Ares I fue el vehículo de lanzamiento tripulado que estaba siendo desarrollado por la NASA como parte del programa Constellation . [2] El nombre "Ares" se refiere a la deidad griega Ares , que se identifica con el dios romano Marte . [3] Ares I fue conocido originalmente como el "Vehículo de lanzamiento tripulado" (CLV). [4]
La NASA planeó usar Ares I para lanzar Orion , la nave espacial destinada a misiones de vuelos espaciales tripulados de la NASA después de que el transbordador espacial fuera retirado en 2011. Ares I debía complementar al Ares V , más grande y sin tripulación , que era el vehículo de lanzamiento de carga para Constellation. La NASA seleccionó los diseños de Ares por su seguridad general, confiabilidad y rentabilidad anticipadas. [5] Sin embargo, el programa Constellation, incluido Ares I, fue cancelado por el presidente estadounidense Barack Obama en octubre de 2010 con la aprobación de su proyecto de ley de autorización de la NASA de 2010. En septiembre de 2011, la NASA detalló el Sistema de Lanzamiento Espacial como su nuevo vehículo para la exploración humana más allá de la órbita de la Tierra. [6]
En 1995, Lockheed Martin elaboró un informe de Estudios del Sistema de Transporte Avanzado (ATSS) para el Centro Marshall de Vuelos Espaciales . Una sección del informe ATSS describe varios vehículos posibles muy similares al diseño del Ares I, con segundas etapas de cohetes líquidos apiladas sobre primeras etapas de cohetes sólidos segmentados (SRB). [7] Las variantes que se consideraron incluyeron tanto los motores J-2S como los motores principales del transbordador espacial (SSME) para la segunda etapa. Las variantes también asumieron el uso del motor de cohete sólido avanzado (ASRM) como primera etapa, pero el ASRM se canceló en 1993 debido a sobrecostos significativos.
El presidente George W. Bush había anunciado la Visión para la Exploración Espacial en enero de 2004, y la NASA, bajo el mando de Sean O'Keefe, había solicitado a varios licitadores planes para un Vehículo de Exploración Tripulado , con el plan de contar con dos equipos en competencia. Estos planes fueron descartados por el administrador entrante Michael Griffin , y el 29 de abril de 2005, la NASA encargó el Estudio de Arquitectura de Sistemas de Exploración para lograr objetivos específicos: [8]
La NASA seleccionó una arquitectura de lanzamiento derivada del transbordador para el Ares I. Originalmente, el vehículo tripulado habría utilizado un cohete propulsor sólido de cuatro segmentos (SRB) para la primera etapa y un motor principal del transbordador espacial (SSME) simplificado para la segunda etapa. Una versión no tripulada iba a utilizar un propulsor de cinco segmentos con la misma segunda etapa. [9] Poco después de que se aprobara el diseño inicial, pruebas adicionales revelaron que la nave espacial Orion sería demasiado pesada para que el propulsor de cuatro segmentos la levantara, [10] y en enero de 2006 la NASA anunció que reduciría ligeramente el tamaño de la nave espacial Orion, agregaría un quinto segmento a la primera etapa de cohete sólido y reemplazaría el SSME único con el motor J-2X derivado de Apollo. [11] Si bien el cambio de una primera etapa de cuatro segmentos a una versión de cinco segmentos permitiría a la NASA construir motores prácticamente idénticos, la razón principal para el cambio al propulsor de cinco segmentos fue el cambio al J-2X. [12]
El Estudio de Arquitectura de Sistemas de Exploración concluyó que el costo y la seguridad del Ares eran superiores a los de cualquiera de los Vehículos de Lanzamiento Desechables Evolucionados (EELV). [8] Las estimaciones de costos en el estudio se basaron en la suposición de que se necesitarían nuevas plataformas de lanzamiento para EELV aptos para humanos . [8] Las instalaciones para los EELV actuales (LC-37 para Delta IV, LC-41 para Atlas V) están en su lugar y podrían modificarse, pero esta puede no haber sido la solución más rentable ya que LC-37 es una instalación propiedad y operada por un contratista (COGO) y se determinó que las modificaciones para el Delta IV H eran similares a las requeridas para Ares I. [13] Las estimaciones de seguridad de lanzamiento de ESAS para el Ares se basaron en el Transbordador Espacial, a pesar de las diferencias, e incluyeron solo lanzamientos posteriores al rediseño del Transbordador Espacial posterior al Challenger. [14] La estimación contabilizó cada lanzamiento del Transbordador como dos lanzamientos seguros del cohete Ares. La seguridad del Atlas V y del Delta IV se estimó a partir de las tasas de fallas de todos los lanzamientos del Delta II , Atlas-Centaur y Titan desde 1992, aunque no son diseños similares. [ cita requerida ]
El Ares I fue el componente de lanzamiento tripulado del programa Constellation. Originalmente llamado "Crew Launch Vehicle" o CLV, el nombre Ares fue elegido a partir del dios griego Ares . [4] A diferencia del transbordador espacial, donde tanto la tripulación como la carga se lanzaban simultáneamente en el mismo cohete, los planes para el Proyecto Constellation describían tener dos vehículos de lanzamiento separados, el Ares I y el Ares V, para la tripulación y la carga, respectivamente. Tener dos vehículos de lanzamiento separados permite diseños más especializados para los cohetes de lanzamiento de la tripulación y de carga pesada. [15]
El cohete Ares I fue diseñado específicamente para lanzar el vehículo tripulado multipropósito Orión . Orión fue concebido como una cápsula tripulada, similar en diseño a la cápsula del programa Apolo , para transportar astronautas a la Estación Espacial Internacional , la Luna y, finalmente, Marte . Ares I también podría haber entregado algunos recursos (limitados) a la órbita , incluidos suministros para la Estación Espacial Internacional o su posterior entrega a la base lunar planificada . [5]
La NASA seleccionó a Alliant Techsystems, el constructor de los cohetes propulsores sólidos del transbordador espacial , como el contratista principal para la primera etapa del Ares I. [16] [17] La NASA anunció que Rocketdyne sería el subcontratista principal para el motor del cohete J-2X el 16 de julio de 2007. [18] La NASA seleccionó a Boeing para proporcionar e instalar la aviónica para el cohete Ares I el 12 de diciembre de 2007. [19]
El 28 de agosto de 2007, la NASA adjudicó a Boeing el contrato de fabricación de la etapa superior del Ares I. La etapa superior del Ares I debía construirse en la fábrica aeroespacial Michoud , que se utilizó para el tanque externo del transbordador espacial y la primera etapa S-IC del Saturno V. [20] [21]
El J-2X, diseñado y producido por Rocketdyne, habría costado aproximadamente entre 20 y 25 millones de dólares por motor, menos de la mitad que el más complejo motor RS-25 (alrededor de 55 millones de dólares). [22] A diferencia del motor principal del transbordador espacial, que fue diseñado para arrancar desde tierra, el J-2X fue diseñado desde el principio para arrancar tanto en el aire como casi en el vacío. Esta capacidad de arranque por aire fue fundamental, especialmente en el motor J-2 original utilizado en la etapa S-IVB del Saturno V, para propulsar la nave espacial Apolo a la Luna. El motor principal del transbordador espacial, por otro lado, habría requerido extensas modificaciones para agregar una capacidad de arranque por aire [23] [12]
El 4 de enero de 2007, la NASA anunció que el Ares I había completado su revisión de requisitos del sistema, la primera revisión de este tipo completada para cualquier diseño de nave espacial tripulada desde el Transbordador Espacial. [24] Esta revisión fue el primer hito importante en el proceso de diseño, y tenía como objetivo garantizar que el sistema de lanzamiento del Ares I cumpliera con todos los requisitos necesarios para el Programa Constelación. Además de la publicación de la revisión, la NASA también anunció que se realizó un rediseño en el hardware del tanque. En lugar de tanques LH 2 y LO 2 separados, separados por un "tanque intermedio" como el del Tanque Externo del Transbordador Espacial , los nuevos tanques LH 2 y LOX habrían estado separados por un mamparo común como el empleado en las etapas S-II y S-IVB del Saturno V. Esto habría proporcionado un ahorro de masa significativo y eliminado la necesidad de diseñar una unidad intermedia de segunda etapa que habría tenido que llevar consigo el peso de la nave espacial Orión. [17]
En enero de 2008, NASA Watch reveló que el cohete de combustible sólido de la primera etapa del Ares I podría haber creado altas vibraciones durante los primeros minutos de ascenso. Las vibraciones habrían sido causadas por oscilaciones de empuje dentro de la primera etapa. [25] Los funcionarios de la NASA habían identificado el problema potencial en la revisión del diseño del sistema Ares I a fines de octubre de 2007, declarando en un comunicado de prensa que querían resolverlo para marzo de 2008. [26] La NASA admitió que este problema era muy grave, calificándolo con cuatro de cinco en una escala de riesgo, pero la agencia estaba muy confiada en resolverlo. [25] El enfoque de mitigación desarrollado por el equipo de ingeniería de Ares incluyó amortiguación de vibraciones activa y pasiva, agregando un absorbedor de masa sintonizada activo y una "estructura de cumplimiento" pasiva, esencialmente un anillo cargado por resorte que habría desafinado la pila Ares I. [27] La NASA también señaló que, dado que este habría sido un nuevo sistema de lanzamiento, como los sistemas Apollo o Space Shuttle, era normal que surgieran este tipo de problemas durante la etapa de desarrollo. [28] Según la NASA, el análisis de los datos y la telemetría del vuelo Ares IX mostró que las vibraciones de la oscilación de empuje estaban dentro del rango normal para un vuelo del transbordador espacial. [29]
Un estudio publicado en julio de 2009 por el 45.º Ala Espacial de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos concluyó que un aborto entre 30 y 60 segundos después del lanzamiento tendría una probabilidad de aproximadamente el 100 % de matar a toda la tripulación, debido a que la cápsula quedaría envuelta hasta el impacto en el suelo por una nube de fragmentos de combustible sólido a 2200 °C (4000 °F), que derretirían el material de nailon del paracaídas de la cápsula. El estudio de la NASA mostró que la cápsula de la tripulación habría volado más allá del peligro más severo. [30] [31]
El encendedor del Ares I era una versión avanzada del encendedor probado en vuelo que se utilizaba en los cohetes propulsores sólidos del transbordador espacial. Tenía aproximadamente 18 pulgadas (46 cm) de diámetro y 36 pulgadas (91 cm) de largo, y aprovechaba materiales de aislamiento mejorados que tenían propiedades térmicas mejoradas para proteger la caja del encendedor del combustible sólido en llamas. [32] La NASA completó con éxito la prueba de encendido del encendedor para los motores del Ares I el 10 de marzo de 2009, en las instalaciones de prueba de ATK Launch Systems cerca de Promontory, Utah . La prueba del encendedor generó una llama de 200 pies (61 metros) de longitud, y los datos preliminares mostraron que el encendedor funcionó según lo planeado. [32]
El desarrollo de los elementos de propulsión del Ares I siguió avanzando con fuerza. El 10 de septiembre de 2009, el primer motor de desarrollo del Ares I (DM-1) se probó con éxito en una prueba de encendido a escala real y de duración completa. [33] A esta prueba le siguieron dos pruebas más de motor de desarrollo, el DM-2 el 31 de agosto de 2010 y el DM-3 el 8 de septiembre de 2011. En el caso del DM-2, el motor se enfrió a una temperatura central de 40 grados Fahrenheit (4 grados Celsius) y en el del DM-3 se calentó a más de 90 grados Fahrenheit (32 grados Celsius). Además de otros objetivos, estas dos pruebas validaron el rendimiento del motor del Ares a temperaturas extremas. [34] [35] La NASA realizó con éxito una prueba de encendido de 500 segundos del motor del cohete J-2X en el Centro Espacial John C. Stennis en noviembre de 2011. [36]
El prototipo Ares I, Ares IX , completó con éxito un lanzamiento de prueba el 28 de octubre de 2009. [37] [38] [39] La plataforma de lanzamiento 39B sufrió más daños que en un lanzamiento de transbordador espacial. Durante el descenso, uno de los tres paracaídas de la primera etapa del Ares IX no se abrió y otro se abrió solo parcialmente, lo que provocó que el cohete aterrizara con más fuerza y sufriera daños estructurales. [40] El lanzamiento cumplió con todos los objetivos principales de la prueba. [40] [41]
La NASA completó la revisión de los requisitos del sistema Ares I en enero de 2007. [24] El diseño del proyecto debía continuar hasta fines de 2009, y las pruebas de desarrollo y calificación debían realizarse simultáneamente hasta 2012. A partir de julio de 2009 [actualizar], los artículos de vuelo debían haber comenzado la producción hacia fines de 2009 para un primer lanzamiento en junio de 2011. [42] Desde 2006, el primer lanzamiento de un humano estaba planeado para no más tarde de 2014, [43] que es cuatro años después del retiro planeado del transbordador espacial.
Los retrasos en el cronograma de desarrollo del Ares I debido a presiones presupuestarias y dificultades técnicas y de ingeniería imprevistas habrían aumentado la brecha entre el final del programa del Transbordador Espacial y el primer vuelo operativo del Ares I. [44] Debido a que el programa Constellation nunca recibió la financiación proyectada originalmente, [45] el costo total estimado para desarrollar el Ares I hasta 2015 aumentó de $28 mil millones en 2006 a más de $40 mil millones en 2009. [46] El costo del proyecto Ares IX fue de $445 millones. [47]
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Originalmente programado para los primeros vuelos de prueba en 2011, el análisis independiente de la Comisión Augustine encontró a fines de 2009 que debido a problemas técnicos y financieros, Ares I no era probable que hubiera tenido su primer lanzamiento tripulado hasta 2017-2019 con el presupuesto actual, o fines de 2016 con un presupuesto sin restricciones. [48] La Comisión Augustine también declaró que Ares I y Orion tendrían un costo recurrente estimado de casi $ 1 mil millones por vuelo. [49] Sin embargo, un análisis financiero posterior en marzo de 2010 mostró que el Ares I habría costado $ 1 mil millones o más para operar por vuelo si el Ares I hubiera volado solo una vez al año. Si el sistema Ares I volara varias veces al año, los costos marginales podrían haber caído a tan solo $ 138 millones por lanzamiento. [1] En marzo de 2010, el administrador de la NASA Charlie Bolden testificó ante el Congreso que el Ares I costaría entre $ 4 y 4.5 mil millones al año y $ 1.6 mil millones por vuelo. [50] Se predijo que el costo marginal del Ares I habría sido una fracción de los costos marginales del transbordador incluso si hubiera volado varias veces al año. En comparación, el costo de lanzar tres astronautas en una Soyuz rusa tripulada es de 153 millones de dólares. [51] El representante Robert Aderholt declaró en marzo de 2010 que había recibido una carta de la NASA en la que se afirmaba que habría costado 1.100 millones de dólares hacer volar el cohete Ares I tres veces al año. [52]
El 8 de febrero de 2011, se informó que Alliant Techsystems y Astrium propusieron utilizar la primera etapa del Ares I con una segunda etapa derivada de la etapa central del Ariane 5 para formar un nuevo cohete llamado Liberty . [53]
El 1 de febrero de 2010, el presidente Barack Obama anunció una propuesta para cancelar el programa Constellation, que entraría en vigor con el presupuesto fiscal estadounidense de 2011, [54] pero más tarde anunció cambios a la propuesta en un importante discurso sobre política espacial en el Centro Espacial Kennedy el 15 de abril de 2010. En octubre de 2010, se firmó la ley de autorización de la NASA para 2010, que cancelaba el programa Constellation. [55] La legislación anterior mantuvo los contratos del programa Constellation en vigor hasta la aprobación de un nuevo proyecto de ley de financiación para 2011. [56] [57]
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El Ares I tenía una capacidad de carga útil de 25 toneladas (28 toneladas cortas; 25 toneladas largas) y era comparable a vehículos como el Delta IV y el Atlas V. [ 5] El grupo de estudio de la NASA que seleccionó lo que se convertiría en el Ares I calificó al vehículo como casi dos veces más seguro que un diseño derivado del Atlas o del Delta IV. [58]
La primera etapa debía ser un cohete de combustible sólido más potente y reutilizable derivado del cohete de combustible sólido del transbordador espacial (SRB). En comparación con el cohete de combustible sólido, que tenía cuatro segmentos, la diferencia más notable fue la adición de un quinto segmento. Este quinto segmento habría permitido al Ares I producir más empuje. [5] [59] Otros cambios realizados al cohete de combustible sólido fueron la eliminación de los puntos de sujeción del tanque externo (ET) del transbordador espacial y el reemplazo del cono frontal del cohete de combustible sólido con un nuevo adaptador delantero que habría interactuado con la segunda etapa de combustible líquido. El adaptador debía haber sido equipado con motores de separación de combustible sólido para facilitar la desconexión de las etapas durante el ascenso. [5] El diseño del grano también se modificó, al igual que el aislamiento y el revestimiento. Para la prueba en tierra de la primera etapa del Ares I, la carcasa, el diseño del grano, el número de segmentos, el aislamiento, el revestimiento, el diámetro de la garganta, los sistemas de protección térmica y la boquilla habían cambiado. [60]
La etapa superior, derivada del Tanque Externo (ET) del Transbordador y basada en la etapa S-IVB del Saturno V, iba a ser propulsada por un solo motor cohete J-2X alimentado por hidrógeno líquido (LH 2 ) y oxígeno líquido (LOX). [61] El J-2X se derivó del motor J-2 original utilizado durante el programa Apolo, pero con más empuje (≈294.000 lbf o 1,31 MN) y menos piezas que el motor original. El 16 de julio de 2007, la NASA otorgó a Rocketdyne un contrato de fuente única para los motores J-2X que se utilizarían para pruebas en tierra y en vuelo. [62] Rocketdyne fue el contratista principal de los motores J-2 originales utilizados en el programa Apolo.
Aunque su motor J-2X se derivaba de un diseño establecido, la etapa superior en sí misma habría sido completamente nueva. Originalmente, el diseño original, que se basaría tanto en la estructura interna como externa del ET, requería tanques de combustible y oxidante separados, unidos por una estructura "intertanque" y cubiertos con un aislamiento de espuma en aerosol para mantener la ventilación al mínimo. El único hardware nuevo en la segunda etapa derivada del ET original habría sido el conjunto de empuje para el motor J-2X, nuevas desconexiones de llenado/drenaje/ventilación para el combustible y el oxidante, e interfaces de montaje para la primera etapa de combustible sólido y la nave espacial Orion.
Utilizando un concepto que se remonta al programa Apolo, se eliminó la estructura "entre tanques" para reducir la masa y, en su lugar, se habría utilizado un mamparo común, similar al utilizado en las etapas S-II y S-IVB del Saturno V, entre los tanques. Los ahorros obtenidos con estos cambios se utilizaron para aumentar la capacidad de combustible, que era de 297.900 libras (135.100 kg). [63]
Subtítulo: El informe que dice que la tripulación estaría condenada es otro golpe al problemático programa Constellation de la NASA para regresar a Estados Unidos a la Luna y luego a Marte.
