Saturn V
Saturn V je bila višestupanjska raketa na tekuće gorivo koju je NASA koristila za misije iz programa Apollo i kasnije Skylab. Raketa je u upotrebi bila između 1967. i 1973. godine i predstavljala je najjaču raketu iz obitelji raketa Saturn.
Saturn V je bila i ostala najsnažnija, najveća, najteža i raketa s najvećom nosivošću koja se ikada nalazila u operativnom statusu. Ruska raketa Energia dvaput korištena 1980-ih imala je nešto veći potisak.
Sovjetski savez je 1957. godine lansirao Sputnik 1, prvi umjetni satelit. Taj događaj šokirao je Amerikance, kako političare, tako i javnost. Nije im bilo jasno kako je Sovjetski savez uspio prestići SAD u tehnološkom razvoju. Drugi šok koji su Amerikanci doživjeli, je bio orbitalni let Jurija Gagarina 1961. godine. Zbog svega toga, mnogi su Amerikanci vjerovali da Sovjetski savez ima znatnu prednost u Svemirskoj utrci.
Da bi SAD-u vratio ponos, predsjednik John Fitzgerald Kennedy je 25. svibnja 1961. objavio da će SAD pokušati odvesti čovjeka na Mjesec do kraja desetljeća. SAD je u tom trenutku imao malo iskustva s ljudskim letovima u Svemir. Alan Shepard je bio jedini Amerikanac u Svemiru ali njegov let je bio podorbitalni i trajao je samo 15 minuta. SAD nije imao tada raketu sposobnu da lansira letjelicu s ljudskom posadom do Mjeseca u jednom komadu. Saturn I je tada bio u završnim fazama razvoja i još će mjeseci proći prije njegova prvog leta. Saturn I je bio daleko najjača Američka raketa u to doba, ali nije bio u stanu lansirati letjelicu s ljudskom posadom prema Mjesecu u jednom potezu. U slučaju upotrebe rakete bilo bi potrebno više lansiranja da se svi dijelovi letjelice nađu u orbiti, spoje i krenu prema Mjesecu. Sve se to smatralo preriskantnim, a dovoljna jaka raketa koja bi letjelicu prema Mjesecu mogla poslati u jednom potezu tada nije bila ni u razvoju. Od buduće rakete Saturn V tada je bio testiran par puta samo njen motor, F-1.
U početnom razdoblju razvoja rakete, NASA je razmatrala tri načina za izvođenje spuštanja na Mjesec. O načinu izvođenja misije ovisili su troškovi i razvoj raketa nosača.
- Direktan put - velika raketa lansirala bi letjelicu s ljudskom posadom direktno na Mjesec.
- Spajanje u Zemljinoj orbiti - manje rekete lansirale bi komponente letjelice za Mjesec u orbitu oko Zemlje. Te bi se komponente spojile u jednu letjelicu s kojom bi se izvršila misija.
- Spajanje u Mjesečevoj orbiti (LOR) - jedna raketa lansirala bi modularnu letjelicu u Mjesečevu orbitu. Jedan modul bi bio za slijetanja, a drugi za orbitiranje oko Mjeseca. Modul za slijetanje bi sletio na Mjesec, obavio zadatak, vratio se u orbitu i spojio s ostatkom letjelice. Posada bi se nakon toga vratila na Zemlju.
NASA je u početku odbacila LOR kao riskantnu opciju. U to doba, spajanje letjelica nije izvedeno ni u Zemljinoj orbiti, a kamoli u Mjesečevoj. Nakon uvjeravanja vodstva NASA-e u izvedivost ideje, LOR je konačno prihvaćen kao način izvođenja misije u studenom 1962.
Između 1960. i 1962. dizajnirano je više raketa za različite misije.
C-1 je razvijena u Saturn I. C-2 je dizajn odbačen u korist C-3, koji je trebao koristiti dva F-1 motora na prvom stupnju, četiri J-2 na drugom stupnju i S-IV kao treći stupanj.
NASA je planirala koristiti C-3 za koncept "spajanja u Zemljinoj orbiti" misije. Za jednu misiju bi bila potrebno najmanje pet lansiranja. Već tada je bila planirana veća raketa, C-4, koja bi koristila 4 motora F-1 na prvom stupnju, pojačanu verziju drugog stupnja C-3, i S-IVB kao treći stupanj. Takva raketa bi dva lansiranja uspjela ponesti sve dijelove letjelice radi spajanja u zemljinoj orbiti.
Nasa je 10. siječnja 1962. objavila plan za gradnju rakete C-5. Trostupanjska raketa sastojala bi se od pet F-1 motora na prvom stupnju, pet J-2 motora na drugom stupnju i jednog J-2 motora za treći stupanj. C-5 je bila dizajnirana za lansiranje do 41,000 kg u mjesečevu orbitu.
Raketa C-5 odabrana je za let na Mjesec 1963. godine. Pritom je dobila i novo ime: Saturn V.
Saturn V je bila ogromna raketa i ujedno najveća koja je ikada poletjela. Bila je visoka 110.6 m, a pri dnu je imala 10 m u promjeru. Težila je nešto više od 3,000 tona i nosila je 118,000 kg u nisku orbitu. Glavni dizajner Saturna V je bio Marshall Space Flight Center.
Prvi stupanj je bio S-IC kojeg je gradila tvrtka Boeing. S-IC je imao masu od preko 2,000 t, većinom goriva. Stupanj je bio dug 42 m i imao je 10 m u promjeru. Pet raketnih motora F-1 davali su preko 34 MN potiska. Motori su bili poslagani u križ. Središnji motor je bio fiksno postavljen dok su se vanjska četiri mogla hidraulički naginjati. Radi kontroliranja akceleracije, središnji motor se prvi gasio. Prvi stupanj nosio je raketu do visine od 68 km.
Drugi stupanj rakete, S-II, gradila je tvrtka North American Aviation. Stupanj je imao pet J-2 motora poslaganih u sličan raspored kao i prvom stupnju. Motori su koristili tekući vodik i kisik kao gorivo. Komponente goriva bile su odvojene zajedničkom pregradom. S-II je bio dug 24.9 m i imao je 10 m u promjeru. Zbog svojih dimenzija, radi se o najvećem kriogenom raketnom modulu ikad napravljenom. Masa S-II je bila 480,900 kg, a potisak oko 5.1 MN.
Zadnji stupanj rakete, S-IVB, gradila je tvrtka Douglas Aircraft Company. Ovaj stupanj je koristio samo jedan J-2 raketni motor. Gorivo i dizajn spremnika su isti kao i kod S-II. Stupanj je bio 17.85 m dug, i imao je 6.60 m u promjeru. S-IVB se dvaput koristio tokom leta. Prvo je 2.5 minute radio radi ubacivanja u nisku orbitu oko Zemlje, a drugi put za ubacivanje u putanju prema Mjesecu. Drugo izgaranje trajalo oko 6 minuta. S-IVB je imao masu od 119,900 kg i potisak od 1 MN.
Instrumentalnu jedinicu je gradio IBM. Ona se nalazila na vrhu trećeg stupnja. Računalo na toj jedinici kontroliralo je let rakete od trenutka lansiranja do odbacivanja S-IVB. Jedinica je imala uređaje za navođenje rakete i slanje telemetrije. Mjerenjem akceleracije i visine rakete, računalo je moglo izračunati položaj i brzinu te tako ispraviti sva odstupanja.
| parametar | S-IC - 1. stupanj | S-II - 2. stupanj | S-IVB - 3. stupanj |
|---|---|---|---|
| visina (m) | 42.00 | 24.90 | 17.80 |
| promjer (m) | 10.00 | 10.00 | 6.60 |
| ukupna masa (kg) | 2,280,000 | 480,900 | 119,900 |
| masa konstrukcije (kg) | nepoznata | 14,430 | 5,217 |
| motori | 5 x F-1 | 5 x J-2 | 1 x J-2 |
| potisak (kN) | 33,400 | 5,115 | 1,020 |
| dužina sagorijevanja (s) | 150 | 367 | 470 |
| gorivo | LOX/RP-1 | LOX/LH2 | LOX/LH2 |
- Prvi stupanj, S-IC, nosio je Saturn V do visine od 68 km i ubrzao je do brzine od 2.75 km/s. Pritom je prvi stupanj potrošio oko 2,000 tona goriva. Maksimalno ubrzanje iznosilo je 4 g (39 m/s2). Nakon odvajanja prvog stupnja od ostatka rakete, on se nastavljao kretati balističkom putanjom do visine od 110 km. S-IC pao bi u Atlantski ocean oko 560 km od lansirne rampe.
- Drugi stupanj, S-II, radio je 6 minuta i nosio je raketu do visine od 176 km. Pritom je postizao brzinu od 7.00 km/s, što je veoma blizu orbitalnoj brzini. S-II je nakon odvajanja od raketa padao u ocean 4,200 km od lansirne rampe.
- Treći stupanj, S-IVB, koristio se u dva navrata. Prvo je izgarao 2.5 minute radi postizanja brzine od 7.80 km/s. Letjelica je tada napravila 2.5 orbite oko Zemlje radi provjere ispravnosti. To se nazivalo "parkirnom orbitom" i ona se nalazila na visini između 165 i 180 km. To je veoma niska orbita i interakcija letjelice i atmosfere na toj visini bila znatna. U kasnijim misijama, visina je spuštena na samo 150 km radi povećanja nosivosti rakete. Nakon 2.5 h leta, S-IVB bi pokrenuo svoje motore po drugi put radi ubacivanja u putanju prema Mjesecu. Letjelica bi tada bila ubrzana do brzine od 11.2 km/s. Nekoliko sati nakon ubacivanja u putanju, letjelica Apollo se odvajala od S-IVB. U misijama nakon Apolla 12, S-IVB bio je usmjeren prema Mjesecu radi izazivanja potresa.
Saturn V korišten je za lansiranje letjelica Apollo prema Mjesecu. Osim letova za Mjesec, jedna inačica Saturna V korištena je za lansiranje svemirske postaje Skylab. Raketa je ukupno poletjela 13 puta. Od tih 13 letova, dva su bila pokusna, 10 je ponijelo ljudsku posadu (1 u zemljinu orbitu, a 9 prema Mjesecu), dok je jedan iskorišten za lansiranje Skylaba. Ukupno je bilo proizvedeno 15 primjeraka ove rakete. Ostala dva neiskorištena primjerka danas su svoje mjesto našli u muzejima.
