Saturn V

Saturn V
Saturnul V care a lansat Apollo 17
informație
Funcţie	Aruncator greu
Producător	Boeing Aviația nord-americană Douglas
Tara de origine	Statele Unite
Costul pe lansare	6.417 miliarde USD (1964-73)
Dimensiuni
Înălţime	110,6 m (363 ft)
Diametru	10,1 m (33 ft)
Masa	2 970 t (6 540 000 lb)
Stadioane	3
Capacitate
Sarcina utilă către orbita pământului joasă	140 t (310.000 lb)
Sarcina utilă către Injecție trans lunară	48,6 t (107 100 lb)
Istoria lansărilor
Stat	Retras
Lansarea bazelor	Complexul de lansare Kennedy Space Center 39
Lansări totale	13
Succesele	12
Falimentele	0
Falimente parțiale	1 ( Apollo 6 )
Zbor inaugural	9 noiembrie 1967
Zbor final	14 mai 1973
Primul satelit	Apollo 4
Încărcături semnificative	Apollo CSM LEM Skylab
Etapa 1 - S-IC
Grupuri de propulsie	5 F-1
Împingere	34 020 kN (7 648 000 lbf (la nivelul mării) )
Impuls specific	263 s (la nivelul mării)
Timpul de aprindere	165 s
Propulsor	RP-1 / LOX
Etapa a II-a - S-II
Grupuri de propulsie	5 J-2
Împingere	4.400 kN (1 000 000 lbf (gol) )
Impuls specific	421 s (gol)
Timpul de aprindere	360 s
Propulsor	LH2 / LOX
Etapa a 3-a - S-IVB
Grupuri de propulsie	1 J-2
Împingere	1 000 kN (225 000 lbf (gol) )
Impuls specific	421 s (gol)
Timpul de aprindere	165 + 335 s ( TLI )
Editați datele pe Wikidata · Manual

Saturn V este o rachetă cu mai multe etape , cu propulsor lichid , neutilizabilă , utilizată de NASA în programele Apollo și Skylab . Este cel mai mare model fizic produs vreodată din familia de rachete Saturn dezvoltat sub conducerea lui Wernher von Braun și Arthur Rudolph la Centrul de zbor spațial Marshall .

În total, 13 versiuni Saturn au fost lansate între 1967 și 1973 și toate lansările s-au încheiat cu succes. Principala sarcină pentru care au fost folosite aceste rachete a fost seria de misiuni Apollo care a permis 12 astronauți să aterizeze pe Lună ; era singurul mijloc capabil să-l aducă pe om în alt corp ceresc.

Toate Saturn Vs au fost lansate din complexul de lansare 39 construit special la Centrul Spațial John F. Kennedy . Controlul misiunii a fost transferat la Johnson Space Center din Houston, Texas imediat ce racheta a părăsit platforma de lansare.

Context istoric

La începutul anilor șaizeci, Uniunea Sovietică a atins mai multe repere în sectorul spațial înainte de Statele Unite : mai presus de toate lansarea primului satelit artificial Sputnik 1 în 1957 și primul zbor uman în spațiu cu Jurij Gagarin în 1961 . Următoarea etapă, care ar permite celor care au atins-o să fie văzută de restul lumii ca un lider în sectorul spațial, a fost realizarea Lunii de către un om. Saturn V a fost racheta cu care Statele Unite au decis să lanseze cursa spațială .

La 25 mai 1961 , președintele John F. Kennedy a anunțat la o sesiune specială a Congresului că Statele Unite vor fi angajate în scopul de a pune un om pe Lună înainte de sfârșitul deceniului ^{[1] [2] [3]} .

Saturn V aduce misiunea Apollo 15 pe orbită

La acea vreme, singura experiență americană în zborul spațial uman a fost zborul suborbital al lui Alan Shepard în misiunea Mercury 7 . Nicio rachetă deținută de SUA nu a fost capabilă să trimită o navă spațială pe Lună. Racheta Saturn I era încă în curs de dezvoltare și nu a fost niciodată scoasă și, de asemenea, cu dimensiunile sale mici, ar fi nevoie de câteva aruncări pentru a pune pe orbită toate componentele unui modul lunar.

La începutul proiectului, NASA a studiat trei arhitecturi diferite pentru misiunile lunare: întâlnirea în Orbita Pământului ( Earth Orbit Rendezvous sau EOR) ^{[4] [5]} constând dintr-o serie de rachete mici cu o sarcină parțială pentru a fi montate pe orbită , ascensiune directă și întâlnire pe orbită lunară (LOR) ^[6] .

Deși la început NASA a respins ideea scenariului LOR pentru că a fost considerat nesigur, acesta din urmă a fost reevaluat ulterior și adoptat în cele din urmă atât pentru simplitatea sa, cât și pentru că dezvoltarea sa, necesitând mai puțin timp, ar fi permis lovirea țintă în intervalul de timp stabilit ^{[7] [8] [9]} .

Cel mai semnificativ avantaj al scenariului LOR a fost acela că nu necesita, spre deosebire de ascensiunea directă, o rachetă de o asemenea dimensiune precum lansatorul Nova intenționat să fie inițial ^[8] .

Realizarea misiunii lunare LOR a necesitat totuși dezvoltarea unui lansator mult mai puternic decât cele disponibile în 1960 . Designul noului vehicul de lansare a fost atribuit echipei conduse de Wernher von Braun . La 10 ianuarie 1962, NASA a anunțat construcția lui Saturn V, pe atunci numită Saturn C-5. În 1963 a fost construit primul motor. După ani de proiectare și testare, primul zbor al rachetei a avut loc pe 9 noiembrie 1967 , cu capsula Apollo 4 fără pilot la bord.

Dezvoltarea lui Saturn V

Saturn V este ultima rachetă din familia vehiculelor de lansare Saturn , dezvoltată în 1960 la Marshall Space Flight Center (MSFC).

C-1 până la C-4

Saturn C1 gata de lansare

Racheta Saturn C-1 a fost primul proiect inițiat de echipe conduse de Wernher von Braun , în aprilie 1957 , pentru a dezvolta vehicule de lansare pentru diferite aplicații militare și civile. Aceste proiecte aveau numele de „ Super Jupiter ” și „Juno” înainte de a fi redenumite „Saturn” în februarie 1959 .

Mai târziu au venit să proiecteze Saturn C-2, care a fost în curând abandonat în favoarea Saturnului C-3, care folosea deja două motoare F-1 pentru prima etapă, patru motoare J-2 pentru a doua și zece motoare RL-10 pentru al treilea ^[9] . Înainte de a face alegerea finală cu privire la scenariul de urmat pentru misiunea lunară, NASA plănuise să utilizeze C-3 ca rachetă purtătoare pentru scenariul de întâlnire pe orbita Pământului. În acest caz, a fost planificată lansarea a patru sau cinci C-3 pentru a realiza o singură misiune lunară.

Dar grupul de dezvoltare condus de Von Braun a dezvoltat în curând Saturn C-4 cu performanțe și mai mari. Avea patru motoare F-1 pentru prima etapă, o a doua etapă similară cu C-3 și un singur motor J-2 pentru a treia. Cu C-4, au fost necesare doar două lansări pentru a crea scenariul de întâlnire pe orbita Pământului.

C-5

La 10 ianuarie 1962 , NASA a anunțat planurile de a construi racheta C-5. Era planificat să fie echipat cu cinci motoare F-1 pentru prima etapă, cinci motoare J-2 pentru a doua și una pentru a treia. Inițial, primele patru zboruri urmau să fie teste, primele trei succesiv pentru a testa buna funcționare a celor trei etape și a patra ca misiune fără pilot pe orbita lunară .

La mijlocul anului 1962 , NASA a decis să efectueze un plan de testare care să includă toate testele stadionului într-un singur zbor, ceea ce a redus mult timpul și numărul de rachete necesare. Dar toate acestea depindeau de buna funcționare a celor trei stadioane de la prima lansare.

În 1963 , C-5 a fost redenumit Saturn V, iar motoarele au fost produse de compania Rocketdyne . În anul următor, motorul F-1 a primit calificarea completă pentru utilizarea în misiuni cu echipaj ^[9] .

La 9 noiembrie 1967 a avut loc prima lansare a unui Saturn V care transporta nava Apollo 4 fără pilot. Prima lansare cu echipaj a avut loc în 1968 cu misiunea Apollo 8 care i-a dus pe astronauții Frank Borman (comandant), James Lovell și William Anders pentru prima dată pe orbita lunară. Inițial această misiune urma să fie doar un test al modulului lunar pe orbita Pământului. Deoarece realizarea acestuia din urmă a fost întârziată, conducerea superioară a NASA a decis să schimbe planurile ^[10] .

Tehnologie

Diagrama lui Saturn V

Saturn V este, fără îndoială, una dintre cele mai impresionante mașini create vreodată de om.

Înalt 110,6 m și 10 lățime, cu o masă goală de 130 până la 3000 ta, cu o încărcătură completă mai mare, avea o capacitate teoretică de a lansa pe orbită mică a pământului (LEO) 140 de tone. Racheta Saturn V copleșește și depășește cu mult toate celelalte rachete lansate cu succes, cu singurele excepții fiind racheta Energia și Falcon Heavy . Pentru a face o comparație a dimensiunilor, Saturn V era aproximativ la fel de înalt ca arcul La Défense din Paris .

Saturn V a fost proiectat în principal de Centrul de zbor spațial Marshall din Huntsville, Alabama , sub conducerea lui Wernher von Braun. Multe dintre componentele sale au fost proiectate de diferiți contractori.

Designerii au decis de la început să profite la maximum de tehnologia deja utilizată pentru Saturn I în Saturn V. Deci, a treia etapă S-IVB a lui Saturn V s-a bazat pe prima etapă S-IV a lui Saturn I. În mod similar , instrumentația de la bord care controla zborul lui Saturn V avea caracteristici comune cu cele ale lui Saturn I.

Saturnul V a fost cel mai mare obiect zburat vreodată de om, comparabil ca tonaj cu o „navă zburătoare”, de fapt era atât de greu, încât masa sa în momentul decolării era egală cu cea a unei mici corăbii. Când a fost lansat de la Cape Kennedy, a generat mici tremurături seismice perceptibile de seismografe în toată țara și vibrațiile au fost de așa natură încât, chiar și la La 5 km distanță, cei care au asistat la lansare au fost zguduiți de aceștia. Datorită cantității mari de combustibil pe care o avea, era considerată o „bombă zburătoare” și doar trei persoane puteau încălca limita de siguranță de 3 km: astronauții. De fapt, dacă ceva nu merge bine, oricine se afla în apropiere poate suferi leziuni auditive grave, precum și risca să fie lovit de resturile exploziei.

Etape de rachete

Cu excepția unuia dintre zborurile sale, racheta Saturn V a fost întotdeauna compusă în trei etape (S-IC, S-II și S-IVB) și o zonă dedicată instrumentelor de control. Toate cele trei etape au folosit oxigenul lichid (LOX) ca oxidant . Mai mult, prima etapă a folosit Kerosen (RP-1) ca propulsor, în timp ce al doilea și al treilea hidrogen lichid (LH2). Cele trei etape au fost, de asemenea, echipate cu motoare mici cu combustibil solid, folosite pentru a oferi rachetei un impuls suplimentar de câteva secunde, pentru a ajuta la separarea etapelor în timpul lansării și pentru a se asigura că propulsorii lichizi erau întotdeauna la partea de jos a rezervoarelor, astfel încât să aibă o putere corectă. funcționarea pompelor. Stadioanele au fost dezvoltate de mai mulți contractori în numele NASA.

Etapa S-IC

Același subiect în detaliu: S-IC .

Schema etapei Saturn V S-IC

Stadionul S-IC a fost construit de Boeing la Centrul de Asamblare Michoud din New Orleans , unde ulterior a fost construit tancul exterior al Navetei Spațiale . La fel ca în majoritatea etapelor de rachete, aproape toată masa din La decolare, 2 000 de tone constau din propulsor, în acest caz kerosen RP-1 și oxigen lichid .

Stadionul avea 42 de metri înălțime și 10 m în diametru și a oferit o propulsie de 3 500 t ^[11] pentru primele 38 de mile de ascensiune (61 km) ^[12] .

Cele cinci motoare F-1 , cu care a fost echipat, aveau o deplasare în formă de cruce. Motorul central a fost fixat, în timp ce cele mai exterioare patru au putut roti, datorită cricurilor hidraulice , pentru a conduce racheta.

Etapa S-II

Același subiect în detaliu: S-II .

Diagrama Saturn V etapa S-II

Stadionul S-II a fost construit de North American Aviation în Seal Beach , California . A folosit oxigen lichid și hidrogen ca propulsor, iar cele cinci motoare J-2 au un aranjament similar cu cele ale S-IC. A doua etapă a fost utilizată pentru a accelera Saturn V prin atmosfera superioară, datorită 5 MN de împingere. La încărcare maximă, 97% din greutate a fost dată de propulsor.

În loc să aibă o structură proprie plasată între cele două rezervoare de combustibil, precum S-IC, S-II avea o bază comună între fundul rezervorului LOX și partea superioară a rezervorului LH2. Separarea a fost realizată datorită a două foi de aluminiu realizate într-o structură de tip fagure. A fost capabil să asigure izolație termică între cele două rezervoare care au o diferență de temperatură de 70 ° C.

Etapa S-IVB

Schema etapei S-IVB

Etapa S-IVB a fost fabricată de Douglas Aircraft Company din Huntington Beach , California . Avea un motor J-2 care folosea același propulsor ca și S-II. S-IVB poseda, de asemenea, o structură de bază comună pentru a separa cele două tancuri. Această etapă a fost utilizată de două ori în timpul unei misiuni lunare, prima dată pe orbită după terminarea utilizării celei de-a doua etape și apoi a fost pornită a doua oară pentru a introduce complexul într-o traiectorie de inserție lunară ( Trans Lunar Injection sau TLI).

Două sisteme auxiliare de propulsie cu combustibil lichid au fost utilizate pentru controlul atitudinii în timpul tranziției de la orbita parcării la traiectoria de inserție lunară. Cele două sisteme auxiliare au fost, de asemenea, utilizate pentru a asigura poziționarea corectă a propulsorilor înainte de a doua aprindere.

S-IVB a fost singura scenă de pe racheta Saturn V suficient de mică pentru a putea fi transportată în aer , în acest caz datorită Super Guppy .

Instrumentație de control

Tehnici care lucrează la instrumentația de control Saturn V.

Echipamentul de control, produs de IBM , a fost poziționat deasupra celei de-a treia etape, această instrumentație a fost realizată la Space System Center din Huntsville . Computerul de bord a controlat operațiunile dinaintea decolării până la pornirea S-IVB. Toate sistemele de ghidare inerțială și telemetrie au fost incluse aici. Datorită măsurării accelerației și altitudinii atinse de rachetă, a fost posibil să se calculeze poziția și viteza rachetei și să se pregătească schimbările corecte de traiectorie.

Siguranță

În cazul în care s-a produs un eșec care a impus distrugerea rachetei, șeful securității ar putea trimite un semnal pentru a detona încărcăturile explozive plasate în afara rachetei. Acest lucru ar fi creat fisuri în rezervoarele de combustibil pentru a permite dispersarea rapidă a combustibilului. În acest caz, echipajul ar fi putut să abandoneze lansatorul datorită sistemului de lansare de evacuare și să se mute la o distanță de siguranță pentru a efectua apoi un șanț de urgență. După expulzarea turnului de salvare, acuzațiile au fost încă dezamorsate.

Comparații cu alte rachete

Racheta sovietică N1

Comparație între Saturn V și N1

Rivalul sovietic al lui Saturn V ( 1963 1967 ) a fost racheta N1 ( 1966 1977 ). Saturn V era mai greu și mult mai puțin puternic (34 MN împotriva 46 MN pentru N1), dar avea o sarcină utilă mai mare decât racheta sovietică, grație utilizării hidrogenului, mai eficientă decât kerosenul în etapele superioare.

Mai mult, N1 nu a reușit niciodată să facă cu succes prima etapă de separare. Decizia de a utiliza cinci motoare foarte puternice pentru prima și a doua etapă a modelului Saturn V a făcut configurația mult mai fiabilă decât cea formată din cele 30 de motoare mici ale modelului N-1. Această alegere arhitecturală a fost impusă de proiectantul Serghei Korolev, deoarece motoarele simple cu performanțe suficiente nu erau disponibile și a refuzat să ia în considerare utilizarea unor propulsori hipergolici mai puternici, dar extrem de toxici . Pentru a-și demonstra fiabilitatea, Saturn V a reușit chiar să recupereze pierderea unui motor atât în ​​prima, cât și în a doua etapă. Această circumstanță s-a produs de fapt în primele etape ale zborului lui Apollo 13 , când motorul central al celei de-a doua etape a eșuat din cauza oscilațiilor pogo ; problema a fost imediat rezolvată prin creșterea tracțiunii celorlalte motoare ^[13] .

Dintre cele patru lansări de teste efectuate de N1, toate s-au încheiat cu un eșec catastrofal în prima fază a lansării și acest lucru a dus la abandonarea programului de către sovietici.

Racheta sovietică Energia

În 1976, Uniunea Sovietică a început dezvoltarea rachetei Energia , un lansator greu conceput special pentru navetele Buran . Avea capacitatea de a transporta aproximativ 100 de tone pe orbita terestră joasă (LEO), 20 pe orbita de transfer geostaționar și 10 pe orbita lunară ^[14] . Modernizările au fost, de asemenea, planificate pentru a transporta sarcini mai mari, comparabile sau mai mari cu cele ale lui Saturn V, cu toate acestea, producția rachetei a încetat în 1989, cu doi ani înainte de dizolvarea Uniunii Sovietice, odată cu încheierea proiectului.

Naveta Spațială SUA

Motoarele F-1 și designerul lor Wernher von Braun

Naveta spațială generează un impuls maxim de 34,5 MegaNewton la decolare ^[15] și poate plasa teoretic 29 de tone de sarcină utilă ^[16] pe orbita joasă (cu excepția masei navetei în sine), aproximativ un sfert din Saturn V. Dacă masa din navetă este inclus, sarcina utilă se ridică la 112 tone. O comparație ar fi echivalentă cu masa orbitală totală a treia etapă S-IVB, care a fost de 140 976 kg pentru misiunea Apollo 15 .

Racheta europeană Ariane 5

O altă posibilă comparație este cu racheta Ariane 5 (dezvoltată deAgenția Spațială Europeană ), capabilă să trimită aproximativ 10 tone pe orbita de transfer geostaționar și 20 de tone pe orbită joasă .

Alte rachete americane

Racheta americană Delta IV Heavy este capabilă să pună 13,1 tone pe orbita de transfer geostaționar (GTO). În cele din urmă, racheta Atlas V poate trimite 25 de tone pe orbită joasă și 13,6 tone pe orbită GTO.

Titan IV (în funcțiune până în 2005), a generat un impuls aproximativ de 17 MN și a avut capacitatea de a transporta 21700 kg pe orbită joasă și 5800 kg pe orbită de transfer geostaționar.

În prezent Falcon Heavy , proiectat și construit de Space Exploration Technologies ( SpaceX ), este considerat cea mai puternică rachetă orbitală în funcțiune, fiind capabilă să transporte 63 800 kg sarcină utilă pe orbită terestră joasă (LEO) o 26 700 kg pe orbită de transfer geostaționar (GTO) datorită forței de aproape 23 MN generate de cele 27 de motoare Merlin la nivelul mării ^[17] .

Limite de comparație

Deși este firesc să se facă comparații între performanța diferitelor rachete, ar trebui totuși să se acorde atenție evaluării acestora. Valorile sunt totuși teoretice, deoarece sunt calculate pe baza caracteristicilor motoarelor și nu pe baza datelor măsurate efectiv în timpul funcționării. În plus, acestea nu sunt întotdeauna constante în timpul fazelor de lansare, dar depind puternic de momentul și altitudinea atinsă.

Logistică industrială și asamblare

Saturn V al misiunii Apollo 10 fiind transferat în zona de lansare datorită transportorului pe șenile

Când un stadion a fost terminat, acesta a fost transportat cu vaporul la Centrul Spațial Kennedy . Primele două erau atât de mari încât nu puteau fi transportate decât cu barja . Stadionul S-IC a fost fabricat în New Orleans și a fugit pe râul Mississippi până în Golful Mexic . După ce a ajuns în Florida , a traversat calea navigabilă Intracoastal , a fost în cele din urmă transportat la clădirea de asamblare a vehiculelor (VAB). Etapa S-II a fost fabricată în California și a călătorit prin Canalul Panama . A treia etapă și sectorul instrumentelor au ajuns la VAB datorită avioanelor de marfă . ^[18]

La sosirea la clădirea ansamblului, fiecare treaptă a fost testată într-o poziție orizontală înainte de a fi plasată în poziție verticală.

Racheta asamblată a fost montată direct pe platforma de lansare într-o poziție verticală, apoi întregul complex a fost mutat către zona de lansare, care se afla la aproximativ 5 mile distanță , datorită unui vehicul special realizat în acest scop: transportorul pe șenile , un gigantic platformă, realizată de Marion Power Shovel , din 2 700 t montate pe patru vagoane, care au fost ulterior folosite și pentru transportul navei spațiale ^[19] .

Secvența de lansare a misiunii lunare

Saturn V a fost racheta care a făcut posibilă aducerea astronauților Apollo pe Lună . Toate lansările au avut loc de la Complexul de lansare 39 de la Kennedy Space Center . După ce racheta a părăsit platforma de lansare, controlul misiunii a fost transferat la Centrul de Control al Misiunii din Houston , Texas .

O misiune tipică lunară a folosit racheta în total aproximativ douăzeci de minute. Deși misiunile Apollo 6 și Apollo 13 au suferit defecțiuni ale motorului, computerul de la bord a reușit să compenseze, lăsând motoarele rămase să funcționeze mai mult timp și niciunul dintre lansările Apollo nu a dus la pierderea sarcinii utile.

Secvența S-IC

Lansarea misiunii Apollo 15

Prima etapă funcționează timp de 2 minute și 30 de secunde, aducând racheta la o altitudine de 61 km la o viteză de 8 600 km / h .

În 8,9 s înainte de lansare, a fost inițiată secvența de aprindere în prima etapă. Motorul central a pornit primul, urmat de două perechi de motoare simetrice cu o întârziere de 300 ms pentru a reduce forțele mecanice asupra structurii. Odată ce s-a atins forța maximă și acest lucru a fost verificat de computerul de bord, racheta a fost eliberată de pe platforma de lansare . Această operațiune a durat aproximativ o jumătate de secundă, odată ce racheta s-a desprins de rampă, lansarea nu a mai putut fi blocată. A durat aproximativ 12 s pentru a scoate racheta de pe platforma de lansare.

La o altitudine de 130 de metri racheta a inițiat o manevră de rulare pe axa sa pentru a lua traiectoria corectă și a o menține. De la lansare până la pornirea celei de-a doua etape, Saturn V a avut un program preînregistrat cu instrucțiuni de tăiere. A înregistrat informații despre vânturile predominante în luna corespunzătoare lansării.

Saturn V a accelerat atât de repede, atingând viteza de 500 m / s până la o înălțime de 2 km, în această fază preliminară a zborului era totuși mai important să atingem altitudinea așteptată; atingerea vitezei așteptate a fost scopul următorilor pași.

După aproximativ 80 de secunde, racheta a atins punctul de presiune dinamică maximă, cunoscut sub numele de Q-Max. Presiunea dinamică asupra unei rachete este proporțională cu densitatea aerului din jurul vârfului și cu pătratul vitezei. Pe măsură ce viteza rachetei a crescut odată cu altitudinea, densitatea aerului a scăzut.

La 135,5 secunde, motorul central a fost oprit pentru a reduce accelerația și pentru a nu depăși constrângerile structurale ale rachetei. Acest lucru a fost realizat prin epuizarea combustibilului în motor, deoarece tracțiunea motorului F-1 nu era controlabilă. La 600 ms după oprirea motorului, prima etapă a fost eliberată și abandonată cu ajutorul a opt motoare mici cu combustibil solid . Cu puțin timp înainte de a fi eliberat, echipajul a experimentat cea mai puternică accelerație de 4 g (39 m / s²). Aceasta a avut loc la o altitudine de aproximativ 62 km.

După separare, prima etapă și-a continuat traiectoria la o altitudine de 110 km. De fapt, motorul periferic a continuat să funcționeze până când senzorii sistemului de pompare au măsurat epuizarea unuia dintre cei doi propulsori. Mai târziu prima etapă a căzut în Oceanul Atlantic la aproximativ 560 km de platforma de lansare.

Secvența S-II

Separarea unei etape ( Apollo 6 )

După secvența S-IC a primei etape, a avut loc faza S-II cu o durată de 6 minute în care racheta a fost adusă la o altitudine de 185 km și o viteză de 24 600 km / h , o valoare apropiată de viteza orbitală.

A doua fază a presupus o procedură de aprindere efectuată de două ori, care a variat în funcție de diferitele lansări ale lui Saturn V. Pentru primele două misiuni ale rachetei, care au avut loc fără echipaj, acestea au prevăzut aprinderea celor opt motoare de control timp de 4 secunde. pentru a se pregăti pentru aprinderea celor cinci motoare principale J-2. Pentru primele șapte misiuni cu echipaj, doar patru motoare de control au fost pornite și în cele din urmă pentru ultimele patru misiuni, motoarele neutilizate au fost scoase.

La aproximativ 38 de secunde de la pornirea celei de-a doua etape, sistemul de ghidare al lui Saturn V a inițiat o secvență de instrucțiuni pre-înregistrate pentru a efectua o verificare a atitudinii și traiectoriei complexului. În cazul în care computerul de la bord a simțit că racheta se află în raza de acțiune acceptabilă pentru traiectorie, echipajul ar putea alege să anuleze misiunea sau să preia manual controlul.

Cu aproximativ 90 de secunde înainte de a se împărți a doua etapă, motorul central a fost oprit pentru a reduce oscilațiile longitudinale, cunoscut sub numele de „ efect pogo ”. Un sistem pentru reducerea acestuia fusese implementat începând cu Apollo 14 , dar era încă o practică obișnuită să opriți motorul devreme.

În momentul separării, a doua etapă a fost oprită și o zecime de secundă mai târziu a treia etapă a fost pornită. Retracturile montate pe puntea superioară a celei de-a doua etape au favorizat separarea, aducând-o rapid la distanță. A doua etapă s-a prăbușit la aproximativ 4 200 km de locul lansării.

Secvența S-IVB

A treia etapă S-IVB a lui Saturn V fotografiată din Apollo 7

Spre deosebire de separarea dintre primele două etape, între a doua și a treia nu a existat nicio operațiune specifică pentru separarea interetapei, care a rămas ancorată de a doua (chiar dacă a fost construită ca o componentă a celei de-a treia).

După 10 minute și 30 de secunde de decolare, Saturn V are 164 km înălțime și 1700 km distanță de locul de lansare. La scurt timp, datorită manevrelor pe orbită, lansatorul a fost plasat pe o orbită terestră de 180 km. Această orbită nu este stabilă din cauza fricțiunii cu straturile superioare ale atmosferei, ceea ce ar fi dus la pierderea vitezei. Pentru misiunile Apollo și Skylab efectuate pe orbita Pământului, orbita atinsă a fost, prin urmare, mai mare.

Odată ce această orbită, numită orbită de „parcare”, a fost atinsă, stadiul S-IVB și nava spațială au rămas atașate și au finalizat două orbite și jumătate în jurul Pământului. In questo periodo gli astronauti verificavano il corretto funzionamento di tutto il sistema e preparavano la navicella per la manovra di Trans Lunar Injection (TLI).

La manovra TLI veniva eseguita 2 ore e 30 minuti dopo il lancio e avveniva con la riaccensione del motore del terzo stadio che forniva la spinta necessaria. L'esecuzione durava circa 6 minuti e portava la navicella ad una velocità superiore ai 10 km/s, non sufficiente per sfuggire alla gravità della Terra per sicurezza: Apollo si inseriva in un'orbita ellittica molto allungata, con apogeo a 400 000 km, dove "intercettava" la Luna.

Alcune ore dopo la manovra TLI, il modulo di comando Apollo e di servizio (CSM) si separavano dal terzo stadio e dopo essere ruotato di 180 gradi andava ad agganciare il LEM rimasto nel suo adattatore del terzo stadio ed infine lo estraeva,

A questo punto la navicella Apollo con gli astronauti continuava il suo viaggio verso la Luna, mentre il terzo stadio veniva riacceso per portarlo in una traiettoria differente per evitare possibili collisioni. Nelle prime missioni, il terzo stadio, veniva messo in una traiettoria che lo portava in orbita solare . A partire da Apollo 13 il terzo stadio veniva fatto schiantare sulla Luna per poi effettuare delle misurazioni dell'impatto, grazie a dei sismografi lasciati dalle precedenti missioni.

Missioni Skylab

Lo stesso argomento in dettaglio: Skylab .

Lo Skylab viene lanciato con un Saturn V il 14 maggio 1973

Nel 1968, venne creato il "programma applicazioni Apollo" allo scopo di studiare le possibili missioni scientifiche realizzabili con l'utilizzo delle apparecchiature avanzate dal programma Apollo. La maggior parte delle intenzioni ruotava attorno all'idea di una stazione spaziale , che alla fine si concretizzò con il programma Skylab . Il lancio dello Skylab, avvenuto con l'utilizzo di un Saturn INT-21 , un lanciatore a due stadi derivato da Saturn V in cui il terzo stadio era stato sostituito da un laboratorio, è stato l'unico lancio del Saturn V non direttamente legato al programma Apollo.

Tre equipaggi dello Skylab si sono alternati dal 25 maggio 1973 fino all'8 febbraio 1974 . Skylab rimase comunque in orbita fino al maggio 1979. Tutti gli equipaggi raggiunsero lo Skylab con il vettore Saturn IB .

Uso successivo dei sistemi del Saturn V

Oltre ai voli dell' Apollo verso la Luna , il Saturn V ha lanciato e messo in orbita anche la stazione spaziale Skylab . La stazione si trovava nel posto occupato solitamente dal terzo stadio del razzo , per questo motivo il Saturn che lanciò lo Skylab ebbe solamente due stadi.

La produzione della seconda serie di Saturn V, che poi è stata annullata, avrebbe certamente usato motori F-1A per il primo stadio, offrendo così una spinta superiore, Altre probabili modifiche sarebbero state il taglio delle pinne (che avevano dimostrato pochi benefici comparate al loro peso), un primo stadio S-IC più resistente per sostenere la potenza maggiore del motore F-1A e un motore J-2 migliorato agli stadi superiori.

Una serie di alternative per i veicoli di lancio Saturn, basati sul Saturn V, vennero proposte. Esse andavano dai Saturn INT-20 con uno stadio S-IVB e interstadio montati direttamente sul S-IC, il Saturn V-23 , che non solo avrebbe avuto cinque motori F-1 al primo stadio, ma anche quattro booster laterali con ciascuno due motori F-1, portando il numero totale di motori F-1 a tredici al momento del lancio.

Motori del primo stadio esposti al Kennedy Space Center

Lo Space Shuttle fu inizialmente concepito per effettuare missioni in cui parte del materiale necessario sarebbe stato inviato in orbita con un Saturn V. Allo Shuttle sarebbe spettato il compito di trasportare il carico utile della missione, oltre che l'equipaggio; inoltre avrebbe dovuto assemblare una stazione spaziale, i cui componenti sarebbero stati messi in orbita dal Saturn V. Tuttavia la mancanza di fondi per una seconda generazione di Saturn bloccò questo progetto e lasciò gli Stati Uniti senza un razzo "pesante"; non esiste un vettore simile. Molti nella comunità scientifica americana hanno denunciato questo fatto, anche perché, con l'uso dei Saturn V, la Stazione Spaziale Internazionale si sarebbe potuta assemblare con una manciata di voli, con conseguente risparmio di tempo e denaro.

Per ovviare a questo problema, il Programma Constellation della NASA prevedeva la costruzione di diversi nuovi razzi, tra cui l' Ares V che dovrebbe essere superiore per prestazioni anche al Saturn V.

Wernher von Braun e altri ingegneri progettarono anche una versione del Saturn con otto motori F-1 nel primo stadio, che avrebbe permesso di portare una navicella con equipaggio con ascesa diretta sulla Luna. Altri progetti per il Saturn prevedevano l'uso del razzo Centaur come stadio supplementare. Queste modifiche avrebbero permesso al razzo di portare una grossa navicella spaziale senza equipaggio fino ai pianeti esterni, oppure una navicella con equipaggio fino a Marte . Inoltre, il Saturn V sarebbe stato il vettore utilizzato per i test sul razzo nucleare RIFT (successivamente chiamato NERVA ). Le proposte degli USA per dei razzi più grandi del Saturn V (oltre trenta progetti), vengono individuate dal nome Nova .

Costi

Dal 1964 al 1973, per il Saturn V, sono stati spesi un totale di 6,5 miliardi di dollari. Nel 1966 si è avuto lo sforzo finanziario annuale più alto con 1,2 miliardi di dollari ^[20] . Tenendo conto dell' inflazione , ciò equivale a una somma che va dai 32 ai 45 miliardi di dollari del 2009 ^[21] .

Una delle ragioni principali che hanno portato alla decisione di chiudere il programma Apollo è stato proprio il suo costo. Nel 1966, la NASA ha ricevuto il più grande dei suoi budget, 4,5 miliardi di dollari, circa il 0,5% del PIL negli Stati Uniti di quell'epoca. Lo stesso anno, il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti aveva ricevuto 63,5 miliardi di dollari.

Elenco dei lanci e veicoli Saturn V

Lanci dei vari Saturno V

I Saturn V nel ventunesimo secolo

Nel 2011, tre Saturn V risultano esposti negli Stati Uniti, tutti in posizione orizzontale:

• Al Johnson Space Center , l'unico costituito da stadi utilizzati
• Al John F. Kennedy Space Center
• Al US Space & Rocket Center di Huntsville, nell' Alabama .

Di questi tre Saturn V, solo quello esposto al Johnson Space Center è composto interamente di stadi previsti per un lancio reale. Nel 1996 si diffuse la voce che la NASA avesse perso o distrutto tutti i progetti relativi al vettore; in realtà essi sono conservati su microfilm presso il Marshall Space Flight Center ^[24] .

Note

Bibliografia

• ( EN ) Roger E. Bilstein, Stages to Saturn: A Technological History of the Apollo/Saturn Launch Vehicles ( PDF ), NASA, 1980, ISBN 0-16-048909-1 .
• ( EN ) Saturn illustrated chronology: Saturn's first eleven years, April 1957 - April 1968 ( PDF ), NASA.
• ( EN ) Moonport: A history of Apollo launch facilities and operations ( PDF ), University Press of Florida, 2001.
• ( EN ) Apollo By The Numbers: A Statistical Reference ( PDF ), Government Reprints Press, 2001, ISBN 1-931641-00-5 .
• ( EN ) Saturn 5 launch vehicle flight evaluation report: AS-501 Apollo 4 mission ( PDF ).
• ( EN ) Saturn 5 launch vehicle flight evaluation report: AS-508 Apollo 13 mission ( PDF ).
• ( EN ) Flight Manual - SA-503 ( PDF ).
• ( EN ) Saturn V Press Kit .
• ( EN ) Excerpts from the Apollo 13 Transcript (archiviato dall' url originale il 19 febbraio 2006) .
• ( EN ) Final Report - Studies of Improved Saturn V Vehicles and Intermediate Payload Vehicles ( PDF ).
• ( EN ) Alan Lawrie, Saturn , Collectors Guide Publishing, 2005, ISBN 1-894959-19-1 .
• Kenneth Gatland, Navi spaziali , Torino, SAIE, 1969, pp. 64–65, 77, 192-194, 266
• Philip Bono, Kenneth Gatland, Frontiere dello spazio , Torino, SAIE, 1973, pp. 28, 30, 40-45, 60-64, 122-125, 131-135, 158-165, 192-193, 239

Voci correlate

• NASA
• Programma Apollo
• Wernher von Braun
• Oswald Lange

Altri progetti

• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su Saturn V

Collegamenti esterni

• ( EN ) Apollo Saturn Reference Page , su apollosaturn.com .
• ( EN ) Apollo Lunar Surface Journal , su hq.nasa.gov .
• ( EN ) Stages to Saturn: A Technological History of the Apollo/Saturn Launch Vehicles. NASA SP-4206 (PDF format) ( PDF ), su ntrs.nasa.gov .
• ( EN ) Saturn illustrated chronology: Saturn's first eleven years, April 1957 - April 1968 (PDF format) ( PDF ), su ntrs.nasa.gov .
• ( EN ) Moonport: A history of Apollo launch facilities and operations , su hq.nasa.gov .
• ( EN ) Saturn 5 launch vehicle flight evaluation report: AS-501 Apollo 4 mission (PDF format) ( PDF ), su ntrs.nasa.gov .
• ( EN ) Saturn 5 launch vehicle flight evaluation report: AS-508 Apollo 13 mission (PDF format) ( PDF ), su ntrs.nasa.gov .
• ( EN ) Saturn V Flight Manual - SA-503 (PDF format) ( PDF ), su ntrs.nasa.gov .
• ( EN ) Saturn V Press Kit , su history.msfc.nasa.gov . URL consultato il 14 novembre 2004 (archiviato dall' url originale il 25 ottobre 2004) .
• ( EN ) Excerpts from the Apollo 13 Transcript , su myweb.accessus.net . URL consultato il 14 novembre 2004 (archiviato dall' url originale il 19 febbraio 2006) .

V · D · M Famiglia di razzi Saturn
Primi lanciatori	Juno V · Saturn A-1 · A-2 · B-1
Serie "C"	Saturn C-1 · C-2 · C-3 · C-4 · C-5 · C-5N · C-8
Serie Saturn I	Saturn I · IB ( H-1 ) · IB-CE · IB-A · IB-B · IB-C · IB-D · INT-05 · INT-11 · INT-12 · INT-13 · INT-14 · INT-15 · INT-16 · INT-27 · LCB
Serie Saturn II	Saturn II · INT-17 · INT-18 · INT-19
Serie Saturn V	Saturn V · MLV · V ELV · INT-20 · INT-21 · INT-23 · INT-24 · INT-25 · Saturn-Shuttle · Saturn V-3 · VA · VB · VC · VD · V-Centaur · Jarvis

Portale Astronautica : accedi alle voci di Wikipedia che trattano di Astronautica