スペースシャトルの設計を研究した

大型打ち上げロケットは、NASAがスペースシャトルの打ち上げスタックを専用の無人貨物打ち上げロケットに改造するために行った研究である。外部燃料タンクとスペースシャトル固体ロケットブースター（SRB）は、シャトルオービターの代わりとなる貨物モジュールと組み合わされ、スペースシャトルのメインエンジンも搭載される。弾道帰還ポッドはメインエンジン構造として使用され、2～4基のSSMEを搭載し、ペイロード/ブースターステージも搭載する。オーストラリアの奥地またはメキシコ北部でパラシュートを使って回収される。より正確な着陸を可能にするために、小型の揚力翼が追加された。1984年から1995年にかけて様々な大型打ち上げロケットのコンセプトが調査され、最終的にはシャトルCとして知られるようになったが、再利用可能なエンジンと弾道帰還ポッドは搭載されなかった。

シャトルC構想は、スペースシャトル計画のために開発された技術を再利用することで、大型ロケットの開発コストを理論的に削減できるというものだった。また、運用終了となったスペースシャトルのハードウェアも活用される予定だった。ある提案では、コロンビア号またはエンタープライズ号を使い捨ての貨物ロケットに改造する案も含まれていた。

スペースシャトルCでは、無人機であるためメンテナンスや安全要件が低く、飛行頻度が高くなると考えられていた。スペースシャトル・チャレンジャー号の事故以前、NASAは年間約14回のシャトル飛行を想定していた。しかし、チャレンジャー号事故後、様々な理由からこの打ち上げ頻度は実現不可能であることが明らかになった。

シャトルCは無人月着陸船と推進モジュールを打ち上げる一方、別の機体は有人探査機を打ち上げて月探査ミッションを実施する予定だった。さらにシャトルCは、1993年に提案された国際月資源探査構想における有人機としての役割も担う予定だった。

1990年代初頭、NASAのエンジニアたちは、火星への有人ミッションを計画するにあたり、再利用不可能な80トンのセグメントを6つ打ち上げて地球周回軌道上に2つの火星探査船を作るシャトルCの設計案を検討していた。ジョージ・W・ブッシュ大統領が2010年までにスペースシャトルの運用終了を求めたため、これらの提案された構成案は棚上げされた。^{[ 2 ]}

マグナムは、1990年代半ばにNASAのマーシャル宇宙飛行センターによって設計された大型の超大型打ち上げロケットです。マグナムは、サターンVロケットと同規模で、高さ約315フィート（96メートル）のブースターとなる予定で、当初は火星への有人ミッションを運ぶために設計されました。スペースシャトルの固体ロケットブースター（SRB）に似た、2基のストラップオン式サイドブースターを使用する予定でしたが、燃料は液体燃料でした。一部の設計では、ストラップオンブースターに翼とジェットエンジンを使用し、飛行中に切り離された後、発射場まで帰還できるようにしていました。マグナムは、約80トンのペイロードを低地球軌道（LEO）に運ぶように設計されていました。^{[ 3 ]}  

国家打ち上げシステム（または新打ち上げシステム）は、地球軌道へのアクセス手段としてスペースシャトルに代わる選択肢を概説するために、1991年にジョージ・H・W・ブッシュ大統領によって承認された研究である。その後まもなく、NASAはロッキード・ミサイル・アンド・スペース社、マクドネル・ダグラス社、TRW社に10ヶ月間の研究を実施するよう依頼した。

提案された宇宙輸送メインエンジン（STME）液体燃料ロケットエンジンをベースにした一連の打ち上げロケットが提案された。STMEはRS-25エンジンの簡略化された使い捨てバージョンとなる予定だった。NLS-1は提案された3つのロケットの中で最大で、コアステージには改造されたスペースシャトルの外部タンクを使用する予定だった。タンクは、タンクの底部に取り付けられた4つのSTMEに液体酸素と液体水素を供給する予定だった。ペイロードまたは第2ステージはコアステージの上に取り付けられ、スペースシャトルと同様に、2つの取り外し可能なスペースシャトル固体ロケットブースターがコアステージの両側に取り付けられる予定だった。当時のイラストからは、NLS-1のコアステージを複数使用して、NLS-1よりもはるかに大きなロケットが検討されていたことがうかがえる。^{[ 4 ]}

NASAは、チャレンジャー号事故後の固体ロケットブースター（SRB）をエアロジェット社製の新型先進固体ロケットモーター（ASRM）に置き換える計画だった。ASRMは、ミシシッピ州イエロークリークにあるテネシー渓谷開発公社（TVA）の原子力発電所の跡地に、下請け業者であるRUST International社が設計した新施設で製造される予定だった。ASRMは、ISSにモジュールや建設部品を運ぶためのシャトルのペイロードを増やすために、追加の推力を発生させるはずだった。ロボット組立システムとコンピューターが現場に設置され、約20億ドルが費やされた後、NASAが既存のSRBに軽微な修正を加えることを選択したため、ASRM計画は1993年に中止された。^{[ 6 ]}

NASA/ MSFCのシャトル拡張計画契約における大きな焦点の一つは、改良型回収式液体燃料ブースターの開発だった。このブースターは固体ロケットモーターと同様の飛行経路をたどり、分離後パラシュートを展開して大西洋上で回収される予定だった。水上での回収が可能で、エンジンを海水浸水から保護するために二枚扉が採用されていた。

液体燃料フライバックブースターのコンセプトは1970年代初頭に遡ります。初期のスペースシャトルブースターは、巨大な有人フライバックブースターでした。このコンセプトは1980年代を通して研究されましたが、チャレンジャー号事故によりスペースシャトルのアップグレードのほとんどが中止されたため棚上げされました。フライバックブースターのコンセプトは、1997年にNASAの液体燃料フライバックブースター研究の中で再び浮上しました。このコンセプトは、複雑さが増し、得られるメリットが少ないため放棄されました。スペースシャトル成長研究はこの背景に基づいて、液体ロケットブースターの設計コンセプトを詳細に開発しました。^{[ 7 ]}

2003年のスペースシャトル・コロンビア号の破壊に先立ち、NASAは、現在の4セグメントSRBを5セグメントSRB設計に置き換えるか、アトラスVまたはデルタIV EELV技術を使用した液体燃料「フライバック」ブースターに完全に置き換えることを検討していた。5セグメントSRBは、現在のシャトルのインフラにほとんど変更を加える必要がなく、スペースシャトルが51.6°の軌道でさらに20,000ポンド（9,100kg ）のペイロードを運ぶことを可能にし、危険な「発射地点への帰還」（RTLS）モードと「大洋横断アボート」（TAL）モードをなくし、いわゆる「ドッグレッグマニューバー」を使用してケネディ宇宙センターから南極から北極への極軌道飛行を行うことを可能にするはずだった。コロンビア号の事故後、NASAはスペースシャトル計画における5セグメント固体燃料ロケットブースター（SRB）の使用を中止し、生き残った3機のオービター、ディスカバリー号、アトランティス号、エンデバー号は、国際宇宙ステーションの完成後、2011年に退役した。5セグメントのエンジニアリングテスト用モーターであるETM-03は、2003年10月23日に点火された。  

コンステレーション計画の一環として、アレスIロケットの第1段には5セグメントの固体燃料ロケットブースター（SRB）を使用する計画だった。2009年9月には、ユタ州にあるATK社の砂漠試験場で、スペースシャトル用の5セグメントSRBが地上で静止燃焼試験された。

2011年にコンステレーション計画が中止された後、新しいスペース・ローンチ・システム（SLS）は5セグメントブースターを使用するように指定されました。SLS用のSRBの最初のテストは2015年初頭に完了し、2回目のテストは2016年半ばにオービタルATKのユタ州プロモントリー施設で実施されました。^{[ 8 ]}

スペースシャトルのブースターのアップグレードを見越して、延長型オービターの設計が行われた。このオービターはペイロードベイが拡大され、全長が15フィート（4.6メートル）長くなり、ペイロード容量は75フィート（23メートル）となり、最大10万ポンド（4万5000キログラム）のペイロードを搭載できると見込まれていた。着陸時の追加重量に対応するため、新しい翼根部とキャリースルー構造が設計され、元の翼の外側部分はそのまま残され、最小限の変更で済むようにした。15フィート（4.6メートル）のバレル部分は、機体後部に向かう1305隔壁のすぐ前方に取り付けられる予定だった。     

ペイロード増加への漠然としたニーズから、ペイロードベイの風下側セクション（突入時の迎角）を拡張ペイロードベイとして使用するというアイデアが生まれた。これにより、エアバス・ベルーガやエアロスペースラインズ・スーパーグッピーに似た、背中が盛り上がった大型貨物機が実現する。再突入時の極超音速空力特性はほぼ変わらないものの、迎角が低い亜音速域では問題が発生する可能性が高かった。

ソ連のエンジンなしブラン軌道船に対する国内的な対応として、マーシャル宇宙飛行センターでは無動力の軌道船が設計された。ペイロードベイ部分が宇宙船の後部に追加され、いくつかの違いはあるものの、スペースシャトル・エンタープライズと非常によく似た外観となる予定だった。重量の減少とエンジンの不足を補うため、ほとんどの機器は機体後部に格納された。

1980年代後半から2000年代初頭にかけて、NASAは様々な形でクルー・リターン・ビークル（緊急時に宇宙ステーションから乗員を帰還させることができる小型宇宙機／カプセル）の開発を進めてきた。候補として、アポロ計画由来のカプセル、NASAのHL-20、HL-10、M2F2、そして空軍のX-24Aなどが検討された。HLLV用に研究された弾道帰還ポッドをベースにしたシャトルの縮小版も提案された。与圧された乗員区画はリフティングボディに改造される予定だった。この設計の主な利点は、シャトルの実績ある技術と再突入プロファイルである。

高容量オービターの概念設計が作成された。この構想では、ペイロードベイに搭載された一連のコンテナを使用し、ボーイング747に似た2階建て構造で68人から74人の乗客を輸送する予定だった。これにより重心が前方に移動し、翼構造に若干の変更が必要となり、揚力面を増やすためにカナード状の翼面を追加した。この設計は、数百人の乗員を必要とするフォン・ブラウン型の宇宙ステーションに採用される予定だった。