アレスI

アレスIは、かつてアメリカ航空宇宙局（NASA）が推進していたコンステレーション計画の中で、宇宙飛行士を地球低軌道へ運ぶ役割を担うはずだった使い捨て型のロケットです。ギリシャ神話の軍神アレス（ローマ神話のマルス）からその名がつけられました。計画の途中で開発が中止されたため、実際に運用されることはありませんでした。計画初期には「人員打ち上げ機（Crew Launch Vehicle: CLV）」とも呼ばれていました。

コンステレーション計画における位置付け

コンステレーション計画において、アレスIは主にオリオン宇宙船に搭乗する乗員を地球低軌道へ送り出すためのロケットとして設計されていました。オリオン宇宙船は、国際宇宙ステーション（ISS）への人員輸送や、将来的な月、さらには火星への有人探査を目指したカプセル型の宇宙船で、アポロ計画で使用された宇宙船のコンセプトを受け継ぐものでした。
一方、コンステレーション計画では、より大きな貨物輸送を目的としたアレスV（CaLV）という別のロケットも並行して開発が進められていました。アレスVは、月着陸機であるアルタイルを地球低軌道に投入することを主な目的としていました。従来のスペースシャトルが人員と貨物を同一の機体で輸送していたのに対し、コンステレーション計画ではアレスIとアレスVという二つの異なるロケットを用いることで、それぞれの目的に最適化された設計と運用を目指していました。

設計

アレスIは全長約94メートル、直径約5.5メートルの2段式ロケットとして構想されました。低軌道へは約25トンのペイロードを運ぶ能力を持つ予定でした。開発は中止されましたが、ケネディ宇宙センターのLC-39B発射台からの打ち上げが計画されていました。技術実証機であるアレスI-Xの打ち上げは、2009年10月28日（現地時間）に実施されています。

第1段

第1段は、スペースシャトルの固体燃料ブースター（SRB）を基に改良・強化された固体ロケットモーターです。シャトルSRBが4つのセグメントで構成されていたのに対し、アレスIの第1段は推進剤をより多く積むために5つ目のセグメントが追加されました。この5セグメント化により、標準的な4セグメントの場合と比べて推力が増し、より長時間燃焼して高い軌道に到達することが可能になる予定でした。また、シャトルSRBに備わっていた外部燃料タンクとの接続点や、パラシュートなどの回収機材は削除されました。代わりに、上段の液体燃料ロケットと接続するための新しい前方アダプターが設けられ、ここには第1段を分離・回収するための固体燃料分離モーターが装備される設計でした。製造はATKチオコール社が担当する予定でした。

第2段

第2段は、液体水素と液体酸素を推進剤とするJ-2Xロケットエンジンを使用する設計でした。このJ-2Xエンジンは、アポロ計画でサターンIBやサターンVロケットに使用されたJ-2エンジンを改良・発展させたものです。2007年7月、NASAはロケットダイン社をJ-2Xエンジンの試験契約者として選定しました。
当初、NASAはスペースシャトルの主エンジン（SSME）を第2段に使用することも検討しましたが、SSMEは1台あたり5500万～6000万米ドルと高価であること、また、大気中でも真空中でも始動できるよう大幅な改修が必要であることから見送られました。アレスIの上段は使い捨てであるため、コストを抑えられ、かつ最初から高々度での始動に適したJ-2Xエンジン（価格約2000万米ドル）の採用が決定しました。
第2段の構造自体は完全に新規に開発されるものでしたが、初期設計ではシャトル外部燃料タンクの内部構造を参考に、推進剤タンク間を「インタータンク」で分離する方式が考えられていました。しかし、重量削減のため、アポロ時代のサターンロケットに見られたような、タンク間に共通の隔壁を用いる設計に変更されました。この共通隔壁設計では、推進剤総量が約135トンとなり、推進剤増加分が上段の初期加速を若干低下させる影響があることも指摘されていました。
上段の上部にはオリオン宇宙船と接続するための機構が設けられ、下部にはサターンIBやサターンVと同様のロール制御用スラスターが備えられ、飛行中の機体の姿勢制御を行う計画でした。また、低温推進剤タンクを外部の熱から保護するための断熱材には、スペースシャトル外部燃料タンクで使われていた吹き付け成型断熱材が唯一、シャトル外部タンクから流用される予定でした。アレスI上段の主契約者にはボーイング社が選定され、かつてサターンVやシャトル外部タンクを製造したNASAミーシュー組立工場での製造が計画されていました。

設計の歴史と開発状況

2004年の「宇宙探検の展望」提唱後、NASAは探査システム構成検討を進め、シャトル派生の打ち上げシステム案をアレスIとして選択しました。初期案は4セグメントSRBとSSMEの組み合わせでしたが、オリオン宇宙船の重量増加を受けて設計変更が必要となり、2006年1月には5セグメントSRBとJ-2Xエンジンの組み合わせに変更されました。J-2Xはコストや高々度始動能力の点でSSMEより有利と判断されたためです。ATKが第1段、ボーイングが上段、ロケットダインがJ-2Xエンジンの主要契約者として選ばれました。
2007年1月、アレスIはシステム要求審査を完了し、設計作業における最初の大きな節目を迎えました。この審査では、アレスIがコンステレーション計画の要求を満たしていることが確認されました。同時に、前述のタンク構造変更（共通隔壁の採用）も発表されました。計画では、2007年中に計画要求を洗練し、2008年以降に本格的な設計・開発を開始、2011年の初打ち上げを目指すスケジュールでした。

批判と議論

提案されたアレスI計画は、複数の点から批判や懸念の声が上がりました。まず、25トン級のペイロード能力を持つロケットとしては、すでにデルタIVヘビーのような既存の機体が存在しており、そちらを改良する方が開発費や時間、実績面で有利ではないかという意見がありました。これに対し、NASAはアレスIが既存ロケット設計よりも高い安全性を実現できると反論しました。
次に、5セグメントSRBの開発に多額の費用がかかることが指摘され、シャトル派生によるコスト削減メリットが薄れる、もはや「シャトル派生」と呼べない新規開発に近い状態ではないか、という批判もありました。さらに、空力安定性の問題も指摘されました。背が高く細い「スティック型」形状のため、飛行中に空力的に不安定になりやすく、機体を制御するためには第1段の推力偏向システムに大きな負荷がかかる可能性が懸念されました。NASAは風洞実験などでこの問題への対応を進めていました。また、開発の遅延が予測され、シャトル運用終了後からアレスIの初打ち上げまで（当初2011年、後に2015年と予想された）の空白期間が生じる懸念も大きくなりました。加えて、乗員輸送機として、出力制御が難しい固体燃料ロケットを主推進段として用いることへの安全性の不安も一部で指摘されました。
一方で、アレスIの支持者たちは、この計画がスペースシャトルに関わってきた技術者チームの雇用を維持し、より大型のアレスV開発に必要な技術要素（5セグメントSRBやJ-2Xエンジンなど）を先行して開発・実証する上で不可欠であると主張しました。しかし、開発遅延や予算超過への懸念は払拭されないままとなりました。

最終的に、2010年にコンステレーション計画自体が中止されたことに伴い、アレスIの開発も中断され、計画は実現しませんでした。その後のNASAの有人宇宙飛行計画は、スペース・ローンチ・システム（SLS）の開発へと引き継がれていくことになります。

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