아레스 I

Ares I
아레스 I
Ares I launch.jpg
Ares 1 출시
기능.인간 등급의 궤도 발사체
제조원Alliant Tech Systems (1단계)
보잉 (2단계)
원산지미국
프로젝트 비용최소 60억달러[1]
크기
높이94 m (308 피트)
직경5.5미터(18피트)
스테이지2
용량
LEO로의 페이로드
덩어리25,400 kg (56,000파운드)
관련 로켓
가족자유에 이어
기동 이력
상황취소된
사이트 시작케네디 우주 센터, LC-39B
기동 총수1 (표준)
첫 비행2009년 10월 (프로토타입)
제1단계
전원 공급자1 실선
최대 추력15,000kN(3,400,000파운드f)
굽는 시간최대 150초
추진제단단한
제2단계
전원 공급자J-2X x 1
최대 추력1,308 kN (294,000파운드f)
굽는 시간최대 800초
추진제좌측2/LOX

아레스 I은 NASAConstellation [2]프로그램의 일환으로 개발한 승무원 발사체였다."아레스"라는 이름은 로마의 [3]마르스와 동일시되는 그리스 신 아레스를 가리킨다.아레스 I은 원래 CLV([4]Crew Launch Vehicle)로 알려져 있었습니다.

나사는 2011년 우주왕복선이 퇴역한 후, 나사의 인간 우주 비행 임무용 우주선인 오리온을 발사하기 위해 아레스 I을 사용할 계획이었다.아레스 I은 Constellation의 화물 발사체였던 더 큰 미완성 아레스 V를 보완할 예정이었다.NASA는 아레스의 전체적인 안전성, 신뢰성 및 비용 [5]효율이 기대되는 디자인을 선정했습니다.하지만 아레스 1호를 포함한 콘스텔레이션 프로그램은 2010년 10월 버락 오바마 미국 대통령이 NASA의 2010년 허가 법안을 통과시키면서 취소되었다.2011년 9월, NASA는 우주발사 시스템을 지구 [6]궤도를 넘어 인간 탐사를 위한 새로운 수단으로 상세하게 설명했다.

발전

고도의 교통 시스템 연구

1995년 록히드 마틴은 마셜 우주 비행 센터를 위해 ATSS(Advanced Transportation System Studies) 보고서를 작성했습니다.ATSS 보고서의 섹션은 [7]1단 SRB 위에 액체 로켓 2단이 쌓여 있는 아레스 I 설계와 매우 유사한 몇 가지 가능한 차량을 설명한다.검토된 변형 모델에는 J-2S 엔진과 2단용 우주왕복선 메인 엔진(SSME)이 모두 포함되었다.이 모델들은 또한 첫 번째 단계로 어드밴스드 솔리드 로켓 모터(ASRM)의 사용을 가정했지만, 상당한 비용 초과로 인해 1993년에 ASRM이 취소되었다.

탐사 시스템 아키텍처 연구

조지 W. 부시 대통령은 2004년 1월에 우주 탐사를 위한 비전을 발표했고, 숀 오키프 휘하의 NASA는 두 개의 경쟁 팀을 가질 계획으로 여러 입찰자들에게 승무원 탐사선에 대한 계획을 요청했었다.이러한 계획은 신임 관리자 Michael Griffin에 의해 폐기되었으며, 2005년 4월 29일 NASA는 다음과 같은 특정 [8]목표를 달성하기 위해 탐사 시스템 아키텍처 연구를 승인했습니다.

  • "달과 화성 탐사 프로그램을 지원하기 위한 승무원 및 화물 발사 시스템의 최상위 요건 및 구성"을 결정한다.
  • "CEV 요건 및 CEV가 ISS에 승무원 수송을 제공할 수 있도록 계획"을 평가한다.
  • "지속적인 인간 및 로봇 달 탐사 작업을 지원하기 위한 참조 달 탐사 아키텍처 개념을 개발합니다."
  • "이러한 참조 탐색 시스템을 활성화하고 대폭 향상시키는 데 필요한 핵심 기술을 제공합니다."
ESAS 이전부터 최신 개발까지의 Ares I 설계의 진화를 나타내는 컨셉 이미지.

NASA는 아레스 I을 위해 셔틀에서 파생된 발사 아키텍처를 선택했습니다.원래 승무원은 1단에는 4단 고체 로켓 부스터(SRB)를, 2단에는 간이 우주왕복선 메인 엔진(SSME)을 사용했을 것이다.미완성 버전은 동일한 2단계에 [9]5세그먼트 부스터를 사용하는 것이었습니다.얼마 후에 초기 설계 승인되었고, 추가 시험을 위한four-segment 부스터와 2006년 1월에 나사는 약간은 solid-rocket 첫번째 단계까지의 5세그먼트를 추가하며, 그 Apol과 단일 SSME 교체해 오리온 우주선의 크기를 줄일 것이라고 발표했다 lift,[10]는 오리온 우주선이 너무 무거운 것이라고 밝혔다.lo-파생 J-2X [11]모터4세그먼트 1단계에서 5세그먼트 버전으로 변경됨에 따라 NASA는 실질적으로 동일한 모터를 구성할 수 있게 되었지만, 5세그먼트 부스터로 변경된 주된 이유는 J-2X로 [12]이동했기 때문입니다.

탐사 시스템 아키텍처 연구는 아레스의 비용과 안전성이 진화한 EELV([8]Expendable Launch Vehicle)의 비용보다 우수하다는 결론을 내렸다.이 연구의 비용 추정치는 인간 등급[8]EELV에 새로운 발사대가 필요하다는 가정에 기초하고 있습니다.현재의 EELV의 설비(델타 IV의 경우 LC-37, Atlas V의 경우 LC-41)는 도입되어 있어 변경할 수 있지만, LC-37은 계약자 소유 및 운용(COGO) 설비이며, 이러한 설비([13]iS)에 대해서도 같은 변경이 필요하다고 판단되었기 때문에, 이것은 가장 비용 효율이 높은 솔루션은 아닐 수 있습니다.아레스에 대한 ESAS 발사 안전 추정치는 차이에도 불구하고 우주왕복선을 기반으로 했으며, 챌린저 우주왕복선 [14]재설계 이후 발사만 포함했다.추정치에 따르면 왕복선 발사는 아레스 부스터의 두 번의 안전한 발사로 계산된다.아틀라스 V델타 IV의 안전성은 1992년 이후 모든 델타 II, 아틀라스-센타우르 및 타이탄 발사 실패율로부터 추정되었지만,[citation needed] 비슷한 설계는 아니었다.

2009년 5월에 2006년 ESAS 연구에 대해 이전에 보류된 부록이 유출되어 EELV 기반 [15][unreliable source?]설계에 불이익을 준 모델을 사용하는 동안 선택된 아레스 I 설계에 안전 면제를 준 연구의 많은 명백한 결함이 드러났다.

Constellation 프로그램에서의 역할

아레스I(오른쪽)와 아레스V(왼쪽) 로켓의 초기 컨셉 이미지

아레스 I은 Constellation 프로그램의 승무원 발사 부품이었다.원래 "CREW Launch Vehicle" 또는 CLV로 명명된 아레스라는 이름은 그리스의 신 아레스에서 [4]따왔다.승무원과 화물이 같은 로켓으로 동시에 발사된 우주왕복선과 달리, 프로젝트 컨스텔레이션의 계획에는 승무원과 화물을 위한 두 개의 별도 발사체, 즉 아레스 I과 아레스 V가 각각 배치되어 있다.두 개의 별도 발사체를 가지고 있기 때문에 승무원과 무거운 화물 발사 [16]로켓을 위한 보다 전문적인 설계가 가능하다.

아레스 1호 로켓은 오리온 다목적 승무원 발사를 위해 특별히 설계되었다.오리온은 아폴로 프로그램 캡슐과 비슷한 디자인으로 우주인들을 국제우주정거장, , 그리고 결국 화성으로 실어 나르기 위한 승무원 캡슐로 의도되었다.나는 또한 국제우주정거장 보급품이나 계획[5]달 기지에 대한 후속 보급품 등 일부(제한적) 자원을 궤도에 전달했을지도 모른다.

계약자 선정

NASA는 우주왕복선 고체 로켓 부스터의 제작자인 알리안트 테크시스템즈를 아레스 I 1단의 [17][18]주요 계약자로 선정했다.NASA는 2007년 [19]7월 16일 로켓다인J-2X 로켓 엔진의 주요 하청업체가 될 것이라고 발표했다.나사는 2007년 [20]12월 12일 아레스 I 로켓에 항전장치를 제공하고 설치하기 위해 보잉사를 선택했습니다.

2007년 8월 28일, NASA는 아레스 I 어퍼 스테이지 제조 계약을 보잉에 넘겼다.보잉은 1960년대에 미후드 항공우주공장에서 새턴 V 로켓의 S-IC 무대를 만들었다.아레스 1호의 상단부는 우주왕복선의 외부 탱크와 새턴 V의 S-IC [21][22]1단에 사용된 것과 같은 로켓 공장(미추드)에 건설될 예정이었다.

J-2X 엔진

엔진당 약 2천만 달러에서 2천5백만 달러의 비용이 드는 J-2X는 보다 복잡한 RS-25 엔진(약 5천5백만 [23]달러)의 절반에도 미치지 못할 것입니다.지상에서 출발하도록 설계된 우주왕복선 메인 엔진과 달리, J-2X는 처음부터 공중과 거의 진공 상태에서 출발하도록 설계되었다.이 에어 스타트 기능은 특히 새턴 V의 S-IVB 스테이지에 사용된 원래의 J-2 엔진에서 아폴로 우주선을 달로 이동시키기 위해 매우 중요했습니다.반면, 스페이스 셔틀 메인 엔진은 에어 스타트 기능을[24][12] 추가하기 위해 광범위한 수정이 필요했을 것입니다.

시스템 요건 확인

케네디 우주 센터 발사대 39B에서 발사된 아레스 I의 콘셉트 이미지.

2007년 1월 4일, NASA는 아레스 1호가 시스템 요건 검토를 완료했다고 발표했습니다. 이는 우주왕복선 [25]이후 승무원 우주선 설계에 대한 첫 번째 검토입니다.이 검토는 설계 프로세스의 첫 번째 주요 이정표였으며, 아레스 I 발사 시스템이 Constellation 프로그램에 필요한 모든 요건을 충족하도록 하기 위한 것이었다.이 검토의 발표와 더불어, NASA는 탱크 하드웨어의 재설계가 이루어졌다고 발표했다.우주왕복선 외부 탱크와 같은2 "인터 탱크"로 분리된 별도의 LH2 및 LO 탱크 대신, 새로운 LH2 및 LOX 탱크는 새턴 V-II 및 S-IVB 단계에서 사용된 것과 같은 공통 격벽에 의해 분리되었을 것입니다.이것은 상당한 양을 절약해 [18]줄 것이고 오리온 우주선의 무게를 실어줄 2단계 간 장치를 설계할 필요가 없어졌을 것이다.

분석 및 테스트

2008년 1월, NASA Watch는 아레스 1호의 1단 고체 로켓이 상승 첫 몇 분 동안 높은 진동을 일으킬 수 있었다고 밝혔다.진동은 1단계 [26]내부의 추력 진동에 의해 발생했을 것이다.NASA 관계자들은 2007년 10월 말 아레스 I 시스템 설계 검토에서 잠재적인 문제를 발견했으며, 보도 자료에서 2008년 [27]3월까지 문제를 해결하고 싶다고 밝혔다.NASA는 이 문제가 매우 심각하다는 것을 인정했고, 위험 등급으로 5점 만점에 4점을 매겼지만, NASA는 [26]이 문제를 해결하는 데 매우 자신 있었다.아레스 엔지니어링 팀에 의해 개발된 완화 접근법에는 능동 및 수동 진동 감쇠가 포함되었으며, 능동 튜닝 질량 흡수 장치와 수동 "준수 구조"가 추가되었습니다. 기본적으로 아레스 I [28]스택을 해체할 수 있는 스프링 장착 링입니다.NASA는 또한 이것이 아폴로나 우주왕복선과 같은 새로운 발사 시스템이 되었을 것이기 때문에 개발 단계에서 [29]그러한 문제가 발생하는 것은 정상이라고 지적했다.NASA에 따르면, 아레스 I-X 비행의 데이터와 원격측정 데이터를 분석한 결과, 추력 진동으로 인한 진동이 우주왕복선 [30]비행의 정상 범위 내에 있는 것으로 나타났다.

2009년 7월 미 공군 제45우주비행단이 발표한 연구에 따르면 캡슐이 4,000°F(2,200°C)의 고체 추진제 조각에 의해 지면 충격까지 흡수되어 캡슐의 나일론 낙하산 재료가 녹을 때까지 모든 승무원이 사망할 확률이 약 100%에 이른다고 결론지었다.NASA의 연구는 승무원 캡슐이 더 심각한 [31][32]위험을 넘어 비행했을 것이라는 것을 보여주었다.

아레스 I-X는 2009년 10월 28일 케네디 우주센터 발사대 39B에서 발사된다.

아레스 I 점화기는 우주왕복선의 고체 로켓 부스터에 사용된 비행으로 입증된 점화기의 발전된 버전이었다.직경 약 18인치(46cm), 길이 약 36인치(91cm)로, 연소하는 고체 [33]추진제로부터 점화기의 케이스를 보호하기 위해 열 특성을 개선한 개량된 단열재를 활용했습니다.NASA는 2009년 3월 10일 유타주 프로몬토리 인근의 ATK 발사 시스템 테스트 시설에서 아레스 I 엔진의 점화기 시험 발사를 성공적으로 완료했다.점화기 테스트는 200피트(60미터) 길이의 불꽃을 발생시켰으며,[33] 예비 데이터에 따르면 점화기가 계획대로 작동한 것으로 나타났다.

아레스 I의 추진 요소 개발은 계속해서 강한 진전을 이뤘다.2009년 9월 10일, 첫 번째 아레스 I 개발 모터(DM-1)가 풀 스케일, 풀 디멘션 테스트 [34]발화에 성공했습니다.이 테스트에 이어 2010년 8월 31일 DM-2와 2011년 9월 8일 DM-3의 두 가지 개발 모터 테스트가 실시되었습니다.DM-2의 경우 모터를 코어 온도(섭씨 4도)로 냉각하고, DM-3의 경우 모터를 90도(32도) 이상으로 가열했습니다.다른 목표와 더불어, 이 두 가지 테스트에서는 극한 [35][36]온도에서 아레스 모터 성능을 검증했습니다.NASA는 존 C에서 J-2X 로켓 엔진을 500초 동안 성공적으로 시험 발사했다.2011년 [37]11월 스테니스 우주 센터.

아레스 I의 시제품인 아레스 I-X는 2009년 [38][39][40]10월 28일 시험 발사에 성공했습니다.발사대 39B는 우주왕복선 발사 때보다 더 많이 손상되었다.하강 중 아레스 I-X의 1단 낙하산 3개 중 1개가 열리지 않았고 다른 1개는 일부만 열리면서 부스터가 더 세게 낙하해 구조적 [41]손상을 입었다.본 발사는 모든 주요 테스트 [41][42]목표를 달성했습니다.

일정 및 비용

NASA는 2007년 [25]1월에 아레스 I 시스템의 요건 검토를 완료했습니다.프로젝트 설계는 2009년 말까지 계속되었으며 개발 및 자격 테스트는 2012년까지 동시에 진행되었습니다.2009년 7월 현재, 비행 기사는 2011년 [43]6월에 첫 출시를 위해 2009년 말에 생산을 시작할 예정이었다.2006년부터는 늦어도 우주왕복선 퇴역 4년 [44]후인 2014년까지 인간의 첫 발사가 계획되었다.

예산 압박과 예상치 못한 엔지니어링 및 기술적 어려움으로 인해 아레스 I 개발 일정이 지연되면 우주왕복선 프로그램의 종료와 아레스 [45]I의 첫 번째 운용 비행 사이의 간격이 증가했을 것이다.Constellation 프로그램에는 당초 [46]예상된 자금이 할당되지 않았기 때문에 아레스 I의 2015년까지 총 개발 비용은 2006년 280억 달러에서 [47]2009년 400억 달러 이상으로 증가했습니다.아레스 I-X 프로젝트 비용은 4억4500만달러였다.[48]

동쪽 공원 부지 내 아레스 I용 이동식 발사대-1

당초 2011년에 첫 시험 비행이 예정되어 있던 Augustine Commission의 독립적인 분석 결과, 2009년 말에 기술적 및 재정적인 문제로 인해 아레스 I은 현재 예산으로 2017-2019년까지 첫 승무원 발사를 하거나 2016년 말까지는 제한 없는 [49]예산으로 첫 승무원 발사를 하지 않았을 것으로 밝혀졌다.어거스틴 위원회는 또한 아레스 1호와 오리온호가 [50]비행당 약 10억 달러의 반복 비용을 부담할 것이라고 밝혔다.그러나, 2010년 3월의 재무 분석에 의하면, 1년에 1회만 운항했을 경우, 1회 운항하는 항공편당 10억달러 이상의 비용이 드는 것을 알 수 있었습니다.만약 아레스 I 시스템이 1년에 여러 번 비행되었다면 한계 비용은 1회 [1]발사당 1억3800만 달러까지 떨어졌을 것이다.2010년 3월, NASA의 관리자 Charlie Bolden은 아레스 I에 연간 45억 달러, [51]비행당 16억 달러의 비용이 들 것이라고 의회에 증언했다.아레스 1호 한계비용은 1년에 여러 번 비행하더라도 셔틀 한계비용의 극히 일부에 불과할 것으로 예측되었다.그에 비해, 러시아 소유즈호에 탑승한 세 명의 우주인을 발사하는 데 드는 비용은 [52]1억5천300만 달러이다.로버트 애더홀트 의원은 2010년 3월 아레스 1호 로켓을 1년에 [53]세 번 날리는 데 11억 달러가 든다는 내용의 편지를 NASA로부터 받았다고 밝혔다.

2011년 2월 8일 Alliant Techsystems와 Astrium은 [54]아레스 I의 첫 번째 스테이지와 아리안 5의 두 번째 스테이지가 리버티라는 새로운 로켓을 형성하기 위해 사용될 것을 제안했다고 보도되었다.

취소

2010년 2월 1일 버락 오바마 대통령은 미국 2011 회계연도 [55]예산으로 유효한 콘스텔레이션 프로그램을 취소하는 제안을 발표했지만, 이후 2010년 4월 15일 케네디 우주센터에서 열린 주요 우주 정책 연설에서 이 제안의 변경을 발표했다.2010년 10월, NASA의 2010년 허가 법안은 Constellation을 [56]취소하는 법안으로 서명되었다.이전 법률은 Constellation 계약을 2011년 [57][58]새로운 자금 지원 법안이 통과될 때까지 유효하게 유지했습니다.

설계.

토성 V, 우주왕복선, 아레스 I, 아레스 V의 기본 크기와 모양 비교.

나는 25톤급(28-쇼트톤, 25-롱톤)의 탑재 능력을 가지고 있었으며 델타 IV아틀라스 [5]V와 같은 차량에 필적했다.아레스 I이 될 차량을 선택한 NASA의 연구 그룹은 아틀라스나 델타 IV에서 파생된 [59]디자인보다 거의 두 배 더 안전하다고 평가했습니다.

아레스 I의 분해도

제1단계

첫 번째 단계는 우주왕복선 고체 로켓 부스터(SRB)에서 파생된 더 강력하고 재사용 가능한 고체 연료 로켓이었다.4개의 세그먼트가 있었던 솔리드 로켓 부스터와 비교했을 때, 가장 눈에 띄는 차이점은 5번째 세그먼트가 추가된 것이다.이 5번째 세그먼트는 아레스 I이 더 많은 [5][60]추력을 낼 수 있게 해줬을 것이다.고체 로켓 부스터의 다른 변경 사항은 우주 왕복선 외부 탱크(ET) 부착 지점을 제거하고 액체 연료 2단과 접촉할 수 있는 새로운 전방 어댑터로 고체 로켓 부스터 노세콘을 교체하는 것이었습니다.어댑터에 고체 연료 분리 모터를 장착하여 상승 [5]시 단의 분리가 용이하도록 했습니다.또한 단열재 및 라이너도 변경되었다.아레스 I 1단계 지반 테스트에 의해 케이스, 입자 설계, 세그먼트 수, 단열재, 라이너, 목구멍 직경, 열 보호 시스템 및 노즐이 모두 변경되었습니다.[61]

상부 스테이지

Saturn V의 S-IVB 스테이지에 기초한 셔틀의 외부 탱크에서 파생된 상부 스테이지는 액체 수소(LH)2 액체 산소(LOX)[62]에 의해 연료 공급되는 단일 J-2X 로켓 엔진에 의해 추진될 예정이었다.J-2X는 아폴로 계획에 사용된 최초의 J-2 엔진에서 파생되었지만, 원래의 엔진보다 더 많은 추력(약 294,000파운드힘)과 더 적은 부품을 가지고 있다.2007년 7월 16일, NASA는 로켓다인에게 지상 [63]및 비행 테스트에 사용되는 J-2X 엔진의 단독 공급 계약을 승인했다.로켓다인은 아폴로 계획에 사용된 최초의 J-2 엔진의 주요 계약자였다.

J-2X 엔진은 기존 설계에서 파생되었지만 상위 단계 자체는 완전히 새로운 것이었을 것이다.원래 ET의 내부 및 외부 구조를 모두 기반으로 한 원래 설계에서는 연료 및 산화제 탱크를 분리하여 "탱크 간" 구조로 결합하고 분무식 폼 단열재로 덮여 환기를 최소화해야 했습니다.원래의 ET에서 파생된 두 번째 스테이지의 유일한 새로운 하드웨어는 J-2X 엔진을 위한 스러스트 어셈블리, 연료와 산화제를 위한 새로운 충전/배수/벤트 분리, 고체 연료를 사용하는 첫 번째 스테이지와 오리온 우주선을 위한 마운트 인터페이스였을 것입니다.

아폴로 프로그램으로 거슬러 올라가는 개념을 사용하여, 질량을 줄이기 위해 "탱크 간" 구조를 떨어뜨렸고, 그 대신 새턴 V의 S-II와 S-IVB 단계에서 사용된 것과 유사한 공통 격벽이 탱크 사이에 사용되었을 것이다.이러한 변경으로 절감된 비용은 추진제 용량을 증가시키는 데 사용되었으며, 이는 297,900파운드(135,100kg)[64]였습니다.스프레이 온 폼 단열재는 우주왕복선 ET의 유일한 부품으로, 이 새로운 토성 유래의 상단 스테이지에 사용되었을 것입니다.

「 」를 참조해 주세요.

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외부 링크