Ares I - Ares I
 Lanzamiento Ares 1
| |
| Función | Vehículo de lanzamiento orbital calificado para humanos |
|---|---|
| Fabricante |
Alliant Techsystems (Etapa I) Boeing (Etapa II) |
| País de origen | Estados Unidos |
| Costo del proyecto | al menos US $ 6 mil millones |
| Tamaño | |
| Altura | 94 metros (308 pies) |
| Diámetro | 5,5 metros (18 pies) |
| Etapas | 2 |
| Capacidad | |
| Carga útil a LEO | |
| Masa | 25.400 kg (56.000 libras) |
| Cohetes asociados | |
| Familia | Seguido por Liberty |
| Historial de lanzamiento | |
| Estado | Cancelado |
| Sitios de lanzamiento | Centro espacial Kennedy , LC-39B |
| Lanzamientos totales | 1 (prototipo) |
| Primer vuelo | Octubre de 2009 (prototipo) |
| Primera etapa | |
| Motores | 1 sólido |
| Empuje | 15.000 kN (3.400.000 libras f ) |
| Quemar tiempo | ~ 150 segundos |
| Propulsor | Sólido |
| Segunda etapa | |
| Motores | 1 J-2X |
| Empuje | 1.308 kN (294.000 libras f ) |
| Quemar tiempo | ~ 800 segundos |
| Propulsor | LH 2 / LOX |
Ares I era el vehículo de lanzamiento de la tripulación que la NASA estaba desarrollando como parte del programa Constellation . El nombre "Ares" se refiere a la deidad griega Ares , que se identifica con el dios romano Marte . Ares I fue originalmente conocido como el "Vehículo de lanzamiento de tripulación" (CLV).
La NASA planeó usar Ares I para lanzar Orion , la nave espacial destinada a las misiones de vuelos espaciales humanos de la NASA después de que el Transbordador Espacial fuera retirado en 2011. Ares I debía complementar el Ares V más grande y sin tripulación , que era el vehículo de lanzamiento de carga para Constellation. La NASA seleccionó los diseños de Ares por su seguridad general anticipada, confiabilidad y rentabilidad. Sin embargo, el programa Constellation, incluido Ares I, fue cancelado por el presidente estadounidense Barack Obama en octubre de 2010 con la aprobación de su proyecto de ley de autorización de la NASA de 2010. En septiembre de 2011, la NASA detalló el Sistema de Lanzamiento Espacial como su nuevo vehículo para la exploración humana más allá de la órbita de la Tierra.
Desarrollo
Estudios avanzados de sistemas de transporte
En 1995, Lockheed Martin produjo un informe de Estudios de sistemas de transporte avanzados (ATSS) para el Centro Marshall de vuelos espaciales . Una sección del informe ATSS describe varios vehículos posibles muy parecidos al diseño de Ares I, con segundas etapas de cohetes líquidos apiladas encima de las primeras etapas segmentadas del propulsor de cohetes sólidos (SRB). Las variantes que se consideraron incluyeron tanto los motores J-2S como los motores principales del transbordador espacial (SSMEs) para la segunda etapa. Las variantes también asumieron el uso del motor de cohete sólido avanzado (ASRM) como primera etapa, pero el ASRM se canceló en 1993 debido a sobrecostos significativos.
Estudio de arquitectura de sistemas de exploración
El presidente George W. Bush había anunciado la Visión para la Exploración Espacial en enero de 2004, y la NASA bajo la dirección de Sean O'Keefe había solicitado planes para un Vehículo de Exploración de Tripulación a varios postores, con el plan de tener dos equipos competidores. Estos planes fueron descartados por el administrador entrante Michael Griffin , y el 29 de abril de 2005, la NASA autorizó el Estudio de Arquitectura de Sistemas de Exploración para lograr objetivos específicos:
- determinar los "requisitos y configuraciones de nivel superior para la tripulación y los sistemas de lanzamiento de carga para respaldar los programas de exploración de la Luna y Marte"
- evaluar los "requisitos y planes de la CEV para permitir que la CEV proporcione transporte de tripulación a la ISS"
- "Desarrollar un concepto de arquitectura de exploración lunar de referencia para respaldar operaciones sostenidas de exploración lunar humana y robótica"
- "identificar las tecnologías clave necesarias para habilitar y mejorar significativamente estos sistemas de exploración de referencia"
La NASA seleccionó una arquitectura de lanzamiento derivada del transbordador para el Ares I. Originalmente, el vehículo tripulado habría utilizado un propulsor de cohete sólido (SRB) de cuatro segmentos para la primera etapa, y un motor principal del transbordador espacial simplificado (SSME) para el Segunda etapa. Una versión sin tripulación consistía en utilizar un propulsor de cinco segmentos con la misma segunda etapa. Poco después de que se aprobara el diseño inicial, pruebas adicionales revelaron que la nave espacial Orion sería demasiado pesada para que el propulsor de cuatro segmentos la levantara, y en enero de 2006 la NASA anunció que reducirían ligeramente el tamaño de la nave espacial Orion, agregarían un quinto segmento a la primera etapa de cohete sólido, y reemplace el SSME único con el motor J-2X derivado de Apollo . Si bien el cambio de una primera etapa de cuatro segmentos a una versión de cinco segmentos permitiría a la NASA construir motores prácticamente idénticos, la razón principal del cambio al amplificador de cinco segmentos fue el cambio al J-2X.
El estudio de arquitectura de sistemas de exploración concluyó que el costo y la seguridad del Ares eran superiores a los de cualquiera de los vehículos de lanzamiento fungibles evolucionados (EELV). Las estimaciones de costos en el estudio se basaron en la suposición de que se necesitarían nuevas plataformas de lanzamiento para EELV con calificación humana . Las instalaciones para los EELV actuales (LC-37 para Delta IV, LC-41 para Atlas V) están en su lugar y podrían modificarse, pero esta puede no haber sido la solución más rentable ya que LC-37 es propiedad y está operada por un contratista. (COGO) y las modificaciones para el Delta IV H fueron similares a las requeridas para Ares I.Las estimaciones de seguridad de lanzamiento del ESAS para el Ares se basaron en el Transbordador Espacial, a pesar de las diferencias, e incluyeron solo lanzamientos posteriores al lanzamiento posterior. Rediseño del transbordador espacial Challenger. La estimación contaba cada lanzamiento de Shuttle como dos lanzamientos seguros del propulsor Ares. La seguridad de Atlas V y Delta IV se estimó a partir de las tasas de falla de todos los lanzamientos de Delta II , Atlas-Centaur y Titan desde 1992, aunque no son diseños similares.
En mayo de 2009 se filtraron los apéndices previamente retenidos del estudio ESAS de 2006, que revelaron una serie de fallas aparentes en el estudio, que otorgaron exenciones de seguridad al diseño Ares I seleccionado mientras se usaba un modelo que penalizaba los diseños basados en EELV.
Papel en el programa Constellation
Ares I era el componente de lanzamiento de la tripulación del programa Constellation. Originalmente llamado "Vehículo de lanzamiento de tripulación" o CLV, el nombre Ares fue elegido de la deidad griega Ares . A diferencia del transbordador espacial, donde tanto la tripulación como la carga se lanzaron simultáneamente en el mismo cohete, los planes para el Proyecto Constelación indicaban tener dos vehículos de lanzamiento separados, el Ares I y el Ares V, para la tripulación y la carga, respectivamente. Tener dos vehículos de lanzamiento separados permite diseños más especializados para la tripulación y cohetes de lanzamiento de carga pesada.
El cohete Ares I fue diseñado específicamente para lanzar el vehículo de tripulación multipropósito Orion . Orion fue pensado como una cápsula de la tripulación, similar en diseño a la cápsula del programa Apolo , para transportar astronautas a la Estación Espacial Internacional , la Luna y eventualmente a Marte . Ares I también podría haber entregado algunos recursos (limitados) a la órbita , incluidos los suministros para la Estación Espacial Internacional o la entrega posterior a la base lunar planificada .
Selección de contratista
La NASA seleccionó a Alliant Techsystems, el constructor de los impulsores de cohetes sólidos del transbordador espacial , como el contratista principal para la primera etapa Ares I. La NASA anunció que Rocketdyne sería el principal subcontratista del motor del cohete J-2X el 16 de julio de 2007. La NASA seleccionó a Boeing para proporcionar e instalar la aviónica para el cohete Ares I el 12 de diciembre de 2007.
El 28 de agosto de 2007, la NASA otorgó el contrato de fabricación de Ares I Upper Stage a Boeing. Boeing construyó la etapa S-IC del cohete Saturno V en Michoud Aerospace Factory en la década de 1960. La etapa superior de Ares I debía haber sido construida en la misma fábrica de cohetes utilizada para el Tanque Externo del Transbordador Espacial y la primera etapa S-IC del Saturn V.
Motores J-2X
Aproximadamente entre 20 y 25 millones de dólares por motor, el J-2X diseñado y producido por Rocketdyne habría costado menos de la mitad que el motor RS-25 más complejo (alrededor de 55 millones de dólares). A diferencia del motor principal del transbordador espacial, que fue diseñado para arrancar en tierra, el J-2X fue diseñado desde el principio para arrancar tanto en el aire como casi en el vacío. Esta capacidad de arranque aéreo fue fundamental, especialmente en el motor J-2 original utilizado en la etapa S-IVB del Saturn V , para impulsar la nave espacial Apollo a la Luna. El motor principal del transbordador espacial, por otro lado, habría requerido grandes modificaciones para agregar una capacidad de arranque por aire.
Revisión de requisitos del sistema
El 4 de enero de 2007, la NASA anunció que el Ares I había completado la revisión de los requisitos del sistema, la primera revisión de este tipo realizada para cualquier diseño de nave espacial tripulada desde el transbordador espacial. Esta revisión fue el primer hito importante en el proceso de diseño y tenía como objetivo garantizar que el sistema de lanzamiento Ares I cumpliera con todos los requisitos necesarios para el Programa Constellation. Además del lanzamiento de la revisión, la NASA también anunció que se realizó un rediseño en el hardware del tanque. En lugar de tanques LH 2 y LO 2 separados, separados por un "tanque intermedio" como el del tanque externo del transbordador espacial , los nuevos tanques LH 2 y LOX habrían estado separados por un mamparo común como el empleado en el Saturn V S-II y estadios S-IVB. Esto habría proporcionado un ahorro de masa significativo y eliminado la necesidad de diseñar una unidad entre etapas de segunda etapa que habría tenido que soportar el peso de la nave espacial Orion.
Análisis y pruebas
En enero de 2008, NASA Watch reveló que el cohete sólido de primera etapa del Ares I podría haber creado altas vibraciones durante los primeros minutos de ascenso. Las vibraciones habrían sido causadas por oscilaciones de empuje dentro de la primera etapa. Los funcionarios de la NASA habían identificado el problema potencial en la revisión del diseño del sistema Ares I a finales de octubre de 2007, indicando en un comunicado de prensa que quería resolverlo para marzo de 2008. La NASA admitió que este problema era muy severo, calificándolo con cuatro de cinco en una escala de riesgo, pero la agencia confiaba en resolverlo. El enfoque de mitigación desarrollado por el equipo de ingeniería de Ares incluyó amortiguación de vibraciones activa y pasiva, agregando un absorbedor activo de masa sintonizada y una "estructura de cumplimiento" pasiva, esencialmente un anillo cargado por resorte que habría desafinado la pila Ares I. La NASA también señaló que, dado que este habría sido un nuevo sistema de lanzamiento, como los sistemas Apollo o Space Shuttle, era normal que estos problemas surgieran durante la etapa de desarrollo. Según la NASA, el análisis de los datos y la telemetría del vuelo Ares IX mostró que las vibraciones de la oscilación de empuje estaban dentro del rango normal para un vuelo del transbordador espacial.
Un estudio publicado en julio de 2009 por la 45.a Ala Espacial de la Fuerza Aérea de los EE. UU. Concluyó que un aborto entre 30 y 60 segundos después del lanzamiento tendría un ~ 100% de posibilidades de matar a toda la tripulación, debido a que la cápsula quedaría envuelta hasta el impacto en el suelo por una nube. de fragmentos de propulsante sólido de 4.000 ° F (2.200 ° C), que derretirían el material del paracaídas de nailon de la cápsula. El estudio de la NASA mostró que la cápsula de la tripulación habría volado más allá del peligro más severo.
El encendedor Ares I era una versión avanzada del encendedor probado en vuelo utilizado en los impulsores de cohetes sólidos del transbordador espacial. Tenía aproximadamente 18 pulgadas (46 cm) de diámetro y 36 pulgadas (91 cm) de largo, y aprovechaba los materiales de aislamiento mejorados que tenían propiedades térmicas mejoradas para proteger la carcasa del encendedor del propulsor sólido en llamas. La NASA completó con éxito la prueba de encendido del encendedor de los motores Ares I el 10 de marzo de 2009 en las instalaciones de prueba de ATK Launch Systems cerca de Promontory, Utah . La prueba del encendedor generó una llama de 200 pies (60 metros) de longitud y los datos preliminares mostraron que el encendedor funcionó según lo planeado.
El desarrollo de los elementos de propulsión del Ares I siguió avanzando con fuerza. El 10 de septiembre de 2009, el primer motor de desarrollo Ares I (DM-1) se probó con éxito en una prueba de disparo a escala completa y de duración completa. Esta prueba fue seguida por dos pruebas de motor de desarrollo más, DM-2 el 31 de agosto de 2010 y DM-3 el 8 de septiembre de 2011. Para DM-2, el motor se enfrió a una temperatura central de 40 grados Fahrenheit (4 grados Celsius). , y para DM-3 se calentó a más de 90 grados Fahrenheit (32 grados Celsius). Además de otros objetivos, estas dos pruebas validaron el rendimiento del motor Ares a temperaturas extremas. La NASA realizó con éxito una prueba de encendido de 500 segundos del motor del cohete J-2X en el Centro Espacial John C. Stennis en noviembre de 2011.
El prototipo Ares I, Ares IX , completó con éxito un lanzamiento de prueba el 28 de octubre de 2009. La plataforma de lanzamiento 39B resultó más dañada que con el lanzamiento de un transbordador espacial. Durante el descenso, uno de los tres paracaídas de la primera etapa del Ares IX no se abrió y otro solo se abrió parcialmente, lo que provocó que el propulsor cayera con más fuerza y sufriera daños estructurales. El lanzamiento logró todos los objetivos principales de la prueba.
Horario y costo
La NASA completó la revisión de los requisitos del sistema Ares I en enero de 2007. El diseño del proyecto debía continuar hasta fines de 2009, y las pruebas de desarrollo y calificación se ejecutarían simultáneamente hasta 2012. En julio de 2009, los artículos de vuelo debían comenzar a producirse hacia fines de 2009 para un primer lanzamiento en junio de 2011. Desde 2006, el primer lanzamiento de un ser humano se planeó para no más tarde de 2014, que es cuatro años después del retiro planeado del transbordador espacial.
Los retrasos en el cronograma de desarrollo de Ares I debido a presiones presupuestarias y dificultades imprevistas de ingeniería y técnicas habrían aumentado la brecha entre el final del programa del Transbordador Espacial y el primer vuelo operativo de Ares I. Porque al programa Constellation nunca se le asignaron los fondos originalmente proyectados. , el costo total estimado para desarrollar el Ares I hasta 2015 aumentó de $ 28 mil millones en 2006 a más de $ 40 mil millones en 2009. El costo del proyecto Ares IX fue de $ 445 millones.
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Originalmente programado para los primeros vuelos de prueba en 2011, el análisis independiente de la Comisión Augustine descubrió a fines de 2009 que, debido a problemas técnicos y financieros, no era probable que Ares I hubiera tenido su primer lanzamiento con tripulación hasta 2017-2019 con el presupuesto actual, o más tarde. 2016 con un presupuesto ilimitado. La Comisión Augustine también declaró que Ares I y Orion tendrían un costo recurrente estimado de casi $ 1 mil millones por vuelo. Sin embargo, un análisis financiero posterior en marzo de 2010 mostró que el Ares I habría costado $ 1 mil millones o más operar por vuelo si el Ares I hubiera volado solo una vez al año. Si el sistema Ares I se volara varias veces al año, los costos marginales podrían haber caído hasta $ 138 millones por lanzamiento. En marzo de 2010, el administrador de la NASA, Charlie Bolden, testificó ante el Congreso que el Ares I costaría entre $ 4 y 4,5 mil millones al año y $ 1,6 mil millones por vuelo. Se predijo que el costo marginal del Ares I sería una fracción de los costos marginales del Shuttle incluso si hubiera volado varias veces al año. En comparación, el costo de lanzar a tres astronautas en una Soyuz rusa tripulada es de 153 millones de dólares. El representante Robert Aderholt declaró en marzo de 2010 que había recibido una carta de la NASA que afirmaba que habría costado 1.100 millones de dólares volar el cohete Ares I tres veces al año.
El 8 de febrero de 2011 se informó que Alliant Techsystems y Astrium propusieron utilizar la primera etapa de Ares I con la segunda etapa del Ariane 5 para formar un nuevo cohete llamado Liberty .
Cancelación
El 1 de febrero de 2010, el presidente Barack Obama anunció una propuesta para cancelar el programa Constellation vigente con el presupuesto del año fiscal 2011 de EE. UU., Pero luego anunció cambios a la propuesta en un importante discurso de política espacial en el Centro Espacial Kennedy el 15 de abril de 2010. En Octubre de 2010, el proyecto de ley de autorización de la NASA para 2010 se convirtió en ley que canceló Constellation. La legislación anterior mantuvo los contratos de Constellation en vigor hasta la aprobación de un nuevo proyecto de ley de financiación para 2011.
Diseño
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Ares que tenía una capacidad de carga útil en el 25 toneladas (28 toneladas cortas; 25-a largo ton) clase y era comparable a los vehículos tales como el Delta IV y el Atlas V . El grupo de estudio de la NASA que seleccionó lo que se convertiría en el Ares I calificó el vehículo como casi dos veces más seguro que un Atlas o un diseño derivado de Delta IV. El cohete debía haber hecho uso de una aleación de aluminio-litio que es de menor densidad pero similar en resistencia en comparación con otras aleaciones de aluminio. La aleación es producida por Alcoa .
Primera etapa
La primera etapa debía haber sido un cohete de combustible sólido más potente y reutilizable derivado del Space Shuttle Solid Rocket Booster (SRB). En comparación con el Solid Rocket Booster, que tenía cuatro segmentos, la diferencia más notable fue la adición de un quinto segmento. Este quinto segmento habría permitido al Ares I producir más empuje. Otros cambios realizados en el Solid Rocket Booster debían haber sido la eliminación de los puntos de conexión del tanque externo (ET) del transbordador espacial y el reemplazo de la nariz del Solid Rocket Booster con un nuevo adaptador delantero que se habría interconectado con la segunda etapa de combustible líquido. . El adaptador debía estar equipado con motores de separación de combustible sólido para facilitar la desconexión de las etapas durante el ascenso. También se cambió el diseño del grano, al igual que el aislamiento y el revestimiento. En la prueba de tierra de la primera etapa de Ares I, la carcasa, el diseño del grano, el número de segmentos, el aislamiento, el revestimiento, el diámetro de la garganta, los sistemas de protección térmica y la boquilla habían cambiado.
Plataforma superior
La etapa superior, derivada del tanque externo del transbordador (ET) y basada en la etapa S-IVB del Saturn V, debía ser impulsada por un solo motor cohete J-2X alimentado por hidrógeno líquido (LH 2 ) y oxígeno líquido ( SALMÓN AHUMADO). El J-2X se derivó del motor J-2 original utilizado durante el programa Apollo, pero con más empuje (~ 294.000 lbf) y menos piezas que el motor original. El 16 de julio de 2007, la NASA otorgó a Rocketdyne un contrato de fuente única para los motores J-2X que se utilizarán para pruebas en tierra y en vuelo. Rocketdyne fue el contratista principal de los motores J-2 originales utilizados en el programa Apollo.
Aunque su motor J-2X se derivó de un diseño establecido, la etapa superior en sí habría sido completamente nueva. Originalmente basado en la estructura interna y externa del ET, el diseño original requería tanques de combustible y oxidante separados, unidos por una estructura de "tanque intermedio" y cubiertos con el aislamiento de espuma en aerosol para mantener la ventilación a un mínimo. El único hardware nuevo en la segunda etapa original derivada de ET habría sido el conjunto de empuje para el motor J-2X, nuevas desconexiones de llenado / drenaje / ventilación para el combustible y oxidante, e interfaces de montaje para la primera etapa de combustible sólido y el Nave espacial Orion.
Utilizando un concepto que se remonta al programa Apollo, la estructura "entre tanques" se eliminó para disminuir la masa y, en su lugar, un mamparo común, similar al utilizado en las etapas S-II y S-IVB del Saturn V, habría sido utilizado entre los tanques. Los ahorros de estos cambios se utilizaron para aumentar la capacidad del propulsor, que fue de 297,900 libras (135,100 kg). El aislamiento de espuma en aerosol fue la única parte del ET del Shuttle que se habría utilizado en esta nueva etapa superior derivada de Saturno.
Ver también
- Ares IV , una variante propuesta para cargas pesadas de Ares I y V combinados.
- Lanzador DIRECTO derivado de lanzadera propuesto como alternativa a Ares I y Ares V.
- Liberty (cohete) , un cohete de elevación media propuesto como el Ares I, un SDLV que usa una primera etapa derivada de SRB
- Omega , el nuevo cohete propuesto por ATK basado en la primera y segunda etapa derivada de SDLV SRB y la tercera etapa del Aerojet Rocketdyne RL10
- Lista de misiones de la constelación
- Boilerplate (vuelo espacial)
Referencias
enlaces externos