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 打ち上げ前のアレスIX | |
| アレスIXの打ち上げ | |
|---|---|
| 打ち上げ | 2009年10月28日 15:30 UTC |
| オペレーター | 米航空宇宙局（NASA） |
| パッド | ケネディ LC-39B |
| 結果 | 成功 |
| アポジー | 約 28マイル（45 km） |
| 打ち上げ期間 | 6分 |
| コンポーネント | |
| 第一段階 | 5番目のセグメント質量シミュレータを備えた4セグメントSRB |
| 第二段階 | 上段シミュレータ（USS） |
 | |
| アレス IX の記章 | |
アレスIXは、アメリカ航空宇宙局（NASA）が開発した有人宇宙飛行用の打ち上げシステムであるアレスIの第一段プロトタイプおよび設計概念実証機であった。アレスIXは2009年10月28日に打ち上げに成功した。[1] [2]プロジェクト費用は4億4500万ドルであった。[3]これは、13年後の アルテミス1までLC-39Bによる最後の打ち上げであった。
試験飛行で使用されたアレス IX 機は、形状、質量、サイズが後のアレス I 機の計画構成と類似していたが、内部ハードウェアは大きく異なり、動力ステージは 1 つだけであった。アレス I 機は、オリオン有人探査機の打ち上げを目的としていた。アレス V打ち上げシステムやアルタイル月着陸船とともに、アレス I とオリオンは、スペース シャトル退役後の米国の有人宇宙飛行用の宇宙船を開発していたNASA のコンステレーション プログラムの一部であった。
テストの目的
アレスIXはアレスIのようなロケットの唯一の試験飛行であった。試験飛行の目的には以下が含まれていた。[4]
- Ares I で使用されたものと同様の制御アルゴリズムを使用して、動的に類似した車両の制御をデモンストレーションします。
- Ares I と同様の第 1 ステージと代表的な上段ステージ間の飛行中の分離/ステージング イベントを実行します。
- ケネディ宇宙センター (KSC) で、アレス I 型第 1 段ロケットの組み立てと回収を実演しています。
- 第一段の分離シーケンスを実証し、第一段の大気圏突入ダイナミクスとパラシュートの性能を測定します。
- 第一段階の飛行全体にわたる統合車両ロールトルクの大きさの特性評価。
この飛行には、次のようないくつかの副次的な目的もあった。[5]
- 第 1 段ブースター減速モーターの有効性を定量化します。
- 上昇中に車両に発生する環境と負荷の特性評価。
- 飛行制御システムの方向を決めるために車両の位置を決定する手順を示します。
- 発射台上での飛行試験機にかかる誘導荷重の特性評価。
- VAB およびパッド上の Ares I のアクセス場所の可能性を評価します。
- 第一段階の電気アンビリカル パフォーマンスを評価します。
アレスIXの飛行プロファイルは、マッハ4.5、高度約130,000フィート（40,000メートル）、最大動圧（「Max Q」）約800ポンド/平方フィート（38 kPa）でアレスIが経験すると予想される飛行条件に非常に近似していました。[6] : 3
アレスIXの飛行プロファイルは、サターン推進コンセプトをテストした1960年代の無人サターンI飛行に似ていた。 [6] : 2
この試験飛行では、第一段分離を経て機体を飛行させることで、スペースシャトルの外部燃料タンクと並んで当時主流だった固体ロケットブースターの「ダブルブースター」構成とは異なる「シングルスティック」配置のアレスI固体ロケットブースターの性能とダイナミクスも検証された。[7]
説明
アレスIXは、機能的な4段式固体ロケットブースター（SRB）ステージ、第5段質量シミュレータ、実際の上段と形状が似ており重い上段シミュレータ（USS）、および模擬オリオン乗組員モジュール（CM）と打ち上げ中止システム（LAS）から構成されていた。実際の上段ハードウェアは飛行試験に間に合うように製造できなかったため、上段質量シミュレータにより、ブースターは飛行の第1段階を通じてほぼ同じ軌道を飛行することができた。アレスIXによって打ち上げられたUSSとCM/LAS質量シミュレータは回収されず、大西洋に落下した。第5段質量シミュレータを含む第1段階は、フライトデータレコーダーと再利用可能な機器を回収するために回収された。[8]
第一段階
アレスIXの4セグメントの固体ロケットモーターと後部スカートは、スペースシャトルの在庫品から直接引き継がれました。モーターはユタ州プロモントリーのATKローンチサービスによって製造されました。[9] [10]新しい前方構造はインディアナ州インディアナポリスのメジャーツールアンドマシンによって製造されました。第1段要素はアラバマ州ハンツビルのマーシャル宇宙飛行センターによって管理されました。[9]固体ロケットブースターへの変更には以下が含まれます。
- 後部スカートは、ブースターを上段シミュレータから直接引き離す 8 つのブースター減速モーターと、再突入前にブースターを水平に回転させて速度を落とす 4 つのブースター回転モーターを含むように改造された。後部スカートには、2 つの冗長レート ジャイロ ユニット (RRGU) のうちの 1 つも収容されており、これは、車両の姿勢と位置をフォールト トレラント 慣性航法ユニット (FTINU) に通知するためのデータを提供する。また、後部スカートには 3,500 ポンド (1,600 kg) の鋼鉄バラストが追加され、第 1 段の重心を後方に移動して、分離後に第 1 段が適切に回転するようにした。[要出典]
- 外部に沿って延長されたサービストンネルには、次のものが収容されていました: [要出典]
- 飛行終了システム用の拡張線形成形炸薬。ステージが自爆する必要がある場合に 4 つのセグメントすべてをカバーします。
- 追加の圧力および環境計測機器用のケーブル配線。
- 第 5 セグメント シミュレーター。これにより、Ares IX は Ares I の 5 セグメント モーターの長さと質量をシミュレートでき、第 1 段アビオニクス モジュール (FSAM) を収容できます。FSAM には、次の電子ボックスが含まれています。
- アレス I 第一段前方スカートを模した中空の前方スカート。
- 前方スカート延長部には、新しい大型パラシュートが収納されています。3 つのメインパラシュートはそれぞれ直径 150 フィート (46 m) で、シャトルブースターのメインパラシュートは直径 136 フィート (41 m) です。また、パイロットパラシュートとドローグパラシュートを覆うシャトルブースターの伝統的なノーズキャップも付いています。ノーズキャップを投棄すると、パイロットパラシュートが解放され、ドローグが引き出されます。前方スカート延長部はブースターから分離し、メインパラシュートを展開します。
- 円錐台は、直径 12 フィート (3.7 メートル) の第 1 段と直径 18 フィート (5.5 メートル) の上段シミュレータを接続する、中空の逆さの半円錐台です。
アレスIXの飛行試験では、錐台と前方スカート延長部はアルミニウムで作られ、前方スカートと第5セグメントシミュレータは鋼鉄で作られた。[11]
上段シミュレータ
上段シミュレータ（USS）は、クリーブランドのグレン研究センターでNASAの職員によって製造されました。[9]輸送上の制限（高速道路や河川の橋の高さ）のため、シミュレータは高さ9.5フィート（2.9メートル）、幅18フィート（5.5メートル）の鋼鉄セグメント11個で構築されました。USSは、アレスIの形状、質量、重心特性を、オリオンクルー探査機の中間段からサービスモジュールの上部までシミュレートしました。液体水素タンクと液体酸素タンクの重心は、鋼鉄バラストプレートを使用してシミュレートされました。[6] : 7
USS には、ミッション目標を達成するために必要な主要なデータを収集するためのさまざまな温度、振動、熱、音響センサーが搭載されていました。また、機体の飛行と主要な航空電子機器の機能を制御するフォールト トレラント慣性航法ユニット (FTINU) も搭載されていました。安定性を確保するため、FTINU は下部バラスト プレートの裏側に取り付けられていました。地上運用要員は、ロール制御システムも搭載されている中間段セグメントの側面にある乗務員用ハッチから FTINU にアクセスしました。各 USS セグメントには、開発中の飛行計器用のセンサーとケーブルにアクセスできるように、はしごとリング状のプラットフォームが含まれていました。階段とプラットフォームが必要だったのは、発射施設 39B の高さが足りず、乗務員がアレス IX の上部にアクセスできないためです。[12]
ロール制御システム
アクティブロールコントロールシステム（RoCS）は、飛行試験機が前進軸を中心にロールする傾向があったため必要だった。アレスIXのRoCSは、現在は廃止されたピースキーパーミサイルで使用されていたエンジンを搭載した2つのモジュールで構成されていた。RoCSは2つの主要な機能を果たした：[6] : 8
- 打ち上げ時の Ares I のロール姿勢を模倣するために、打ち上げ後に機体を 90 度ロールします。
- ステージ分離までの上昇中に一定のロール姿勢を維持します。
上段シミュレーターの外板の反対側に設置された RoCS モジュールは、推進剤としてハイパーゴリック モノメチルヒドラジン(MMH) と四酸化窒素(NTO) を使用し、それぞれに 2 つのノズルが備わっており、外板の接線方向、ロール軸に直角に噴射してロール トルクを制御します。推進剤はケネディ宇宙センターのハイパーゴル メンテナンス施設 (HMF) でモジュールに装填され、地上で輸送されて USS のビークル アセンブリー ビルディング(VAB)に取り付けられ、その後、発射施設 39B に展開されました。
RoCSモジュールは、アラバマ州ハンツビルのテレダイン・ブラウン・エンジニアリング社によってUSSのインターステージセグメントに収まるように設計・製造された。[9] [13]エンジンは、2007年と2008年にホワイトサンズ試験施設で高温燃焼試験され、アレスIXに必要なパルスデューティサイクルを実行できることが検証された。[9]
クルーモジュール/打ち上げ中止システムシミュレーター（CM/LASシミュレーター）
アレス IX 飛行試験機の上部には、アレス I の構造的および空力的特性に似た、オリオン乗組員モジュールと打ち上げ中止システム シミュレーターが組み合わされていました。実物大の乗組員モジュール (CM) は直径約 16 フィート (4.9 m)、高さ 7 フィート (2.1 m) で、打ち上げ中止システム (LAS) は長さ 46 フィート (14 m) です。
CM/LAS シミュレーターは、コンピューター解析や風洞試験で使用されるモデルの形状と物理的特性をハードウェア コンポーネントが正確に反映するように、高い忠実度で構築されています。この精度により、NASA は CM/LAS の飛行性能を飛行前の予測と高い信頼性で比較できます。
アレス IX の飛行データは、機体全体に搭載されたセンサーで収集されました。これには、熱、空力、音響、振動などのデータを記録する CM/LAS シミュレーターの約 150 個のセンサーが含まれます。データはテレメトリ経由で地上に送信され、空の第 5 セグメントにある第 1 段アビオニクス モジュール (FSAM) にも保存されました。
CM/LASのセンサーから収集された空力データは、車両の加速度と迎え角の測定に役立ちます。[6] : 9 ロケットの先端が大気圏をどのように切り開くかは、車両全体の空気の流れを決定するため重要です。
CM/LASは、ミッションの ブースト段階の後に上段シミュレータ（USS）とともに海上に着水した。
このシミュレータは、バージニア州ラングレー研究センターの政府と産業界のチームによって設計・構築された。C-5輸送機でケネディ宇宙センターに運ばれ、宇宙船組立棟でロケットに積み込まれた最後のハードウェアとなった。[9] [14]
航空電子機器
アレス IX は、飛行を制御するためにアトラス V発展型使い捨てロケット(EELV) の航空電子機器ハードウェアを使用しました。このハードウェアには、フォールト トレラント慣性航法装置 (FTINU)、冗長レート ジャイロ ユニット (RRGU)、およびケーブル ハーネスが含まれています。第 1 段は、既存のスペース シャトル システムの伝統的なハードウェアによって主に制御されました。新しい電子ボックスである上昇推力ベクトル コントローラー (ATVC) は、アトラス ベースのフライト コンピューターからのコマンドを固体ロケット ブースターの推力ベクトル制御システムに伝達する変換ツールとして機能しました。ATVC は、この飛行用の唯一の新しい航空電子機器ボックスでした。その他のすべてのコンポーネントは、既存のユニットまたは既製のユニットでした。アレス IX は、ミッションに必要なデータを収集するために、開発飛行計器 (DFI) の一部として 720 個の熱、加速度、音響、および振動センサーも使用しました。このデータの一部はテレメトリを介してリアルタイムで送信され、残りは中空の第1段第5セグメント内にある第1段アビオニクスモジュール（FSAM）内の電子ボックスに保存されました。
ミッションの航空電子機器の地上部分には、地上管制、コマンド、通信 (GC3) ユニットが含まれ、これはケネディ宇宙センターの発射施設 39B での打ち上げ用にモバイル ランチャー プラットフォーム 1 (MLP-1) に搭載されました。GC3 ユニットにより、飛行制御システムが地上のコンピューターとインターフェイスできるようになりました。飛行試験機は自律飛行し、上段シミュレータ (USS) の下部バラスト プレートの下側にある FTINU によって制御されました。
航空電子機器は、アラバマ州ハンツビルのジェイコブスエンジニアリングの下請け業者であるコロラド州デンバーのロッキード・マーティン社によって開発され、アラバマ州ハンツビルのマーシャル宇宙飛行センターによって管理されている。 [9]
記念ペイロード
第 1 ステージの第 5 セグメント シミュレーターの内部には、以下のものを運ぶために靴箱サイズのパッケージが 3 つ取り付けられました。
- 一般の人々が録画し、NASA の Web サイトを通じて提出された 60 秒のホームビデオを収録した 3 枚の DVD。
- 3,500枚の旗がアレスIXチームのメンバーに配布される。[15]
処理
地上作戦
地上運用には、車両の積み重ね、統合、ロールアウト、打ち上げなどの作業が含まれ、地上システムには、車両インターフェースと雷保護が含まれます。Ares IX 向けに、次のようないくつかの新しい手順とハードウェア項目が開発されました。
- 発射施設 39B 用の新しい、より高い避雷システム。このシステムは、スペース シャトルの運用に使用されている既存のタワーよりも高いものです。
- シャトル時代のVAB発射室1は、コンステレーションをサポートするために新しいコンピュータハードウェアで完全に改造され、更新され、2009年9月に宇宙飛行士ジョン・ヤングとボブ・クリッペンにちなんで名付けられたヤング・クリッペン発射室として専用になりました。
- モバイル ローンチ (ML) ガントリーは、ユニバーサル コネクタを使用して構築され、商用車両を ML で打ち上げることができるようになりました。テスト飛行では ML が使用されました。
- クローラートランスポーターのいくつかのシステムが更新されました
- アレス IX 車両を載せて走行させるために、車両組立棟内のプラットフォームが取り外されました。[引用が必要]
- 新しい車両安定化システム (VSS) は、ロールアウト後に発射台上での車両の揺れを防ぎます。VSS は、Tenneco, Inc. の Monroe 部門の既製の油圧ショックアブソーバーを使用します。
- 環境制御システム (ECS) は、VSS と第 5 セグメント シミュレーター内の温度を調節し、航空電子機器と地上クルーを涼しく保ちます。
- ロケットへのECSインターフェースは「T-0」ユニットであり、カウントダウンがゼロに達すると自動的にロケットから切断されることを意味する。[6] : 4
地上業務と地上システムは、ケネディ宇宙センターの ユナイテッド・スペース・アライアンスとNASAの職員によって担当されました。
システムエンジニアリングと統合
NASA ラングレー研究センターが管理するAres IXシステム エンジニアリング& インテグレーション (SE&I) オフィスは、車両の部品を完全なロケットに統合し、それらがシステムとして連携して飛行試験の目的を達成することを担当していました。SE&I は、すべてのコンポーネントが集合的に機能して、主要および二次的なミッションの目的を満たすようにする責任がありました。システム インターフェイス、ミッション レベルの要件、検証計画、および飛行計器管理の詳細な管理は、SE&I の主な貢献でした。SE&I は、コンポーネントの設計と構築を可能にするために、システム全体の構造、熱、および空気力学の分析を提供しました。SE&I は、車両の質量も管理し、車両の飛行に使用する軌道と誘導、ナビゲーション、および制御アルゴリズムを開発しました。
これらのタスクを完了するために、風洞試験と数値流体力学(CFD) を使用して、離陸、上昇、ステージ分離、下降など、飛行のさまざまな段階で機体に作用する力を調査しました。基本設計が理解されると、SE&I はシステムの構造解析を提供し、ロケットが統合されたときに適切に動作することを確認しました。
スケジュールの開発、管理、制御は、ATK と NASA ラングレー間の TEAMS 契約に基づいて、NASA ラングレー研究センターに常駐する ATK スケジュール アナリストによって提供されました。[引用が必要]
飛行試験
2009年10月27日（打ち上げ1回目）
アレスIXは、サターンIロケットの最初の打ち上げから48周年となる2009年10月27日に打ち上げられる予定だった。打ち上げは天候とその他の土壇場での懸念から延期された。[16]地上要員は、機首に取り付けられた重要な5ポートセンサーパッケージから保護カバーを取り外すのに苦労した。[17] 民間の水上艇が制限されたダウンレンジ安全ゾーンに誤って侵入し、追い払わなければならなかった。その日の高い巻雲を通って打ち上げられたことで摩擦帯電が起こり、レンジ安全通信に支障をきたし、RSOが自爆命令を出す能力が損なわれる可能性があった。打ち上げ責任者のエド・マンゴは、予定されていた待機地点であるT-00:04:00からのカウントダウン再開を繰り返し延期した。 [18] [19]最終的には、4時間の打ち上げ時間枠の制約と高層雲やその他の土壇場での懸念が重なり、2009年10月27日15:20 UTCにその日のミッションは中止となった。打ち上げは2009年10月28日12:00 UTCに4時間の時間枠が開くように再スケジュールされた。[18] [20]
2009年10月28日（発売）
アレスIXは2009年10月28日東部夏時間11時30分（協定世界時15時30分）にケネディ宇宙センター LC-39Bから打ち上げられ、短い試験飛行を無事に完了した。機体の第1段はT-0秒に点火され、アレスIXは発射施設39Bから打ち上げられた。[21] 第1段は上段シミュレータから分離され、発射場から約150マイル（240 km）下流の大西洋にパラシュートで降下した。ロケットの最高高度はすぐには判明しなかったが、28マイル（45 km）と予想されていた。
打ち上げにより全ての主要な試験目的が達成され[22] 、ケネディ宇宙センターから新しい宇宙船を準備して打ち上げる上で多くの教訓が得られました[23]。
推力振動
飛行前には、NASA の科学者やアレス批判者、懐疑論者の間で、推力振動が激しすぎて、人間の宇宙飛行士がアレス ロケットに安全に乗ることができないのではないかという懸念が浮上していた。NASA Watch は、アレス I の第 1 段固体ロケット ブースターが、上昇の最初の数分間に大きな振動を起こす可能性があることを明らかにした。振動は、第 1 段内部の推力振動による急激な加速パルスによって引き起こされる。NASA はこの潜在的な問題が非常に現実的であることを認め、リスク スケールで 5 段階中 4 と評価した。NASA は、問題解決の成功例が長いことにあるとして、この問題を解決できると確信していた。[24] NASAの職員は2007年秋からこの問題を認識しており、プレスリリースでは2008年3月までに解決したいと述べていた。[24] [25] 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。[26]
パッドの損傷
アレスIXの打ち上げから約2時間後、LC-39B発射台に入った安全作業員は、固定サービス構造の95フィート（29メートル）レベルにある、回転サービス構造に接続する古いシャトル酸化剤ラインから残留四酸化窒素の小さな雲が漏れていると報告した。2009年10月29日午前8時40分、ペイロード交換室と固定サービス構造の間の95フィート（29メートル）レベルでヒドラジンの漏れが検出されました。両方の漏れは人員に怪我をすることなくキャップされました。[27]
打ち上げ直後のアレス IX による発射台回避操作により、LC-39B の固定サービス構造は、通常のスペースシャトルの打ち上げ時よりもかなり多くのロケットの排気を直接受けました。その結果生じた損傷は「相当な」ものと報告され、両方の発射台エレベーターが作動不能になり、発射台と発射管制センター間のすべての通信回線が破壊され、屋外のメガホンはすべて溶けました。固定サービス構造の機体に面した部分は、回転サービス構造を支えるヒンジ柱と同様に、極度の熱損傷と焦げを被ったようです。[28]この損傷は、NASA が FSS を撤去し、将来のアレス飛行を「クリーンな発射台」から打ち上げる予定であったため、予想されていました。
パラシュート故障
飛行中、パラシュートを固定するリーファーの火薬が、パラシュート内に留まったまま早めに爆発し、パラシュートが過負荷となり展開時に機能しなくなった。2つ目のパラシュートに加わった負荷により、これも過負荷となり部分的に機能しなくなった。残りの2つのパラシュートがブースターを不安定な着陸に導いたが、幸いにも損傷は最小限にとどまった。[29]再発防止のため、パラシュートのランヤードの設計も変更された。[29]
NASAによると、アレスIXの元となったスペースシャトル固体ロケットブースターでは、部分的なパラシュート故障はよく発生していた。スペースシャトル固体ロケットブースターでは、 STS-128を含め11回の部分的なパラシュート故障が発生した。[26]
第一段階の損傷
第一段は、使用済みのスペースシャトル 固体ロケットブースターによくあるように、直立した状態で浮いているのが発見された。しかし、回収ダイバーは下部が座屈しているのを確認した。 [30] [31]また、報告書では、ブースターの前部セグメントのケーシングが明らかに破損していること、およびSRMのノズル偏向システムの一部であるアクチュエータを保持するブラケットが破損していることも指摘されている。[31] NASAのメモには、エンジニアは、第一段が設計よりもはるかに高い速度で着陸した際に、3つのメインパラシュートのうち1つが展開せず、2つ目のメインパラシュートも展開したままでなかったために、下部セグメントが座屈したと考えていると記載されている。[28]現時点では、ケーシングの明らかな破損とブラケットの破損の原因は不明であり、NASAはこの損傷についてコメントしていない。
アッパーステージシミュレーターフラットスピン
回収されることが想定されていなかった無動力の上段シミュレータ（USS）は、大西洋のさらに沖合に衝突した。[32] USSは、ステージングの直後から反時計回りのフラットスピンで回転し始めた。当初、この動きはUSSと第1段の衝突によって引き起こされたのではないかとの懸念があったが、 [33]その後の分析で、実際の再接触は起こっておらず、回転は飛行前シミュレーションで予測された可能性のある動作の1つであったことがわかった。[34]
USSは実際のアレスI上段ロケットの特性と正確に一致しておらず、上段ロケットの独立した性能をテストすることを目的としていなかった。上段ロケットに動力が供給されておらず、最終的なアレスIの上段ロケットよりも低い高度で分離されたことがスピンの原因となった。[26]
参考文献
この記事には、アメリカ航空宇宙局 のウェブサイトまたは文書からのパブリック ドメインの資料が組み込まれています。
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、 Ares IXに関連するメディアがあります。
- KSC プレス サイトからの Ares IX 打ち上げのビデオ – YouTubeの SpaceflightNews.net
- ビデオ、高高度航空機がアレス IX の打ち上げ、パラシュート展開、着水の様子を捉える – SpaceflightNews.net on YouTube
- 「アレス IX ロケットについて」。nasa.gov。NASA。2013年 7 月 10 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008 年7 月 10 日閲覧。
- ケネディ宇宙センターのアレス IX マルチメディア ギャラリー
- Ares IX ブログ (アーカイブ)
- VAB のハイベイ 3 にある Ares IX の完成したスタックの球状パノラマ[永久リンク切れ ]
- VAB のハイベイ 4 の床にある Ares IX コンポーネント[永久リンク切れ ]
- VAB のアレス IX 上段、ハイベイ 3 [永久リンク切れ ]
- VAB のハイベイ 3 の中央車両にある Ares IX の上から下までの図[永久リンク切れ ]
- YouTubeでさまざまなカメラアングルから撮影した Ares IX の打ち上げビデオ
- 「グレン、アレスI-1飛行試験に重要な支援を提供」。nasa.gov。NASA。2009年4月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- 「ケネディ宇宙センターが再び月面基地になる」spaceflightnow.com。
- NASA 天文写真集: アレス 1-X ロケット打ち上げ (2009 年 11 月 2 日)