ATV (우주선)

1. 개요

ATV (Automated Transfer Vehicle, 자동 수송선)는 유럽 우주국(ESA)이 개발한 무인 우주선으로, 국제 우주 정거장(ISS)에 보급 임무를 수행했다. EADS 아스트리움이 주도하여 개발되었으며, 쥘 베른을 시작으로 요하네스 케플러, 에두아르도 아마르디, 알베르트 아인슈타인, 조르주 르메트르까지 총 5기가 발사되었다. ATV는 ISS에 화물, 연료, 물, 공기 등을 운송했으며, ISS의 고도 유지 및 폐기물 처분에도 기여했다. ATV 프로그램은 2014년에 종료되었으며, ATV 기술은 NASA의 오리온 우주선에 사용되는 유럽 서비스 모듈(ESM) 개발로 이어졌다.

2. 역사

1995년 10월, 유럽 우주국(ESA)은 국제 우주 정거장(ISS) 프로그램에 대한 유럽의 기여 중 하나로 자동 수송선(ATV) 개발을 담당하기로 합의했다. ATV는 ISS에 필요한 물품을 보급하고 과학 실험 장비를 운반하는 역할을 맡았다.

1998년 12월 9일, ESA는 프랑스 항공우주 회사 아에로스파시알과 470 규모의 ATV 개발 계약을 체결했다. 이 계약에는 이탈리아의 알레니아 스파치오, 프랑스-영국 합작 마트라 마르코니 스페이스, 독일 다임러 크라이슬러 항공우주 (DASA) 등 여러 주요 하청업체가 참여했으며, 일부 부품은 러시아 S. P. 코롤레프 로켓 및 우주 공사 에네르기아에서 제공했다. 초기에는 DASA가 생산 주 계약자 역할을 맡았으나, 2000년 이후에는 아에로스파시알로 점차 이전되었다. 계약 당시 ATV의 첫 비행은 2003년 9월로 예정되어 있었다.

그러나 아리안 5 대형 로켓의 문제와 소프트웨어 재작성 등으로 인해 첫 번째 ATV인 쥘 베른의 발사는 여러 차례 지연되었다. 2004년 중반에는 기술 문제로 인해 발사가 2005년 말로 연기되었고, ESA와 주 계약자 간의 재협상이 이루어졌다. 이후에도 소프트웨어 개발 문제와 발사 시기 변경으로 인해 발사는 계속 연기되었다. 2005년 10월, 첫 번째 ATV의 발사 날짜는 2007년으로 확정되었다.

2006년 9월, 아리안 5의 ATV 전용 단계에 대한 최종 테스트가 막바지에 이르렀고, 2006년 12월에는 첫 번째 ATV가 진공 테스트를 성공적으로 완료했다. 2007년 4월에는 ATV가 안전 관련 질의를 포함한 운영상의 우려에 대응하고 상업화 가능성을 검토하기 위한 자격 심사 과정을 거쳤다.

ATV는 총 5기가 제작되었으며, 각 기체에는 과학 및 공학 분야의 유럽 인물들의 이름이 붙여졌다.

2008년, ATV의 추가 활용이 제안되었다. ESA와 ATV의 주요 제조업체는 유인 ATV 개발과 기술 재사용 등 다양한 추가 개발을 연구했다. 그러나 2012년 4월 2일, ESA는 2014년 다섯 번째 ATV 발사 이후 ATV 프로그램을 종료한다고 발표했다.

2012년, ESA 회원국들은 ATV 설계를 NASA 오리온 우주선의 서비스 모듈로 개조하여 사용할 수 있다고 결정했다. 2013년 1월, ESA와 NASA는 오리온 및 ATV 파생 서비스 모듈을 결합하여 유럽 서비스 모듈(ESM)을 개발하기로 발표했으며, 이는 오리온 유인 우주선의 주요 구성 요소로 사용될 예정이다.

2.1. 개발 배경

2007년 현재 국제우주정거장(ISS)의 유도, 항법, 조종, 추진을 담당하는 핵심 모듈은 러시아의 즈베즈다 서비스 모듈과 프로그레스 우주선이다. ISS는 고도 유지, 우주 쓰레기 회피, 고도 조정을 위해 매년 평균 7000 kg의 추진제를 필요로 한다. 2014년경에는 매년 105,000 kg의 추진제가 필요할 것으로 예상되었다. 당시에는 프로그레스 우주선을 매년 6회 발사하여 이를 충당했다.

유럽 우주국(ESA)이 개발한 ATV는 러시아의 프로그레스 우주선보다 3배 정도 크다. 프로그레스가 발사 중량 7톤, 탑재 화물 중량 2톤인데 비해 ATV는 발사 중량 20톤, 탑재 화물 중량 8톤이다.

1990년대에 국제 우주 정거장 프로그램이 진행되면서, 15개 참가국들은 ISS가 완공되면 저궤도에서 정기적인 재보급 임무를 수행하여 승무원의 필요를 충족하고, 탑승한 다양한 과학 테스트를 지원하는 장비를 전달해야 한다는 것을 인식했다. 1995년 10월, ESA는 유럽이 ISS 프로그램에 기여하는 방식 중 하나로 ATV를 담당하기로 합의했다.

1998년 12월 9일, ESA는 프랑스 항공우주 회사 아에로스파시알에 470 규모의 ATV 개발 계약을 체결했다. 아에로스파시알이 주 계약자 역할을 하는 동안, 탈레스 알레니아 스페이스, 마트라 마르코니 스페이스, DASA 등 여러 주요 하청업체가 참여했다. 일부 구성 요소는 러시아 회사 S. P. 코롤레프 로켓 및 우주 공사 에네르기아에서 제공했다.

ATV는 EADS 아스트리움사가 중심이 되어 컨소시엄을 결성하여 개발이 이루어졌다. 초호기에는 근대 최초의 SF 작가인 쥘 베른의 이름을 따서 "쥘 베른"이라는 이름이 붙여졌다.

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EADS 아스트리움 스페이스 트랜스포테이션은 ATV-2 이후부터 "쥘 베른"을 조립한 브레멘 시설에서 ATV를 제조하고 있다. 2004년에는 ATV를 2년에 약 1기씩 총 5기를 발사하는 것에 관한 계약과 협정이 체결되었다.

러시아의 RSC 에네르기아는 EADS 아스트리움 스페이스 트랜스포테이션의 주요 하청업체 중 하나인 탈레스 아레니아 스페이스에 러시아의 도킹 시스템, 연료 보급 시스템, 러시아 장치의 제어 시스템을 제공하는 계약을 40에 체결했다. 탈레스 아레니아 스페이스는 ATV의 가압 화물 구획을 담당하며, 이 가압 화물실은 토리노에서 제조되고 있다.

이후 5대의 ATV에 과학 및 공학 분야의 유럽 인물들의 이름이 붙여졌다.

첫 번째 ATV인 쥘 베른의 발사는 아리안 5 로켓의 문제와 소프트웨어 재작성 등으로 인해 여러 차례 지연되었다. 최종적으로 2008년 3월에 발사되었다.

ATV는 당초 7호기까지 계획되었지만, 5호기로 계획이 종료되었다. ESA는 ATV 계획 종료 후 NASA의 오리온 우주선의 추진 기구 개발에 주력하게 되었다.

2.2. 개발 과정

1995년 10월, 유럽 우주국(ESA)은 국제 우주 정거장(ISS) 프로그램에 대한 유럽의 기여 중 하나로 자동 수송선(ATV) 개발을 담당하기로 합의했다. ATV는 ISS에 필요한 물품을 보급하고 과학 실험 장비를 운반하는 역할을 맡았다.

1998년 12월 9일, ESA는 프랑스 항공우주 회사 아에로스파시알과 470 규모의 ATV 개발 계약을 체결했다. 이 계약에는 이탈리아의 알레니아 스파치오, 프랑스-영국 합작 마트라 마르코니 스페이스, 독일 다임러 크라이슬러 항공우주 (DASA) 등 여러 주요 하청업체가 참여했으며, 일부 부품은 러시아 S. P. 코롤레프 로켓 및 우주 공사 에네르기아에서 제공했다. 초기에는 DASA가 생산 주 계약자 역할을 맡았으나, 2000년 이후에는 아에로스파시알로 점차 이전되었다. 계약 당시 ATV의 첫 비행은 2003년 9월로 예정되어 있었다.

그러나 아리안 5 대형 로켓의 문제와 소프트웨어 재작성 등으로 인해 첫 번째 ATV인 쥘 베른의 발사는 여러 차례 지연되었다. 2004년 중반에는 기술 문제로 인해 발사가 2005년 말로 연기되었고, ESA와 주 계약자 간의 재협상이 이루어졌다. 이후에도 소프트웨어 개발 문제와 발사 시기 변경으로 인해 발사는 계속 연기되었다. 2005년 10월, 첫 번째 ATV의 발사 날짜는 2007년으로 확정되었다.

2006년 9월, 아리안 5의 ATV 전용 단계에 대한 최종 테스트가 막바지에 이르렀고, 2006년 12월에는 첫 번째 ATV가 진공 테스트를 성공적으로 완료했다. 2007년 4월에는 ATV가 안전 관련 질의를 포함한 운영상의 우려에 대응하고 상업화 가능성을 검토하기 위한 자격 심사 과정을 거쳤다.

ATV 개발은 에어버스 디펜스 앤드 스페이스가 주 계약자를 맡아 진행했으며, 여러 하청업체 컨소시엄을 이끌었다. 초기 개발은 프랑스 레 뮈로에서 시작되었으나, 생산 단계로 넘어가면서 독일 브레멘으로 이전되었다. ESA와 계약자 간의 협력을 위해 레 뮈로 부지에 통합 ESA 팀이 설치되어 운영되었다.

에어버스 디펜스 앤드 스페이스는 브레멘 시설에서 ATV를 제작했으며, 2004년에는 4대의 ATV를 추가 계약하여 총 5대의 ATV를 발주했다. 독일 항공우주 센터(DLR)에 따르면 ATV 개발 비용은 약 1350였으며, 각 ATV 우주선의 비용은 발사 비용을 제외하고 약 300였다. 2005년 3월, RSC 에네르기아는 에어버스 디펜스 앤드 스페이스의 주요 하청업체 중 하나인 알레니아 스파지오(현재 탈레스 알레니아 스페이스)와 러시아 도킹 시스템, 연료 보급 시스템, 러시아 장비 제어 시스템을 공급하는 40 규모의 계약을 체결했다. 탈레스 알레니아 스페이스는 ATV의 가압 화물 운반 섹션을 담당하여 이탈리아 토리노에서 제조했다.

2007년 7월 31일, 첫 번째 ATV 쥘 베른은 로테르담 항구에서 프랑스령 기아나 쿠루에 있는 ESA 우주 기지에 도착했다. 2008년 3월 9일, 쥘 베른은 쿠루에서 아리안 5 로켓에 실려 발사되었고, 2008년 4월 3일 ISS와 자동 도킹에 성공했다.

이후 ATV는 5호기까지 발사되었으며 각 기체에는 과학자들의 이름이 붙여졌다.

ATV는 당초 7호기까지 계획되었으나, 2기가 취소되어 5호기로 계획이 종료되었다. ESA는 ATV 계획 종료 후 NASA의 오리온 우주선(MPCV) 추진 기구 개발에 주력하게 되었다.
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2.3. ATV 프로그램 종료 및 유럽 서비스 모듈(ESM) 개발

2008년에 ATV의 추가 활용이 제안되었다. ESA와 이 차량의 주요 제조업체인 에어버스 디펜스 앤드 스페이스는 ATV의 유인 버전과 기술의 일부 또는 요소를 재사용할 수 있는 기회를 포함한 다양한 추가 개발을 연구했다. 그러나 2012년 4월 2일, ESA는 2014년 다섯 번째 ATV 발사 이후 ATV 프로그램을 종료할 것이라고 발표했다.

2012년, ESA 회원 국가들은 ATV 설계를 NASA 오리온 우주선의 서비스 모듈로 개조하여 사용할 수 있다고 결정했다. 2013년 1월, ESA와 NASA는 오리온 및 ATV 파생 서비스 모듈을 결합하여 진행하기로 발표했으며, 이후 유럽 서비스 모듈(ESM)로 명칭이 변경되었고, 이는 오리온 유인 우주선의 주요 구성 요소로 사용될 예정이다. NASA의 아르테미스 1호는 2022년 11월 16일에 발사되었으며, 에어버스 디펜스 앤드 스페이스가 제조한 유럽 서비스 모듈(ESM)을 장착한 오리온 우주선을 달까지 두 번의 저고도 비행 궤도로 보냈다. ESA는 아르테미스 계획에 따라 아르테미스 VI호까지 ESM을 제공할 예정이며, 아르테미스 3호는 1972년 이후 처음으로 달에 발을 디딜 인간을 실어 보낼 것이다.

3. 설계

ATV(자동 수송 우주선)는 1990년대에 설계된 일회용 화물 우주선으로, 시스템 버스와 통합 화물 운반 장치의 두 부분으로 구성된다. 시스템 버스에는 ATV의 추진 시스템, 항공 전자 베이 및 태양 전지판이 포함되어 있으며, 주로 아리안 5 발사체에서 분리된 후 남은 거리를 자동으로 이동하여 국제 우주 정거장(ISS)과 도킹하는 데 사용되었고, 탑승한 우주 비행사는 접근할 수 없었다. 통합 화물 운반 장치는 가압된 모듈, 유체 및 가스 화물을 위한 외부 베이, 추가 항공 전자 장치 및 랑데부 센서, 도킹 메커니즘으로 구성되었다. ATV의 주요 구조(Al-2219)는 유성체 및 파편 보호 시스템으로 보호된다.

ATV는 러시아의 프로그레스 우주선을 보완하도록 설계되었으며, 프로그레스보다 3배 더 큰 탑재 능력을 가지고 있다. 프로그레스와 마찬가지로 액체, 깨지기 쉬운 화물 등을 운반하며, 우주비행사가 우주복 없이 접근 가능한 가압된 화물칸에 보관된다. ATV의 가압 화물 구획은 이탈리아에서 제작한 다목적 물류 모듈(MPLM)을 기반으로 하며, 이는 이전 우주 왕복선이 우주 정거장으로 장비를 운송할 때 사용했던 "우주 바지선/컨테이너"였다. ATV는 프로그레스와 동일한 도킹 메커니즘을 사용하며, 우주 정거장의 폐기물 컨테이너 역할도 한다.

각 ATV는 발사 시 20.7톤이며, 최대 적재량은 다음과 같다:

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📌 열 고정 해제

종류	최대 적재량
건조 화물 (보급품, 과학 탑재물 등)	1500kg ~ 5500kg
물	840kg
가스 (질소, 산소, 공기, 비행당 최대 두 종류)	100kg
재부스트 기동 및 스테이션 재급유를 위한 추진제	4700kg
탑재 재급유 추진제 (UDMH 연료 및 N2O4 산화제)	최대 860kg

ATV의 추진제 (모노메틸히드라진 연료 및 N₂O₄ 산화제)는 탑재 재급유 추진제와는 다른 유형이다. 도킹 해제 후, 최대 6.5톤의 쓰레기를 적재한 ATV는 대기권으로 진입하여 소멸된다.

ATV의 시스템 버스 섹션에는 태양 전지판(3,800 W), 40 Ah의 배터리, 추진제 탱크, 4개의 R-4D(490 N) 추력기, 28개의 자세 제어 및 제동 추력기(220 N)가 있었다.

3.1. 도킹 시스템

ATV는 적도 부근에 있는 기아나 우주 센터의 ELA-3 발사 시설에서 아리안 5 로켓으로 300km 상공의 궤도로 발사된다. ATV가 로켓에서 분리되면 유도 장치가 작동하고, 추력기를 점화하여 가속하여 ISS로 향하는 전이 궤도에 진입한다.

약 10일간의 궤도 조정을 거쳐 ATV는 ISS의 30km 후방이자 5km 아래 위치에 도달한다. 그리고 궤도를 두 바퀴 도는 동안 최종 접근을 수행한다.

ISS와의 도킹은 일본의 국제 우주 정거장 보급기 (HTV)와 달리 완전히 자동으로 이루어진다. 만약 최종 단계에서 어떤 문제가 발생할 경우, 주 유도 시스템에서 완전히 독립된 일련의 충돌 회피 기동이 작동한다. 또한 비상시에는 ISS의 우주 비행사가 도킹 중지 명령을 전송할 수 있도록 되어 있다.

ATV가 도킹하면 ISS의 승무원은 화물 구획으로 들어가 페이로드를 반출한다. ATV의 액체 탱크는 ISS의 배관에 연결되어 액체가 ISS 측의 탱크로 이송된다. 또한, 승무원은 밸브를 수동으로 조작하여 공기를 직접 ISS 선내로 방출한다. ATV는 최대 6개월 동안 해치를 열어둔 채 ISS에 머물 수 있다. 비워진 화물 구획에는 ISS에서 나온 쓰레기가 채워진다. 도킹 중에는 필요에 따라 ATV의 추력기를 사용하여 ISS의 고도 상승 및 하강이 이루어진다.

미션이 완료되면, 쓰레기를 가득 실은 ATV는 ISS에서 분리되어, 추력기를 사용하여 궤도 속도를 감속시킴으로써 궤도에서 이탈하여, 남태평양 상공에서 재진입한다.

각 기체의 미션은 다음과 같다.

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📌 열 고정 해제

번호	이름	발사일	성사 여부	도킹	재진입
ATV-001	쥘 베른	2008년 3월 9일	성공	2008년 4월 3일	2008년 9월 29일
ATV-002	요하네스 케플러	2011년 2월 16일	성공	2011년 2월 24일	2011년 6월 21일
ATV-003	에두아르도 아마르디	2012년 3월 23일	성공	2012년 3월 28일	2012년 10월 3일
ATV-004	알베르트 아인슈타인	2013년 6월 6일	성공	2013년 6월 15일	2013년 11월 2일
ATV-005	조르주 르메트르	2014년 7월 29일	성공	2014년 8월 12일	2015년 2월 15일

3.2. 화물 탑재 능력

ATV는 러시아의 프로그레스 우주선을 보완하기 위해 설계되었으며, 프로그레스보다 3배 더 큰 탑재 능력을 가지고 있다. 프로그레스와 마찬가지로 액체, 깨지기 쉬운 화물 등을 운반하며, 우주비행사가 우주복 없이 접근 가능한 가압된 화물칸에 보관된다.

ATV의 가압 화물 구획은 이탈리아에서 제작한 다목적 물류 모듈(MPLM)을 기반으로 한다. MPLM은 이전 우주 왕복선이 우주 정거장으로 장비를 운송할 때 사용했던 "우주 바지선/컨테이너"였다. ATV는 프로그레스와 동일한 도킹 메커니즘을 사용하며, 우주 정거장의 폐기물 컨테이너 역할도 한다.

각 ATV는 발사 시 20.7톤이며, 최대 8톤의 화물을 적재할 수 있다:

ATV의 추진제 (모노메틸히드라진 연료 및 N₂O₄ 산화제)는 탑재 재급유 추진제와는 다른 유형이다.

도킹 해제 후, 최대 6.5톤의 쓰레기를 적재한 ATV는 대기권으로 진입하여 소멸된다.

4. 운용

ATV는 국제 우주 정거장(ISS)에 보급 임무를 수행하기 위해 17개월마다 정기적으로 발사될 예정이었다. 이 차량은 아리안 5 로켓을 통해 ISS와 호환되는 궤도면으로 발사되었다. 발사체에서 분리된 직후 ATV는 태양 전지판을 펼쳤다.

ATV는 GPS와 천문 항법 기술을 조합하여 우주 정거장과 자동으로 랑데부했다. 249m 거리에서 ATV의 온보드 컴퓨터는 비디오미터와 원격 거리 측정기 데이터를 모두 사용하여 최종 접근 및 도킹 기동을 수행했다. 즈베즈다 모듈과의 도킹은 완전 자동화되었다. 만약 마지막 순간 기술적 문제 또는 문제 발생 시, 주 항법 시스템과 완전히 독립된 충돌 방지 기동을 우주 정거장에 탑승한 우주 비행사가 활성화할 수 있었다.

ATV가 성공적으로 도킹되면 정거장 승무원은 차량의 화물 구역에 들어가 탑재된 화물에 직접 접근할 수 있었다. ATV의 액체 탱크는 승무원에 의해 정거장의 배관에 연결되었고, 정거장 승무원은 공기 구성 요소를 ISS의 대기 중으로 직접 수동으로 방출했다. ATV는 최대 6개월 동안 해치가 열린 상태로 ISS에 부착되어 주로 휴면 상태로 유지될 수 있었다. 이후 승무원은 폐기할 정거장의 폐기물로 화물 구역을 채웠다. 10~45일 간격으로 ATV는 재활성화되어 추진기를 사용하여 정거장의 고도를 높였다.

임무가 완료되면 최대 6.5톤의 폐기물을 싣는 경우가 많은 ATV는 ISS에서 분리되었다. 추진기는 의도적으로 우주선을 궤도 밖으로 이동시켜 태평양 상공에서 통제된 파괴적인 대기권 재진입을 수행하는 가파른 비행 경로에 놓았다.

각 기체의 미션은 다음과 같다.

4.1. ATV 제어 센터

ATV 임무는 프랑스 툴루즈 우주 센터(CST)에 있는 ATV 제어 센터(ATV-CC)에서 감시 및 제어했다. ATV-CC는 발사체에서 분리되는 순간부터 지구 대기권에서 소멸될 때까지 각 ATV의 궤도 기동 및 임무 수행 계획을 수립하고 명령을 내리는 역할을 했다. ATV-CC는 독일 오버파펜호펜에 있는 콜럼버스 제어 센터(Col-CC)와 직접적인 통신 회선을 가지고 있다. Col-CC는 ATV-CC에 NASA의 추적 및 데이터 중계 위성 시스템과 유럽의 아르테미스 통신 네트워크에 대한 접근을 제공하여 ATV와 ISS(국제 우주 정거장) 모두와 통신할 수 있도록 했다. ATV-CC는 미국 휴스턴의 NASA 크리스토퍼 C. 크라프트 주니어 미션 통제 센터(MCC-H) 및 러시아 모스크바의 FKA 미션 통제 센터(TsUP 또는 MCC-M), 그리고 프랑스령 기아나 쿠루에 있는 ATV 발사 기지와의 활동을 조정했다.

5. 임무 목록

각 ATV의 임무는 다음과 같다.

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📌 열 고정 해제

번호	이름	발사일	성사 여부	도킹	재진입
ATV-001	쥘 베른	2008년 3월 9일	성공	2008년 4월 3일	2008년 9월 29일
ATV-002	요하네스 케플러	2011년 2월 16일	성공	2011년 2월 24일	2011년 6월 21일
ATV-003	에두아르도 아마르디	2012년 3월 23일	성공	2012년 3월 28일	2012년 10월 3일
ATV-004	알베르트 아인슈타인	2013년 6월 6일	성공	2013년 6월 15일	2013년 11월 2일
ATV-005	조르주 르메트르	2014년 7월 29일	성공	2014년 8월 12일	2015년 2월 15일

2012년 4월 2일, 유럽 우주국(ESA)은 2014년에 다섯 번째 ATV가 발사된 후 ATV 프로그램이 종료될 것이라고 발표했다.

6. 발전 제안

유럽 우주국(ESA)은 ATV가 단순한 무인 화물 수송선을 넘어, 자동화된 우주선 계열의 출발점이 될 수 있다고 보았다. 이에 따라 ATV를 개량하여 궤도 자동화 건설, 독립 실험, 재진입 시 화물 보존이 가능한 양방향 수송선 등으로 활용하는 방안이 연구되었다. 또한, ATV의 상업적 활용을 위해 위성 예인선으로 사용하거나 다른 발사 시스템을 이용하는 방안도 검토되었다.

2011년 우주왕복선 퇴역 이후, ESA는 ATV 개량 연구를 통해 화물 회수 버전(CARV)을 유망한 후보로 선정했다. CARV는 ISS에서 지구로 과학 데이터와 화물을 운송하고, 개조된 아리안 5를 통해 유인 우주선으로 발전할 가능성도 있었다.

이 외에도 다음과 같은 ATV 발전 제안들이 있었다.

* 미니 우주 정거장 (MSS): 여러 대의 ATV를 연결하여 소형 우주 정거장으로 활용하는 방안이다.
* 탑재체 회수 시스템 (PARES): 소형 탄도 캡슐을 이용하여 소량의 화물을 회수하는 시스템이다.
* 화물 상승 및 귀환 차량 (CARV): 궤도에서 탑재체를 회수할 수 있는 재설계된 캡슐을 설치하는 방안이다.
* 승무원 수송 차량 (CTV): 비상 탈출 시스템을 갖춘 유인 캡슐을 설치하여 4~5명의 승무원을 수송하는 방안이다.

상업 궤도 수송 서비스의 일환으로, 아리안 5 외 다른 발사체로 ATV를 발사하는 방안도 연구되었다.

6.1. 미니 우주 정거장(MSS)

MSS 개념은 여러 대의 ATV를 각 끝에 도킹 포트가 두 개인 형태로 건설하기 위한 ATV 발전 제안이었다. 현재 버전의 ATV는 이미 뒤쪽에 도킹 포트를 준비하고 있으며, 중앙에 터널을 위한 공간을 남겨두고 원통형으로 주 추진 시스템을 배치했다. 이 개념을 통해 소유즈 우주선, 프로그레스 우주선 및 기타 ATV가 ATV의 뒤쪽에 도킹할 수 있어, ATV가 한 번에 평균 약 6개월 동안 도킹하는 동안 사용 가능한 도킹 포트를 사용하여 러시아 차량의 꾸준한 흐름을 허용한다. 또한 생명 유지 시스템을 탑재하면 MSS 만으로 소형 우주 정거장으로 사용하는 것도 생각할 수 있었다.

6.2. 탑재체 회수 시스템(PARES)

PARES는 ATV 도킹 인터페이스에 내장된 VBK-Raduga와 유사한 소형 탄도 캡슐을 포함하여 수십 킬로그램의 탑재체를 회수할 수 있는 시스템이다. PARES는 배치 가능한 열 차폐 시스템을 갖추고 있다. 유럽 우주국은 이 시스템을 프로그레스 우주선 및 H-II 수송선(HTV)에도 사용할 것을 제안했다.

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6.3. 화물 상승 및 귀환 차량(CARV)

유럽 우주국(ESA)은 ATV 프로젝트 초기부터 ATV가 자동화된 우주선 시리즈의 시작점이 될 수 있다고 보았다. ATV 파생형에는 궤도 자동화 건설, 독립 실험, 재진입 시 손상 없이 화물을 운송할 수 있는 양방향 화물 수송선(CARV) 등이 포함되었다. ESA는 ATV의 상업적 활용도 연구했는데, 우주선을 위성 예인선으로 쓰거나 다른 발사 시스템을 사용하는 방안을 검토했다.

2011년 우주왕복선 퇴역에 따라, ESA는 ATV 개량 연구를 시작했다. 이 중 CARV는 ISS에서 지구로 과학 데이터와 화물을 운송할 수 있어 유망한 후보로 떠올랐다. CARV는 개조된 아리안 5로 발사되는 유인 우주선으로도 발전할 수 있었다.

다음은 ATV를 기반으로 구상되었던 여러 파생 계획들이다.

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상업 궤도 수송 서비스의 틀 안에서, 아리안 5 이외의 다른 발사체에서 ATV를 발사할 가능성도 연구되었다.

6.4. 유인 수송선

ATV는 유인우주선으로 개조하면 4명 또는 5명의 사람이 탑승할 수 있다. ESA와 제조팀은 ATV 또는 ATV를 구성하는 기술의 일부를 유인 구성으로 개발하는 다양한 프로그램을 고려해왔다.

2008년 5월 14일, 항공우주 회사인 EADS 아스트리움과 독일 항공우주 센터(DLR)는 ATV를 유인 수송 시스템으로 개조하는 것을 목표로 개발 프로젝트를 적극적으로 추진하고 있다고 발표했다. 구상된 구성에서 이 우주선은 아리안 5 로켓의 수정 버전을 사용하여 3명의 승무원을 저궤도 너머로 발사할 수 있었으며, 러시아의 소유즈 우주선보다 더 넓었다. 제안된 우주선의 모형은 2008년 베를린 국제 항공우주 박람회에서 공개적으로 전시되었다.

승무원 수송 차량(CTV)은 검토된 또 다른 옵션이다. CARV 변형과 유사하게 현재의 통합 화물 운반선을 가압 재진입 캡슐로 대체할 것이다. 화물 전용 변형과의 중요한 차이점은 비상 시 발사기(아리안 5) 및/또는 서비스 모듈에서 승무원 캡슐을 떼어낼 수 있는 다수의 부스터 로켓으로 구성된 승무원 탈출 시스템의 존재이다. ATV의 CTV 변형은 4~5명의 승무원을 수용할 수 있다.

프로젝트가 ESA의 승인을 받았다면, 개발은 두 단계로 진행되었을 것이다.

* 첫 번째 단계는 2015년까지 최대 1,500kg의 화물을 우주에서 지구로 안전하게 수송할 수 있는 고급 재진입 우주선(ARV)의 개발을 포함했을 것이다. 이 능력은 추가 개발이 중단되더라도 ESA에서 사용할 수 있었을 것이다. 이는 ISS 프로그램과 NASA와 함께 제안된 화성 샘플 반환 임무에서도 유용했을 것이다. ARV 개발은 대기 재진입 데모, 승무원 귀환 우주선 및 관련 프로젝트에서 수행된 작업을 활용했을 것이다.
* 두 번째 단계는 당시 존재했던 캡슐을 사람들을 안전하게 수송할 수 있도록 개조하고, 서비스 모듈의 추진 및 기타 시스템을 업그레이드하는 것을 포함하며, "수십억 유로"의 비용으로 4~5년이 걸릴 것이라고 아스트리움의 고위 관계자가 밝혔다.

2008년 11월, ESA 장관들은 ATV에 대한 재진입 캡슐 개발에 대한 타당성 조사를 예산으로 책정했는데, 이는 ATV의 화물 반환 능력 또는 유인 버전 개발에 필요한 것이었다. 2009년 7월 7일, ESA는 EADS 아스트리움과 2100 규모의 연구 계약을 체결했다. ARV 노력은 2007-2008년 금융 위기로 인한 재정적 제약으로 인해 B1 단계 완료 후 최종적으로 중단되었다.

7. 유럽 서비스 모듈(ESM)

2012년, ESA 회원 국가들은 ATV 설계를 NASA 오리온 우주선의 서비스 모듈로 개조하여 사용할 수 있다고 결정했다. 2013년 1월, ESA와 NASA는 오리온 및 ATV 파생 서비스 모듈을 결합하여 진행하기로 발표했으며, 이후 유럽 서비스 모듈(ESM)로 명칭이 변경되었고, 이는 오리온 유인 우주선의 주요 구성 요소로 사용될 예정이다.

2011년 5월, 유럽 우주국(ESA) 국장은 ATV의 후속 기종 개발을 위해 미국 항공우주국(NASA)과의 협력을 발표했다. 그해 말, NASA의 오리온 캡슐에 ATV에서 파생된 서비스 모듈을 사용할 것을 제안했다. 이 서비스 모듈은 2017년까지 5개의 ATV가 담당했던 국제 우주 정거장(ISS) 운영 비용의 ESA 몫(8%)에 대한 교환 조건으로 제공될 예정이었다. 오리온을 위한 서비스 모듈 개발은 2020년까지 ISS 운영에 대한 ESA의 몫을 충당할 것이다.

2012년 6월, ESA는 에어버스에 각각 6.5 상당의 두 개의 별도 연구를 의뢰하여, ATV와 콜럼버스 관련 작업에서 얻은 기술과 경험을 활용하여 2017년 이후 ISS 운영에 대한 ESA의 몫을 충당할 방안을 평가했다.

2012년 11월 ESA 각료 이사회 회의에서, ESA는 서비스 모듈 개발에 전념하기로 결정했고, 12월 중순에는 NASA와 계약을 체결하여 ATV에서 파생된 오리온 서비스 모듈을 오리온의 처녀 발사에 사용할 수 있도록 했다.

ESA는 2014년 11월 에어버스 디펜스 앤드 스페이스에 ESM 개발 및 제작을 위해 390 (488) 계약을 체결했다. NASA의 아르테미스 1호는 2022년 11월 16일에 발사되었으며, 에어버스 디펜스 앤드 스페이스가 제조한 유럽 서비스 모듈(ESM)을 장착한 오리온 우주선을 달까지 두 번의 저고도 비행 궤도로 보냈다. ESA는 아르테미스 계획에 따라 아르테미스 VI호까지 ESM을 제공할 예정이며, 아르테미스 3호는 1972년 이후 처음으로 달에 발을 디딜 인간을 실어 보낼 것이다.