Кіріспе
Констелляция бағдарламасының NASA зымыран кілті Арес I ұшыру аппараты NASA 2011 жылы Space Shuttle зейнеткерлікке шыққаннан кейін NASA ғарыш кемесі үшін арналған Orion ғарыш кемесін ұшыру үшін Ares I-ді пайдалануды жоспарлаған. Арес I - Constellation жүк ұшыру кемесі болған үлкен, ұшқышы жоқ Арес V-ді толықтыруға тиіс еді. НАСА Арес жобаларын олардың жалпы қауіпсіздігі, сенімділігі және тиімділігі үшін таңдады. Алайда, Constellation бағдарламасын, соның ішінде Ares I, 2010 жылдың қазан айында АҚШ президенті Барак Обама 2010 жылғы NASA өкілеттілік заң жобасын қабылдап, тоқтатты. 2011 жылдың қыркүйегінде НАСА Жер орбитасынан тыс жерлерді зерттеу үшін ғарышқа ұшыру жүйесін жаңа көлік құралы ретінде сипаттады.
the Ares I launch vehicle
NASA planned to use Ares I to launch Orion, the spacecraft intended for NASA human spaceflight missions after the Space Shuttle was retired in 2011. Ares I was to complement the larger, uncrewed Ares V, which was the cargo launch vehicle for Constellation. NASA selected the Ares designs for their anticipated overall safety, reliability and cost effectiveness. However, the Constellation program, including Ares I, was cancelled by U. S. president Barack Obama in October 2010 with the passage of his 2010 NASA authorization bill. In September 2011, NASA detailed the Space Launch System as its new vehicle for human exploration beyond Earth's orbit.
Транспорттық жүйелерді жетілдіру
1995 жылы Lockheed Martin Маршалл ғарыш ұшу орталығының Advanced Transportation System Studies (ATSS) есебін шығарды. ATSS баяндамасының бір бөлімінде Арес I жобасына ұқсас бірнеше ықтимал көліктер сипатталған, сұйық ракетаның екінші сатылары сегментті қатты ракеталық қосқыш (SRB) бірінші сатыларының үстінде орналасқан. Қаралған нұсқаларға екінші кезең үшін J 2S қозғалтқыштары мен Space Shuttle Main Engines (SSME) кірді. Сонымен қатар, бұл нұсқалар бірінші кезең ретінде Advanced Solid Rocket Motor (ASRM) қолдануды болжады, бірақ ASRM 1993 жылы шығынның елеулі артуына байланысты тоқтатылды.
Constellation бағдарламасындағы рөлі
Арес I "Констелляция" бағдарламасының ұшақ құрауышы болды. Бастапқыда "Круды ұшыру көлігі" немесе CLV деп аталды, Арес атауы грек құдайы Арестен таңдалды. "Арес I" зымыраны Orion көп мақсатты экипаж көліктерін ұшыру үшін арнайы жасалған. Орион Аполлон бағдарламасының капсуласына ұқсас, космонавттарды Халықаралық ғарыш станциясына, Айға және ақыр соңында Марсқа тасымалдау үшін экипаждық капсула ретінде қарастырылған. Ares I сонымен қатар орбитаға кейбір (шешімді) ресурстарды, соның ішінде Халықаралық ғарыш станциясы үшін керек-жарақтарды немесе жоспарланған Ай базасына жеткізілген болуы мүмкін. NASA 2007 жылдың 16 шілдесінде Rocketdyne компаниясының J 2X зымыран қозғалтқышының негізгі қосалқы мердігері болатынын жариялады. NASA 2007 жылы 12 желтоқсанда Ares I зымыранының авиациясын қамтамасыз ету және орнату үшін Boeing компаниясын таңдады. 2007 жылдың 28 тамызында НАСА "Боинг" компаниясына "Арес I" жоғарғы сатысын жасау келісімшартын берді. Арес I-нің жоғарғы сатысы Михуд аэроғарыш фабрикасында жасалуы керек еді, ол ғарыш айлағының сыртқы резервуары мен Сатурн V-дің S IC бірінші сатысында пайдаланылды.
J-2X қозғалтқыштары
Бір қозғалтқыштың құны шамамен 20-25 миллион АҚШ долларына тең, Rocketdyne J 2X жобалаған және шығарған, бұл RS 25 күрделі қозғалтқышының жартысына тең кететін (шамамен 55 миллион доллар). Жер бетінде іске қосылатын ғарыш айлағының негізгі қозғалтқышынан айырмашылығы, J 2X әуеде де, вакуумда да іске қосылуға арналған. Бұл әуеден ұшу мүмкіндігі өте маңызды болды, әсіресе Сатурн V-дің S IVB сатысында қолданылатын түпнұсқа J 2 қозғалтқышында, Аполлон ғарыш кемесін Айға жылжыту үшін. Бұл тексеру жобалау процесіндегі алғашқы маңызды кезең болды және Ares I ұшыру жүйесінің Constellation бағдарламасына қажетті барлық талаптарға сай болуын қамтамасыз етуді көздеді. Салыстырманы шығарумен қатар, НАСА танк жабдықтарының қайта жобаланғанын да жариялады. Бөлшекті LH2 және LO2 резервуарлары орнына, Space Shuttle сыртқы резервуардағыдай "интертанк" арқылы бөлінген, жаңа LH2 және LOX резервуарлары Сатурн V S II және S IVB сатыларында қолданылған сияқты ортақ қалқамен бөлінген болар еді. Бұл салмақты үнемдеуге мүмкіндік беріп, екінші сатылы аралық блокты жасаудың қажеті болмас еді, ол Orion ғарыш кемесінің салмағын өзімен бірге алып жүруі керек еді. НАСА қызметкерлері 2007 жылдың қазан айының соңында Ares I жүйесінің жобалауын тексеру кезінде әлеуетті проблеманы анықтады, ол оны 2008 жылдың наурызына дейін шешуге тырысатынын мәлімдеген. НАСА бұл мәселенің өте ауыр екенін мойындады, ол тәуекел шкаласында бестен төртке бағаланды, бірақ агенттік оны шешуде өте сенімді болды. НАСА сонымен қатар, бұл Аполлон немесе Ғарыш шаттлдары сияқты жаңа ұшыру жүйесі болғандықтан, мұндай проблемалардың даму кезеңінде туындауы қалыпты жағдай екенін атап өтті. NASA-ның мәліметінше, Ares I X ұшуының деректері мен телеметриясын талдау қозғалтқыштың тербелісінен пайда болған тербелістер ғарыш шаттлының ұшуы үшін қалыпты диапазонда екенін көрсетті. 2009 жылдың шілдесінде АҚШ Әуе күштері 45-ші ғарыш қанаты шығарған зерттеуде ұшырудан кейін 3060 секунд ішінде ұшыруды тоқтату барлық экипажды өлтірудің ≈100% мүмкіндігі бар деген қорытындыға келді, өйткені капсула жер бетіне әсер етуіне дейін қатты қозғалтқыш бөлшектерінің бұлтымен тұнып қалады, бұл капсуланың нейлон парашют материалының еріуіне әкеледі. НАСА зерттеулері экипаждың капсуласы қауіпті жерден ұшып өткенін көрсетті. Ares I тұтандырғыш - ғарыш айлағының қатты ракеталық қоздырғыштарында пайдаланылатын ұшуға жарамды тұтандырғыштың жетілдірілген нұсқасы. Оның диаметрі шамамен және ұзындығы шамамен болды, және тұтандырғыш корпусты жанған қатты қозғалтқыштан қорғау үшін жылулық қасиеттерін жақсартқан жаңартылған оқшаулау материалдарын пайдаланды. NASA Арес I қозғалтқыштары үшін тұтандырғыш сынағын 2009 жылдың 10 наурызында Юта штатының Промонтори қаласына жақын жердегі ATK Launch Systems сынақ қондырғысында сәтті аяқтады. Жалынды құрылғыны сынау кезінде ұзындығы 200 фут (61 м) жалын пайда болды, ал алдын ала деректер жалынды құрылғы жоспарланғандай жұмыс істегенін көрсетті. Бұл сынақтан кейін тағы екі даму моторлық сынақ жүргізілді, 2010 жылдың 31 тамызында DM 2 және 2011 жылдың 8 қыркүйегінде DM 3. DM 2 үшін мотор 40 градус Фаренгейтке (4 градус Цельсийге) дейін салқындатылды, ал DM 3 үшін 90 градустан жоғары (32 градус Цельсийге) дейін қыздырылды. Басқа мақсаттардан басқа, бұл екі сынақ Арес моторларының экстремалды температурадағы өнімділігін растады. НАСА 2011 жылдың қараша айында Джон С. Стеннис ғарыш орталығында J 2X зымыран қозғалтқышының 500 секундтық сынақ ұшыруын сәтті өткізді. Ares I прототипі, Ares I X, 2009 жылдың 28 қазанында сынақ ұшыруды сәтті аяқтады. 39В старт-падулы ғарыш кемесінің ұшырылуынан да көп зақымдалды. Төмен түсу кезінде Арес I X-тің бірінші сатысындағы үш парашюттің бірі ашылмады, ал тағы біреуі тек ішінара ашылды, бұл көтерушіге төмен түсуге және құрылымдық зақымдануға әкелді. Ұшыру барлық негізгі сынақ мақсаттарын орындады.
Жоспар және шығындар
НАСА 2007 жылдың қаңтарында Ares I жүйесінің талаптары бойынша тексеруді аяқтады. 2006 жылдан бастап адам ұшыру 2014 жылдан кешіктірілмей жоспарланды, яғни ғарыш кемесінің жоспарланған зейнеткерлікке шыққаннан кейін төрт жыл өткен соң. Бюджеттік қысым мен күтпеген инженерлік және техникалық қиындықтарға байланысты Ares I бағдарламасын әзірлеу кестесін кешіктіру Space Shuttle бағдарламасының аяқталуы мен Ares I-дің алғашқы операциялық ұшуы арасындағы қашықтықты ұлғайтатын. Constellation бағдарламасына бастапқыда жоспарланған қаржы бөлінбегендіктен, Ares I-ді дамытудың 2015 жылға дейінгі жалпы бағаланған құны 2006 жылы 28 миллиард доллардан 2009 жылы 40 миллиард доллардан астамға дейін өсті. Ares I X жобасының құны 445 миллион долларды құрады. 2011 жылы алғашқы сынақ ұшулары жоспарланған, 2009 жылдың соңында Аугустин комиссиясының тәуелсіз талдауы техникалық және қаржылық проблемаларға байланысты Ares I қазіргі бюджет бойынша 2017-2019 жылға дейін немесе 2016 жылдың соңында шектеусіз бюджетпен алғашқы экипажмен ұшырылуы мүмкін емес деп тапты. Аугустин комиссиясы сондай-ақ Арес I және Орионның ұшуы бір реттік құны шамамен 1 миллиард долларды құрайтынын мәлімдеді. Алайда, 2010 жылдың наурыз айында жүргізілген қаржылық талдау Ares I жылына бір рет ұшқан жағдайда, Ares I-нің ұшуы 1 миллиард доллар немесе одан да көп шығынға ұшырайтынын көрсетті. Егер Ares I жүйесі жылына бірнеше рет ұшырылса, шекті шығындар бір ұшырылым үшін 138 миллион долларға дейін төмендей алады. 2010 жылдың наурыз айында НАСА әкімшісі Чарли Болден конгресс алдында "Арес I" жылына 44,5 миллиард долларға, ал бір ұшуға 1,6 миллиард долларға кететінін айтты. Ares I шекті шығындары шатлдың шекті шығындарының бір бөлігі болды деп болжалды, тіпті ол жылына бірнеше рет ұшқан болса да. Салыстырмалы түрде, үш астронавтты ресейлік "Союз" кемесіне жіберу құны 153 миллион долларды құрайды. Өкіл Роберт Адерхольт 2010 жылдың наурыз айында НАСА-дан хат алғанын, онда Ares I зымыранды жылына үш рет ұшу үшін 1,1 миллиард доллар кететінін мәлімдеді. 2011 жылдың 8 ақпанында Alliant Techsystems және Astrium компаниясы "Ариан-5" зымыранының екінші сатысымен "Арес-1" зымыранының бірінші сатысын "Либерти" деп аталатын жаңа зымыран құрастыруды ұсынды.
Күшін жою
2010 жылдың 1 ақпанында президент Барак Обама Constellation бағдарламасын 2011 жылдың қаржы жылының бюджетіне сәйкес тоқтату туралы ұсыныс жасады, бірақ кейіннен 2010 жылдың 15 сәуірінде Кеннеди ғарыш орталығында өткен кеңістіктік саясаты туралы баяндамада ұсынысқа өзгерістер енгізу туралы мәлімдеді. 2010 жылдың қазан айында НАСА-ның 2010 жылға арналған заң жобасы қол қойылды, ол Constellation-ті тоқтатты. Бұрынғы заңдар 2011 жылға арналған жаңа қаржыландыру заң жобасын қабылдағанға дейін Констелляция келісімдерін күшінде қалдырды.
Дизайн
Ares I 25 тонналық (28 қысқа тонналық; 25 ұзын тонналық) кластағы пайдалы жүкке ие болды және Delta IV және Atlas V сияқты көліктермен салыстыруға болады.
Бірінші кезең
Бірінші кезең - ғарыш айлағының қатты отынмен жүретін ракеталық көтеруші (SRB) -нен алынған, қуатты және қайта пайдалануға болатын ракеталық көтеруші. Төрт сегментке ие Solid Rocket Booster-мен салыстырғанда, ең айқын айырмашылық бесінші сегменттің қосылуы болды. Осы бесінші сегмент Арес I-ге көбірек итермелеу күшін беруге мүмкіндік берді. Қатты ракеталық көтерушіге енгізілген басқа өзгерістер ғарыш айлағының сыртқы танкісін (ET) бекіту нүктелерін алып тастау және Қатты ракеталық көтеруші мұрыншасын сұйық отынмен жабдықталған екінші сатымен байланысатын жаңа алдыңғы адаптермен ауыстыру болды. Адаптерде жоғары көтерілу кезінде сатыларды ажыратуды жеңілдету үшін қатты отынмен жабдықталған ажырату қозғалтқыштары болуы керек еді.
Жоғары саты
Шаттлдың сыртқы резервуарынан (ET) алынған және Сатурн V-дің S IVB сатысына негізделген жоғарғы сатысы сұйық сутек (LH2) және сұйық оттегіні (LOX) қоректендіретін бір J 2X зымыран қозғалтқышымен қозғалатын болды. J 2X Аполлон бағдарламасы кезінде қолданылған түпнұсқа J 2 қозғалтқышынан алынған, бірақ түпнұсқа қозғалтқыштан гөрі көбірек ілгегі (≈) және аз бөлшектері бар. 2007 жылдың 16 шілдесінде НАСА Rocketdyne компаниясына J 2X қозғалтқыштары үшін жер бетіндегі және ұшу сынақтарында пайдаланылатын жалғыз көз келісімшартын берді. Rocketdyne компаниясы Аполлон бағдарламасында пайдаланылған J 2 қозғалтқыштарының негізгі мердігері болды. Оның J 2X қозғалтқышы қалыптасқан жобадан алынған болса да, жоғарғы сатының өзі мүлдем жаңа болуы керек еді. Бастапқыда ET-дің ішкі және сыртқы құрылымына негізделген, бастапқы дизайн отын мен тотықтырғыш резервуарларды бөлек, "интертанк" құрылымымен біріктіріп, көбік изоляциясына спреймен жабылып, ауа шығаруды барынша азайтуды талап етті. ET-ден алынған екінші сатыдағы жалғыз жаңа жабдық J 2X қозғалтқышының итермелі құралы, отын мен тотықтырғыштың жаңа толтыру / ағынды / желдеткіш ажыратулары және қатты отынмен жабдықталған бірінші саты мен Orion ғарыш кемесі үшін монтаждау интерфейстері болуы керек еді. Аполлон бағдарламасына қайтып бара жатқан тұжырымдаманы қолдану арқылы "антитанк" құрылымы массаны азайту үшін тасталды, ал оның орнына Сатурн V-дің S II және S IVB сатыларында қолданылғанға ұқсас ортақ қалқаны танк арасында қолданылған болар еді. Осы өзгерістерден түскен үнемдеулер қозғалтқыш қуаттылығын арттыруға пайдаланылды, ол .