«Сатурн-5» — величайшая ракета в истории космонавтики
Проект «Сатурн-5» разработал для США знаменитый немецкий учёный Вернер Фон Браун в начале 1960-х годов. Ракета до сих пор остаётся самой тяжёлой, габаритной и мощной за всю историю космонавтики. Именно с её помощью первые люди высадились на Луну. За шесть лет существования ракеты-носителя, с её помощью было запущено 12 космических кораблей «Аполлон», а также успешно выведена на орбиту космическая станция «Скайлэб».
Все 13 запусков были удачными, в то время как СССР не мог похвастаться такими стабильными показателями. Гигантская махина, состоящая из трёх ступеней, могла выводить на земную орбиту до 140 тонн полезного груза! Такой грузоподъёмностью до сих пор не может похвастаться ни одна из ракет, когда-либо созданных человеком.
Программа изначально позиционировалась как лунная. Первая ступень оснащалась пятью мощнейшими двигателями, не имевшими аналогов на тот момент.
Каждое сопло должно было сжигать несколько тонн топлива за секунду, чтобы оторвать всю конструкцию от Земли. Вторая ступень, для вывода аппарата на околоземную орбиту, выполнялась по аналогичной схеме, а вот третья имела всего один двигатель для доставки модуля с космонавтами на лунную орбиту.
Во время пуска направлять струю газов в землю было губительно, иначе неудержимый поток просто разорвёт весь стартовый комплекс. Для этого был создан боковой отражатель пламени, направляющий горячую струю параллельно поверхности.
Масса ракеты была близка к 3000 тоннам. Для транспортировки столь массивного аппарата на стартовую площадку была придумана специальная гусеничная платформа.
В то время лунная гонка получила наивысшее обострение — СССР и США активно разрабатывали свою программу и быть первыми было крайне важно для обеих сверхдержав. Поэтому лунная программа «Аполлон» не располагала ни малейшими запасами времени и в ноябре 1967 года, спустя пять лет напряжённой работы, «Сатурн-5» был готов к первому
непилотируемому полёту.
Он прошёл безупречно. Миллионы людей аплодировали всем инженерам лунной программы.
Второй испытательный полёт прошёл не так гладко. Когда третья ступень отделилась, два из пяти двигателей отключились. Нестабильная тяга привела к повороту ракеты на 90° — она летела буквально параллельно поверхности, но всё же удалось избежать крушения и вывести её на орбиту.
Началась масштабная реконструкция и устранение всех возможных неполадок, но больше времени ждать не было. Третий запуск корабля было решено проводить сразу на орбиту Луны. Как мы знаем, он и все последующие пуски были успешными.
Сейчас стоимость всего проекта оценивается в 50 миллиардов долларов. Отчасти, успех состоял в использовании малого количества двигателей, что понижает вероятность их отказа. Если у «Сатурна-5» в первой ступени стояло всего всего пять двигателей, то у советской сверхтяжелой неудавшейся ракеты «Н-1» их было 30. А ведь они могли свободно конкурировать друг с другом, будь «Н-1» удачным проектом. Всё дело в том, что руководители американского проекта уделили большое внимание отработке всех систем ракеты, включая двигатели. У советской же ракеты никаких стендовых испытаний не было, разработка велась в ускоренном режиме, что и сказалось на её дальнейшей судьбе. Кто знает, когда бы человек побывал на Луне, если бы не «Сатурн-5».
Источник
Журнал «Все о Космосе»
РН «Saturn V»
Ракета «Сатурн-5» на стартовом столе
Сатурн-5 ( Saturn V ) — американская ракета-носитель. Использовалась для реализации пилотируемой посадки на Луну и подготовке к ней по программе «Аполлон», а также в двухступенчатом варианте для выведения на околоземную орбиту орбитальной станции «Скайлэб». Главный конструктор Вернер фон Браун.
Ракета «Сатурн-5» остаётся самой грузоподъёмной, наиболее мощной, самой тяжёлой и самой большой из созданных на данный момент человечеством ракет, выводивших полезную нагрузку на орбиту. Ракета могла вывести на низкую околоземную орбиту 141 т (эта масса включает в себя корабль «Аполлон» и массу последней ступени с остатками топлива для разгона к Луне), и на траекторию к Луне 47 т полезного груза (65,5 т вместе с 3-й ступенью носителя). Полная масса, выведенная на орбиту при запуске станции Скайлэб, составила 147,36 тонн, в том числе станция Скайлэб с головным обтекателем — 88,5 т и вторая ступень с остатком топлива и не отделившимся переходником.
Ракета-носитель выполнена по трёхступенчатой схеме, с последовательным расположением ступеней.
На первой ступени устанавливались пять кислородно-керосиновых ЖРД F-1, которые по сей день остаются самыми мощными однокамерными ракетными двигателями из когда-либо летавших.
На второй устанавливались пять двигателей, работающих на топливной паре жидкий водород-жидкий кислород, на третьей ступени — один водородно-кислородный ЖРД, аналогичный использованному на второй ступени.
Разработка
От C-1 к C-4
С 1960 по начало 1962 гг. в Центре космических полётов им. Джорджа Маршалла НАСА рассматривались проекты ракет-носителей серии «Сатурн C» (Сатурн C-1, C-2, C-3, C-4) для осуществления (кроме «Сатурн C-1», предназначенной только для полётов на околоземную орбиту; проект «Сатурн C-1» был реализован впоследствии в ракете-носителе «Сатурн-1») пилотируемого полёта на Луну.
Ракеты-носители, разрабатывавшиеся по проектам C-2, C-3 и C-4, предполагалось использовать для сборки на орбите Земли лунного корабля, после чего он должен был выйти на траекторию к Луне, прилуниться и взлететь с Луны. Масса такого корабля на околоземной орбите должна была составлять, по разным проектам, от примерно 140 до более чем 300 тонн.
«Сатурн С-2» должна была выводить на низкую околоземную орбиту полезную нагрузку массой в 21,5 тонны, по этому проекту предполагалось собрать корабль для полёта на Луну за пятнадцать пусков.
По проекту «Сатурн C-3» предусматривалось создание трёхступенчатой ракеты-носителя, на первой ступени которой должны были быть установлены два двигателя F-1, на второй — четыре двигателя J-2, а третья ступень представляла собой вторую ступень ракеты-носителя «Сатурн-1» — S-IV. «Сатурн C-3» должна была выводить на низкую околоземную орбиту полезную нагрузку массой 36,3 тонны, и по этому проекту лунный корабль должен был быть собран за четыре или пять пусков.
«Сатурн C-4» также должна была быть трёхступенчатой ракетой, первая ступень которой должна была иметь четыре двигателя F-1, вторая ступень была той же, что и на C-3, и третьей ступенью была S-IVB — увеличенный вариант ступени S-IV. «Сатурн C-4» должна была выводить на низкую околоземную орбиту полезную нагрузку массой 99 тонн и по этому проекту лунный корабль должен был быть собран за два запуска.
10 января 1962 года НАСА опубликовала планы строительства ракеты-носителя «Сатурн C-5». На первой её ступени должны были быть установлены пять двигателей F-1, на второй ступени — пять двигателей J-2, и на третьей — один J-2. С-5 должна была выводить на траекторию к Луне полезную нагрузку массой 47 тонн.
В начале 1963 года НАСА окончательно выбрала схему пилотируемой экспедиции на Луну (основной корабль остаётся на орбите Луны, посадку же на неё совершает специальный лунный модуль) и дало ракете-носителю «Сатурн C-5» новое имя — «Сатурн-5».
Технические данные
Схема ракеты-носителя «Сатурн-5».
Ступени
«Сатурн-5» состояла из трёх ступеней: S-IC — первая ступень, S-II — вторая и S-IVB — третья. Все три ступени использовали жидкий кислород как окислитель. Горючим в первой ступени был керосин, а во второй и третьей — жидкий водород.
Первая ступень, S-IC
Первая ступень, использованная в запуске «Аполлона-8» в корпусе вертикальной сборки на космодроме
S-IC производилась компанией «Боинг». На ступени было установлено пять кислородно-керосиновых двигателей F-1, суммарная тяга которых была более 34 000 кН. Первая ступень работала около 160 секунд, разгоняла последующие ступени и полезную нагрузку до скорости около 2,7 км/с (в инерциальной системе отсчёта; 2,3 км/с относительно земли), и отделялась на высоте около 70 километров. После разделения ступень поднималась до высоты около 100 км, затем падала в океан. Один из пяти двигателей был зафиксирован в центре ступени, четыре других симметрично расположены по краям под обтекателями и могли поворачиваться для управления вектором тяги. В полёте центральный двигатель выключался раньше, чтобы уменьшить перегрузки. Диаметр первой ступени 10 метров (без обтекателей и аэродинамических стабилизаторов), высота 42 метра.
Вторая ступень, S-II
S-II производилась компанией «Норт Америкэн». Ступень использовала пять кислородно-водородных двигателей J-2, общая тяга которых составляла около 5100 кН. Как и на первой ступени, один двигатель был в центре и на внешнем круге четыре остальных, которые могли поворачиваться для управления вектором тяги. Высота второй ступени 24,9 метра, диаметр 10 метров, как и у первой ступени. Вторая ступень работала приблизительно 6 минут, разгоняя ракету-носитель до скорости 6,84 км/с и выводя её на высоту 185 км.
Третья ступень, S-IVB
S-IVB производилась компанией «Дуглас» (с 1967 года — компанией «Мак-Доннэл Дуглас»). На ступени был установлен один двигатель J-2, который использовал жидкий кислород в качестве окислителя и жидкий водород в качестве горючего (аналогично второй ступени S-II). Ступень развивала тягу более 1000 кН. Размеры ступени: высота 17,85 метра, диаметр 6,6 метра. Во время полётов на Луну ступень включалась дважды, первый раз на 2,5 минуты для довыведения «Аполлона» на околоземную орбиту и во второй раз — для вывода «Аполлона» на траекторию к Луне.
Программа отработки надёжности
Огневые технологические испытания первой ступени S-IC в сборе с пятью ЖРД F-1 на стенде Космического центра Маршалла. 1967 год.
Особенностью предполётной отработки “Сатурна-5” стал беспрецедентный объём наземных испытаний ракетного комплекса. Один из руководителей Управления пилотируемых полётов НАСА Джордж Эдвин Миллер, ответственный по этому вопросу, сделал ставку на наземную стендовую отработку всех ракетных систем и в первую очередь ЖРД. Он наглядно и убедительно показал, что только чёткое разделение отработки на наземные и лётные этапы позволит уложиться в сроки полёта на Луну. Для этого были построены дорогостоящие стендовые сооружения, необходимые для проведения огневых испытаний как отдельных двигателей F-1 и J-2, так и целиком первых и вторых ступеней ракеты.
Транспортировка
Для перевозки ракет «Сатурн-5» к стартовой площадке использовались специальные гусеничные транспортёры (англ. crawler-transporter). В то время (1965—1969 годы; до появления в 1969 году шагающего экскаватора 4250-W) они являлись крупнейшими и наиболее тяжёлыми образцами наземной самоходной техники в мире. Эти транспортёры также оставались самыми большими и тяжёлыми гусеничными машинами в мире до 1978 года (когда появился экскаватор Bagger 288).
Скайлэб
Последний запуск «Сатурн-5», выводящий на низкую околоземную орбиту орбитальную станцию «Скайлэб»
Орбитальная станция «Скайлэб» была запущена 14 мая 1973 года с помощью двухступенчатой модификации ракеты-носителя «Сатурн-5».
С 1964 года по 1973-й из федерального бюджета США было выделено на программу «Сатурн-5» 6,5 миллиарда долларов. Максимум пришёлся на 1966 год — 1,2 миллиарда. С учётом инфляции на программу «Сатурн-5» было за этот период потрачено 47,25 миллиарда долларов в ценах 2014 года. Приблизительная стоимость одного запуска «Сатурн-5» составляла 1,19 миллиарда долларов в ценах 2014 года.
Одна из главных причин досрочного прекращения лунной программы США после трёх облётов Луны пилотируемыми кораблями (в том числе один — «Аполлон-13» — аварийный) и шести успешных высадок на Луну (первоначально планировались два облёта пилотируемыми кораблями и 10 высадок) была её высокая стоимость. Так, в 1966 году НАСА получила самый большой (если учитывать инфляцию) бюджет за свою историю — 4,5 миллиарда долларов (что составляло около 0,5 процента тогдашнего ВВП США).
Запуски Сатурна 5
В 1967-73 годах произведено 13 пусков ракеты-носителя «Сатурн-5». Все признаны успешными.
Источник
Сатурн-5
Из Википедии — свободной энциклопедии
Первая ракета «Сатурн-5» (AS-501) на стартовой площадке, перед запуском «Аполлон-4». Фото НАСА
США North American (S-II)
Douglas (S-IVB)