Le véhicule de transfert automatique ou ATV (en anglais : Automated Transfer Vehicle), est un vaisseau cargo spatial développé par l'Agence spatiale européenne pour ravitailler la Station spatiale internationale (ISS). Capable de s'amarrer automatiquement à la station comme les vaisseaux russes Progress-M, ce vaisseau cargo peut transporter environ de fret. Il a la capacité de ravitailler la station en consommables, de transporter les pièces de rechange destinées à l'intérieur de la station lorsqu'elles sont compatibles avec le gabarit des écoutilles russes. Ses propulseurs et la réserve de carburant dont il dispose lui permettent de rehausser l'orbite de la station dégradée par la traînée de l'atmosphère résiduelle.
L'ATV est long de pour un diamètre de et sa masse à vide est de . Il est composé d'un module pressurisé destiné à transporter le fret et d'un module de propulsion qui est utilisé pour hisser le vaisseau de l'orbite atteinte grâce à son lanceur jusqu'à celle de la station spatiale, puis rehausser l'orbite de la station. L'ATV est lancé par une version dédiée de la fusée Ariane 5 qui peut placer ses en orbite basse. À l'issue d'un séjour en orbite dont la durée peut atteindre six mois, il se détache de la station et se désintègre en effectuant une rentrée atmosphérique.
L'ATV remplace dans son rôle de ravitailleur de la station spatiale la navette spatiale américaine dont l'exploitation est arrêtée depuis 2011. Il assume ce rôle avec les vaisseaux cargo japonais HTV, les vaisseaux russes Progress-M et les engins américains Cygnus et Dragon du programme COTS. Cinq vols d'ATV sont budgétés entre 2008 et 2014. Plusieurs véhicules dérivés de l'ATV font l'objet d'études mais aucun jusqu'à présent ne s'est concrétisé. Une évolution du module de service de l'ATV a été proposée à la NASA par son constructeur pour jouer un rôle équivalent sur la version ravitailleur de station spatiale du vaisseau spatial américain Orion en cours de développement.
Développement et production
Le premier document de conception de l'ATV est produit en 2000 et les spécifications sont figées en 2003. Les tests démarrent mi 2005 et le premier vol a lieu en . Le maître d'œuvre de l'ATV est EADS Astrium Space Transportation qui mène pour le compte de l'Agence spatiale européenne (ESA) un consortium composé de nombreux sous-contractants. Les bureaux du maître d'œuvre sont pour l'instant aux Mureaux (France) et seront transférés à Brême (Allemagne) une fois le développement terminé et la production des exemplaires successifs entamée. Le client, l'ESA dispose pendant tout le développement d'une équipe intégrée sur le site des Mureaux. Le développement de l’ATV est complexe car il a dû respecter à la fois des règles de sécurité formulées par les autorités spatiales russes et américainesOutre une prouesse technologique, un chemin de croix diplomatique…Le succès de l’amarrage de l’ATV à l’ISS.
Le premier ATV est lancé par une fusée Ariane 5 depuis la base de Kourou en Guyane française, dans la nuit du 8 au à 01 h 03 min heure locale. Il a été baptisé Jules Verne, du nom du premier auteur de science-fiction des temps modernes. Les contrats et accords existants prévoient la production de quatre exemplaires supplémentaires de l'ATV, qui seront lancés au rythme d'environ un par an. Ces lancements s'étaleront de 2009 à 2013, en vertu d'accords entre la NASA et l'ESA.
Le second ATV a lui aussi été lancé par une fusée Ariane 5 depuis la base de Kourou, dans la nuit du 16 au à 22 h 50 min (heure de Paris). Il a été baptisé Johannes Kepler, astronome célèbre pour avoir étudié l’hypothèse héliocentrique (la Terre tourne autour du Soleil) de Nicolas Copernic, et surtout pour avoir découvert que les planètes ne tournent pas en cercle parfait autour du Soleil mais en suivant des ellipses.
Les deux principaux sous-contractants du projet sont : Thales Alenia Space, dans son établissement de Turin, en Italie, responsable du développement et de la production du module pressurisé ; RKK Energia (Russie) qui fournit le système d'amarrage (RDS, Russian Docking System), le système de ravitaillement (refuelling system) ainsi que divers équipements électriques.
Rôle L'ATV a été développé par l'Agence spatiale européenne pour apporter sa contribution au ravitaillement et au maintien de l'orbite de la station spatiale internationale. Le vaisseau cargo assure ce rôle avec le vaisseau japonais HTV, les vaisseaux cargos américains Dragon et Cygnus du programme COTS. Ces derniers doivent remplacer en partie le rôle joué par la navette spatiale américaine dont le programme s'est arrêté en 2011. La navette était à la fois le plus polyvalent de tous ces engins et celui qui disposait des plus grandes capacités. L'ATV et l'HTV ont des capacités en tonnage proche mais ont des caractéristiques très différentes. L'HTV ne s'amarre pas automatiquement mais s'approche à portée du bras télécommandé de la station puis est saisi par celui-ci pour être amarré sur la partie non russe de la station. Son écoutille, contrairement à celle de l'ATV, permet le transfert des armoires de grande taille en usage dans la partie non russe de la station (au format ISPR). Il peut transporter des pièces détachées à destination de l'extérieur de la station. Par contre il n'a aucune capacité de remorquage.
Caractéristiques techniques
L'ATV est un engin spatial de forme cylindrique qui mesure 10,3 mètres de long et de diamètre, pour une masse totale de à vide et de 20,7 tonnes fret et carburant compris. Sa masse a été fixée pour être compatible avec la capacité de lancement de la version ES d'Ariane 5.. Il comprend deux modules dans le prolongement l'un de l'autre (voir schéma) : le module cargo comportant un compartiment pressurisé d'un volume de transporte le fret (ravitaillement, pièces de rechange principalement russes) destiné à l'intérieur de la station. Les consommables liquides (eau, air et carburant pour le module russe Zvezda) sont transportés dans 22 réservoirs sphériques de différentes tailles situés à l'arrière dans la partie non pressurisée du module ; le module de service regroupe l'avionique du vaisseau, sa propulsion et les réservoirs d'ergols qui alimentent les différents moteurs-fusées. À l'extrémité du module de service se trouvent les tuyères de la propulsion principale tandis que le système d'amarrage et l'écoutille permettant de pénétrer à l'intérieur de la partie pressurisée se trouvent à l'extrémité opposée du module cargo. Les équipements sont conçus pour permettre à l'ATV de rester six mois en orbite.
Système d'amarrage
L'ATV est conçu pour s'amarrer à la partie russe de la station spatiale grâce au système sonde-cône qu'utilisent également les vaisseaux Progress ou Soyouz. Le gabarit de l'écoutille d'un diamètre interne de permet de transporter toutes les pièces de rechange russes mais pas celles du reste de la station qui nécessitent un gabarit d'écoutille plus important.
Lors du dernier vol (ATV George Lemaitre) il est équipé du nouveau système de guidage Liris qui permettra de tester de nouveaux systèmes de guidage pour des technologies de rendez-vous dans l'espace avec des cibles dites "non-coopératives", comme des astéroïdes ou des débris spatiaux.
Capacité d'emport
L'ATV peut embarquer au choix et dans la limite de : 100 kg d'air (oxygène et azote) pour renouveler l'atmosphère de la station spatiale ; d'eau potable pour l'équipage ; d'ergols pour le système de propulsion de la station qui est logé dans le module russe Zarya. Les moteurs-fusées de ce module fonctionnent avec des ergols différents de ceux utilisés par l'ATV : il s'agit d'UDMH et de peroxyde d'azote. de fret stockable dans la zone pressurisée de l'ATV accessible aux astronautes de la station via une écoutille de de diamètre. de carburant utilisé par les moteurs de l'ATV pour maintenir l'orbite de la station durant son séjour dans l'espace.
Contrairement aux autres vaisseaux cargo non russes qui desservent la station, l'ATV ne dispose pas de rangements accessibles depuis l'extérieur permettant de transporter de pièces de rechange à destination de l'extérieur de la station spatiale : réservoir d'ammoniac, gyroscope, expérience scientifique, pièce détachée pour les bras télécommandés ou les panneaux solaires... Enfin les caractéristiques de l'ATV, notamment l'absence d'un module de rentrée équipé d'un bouclier thermique et d'un parachute, ne lui permettent pas de ramener du fret à Terre.
Propulsion principale
La propulsion principale est assurée par 4 moteurs-fusées d'une poussée de 490 newtons développés par la société américaine Aerojet consommant un mélange de Méthylhydrazine et de MON. Ces ergols hypergoliques sont injectés dans la chambre de combustion des moteurs-fusées en étant mis sous pression par de l'hélium stocké à 310 bars. Ces moteurs sont utilisés pour passer de l'orbite sur laquelle l'a laissé le lanceur Ariane 5 () jusqu'à l'orbite de la station spatiale (350 à ) puis pour rattraper celle-ci. Environ de carburant sont destinés à cette phase du vol .. Une fois l'ATV amarré à la station, la propulsion principale est utilisée régulièrement pour remonter l'orbite de la station qui diminue de par jour.
vignette|redresse=2.5|center|Schéma ATV-2 : A Module cargo : B Module de service ; 1 Propulsion principale ; 2 Moteurs de contrôle d'orientation ; 3 Réservoirs eau, air et ergols ; 4 Antenne ; 5 Volume pressurisé ; 6 Système d'amarrage/écoutille ; 7 Système de guidage ; 8 Panneau solaire.
Contrôle d'attitude et guidage
Le vaisseau est stabilisé 3 axes. Son orientation est maintenue à l'aide de 4 groupes de 5 moteurs-fusées et de 4 groupes de 2 moteurs-fusées d'une poussée unitaire de 220 N et consommant les mêmes ergols que les propulseurs principaux. L'ATV utilise un système GPS pour contrôler sa position. Deux senseurs stellaires sont utilisés pour détecter les changements d'orientation.
L'ATV dispose d'une batterie d'équipements installés du côté du système d'amarrage pour les opérations de rendez-vous avec la station en mode automatique. Deux télé-goniomètres mesurent en continu la distance entre la station et le vaisseau. Deux vidéomètres émettent des impulsions laser vers des cibles installées sur la station pour déterminer la distance et l'orientation de la station spatiale. Deux cibles sont utilisées par l'équipage de la station pour contrôler l'approche finale de l'ATV ..
Énergie
Pour faire fonctionner les équipements chargés de la navigation et du guidage ainsi que maintenir la partie pressurisée à des températures suffisantes, l'ATV a besoin de lorsqu'il est passif c'est-à-dire amarré à la station spatiale et lorsqu'il est en transit. Il dispose à cet effet de 16 panneaux solaires répartis sur 4 ailes : les cellules solaires, qui couvrent une superficie totale de , fournissent d'énergie électrique ( en fin de mission). Lorsque les panneaux solaires sont déployés en orbite, l'envergure du vaisseau atteint . L'énergie électrique produite est stockée dans quatre batteries NiCd et quatre batteries LiMnO2 de 40 Ah chacune pour permettre d'alimenter en énergie les équipements lorsque le Soleil est masqué et que les panneaux solaires ne sont plus éclairés.
Télécommunications
L'ATV communique avec les stations à Terre en bande S en utilisant comme relais le réseau de satellites de télécommunications géostationnaires TDRS de la NASA. Les télécommunications avec la station spatiale sont assurées également en bande S. Pour la navigation le vaisseau cargo utilise un système GPS.
Structure, contrôle thermique et protection anti-micrométéorite