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探査システムアーキテクチャ研究（ESAS ）は、2005年5月から7月にかけて米国航空宇宙局（NASA）が実施した、有人宇宙飛行システムに関する90日間の研究である。最終報告書は2005年11月に発表された。この報告書では、宇宙探査ビジョンを実現するための提言が示された。報告書は、2010年に中止され、アルテミス計画に置き換えられたコンステレーション計画で採用されたアプローチを推奨した。
NASA長官のマイケル・グリフィンは、前任者のショーン・オキーフが設計した当初の有人探査機（現在のオリオンMPCV ）調達戦略にいくつかの変更を命じた。グリフィンの計画は、2つの競合チームが並行して開発していた有人探査機の以前の計画ではなく、惑星協会の研究の一環として彼自身が開発した設計を優先するものであった。これらの変更は、探査システムアーキテクチャ研究[ 1 ]と呼ばれる内部研究で提案され、その結果は2005年9月19日にワシントンDCのNASA本部で開催された記者会見で正式に発表された。
ESASには、CEVの開発を加速し、プロジェクト・コンステレーションを実施するための多くの勧告が含まれており、2012年にも有人CEV飛行を行う戦略や、スペースシャトルを使用せずに国際宇宙ステーション（ISS）に物資を補給する方法、CEVの貨物バージョンの使用などが含まれていました。[ 2 ]
当初はディスカバリー号の「飛行再開」ミッション後の2005年7月25日に公開される予定だったESASの公開は、計画のプレゼンテーションに対する評価が低かったことと、行政管理予算局からの抵抗があったため、9月19日まで延期されたと伝えられている。[ 2 ]
ショーン・オキーフ氏の下での当初の CEV「調達戦略」では、CEV 設計は 2 つの「フェーズ」に分けられる予定だった。2005 年 5 月に提出された提案は、CEV 設計のフェーズ 1 部分の一部となる予定で、その後 2008 年に FAST と呼ばれる技術実証宇宙船の軌道または準軌道飛行が行われる予定だった。プログラムのフェーズ 2 の契約業者を 1 社に絞り込むのは、その年の後半に行われる予定だった。CEV の最初の有人飛行は、遅くとも 2014 年まで行われない予定だった。元 NASA 長官のショーン・オキーフ氏が支持していた当初の計画では、CEV は進化型使い捨て打ち上げロケット(EELV)、具体的にはボーイングデルタ IV ヘビーまたはロッキード マーティンアトラス Vヘビー EELV で打ち上げられる予定だった。
しかし、NASA長官の交代に伴い、マイク・グリフィンはこのスケジュールを遅すぎるとして廃止し、2006年初頭に直接フェーズ2に移行した。彼は、シャトル由来の打ち上げロケットでCEVを打ち上げることを推奨するコンセプト（現在はESASとして知られている）を再検討するための60日間の内部調査を委託した。さらに、グリフィンは昨年発表された当初の計画の多くの側面を加速または変更することを計画していた。2008年のCEV飛行試験の代わりに、NASAは2006年にCEVプログラムのフェーズ2に移行し、CEVの飛行は2011年6月にも開始される予定だった。
ESASは、コンステレーション計画を支援するために、シャトル由来の打ち上げロケットを2つ開発することを求めた。[ 3 ] 1つはスペースシャトルの固体ロケットブースターから派生したもので、後に中止されたアレスIとなり、CEVを打ち上げる予定だった。もう1つは、SRBとシャトルの外部燃料タンクを使用して地球離脱ステージと月面アクセスモジュールを打ち上げるインライン大型ロケットで、アレスVとして知られていた（この設計はスペース・ローンチ・システムに再利用された）。カーゴシャトル派生打ち上げロケット（SDLV）の性能は、低地球軌道（LEO）に125～130メートルトンとなる予定だった。SDLVは、EELVオプションよりも1回の打ち上げでより大きなペイロードを可能にする。
乗員は、スペースシャトルの固体ロケットブースターの5セグメント派生型と、スペースシャトルの外部燃料タンクをベースにした新しい液体燃料上段の上に搭載されたCEVで打ち上げられる予定だった。当初はスペースシャトルのメインエンジンの使い捨てバージョン1基で駆動する予定だったが、後にサターンIBロケットとサターンVロケットで使用されているS -IVB上段で使用されているJ-2ロケットエンジンの近代化および強化バージョン（J-2 Xとして知られる）に変更された。このブースターは、最大25トンを低地球軌道に投入できる能力を持つ。このブースターは、すでに有人対応の認定を受けたコンポーネントを使用する予定だった。
貨物はスペースシャトルの大型バージョンで打ち上げられる予定で、これはペイロードをブースターの上部に搭載する「インライン」ブースターとなる。インラインオプションは当初、コアステージに5基の使い捨てSSMEを搭載する予定だったが、後に推力が高くコストが低い5基のRS-68ロケットエンジン（現在デルタIVヘビーロケットで使用されている）に変更され、コアの全体直径をわずかに拡大する必要があった。2基の大型5セグメントSRBがRS-68エンジンを補助し、地球離脱ステージ（EDS）と呼ばれるロケットの第2ステージとペイロードを低軌道に推進する。低軌道に約125トンを運ぶことができ、1回の打ち上げ費用は5億4000万ドルと見積もられていた。
ケネディ宇宙センターのインフラ、具体的には車両組立棟（VAB）やスペースシャトル発射台LC-39Aおよび39Bは、将来の大型ロケットのニーズに合わせて維持・改修された。その後、小型ロケットに対応するため、新しい発射台LC-39Cが建設され、LC-39Dを建設するか、あるいは近隣のケープカナベラル空軍基地にある、初期のアポロ地球周回ミッションでサターンIBロケットが使用した旧発射台LC-34またはLC-37Aを再利用するという選択肢も残された。
ESASは、2014年までに有人CEVを飛行させるための戦略を推奨し、月への月周回軌道ランデブー方式を支持した。CEVのLEOバージョンは、4人から6人の乗組員をISSに運ぶ。CEVの月バージョンは4人の乗組員を、火星CEVは6人の乗組員を運ぶ。ロシアのプログレス補給船と同様に、無人バージョンのCEVに貨物を運ぶこともできる。ロッキード・マーティンはNASAによってCEVの契約業者として選ばれた。この機体は最終的にオリオンMPCVとなり、2014年に初飛行（EFT-1）、2026年に初の有人飛行（アルテミスII ）、2028年に初の月面着陸飛行（アルテミスIV ）を行う。宇宙深部ミッションをサポートするために製造された機体は1種類のみで、 ISSの乗組員の移送は商業乗員輸送プログラムによって行われる。
CEV再突入モジュールの重量は約12トンで、アポロ司令船のほぼ2倍の質量であり、アポロと同様に、生命維持と推進のためのサービスモジュール（欧州サービスモジュール）に接続される予定だった。CEVはアポロのようなカプセルで、シャトルのようなリフティングボディや翼付き機ではなく、バイキングのような耐熱シールドを備えていた。ロシアのソユーズ宇宙船と同様に、水上ではなく陸上に着陸する予定だった。重量を節約するために、これは着水のみに変更され、CST-100スターライナーは陸上に着陸する最初の米国宇宙船となる予定だった。特定された着陸候補地には、カリフォルニア州のエドワーズ空軍基地、ネバダ州のカーソンフラッツ（カーソンシンク[ 4 ] ）、ワシントン州のモーゼスレイク周辺地域などがあった。西海岸に着陸すれば、再突入経路の大部分を人口密集地ではなく太平洋上空を飛行できる。 CEVは、使用後に廃棄されるアブレーション式（アポロ計画で使用されたものと同様の）耐熱シールドを使用し、CEV自体は約10回再利用できる。
月探査ミッションの加速的な開発は、2010年のスペースシャトルの退役後に開始される予定だった。後にアルタイルとして知られることになる月面着陸船と大型ブースター（アレスV）は並行して開発され、両方とも2018年までに飛行準備が整う予定だった。最終的な目標は2020年までに月面着陸を達成することだったが、アルテミス計画は現在2028年の月面着陸を目指している。LSAMはアポロ月着陸船よりもはるかに大きく、月面基地を支援するために最大23トンの貨物を月面に運ぶことができる。
アポロ月着陸船と同様に、LSAMは着陸用の降下段と軌道復帰用の上昇段を備える。4名の乗組員は上昇段に搭乗する。上昇段は月周回軌道への復帰のためにメタン/酸素燃料で推進される（酸素/メタンロケット推進が初期段階であったため、後に液体水素と液体酸素に変更される）。これにより、同じ着陸船の派生型を後の火星探査ミッションで使用できるようになる。火星探査ミッションでは、現地資源利用（ISRU）と呼ばれるプロセスで火星の土壌からメタン推進剤を製造できる。LSAMは月面で4名の乗組員を約1週間サポートし、高度な探査車を使用して月面を探査する。LSAMが運ぶ膨大な量の貨物は、月面基地のサポートや大量の科学機器を月面に運ぶのに非常に役立つ。アルテミス計画では、CLPSプログラムの下で別々に打ち上げられる着陸船を使用して、月面基地への支援機器を輸送する。
月ミッションのプロファイルは、地球周回軌道ランデブーと月周回軌道ランデブー（LOR）アプローチを組み合わせたものだった。まず、LSAMとEDSは、大型のシャトル派生型ロケット（アレスV ）の上部に搭載されて打ち上げられる。EDSは、サターンVロケットで使用されているS-IVB上段の派生型で、 SRB派生型ブースターで使用されているものと同様のJ-2Xエンジンを1基使用する（当初はJ-2Xエンジンを2基使用する予定だったが、コアステージにRS-68エンジンを使用することでNASAは1基のみで済むようになった）。次に、乗員はCEVに乗ってSRB派生型ブースター（アレスI）に搭載されて打ち上げられ、CEVとLSAMは地球周回軌道でドッキングする。その後、EDSが複合機を月へ送る。 LSAMは、この複合施設を月周回軌道に投入し（ 1960年代から70年代にかけてソ連が月面着陸を試みた際に使用されたブロックDロケットと同様の方式）、そこで4人の宇宙飛行士がLSAMに乗り込み、月面へ降下して1週間の探査を行う。LSAMの一部は貨物とともに月面に残され、長期的な前哨基地の建設に着手される可能性がある。
LSAMと月着陸船CEVの両方に4人の乗組員が搭乗する。乗組員全員が月面に降下し、CEVは無人となる。[ 5 ]月面での滞在時間が経過すると、乗組員はLSAMの上昇段階で月周回軌道に戻る。LSAMはCEVとドッキングする。乗組員はCEVに戻り、LSAMを切り離し、その後CEVのエンジンが乗組員を地球への軌道に乗せる。その後、アポロ計画と同様に、サービスモジュールが切り離され、CEVは3つのパラシュートシステムを使用して着陸のために降下する。
最終的にはNASAが支援する月面基地が建設される予定で、おそらく月の南極付近になるだろう。しかし、この決定はまだ下されておらず、探査プロジェクトへの国際的および商業的な参加の可能性に左右される。アルテミス計画は、 2028年までに小規模な国際月面基地を建設することを目指している。
拡張可能なCEV（月面着陸船）とメタン燃料エンジンを搭載した着陸船を使用することで、火星探査ミッションのための有意義なハードウェアテストを月面で実施することが可能になった。最終的な火星探査ミッションは2020年頃から詳細な計画が開始され、月面資源利用（ISRU）の利用が含まれるとともに、「合流型」ミッションとなる予定である。つまり、金星フライバイを行い火星表面に20 ～ 40日間滞在するのではなく、乗組員は直接火星へ行き、帰還して約500 ～ 600日間火星探査を行うことになる。
ESASは、2025年までの有人月探査計画の費用を2170億ドルと見積もっており、これはNASAが同時期までに予定している探査予算よりわずか70億ドル多いだけである。
ESAS計画は当初、NASAの他のプログラムを大幅に削減することなく、既存のNASA予算だけで実現可能とされていたが、すぐに多額の資金が必要であることが明らかになった。コンステレーション計画の支持者たちはこれをシャトル計画をできるだけ早く終了させる正当な理由と捉え、NASAは2010年にシャトルとISSの両方への支援を終了する計画を実行に移した。これは両計画とも当初の計画より約10年も早いものだった。この結果、米国が約束を果たしていないとして国際パートナーから強い反発を招き、議会ではISSへの投資が無駄になるのではないかという懸念が広がった。
2006年4月以降、当初のESAS研究の実現可能性についていくつかの批判が生じた。これらの批判は主にメタン・酸素燃料の使用に関するものであった。NASAは当初、この組み合わせを月や火星の土壌から現地で「採掘」できる可能性に着目し、これらの天体へのミッションにおいて潜在的に有用であると考えていた。しかし、この技術は比較的新しく、まだ実証されていなかった。また、プロジェクトに大幅な時間的負担とシステムの重量増加をもたらすことも懸念された。
2006年7月、NASAはこれらの批判に応え、従来のロケット燃料（LSAMには液体水素と酸素、CEVには自己着火性燃料）を使用する計画に変更した。これにより重量が軽減され、プロジェクトの期間が短縮された。[ 6 ]
しかし、ESASに対する主な批判は、安全性とコストの推定値に基づいていた。著者らは、デルタIVヘビーの失敗率の推定値として、タイタンIIIとIVの打ち上げ失敗率を使用した。タイタンは、初期のICBMから派生したコアステージと、大型の分割型固体燃料ブースター、およびそれ以前に開発された水素燃料の上段を組み合わせたもので、複雑な機体であり、比較的高い失敗率を示した。対照的に、デルタIVヘビーは、現在も運用されている「白紙」設計であり、液体燃料のみを使用している。逆に、アレスIの失敗率の推定には、シャトルSRBの失敗率が使用されたが、チャレンジャー号の喪失後の打ち上げのみが考慮され、シャトルSRBには誘導システムやロール制御システムが含まれていないにもかかわらず、シャトルの各打ち上げはアレスの2回の成功した打ち上げとみなされた。
当時、デルタIVはケープカナベラル空軍基地第37複合施設から打ち上げられており、製造元のユナイテッド・ローンチ・アライアンスはそこから有人飛行を打ち上げることを提案していた。しかし、ESASはコストの見積もりにおいて、競合するすべての設計は第39発射複合施設から打ち上げられなければならず、車両組立棟、移動式発射台、およびAとBの発射台をそれらに対応するように変更する必要があると想定していた。LC-39の施設は、第37複合施設の最新施設よりもはるかに大きく、複雑で、古く、維持費も高く、水平に統合され燃料なしで輸送されるデルタには全く不適切である。この想定は報告書で正当化されておらず、デルタIVの運用コストの見積もりを大幅に増加させた。最後に、2011年にデルタIVでオリオンの無人試験を追加するという決定は、ESASが実現不可能だと結論付けたことと矛盾すると批判されている。
米国有人宇宙飛行計画見直し委員会（HSF委員会、オーガスティン委員会とも呼ばれる）は、科学技術政策局（OSTP）の要請によりNASAが招集したグループで、宇宙における大胆な野望を達成するための「力強く持続可能な道」を確保するために、米国の有人宇宙飛行計画を見直した。見直しは2009年5月7日にOSTPによって発表された。NASAがスペースシャトルを退役させる予定だった時期以降の有人宇宙飛行の選択肢が対象となった。概要報告書は2009年9月8日にOSTP長官ジョン・ホルドレン、ホワイトハウス科学技術政策局（OSTP）、およびNASA長官に提出された。見直しに関連する推定費用は300万米ドルと見込まれていた。委員会は180日間活動する予定で、報告書は2009年10月22日に公表された。
委員会は、9年前に開始されたコンステレーション計画は、スケジュールが大幅に遅れ、資金不足と予算超過に陥っており、目標達成は不可能であると判断した。オバマ大統領は2010年度予算から同計画を削除し、事実上計画を中止した。計画の一部であるオリオン宇宙船は計画に再追加されたが、緊急事態発生時に宇宙ステーションの乗組員を地球に帰還させるための、ロシアのソユーズ宇宙船を補完する救助機としての役割を担うことになった。
有人宇宙飛行の「究極の目標」として提案されているものは、(1)物理的な持続可能性と(2)経済的な持続可能性という2つの基本的な目的を必要とするように思われる。委員会は、3つ目の目的として、主要な国家目標を達成することを加える。これには、国際協力、新産業の開発、エネルギー自給、気候変動の緩和、国家の威信などが含まれる可能性がある。したがって、理想的な目的地には、生命を維持するための水（呼吸に必要な酸素と、ロケット燃料として酸素と結合する水素も供給する）、宇宙建設に価値があり、場合によっては地球に持ち帰る価値があるかもしれない貴金属や工業用金属、その他の資源（例えば、小惑星採掘を参照）などの資源が含まれているべきである。
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