Семейство ракет DIRECT и Jupiter

Эта статья о предложенном в 2000-х годах производном семействе ракет американского космического корабля «Шаттл». О ракетах эпохи 1950-х годов см. Юпитер-С , Юпитер-А и PGM-19 Юпитер . для другого использования см. Юпитер 1 от KSF Space Foundation.

Юпитер

В общей базовой ступени Юпитера использовались бы компоненты Шаттла.
Функция	Пилотируемая ракета-носитель
Страна происхождения	Соединенные Штаты
Размер
Высота	70,9–92,3 м (233–303 футов)
Диаметр	8,41 м (27,6 футов)
Масса	2 061 689–2 177 650 кг (4 545 246–4 800 896 фунтов)
Этапы	1,5 или 2
Емкость
Полезная нагрузка на НОО (185 км x 51,6°)
Масса	60 282 кг (132 899 фунтов) (Юпитер-130)
Полезная нагрузка на НОО (241 км x 29°)
Масса	91 670 кг (202 100 фунтов) (Юпитер-246)
Связанные ракеты
Семья	СДВЛ
Сопоставимый	Национальная стартовая система
История запуска
Статус	Отклоненное предложение
Запуск сайтов	LC-39B , Космический центр Кеннеди
Тип пассажиров/груза	Исследовательская машина для экипажа «Орион» Модуль доступа к лунной поверхности «Альтаир»
Бустеры – Челнок РСРМ
Нет бустеров	2
Питаться от	1 твердый
Максимальная тяга	12 868–13 977 кН (2 893 000–3 142 000 фунтов силы) (уровень моря - вакуум)
Общая тяга	25 737–27 955 кН (5 786 000–6 285 000 фунтов силы) (уровень моря - вакуум)
Удельный импульс	237,0 – 269,1 сек (уровень моря – вакуум)
Время горения	123,8 сек.
Порох	APCP / PBAN
Первая ступень (Юпитер-130) – ступень общего ядра.
Диаметр	8,41 м (27,6 футов)
Питаться от	3 ССМЕ-Блок-II
Максимальная тяга	5 235–6 550 кН (1 177 000–1 472 000 фунтов силы) (уровень моря - вакуум; три двигателя вместе взятые)
Удельный импульс	361,4 – 452,2 сек (уровень моря – вакуум)
Время горения	524,5 сек.
Порох	ЛОКС / ЛХ2
Первая ступень (Юпитер-246) – ступень общего ядра.
Диаметр	8,41 м (27,6 футов)
Питаться от	4 ССМЕ-Блок-II
Максимальная тяга	6 981–8 734 кН (1 569 000–1 963 000 фунтов силы) (уровень моря - вакуум)
Удельный импульс	361,4 (СЛ) 452,2 сек (уровень моря – вакуум)
Время горения	384,1 сек.
Порох	ЛОКС / ЛХ2
Вторая ступень (Юпитер-246) – Разгонный блок Юпитер.
Диаметр	8,41 м (27,6 футов)
Питаться от	6 РЛ10Б-2
Максимальная тяга	661 кН (149 000 фунтов силы) (вакуум)
Удельный импульс	459 сек (вакуум)
Время горения	609,9 сек.
Порох	ЛОКС / ЛХ2

DIRECT представлял собой предложенную в конце 2000-х годов альтернативную архитектуру сверхтяжелой ракеты-носителя, поддерживающую НАСА концепцию по исследованию космоса , которая заменит запланированные космическим агентством ракеты Ares I и Ares V семейством ракет-носителей на базе шаттла под названием «Юпитер». Он должен был стать альтернативой ракетам Ares I и Ares V , которые разрабатывались для программы Constellation , предназначенной для разработки космического корабля Orion для использования на околоземной орбите, Луне и Марсе.

Основные выгоды прогнозировались от повторного использования как можно большего количества оборудования и средств программы «Спейс Шаттл» , включая экономию средств, опыт работы с существующим оборудованием и сохранение рабочей силы.

ПРЯМОЕ предложение

Эта статья об архитектуре и предложениях ракеты. Чтобы узнать о других значениях, см. Прямой (значения) . О ракетах, предлагаемых в рамках архитектуры DIRECT, см. Юпитер (семейство ракет) .

DIRECT представлял собой предложенную в конце 2000-х годов альтернативную архитектуру сверхтяжелой ракеты-носителя, поддерживающую НАСА концепцию по исследованию космоса , которая заменит запланированные космическим агентством ракеты Ares I и Ares V семейством ракет-носителей на базе шаттла под названием «Юпитер».

За DIRECT выступала группа энтузиастов космоса, которые утверждали, что представляют собой более широкую команду, состоящую из десятков инженеров НАСА и космической отрасли, которые активно работали над этим предложением на анонимной, добровольной основе в свободное время. В сентябре 2008 года команда DIRECT состояла из 69 человек. 62 из них были инженерами НАСА, инженерами-подрядчиками НАСА и менеджерами программы «Созвездие» . Небольшое количество членов команды, не являющихся членами НАСА, публично представляло группу.

Название проекта «DIRECT» отсылает к философии максимального повторного использования оборудования и средств, уже имеющихся в программе «Спейс Шаттл» (STS), следовательно, к «прямому» переходу. Команда DIRECT заявила, что использование этого подхода для разработки и эксплуатации семейства ракет высокой унификации позволит сократить затраты и сократить разрыв между выводом из эксплуатации космического корабля "Шаттл" и первым запуском "Ориона", сократить графики и упростить технические требования для будущего пилотируемого космического пространства США. усилия.

Были выпущены три основные версии предложения DIRECT, последняя из которых, версия 3.0, была представлена ​​в мае 2009 года. 17 июня 2009 года группа представила свое предложение на публичных слушаниях Комитета по обзору планов полетов человека в космос США , группы, рассматривающей США. космические усилия в Вашингтоне, округ Колумбия

После подписания 11 октября Закона о разрешении НАСА 2010 года президентом Обамой системы космического запуска (S. 3729), санкционирующего работу над тяжелой ракетой-носителем , команда DIRECT объявила свои усилия успешными и распалась.

Семейство ракет-носителей Юпитер

Общность DIRECT и шаттла

DIRECT выступал за разработку единого, широко распространенного семейства ракет под названием «Юпитер», близко адаптированного к существующим системам «Спейс Шаттл». В каждой ракете-носителе «Юпитер» будет использоваться «общая основная ступень», состоящая из конструкции бака, близкой к существующему внешнему баку космического корабля «Шаттл» , с парой стандартных четырехсегментных твердотопливных ракетных ускорителей (SRB), установленных по бокам, как на космическом корабле «Шаттл» . До четырех главных двигателей космического корабля шаттла (SSME) орбитального корабля космического корабля будет прикреплено к нижней части внешнего бака. Двигатели будут сведены с орбиты вместе с отработавшим баком и сгореть в атмосфере Земли.

Экипажи будут перевозиться на ракете-носителе в НАСА запланированном исследовательском корабле Orion Crew Exploration Vehicle , увенчанном запланированной системой прерывания запуска . Груз, перевозимый за космическим кораблем «Орион» или отдельно при запуске только для грузов, будет заключен в обтекатель полезной нагрузки .

Многие конфигурации Юпитера рассматривались как возможные, но предложение DIRECT версии 3.0, выпущенное в мае 2009 года, рекомендовало две: Юпитер-130 и Юпитер-246 с заявленной грузоподъемностью, превышающей 70 и 110 тонн соответственно, для вывода на низкую околоземную орбиту .

Предлагаемые и возможные миссии

Низкая околоземная орбита и беспилотные научные миссии

Космический корабль «Орион» доставляет на МКС модуль доставки полезной нагрузки космического корабля «Шаттл» (SSPDM), перевозящий шлюзовую камеру, магнитный спектрометр «Альфа» и другой груз на одном «Юпитере-130». (замысел художника)

что дополнительная полезная нагрузка Юпитера-130 позволит перевозить ряд дополнительных грузов с каждым экипажем Ориона , что невозможно для Ареса I. DIRECT утверждает , Команда предложила ряд дополнительных миссий, которые в их предложении будет реализован Юпитером. включая:

• Новые миссии по пополнению запасов МКС с помощью трех ЕКА / АСИ. созданных многоцелевых логистических модулей,
• Выполнение большего количества миссий по обслуживанию космического телескопа Хаббл с экипажами Ориона.
• Запуск новых огромных космических телескопов диаметром более 8 метров (более чем в 3 раза больше диаметра Хаббла ).
• Выполните по возвращению образцов с Марса. миссию на одной ракете-носителе «Юпитер» приземлиться на Марсе и вернуть образец его почвы обратно на Землю для изучения уже в 2013 году.
• Запуск человеческого экипажа для облета Луны уже в 2013 году

Команда DIRECT утверждала, что эти дополнительные новые миссии могли быть запланированы и профинансированы благодаря экономии затрат на разработку семейства ракет «Юпитер» по сравнению с текущим базовым уровнем НАСА. Они предположили, что предлагаемые новые миссии и полезная нагрузка могут обеспечить полезную занятость многим людям, работающим в программе «Спейс Шаттл» .

Архитектура Лунной Миссии

Как и в случае с базовой программой НАСА «Созвездие», два запуска будут выполнены для ПРЯМОЙ лунной миссии. Одна ракета Юпитер-246 будет перевозить экипаж в запланированном НАСА исследовательском корабле «Орион» вместе с запланированным НАСА лунным модулем доступа к поверхности Луны. Будет запущен еще один «Юпитер-246» с полной заправкой и без полезной нагрузки. Этот конкретный JUS будет служить этапом отправления Земли. Две верхние ступени встретятся на низкой околоземной орбите, и лунный космический корабль перейдет от отработанного JUS к свежему JUS. Собранный Орион/Альтаир/JUS покинет околоземную орбиту и отправится к Луне. Космический корабль выйдет на лунную орбиту, а весь экипаж спустится на Луну на «Альтаире», в то время как «Орион» останется на лунной орбите.

DIRECT подсчитал, что два Юпитера-246 смогут отправить 80,7 т массы посредством транслунной инъекции . Это выгодно отличается от двойного запуска Ares I / Ares V, мощность которого по прогнозам на сентябрь 2008 года составляла 71,1 тонны.

Происхождение и история

Изображение 1978 года: предложенная компанией Morton Thiokol ракета-носитель на базе линейного шаттла. Обратите внимание на окрашенный танк.

Корабль «Юпитер» компании DIRECT должен был представлять собой «линейную» ракету-носитель на базе космического корабля «Шаттл » . Эта широкая категория адаптаций космического корабля «Шаттл» , постулируемая еще до первого запуска «Шаттла», удаляет крылатый орбитальный корабль «Шаттл» , перемещает жидкостные главные двигатели на дно криогенной емкости (обычно предлагается адаптировать из внешнего резервуара «Шаттла» ) и перемещает полезная нагрузка должна находиться над резервуаром.

Первое официальное исследование этой концепции было проведено в 1986 году после НАСА Центром космических полетов имени Маршалла катастрофы космического корабля "Челленджер" . Он рекламировался как одна из альтернатив запуска беспилотного груза и потенциально позволял бы также возобновить лунную программу. Однако у НАСА не было средств для создания каких-либо новых транспортных средств, пока продолжалась программа «Спейс Шаттл». Идея была отложена, и вместо этого НАСА сосредоточилось на ремонте и эксплуатации космического корабля "Шаттл".

Подход DIRECT напоминал подход к созданию Национальной стартовой системы 1991 года . Предложенная совместно НАСА и Министерством обороны в качестве альтернативы « Титану IV» , конструкция базировалась на тех же твердотопливных ускорителях и модифицированном внешнем баке, но вместо многоразового основного двигателя космического корабля «Шаттл» предусматривались четыре предлагаемых одноразовых, менее дорогие главные двигатели космического транспорта . Конгресс США не выделил финансирование на разработку. В открытом доступе существует множество справочных материалов по NLS.

НАСА Исследование архитектуры исследовательских систем (ESAS) 2005 года включало проект, аналогичный предложению DIRECT, с использованием трех главных двигателей космического корабля шаттла (SSME). Идея, известная как LV-24 в конфигурации для запуска экипажа и LV-25 в грузовой конфигурации, была отклонена, поскольку она не имела достаточных характеристик для предложенной лунной программы - однако концепция с использованием ступени отлета от Земли (EDS) не рассматривалась.

Повторное исследование идеи SDLV компанией DIRECT началось в 2006 году из-за разочарования высокой стоимостью и задержками проекта «Арес I» и опасений, что любые аналогичные проблемы с гигантом Арес V могут поставить под угрозу всю программу «Созвездие». Дополнительной целью было сохранить способность США запускать экипажи в космос с как можно более коротким интервалом после запланированного вывода из эксплуатации «Шаттла».

ДИРЕКТ v1.0

По мнению команды DIRECT, первая версия предложения DIRECT стала результатом трехмесячного исследования, проведенного более чем дюжиной инженеров и менеджеров НАСА, работающих в свободное время, а также небольшой группой инженеров и неинженеров за пределами НАСА. . DIRECT принял окончательную рекомендацию ESAS об использовании EDS на этапе набора высоты для получения дополнительных характеристик запуска грузовой РН и применил ту же методологию к LV-24/25.

Следующее изменение в разработке DIRECT произошло в ответ на то, что НАСА отказалось от главного двигателя космического корабля шаттла в конструкции Ares V из-за высокой стоимости производства двигателей SSME и сложности производства необходимого количества единиц в год на существующих производственных мощностях. НАСА определило пять двигателей RS-68 в качестве основных двигателей для «Ареса-5» . В предложении DIRECT указывалось, что его ядро ​​должно включать два двигателя РС-68. Дополнительные возможности доставки полезной нагрузки на низкую околоземную орбиту будут обеспечены за счет модернизации главных двигателей соплами регенеративного охлаждения для повышения их эффективности.

Предложение v1.0 было представлено 25 октября 2006 года администратору НАСА Майклу Д. Гриффину и широкому кругу отраслевых, политических и правозащитных групп, участвующих в программе Constellation .

Критика v1.0

В конце 2006 года руководитель исследования ESAS доктор Дуг Стэнли заявил, что предложение DIRECT v1.0 не может работать, поскольку оно основано на чрезмерно оптимистичных и спекулятивных характеристиках модернизированного двигателя RS-68 Regen . Стэнли предоставил от Rocketdyne официальные спецификации по поводу модернизации RS-68 Regen. В качестве доказательства своей точки зрения

ДИРЕКТ v2.0

Расширенная схема конфигурации DIRECT v2.0 Юпитер-232

Direct v2.0 предлагал использовать рассчитанную на человека . версию существующей конструкции двигателя RS-68,

10 мая 2007 г. было опубликовано пересмотренное предложение DIRECT. Чтобы ответить на критику в отношении использования исследований двигателей, а не работающих двигателей, в DIRECT v2.0 для человеческой оценки были указаны стандартные характеристики RS-68 , используемые на существующих пусковых установках Delta IV , а для верхней ступени была выбрана нижняя из двух спецификаций J-2X. двигателя который Rocketdyne разрабатывал для ракет-носителей NASA Ares. DIRECT v2.0 представил масштабируемое модульное семейство ракет-носителей на базе Шаттла, начиная с Юпитер-120 и Юпитер-232.

Согласно предложению, одноступенчатый «Юпитер-120» мог выходить на низкую околоземную орбиту с двумя стандартными абляционными двигателями РС-68, тогда как на основной ступени более тяжелого двухступенчатого «Юпитер-232» требовался дополнительный РС-68. Для ступени отлета от Земли Юпитера-232 теперь требовалось два стандартных двигателя J-2X вместо одного.

Команда DIRECT подготовила 131-страничное исследование архитектуры исследования DIRECT v2.0, которое было опубликовано 19 сентября 2007 года на конференции AIAA «Space 2007» в Лонг-Бич, Калифорния. По данным группы, этот документ был создан в ходе девятимесячного исследования. В документе подробно рассказывается о том, как ракеты-носители станут одним из компонентов более широкой архитектуры, позволяющей США поддерживать Международную космическую станцию ​​(МКС), выполнять лунные миссии и обеспечивать дополнительные возможности для программы НАСА по пилотируемым космическим полетам. Эти возможности включали миссии на Марс, варианты архитектуры лагранжевой точки и архитектуры миссий для посещения пунктов назначения околоземных объектов .

Критика и опровержение версии 2.0

В июне 2008 года Дэвид Кинг , директор Центра космических полетов имени Маршалла НАСА, заявил, что НАСА рассмотрело DIRECT, а также многие другие предложения по ракетам, и что семейство Ares было подходящим набором ракет для этой миссии. «DIRECT v2.0 существенно не соответствует требованиям к характеристикам лунного модуля для исследовательских миссий, как это конкретно изложено в основных правилах программы «Созвездие». Концепция также превосходит требования для первых полетов на Международную космическую станцию ​​в ближайшее десятилетие. Разработка более дорогой системы запуска со слишком малыми возможностями в долгосрочной перспективе фактически увеличит разрыв между выводом из эксплуатации космического корабля и разработкой нового корабля. Что еще более важно, подход «Арес» предлагает гораздо больший запас безопасности экипажа, что имеет первостепенное значение. каждой миссии НАСА в космос».

В июле 2008 года, после заявлений НАСА об отсутствии специальных исследований по DIRECT, космическое агентство опубликовало некоторые внутренние исследования, проведенные в 2006 и 2007 годах. Почти год спустя, 18 мая 2009 года, команда DIRECT опубликовала опровержение обвинений, выдвинутых НАСА, заключив, что «существенные ошибки в оценке DIRECT» сделали анализ, проведенный в октябре 2007 года, бесполезным.

ДИРЕКТ v3.0

Расширенная схема конфигурации DIRECT v3.0 Юпитер-130

Чтобы сэкономить время и затраты на разработку, в Direct v3.0 предлагалось использовать «готовые» главные двигатели космического корабля «Шаттл » , которые уже были рассчитаны на человека.

29 мая 2009 года представитель DIRECT Стивен Метшан выступил на 28-й ежегодной Международной конференции по космическому развитию в Орландо, Флорида, на тему «Direct 3.0: посадка на Луну вдвое большей массы за половину стоимости». В апреле 2009 года, после торговых исследований НАСА , сравнивающих использование главного двигателя космического корабля шаттла (SSME) с первоначально запланированным двигателем RS-68 для Ареса V, команда DIRECT объявила, что в будущих предложениях DIRECT будет рекомендован SSME в качестве двигателя основной ступени. Замена двигателя была вызвана опасениями, что RS-68 с абляционным охлаждением не выдержит сильного тепла, выделяемого близлежащими выхлопными шлейфами SRB космического корабля "Шаттл". DIRECT утверждает, что более высокая стоимость SSME с регенеративным охлаждением будет компенсирована временем и деньгами, сэкономленными за счет отсутствия оценки RS-68 человеком. Аналогично, для разгонного блока команда DIRECT рекомендовала использовать шесть проверенных в полетах двигателей RL10B-2 .

В мае 2009 года Управление научно-технической политики объявило о создании Комитета США по рассмотрению планов пилотируемых космических полетов, который возглавит Норман Р. Огастин . 17 июня 2009 года член команды Стивен Метшан представил концепцию DIRECT v3.0 комитету, который был сформирован для предоставления независимых консультаций новой администрации Обамы . В итоговом отчете комитета DIRECT напрямую не сравнивался с программой Constellation, но были предложены комбинации бюджета, графика и миссий, при которых можно было бы использовать ракету-носитель на базе шаттла.

19 января 2010 года, на фоне слухов о том, что НАСА предложит линейную ракету-носитель, подобную DIRECT, команда DIRECT провела презентацию заместителю администратора НАСА по управлению миссиями исследовательских систем Дугласу Куку и заместителю администратора НАСА по космическим операциям Уильяму Х. Герстенмайеру. , на встрече, созванной администратором НАСА Чарльзом Ф. Болденом-младшим.

Комплексный подход – повторное использование существующих объектов

Баржа Pegasus доставляет внешний бак космического корабля шаттла в здание сборки транспортных средств в Космическом центре Кеннеди во Флориде со сборочного завода в Мичуде в Луизиане. DIRECT будет использовать существующую баржу для перевозки запланированного аналогичного танка из Мишуда.

По словам команды DIRECT, многие инженеры и менеджеры НАСА поддержали эту концепцию и завершили анализ затрат, сравнение затрат с текущей программой НАСА Constellation, а также подробную серию оценок для вспомогательных объектов, таких как данные о существующих производственных мощностях для внешнего резервуара на сборке Мишуда. Объект и различные средства подготовки запуска, которые в настоящее время находятся в Космическом центре Кеннеди . DIRECT предложил повторно использовать почти все существующие объекты с минимальными модификациями в отличие от ракет Ares I и Ares V , которые потребовали бы обширных модификаций и замен существующих объектов.

Основная ступень DIRECT осталась бы с существующим диаметром внешнего бака Шаттла 8,41 м (27,6 футов) по сравнению с 10,06 м (33,0 фута) у Ares V. Команда DIRECT заявила, что, не увеличивая диаметр основной ступени, существующий внешний бак производственная оснастка на сборочном заводе Мишуда , существующая «Пегас» баржа , используемая для перевозки танка из Мишуда в Космический центр Кеннеди , существующие рабочие платформы в здании сборки транспортных средств , существующие мобильные пусковые платформы и гусеничные транспортеры , а также части конструкции существующая стационарная служебная конструкция и огневые траншеи на пусковом комплексе 39 могут использоваться без серьезных модификаций.

Система космического запуска , будущий преемник НАСА системы «Арес», сохранила диаметр резервуара космического корабля «Шаттл» 8,41 м (27,6 футов).

Стоимость и расписание Ares I/Ares V по сравнению с DIRECT

Затраты на Арес I/V

Одной из самых резких критических замечаний в отношении архитектуры Ares I и Ares V была высокая стоимость как разработки двух новых средств запуска, так и эксплуатации двух параллельных программ. Проблемы стоимости были упомянуты в отчетах GAO Конгрессу. отметив, что разработка одного только Ares I будет стоить до 14,4 миллиардов долларов. Бывший администратор НАСА Д. Гриффин подтвердил, что общая стоимость разработки обеих ракет-носителей Ares составит 32 миллиарда долларов, что указывает на то, что разработка Ares V будет дороже, чем Ares I. Майкл

Арес I Расписание

График Ареса I несколько раз задерживался с момента запуска новой лунной программы. Первоначальная цель отчета об исследовании архитектуры исследовательских систем (ESAS) заключалась в том, чтобы осуществить полет с экипажем уже в середине 2011 года после вывода из эксплуатации космического корабля "Шаттл" в 2010 году. Последующий официальный график НАСА имел 65% -ную уверенность в том, что первый полет "Ареса" с экипажем Я с Орионом ( Орион 2 ) должен был произойти в марте 2015 года.

Важнейшим этапом разработки Ares I был график разработки двигателя разгонного блока J-2X и пятисегментной версии SRB . Инженеры были обеспокоены колебаниями тяги и интеграцией Орион-Арес I. В 2008 году компания Lockheed Martin обратилась к НАСА с просьбой перепроектировать Ares I , чтобы устранить риски интеграции с капсулой экипажа Orion. По словам инженеров программы, объединенные результаты испытаний запуска Ares IX и статических испытательных стрельб Ares I показали, что колебания тяги не являются критической проблемой.

ПРЯМОЕ сравнение себя с Аресом

DIRECT утверждал, что необходимость разработки 5-сегментных SRB и двигателя разгонного блока J-2X для Ares I для запуска первого Orion была прямой причиной задержек в графике и сравнительно высоких затрат на разработку. совершенно новое производство на сборочном заводе Мишуда и стартовые мощности в Космическом центре Кеннеди Для «Ареса I» также потребуется . Напротив, DIRECT предложил повторно использовать существующий 4-сегментный твердотопливный ракетный ускоритель космического корабля «Шаттл», полностью рассчитанный на человека, и главный двигатель космического корабля «Шаттл» . DIRECT также предложил повторно использовать существующее производство для создания модифицированного варианта существующего внешнего бака космического корабля "Шаттл" . потребуются лишь умеренные модификации в Космическом центре Кеннеди Для запуска запусков . Предложение DIRECT по единственной ракете-носителю было направлено на устранение программных рисков, связанных с возможной отменой ракеты-носителя Ares V из-за бюджетных ограничений.

Компания DIRECT заявила, что ее пусковые установки «Юпитер» позволят избежать задержек с «Аресом I», поскольку не потребуют J-2X на ракете «Юпитер-130» первого поколения, не потребуют пятисегментного SRB и обеспечат подъемную силу более 60 тонн, что улучшит проблемы с весом конструкции Ориона.

DIRECT также заявил, что деньги можно будет сэкономить, если избежать параллельной разработки ракеты -носителя Ares V , поскольку семейство Jupiter будет представлять собой программу одного семейства ракет. Группа предложила повторно использовать деньги, сэкономленные на «Аресе-5», для ускорения разработки таких других элементов, как « Орион» , «Юпитер-130», модификаций стартовой установки и всех связанных с ними систем. Ожидалось, что значительные денежные вливания позволят существенно сократить графики всех этих элементов, что обеспечит полную работоспособность системы «Орион /Юпитер-130» для выполнения ротации экипажа из шести человек и доставки грузов на МКС к 2013 году.

Экономия затрат и дефицит пилотируемых космических полетов

Сторонники утверждали, что предложение DIRECT позволит НАСА выполнить мандат Концепции исследования космоса раньше и безопаснее, чем запланированные «Арес I» и «Арес V», с меньшими затратами и меньшим программным риском благодаря более простому подходу, который уменьшает количество новых разработок. усилия. Сторонники заявили, что предложение DIRECT позволит НАСА предоставить достаточно денег для продолжения финансирования программ, выходящих за рамки разработки и эксплуатации ракет-носителей, включая продление его участия в Международной космической станции , которое должно было завершиться в 2016 году с 2009 года. В предложении DIRECT также предполагалось, что НАСА могло бы использовать экономию средств за счет предложения DIRECT, чтобы ускорить график возвращения VSE на Луну и потенциально выполнить другие миссии, такие как миссии по обслуживанию космического телескопа Хаббл. В отличие от этих утверждений, старший менеджер НАСА по программе STS Джон Шеннон заявил, что, по его мнению, предложение DIRECT недооценивает затраты на семейство ракет Юпитер.

Этапы орбитальной сборки

Предложение DIRECT требовало большего количества этапов орбитальной сборки, чем предлагаемая программа Constellation. В Созвездии, после встречи на низкой околоземной орбите Ареса I и Ареса V, исследовательский корабль с экипажем Орион (весом около 22 т) ) с "Ареса" я бы перевернул и состыковался с лунным кораблем "Альтаир" (примерно 44 т ), который все еще будет прикреплен к этапу отправления Земли Ареса V. В случае с DIRECT совокупная масса «Ориона» и «Альтаира» превысила бы грузоподъемность «Юпитера-130». Если бы «Юпитер-130» был запущен с «Орионом», а «Юпитер-246» — с «Альтаиром», разгонный блок «Юпитер» (JUS) с «Альтаиром» не имел бы достаточного топлива, чтобы вывести «Альтаир/Орион» за пределы околоземной орбиты. Таким образом, ПРЯМОЙ базовый план заключался в запуске двух Юпитеров-246: одного с частично заправленным ЮС (75 т), несущего Орион/Альтаир, а другого только с полностью заправленным ЮС (175 т). После орбитального сближения «Орион» перевернется и повторно состыкуется с «Альтаиром», как это было в программах «Аполлон» и «Созвездие». Однако при использовании DIRECT экипажу Ориона придется отделить Орион/Альтаир от первого JUS и состыковать Альтаир со вторым JUS. У второго JUS будет достаточно оставшегося топлива, чтобы служить ступенью отлета от Земли. Первый JUS будет выброшен на низкой околоземной орбите, а второй будет выброшен после отлета от Земли.

Масса верхней ступени Юпитера

Соотношение массы верхней ступени Юпитера (JUS) к топливной емкости считается реалистичным. Желательна минимальная масса верхней ступени, чтобы ступень могла вывести космические корабли Орион и Альтаир с околоземной орбиты, но JUS должен быть достаточно большим, чтобы нести достаточно топлива, чтобы достичь низкой околоземной орбиты и служить ступенью отлета от Земли. JUS DIRECT v3.0 имел предполагаемую массу 11,3 т при запасе пороха 175,5 т. Заявляя о наследии дизайна верхних ступеней серии Centaur , DIRECT особо упомянул новые материалы, новые методы сварки и общую переборку, разделяющую баки с жидким кислородом и жидким водородом, как достаточные для учета массы нижней ступени. Бернард Каттер из United Launch Alliance охарактеризовал еще более радикальную конструкцию JUS DIRECT v2.0 как «...очень разумную. Я бы даже назвал ее консервативной».

Грузоподъемность

Полезная нагрузка «Ареса-5» на низкую околоземную орбиту, по данным НАСА, должна была составлять 188 000 кг. Это было больше, чем самая большая предложенная ракета «Юпитер» (Юпитер-246 Heavy с 5-сегментной SRBS), которая, как утверждалось, могла поднять на НОО около 120 000 кг. Таким образом, для потенциальных миссий на Марс потребуется больше запусков на миссию с использованием Юпитера вместо Ареса V, и модули миссии необходимо будет разделить на большее количество разных частей. Однако для миссии НАСА Design Reference Mission 5.0, завершенной в 2007 году, требовалась только ракета-носитель массой более 125 метров с кожухом диаметром более 10 метров для миссии на Марс с шестью отдельными запусками Ares V. Ракета «Юпитер» будет соответствовать требованиям эталонной миссии по проектированию с очень небольшим дефицитом полезной нагрузки по сравнению с НОО, одновременно выполняя требования по объему.

Ракеты Юпитер будут короче по высоте, чем Арес V, что позволит использовать очень длинные обтекатели полезной нагрузки и, следовательно, больший общий внутренний объем, чем это возможно с более высоким Аресом V, который быстро столкнется с ограничениями из-за ограничений по высоте в здании сборки транспортных средств в Космическом центре Кеннеди. .

Варианты

Было спроектировано множество конфигураций Юпитера, из которых в предложении DIRECT версии 3.0 от мая 2009 года рекомендовалось две: Юпитер-130 и Юпитер-246 с заявленной грузоподъемностью, превышающей 60 и 90 тонн (т) (или 70 и 110 тонн для грузовых версий). соответственно, на низкую околоземную орбиту .

Юпитер-130

Расширенная схема конфигурации DIRECT v3.0 Юпитер-130

DIRECT предложил, чтобы Юпитер-130 стал первой разработанной конфигурацией с целью ввода в эксплуатацию в течение четырех лет после начала программы разработки. Юпитер-130 должен был состоять из общей основной ступени Юпитера с удаленным одним SSME, без верхней ступени и с обтекателем полезной нагрузки наверху. «130» означает одну криогенную основную ступень, три главных двигателя и ноль двигателей верхней ступени. Первоначальные запуски будут предусматривать смену экипажей и доставку грузов на Международную космическую станцию выполняли ракеты «Союз» . ​​— функцию, которую в то время

ПРЯМЫЕ расчеты показали, что «Юпитер-130» был бы способен доставить от более 60 до более 70 т груза или груза и экипажа на различные круговые и эллиптические наклонные низкие околоземные орбиты. При вычете массы предлагаемого космического корабля «Орион» и экипажа (18 – 22 т в зависимости от миссии ), остальная часть выгодно отличалась от грузоподъемности космического корабля «Шаттл» примерно в 25 тонн и отсутствия вместимости «Ареса I», кроме космического корабля «Орион».

Юпитер-246

Юпитер-246 должен был использовать четыре главных двигателя космического корабля шаттла (SSME) в общей основной ступени с верхней ступенью , неофициально называемой верхней ступенью Юпитера (JUS). На разгонном блоке «Юпитер-246» будет использоваться шесть двигателей РЛ10Б-2. «246» означает две криогенные ступени, четыре главных двигателя и шесть двигателей верхних ступеней. Основная роль Юпитера-246 будет заключаться в доставке более тяжелого груза, а также экипажа и грузов для лунных миссий.

Юпитер-241

Юпитер-241 будет иметь четыре SSME в общей основной ступени со второй ступенью, но вместо 6 RL-10B-2, 1 J-2X, если технология станет доступной. «241» означает две криогенные ступени, четыре главных двигателя и один двигатель второй ступени. Его цель будет такой же, как у Юпитера-246.

Верхняя ступень Юпитера

Поскольку «Юпитер-246» должен был использовать четыре SSME на топливных баках, изначально рассчитанных на три двигателя, топливо основной ступени будет израсходовано до выхода на низкую околоземную орбиту , а верхняя ступень большой мощности доставит полезную нагрузку на орбиту. Запущенный с частичной топливной загрузкой разгонного блока в 75 т, Юпитер-246 мог доставить более 84 т экипажа и груза на круговую орбиту длиной 241 км (130 морских миль) с наклоном 29°. Те же 75 т топлива, запущенные без экипажа и полезной нагрузки, могли доставить на ту же орбиту еще 100 т топлива. Общая грузоподъемность ЮС должна была составить примерно 175 т. Для лунных миссий, в которых JUS должен служить ступенью отлета от Земли, будет запущена полная загрузка в 175 т топлива, а 75 т будет израсходовано на достижение низкой околоземной орбиты, оставив 100 т доступными для отлета от Земли.

В соответствии с темой DIRECT v3.0, заключающейся в использовании как можно большего количества существующего оборудования, DIRECT предлагает RL10 для JUS устаревшее семейство двигателей . Однако компания DIRECT ожидала аналогичных характеристик своей верхней ступени от двигателя J-2X, ранее разрабатывавшегося для верхних ступеней Ares I и Ares V.

Рекомендации по проектированию

Существующее использование двигателя

Одной из основных целей предложения DIRECT является разработка новой тяжелой ракеты в более короткие сроки. Когда в 2006 году начался проект DIRECT, предполагалось, что «Шаттл» будет эксплуатироваться еще четыре года или около того. Планировалось, что DIRECT будет использовать четырехсегментный твердотопливный ракетный ускоритель (SRB) без изменений по сравнению с «Шаттлом», а также использовать уже идущие работы по проекту «Созвездие» над основным двигателем RS-68 и двигателем разгонного блока J-2X.

Однако к 2009 году возникли опасения, что двигатель RS-68 с абляционным охлаждением не сможет выдержать сильный нагрев от близлежащих SRB. Учитывая это беспокойство и неизбежный выход на пенсию шаттла, предложение DIRECT v3.0 призывало использовать более дорогой многоразовый главный двигатель космического корабля с регенеративным охлаждением (SSME) в одноразовой роли. Три или четыре SSME, прикрепленные к нижней части конструкции основного резервуара, будут выброшены в атмосферу Земли вместе с резервуаром. Для полетов за пределы нижней околоземной орбиты верхняя ступень Юпитера будет использовать шесть самолетов Pratt и Whitney RL10 B-2.

Прежде чем запустить предложенную НАСА ракету «Арес I», потребовалась бы как новая, модифицированная пятисегментная версия космического корабля «Шаттл SRB», так и двигатель верхней ступени J-2X, модификация двигателя J-2, используемого на «Сатурне-5». . Предлагаемое семейство Jupiter могло бы быть запущено с имеющимися в настоящее время двигателями с возможностью модернизации до более мощного двигателя SRB и разгонного блока J-2X, если они станут доступны.

Безопасность экипажа

DIRECT предусматривал продолжение разработки и эксплуатации пилотируемого космического корабля НАСА «Орион», включая его систему прерывания запуска (LAS). В случае возникновения чрезвычайной ситуации LAS вытащит капсулу экипажа в безопасное место, как это было на НАСА «Арес I». Команда DIRECT, однако, утверждает, что большая грузоподъемность Юпитера-130 — 64 тонны по сравнению с 25 тоннами у «Ареса I» — позволит спроектировать «Орион» с большей безопасностью экипажа, чем планировалось.

В DIRECT заявили, что при пилотируемых полетах на Международную космическую станцию ​​(МКС) дополнительная грузоподъемность «Юпитера» позволит перевозить значительные грузы в отдельном модуле, установленном под космическим кораблем «Орион». Как только орбита будет достигнута, «Орион» состыкуется с этим модулем и переправит его на МКС. Для сравнения: «Арес I» был бы способен доставить на МКС только космический корабль «Орион». DIRECT утверждает, что полет «Ориона» и отдельного модуля полезной нагрузки на Юпитере удовлетворит проблемы безопасности, возникшие в отношении летного экипажа отдельно от груза после космического корабля «Колумбия» катастрофы в 2003 году , поскольку капсула «Орион» все равно сможет отделиться от ракеты-носителя и любого груза. в случае прерывания запуска.

Юпитер против Ареса I

Команда DIRECT привела ряд особенностей, которые, как утверждается, делают Юпитер-130 более безопасным, чем Арес I:

В конструкции «Юпитера» будет повторно использован проверенный метод « Спейс шаттл» крепления SRB к резервуару через внутренний элемент конструкции. В DIRECT утверждают, что это позволит избежать возникновения потенциально сильной вибрации в транспортном средстве, возникающей в результате эффекта «колебаний тяги», характерного для больших твердотопливных ракет. Этот эффект стал проблемой для « Ареса I» .

Как и в случае со космическим шаттлом, жидкостные главные двигатели Юпитера-130 будут запускаться на земле и проходить быструю проверку перед запуском и запуском SRB. Проблемы с последовательностью запуска могут быть обнаружены до начала запуска, и единственным событием подготовки корабля будет выгорание и отделение SRB. Для сравнения, запуск Ares I состоит из немедленного зажигания единственной первой ступени SRB, затем требуется этап подготовки и запуск на высоте криогенной второй ступени. Хотя постановка ракеты-носителя является обычной практикой, она создает проблемы безопасности, риска и надежности, особенно при полетах с экипажем. (Более крупный Юпитер-246 с его верхней ступенью обычно включает в себя этот риск.)

Команда DIRECT утверждала, что Юпитер-130 и -246 с их несколькими главными двигателями смогут достичь орбиты даже в случае остановки двигателя.

В концепции «Юпитера» пилотируемый космический корабль «Орион» будет поддерживаться большим аэродинамическим обтекателем. Такое расположение поместит «Орион» как минимум на 10 м (33 фута) дальше от ступеней, наполненных топливом, чем это было бы на « Аресе I» . DIRECT утверждает, что это обеспечит ценное дополнительное «буферное пространство» между взорвавшейся машиной и экипажем.

Предполагаемая грузоподъемность «Юпитера-130» позволит установить защитное оборудование внутри обтекателя полезной нагрузки под космическим кораблем «Орион». DIRECT постулировал установку легкого щита из карбида бора и кевлара между космическим кораблем и нижними ступенями, чтобы защитить экипаж от шрапнели и другого мусора в результате взрыва корабля.

См. также

• Юпитер-С , система запуска 1950-х годов.
• Сатурн (семейство ракет)
• Тяжелая ракета-носитель на базе шаттла
• Система космического запуска
• Изучены варианты и производные космических кораблей.
• Национальная стартовая система
• Программа перспективного космического транспорта НАСА
• Тяжелая ракета-носитель на базе шаттла
• Система космического запуска

Внешние ссылки

• [1] Страница TeamVision о DIRECT
• [2] Архив веб-сайта команды DIRECT

Презентации

• [3] Презентация DIRECT 3.0
• [4] v2.0.2 Обновленное базовое предложение PDF
• [5] v2.0.1 Обновленное базовое предложение PDF
• [6] Презентация Международной конференции по космическому развитию в формате PPS.