基本介紹
- 中文名：戰神1號運載火箭
- 英文名：Ares I
- 用途：載人軌道運載火箭
- 製造國家：美國
- 高度：94 米
- 直徑：5.5 米
- 有效載荷：25400 公斤
- 現況：取消
基本信息,用途,首次測試,設計,先進運輸系統,火箭動力系統,發射時序,發展瓶頸,評價,
基本信息
戰神1號運載火箭（Ares I）是美國國家航空航天局在星座計畫（Project Constellation）中所所研製的載人運載火箭（CLV），其名字源自於希臘神話中的戰神阿瑞斯。按原計畫，美國國家航空航天局將使用戰神一號運載火箭發射接替太空梭執行載人航天任務的獵戶座太空船，並作為戰神5號運載火箭的補充。美國國家航空航天局選擇戰神一號運載火箭以達到其預期的安全性、可靠性、成本效率。但是美國國家航空航天局在2010年10月通過授權法案取消了包括戰神1號運載火箭在內的星座計畫， 但相關技術很可能用於未來的太空探索計畫。
用途
戰神1號運載火箭在星座計畫中屬運送機組員的載人太空載具。不同於太空梭是人貨混契約時發射的太空載具，於星座計畫中戰神1號運載火箭及戰神5號運載火箭運載火箭將分別載人及載貨分兩次發射。分兩次發射可預留較多特殊設計的空間，完成不同目的的任務。
戰神1號運載火箭主要設計為發射獵戶座太空船的火箭，獵戶座太空船為膠囊式的載人太空船，可將太空人運送到國際太空站、月球甚至是火星。 以回到月球，甚至前進火星為目標的美國“星座”計畫，在剛才跨出了重要的一大步。做為星座計畫兩隻主力火箭之一的載人火箭 Ares I，在2009年10月28日，世界標準時間15:30完成了首度試飛。
首次測試
Ares I 火箭是自1981年的太空梭計畫以來，美國國家航空航天局（NASA）研發的第一架新設計的火箭，採用加長型的太空梭固態推進火箭（綁在太空梭橘筒子旁邊的那兩根白筒子就是固態火箭）做為第一節，上面預定發射的則是未來的登月指揮艙。2009年10月28日發射的是一次完全測試性的任務，主要是在評估第一節火箭的發射與回收，因此原本應該是第二節火箭的部份和未來的登月指揮艙在這次任務中都是用重物代替的。
2009年10月28日的發射一直到第一節火箭脫離為止一切順利，剩餘的“重物”本應該以穩定的拋物線繼續前行，但“重物”確隨第一節火箭一起不規則翻滾墜落，而且固態推進器的降落傘也沒有開啟，預計在 2013 年九月發射的任務定名為 Ares I-Y，任務是測試高空逃生系統的可靠度。
設計
第一節
戰神一號運載火箭的第一節為可重複發射的固態輔助火箭，較太空梭的固態輔助火箭（SRB）為大。太空梭的輔助火箭為四段式，戰神一號運載火箭則有五段，推力較大且推進時間也較久。其他修改如將移除聯結太空梭外部燃料槽（ET）的支架也將固態輔助火箭的鼻錐改為承接第二節的液體燃料槽，改良後的火箭將於聯結處裝備固態燃料分離引擎，於第二節引擎點火前將一二節分離。
第二節
第二節的頂端將裝配載人的獵戶座太空船，下發也裝設有類似農神一B運載火箭及農神五號運載火箭的推進系統，能在火箭飛行時控制第一及第二節的翻滾。
戰神一號運載火箭的第二節也和太空梭的外部燃料槽使用相同的泡綿絕緣體，可隔絕低溫推進劑受熱，且甘迺迪太空中心的氣候潮濕，同樣的絕緣材料也用在哥倫比亞號太空梭上，但被絕緣材料的破片擊中，造成返航時燒毀，然而戰神一號運載火箭不會有此危險。
戰神一號運載火箭的第二節也和太空梭的外部燃料槽使用相同的泡綿絕緣體，可隔絕低溫推進劑受熱，且甘迺迪太空中心的氣候潮濕，同樣的絕緣材料也用在哥倫比亞號太空梭上，但被絕緣材料的破片擊中，造成返航時燒毀，然而戰神一號運載火箭不會有此危險。
戰神一號運載火箭和戰神五號運載火箭這兩款運載火箭顯現出美國國家航空航天局的工程概念。戰神一號運載火箭將配有一支五段式的固態火箭（非太空梭的四段式固態輔助火箭），第二節長度較第一節短。
先進運輸系統
洛克希德·馬丁於1995年與馬歇爾太空飛行中心開展了一項先進運輸系統計畫(ATSS)。其報告的一部分描述了類似於戰神一號的運載火箭，其由一個作為第一級的固體火箭助推器（SRB）及一個作為第二級的液體火箭組成。在構想中，並考慮在其可能的變形中由J-2S發動機及太空梭主發動機（SSME）作為第二級的發動機，以及由先進固體火箭發動機（Advanced Solid Rocket Motor）作為第一級發動機。
火箭動力系統
發展歷程
美國國家航空航天局計畫以太空梭現有的設備來建造戰神一號運載火箭。起先要使用太空梭的四段式固態輔助火箭（SRB）做為第一節，並以一顆太空梭主引擎為第二節。載貨的火箭則與原設計相同，將使用五段式的固態輔助火箭，而末端節使用一顆太空梭主發動機（SSME）。
雖然戰神一號運載火箭在初步憑估後可以成功的作為運載火箭，但進一步模擬測試發現四段式的第一節固態運載火箭可能無法負擔獵戶座太空船的酬載重量；所以在2006年1月，美國國家航空航天局宣布將減少獵戶座太空船的大小，並改用五段式之第一節固態運載火箭，第二節運載火箭引擎也從一顆太空梭主引擎（SSME）改為阿波羅改良版的J-2X火箭引擎。從四段式固態運載火箭轉變為五段式固態運載火箭讓美國國家航空航天局可以達到與計畫書相同的要求（雖然固態運載火箭的段數也可用其它數量），但選用五段式固態運載火箭主要原因是要配合J-2X火箭引擎。
J-2X火箭引擎
一顆要價大約2-2.5千萬美元的J-2X火箭引擎，只需結構複雜太空梭主引擎的一半價格（5.5千萬美元）。J-2X火箭引擎不像太空梭主引擎只能在地面（非真空）點火，J-2X火箭引擎可在地面或接近真空的狀態下點燃。這種特殊的空氣動力學原理在農神五號的S-IVB節即被使用，當時的火箭引擎是J-2火箭引擎，這顆火箭引擎將阿波羅太空船送上月球。在另一方面，太空梭主引擎只要經過廣泛的改良及測試，也可以在真空中產生動力（如果戰神一號運載火箭可以精確進入飛行軌道和獵戶座太空船預備有足夠的燃料時。），如果太空梭主引擎可以在接近真空的狀態下點燃，即可在太空中重複點燃。美國國家航空航天局此項測試並未在地面抽真空實際執行，而是在1988年STS-26以前太空中的主引擎測試短暫點燃太空梭主引擎。
2007年1月4日，美國國家航空航天局宣布戰神一號運載火箭完成系統標準測試，是繼太空梭後的第一個通過測試的載人太空載具，此測試為設計過程中重要的里程碑，並確保戰神一號運載火箭完成星座計畫中重要的一環。
2007年12月12日，美國國家航空航天局宣布由波音公司提供及裝配戰神一號運載火箭的控制系統。
發射時序
在2007年1月4日，美國國家航空航天局宣布戰神一號運載火箭的系統和設備之設計全面再次檢閱，這次的檢閱是建造戰神一號運載火箭第一個重要的里程碑。在2007年整年，美國國家航空航天局打算改進戰神一號運載火箭的部分設計，但少部分的設計之修改時間則延至2009年；2008年即開始進行品質測試和具體改良的工作，預估在2012年首次進行實際（有載人）發射的測試。在2009年底，所有的火箭設計將結束，並在2011年6月進行測試（無載人）。
發展瓶頸
在2008年1月，美國國家航空航天局發現戰神一號運載火箭的第一節固態運載火箭在剛飛行的一分鐘發生劇烈的振動，足以使整台運載火箭達到危險的狀態。多次的加速度將此振動的頻率更加頻繁，造成振動的原因是第一節火箭內部的氣流擾動。美國國家航空航天局的官方早在2007年即了解到此問題，在2008年3月試著以減少運載火箭的壓力來解決。美國國家航空航天局承認此問題非常嚴重，五節中有四節可能有問題，但美國國家航空航天局也有信心解決此問題，因為過去有很多成功解決的例子。美國國家航空航天局也勾勒出這種全新的運輸系統，因為早期的阿波羅號或太空梭在改進的地方也遇上一些瓶頸，但總能化險為夷，邁向成功之路。
評價
戰神一號運載火箭的構造曾被遭到某些主張的批評。
第一，製造酬載二十五噸級的火箭，可能被認為與現存的火箭公司競爭，如三角洲四號重型運載火箭，改進現行火箭的安全性並減少花費的提議也受到討論，能減少研發金費，並以先前的技術延伸，應能達成較高的成功率。美國國家航空航天局的企劃團隊精選了一些戰神一號運載火箭的反對意見，並評估較擎天神或三角洲運載火箭安全兩倍的設計。於2007年中旬，報導指出來自國會的政治壓力將取消太空梭的發射並以擎天神及三角洲運載火箭取代。
第二，美國國家航空航天局所選擇的火箭結構需進行兩項引擎改良計畫-分別為需三十億美元研發經費的第一節五段式固態火箭及十二億美元研發經費的J-2X引擎。其它多餘的花費用在長遠的改良計畫和增加發射任務的安全性及較無功用的硬體設施去除，因為部分零件在太空梭上是有好處的，但是用到戰神系列運載火箭卻形成累贅。事實上，批評者認為除了除去太空梭主引擎和四段式固態輔助火箭，新火箭的結構也應移除有關太空梭的部分零件。
第三，當今科技可能無法使計畫中的火箭箭身穩定飛行，細長的結構造成前端的空氣阻力極大，尾端也會產生紊亂的震波。所以，戰神一號運載火箭將會來回擺動讓火箭箭身能以最穩定的狀態飛行。太空梭其固態輔助火箭之推力向量控制系統也可以持續地應負飛行中不穩定的狀態，有效地減少火箭箭體不斷轉向（機械動作）的負擔，另外，美國國家航空航天局開始處理風切現象的問題。
第四，各種造成戰神一號運載火箭晚於表定時間的因素如預算壓力及工程和科技的瓶頸，都有可能造成太空梭除役到戰神一號運載火箭首次發射間空窗期擴大。於2007年下半年，預定首度飛行將是太空梭除役後五年的2015年。
第五，運載能力的質量降低是因為美國國家航空航天局縮小戰神一號運載火箭的大小重量甚至是把獵戶座太空船多餘的安全逃脫火箭去除，獵戶座太空船即位於戰神一號運載火箭的頂端。為了不影響現在太空梭的發射底座，戰神一號運載火箭的底座就極為棘手，不得已只能先做出戰神一號運載火箭的各部分零件（例如五段式固態運載火箭和J-2X火箭引擎），戰神五號運載火箭也只能如此，將所有零件完成卻無法組裝的窘境，評論家也預測如果行程表持續的延後，造成最後需加緊趕工而使太空梭退役有重大的停擺，正如同太空梭和農神五號交接的時候的大量財力耗損，如果再次重演，將使戰神五號運載火箭的建造完成日遙遙無期。
