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 アレスIの打ち上げ | |
| 関数 | 有人軌道打ち上げロケット |
|---|---|
| メーカー | アライアント テックシステムズ(ステージ I) ボーイング(ステージ II) |
| 原産国 | アメリカ合衆国 |
| プロジェクト費用 | 少なくとも60億ドル[1] |
| サイズ | |
| 身長 | 94メートル（308フィート） |
| 直径 | 5.5メートル（18フィート） |
| ステージ | 2 |
| 容量 | |
| LEOへのペイロード | |
| 質量 | 25,400 kg (56,000 ポンド) |
| 関連ロケット | |
| 家族 | リバティが続き、貨物船アレスVを補完することになるだろう |
| 発売履歴 | |
| 状態 | 2010年10月をもって廃止 |
| 発射場 | ケネディ宇宙センターからLC-39Bが打ち上げられる予定だった |
| 総打ち上げ数 | 1（プロトタイプ） |
| 初飛行 | 2009年10月（プロトタイプ） |
| 第一段階 | |
| 搭載 | 1固体 |
| 最大推力 | 15,000 kN (3,400,000 lb f ) |
| 燃焼時間 | ≈150秒 |
| 推進剤 | 固体 |
| 第二段階 | |
| 搭載 | 1 J-2X |
| 最大推力 | 1,308 kN (294,000 lb f ) |
| 燃焼時間 | ≈800秒 |
| 推進剤 | LH 2 /液体酸素 |
アレスIは、コンステレーション計画の一環としてNASAが開発していた有人打ち上げロケットである。[2]「アレス」という名前は、ローマの神マルスと同一視されるギリシャの神アレスに由来する。[3]アレスIはもともと「有人打ち上げロケット」（CLV）として知られていた。[4]
NASAは、スペースシャトルが2011年に退役した後、 NASAの有人宇宙飛行ミッションに使用する予定の宇宙船オリオンの打ち上げにアレスIを使用する予定だった。アレスIは、コンステレーションの貨物打ち上げ機である、より大型で無人のアレスVを補完するものだった。NASAは、予想される全体的な安全性、信頼性、費用対効果からアレスの設計を選択した。 [5]しかし、アレスIを含むコンステレーションプログラムは、 2010年10月にバラク・オバマ米大統領による2010年NASA認可法案の可決により中止された。2011年9月、NASAは、地球の軌道外への有人探査用の新しい乗り物として、スペース・ローンチ・システムの詳細を発表した。[6]
発達
高度交通システム研究
1995年、ロッキード・マーティンはマーシャル宇宙飛行センター向けに先進輸送システム研究（ATSS）報告書を作成した。ATSS報告書の一部には、アレスI設計によく似た、セグメント化された固体ロケットブースター（SRB）の第一段の上に液体ロケットの第二段を積み重ねた、いくつかの可能性のある乗り物が説明されている。 [7]検討されたバリアントには、第二段にJ-2Sエンジンとスペースシャトルのメインエンジン（SSME）の両方が含まれていた。バリアントでは、第一段として先進固体ロケットモーター（ASRM）の使用も想定されていたが、ASRMは大幅なコスト超過のため1993年にキャンセルされた。
探査システムアーキテクチャ研究
ジョージ・W・ブッシュ大統領は2004年1月に宇宙探査ビジョンを発表し、ショーン・オキーフ率いるNASAは複数の入札者から有人探査機の計画を募集し、2つのチームが競合する計画だった。この計画はマイケル・グリフィン新長官によって破棄され、2005年4月29日、NASAは特定の目標を達成するために探査システムアーキテクチャ研究を認可した。[8]
- 「月と火星の探査プログラムを支援するための乗組員と貨物の打ち上げシステムのトップレベルの要件と構成」を決定する
- 「CEVがISSへの乗組員輸送を提供できるようにするためのCEVの要件と計画」を評価する
- 「持続的な有人およびロボットによる月面探査活動を支援するための月面探査アーキテクチャの基準コンセプトを開発する」
- 「これらの基準探査システムを可能にし、大幅に強化するために必要な主要技術を特定する」
NASAはアレスIにシャトル由来の打ち上げアーキテクチャを選択した。当初、有人機は第1段に4セグメントの固体ロケットブースター（SRB）、第2段に簡素化されたスペースシャトルメインエンジン（SSME）を使用する予定だった。無人バージョンでは、同じ第2段で5セグメントのブースターを使用する予定だった。[9]初期設計が承認されてから間もなく、追加のテストにより、オリオン宇宙船は4セグメントのブースターでは持ち上げられないほど重すぎることが判明し、[10] 2006年1月にNASAはオリオン宇宙船のサイズをわずかに縮小し、固体ロケットの第1段に5番目のセグメントを追加し、単一のSSMEをアポロ由来のJ-2Xモーターに置き換えると発表した。[11] 4セグメントの第1段から5セグメントバージョンへの変更により、NASAは実質的に同一のモーターを製造できるようになりましたが、5セグメントブースターへの変更の主な理由はJ-2Xへの移行でした。[12]
探査システムアーキテクチャ研究では、アレスロケットのコストと安全性は、どちらの進化型使い捨て型ロケット（EELV）よりも優れているという結論が出されました。[8]この研究のコスト推定は、有人対応のEELVには新しい発射台が必要になるという仮定に基づいていました。[8]現在のEELV（デルタIVの場合はLC-37、アトラスVの場合はLC-41）の施設は整備されており、改修も可能ですが、LC-37は請負業者が所有および運営する（COGO）施設であり、デルタIV Hの改修はアレスIに必要なものと同様であると判断されたため、これは最も費用対効果の高い解決策ではなかった可能性があります。 [13] ESASによるアレスロケットの打ち上げ安全性の推定は、違いはあるもののスペースシャトルに基づいており、チャレンジャー号以降のスペースシャトルの再設計後の打ち上げのみを対象としていました。[14]アトラス Vとデルタ IVの安全性は、類似の設計ではないものの、1992 年以降のデルタ II、アトラス・セントール、タイタンのすべての打ち上げの失敗率から推定されました。 [引用が必要]
コンステレーション計画における役割
アレスIはコンステレーション計画の乗組員打ち上げコンポーネントでした。元々は「クルー・ローンチ・ビークル」またはCLVと呼ばれていましたが、アレスの名はギリシャ神話の神アレスにちなんで付けられました。[4]乗組員と貨物が同じロケットで同時に打ち上げられたスペースシャトルとは異なり、コンステレーション計画では乗組員と貨物用にそれぞれアレスIとアレスVという2つの別々の打ち上げビークルを持つことが計画されていました。2つの別々の打ち上げビークルを持つことで、乗組員と大型貨物の打ち上げロケットをより専門的に設計することができます。[15]
アレス1号ロケットは、オリオン多目的宇宙船の打ち上げ専用に設計されていた。オリオンは、アポロ計画のカプセルに似た設計の宇宙船で、国際宇宙ステーション、月、そして最終的には火星に宇宙飛行士を輸送する。アレス1号は、国際宇宙ステーションへの物資や、その後の計画中の月面基地への輸送など、いくつかの（限られた）資源を軌道に乗せることもできたかもしれない。[5]
請負業者の選択
NASAは、スペースシャトル固体ロケットブースターの製造元であるアライアント・テックシステムズを、アレスIロケット第一段の主契約者として選定した。[16] [17] NASAは、2007年7月16日にロケットダインがJ-2Xロケットエンジンの主下請け業者となると発表した。 [18] NASAは、2007年12月12日にアレスIロケットの航空電子機器の提供と設置のためにボーイングを選定した。 [19]
2007年8月28日、NASAはボーイング社にアレスI上段ロケットの製造契約を授与した。アレスIの上段ロケットは、スペースシャトルの外部燃料タンクやサターンVのS-IC第一段ロケットの製造に使用されたミシュー航空宇宙工場で製造される予定だった。[20] [21]
J-2Xエンジン
ロケットダイン社が設計・製造したJ-2Xエンジンは、1基あたり約2000万～2500万ドルで、より複雑なRS-25エンジン（約5500万ドル）の半分以下のコストで済んだはずだ。 [22]地上で始動するように設計されたスペースシャトルのメインエンジンとは異なり、J-2Xは最初から空中および真空に近い状態で始動できるように設計されていた。この空中始動機能は、特にアポロ宇宙船を月まで推進するためにサターンVのS-IVBステージで使用されたオリジナルのJ-2エンジンでは重要だった。一方、スペースシャトルのメインエンジンでは、空中始動機能を追加するには大規模な改造が必要だっただろう[23] [12]
システム要件の確認
2007年1月4日、NASAはアレスIのシステム要件レビューを完了したと発表した。これは、スペースシャトル以来、有人宇宙船の設計で完了した最初のレビューである。[24]このレビューは、設計プロセスの最初の大きなマイルストーンであり、アレスI打ち上げシステムがコンステレーション計画に必要なすべての要件を満たしていることを確認することを目的としていた。レビューの発表に加えて、NASAはタンクハードウェアの再設計も発表した。スペースシャトル外部タンクのような「インタータンク」で分離された別々のLH 2タンクとLO 2タンクの代わりに、新しいLH 2タンクとLOXタンクは、サターンVのS-IIおよびS-IVBステージで採用されているような共通の隔壁で分離されるはずだった。これにより、質量が大幅に削減され、オリオン宇宙船の重量を運ぶ必要があった第2ステージのインターステージユニットを設計する必要がなくなったはずだった。[17]
分析とテスト
2008年1月、NASAウォッチは、アレスIの第一段固体ロケットが上昇の最初の数分間に大きな振動を起こした可能性があることを明らかにした。振動は第一段内部の推力振動によって引き起こされたと思われる。[25] NASA当局は、2007年10月下旬のアレスIシステム設計レビューで潜在的な問題を特定し、プレスリリースで2008年3月までに解決したいと述べた。[26] NASAは、この問題が非常に深刻であることを認め、リスクスケールで5段階中4と評価したが、機関は解決に非常に自信を持っていた。[25]アレスエンジニアリングチームが開発した緩和アプローチには、アクティブおよびパッシブ振動減衰、アクティブ同調質量吸収体とパッシブ「コンプライアンス構造」の追加が含まれていた。これは基本的に、アレスIスタックをデチューンするスプリング式リングであった。[27] NASAはまた、これはアポロやスペースシャトルシステムのような新しい打ち上げシステムであるため、開発段階でこのような問題が発生するのは当然であると指摘した。[28] NASAによると、アレスIX飛行のデータとテレメトリの分析により、推力振動による振動はスペースシャトルの飛行の正常範囲内であることが示された。[29]
2009年7月にアメリカ空軍第45宇宙航空団が発表した研究では、打ち上げ後30～60秒以内に打ち上げを中止した場合、カプセルは地面に衝突するまで4,000°F（2,200°C）の固体燃料の破片の雲に飲み込まれ、カプセルのナイロン製パラシュート素材が溶けるため、乗組員全員が死亡する確率が約100%であると結論付けられました。NASAの研究では、乗組員用カプセルはより深刻な危険を回避して飛行していたことが示されました。[30] [31]
アレスI点火装置は、スペースシャトルの固体ロケットブースターで使用された飛行実証済みの点火装置の改良版であった。直径は約18インチ（46センチメートル）、長さは36インチ（91センチメートル）で、固体燃料の燃焼から点火装置のケースを保護するために熱特性が改善された改良された断熱材を利用していた。[32] NASAは、2009年3月10日にユタ州プロモントリー近郊のATKローンチシステムズ試験施設で、アレスIエンジンの点火装置の試験発射を無事完了した。点火装置の試験では長さ200フィート（61メートル）の炎が発生し、予備データでは点火装置が計画通りに機能したことが示された。[32]
アレス I 推進要素の開発は引き続き大きな進歩を遂げた。2009 年 9 月 10 日、最初のアレス I 開発モーター (DM-1) がフルスケールの全期間テスト燃焼に成功した。[33]このテストに続いて、2010 年 8 月 31 日に DM-2、2011 年 9 月 8 日に DM-3 という 2 つの開発モーター テストが行われた。DM-2 ではモーターの中心温度が華氏 40 度 (摂氏 4 度) まで冷却され、DM-3 では華氏 90 度 (摂氏 32 度) 以上に加熱された。他の目的に加えて、これら 2 つのテストでは、極度の温度でのアレス モーターの性能が検証された。[34] [35] NASA は、2011 年 11 月にジョン C. ステニス宇宙センターで J-2X ロケット エンジンの 500 秒間のテスト燃焼を実施した。 [36]
アレスIのプロトタイプであるアレスIXは、2009年10月28日にテスト打ち上げを無事に完了した。[37] [38] [39]発射台39Bは、スペースシャトルの打ち上げよりも大きな損傷を受けた。降下中、アレスIXの第1段の3つのパラシュートのうち1つが開かず、もう1つは部分的にしか開かなかったため、ブースターはより激しく着水し、構造的な損傷を受けた。[40]打ち上げは、すべての主要なテスト目的を達成した。[40] [41]
スケジュールと費用
NASAは2007年1月にアレスIシステムの要件レビューを完了した。[24]プロジェクトの設計は2009年末まで継続され、開発と認定テストは2012年まで並行して実行される予定だった。2009年7月の時点で[アップデート]、飛行物品は2009年末に向けて生産を開始し、2011年6月に初打ち上げが行われる予定だった。[42] 2006年以来、最初の有人打ち上げは遅くとも2014年までに計画されていたが、[43]これはスペースシャトルの予定退役から4年後である。
予算上の圧力と予期せぬ工学的・技術的困難によりアレスIの開発スケジュールが遅れると、スペースシャトル計画の終了とアレスIの最初の運用飛行との間のギャップが拡大したであろう。[44]コンステレーション計画には当初計画されていた資金が割り当てられなかったため、[45] 2015年までのアレスIの開発にかかる総推定コストは、2006年の280億ドルから2009年には400億ドル以上に上昇した。 [46]アレスIXのプロジェクトコストは4億4500万ドルであった。[47]
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当初は2011年に最初の試験飛行が予定されていたが、2009年後半のオーガスティン委員会による独立した分析では、技術的および財政的問題により、現在の予算ではアレスIの最初の有人打ち上げは2017〜2019年まで、制約のない予算では2016年後半まで行われない可能性が高いことが判明した。 [48]オーガスティン委員会はまた、アレスIとオリオンの推定経常費用は1回の飛行あたり約10億ドルになると述べた。[49]しかし、2010年3月のその後の財務分析では、アレスIが年に1回しか飛行しなかった場合、1回の飛行に10億ドル以上の費用がかかったことが示された。アレスIシステムが年に複数回飛行した場合、限界費用は1回の打ち上げあたり1億3800万ドルまで低下した可能性がある。[1] 2010年3月、NASA長官チャーリー・ボールデンは議会で、アレスIの費用は年間40億～45億ドル、1回の飛行で16億ドルになると証言した。[50]アレスIの限界費用は、シャトルが年間複数回飛行したとしても、シャトルの限界費用のほんの一部に過ぎないと予測された。比較すると、ロシアの有人ソユーズで3人の宇宙飛行士を打ち上げる費用は1億5300万ドルである。[51]ロバート・アダーホルト下院議員は2010年3月、NASAからアレスIロケットを年間3回飛ばすと11億ドルかかるという手紙を受け取ったと述べた。[52]
2011年2月8日、アライアント・テックシステムズとアストリウムがアレスIの第1段とアリアン5のコアステージから派生した第2段を使用して、リバティと名付けられた新しいロケットを構成することを提案したと報じられた。[53]
キャンセル
2010年2月1日、バラク・オバマ大統領は、2011年度予算でコンステレーション計画を中止する提案を発表したが[54]、その後、 2010年4月15日にケネディ宇宙センターで行われた主要な宇宙政策演説で提案の変更を発表した。2010年10月、2010年のNASA認可法案が成立し、コンステレーション計画は中止された。[55]以前の法律では、2011年の新しい資金法案が可決されるまでコンステレーション契約は有効とされていた。[56] [57]
デザイン
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アレスIは25トン（28ショートトン、25ロングトン）クラスの積載能力を持ち、デルタIVやアトラスVなどの機体に匹敵した。[5]アレスIとなる機体を選択したNASAの研究グループは、この機体がアトラスやデルタIVから派生した設計よりもほぼ2倍安全であると評価した。[58]
第一段階
第 1 段は、スペース シャトルの固体ロケット ブースター(SRB)から派生した、より強力で再利用可能な固体燃料ロケットになる予定でした。4 つのセグメントを持つ固体ロケット ブースターと比較して、最も顕著な違いは、5 番目のセグメントが追加されたことです。この 5 番目のセグメントにより、アレス I はより大きな推力を生み出すことができました。[5] [59]固体ロケット ブースターに加えられたその他の変更は、スペース シャトルの外部燃料タンク(ET) の取り付けポイントの削除と、固体ロケット ブースターのノーズコーンを、液体燃料の第 2 段と接続する新しい前方アダプターに交換することでした。アダプターには、上昇中にステージを切り離すのを容易にするために、固体燃料分離モーターが装備される予定でした。[5]粒子設計も変更され、断熱材とライナーも変更されました。アレス I の第 1 段地上テストまでに、ケース、粒子設計、セグメント数、断熱材、ライナー、スロート径、熱保護システム、ノズルがすべて変更されました。[60]
上段
上段はシャトルの外部燃料タンク（ET）から派生し、サターンVのS-IVB段をベースにしており、液体水素（LH2 ）と液体酸素（LOX）を燃料とする単一のJ-2Xロケットエンジンで推進されることになっていた。 [61] J-2Xはアポロ計画で使用されたオリジナルのJ-2エンジンから派生したものだが、オリジナルのエンジンよりも推力が高く（≈294,000 lbfまたは1.31 MN）、部品点数も少ない。2007年7月16日、NASAはロケットダイン社に、地上試験および飛行試験に使用するJ-2Xエンジンの単独供給契約を授与した。[62]ロケットダインは、アポロ計画で使用されたオリジナルのJ-2エンジンの元請け業者だった。
J-2X エンジンは既存の設計から派生したものの、上段自体は完全に新しいものになるはずでした。当初は ET の内部構造と外部構造の両方をベースにする予定でしたが、当初の設計では、燃料タンクと酸化剤タンクを別々にし、「タンク間」構造で結合し、吹き付けフォーム断熱材で覆って通気を最小限に抑える必要がありました。当初の ET 派生の第 2 段で新しくなったハードウェアは、J-2X エンジンの推力アセンブリ、燃料と酸化剤の新しい充填/排出/通気切断部、および固体燃料の第 1 段とオリオン宇宙船の取り付けインターフェイスのみでした。
アポロ計画に遡るコンセプトを採用し、質量を減らすために「インタータンク」構造が廃止され、その代わりにサターンVのS-IIおよびS-IVBステージの両方で使用されたものと同様の共通の隔壁がタンク間に使用されました。これらの変更による節約は、297,900ポンド（135,100 kg）の推進剤容量の増加に使用されました。[63]
参照
- アレス IV は、アレス I と V を組み合わせた大型ロケットの派生型として提案された。
- アレス I およびアレス V の代替として提案された、シャトル由来のDIRECT打ち上げロケット。
- リバティ（ロケット）は、SRB派生型の第一段を使用するSDLVであるアレスIのような中型ロケットとして提案されている。
- オメガ、ATKが提案するSDLV SRB由来の第1段と第2段、およびエアロジェットロケットダインRL10の第3段をベースにした新しいロケット
- コンステレーションミッションのリスト
- ボイラープレート（宇宙飛行）
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- ^ 「Ares I Upper Stage change – receives additional capacity」NASAspaceflight.com 2007年2月6日2009年8月7日閲覧。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、プロジェクト・コンステレーションに関連するメディアがあります。
- NASA アレス I ページ
- GAO-08-51、Ares I 議会報告書、GAO