Nuovi sviluppi per i prossimi ATV

A pochi mesi dal lancio del secondo ATV con i rifornimenti alla ISS, attualmente previsto il prossimo Dicembre, sono in fase di valutazione le modifiche che verranno probabilmente implementate nei successivi trasporti.
Attualmente con l’ATV è possibile trasportare fino a 7700kg di rifornimenti alla ISS combinandoli secondo le seguenti tipologie:
– Da 1500kg a 5000kg di materiale “dry” nella sezione pressurizzata
– Fino a 855kg di acqua in contenitori da 260kg
– Fino a 100kg di un gas (aria, ossigeno o azoto) o 67kg di un tipo e 33kg di un altro
– Fino a 860kg di propellente per la sezione Russa, comprendente 306kg di UDMH e 554kg di ossidante
– Da 1821kg a 4000kg di propellente per l’ATV da utilizzare a scopi propulsivi.

Con le modifiche attualmente allo studio il payload è incrementabile per ATV-3 di 500kg e per il 4 e 5 di 1150kg ciascuno rispetto alla versione attuale, permettendo, oltre all’ovvio maggior payload trasportato, di ridurre la spesa ESA per il trasporto di materiale verso la ISS all’interno degli accordi di spartizione fra i partner.

Dal momento della progettazione ad oggi i requisiti di rifornimento alla ISS sono sensibilmente variati per molti motivi ed oggi, rispetto ad allora, il management della ISS preferisce focalizzare l’attenzione e la percentuale di payload verso il materiale “dry” e il gas piuttosto che il propellente o i reboost.
La variazione delle necessità è stata osservata da tempo ma solo modifiche minori sono state effettuate su ATV-2 a causa della fase avanzata di progettazione e costruzione, potendo beneficiare solamente di una versione aggiornata del lanciatore Ariane 5 e l’utilizzo di rack più leggeri di 50kg rispetto ai precedenti.
In fase di progettazione inoltre si era considerato un “payload tipo” con densità media di 300kg/m3 mentre già con gli MPLM si è visto che a stento si arriva a densità di 200-250kg/m3, questo comporta un volume minore disponibile per trasportare lo stesso peso e rack sovradimensionati per il peso alloggiato.
Attualmente, con tale densità e con il volume disponibile dettato dagli alloggiamenti ILR disponibili, è possibile caricare al massimo, con 8 ILR e gli adattatori per estenderne i supporti, 3200kg di materiale, molto meno del massimo previsto di 5500kg.
Nei successivi, a partire dall’ “Edoardo Amaldi”, potranno invece essere implementate diverse misure migliorative.
La prima individuata è l’installazione di una nuova struttura nel cono posteriore della sezione pressurizzata, sulla quale potranno essere alloggiati fino a 338kg di materiale, sempre posizionato all’interno delle sacche attualmente utilizzate.
Un secondo tipo di struttura è la Enhanced Integrated Stowage Platform (EISP), essa deriva dal contratto indetto dalla NASA nel 2008 per lo studio di una struttura in grado di alloggiare all’interno di un alloggiamento per rack rimasto libero del Nodo 3 fino a 900kg di materiale. Il contratto, vinto da Thales Alenia Space Italia, ha permesso di sviluppare la struttura ISP, da cui deriva la versione “Enhanced” che è attualmente destinata ad ATV.
La stessa potrà alloggiare, in 4 delle 8 posizioni anche una ulteriore estensione in grado di sostenere ulteriori 67kg di materiale ciascuna.
Altri 26kg potrebbero infine essere disponibile nella Aft Cargo Frame.

Per quanto riguarda il propellente invece gli ATV 4 e 5 voleranno in periodi di scarsa attività solare e questo significherà che per tali missioni saranno necessari non più di 1500kg di propellente. A causa di vincoli progettuali però attualmente l’ATV deve imbarcare non meno di 1821kg di propellente, dovrà quindi trasportare propellente inutile ai fini della missione.
I 321kg non necessari sarebbero recuperabili inserendo delle sacche gonfiabili nei serbatoi per occupare il volume inutilizzato e ricertificando l’intero sistema di guida e navigazione che a causa della variazione del carico e centraggio sarebbe attualmente fuori dall’inviluppo previsto.
A causa delle problematiche e del rischio di tale ultima necessità, con l’ulteriore problema che i kg recuperati sarebbero difficilmente sfruttabili per i problemi di volume già descritti, quest’ultimo intervento è stato deciso di non implemetarlo.
Stesso discorso per il propellente destinato al rifornimento della ISS in quanto per il 4 e 5 non è previsto nessun trasporto di questo tipo. In questo caso però il sistema è indipendente e potrebbe essere rimosso risparmiando 450kg degli impianti oltre agli 860kg massimi di payload.
Anche in questo caso però, benchè la rimozione fosse più facilmente attuabile, si è deciso di mantenere il sistema installato anche sul 4 e 5 volando però senza propellente di rifornimento. Questo perchè il peso risparmiato non sarebbe sfruttabile sempre per il problema del volume e perchè toglierebbe la possibilità di trasporto in caso di variazioni dell’ “ultimo minuto” al manifesto di lancio per esigenze logistiche.
Ulteriori vantaggi sarebbero ottenibili dallo sbarco, non ancora deciso e attuabile anche in fase avanzata di preparazione, del sistema di rifornimento dell’acqua. Considerando un funzionamento nominale dei sistemi di riciclo a bordo della ISS il quantitativo necessario sarebbe minimo (per ATV-2 non ci sarà acqua) e il peso risparmiato intorno ai 100kg.

Oltre alle variazioni dei profili di missione sono in studio miglioramenti progettuali e ingegneristici per permettere un aumento delle prestazioni.
In particolare, con una migliore caratterizzazione dell’ambiente micrometeorico in LEO e l’ausilio di più avanzati programmi di simulazione di impatto e penetrazione sono allo studio scudi anti MMOD più leggeri dell’attuale. Questo potrà essere ottenuto in particolare riducendo lo strato di alluminio a 1.6mm risparmiando complessivamente 60kg.

Fonte: ESA