Ракета-носитель «Арес-1» разрабатывается для выведения в космос пилотируемого корабля «Орион». Как говорят в НАСА, ей предстоит «безопасно и надежно отправлять исследователей к Луне, Марсу и другим пунктам назначения в Солнечной системе». Речь идет о двухступенчатой ракете, на которую будет устанавливаться пилотируемый корабль «Орион», его служебный модуль и система аварийного спасения экипажа (САС). Она будет выводить на низкую околоземную орбиту до 25 т полезной нагрузки. Впрочем, учитывая характеристики ракеты, в агентстве намерены, помимо основной задачи, использовать «Арес I» и для доставки грузов на МКС.
По задумке инженеров, первая ступень легкого «Ареса» – фактически твердотопливный ускоритель многоразового использования, заимствованный из программы «Спейс Шаттл», однако несколько модернизированный. Ускоритель дополняется недавно разработанным адаптером для стыковки со второй ступенью и разделения ступеней во время выхода на орбиту. Вторая же (верхняя) ступень – уже совершенно новая разработка НАСА. Она оснащена двигателем J-2X, работающим на жидком кислороде и водороде. Установка является в некотором роде модификацией мощного двигателя J-2, использованного на верхних ступенях ракет-носителей «Сатурн- 1B» (Saturn 1B) и «Сатурн-5» (Saturn V) эры «Аполлонов», и продолжением J-2S, упрощенной версии J-2, созданной и испытанной в начале 70-х гг., но так никогда и не проверенной в полете.
Специалисты рассчитывают, что уже через 2,5 мин после старта первая ступень сможет выводить ракету на высоту около 60 км – скорость полета к тому моменту будет достигать М=6,1, что больше чем у «шаттлов» за тот же период. На этом этапе произойдет отделение первой ступени, после чего она, как и при стартах челноков, приводнится в Атлантическом океане. Здесь, впрочем, заложено отличие от системы «Спейс Шаттл»: при выведении челноков используются четырехсегментные ускорители, в то время первая ступень «Арес-1» – пятисегментная, более мощная и тяжелая. Учитывая это, американские специалисты для ее успешного возвращения на землю разработали новую трехуровневую парашютную систему. Ее испытания уже идут: этой осенью был протестирован в полете первый парашют – купол диаметром 3,5 м.
Следующий этап полета ракеты полностью зависит от двигательной установки второй ступени. Она выводит пилотируемый корабль на высоту уже примерно 101 км, где в свою очередь происходит отделение второй ступени. Теперь уже двигатели агрегатного модуля корабля поднимают его до круговой орбиты высотой около 300 км. В зависимости от цели полета корабль либо причаливает к космической станции, либо стыкуется с разгонным блоком и лунным модулем для полета на Луну.
Ракета-носитель «Арес-5» предназначена для доставки на низкую околоземную орбиту и на переходную орбиту к Луне «тяжелой техники», а также грузов с провизией, водой и всем необходимым для жизни экипажей вне земной орбиты. В NASA рассчитывают, что вскоре после возвращения американцев на Луну эта ракета будет использоваться в первую очередь для доставки на Селену крупногабаритных конструкций, необходимых для строительства постоянной лунной базы.
Ракета так же, как и «Арес-1», состоит из двух ступеней. Первая ступень компонуется двумя твердотопливными пятисегментными ускорителями (теми же, что используются в качестве первой ступени на «Аресе-1» – за счет подобной унификации НАСА достигает значительной экономии средств) и центральным блоком. Последний включает в себя пять двигателей RS-68 (они успешно используются в программе «Спейс Шаттл» и на тяжелых ракетах-носителях «Дельта-4»), а также топливный резервуар (увеличенная версия внешнего топливного бака «Спейс Шаттла»).
На центральный блок в свою очередь устанавливается переходной цилиндр, состоящий из двигателей разделения и адаптера, а еще выше – верхняя ступень ракеты, названная также ступенью покидания земной орбиты. Она, в свою очередь, компонуется из двигателя J-2X и баков с жидкими кислородом и водородом. И, наконец, наверху ракеты, под защитным обтекателем, размещается лунный модуль, состоящий из посадочной и взлетной ступени.
Схема выведения «Ареса-5» мало чем отличается от стандартной. Основная ступень ракеты выводит верхнюю на низкую околоземную орбиту. Здесь происходит разделение, и включается J-2X – он выводит ступень покидания земной орбиты на круговую траекторию. На этом этапе фактически начинается выполнение основной задачи «Ареса-5». На орбите верхняя ступень вместе с лунным модулем стыкуется с пилотируемым кораблем. Затем вновь включается J-2X, который выводит весь комплекс на траекторию полета к Луне. По выполнении задачи вторая ступень «Ареса-5» отделяется, а астронавты летят на Луну.
Первый испытательный запуск ракеты этого типа должен состояться не позднее 2018 г.
Вверху: РН «Арес-5» со ступенью покидания орбиты Земли и лунным модулем Внизу: РН «Арес-5» на первом этапе полета до разделения ступеней
Общее руководство работами по созданию нового типа ракет-носителей возложено на исследовательский отдел пусковых систем Центра космических полетов им. Маршалла в Хаствилле (Алабама). В то же время разработкой и испытанием их элементов сейчас занимается команда специалистов практически из всех научно-исследовательских центров НАСА, а также сторонние организации по контракту.
В частности, главным подрядчиком агентства по твердотопливным ускорителям стала компания «Эллайент Тексистемз» (Alliant Techsystems) из Юты, которая уже давно работает с ускорителями системы «Спейс Шаттл». Причем в начале октября НАСА сообщило, что расширяет контракт с этой фирмой – прежде всего, увеличивая финансирование работ с 28 до 63 млн долл. до конца этого года. Это позволит приступить к предварительным летным испытаниям ракеты «Арес-1» не позже апреля 2009 г. Контракт заключен по типу «оплата издержек производства плюс периодические премии», отмечает пресс-служба НАСА.
Подрядчиком по J-2X и RS-68 выступает известный изготовитель ракетных двигателей – «Пратт Уитни Рокетдайн» (Pratt amp; Whitney Rocketdyne) из Калифорнии.
Катастрофа космического челнока «Колумбия» в феврале 2003 г. стала сильнейшим ударом по красивой американской идее многоразовых космических кораблей, по крайней мере на данном этапе развития. Система «Спейс Шаттл» оказалась не просто дорогостоящей, но и далеко не безопасной. В условиях новых целей, которые поставил Джордж Буш, перед НАСА встала задача создания нового пилотируемого корабля – не менее надежного и экономичного, чем российский «Союз». Причем в самые короткие сроки. Не удивительно, что агентство решило реабилитировать проект «Аполлон», переработав его с учетом нынешних реалий.
Базовые требования по проекту пилотируемого корабля НАСА выработало к 9 декабря 2004 г., и 21 января 2005 г. был объявлен соответствующий тендер, а в марте того же года агентство представило заключительное техническое задание – с тем, чтобы к маю претенденты смогли представить свои предварительные проекты. Первоначально планировалось, что итоги тендера будут подведены 1 сентября 2008 г. Однако весной прошлого года НАСА решило ускорить работы по пилотируемому кораблю, а заодно сэкономить около 1 млрд. долл., выделяемых на финансирование конкурсных работ.
В итоге, в июне 2005 г. агентство определило двух главных претендентов на выполнение заказа. Ими стали крупнейшие предприятия американской аэрокосмической промышленности: корпорация «Локхид Мартин» (Lockheed Martin) и «союз» корпораций «Нортроп Грумман» (Northrop Grumman Systems) и «Боинг» (Boeing). С ними был заключен контракт на создание конкурсных концепций максимальной стоимостью 60 млн долл., из которых 17,5 млн долл. выделялось на основной этап работ – с 31 марта по 31 августа 2006 г. При этом, корректируя соглашения этой весной, НАСА не исключило, что тендер может быть продлен до 31 октября и даже до 31 декабря этого года.