Space Launch System (скор. SLS, ) — надважка ракета-носій США для пілотованих експедицій за межі навколоземної орбіти, розроблюється НАСА замість РН «Арес-5», що була скасована разом із програмою «Сузір'я» і повинна замінити програму Спейс Шаттл. Перший запуск «Артеміди-1» відбувся 16 листопада 2022 року.
Планується, що за масою вантажів, що виводяться на навколоземні орбіти, SLS буде найпотужнішою діючою ракетою-носієм до часу свого першого старту, а також четвертою у світі і другою в США РН надважкого класу — після «Сатурн V», яка використовувалася в програмі «Аполлон» для запуску кораблів до Місяцяhttps://fieldofspartas.com/, і радянських Н-1 та «Енергія». Ракета виводитиме в космос пілотований корабель «Оріон».
SLS буде виводити 70 тонн вантажу на орбіту. Також, конструкція ракети-носія передбачає можливість збільшення цього параметру до 130 тонн. Система конструюється з можливістю модернізації до більш потужних варіантів ракети. Версія ракети з Block 1 дасть змогу піднімати на ННО близько 70 метричних тонн, після модернізації ракети до Block 1B і модернізованого ступеня Exploration Upper Stage цей показник буде збільшений. У конструкції з використанням Block 2 прискорювачі, які застосовувались також і на «Спейс Шаттлах», будуть замінені на модернізовані, і планується, що в цьому варіанті ракета здатна буде вивести на ННО 130 метричних тонн корисного навантаження. Ці модернізації дадуть змогу SLS доставляти астронавтів і обладнання в різних варіантах за ННО: на навколомісячну траєкторію як частину місії Exploration Mission 1 з Block 1, до астероїда біля Землі під час місії Exploration Mission 2 з Block 1B і до Марса з Block 2. Система космічних запусків запустить пілотований «Оріон» і сервісний модуль і буде здатна здійснювати місії до МКС. SLS буде використовувати наземні комплекси Космічного центру Кеннеді у Флориді.
Під час презентації Сенату і НАСА в вересні 2011 року, було оголошено, що розробка програми Системи Космічних Запусків оцінюється в $18 млрд до 2017 року. Витрати на ракету-носій складають $10 млрд, на «Оріон» $6 млрд і $2 млрд на модернізації запусків і наземних комплексів у Космічному центрі Кеннеді. Вартість програми станом на 2012 рік оцінюється в $35 млрд
Конструкція і розробка
14 вересня 2011 року НАСА оголосила про створення нової системи запусків, яка використовуватиметься у зв'язці з «Оріоном» і яка зможе відправити астронавтів далі, ніж будь-яка ракета до цього. Ця система буде наріжним каменем для подальших космічних досліджень США .
Планується розробити три версії ракети: Block 1, Block 1B та Block 2. Кожна версія матиме в основній частині чотири головні двигуни, проте Block 1B матиме більш потужний другий ступінь — Exploration Upper Stage, а Block 2 поєднає у своїй конструкції Exploration Upper Stage і модернізовані прискорювачі. Block 1 у базовій конструкції зможе виводити на низьку навколоземну орбіту (ННО) близько 70 метричних тонн, а Block 1B матиме вантажопідйомність 105 метричних тонн. Версія Block 2 зможе підіймати 130 метричних тонн, як і «Сатурн V». Деякі джерела повідомляють, що SLS стане найбільшою за вантажепідйомністю ракетою за весь час; хоча «Сатурн V» піднімав 140 метричних тонн на ННО в місії «Аполлон-17»The Congress of the United States. Congressional Budget Office, October 2006, pp. X,1,4,9. «The Apollo Saturn V launch vehicle had a lift capability of 140 metric tons to low Earth orbit.».
Під час розробки SLS різні конфігурації мають: Block 0 — три головних двигуни, варіант Block 1A матиме модернізовані прискорювачі замість другого ступеня, а Block 2 з 5 головними двигунами і різними варіантами другого ступеня, з трьома двигунами . У лютому 2015 року було повідомлено, що НАСА анонсувала модернізовану версію для конфігурацій Block 1 і Block 1B. 31 липня 2013 року SLS пройшла попередній конструкторський огляд. Огляд охопив усі аспекти конструкції SLS — не тільки ракету, а й прискорювачі, наземний комплекс. 7 серпня 2014 року SLS пройшла важливий етап, і вступила в етап повномасштабної розробки. Передбачався перший запуск ракети у листопаді 2018 року.
Опис
Основний ступінь Основний модуль матиме 8,4 м у діаметрі та комплектуватиметься чотирма двигунами RS-25 початкові польоти відбуватимуться на модернізованих двигунах RS-25D, які залишились від Спейс Шаттлів; Пізніше запуски будуть здійснюватись дешевшими версіями двигунів, не призначених для повторного використання. Конструкція основного ступеня складається з модернізованого паливного бака Спейс Шаттла (Shuttle External Tank) з адаптованою секцією в кормовій частині для приєднання Main Propulsion System (MPS) і верхня частина з перехідною частиною для приєднання інших варіантів конструкції. Основний ступінь буде виготовлятись на потужностях Michoud Assembly Facility.
Основний ступінь буде підтримувати всі варіанти подальшої модернізації SLS. Планувалось у конфігурації Block 0 використати три двигуни RS-25, цей блок був скасований, у зв'язку з необхідністю суттєвої переробки для більш потужних варіантів. Аналогічно з Block 2, на який планувалось встановити п'ять двигунів RS-25 на основному ступені, але пізніше було вирішено встановити чотири двигуни.
Ракетні прискорювачі
Твердопаливні ракетні прискорювачі Спейс Шаттла SLS у конфігурації Blocks 1 та 1B використовуватиме два п'ятисегментних Твердопаливних ракетних прискорювачі (ТРП), які базуються на чорирьохсегментних ракетних прискорювачах зі «Спейс Шаттла». Модифікації для SLS включають додавання центрального сегмента в прискорювач, нову авіоніку, і нову ізоляцію, яка на 860 кг легше ніж у прискорювачі шаттла. П'ятисегментний прискорювач матиме на 25 % більший імпульс ніж прискорювач з шаттла і не буде багаторазовим.
Компанія Orbital ATK завершила чотири повнорозмірні і тривалі статичні вогневі тести п'ятисегментного ТРП. Двигуни були протестовані вперше 10 вересня 2009 року: вдруге — 31 серпня 2010 року; і втретє 8 вересня 2011 року. Другі випробування двигуна охолодили рухову установку до 4 °C, треті нагріли її до 32 °C. Ці тести довели придатність до роботи в екстремальних умовах. Кваліфікаційні тести відбулись 10 березня 2015 року.
Вдосконалені прискорювачі
Для компонування Block 2 НАСА планує замінити п'ятисегментні твердопаливні прискорювачі на вдосконалені. Це відбудеться після розробки Exploration Upper Stage для конструкції Block 1B. Раніше планувалось розробити вдосконалені прискорювачі до модернізації другого ступеня; ця конфігурація була названа Block 1A. У 2012 році НАСА планувала вибрати ці нові прискорювачі на конкурсі, який буде проведений у 2015 році . Кілька компаній запропонували свої модернізовані прискорювачі: Компанія Aerojet разом з Teledyne Brown запропонувала прискорювач оснащений трьома двигунами AJ1E6, які будуть працювати на рідинному ракетному двигуні замкнутої схеми, використовуючи за паливо рідкий кисень/RP-1. Кожен AJ1E6 вироблятиме тягу в 4900 кН використовуючи один турбонасос для постачання палива до двох камер згоряння. 14 лютого 2013 року НАСА видала компанії Aerojet $23,3 млн і уклала 30 місячний контракт на будівництво 2400 кН інжектора і камери згоряння. Компанія АТК пропонує модернізовані прискорювачі під назвою «Темний лицар». Прискорювач буде виготовлений не зі сталі, а з композитного матеріалу, він також використовуватиме більш енергоємне паливо, і матиме чотири сегменти. Прискорювач вироблятиме тягу у 20 000 кН і важитиме близько 790 000 кг. Відповідно до звіту компанії АТК, модернізовані прискорювачі будуть на 40 % дорожчі, ніж прискорювачі з шаттла. Сумнівно, що SLS зможе доставити 130 тонн на ННО без додавання п'ятого двигуна до основного ступеня, аналіз у 2013 році дав змогу припустити, що максимальна вантажопідйомність ракети складе 113 тонн з чотирма двигунами основного ступеня. Компанії Pratt & Whitney Rocketdyne і Dynetics пропонують рідкопаливні прискорювачі під назвою «Pyrios». Прискорювачі будуть використовувати два двигуни F-1B, які разом вироблятимуть тягу в 16 000 кН, і здатні виробляти тривалу тягу мінімум у 12 000 кН. F-1B походить від двигуна F-1, який використовувався на Сатурні V. Двигун буде легший у збірці, у нього буде менша кількість частин і простіше збирання, забезпечуючи покращення ефективності тяги на 110 кН. Оцінка прискорювачів «Pyrios» станом на 2012 рік засвідчила, що при використанні в SLS варіанту Block 2 можливе виведення на ННО до 150 тонн корисного навантаження, це на 20 тонн більше ніж передбачалось базовою конструкцією.
Крістофер Крамблі, менеджер НАСА з відділу модернізацій SLS в січні 2013 року розповів щодо конкурсу: «F-1 має великі переваги, тому що це двигун з рідинним ракетним двигуном відкритого циклу і він має дуже просту конструкцію. Рідинний ракетний двигун замкнутої схеми з кисневим збагаченням компанії Aerojet має значні переваги через більший питомий імпульс. Російські ракети літають на збагаченому киснем паливі вже дуже тривалий час, і вони довели свою працездатність. Прискорювачі АТК можуть працювати.»
Подальші випробування засвідчили що конфігурація Block 1A матиме високе прискорення, яке буде невідповідним для «Оріона» і тому знадобиться дорога модернізація основної частини Block 1http://www.nasaspaceflight.com/2012/07/wind-tunnel-testing-sls-configurations-block-1b/. У 2014 році НАСА підтвердила розробку конфігурації Block 1B замість Block 1A і завершила конкурс . У лютому 2015 року було повідомлено, що SLS здійснить політ з п'ятисегментними прискорювачами не раніше 2020-х років і модернізації стартового майданчика 39B і мобільної пускової платформи для SLS.
Верхній ступінь
Interim Cryogenic Propulsion Stage SLS в компонуванні Block 1, який планується відправити у політ Exploration Mission 1 (EM-1) до листопада 2018 року, використовуватиме Interim Cryogenic Propulsion Stage (ICPS). Ступінь — це модифікована версія від п'ятиметрового другого ступеня Delta Cryogenic Second Stage (DCSS)Rosenberg, Zach. «Delta second stage chosen as SLS interim». Flight International, May 8, 2012., яка матиме один двигун RL10B-2. Block 1 матиме змогу піднімати 70 метричних тонн, однак ICPS вважатиметься частиною корисного навантаження і буде розміщений на початкові 1800 км -93 км суборбітальної траєкторії для забезпечення безпечного віддалення основного ступеня. ICPS буде працювати до досягнення апогею польоту, після чого відправить непілотований «Оріон» на навколомісячну орбіту.
Exploration Upper Stage Цей ступінь буде застосований під час місії Exploration Mission 2 (EM-2). Очікується, що він буде використовуватись у конфігурації Block 1B і Block 2 і як і основний ступінь матиме 8,4 м у діаметрі. Exploration Upper Stage буде оснащений чотирма двигунами RL10, і завершить підйомний етап SLS, після повторного включення двигунів відправить корисне навантаження в пункт призначення за ННО, схожу функцію виконував третій ступінь Сатурна-V, який використовував двигуни J-2 в ступені S-IVB.
Інші підйомні ступені другий ступінь, має двигун J-2X для використання в Block 2 SLS, НАСА вирішила покращити Block 1A замість Block 1B і EUS. Розробка двигуна для міжпланетного перельоту від Землі до орбіти Марса і назад почалась у 2013 році в космічному центрі Маршала. Акцент робився на розробку термоядерного ракетного двигунаhttp://www.space-travel.com/reports/NASA_Researchers_Studying_Advanced_Nuclear_Rocket_Technologies_999.html. Під час випробувань, було доведено, що цей двигун у два рази ефективніший за більшість хімічних ракетних двигунів, вони також швидше та можуть нести більше корисного навантаження. Час польоту був оцінений близько 3—4 місяців з ядерними двигунами, проти 8—9 місяців з хімічними ракетними двигунами , двигуни на ядерному паливі, значно зменшили би загрозу екіпажу від космічного випромінення . Ядерні ракетні двигуни, як-от з були обрані під час обговорення місії Mars Direct.