Ares I era el vehículo de lanzamiento tripulado que estaba desarrollando 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 era originalmente conocido como el "Vehículo de lanzamiento de tripulación" (CLV). [4]
La NASA planeaba utilizar el Ares I para lanzar Orion , la nave espacial destinada a las misiones de vuelos espaciales tripulados de la NASA después de que el transbordador espacial fuera retirado en 2011. El Ares I iba a complementar el Ares V , más grande y sin tripulación , que era el vehículo de lanzamiento de carga del 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 describió 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 produjo un informe de Estudios avanzados del sistema de transporte (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 cohete líquido apiladas sobre primeras etapas de cohete propulsor sólido segmentado (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 fue cancelado en 1993 debido a importantes sobrecostos.
El presidente George W. Bush había anunciado la Visión para la exploración espacial en enero de 2004, y la NASA, bajo la dirección de Sean O'Keefe , había solicitado planes para un vehículo de exploración con tripulación a varios postores, con el plan de tener dos equipos competitivos. Estos planes fueron descartados por el administrador entrante Michael Griffin , y el 29 de abril de 2005, la NASA autorizó 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 propulsor de cohete sólido (SRB) de cuatro segmentos para la primera etapa y un motor principal del transbordador espacial (SSME) simplificado para la Segunda etapa. Una versión sin tripulación debía 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 la levantara el propulsor de cuatro segmentos, [10] y en enero de 2006 la NASA anunció que reducirían ligeramente el tamaño de la nave espacial Orion. , agregue un quinto segmento a la primera etapa del cohete sólido y reemplace el SSME único con el motor J-2X derivado del Apolo . [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 el supuesto de que se necesitarían nuevas plataformas de lanzamiento para los EELV con clasificación humana . [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 es posible que esta no haya sido la solución más rentable ya que LC-37 es un contratista. Se determinó que las instalaciones de propiedad y operación (COGO) y las modificaciones para el Delta IV H eran similares a las requeridas para Ares I. [13] Las estimaciones de seguridad del lanzamiento de ESAS para el Ares se basaron en el transbordador espacial, a pesar de las diferencias, e incluyeron solo se lanza después del rediseño del transbordador espacial posterior al Challenger. [14] La estimación contó cada lanzamiento del Transbordador como dos lanzamientos seguros del propulsor Ares. La seguridad del Atlas V y Delta IV se estimó a partir de las tasas de falla de todos los lanzamientos de Delta II , Atlas-Centaur y Titan desde 1992, aunque no son diseños similares. [ cita necesaria ]
Ares I era el componente de lanzamiento de la tripulación del programa Constellation. Originalmente llamado "Vehículo de lanzamiento de tripulación" o CLV, el nombre de Ares fue elegido de la deidad griega Ares . [4] A diferencia del transbordador espacial, donde tanto la tripulación como la carga se lanzaron 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 la tripulación y los cohetes de lanzamiento de carga pesada. [15]
El cohete Ares I estaba siendo diseñado específicamente para lanzar el vehículo tripulado multipropósito Orion . Orion fue concebida como una cápsula para la tripulación, 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 propulsores de cohetes sólidos del transbordador espacial , como contratista principal para la primera etapa del Ares I. [16] [17] La NASA anunció que Rocketdyne sería el principal subcontratista del 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 el contrato de fabricación del Ares I Upper Stage a Boeing. Boeing construyó la etapa S-IC del cohete Saturn V en la fábrica aeroespacial Michoud en la década de 1960. La etapa superior del Ares I debía haberse construido en la misma fábrica de cohetes (Michoud) utilizada para el tanque externo del transbordador espacial y la primera etapa S-IC del Saturn V. [20] [21]
A aproximadamente entre 20 y 25 millones de dólares por motor, el J-2X diseñado y producido por Rocketdyne habría costado menos de la mitad que el motor RS-25 más complejo (alrededor de 55 millones de dólares). [22] A diferencia del motor principal del transbordador espacial, que fue diseñado para arrancar en tierra, el J-2X fue diseñado desde el principio para arrancar tanto en el aire como casi en el vacío. Esta capacidad de arranque aéreo era fundamental, especialmente en el motor J-2 original utilizado en la etapa S-IVB del Saturn V , para impulsar la nave espacial Apolo a la Luna. El motor principal del transbordador espacial, por otro lado, habría requerido modificaciones extensas para agregar una capacidad de arranque aéreo [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 Ares I cumpliera con todos los requisitos necesarios para el Programa Constelación. Además del lanzamiento 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 "intertanque" 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 el Saturn V S-II. y etapas S-IVB. Esto habría proporcionado un importante ahorro de masa y habría eliminado la necesidad de diseñar una unidad entre etapas de segunda etapa que habría tenido que llevar consigo el peso de la nave espacial Orion. [17]
En enero de 2008, NASA Watch reveló que la primera etapa del cohete sólido del Ares I podría haber generado 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 finales de octubre de 2007, afirmando en un comunicado de prensa que querían resolverlo en marzo de 2008. [26] La NASA admitió que este problema era muy grave, calificando Era cuatro de cinco en una escala de riesgo, pero la agencia tenía mucha confianza en resolverlo. [25] El enfoque de mitigación desarrollado por el equipo de ingeniería de Ares incluyó amortiguación de vibraciones activa y pasiva, agregando un absorbente de masa sintonizado activo y una "estructura de cumplimiento" pasiva, esencialmente un anillo con resorte que habría desafinado la pila Ares I. [27] La NASA también señaló que, dado que se trataba de un nuevo sistema de lanzamiento, como los sistemas Apollo o Space Shuttle, era normal que surgieran tales 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 la 45.a Ala Espacial de la Fuerza Aérea de EE. UU. concluyó que un aborto entre 30 y 60 segundos después del lanzamiento tendría una probabilidad de ≈100% de matar a toda la tripulación, debido a que la cápsula queda engullida por una nube hasta el impacto contra el suelo. de fragmentos de propulsor sólido a 4.000 °F (2.200 °C), que derretirían el material del paracaídas de nailon de la cápsula. El estudio de la NASA mostró que la cápsula de la tripulación habría sobrevolado el peligro más grave. [30] [31]
El encendedor Ares I era una versión avanzada del encendedor probado en vuelo utilizado en los propulsores de cohetes sólidos del transbordador espacial. Tenía aproximadamente 18 pulgadas (46 cm) de diámetro y 36 pulgadas (91 cm) de largo, y aprovechó materiales aislantes mejorados que tenían propiedades térmicas mejoradas para proteger la caja del encendedor del propulsor sólido en llamas. [32] La NASA completó con éxito la prueba de encendido del encendedor de los motores 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 61 metros (200 pies) de largo 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 Ares I (DM-1) se probó con éxito en una prueba de disparo a gran escala y de duración completa. [33] Esta prueba fue seguida por dos pruebas de motor de desarrollo más, DM-2 el 31 de agosto de 2010 y DM-3 el 8 de septiembre de 2011. Para el DM-2, el motor se enfrió a una temperatura central de 40 grados Fahrenheit ( 4 grados Celsius), y para DM-3 se calentó por encima de 90 grados Fahrenheit (32 grados Celsius). Además de otros objetivos, estas dos pruebas validaron el rendimiento del motor Ares a temperaturas extremas. [34] [35] La NASA llevó a cabo con éxito una prueba de disparo 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 resultó más dañada que con el lanzamiento de un transbordador espacial. Durante el descenso, uno de los tres paracaídas de la primera etapa del Ares IX no se abrió y otro se abrió sólo parcialmente, lo que provocó que el propulsor cayera con más fuerza y sufriera daños estructurales. [40] El lanzamiento logró 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 haber continuado hasta finales de 2009, y las pruebas de desarrollo y calificación se ejecutarían simultáneamente hasta 2012. En julio de 2009 [actualizar], los artículos de vuelo debían haber comenzado la producción hacia finales de 2009 para un primer lanzamiento en junio de 2011. [42] Desde 2006, el primer lanzamiento de un ser humano estaba previsto a más tardar en 2014, [43] es decir, cuatro años después de la retirada prevista del transbordador espacial.
Los retrasos en el cronograma de desarrollo de 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 de Ares I. [44] Debido a que al programa Constellation nunca se le asignó el Con la financiación originalmente proyectada, [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 realizado por la Comisión Augustine encontró a finales de 2009 que, debido a problemas técnicos y financieros, no era probable que Ares I hubiera tenido su primer lanzamiento con tripulación hasta 2017-2019 con el presupuesto actual, o más tarde. 2016 con un presupuesto sin restricciones. [48] La Comisión Agustín también declaró que Ares I y Orión tendrían un costo recurrente estimado de casi mil millones de dólares por vuelo. [49] Sin embargo, un análisis financiero posterior en marzo de 2010 mostró que el Ares I habría costado mil millones de dólares o más para operar por vuelo si el Ares I hubiera volado solo una vez al año. Si el sistema Ares I se hubiera volado varias veces al año, los costos marginales podrían haber caído a tan solo 138 millones de dólares 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 4.500 millones de dólares al año y 1.600 millones de dólares por vuelo. [50] Se predijo que el costo marginal del Ares I habría sido una fracción de los costos marginales del Shuttle incluso si hubiera volado varias veces al año. En comparación, el coste 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 que afirmaba que habría costado 1.100 millones de dólares 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 la segunda etapa 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 a partir del presupuesto del año fiscal 2011 de EE. UU., [54] pero luego anunció cambios a la propuesta en un importante discurso sobre política espacial en el Centro Espacial Kennedy el 15 de abril. 2010. En octubre de 2010, el proyecto de ley de autorización de la NASA para 2010 se convirtió en ley que canceló Constellation. [55] La legislación anterior mantuvo los contratos de 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 el vehículo como casi dos veces más seguro que un diseño derivado del Atlas o Delta IV. [58]
La primera etapa iba a ser un cohete de combustible sólido más potente y reutilizable derivado del transbordador espacial Solid Rocket Booster (SRB). En comparación con el Solid Rocket Booster, 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 en el Solid Rocket Booster debieron haber sido la eliminación de los puntos de conexión del tanque externo (ET) del transbordador espacial y el reemplazo de la nariz del Solid Rocket Booster con un nuevo adaptador delantero que habría interactuado con la segunda etapa de combustible líquido. El adaptador debía estar equipado con motores de separación de combustible sólido para facilitar la desconexión de las etapas durante el ascenso. [5] También se cambió el diseño de las vetas, al igual que el aislamiento y el revestimiento. En 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 Saturn V, iba a ser propulsada por un único motor de cohete J-2X alimentado por hidrógeno líquido (LH 2 ) y oxígeno líquido ( SALMÓN AHUMADO). [61] El J-2X se derivó del motor J-2 original utilizado durante el programa Apollo, 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 proveedor único para que los motores J-2X se utilizaran en pruebas en tierra y en vuelo. [62] Rocketdyne fue el contratista principal de los motores J-2 originales utilizados en el programa Apollo.
Aunque su motor J-2X se derivaba de un diseño establecido, la etapa superior en sí habría sido completamente nueva. Originalmente basado en la estructura interna y externa del ET, el diseño original requería tanques de combustible y oxidante separados, unidos por una estructura "entre tanques" y cubiertos con aislamiento de espuma en aerosol para mantener la ventilación al mínimo. . El único hardware nuevo en la segunda etapa original derivada del ET 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 el Nave espacial Orión.
Utilizando un concepto que se remonta al programa Apolo, se eliminó la estructura "entre tanques" para disminuir la masa y, en su lugar, se colocó un mamparo común, similar al utilizado en las etapas S-II y S-IVB del Saturn V. Se habría utilizado entre los tanques. Los ahorros de estos cambios se utilizaron para aumentar la capacidad del propulsor, que fue 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 devolver a EE. UU. a la Luna y luego a Marte.
