Bygger NASAs framtid

En av de största strukturerna i världen, fordonsmonteringsbyggnaden vid Kennedy Space Center i Florida, är det sista stoppet för rymdfärjan innan den rullas ut till uppskjutningsrampen. Men med skyttlarna planerade att gå i pension 2010, har den massiva byggnaden redan blivit hem till NASA:s nästa bärraket.

Stålbitar som utgör det mesta av Ares I-X är samlade i High Bay 4 i monteringsbyggnaden. De fem cylindrarna representerar mellanstadiet och det övre steget av Ares I; den sista biten är den pilformade mock-upen av besättningskapseln. (Se fler bilder.)

Ares-raketerna är en avgörande del av Constellation-programmet, NASA:s plan för nya bemannade flygningar till månen och möjligen till Mars och vidare. Till skillnad från sina föregångare kommer Ares att använda separata bärraketer för att transportera last och besättning. Ares I kommer att bära människor till rymden, medan Ares V kommer att transportera storskalig hårdvara såsom föremål som behövs för att etablera en månbas.

Den här historien var en del av vårt julinummer 2009

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Ares I-X, den första bärraketen som testats på nästan fyra decennier, sitter i enorma bitar i monteringsbyggnaden och väntar på en testflygning planerad till slutet av augusti. Den här flygningen kommer att tillåta oss att spika på designen av Ares I och eliminera osäkerheter, så att alla kommer att känna sig mer bekväma när den första raketen flyger med människor på sig, säger Jon Cowart, biträdande chef för Ares I-X-projektet på Kennedy. Huvudmålet är att samla in data under de första två minuterna av uppstigningen, när raketen är som mest sårbar för misslyckanden. För det ändamålet inkluderar IX en blandning av verkliga och simulerade system och är utrustad med cirka 700 sensorer som kommer att mäta belastning, tryck, vibrationer, temperatur, akustik, belastning och rörelse vid olika punkter på raketen och i olika skeden av flygningen . Sensorerna kommer att samla information om raketens prestanda i de tuffaste delarna av atmosfären, om separeringen av dess stadier och om återhämtningen av dess boosters.

I delar
Att gå in i High Bay 4 är som att gå in på en gigantisk inomhusarena. I mitten av viken sitter fem stora stålcylindrar, så kallade stackar, som ska sättas ihop till Ares I-X. Runt dem finns ett till synes slumpartat sortiment av kranar, verktygslådor, bärbara datorer och rullstolar.

Multimedia

• Se en animerad flygning av en Ares I-raket.

• Se en animerad flygning av en Ares V-raket.

Det första steget av Ares I kommer att innehålla en enda, fem-segments solid raketbooster. Dess design kommer från skytteln, som använder två fasta raketboosters med fyra segment, och den kommer att bränna samma specialformulerade drivmedel. Vi ville inte börja om, säger Steve Cook, chef för Ares-projektkontoret vid NASA:s Marshall Space Flight Center i Huntsville, AL. Vi tog det bästa från förr och kombinerade det med modern teknik. Ares I-X kommer bara att använda en återanvändbar fast raketbooster med fyra segment, med ett femte dummy segment staplat ovanpå. Det skenbara segmentet markerar början på den första stapeln och ligger i flera lika stora bitar, alla helt vita. (Den femte raketmotorn gör att Ares I kan lyfta mer vikt och nå en högre höjd, men den behövs inte för testflygningen.)

Nära den nedre delen av simulatorn för femte segmentet finns flygelektronikmodulen i första steget, som kommer att styra komponenterna i boostern och kommunicera med det övre steget. Till exempel kommer modulen att skicka signalen för att avfyra motorerna, styra fordonets flygbana genom att flytta motormunstycket, initiera boosterseparationssekvensen och styra fallskärmsåterställningssystemet. Modulen kommer också att samla in viktig testflygdata, specifikt om prestandan hos flygkontrollsystemet. I den slutliga designen kommer flygelektroniken dock att inrymmas i det övre skedet av raketen, eftersom drivmedel kommer att fylla det femte segmentet.

Monterad ovanpå den femte segmentssimulatorn är den främre kjolen och dess förlängning, som håller fallskärmsåterställningssystemet; det kommer att tillåta det första steget, efter att ha brutit sig loss från det övre stadiet, att säkert stänka ner i havet, där det kan återvinnas för återanvändning. Systemet består av en dator som utlöser separation, en liten sprängladdning som skär metallen och fem fallskärmar.

Ares boosters är tyngre än rymdfärjans boosters och kommer att falla från högre höjd, så de kommer att falla snabbare. Som kompensation är bärraketens fallskärmar mycket större och starkare, men tack vare nya material är de lättare. Fallskärmarna kommer att utplaceras i tre etapper, med start när raketboosterna når en höjd av cirka 4 500 meter. Den stegvisa utplaceringen kommer inte bara att bromsa boosters för splashdown utan också manövrera dem till lämplig position för att förhindra skador.

Allra högst upp i den 24 meter höga traven vilar mellanstegen, som markerar början av det övre steget och håller det system som är utformat för att kontrollera krafterna som får raketen att rotera under flygningen. Mellanstadiet av Ares I kommer också att bära raketens J-2X-motor, som kommer att driva det övre steget; den kommer inte att simuleras för testflygningen, även om dess vikt tas med i beräkningen.

De följande tre staplarna simulerar formen och vikten av resten av det övre steget. Stack två, som är den kortaste, representerar tanken för flytande syre. Ingenjörer använde stålballastplattor för att ta hänsyn till bränslets vikt. Stack tre, som är nästan 14 meter hög, har NASA-logotypen och tre emblem som identifierar uppdraget. För testflygningen är denna stack rent strukturell och kommer att förbli tom. I Ares I kommer den dock att rymma det mesta av tanken med flytande väte, liksom flygdatorn och flygelektroniken som styr alla aspekter av flygningen. Stack fyra, som visar den amerikanska flaggan, står för resten av vätgastanken, som kommer att sträcka sig över båda staplarna; den är också fylld med ballastplåtar av stål.

Den sista stapeln av Ares I-X är den pilformade modellen av Orion-besättningsmodulen och startavbrottssystemet. Den övre scenen och besättningsmodulen kommer att utgöra en fjärdedel av den monterade raketens höjd; för Ares I-X-flygningen kommer den att bära många av de mest kritiska sensorerna. Men efter separation kommer ingenjörerna att ha samlat in den data de behöver mest, så dessa delar kommer att falla okontrollerat och stänka ut i Atlanten.

En viss montering krävs
Inne i monteringshuset kommer Ares I-X att vakna till liv. När de är klara kommer ingenjörerna att ha tillbringat flera veckor med att stapla raketens komponenter och försiktigt manövrera en bit ovanpå en annan med massiva kranar. Den färdiga Ares I-X kommer att vara nästan identisk med Ares I från utsidan: en elegant tvåstegsraket med besättningsmodulen ovanpå, så långt bort från framdrivningssystemet som möjligt. För att göra testflygdata så exakta som möjligt kommer den också att vara lika i massa och storlek, vara cirka 99 meter hög, varierande från 3,7 till 5,5 meter i diameter, och väga cirka 816 000 kilogram när den fylls på med bränsle.

Ytterligare tre obemannade testflyg är planerade efter lanseringen i augusti. Ares IY kommer att vara identisk med den slutliga raketen – inget simulerat – och är preliminärt planerad till uppskjutning 2013. Uppskjutningarna av Orion 1 och 2, designade för att testa besättningsmodulen, är planerade för följande år, och den första bemannade uppskjutningen av Ares Jag är inställd på 2015.

NASA satsar sin framtid på långsiktig utforskning, rör sig bortom låg omloppsbana om jorden och använder Ares-raketerna för att ta sig dit. Rymdfärjan har varit en fantastisk maskin, men vi behöver ett fordon [med] bättre säkerhet och tillförlitlighet, och med fler möjligheter, säger Cook. Ares I kommer att ha större räckvidd än skytteln och kommer att kosta mindre att underhålla och sjösätta, säger han, så det kommer att vara möjligt att ge sig ut längre ut i rymden, och oftare. När Ares V är färdigbyggt hoppas NASA kunna bygga en utpost på månen, som upprätthåller en mänsklig närvaro där till 2020. Basen kommer att tillåta dem att forska och testa ny teknik som är användbar för bemannad utforskning av Mars. Säger Cook, det här är vad vi kom till NASA för att göra.

Dölj