、CARVは改良型アリアン5ロケットで打ち上げられる有人宇宙船へと発展させることも可能となる。
アリアン5以外のロケットでATVを打ち上げる可能性も、特に商業軌道輸送サービスの枠組みの中で検討されてきた。ESAとその加盟国は、今後数年間でATVのさらなる開発の承認を検討する予定である。[ 77 ]
ESAと製造チームは、ATV、またはATVを構成する技術の一部を、有人構成に開発するさまざまなプログラムを検討してきた。[ 79 ]
2008 年 5 月 14 日、航空宇宙企業EADS アストリウムとドイツ航空宇宙センター(DLR) は、ATV を乗員輸送システムに適合させることを目的とした開発プロジェクトを積極的に進めていると発表した。[ 80 ]構想されている構成では、この機体は改良版のアリアン 5ロケットを使用して 3 人の乗員を低軌道を超えて打ち上げることができ、ロシアのソユーズよりも広いスペースを持つことになる。提案された機体のモックアップは、2008 年のベルリン国際航空宇宙博覧会で一般公開された。[ 81 ]このプロジェクトが ESA の承認を得ていれば、開発は 2 段階で進められていた。[ 82 ]
2008 年 11 月、ESA 大臣は ATV の再突入カプセルの開発に関する実現可能性調査の予算を計上した。これは、ATV の貨物回収機能または乗員バージョンの開発に必要な要件である。[ 90 ] 2009 年 7 月 7 日、ESA は EADS Astrium と 2100 万ユーロの研究契約を締結した。[ 91 ] [ 92 ] ARV の取り組みは、2008 年の金融危機による財政的制約のため、B1 段階を完了した後に最終的に中止された。[ 93 ]
2010年代、ロッキード・マーティンは、ATVをベースにしたExolinerと呼ばれる直径4.4メートル（14フィート）の新しい貨物輸送モジュールを含む商業補給サービス2の提案をまとめ、タレス・アレーニア・スペースと共同開発する予定だった。[ 94 ] [ 95 ] [ 96 ]
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