Ares I - Ares I

Ares I
Ares I launch.jpg
Ares 1 lançamento
Função Veículo de lançamento orbital com classificação humana
Fabricante Alliant Techsystems (Estágio I)
Boeing (Estágio II)
País de origem Estados Unidos
Custo do projeto pelo menos US $ 6 bilhões
Tamanho
Altura 94 metros (308 pés)
Diâmetro 5,5 metros (18 pés)
Estágios 2
Capacidade
Carga útil para LEO
Massa 25.400 kg (56.000 lb)
Foguetes associados
Família Seguido por Liberty
Histórico de lançamento
Status Cancelado
Sites de lançamento Centro Espacial Kennedy , LC-39B
Total de lançamentos 1 (protótipo)
Primeiro voo Outubro de 2009 (protótipo)
Primeira etapa
Motores 1 sólido
Impulso 15.000 kN (3.400.000 lb f )
Tempo de queima ~ 150 segundos
Propulsor Sólido
Segundo estágio
Motores 1 J-2X
Impulso 1.308 kN (294.000 lb f )
Tempo de queima ~ 800 segundos
Propulsor LH 2 / LOX

Ares I era o veículo de lançamento da tripulação que estava sendo desenvolvido pela NASA como parte do programa Constellation . O nome "Ares" refere-se à divindade grega Ares , que é identificada com o deus romano Marte . Ares I era originalmente conhecido como o "Veículo de lançamento da tripulação" (CLV).

A NASA planejou usar o Ares I para lançar o Orion , a espaçonave destinada às missões de vôo espacial humano da NASA depois que o ônibus espacial foi aposentado em 2011. O Ares I deveria complementar o Ares V maior e sem parafusos , que era o veículo de lançamento de carga para o Constellation. A NASA selecionou os projetos do Ares por sua segurança geral, confiabilidade e custo-benefício previstos. No entanto, o programa Constellation, incluindo o Ares I, foi cancelado pelo presidente dos EUA, Barack Obama, em outubro de 2010, com a aprovação de seu projeto de lei de autorização de 2010 da NASA. Em setembro de 2011, a NASA detalhou o Sistema de Lançamento Espacial como seu novo veículo para exploração humana além da órbita da Terra.

Desenvolvimento

Estudos Avançados de Sistema de Transporte

Em 1995, a Lockheed Martin produziu um relatório Advanced Transportation System Studies (ATSS) para o Marshall Space Flight Center . Uma seção do relatório ATSS descreve vários veículos possíveis, muito parecidos com o projeto do Ares I, com segundos estágios de foguete líquido empilhados acima dos primeiros estágios de impulsionador de foguete sólido segmentado (SRB). As variantes consideradas incluíam os motores J-2S e os motores principais do ônibus espacial (SSMEs) para o segundo estágio. As variantes também assumiram o uso do Advanced Solid Rocket Motor (ASRM) como um primeiro estágio, mas o ASRM foi cancelado em 1993 devido a estouros de custo significativos.

Estudo de Arquitetura de Sistemas de Exploração

O presidente George W. Bush havia anunciado a Visão para a Exploração Espacial em janeiro de 2004, e a NASA, comandada por Sean O'Keefe, havia solicitado planos para um Veículo de Exploração por Tripulação de vários licitantes, com o plano de ter duas equipes concorrentes. Esses planos foram descartados pelo novo administrador Michael Griffin e, em 29 de abril de 2005, a NASA fretou o Estudo de Arquitetura de Sistemas de Exploração para cumprir objetivos específicos:

  • determinar os "requisitos e configurações de nível superior para sistemas de lançamento de tripulação e carga para apoiar os programas de exploração lunar e de Marte"
  • avaliar os "requisitos e planos do CEV para permitir que o CEV forneça transporte da tripulação para a ISS"
  • "desenvolver um conceito de arquitetura de exploração lunar de referência para apoiar operações sustentadas de exploração lunar humana e robótica"
  • "identificar as principais tecnologias necessárias para habilitar e aprimorar significativamente esses sistemas de exploração de referência"
Imagem do conceito da evolução do projeto Ares I desde o pré- ESAS até os últimos desenvolvimentos.

Uma arquitetura de lançamento derivada do ônibus espacial foi selecionada pela NASA para o Ares I. Originalmente, o veículo tripulado teria usado um impulsionador de foguete sólido de quatro segmentos (SRB) para o primeiro estágio e um motor principal simplificado do ônibus espacial (SSME) para o segundo estágio. Uma versão sem rosca era usar um booster de cinco segmentos com o mesmo segundo estágio. Pouco depois que o projeto inicial foi aprovado, testes adicionais revelaram que a espaçonave Orion seria muito pesada para o impulsionador de quatro segmentos levantar e, em janeiro de 2006, a NASA anunciou que reduziria ligeiramente o tamanho da espaçonave Orion, acrescentando um quinto segmento a o primeiro estágio de foguete sólido e substituir o SSME único pelo motor J-2X derivado da Apollo . Enquanto a mudança de um primeiro estágio de quatro segmentos para uma versão de cinco segmentos permitiria à NASA construir motores virtualmente idênticos, o principal motivo para a mudança para o booster de cinco segmentos foi a mudança para o J-2X.

O Estudo de Arquitetura de Sistemas de Exploração concluiu que o custo e a segurança do Ares eram superiores aos de qualquer um dos veículos lançadores consumíveis evoluídos (EELVs). As estimativas de custo no estudo foram baseadas na suposição de que novas plataformas de lançamento seriam necessárias para EELVs com classificação humana . As instalações para os EELVs atuais (LC-37 para Delta IV, LC-41 para Atlas V) estão em vigor e podem ser modificadas, mas esta pode não ter sido a solução mais econômica, pois LC-37 é de propriedade e operada por um empreiteiro A instalação (COGO) e as modificações para o Delta IV H foram determinadas como semelhantes às exigidas para o Ares I. As estimativas de segurança de lançamento do ESAS para o Ares foram baseadas no ônibus espacial, apesar das diferenças, e incluíram apenas os lançamentos após o Redesenho do Ônibus Espacial Challenger. A estimativa considerou cada lançamento do ônibus espacial como dois lançamentos seguros do booster Ares. A segurança do Atlas V e Delta IV foi estimada a partir das taxas de falha de todos os lançamentos Delta II , Atlas-Centaur e Titan desde 1992, embora não sejam designs semelhantes.

Em maio de 2009, os apêndices anteriormente retidos do estudo ESAS de 2006 vazaram, revelando uma série de falhas aparentes no estudo, o que deu isenções de segurança ao projeto Ares I selecionado ao usar um modelo que penalizava os projetos baseados em EELV.

Papel no programa Constellation

Uma imagem do conceito inicial dos foguetes Ares I (direita) e Ares V (esquerda)

Ares I era o componente de lançamento da tripulação do programa Constellation. Originalmente chamado de "Veículo de lançamento de tripulação" ou CLV, o nome Ares foi escolhido da divindade grega Ares . Ao contrário do Ônibus Espacial, onde a tripulação e a carga foram lançadas simultaneamente no mesmo foguete, os planos para o Projeto Constelação delineavam ter dois veículos de lançamento separados, o Ares I e o Ares V, para tripulação e carga, respectivamente. Ter dois veículos de lançamento separados permite projetos mais especializados para a tripulação e foguetes de lançamento de carga pesada.

O foguete Ares I estava sendo projetado especificamente para lançar o Orion Multi-Purpose Crew Vehicle . O Orion foi concebido como uma cápsula da tripulação, semelhante em design à cápsula do programa Apollo , para transportar astronautas para a Estação Espacial Internacional , a Lua e, eventualmente, Marte . Ares I também pode ter enviado alguns recursos (limitados) para a órbita , incluindo suprimentos para a Estação Espacial Internacional ou entrega subsequente para a base lunar planejada .

Seleção de contratante

A NASA selecionou a Alliant Techsystems, a construtora do Space Shuttle Solid Rocket Boosters , como a contratada principal para o primeiro estágio do Ares I. A NASA anunciou que a Rocketdyne seria a principal subcontratada do motor do foguete J-2X em 16 de julho de 2007. A NASA selecionou a Boeing para fornecer e instalar os aviônicos do foguete Ares I em 12 de dezembro de 2007.

Em 28 de agosto de 2007, a NASA concedeu o contrato de fabricação do Ares I Upper Stage para a Boeing. A Boeing construiu o estágio S-IC do foguete Saturn V na Michoud Aerospace Factory na década de 1960. O estágio superior do Ares I deveria ter sido construído na mesma fábrica de foguetes usada para o tanque externo do ônibus espacial e o primeiro estágio S-IC do Saturn V.

Motores J-2X

Com aproximadamente US $ 20-25 milhões por motor, o J-2X projetado e produzido pela Rocketdyne teria custado menos da metade do que o motor RS-25 mais complexo (cerca de US $ 55 milhões). Ao contrário do motor principal do ônibus espacial, que foi projetado para começar no solo, o J-2X foi projetado desde o início para ser ligado no ar e quase no vácuo. Esta capacidade de partida aérea foi crítica, especialmente no motor J-2 original usado no estágio S-IVB do Saturn V , para impulsionar a espaçonave Apollo para a lua. O motor principal do ônibus espacial, por outro lado, teria exigido extensas modificações para adicionar uma capacidade de partida a ar

Revisão dos requisitos do sistema

Uma imagem conceitual de um Ares I sendo lançado da plataforma de lançamento 39B do Kennedy Space Center .

Em 4 de janeiro de 2007, a NASA anunciou que o Ares I havia concluído sua revisão dos requisitos do sistema, a primeira revisão concluída para qualquer projeto de nave espacial tripulada desde o ônibus espacial. Essa revisão foi o primeiro grande marco no processo de design e tinha como objetivo garantir que o sistema de lançamento Ares I atendesse a todos os requisitos necessários para o Programa Constellation. Além do lançamento da revisão, a NASA também anunciou que um redesenho no hardware do tanque foi feito. Em vez de tanques LH 2 e LO 2 separados, separados por um "intertank" como o do tanque externo do ônibus espacial , os novos tanques LH 2 e LOX teriam sido separados por uma antepara comum como a empregada no Saturn V S-II e estágios S-IVB. Isso teria proporcionado uma economia significativa de massa e eliminado a necessidade de projetar uma unidade interestadual de segundo estágio que teria de carregar o peso da espaçonave Orion com ela.

Análise e teste

Em janeiro de 2008, o NASA Watch revelou que o foguete sólido de primeiro estágio do Ares I poderia ter criado altas vibrações durante os primeiros minutos de subida. As vibrações teriam sido causadas por oscilações de empuxo dentro do primeiro estágio. Funcionários da NASA identificaram o problema potencial na revisão do projeto do sistema Ares I no final de outubro de 2007, declarando em um comunicado à imprensa que queria resolvê-lo até março de 2008. A NASA admitiu que o problema era muito grave, classificando-o em quatro de cinco em uma escala de risco, mas a agência estava muito confiante em resolvê-la. A abordagem de mitigação desenvolvida pela equipe de engenharia da Ares incluiu amortecimento de vibração ativa e passiva, adicionando um absorvedor de massa sintonizado ativo e uma "estrutura de conformidade" passiva - essencialmente um anel com mola que teria desafinado a pilha Ares I. A NASA também destacou que, por se tratar de um novo sistema de lançamento, como o Apollo ou o ônibus espacial, era normal que tais problemas surgissem durante a fase de desenvolvimento. De acordo com a NASA, a análise dos dados e telemetria do vôo Ares IX mostrou que as vibrações da oscilação de empuxo estavam dentro da faixa normal para um vôo do ônibus espacial.

Um estudo divulgado em julho de 2009 pela 45ª Asa Espacial da Força Aérea dos EUA concluiu que um aborto 30-60 segundos após o lançamento teria uma chance de ~ 100% de matar toda a tripulação, devido à cápsula ser engolfada até o impacto de uma nuvem no solo de fragmentos de propelente sólido de 4.000 ° F (2.200 ° C), que derreteriam o material de náilon do pára-quedas da cápsula. O estudo da NASA mostrou que a cápsula da tripulação teria voado além do perigo mais grave.

Ares IX é lançado da plataforma de lançamento 39B do Kennedy Space Center em 28 de outubro de 2009.

O dispositivo de ignição Ares I era uma versão avançada do dispositivo de ignição comprovado usado nos impulsionadores de foguetes sólidos do ônibus espacial. Ele tinha aproximadamente 18 polegadas (46 cm) de diâmetro e 36 polegadas (91 cm) de comprimento, e aproveitou os materiais de isolamento atualizados que tinham propriedades térmicas aprimoradas para proteger a caixa do ignitor do propelente sólido em chamas. A NASA concluiu com sucesso o teste de disparo da ignição para os motores Ares I em 10 de março de 2009 nas instalações de teste da ATK Launch Systems perto de Promontory, Utah . O teste de ignição gerou uma chama de 200 pés (60 metros) de comprimento e dados preliminares mostraram que a ignição funcionou conforme planejado.

O desenvolvimento dos elementos de propulsão Ares I continuou a fazer grandes progressos. Em 10 de setembro de 2009, o primeiro motor de desenvolvimento Ares I (DM-1) foi testado com sucesso em um teste de disparo em escala real e de duração total. Este teste foi seguido por mais dois testes de motor de desenvolvimento, DM-2 em 31 de agosto de 2010 e DM-3 em 8 de setembro de 2011. Para DM-2, o motor foi resfriado a uma temperatura central de 40 graus Fahrenheit (4 graus Celsius) , e para DM-3 foi aquecido acima de 90 graus Fahrenheit (32 graus Celsius). Além de outros objetivos, esses dois testes validaram o desempenho do motor Ares em temperaturas extremas. A NASA conduziu com sucesso um teste de disparo de 500 segundos do motor do foguete J-2X no Centro Espacial John C. Stennis em novembro de 2011.

O protótipo do Ares I, Ares IX , completou com sucesso um lançamento de teste em 28 de outubro de 2009. A plataforma de lançamento 39B foi mais danificada do que com o lançamento de um ônibus espacial. Durante a descida, um dos três paraquedas do primeiro estágio do Ares IX não abriu, e outro abriu apenas parcialmente, fazendo com que o propulsor respingasse com mais força e sofresse danos estruturais. O lançamento cumpriu todos os objetivos principais do teste.

Cronograma e custo

A NASA concluiu a revisão dos requisitos do sistema Ares I em janeiro de 2007. O design do projeto deveria ter continuado até o final de 2009, com o desenvolvimento e os testes de qualificação sendo executados simultaneamente até 2012. Em julho de 2009, os artigos de voo deveriam ter começado a produção no final de 2009 para um primeiro lançamento em junho de 2011. Desde 2006, o primeiro lançamento de um humano foi planejado para o mais tardar em 2014, ou seja, quatro anos após a aposentadoria planejada do ônibus espacial.

Atrasos no cronograma de desenvolvimento do Ares I devido a pressões orçamentárias e imprevistos de engenharia e dificuldades técnicas teriam aumentado a lacuna entre o fim do programa do Ônibus Espacial e o primeiro voo operacional do Ares I. Porque o programa Constellation nunca foi alocado com o financiamento originalmente projetado , o custo total estimado para desenvolver o Ares I até 2015 aumentou de $ 28 bilhões em 2006 para mais de $ 40 bilhões em 2009. O custo do projeto Ares IX foi de $ 445 milhões.

Mobile Launcher-1 para Ares I no local do East Park

Originalmente programado para os primeiros voos de teste em 2011, a análise independente da Comissão Agostinho concluiu no final de 2009 que, devido a problemas técnicos e financeiros, o Ares I provavelmente não teria seu primeiro lançamento com tripulação até 2017–2019 com o orçamento atual, ou tarde 2016 com um orçamento irrestrito. A Comissão Agostinho também afirmou que o Ares I e o Orion teriam um custo recorrente estimado de quase US $ 1 bilhão por vôo. No entanto, uma análise financeira posterior em março de 2010 mostrou que o Ares I teria custado US $ 1 bilhão ou mais para operar por voo se o Ares I voasse apenas uma vez por ano. Se o sistema Ares I voasse várias vezes por ano, os custos marginais poderiam ter caído para US $ 138 milhões por lançamento. Em março de 2010, o administrador da NASA Charlie Bolden testemunhou ao congresso que o Ares I custaria US $ 4-4,5 bilhões por ano e US $ 1,6 bilhão por voo. O custo marginal do Ares I foi estimado como uma fração dos custos marginais do ônibus espacial, mesmo que ele voasse várias vezes por ano. Em comparação, o custo de lançar três astronautas em uma tripulação Soyuz russa é de US $ 153 milhões. O representante Robert Aderholt declarou em março de 2010 que havia recebido uma carta da NASA afirmando que teria custado US $ 1,1 bilhão para voar no foguete Ares I três vezes por ano.

Em 8 de fevereiro de 2011, foi relatado que a Alliant Techsystems e a Astrium propuseram usar o primeiro estágio do Ares I com o segundo estágio do Ariane 5 para formar um novo foguete chamado Liberty .

Cancelamento

Em 1º de fevereiro de 2010, o presidente Barack Obama anunciou uma proposta para cancelar o programa Constellation em vigor com o orçamento do ano fiscal de 2011 dos EUA, mas depois anunciou mudanças na proposta em um importante discurso sobre política espacial no Kennedy Space Center em 15 de abril de 2010. Em Outubro de 2010, o projeto de lei de autorização da NASA para 2010 foi assinado em lei que cancelou Constellation. A legislação anterior manteve os contratos Constellation em vigor até a aprovação de uma nova lei de financiamento para 2011.

Projeto

Comparação do tamanho de base e da forma do Saturn V , Space Shuttle , Ares I, e Ares V .

Ares I tinha uma capacidade de carga útil no 25 toneladas (28 toneladas curtas; 25-longo-ton) de classe e era comparável aos veículos, tais como o delta IV e o Atlas V . O grupo de estudos da NASA que selecionou o que viria a ser o Ares I classificou o veículo como quase duas vezes mais seguro do que um design derivado de Atlas ou Delta IV. O foguete deveria ter feito uso de uma liga de alumínio-lítio que é mais baixa em densidade, mas semelhante em resistência em comparação com outras ligas de alumínio. A liga é produzida pela Alcoa .

Vista explodida do Ares I

Primeira etapa

O primeiro estágio deveria ser um foguete de combustível sólido mais poderoso e reutilizável , derivado do Space Shuttle Solid Rocket Booster (SRB). Comparado com o Solid Rocket Booster, que tinha quatro segmentos, a diferença mais notável era a adição de um quinto segmento. Este quinto segmento teria permitido que o Ares I produzisse mais empuxo. Outras alterações feitas no Solid Rocket Booster deveriam ter sido a remoção dos pontos de fixação do Tanque Externo do Ônibus Espacial (ET) e a substituição do cone do nariz do Solid Rocket Booster por um novo adaptador dianteiro que faria interface com o segundo estágio de combustível líquido . O adaptador deveria ser equipado com motores de separação a combustível sólido para facilitar a desconexão dos estágios durante a subida. O desenho do grão também foi alterado, assim como o isolamento e o revestimento. Pelo teste de aterramento do primeiro estágio do Ares I, a caixa, o design do grão, o número de segmentos, o isolamento, o revestimento, o diâmetro da garganta, os sistemas de proteção térmica e o bico foram todos alterados.

Estágio superior

O estágio superior, derivado do Tanque Externo (ET) do ônibus espacial e baseado no estágio S-IVB do Saturn V, deveria ser impulsionado por um único motor de foguete J-2X alimentado por hidrogênio líquido (LH 2 ) e oxigênio líquido ( SALMÃO DEFUMADO). O J-2X foi derivado do motor J-2 original usado durante o programa Apollo, mas com mais empuxo (~ 294.000 lbf) e menos peças do que o motor original. Em 16 de julho de 2007, a NASA concedeu à Rocketdyne um contrato de fonte exclusiva para os motores J-2X a serem usados ​​em testes de solo e de vôo. Rocketdyne foi o principal contratante dos motores J-2 originais usados ​​no programa Apollo.

Embora seu motor J-2X fosse derivado de um design estabelecido, o estágio superior em si seria totalmente novo. Originalmente por ter sido baseado na estrutura interna e externa do ET, o projeto original exigia tanques separados de combustível e oxidante, unidos por uma estrutura "intertanque" e cobertos com o isolamento de espuma spray-on para manter a ventilação para um mínimo. O único novo hardware no segundo estágio derivado de ET original teria sido o conjunto de empuxo para o motor J-2X, novas desconexões de enchimento / drenagem / ventilação para o combustível e oxidante e interfaces de montagem para o primeiro estágio de combustível sólido e o Nave espacial Orion.

Usando um conceito que remonta ao programa Apollo, a estrutura "intertank" foi descartada para diminuir a massa e, em seu lugar, uma antepara comum, semelhante à usada nos estágios S-II e S-IVB do Saturn V, teria sido usado entre os tanques. A economia com essas mudanças foi usada para aumentar a capacidade do propelente, que foi de 297.900 libras (135.100 kg). O isolamento de espuma spray-on era a única parte do ET do Shuttle que teria sido usada neste novo estágio superior derivado de Saturno.

Veja também

Referências

links externos