Ares yo

Ares I era el vehículo de lanzamiento tripulado que estaba desarrollando la NASA como parte del programa Constellation. El nombre "Ares" hace referencia a la deidad griega Ares, que se identifica con el dios romano Marte. El Ares I se conocía originalmente como "Vehículo de lanzamiento tripulado" (CLV).

La NASA tenía previsto utilizar el Ares I para lanzar Orión, la nave espacial destinada a misiones espaciales tripuladas de la NASA después de que el transbordador espacial fuera retirado en 2011. El Ares I debía complementar al Ares V, más grande y sin tripulación, que era el vehículo de lanzamiento de carga para el Constellation. La NASA seleccionó los diseños del Ares por su seguridad general, fiabilidad y rentabilidad previstas. Sin embargo, el programa Constellation, incluido el 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.

En 1995, Lockheed Martin elaboró 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 cohetes de combustible líquido apiladas sobre primeras etapas de cohetes de combustible sólido segmentados (SRB). 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 supusieron el uso del motor avanzado de cohete de combustible sólido (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 la dirección de Sean O'Keefe, había solicitado a varios licitantes 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:

• determinar los "requisitos y configuraciones de alto nivel para los sistemas de lanzamiento de tripulación y carga para apoyar los programas de exploración lunar y Marte"
• Evaluar los "requisitos y planes CEV para permitir al CEV proporcionar transporte de tripulación a la ISS"
• "Desarrollar un concepto de arquitectura de exploración lunar de referencia para apoyar operaciones sostenidas de exploración humana y robótica lunar"
• "identifique las tecnologías clave necesarias para permitir y mejorar significativamente estos sistemas de exploración de referencia"

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 utilizaría un cohete propulsor de cinco segmentos con la misma segunda etapa. Poco después de que se aprobara el diseño inicial, pruebas adicionales revelaron que la nave espacial Orion sería demasiado pesada para que el cohete propulsor de cuatro segmentos la levantara, 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. 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 cohete propulsor de cinco segmentos fue el cambio al J-2X.

El Estudio de la Arquitectura de los 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). Las estimaciones de costos del estudio se basaron en la suposición de que se necesitarían nuevas plataformas de lanzamiento para los EELV aptos para humanos. 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 el Ares I. 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 los lanzamientos posteriores al rediseño del transbordador espacial posterior al Challenger. La estimación contabilizó cada lanzamiento del transbordador como dos lanzamientos seguros del cohete Ares. La seguridad de los cohetes Atlas V y Delta IV se estimó a partir de las tasas de fallos de todos los lanzamientos de los cohetes Delta II, Atlas-Centaur y Titan desde 1992, aunque no son diseños similares.

Ares I fue el componente de lanzamiento tripulado del programa Constellation. Originalmente llamado "Vehículo de lanzamiento tripulado" o CLV, el nombre Ares fue elegido a partir del dios griego Ares. 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.

El cohete Ares I fue diseñado específicamente para lanzar el vehículo tripulado multipropósito Orión. Orión fue concebido como una cápsula tripulada, de diseño similar a la cápsula del programa Apolo, para transportar astronautas a la Estación Espacial Internacional, la Luna y, finalmente, Marte. El 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.

La NASA seleccionó a Alliant Techsystems, el constructor de los cohetes propulsores sólidos del transbordador espacial, como contratista principal para la primera etapa del Ares I. La NASA anunció que Rocketdyne sería el principal subcontratista para el motor del cohete J-2X el 16 de julio de 2007. La NASA seleccionó a Boeing para proporcionar e instalar la aviónica para el cohete Ares I el 12 de diciembre de 2007.

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.

Con un costo aproximado de 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 más complejo motor RS-25 (alrededor de 55 millones de dólares). 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.

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 realizada para cualquier diseño de nave espacial tripulada desde el Transbordador Espacial. 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 separados LH2 y LO2, separados por un "tanque intermedio" como el del Tanque Externo del Transbordador Espacial, los nuevos tanques LH2 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 soportar el peso de la nave espacial Orión.

En enero de 2008, NASA Watch reveló que el cohete de combustible sólido de la primera etapa del Ares I podría haber creado vibraciones elevadas durante los primeros minutos de ascenso. Las vibraciones habrían sido causadas por oscilaciones de empuje dentro de la primera etapa. 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. 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. El enfoque de mitigación desarrollado por el equipo de ingeniería de Ares incluía 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. 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. Según la NASA, el análisis de los datos y la telemetría del vuelo Ares I-X mostró que las vibraciones de la oscilación del empuje estaban dentro del rango normal para un vuelo del transbordador espacial.

Un estudio publicado en julio de 2009 por el 45.º Ala Espacial de la Fuerza Aérea de 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 grave.

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 46 cm (18 pulgadas) de diámetro y 91 cm (36 pulgadas) de largo, y aprovechaba materiales de aislamiento mejorados que tenían propiedades térmicas mejoradas para proteger la carcasa del encendedor del combustible sólido en llamas. 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 61 metros (200 pies) de longitud, y los datos preliminares mostraron que el encendedor funcionó según lo planeado.

El desarrollo de los elementos de propulsión del Ares I siguió avanzando a buen ritmo. 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. A esta prueba le siguieron dos pruebas más de motor de desarrollo, la DM-2 el 31 de agosto de 2010 y la 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 caso 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. 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.

El prototipo Ares I, Ares I-X, completó con éxito un lanzamiento de prueba el 28 de octubre de 2009. 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 I-X no se abrió y otro se abrió solo parcialmente, lo que provocó que el cohete aterrizara con más fuerza y sufriera daños estructurales. El lanzamiento cumplió con todos los objetivos principales de la prueba.

La NASA completó la revisión de los requisitos del sistema Ares I en enero de 2007. 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, la producción de los artículos de vuelo debía haber comenzado hacia fines de 2009 para un primer lanzamiento en junio de 2011. Desde 2006, el primer lanzamiento de un ser humano estaba planeado para no más tarde de 2014, es decir, cuatro años después del retiro planificado 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. Debido a que el programa Constellation nunca recibió la financiación proyectada originalmente, el costo total estimado para desarrollar el Ares I hasta 2015 aumentó de 28 mil millones de dólares en 2006 a más de 40 mil millones de dólares en 2009. El costo del proyecto Ares I-X fue de 445 millones de dólares.

Originalmente, el primer vuelo de prueba del Ares I estaba previsto para 2011, pero el análisis independiente de la Comisión Augustine concluyó a finales de 2009 que, debido a problemas técnicos y financieros, no era probable que el primer lanzamiento tripulado del Ares I se produjera hasta 2017-2019 con el presupuesto actual, o a finales de 2016 con un presupuesto sin restricciones. La Comisión Augustine también afirmó que el Ares I y el Orión tendrían un coste recurrente estimado de casi 1.000 millones de dólares por vuelo. Sin embargo, un análisis financiero posterior, realizado en marzo de 2010, mostró que el Ares I habría costado 1.000 millones de dólares o más por vuelo si el Ares I hubiera volado sólo una vez al año. Si el sistema Ares I hubiera volado varias veces al año, los costes marginales podrían haber caído hasta los 138 millones de dólares por lanzamiento. En marzo de 2010, el administrador de la NASA, Charlie Bolden, testificó ante el Congreso que el Ares I costaría entre 4.000 y 4.500 millones de dólares al año, y 1.600 millones de dólares por vuelo. 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. 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.

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.

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 del año fiscal 2011 de Estados Unidos, 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 promulgó la ley de autorización de la NASA para 2010, que cancelaba el programa Constellation. La legislación anterior mantuvo los contratos del programa Constellation en vigor hasta que se aprobara un nuevo proyecto de ley de financiación para 2011.

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. 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.

La primera etapa debía ser un cohete de combustible sólido más potente y reutilizable derivado del cohete de combustible sólido (SRB) del transbordador espacial. 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. Otros cambios realizados al cohete de combustible sólido fueron la eliminación de los puntos de sujeción del tanque externo (ET) del transbordador espacial y la sustitución del cono frontal del cohete de combustible sólido por un nuevo adaptador delantero que se habría conectado 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. También se modificó el diseño del grano, así como 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.

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 único motor cohete J-2X alimentado por hidrógeno líquido (LH2) y oxígeno líquido (LOX). El J-2X se derivaba 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 en pruebas terrestres y de vuelo. 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 de "tanque intermedio" 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).

• Ares IV, una variante propuesta de elevación pesada de Ares I y V combinados.
• DIRECT, lanzaderas lanzaderas propuesta como alternativa a Ares I y Ares V.
• Liberty (rocket), un cohete mediano propuesto como el Ares I, un SDLV usando una primera etapa de SRB-derivativo
• Omega, el nuevo cohete propuesto por ATK basado en la primera y segunda fase de SDLV SRB y Aerojet Rocketdyne RL10 tercera etapa
• Lista de misiones de constelación
• Boilerplate (luz espacial)

• NASA Ares I page
• GAO-08-51, Ares I Report to Congress, GAO