DIRECT & 木星ロケットファミリー
木星[ 1 ]
木星の共通コアステージにはシャトルの部品が使われていた
関数有人打ち上げロケット
原産国アメリカ合衆国
サイズ
身長70.9～92.3メートル（233～303フィート）
直径8.41メートル（27.6フィート）
質量2,061,689～2,177,650 kg (4,545,246～4,800,896 ポンド)
ステージ1.5または2
容量
LEOへのペイロード（185 km x 51.6°）
質量60,282 kg (132,899 ポンド) (ジュピター 130)
LEOへのペイロード（241 km x 29°）
質量91,670 kg (202,100 ポンド) (ジュピター 246)
関連ロケット
家族SDLV
比較可能国家発射システム
発売履歴
状態却下された提案
発射場LC-39B、ケネディ宇宙センター
乗客または貨物を運ぶオリオン有人探査機アルタイル月面アクセスモジュール
ブースター –シャトルRSRM
ブースターなし2
搭載1つの固体
最大推力12,868～13,977 kN（2,893,000～3,142,000 lbf）（海面 - 真空）
総推力25,737～27,955 kN（5,786,000～6,285,000 lbf）（海面 - 真空）
比推力237.0 - 269.1秒（海面 - 真空）
燃焼時間123.8秒
推進剤APCP / PBAN
第一段階（木星130） – 共通核段階
直径8.41メートル（27.6フィート）
搭載3 SSMEブロックII
最大推力5,235～6,550 kN（1,177,000～1,472,000 lbf）（海面真空、3基のエンジンを組み合わせ）
比推力361.4 - 452.2秒（海面 - 真空）
燃焼時間524.5秒
推進剤液体酸素/液体水素
第一段階（木星246） – 共通コア段階
直径8.41メートル（27.6フィート）
搭載4 SSMEブロックII
最大推力6,981～8,734 kN（1,569,000～1,963,000 lbf）（海面 - 真空）
比推力361.4（SL）452.2秒（海面 - 真空）
燃焼時間384.1秒
推進剤液体酸素/液体水素
第2段（ジュピター246） – 木星上段
直径8.41メートル（27.6フィート）
搭載6 RL10B-2
最大推力661 kN (149,000 lbf) (真空)
比推力459秒（真空）
燃焼時間609.9秒
推進剤液体酸素/液体水素
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DIRECTは、2000年代後半にNASAの宇宙探査ビジョンを支える超大型ロケットの代替アーキテクチャとして提案された。NASAが計画していたアレスIおよびアレスVロケットを、シャトル派生型ロケット「ジュピター」シリーズに置き換えるものだった。これは、地球周回軌道、月、火星での使用を目的としたオリオン宇宙船の開発を目指したコンステレーション計画で開発中だったアレスIおよびアレスVロケットの代替となることを目指していた。[ 2 ]

スペースシャトル計画のハードウェアと設備を可能な限り再利用することで、コスト削減、既存のハードウェアの経験、労働力の維持など、大きな利益が得られると予測されました。[ 2 ]

直接提案

DIRECT は、2000 年代後半に提案された、NASAの宇宙探査ビジョンをサポートする代替の超大型打ち上げロケットアーキテクチャであり、NASA が計画しているアレス Iおよびアレス Vロケットを、 「ジュピター」と呼ばれるシャトル派生型打ち上げロケット ファミリーに置き換えるものでした。

DIRECTは、NASAと宇宙産業のエンジニア数十名からなる大規模なチームを代表していると主張する宇宙愛好家グループによって提唱されました。彼らは、匿名かつボランティアとして、余暇を利用してこの提案に積極的に取り組んできました。2008年9月時点で、DIRECTチームは69名のメンバーで構成されており、[ 3 ]そのうち62名はNASAのエンジニア、NASAの契約エンジニア、そしてコンステレーション計画のマネージャーでした。チームに所属する少数のNASA以外のメンバーは、公にグループを代表していました。

プロジェクト名の「DIRECT」は、スペースシャトル計画（STS）で既に導入されているハードウェアと設備の再利用を最大限に高めるという理念、つまり「直接的な」移行を意味しています。DIRECTチームは、このアプローチを用いて高共通性ロケットファミリーを開発・運用することで、コスト削減、スペースシャトルの退役からオリオン初打ち上げまでの期間短縮、スケジュール短縮、そして将来の米国の有人宇宙活動における技術要件の簡素化が実現できると主張しました。

DIRECT提案は3つの主要なバージョンが発表され、最終バージョンであるバージョン3.0は2009年5月に発表されました。2009年6月17日、グループはワシントンDCで開催された米国の宇宙開発計画を検討する委員会である米国有人宇宙飛行計画検討委員会の公聴会で提案を発表しました[ 4 ]。

2010年10月11日、オバマ大統領がスペース・ローンチ・システムの大型ロケットの開発を義務付けるNASA認可法（S. 3729）に署名したことを受けて、DIRECTチームはその取り組みが成功したと宣言し解散した。[ 5 ]

木星ロケットファミリー

DIRECTとシャトルの共通点

DIRECTは、既存のスペースシャトルシステムを綿密に改良した、ジュピターと名付けられた単一の共通性が高いロケットファミリーの開発を提唱した。各ジュピター打ち上げ機は、既存のスペースシャトル外部燃料タンク（EXT）を忠実に再現したタンク構造からなる「共通コア段」を使用し、スペースシャトルと同様に標準的な4セグメントの固体ロケットブースター（SRB）を左右に2基搭載する。外部燃料タンクの底部には、スペースシャトル・オービターに搭載されている最大4基のスペースシャトル・メインエンジン（SSME）が取り付けられる。これらのエンジンは、使用済みの燃料タンクと共に軌道から離脱し、地球の大気圏で燃焼する。

乗組員は、 NASAが計画しているオリオン有人探査機（Orion Crew Exploration Vehicle）に搭乗し、打ち上げ機の上に打ち上げ中止システム（Launch Abort System）が設置される。貨物は、オリオン宇宙船の後方に積載されるか、貨物のみの打ち上げで単独で積載されるかに関わらず、ペイロードフェアリング（Payload Fairing）で覆われる。

木星には様々な構成が考えられたが、2009年5月に発表されたDIRECTバージョン3.0提案では、それぞれ70トンと110トンを超える荷物を低地球軌道に打ち上げることができるとされる木星130と木星246の2つが推奨された。[ 6 ]

提案されたミッションと可能なミッション

低軌道および無人科学ミッション

オリオン宇宙船がスペースシャトル・ペイロード・デリバリー・モジュール（SSPDM）をISSへ輸送中。ジュピター130ロケット1機にエアロック、アルファ磁気分光計、その他の貨物を搭載している。（想像図）

DIRECTは、ジュピター130の追加ペイロード能力により、オリオンの各乗組員が様々な追加貨物を運ぶことが可能になると主張した。これはアレスIでは不可能である。チームは提案の中で、ジュピターによって可能になるいくつかの追加ミッションを提案した。 [ 7 ]

DIRECTチームは、これらの追加の新ミッションは、NASAの現在の基準と比較してジュピターロケットファミリーの開発コストが削減されたため、計画・資金調達が可能であったと主張した。彼らは、提案された新ミッションとペイロードは、スペースシャトル計画に携わっていた多くの人々に有益な雇用をもたらす可能性があると示唆した。

月面ミッションの建築

NASAのコンステレーション計画のベースラインと同様に、直接月探査ミッションでは2回の打ち上げが行われます。1回目のジュピター246ロケットは、NASAが計画しているオリオン有人探査機（Orion Crew Exploration Vehicle）と、NASAが計画している月面アクセスモジュール（LSU）月着陸船に搭乗した乗組員を運びます。もう1回のジュピター246ロケットは、燃料を満載したジュピター上段（JUS）のみ搭載し、ペイロードは搭載していません。このJUSは地球離脱段（Earth Departure Stage）として機能します。2つの上段は低地球軌道で合流し、月探査機は使用済みのJUSから新しいJUSに乗り換えます。組み立てられたオリオン/アルタイル/JUSは、地球軌道を離れ、月へと向かいます。探査機は月周回軌道に入り、オリオンが月周回軌道に留まっている間に、乗組員全員がアルタイルに搭乗して月へと降り立ちます。

DIRECTは、2基のジュピター246ロケットが月周回軌道投入によって80.7トンの質量を送り出すことができると計算した。[ 9 ] これは、2008年9月時点で71.1トンの質量を運ぶことができると予測されていたアレスI/アレスVの同時打ち上げと比べても遜色ない数値である。 [ 10 ]

起源と歴史

1978年、モートン・チオコール社が提案したインライン・シャトル派生型打ち上げロケットの画像。タンクが塗装されているのがわかる。

DIRECTのジュピターロケットは、スペースシャトルをベースとした「直列型」の打ち上げロケットとなるはずでした。スペースシャトルの初打ち上げ以前から想定されていたこの広範な改造は、有翼のスペースシャトル・オービターを撤去し、液体燃料メインエンジンを極低温タンク（通常はシャトルの外部タンクから転用することが提案されています）の底部に移動し、ペイロードをタンク上部に再配置するものです。

この構想に関する最初の公式な研究は、スペースシャトル・チャレンジャー号の事故後の1986年、 NASAマーシャル宇宙飛行センターによって実施されました。[ 11 ]これは無人貨物打ち上げの代替案の一つとして推進され、月面計画の再開も可能になる可能性がありました。しかし、スペースシャトル計画が継続されている間、NASAには新しい宇宙船を建造するための資金がありませんでした。この構想は棚上げされ、NASAはスペースシャトルの修理と運用に集中することになりました。

DIRECTのアプローチは、1991年のナショナル・ローンチ・システム（NLS）構想と類似していた。NASAと国防総省がタイタンIVの代替案として共同で提案したこの設計は、タイタンIVと同じ固体ロケットブースターと改良型外部燃料タンクをベースとしていたが、再利用可能なスペースシャトルの主エンジンの代わりに、提案された使い捨てで安価な宇宙輸送主エンジン4基が採用された。米国議会はこの開発に資金を充当しなかった。NLSに関する参考資料は数多く公開されている。[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]

NASAの2005年の探査システムアーキテクチャ研究（ESAS）には、スペースシャトルのメインエンジン（SSME）3基を使用するDIRECT提案に類似した設計が含まれていました。有人打ち上げ形態ではLV-24、貨物搭載形態ではLV-25として知られていたこの構想は、提案された月面計画には十分な性能を備えていなかったため却下されました。ただし、地球離脱段（EDS）の使用は考慮されていませんでした。

DIRECTによるSDLV構想の再検討は、アレスIの高コストと遅延への不満、そして巨大なアレスVで同様の問題が発生した場合、コンステレーション計画全体が危機に瀕するのではないかという懸念から、2006年に始まりました。もう一つの目標は、スペースシャトルの退役後も、可能な限り短期間で宇宙飛行士を宇宙に打ち上げる能力を米国が維持することでした。

ダイレクト v1.0

DIRECTチームによると、DIRECT提案の最初のバージョンは、NASAのエンジニアとマネージャー12名以上が自由時間に取り組んだ3ヶ月間の研究、そしてNASA外のエンジニアと非エンジニアからなる少人数のグループによる研究の成果でした。DIRECTは、貨物LVの打ち上げ性能を向上させるために飛行の上昇段階でEDSを使用するというESASの最終勧告を採用し、この同じ手法をLV-24/25に適用しました。

DIRECT開発における次の変更は、NASAがスペースシャトルのメインエンジン（SSME）の製造コストの高さと、既存の製造設備では年間必要台数を生産することが困難であったため、アレスVの設計から外したことに対応したものであった。NASAはアレスVの中核エンジンとして5基のRS-68エンジンを指定した。DIRECTの提案では、その中核エンジンに2基のRS-68エンジンを含めることとされていた。低軌道へのペイロード輸送のための性能向上は、主エンジンに再生冷却ノズルを搭載して効率を向上させることで実現される予定であった。

バージョン 1.0 の提案は、2006 年 10 月 25 日に、NASA の長官Michael D. Griffin氏と、 Constellation プログラムに関与する幅広い業界、政治団体、支援団体に提出されました。

v1.0に対する批判

2006年後半、ESAS研究の責任者であるダグ・スタンリー博士は、DIRECT v1.0提案はRS-68 Regenエンジンのアップグレードに関する過度に楽観的で推測的な性能仕様に依存しているため、実現不可能であると宣言しました。スタンリー博士は、その主張の根拠として、ロケットダイン社が発行したRS-68 Regenアップグレードに関する 公式仕様を提示しました。

ダイレクト v2.0

DIRECT v2.0 Jupiter-232 構成の拡大図
Direct v2.0 では、既存の RS-68 エンジン設計の人間対応バージョンを使用することを提案しました。

2007年5月10日、改訂版DIRECT提案が発表されました。実用エンジンではなく研究に基づくエンジン開発への批判に対処するため、DIRECT v2.0では、既存のデルタIVロケットで使用されている標準性能RS-68を有人搭乗率に指定し、上段エンジンにはロケットダイン社がNASAのアレスロケット向けに開発していたJ-2Xエンジンの2つの仕様のうち低い方を選択しました。DIRECT v2.0では、ジュピター120とジュピター232を皮切りに、スケーラブルでモジュール式のシャトル由来のロケットファミリーが導入されました。

提案によれば、単段式のジュピター120は標準的なアブレーション式RS-68エンジン2基で低地球軌道に到達できるが、より重量のある二段式のジュピター232のコア段には追加のRS-68エンジンが必要となった。ジュピター232の地球離脱段には、従来のJ-2Xエンジン1基ではなく、標準的なJ-2Xエンジン2基が必要となった。[ 16 ]

DIRECTチームは、131ページに及ぶDIRECT v2.0探査アーキテクチャ研究を作成し、2007年9月19日にカリフォルニア州ロングビーチで開催されたAIAA「Space 2007」会議で発表しました。同チームによると、この論文は9ヶ月間の研究期間を経て作成されました。この論文では、打ち上げロケットが、米国が国際宇宙ステーション（ISS）の維持管理、月探査ミッションの実施、そしてNASAの有人宇宙飛行プログラムへの追加機能の提供を可能にする、より広範なアーキテクチャの一要素となる方法について詳細に説明されていました。これらの機能には、火星探査ミッション、ラグランジュ点ステージングアーキテクチャの選択肢、そして地球近傍天体への訪問ミッションアーキテクチャが含まれていました。[ 17 ]

v2.0に対する批判と反論

2008年6月、NASAマーシャル宇宙飛行センター所長のデビッド・キングは、 NASAはDIRECTをはじめとした多くのロケット提案を検討してきたが、アレス・ファミリーこそが今回のミッションに最適なロケットだと述べた。[ 18 ]「DIRECT v2.0は、コンステレーション計画の基本ルールに具体的に定められた探査ミッションの月着陸船の性能要件を大きく下回っている。また、このコンセプトは、今後10年間の国際宇宙ステーションへの初期ミッションの要件も上回っている。これらの欠点は、長期的には能力不足で高価な打ち上げシステムを急いで開発する必要性を生じさせ、スペースシャトルの退役から新型機の開発までの期間を実際に拡大させることになる。さらに重要なのは、アレス方式では乗組員の安全性にはるかに余裕があることであり、これはNASAが宇宙で行うあらゆるミッションにとって最も重要である。

2008年7月、NASAがDIRECTに関する特別な研究は行っていないと発表した後、同宇宙機関は2006年と2007年に実施された内部調査の一部を公開した。[ 11 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] それから約1年後の2009年5月18日、DIRECTチームはNASAの主張に対する反論を発表し、「DIRECTの評価には重大な欠陥があった」ため、2007年10月の分析は役に立たなかったと結論付けた。[ 22 ] [ 23 ]

ダイレクト v3.0

DIRECT v3.0 Jupiter-130 構成の拡大図
開発時間とコストを節約するために、Direct v3.0 では、すでに有人飛行が可能な「既製」のスペース シャトル メイン エンジンを使用することを提案しました。

2009年5月29日、DIRECT広報担当スティーブン・メッチャン氏はフロリダ州オーランドで開催された第28回国際宇宙開発会議で、「Direct 3.0: 半分のコストで2倍の質量の月面着陸」と題するプレゼンテーションを行った。[ 24 ] 2009年4月、NASAがスペースシャトルのメインエンジン（SSME）と、当初アレスVに計画されていたRS-68エンジンの使用を比較したトレードオフ調査を受けて、DIRECTチームは将来のDIRECT提案ではコアステージエンジンとしてSSMEを推奨すると発表した。[ 25 ]このエンジン変更は、アブレーション冷却式のRS-68が、スペースシャトルSRBの近くの排気煙によって発生する高熱に耐えられないのではないか という懸念によるものである。DIRECTは、再生冷却式のSSMEの高コストは、RS-68を有人着陸させないことで節約できる時間と費用によって相殺されると主張している。同様に、上段については、DIRECT チームは飛行実証済みのRL10B-2エンジンを 6 基使用することを推奨しました。

2009年5月、科学技術政策局は、ノーマン・R・オーガスティンを委員長とする米国有人宇宙飛行計画見直し委員会を発表した。[ 26 ] 2009年6月17日、チームメンバーのスティーブン・メッチャンは、次期オバマ政権に独立した助言を提供するために結成された同委員会に、DIRECT v3.0のコンセプトを提示した。[ 4 ] [ 27 ]委員会の最終報告書では、DIRECTとコンステレーション計画を直接比較することはなかったが、シャトル由来の打ち上げ機を使用できる予算、スケジュール、ミッションの組み合わせを提示した。[ 28 ] [ 29 ]

2010年1月19日、NASAがDIRECTのような直列型ロケットを提案するという噂が流れる中、DIRECTチームはNASA長官チャールズ・F・ボールデン・ジュニアが招集した会議で、NASA探査システムミッション局次長ダグラス・クックとNASA宇宙運用局次長ウィリアム・H・ガーステンマイヤーにプレゼンテーションを行った。 [ 30 ]

統合アプローチ - 既存の施設を再利用

ペガサス船は、ルイジアナ州ミショー組立施設からフロリダ州ケネディ宇宙センターのVehicle Assembly Building（VBS）へ、スペースシャトルの外部燃料タンクを輸送しました。DIRECT社は、この既存の船を使用して、ミショーから計画中の同様の燃料タンクを輸送する予定です。

DIRECTチームによると、多くのNASAの技術者や管理者がこの構想を支持し、NASAの現在のコンステレーション計画とのコスト分析比較や、ミショー組立施設の外部燃料タンクの既存製造施設や現在ケネディ宇宙センターにあるさまざまな打ち上げ処理施設に関するデータなどの支援施設の詳細な一連の評価を完了した。DIRECTは、既存の施設に大幅な改修と交換を必要とした アレスIおよびアレスVロケットとは対照的に、最小限の改修で既存施設のほぼすべてを再利用することを提案した。

DIRECTのコアステージは、アレスVの10.06メートル（33.0フィート）と比較して、シャトルの外部燃料タンクの既存の8.41メートル（27.6フィート）の直径のままでした。DIRECTチームは、コアステージの直径を大きくしないことで、ミショー組立施設の既存の外部燃料タンク製造ツール、ミショーからケネディ宇宙センターに燃料タンクを輸送するために使用する既存のペガサス船、ロケット組立棟の既存の作業プラットフォーム、既存の移動式発射プラットフォームとクローラー式輸送機、および発射施設39の既存の固定サービス構造物と炎の溝の構造の一部を、大きな変更なしで使用できると主張しました。

NASAのアレスの後継機となったスペース・ローンチ・システムは、スペースシャトルの燃料タンクの直径8.41メートル（27.6フィート）を維持した。[ 31 ]

Ares I/Ares VのコストとスケジュールとDIRECTとの比較

アレスI/Vの費用

アレスIとアレスVのアーキテクチャに対する最も強いプログラム上の批判の一つは、2つの新しいロケットの開発と2つの同時プログラムの運用にかかるコストの高さでした。コストに関する懸念は、GAOの議会報告書[ 32 ]にも記載されており、アレスIの開発費用だけでも最大144億ドルに達すると予想されていました。元NASA長官のマイケル・D・グリフィンは、2つのアレスロケットの開発費用は合計320億ドルになると確認しており、アレスVの開発費用はアレスIよりも高額になることを示唆しています。

アレスIスケジュール

アレス1号の計画は、新たな月探査計画の開始以来、幾度かの遅延を経験した。探査システムアーキテクチャ調査（ESAS）報告書における当初の意図は、2010年のスペースシャトル退役後、2011年半ばには有人飛行を実施することだった。その後のNASAの公式スケジュールでは、アレス1号とオリオン（オリオン2号）による最初の有人飛行は2015年3月に実施されるという確度が65%とされていた。 [ 33 ]

アレスI開発における重要な活動の一つは、 J-2X上段エンジンと5段式SRBのスケジュール調整であった。技術者たちは推力振動とオリオンとアレスIの統合について懸念を抱いていた。2008年、ロッキード・マーティンはNASAに対し、オリオン有人カプセルとの統合リスクを解消するため、アレスIの再設計を要請した。プログラムエンジニアによると、アレスIXの打ち上げとアレスIの静的試験発射を組み合わせた試験結果から、推力振動は重大な問題ではないことが示された。[ 34 ]

アレスとの直接的な比較

DIRECTは、最初のオリオンを飛ばすためにアレスI用の5セグメントSRBとJ-2X上段エンジンを開発する必要があったことが、スケジュールの遅延と比較的高い開発コストの直接的な原因であると主張した。アレスIには、ミショー組立施設とケネディ宇宙センターの打ち上げ施設での全面的な新規製造も必要となる。対照的に、DIRECTは、既存の4セグメントの完全有人対応スペースシャトル固体ロケットブースターとスペースシャトル主エンジンを再利用する提案をした。DIRECTはまた、既存のスペースシャトル外部燃料タンクの改良型を製造するために、既存の製造を再利用する提案をした。打ち上げを可能にするためにケネディ宇宙センターで必要な改造は中程度である。DIRECTの単一の打ち上げロケットの提案は、予算の制約によりアレスVロケットがキャンセルされる可能性に関連するプログラムのリスクを取り除くことを目的としていた。

DIRECTは、同社のジュピターロケットは、第一世代のジュピター130ロケットにJ-2Xを必要とせず、5セグメントSRBを必要とせず、60トン以上の打ち上げ性能を提供し、オリオン設計の重量問題を改善することで、アレスIの遅延を回避できると主張した。

DIRECTはまた、ジュピターロケットファミリーが単一のロケットファミリープログラムとなるため、アレスVブースターの並行開発を回避することで費用を節約できると主張した。同グループは、アレスVで節約された資金を、オリオン、ジュピター130、打ち上げ施設の改修、そして関連システムの開発を加速するために再利用することを提案した。多額の資金投入により、これらすべての要素のスケジュールを大幅に短縮し、2013年までにオリオン/ジュピター130システムの完全運用能力を実現し、6人乗りのクルーローテーションとISSへの貨物輸送を行うことができるようになると予想された。

コスト削減と有人宇宙飛行のギャップ

支持者たちは、DIRECT提案によってNASAは、計画されていたアレスIおよびアレスVよりも迅速かつ安全に、低コストで宇宙探査ビジョンの任務を遂行できると主張した。また、よりシンプルなアプローチにより新規開発の労力が削減されるため、プログラム上のリスクも低減できる。支持者たちは、DIRECT提案によってNASAは、打ち上げロケットの開発と運用以外のプログラムへの資金提供を継続するのに十分な資金を提供できるとも述べた。これには、 2009年の時点で2016年に終了する予定だった国際宇宙ステーションへの参加延長も含まれる。DIRECT提案ではまた、NASAがDIRECT提案によるコスト削減分をVSEの月帰還スケジュールの加速や、ハッブル宇宙望遠鏡の整備ミッションなど他のミッションの実施に充てることができるとも示唆されていた。これらの主張とは対照的に、NASAのSTSプログラム担当シニアマネージャーであるジョン・シャノンは、DIRECT提案は木星ロケットファミリーのコストを過小評価していると考えていると述べた。[ 35 ]

軌道組立手順

DIRECT提案では、提案されていたコンステレーション計画よりも多くの軌道組立てステップが必要であった。コンステレーションでは、アレスIとアレスVが低地球軌道でランデブーした後、アレスIのオリオン有人探査機（約22トン[ 36 ]）が反転して、アレスV地球離脱段に接続されたままのアルタイル月着陸船（約44トン[ 37 ]）とドッキングする。DIRECTの場合、オリオンとアルタイルの合計質量はジュピター130の積載量を超えてしまう。オリオンとともにジュピター130が打ち上げられ、アルタイルとともにジュピター246が打ち上げられた場合、アルタイルを搭載したジュピター上段（JUS）ではアルタイル/オリオンを地球軌道外に押し出すための推進剤が不足する。したがって、DIRECTのベースラインでは、2機のJupiter-246を打ち上げ、1機には燃料が部分的に充填された（75 t）JUSにオリオン/アルタイルを搭載し、もう1機には燃料が満載の（175 t）JUSのみを搭載することになっていた。[ 9 ]軌道ランデブー後、オリオンはアポロ計画やコンステレーション計画 と同様に反転してアルタイルと再ドッキングする。しかし、DIRECTでは、オリオンの乗組員はオリオン/アルタイルを最初のJUSから切り離し、アルタイルを2番目のJUSにドッキングさせる必要がある。2番目のJUSには、地球離脱段として機能するのに十分な燃料が残っている。最初のJUSは低地球軌道で廃棄され、2番目のJUSは地球離脱時の燃焼後に廃棄される。

木星上層質量

木星上段（JUS）の質量と推進剤容量の比率は現実的であるとみなされてきた。上段の質量は最小限に抑えることが望ましいが、オリオン宇宙船とアルタイル宇宙船を地球周回軌道から離脱させるには十分な推進剤を搭載できる大きさが必要であった。DIRECT v3.0 JUSは、推計質量11.3トン、推進剤容量175.5トンであった。DIRECTは、セントールシリーズの上段の設計を継承していると主張しつつも、新素材、新溶接技術、そして液体酸素タンクと液体水素タンクを隔てる共通隔壁によって、低段質量を実現していると具体的に指摘した。ユナイテッド・ローンチ・アライアンスのバーナード・クッターは、さらに革新的なDIRECT v2.0 JUSの設計について、「…非常に合理的だ。保守的とさえ言える」と評した。[ 38 ]

積載容量

NASAによれば、アレスVの低地球軌道へのペイロード容量は188,000kgだった。これは、LEOに約120,000kgを打ち上げると主張されていた最大の木星ロケット（5セグメントSRBSを備えたジュピター246ヘビー）よりも大きかった。[ 39 ]潜在的な火星ミッションでは、アレスVの代わりにジュピターを使用すると、ミッションごとにより多くの打ち上げが必要になり、ミッションモジュールをより多くの異なる部分に分割する必要がある。しかし、2007年に完成したNASAの設計基準ミッション5.0では、6回の別々のアレスVの打ち上げによる火星ミッションで、直径10メートル以上のシュラウドを備えた125メートルトン以上の打ち上げロケットのみを必要とした。木星ロケットは、容積要件を満たしながら、LEOへのペイロードがわずかに不足するだけで設計基準ミッションの要件を満たす

ジュピターロケットはアレスVよりも高さが低いため、非常に長いペイロードフェアリングが可能になり、その結果、背の高いアレスVよりも大きな内部容積が得られることになるが、ケネディ宇宙センターの宇宙船組立棟の高さ制限による制約にすぐに直面することになる。

変種

ジュピターには多くの構成が計画されていたが、2009年5月のDIRECTバージョン3.0提案では、ジュピター130とジュピター246の2つが推奨されており、それぞれ60トンと90トン（貨物バージョンでは70トンと110トン）を超える荷物を低地球軌道に打ち上げることができるとされている。[ 1 ]

木星130

DIRECT v3.0 Jupiter-130 構成の拡大図

DIRECTは、開発プログラム開始から4年以内に運用開始することを目標に、ジュピター130を最初の構成として開発することを提案した。ジュピター130は、木星の共通コア段からSSME（超音速推進系）1基を取り外し、上段は搭載せず、上部にペイロードフェアリングを搭載する構成だった。「130」は、極低温段1基、主エンジン3基、上段エンジン0基を意味する。最初の打ち上げでは、乗組員を交代させ、当時 ソユーズロケットが担っていた国際宇宙ステーションへの貨物輸送を行う予定だった。

DIRECTの計算によると、ジュピター130は、60トンから70トン以上の貨物、または貨物と乗組員を、さまざまな円形および楕円形の傾斜した低地球軌道に運ぶことができたはずでした。[ 1 ] 提案されたオリオン宇宙船と乗組員の質量を差し引くと（ミッションに応じて18〜22トン[ 40 ]）、残りはスペースシャトルの約25トンの貨物容量や、オリオン宇宙船以外のアレスIの容量の不足と比較しても遜色ありませんでした。

木星246

ジュピター246は、共通コア段にスペースシャトル主エンジン（SSME）4基を搭載し、上段は非公式にジュピター上段（JUS）と呼ばれていました。ジュピター246は上段にRL10B-2エンジン6基を搭載する予定でした。「246」は、2つの極低温段、4つの主エンジン、そして6つの上段エンジンを表しています。ジュピター246の主な役割は、より重い貨物の打ち上げと、月探査ミッションのための乗組員と貨物の打ち上げです。

木星241

ジュピター241は、共通コア段に4基のSSME（超音速推進剤）を搭載し、第2段も搭載されますが、技術が実現すれば、RL-10B-2エンジン6基ではなくJ-2Xエンジン1基を搭載します。「241」は、2基の極低温段、4基の主エンジン、そして1基の第2段エンジンを意味します。その用途はジュピター246と同じです。

木星上層

ジュピター246は、元々エンジン3基分の容量だった推進剤タンクに4基のSSMEを搭載する予定だったため、コアステージの推進剤は低地球軌道に到達する前に使い果たされ、大容量の上段ステージでペイロードを軌道に乗せることになる。上段ステージの推進剤を部分的に75トン搭載した状態で打ち上げられたジュピター246は、84トン以上の乗組員と貨物を、高度241km（130海里）、傾斜29度で円形軌道に乗せることができる。[ 41 ] 乗組員やペイロードを載せずに打ち上げられた場合、同じ75トンの推進剤で、同じ軌道にさらに100トンの推進剤を乗せることができる。[ 42 ] JUSの総容量は約175トンになる予定だった。 JUS が地球離脱段階として機能する月面ミッションの場合、175 t の推進剤を満載して打ち上げられ、そのうち 75 t が低地球軌道の達成に消費され、残りの 100 t が地球離脱時の燃焼に利用できるようになります。

既存のハードウェアを可能な限り活用するというDIRECT v3.0のテーマに沿って、DIRECTはJUSのエンジンとして実績のあるRL10エンジンファミリーを提案しています。しかし、DIRECTは、以前Ares IおよびAres Vの上段ロケット用に開発中だったJ-2Xエンジンが、上段ロケットとして同等の性能を発揮すると予想していました。

設計上の考慮事項

既存のエンジンの使用

DIRECT提案の主な目標の一つは、より短期間で新型大型ロケットを開発することです。DIRECTプロジェクトが2006年に開始された当時、スペースシャトルの運用期間はあと4年程度と見込まれていました。DIRECTは、スペースシャトルと同じ4セグメントの固体ロケットブースター（SRB）をそのまま使用し、コンステレーション計画で既に進行中のRS-68主エンジンとJ-2X上段エンジンの開発成果を活用することが計画されていました。

しかし2009年までに、アブレーション冷却方式のRS-68エンジンは、近くのSRBからの高熱に耐えられないのではないかという懸念が浮上しました。この懸念と、スペースシャトルの退役が差し迫っていたことを踏まえ、DIRECT v3.0提案では、より高価な再生冷却式の再利用可能なスペースシャトル主エンジン（SSME）を使い捨てとして使用することが提案されました。コアタンク構造の底部に取り付けられた3基または4基のSSMEは、タンクと共に地球の大気圏に廃棄されます。低軌道を超えるミッションでは、木星の上段ロケットにプラット・アンド・ホイットニーRL10 B-2エンジン6基が使用されることになりました。

NASAが提案したアレスIロケットは、打ち上げ前に、スペースシャトルSRBの改良型5段式と、サターンVで使用されたJ-2エンジンを改良したJ-2X上段エンジンの両方を必要としていました。提案されたジュピターファミリーは、現在利用可能なエンジンで打ち上げられ、より強力なSRBとJ-2X上段エンジンが利用可能になった場合には、それらにアップグレードすることができました。

乗組員の安全

DIRECTは、NASAの有人宇宙船オリオンの継続的な開発と運用、特に打ち上げ中止システム（LAS）の継続を構想していました。緊急事態が発生した場合、LASはNASAのアレスIと同様に、有人カプセルを安全な場所まで引き寄せます。しかし、DIRECTチームは、ジュピター130の打ち上げ能力（アレスIの25トンに対して64トン）が、オリオンの乗組員安全能力を当初の計画よりも高めることを可能にすると主張しました。

国際宇宙ステーション（ISS）への有人飛行について、DIRECT社は、ジュピターの追加の揚力容量により、オリオン宇宙船の下部に搭載された別モジュールに大量の貨物を積載できると述べた。軌道到達後、オリオンはこのモジュールにドッキングし、ISSまで輸送する。一方、アレスIはオリオン宇宙船のみをISSに輸送できる。DIRECT社は、ジュピターでオリオンと別モジュールのペイロードを飛行させることで、2003年のスペースシャトル・コロンビア号の事故後に発生した貨物と乗組員を別々に飛行させることに関する安全上の懸念は解消されると主張した。なぜなら、打ち上げ中止の場合でも、オリオンカプセルは打ち上げ機および貨物から分離できるからである。

ジュピター対アレスI

DIRECT チームは、Jupiter-130 が Ares I よりも安全であると主張するいくつかの特別な機能を挙げました。

ジュピターの設計では、スペースシャトルで実証済みの方法、すなわちSRBを内部構造部材を介してタンクに取り付ける方法が再利用される。DIRECT社によると、これにより大型固体ロケットに特有の「推力振動」効果による機体の深刻な振動を回避できるという。この効果はアレスIにおいて懸念事項となった。[ 43 ]

スペースシャトルと同様に、ジュピター130の液体燃料メインエンジンは地上で点火され、SRBの点火と打ち上げ前に迅速な点検を受ける。打ち上げ開始前に始動シーケンスの問題を検出でき、機体の準備作業はSRBの燃焼と分離のみとなる。一方、アレスIの打ち上げでは、SRB1段の即時点火が行われ、その後、極低温の2段目高度での準備作業と点火が必要となる。段階的準備は一般的な打ち上げロケットの手法であるが、特に有人飛行においては、安全性、リスク、信頼性に関する懸念が生じる。（上段を備えた大型のジュピター246には、通常、このリスクが伴う。）

DIRECTチームは、複数のメインエンジンを搭載したJupiter-130と-246は、エンジンが停止した場合でも軌道に到達できると主張しました。

ジュピター構想では、有人オリオン宇宙船は大型の空力フェアリングによって支えられる。この配置により、オリオンはアレスIに比べて、推進剤を充填したステージから少なくとも10メートル（33フィート）離れることになる。DIRECTは、これが爆発する宇宙船と乗組員の間に貴重な「緩衝空間」を提供すると主張した。

ジュピター130の想定される打ち上げ能力により、オリオン宇宙船下部のペイロードフェアリング内に保護ハードウェアを搭載することが可能になる可能性がある。DIRECTは、宇宙船と下部ステージの間に炭化ホウ素とケブラー製の軽量シールドを搭載し、宇宙船の爆発による破片やその他の破片から乗組員を保護することを想定している。

参照

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プレゼンテーション

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