Сатурн-5

Сатурн-5
Первая ракета «Сатурн-5» (AS-501) на стартовой площадке, перед запуском «Аполлон-4». Фото НАСА
Общие сведения
Страна	США
Семейство	Сатурн
Назначение	ракета-носитель
Изготовитель	Boeing (S-IC) North American (S-II) Douglas (S-IVB)
Основные характеристики
Количество ступеней	3
Длина	110,6 м
Диаметр	10,1 м
Стартовая масса	2965 («Аполлон-16») т
Масса полезной нагрузки
- на НОО	140,9 тонн (запуск «Аполлон-15»; корабль «Аполлон» и 3-я ступень с остатком топлива).
- на траекторию к Луне	65,5 тонн (46,8 - корабль «Аполлон» + 18,7 - 3-я ступень с остатками топлива).
История запусков
Состояние	програма закрыта
Места запуска	стартовый комплекс LC-39, Космический центр им. Джона Ф. Кеннеди
Число запусков	13
- успешных	13
- неудачных	0
Первый запуск	9 ноября 1967
Последний запуск	14 мая 1973
Первая ступень — S-IC
Маршевые двигатели	5 x F-1
Тяга	34 343 кН (суммарная у земли)
Удельный импульс	263 c (2580 Н·с/кг)
Время работы	150 с
Горючее	керосин
Окислитель	жидкий кислород
Вторая ступень — S-II
Маршевые двигатели	5 x J-2
Тяга	5096 кН (суммарная в вакууме)
Удельный импульс	421 с (4130 Н·с/кг)
Время работы	360 с
Горючее	жидкий водород
Окислитель	жидкий кислород
Третья ступень — S-IVB
Маршевый двигатель	J-2
Тяга	1019,2 кН (в вакууме)
Удельный импульс	421 с (4130 Н·с/кг)
Время работы	165 + 335 с (2 включения)
Горючее	жидкий водород
Окислитель	жидкий кислород

Сатурн-5 (англ. Saturn V) — американская ракета-носитель. Ракета «Сатурн-5» остаётся самой грузоподьемной, наиболее мощной, самой тяжелой и самой большой из созданных на данный момент человечеством ракет, выводивших полезную нагрузку на орбиту^[1] — детище выдающегося конструктора ракетной техники Вернера фон Брауна, она могла вывести на низкую околоземную орбиту 141 т и на траекторию к Луне 47 т полезного груза (65,5 т вместе с 3-й ступенью носителя). «Сатурн-5» использовалась для реализации программы американских лунных миссий (в том числе с её помощью была осуществлена первая высадка человека на Луну 20 июля 1969 года), а также (в двухступенчатом варианте) для выведения на околоземную орбиту орбитальной станции «Скайлэб»

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 полетов 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 полетов на околоземную орбиту; проект «Сатурн C-1» был реализован впоследствии в ракете-носителе «Сатурн-1») пилотируемого полета на Луну.

Ракеты-носители, разрабатывавшиемя 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» должена была выводить на низкую околоземную орбиту полезную нагрузку массой в 21,5 тонны, по этому проекту предполагалось собрать корабль для полета на Луну за пятнадцать пусков^[2].

По проекту «Сатурн C-3» предусатривалось 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^[3].

«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^[4].

C-5

10 января 1962 года НАСА опубликовала планы строительства ракеты-носителя «Сатурн C-5». На первой ее ступени должны были быть установлены пять двигателей F-1, на второй ступени — пять двигателей J-2, и на третьей — один J-2^[5]. 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 нее совершает специальный лунный модуль) и дало ракете-носителю «Сатурн C-5» новое имя — «Сатурн-5».

Технические данные

Ступени

Схема ракеты-носителя «Сатурн-5».

«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

Основная статья: 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 34000 кН. Первая ступень работала 2,5 минуты, разгоняла последующие ступени и полезную нагрузку до скорости 2,68 км/с и выводила их на высоту 68 километров^[6]. Один из пяти двигателей был зафиксирован в центре, четыре других расположены диаметрально и могли поворачиваться для управления вектором тяги. В полете центральный двигатель выключался раньше, чтобы уменьшить перегрузки. Диаметр первой ступени 10 метров, высота 42 метра.

Вторая ступень, S-II

Основная статья: 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. Она и по сей день является самой мощной ракетной ступенью на криогенном горючем. Вторая ступень работала приблизительно 6 минут, разгоняя ракету-носитель до скорости 6,84 км/с и выводя её на высоту 185 км^[7].

Третья ступень, S-IVB

Основная статья: S-IVB

S-IVB производилась компанией «Дуглас» (с 1967 г. — компанией «Мак-Доннэл Дуглас»). На ступени был установлен один двигатель J-2, который использовал жидкий кислород и жидкий водород, как окислитель и горючее соответственно (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.

Сборка

Транспортировка

Для перевозки ракет «Сатурн-5» к стартовой площадке использовались специальные гусеничные транспортёры (англ. crawler-transporter). В то время (1965—1969 гг.; до появления в 1969 г. шагающего экскаватора 4250-W) они являлись крупнейшими и наиболее тяжелыми образцами наземной самоходной техники в мире. Эти транспортеры также оставались самыми большими и тяжелыми гусеничными машинами в мире до 1978 г. (когда появился экскаватор Bagger 288).

Схема лунной экспедиции

Скайлэб

Последний запуск «Сатурн-5», выводящий на низкую околоземную орбиту орбитальну станцию «Скайлэб»

Основная статья: Скайлэб

Орбитальная станция «Скайлэб» была изготовлена из неиспользованной второй ступени ракеты-носителя «Сатурн-1Б» — S-IVB. Первоначально планировалось, что ступень будет преобразована в орбитальную станцию уже непосредственно на околоземной орбите: после того как она будет выведена на орбиту в качестве действующей ракетной ступени, освободившийся бак жидкого водорода должен был быть дооснащён и конструкция превратилась бы в орбитальный модуль. Однако после отмены (в 1970 г., вследствие резкого урезания перспективного бюджета НАСА) миссии «Аполлон-20», а затем и отмены (в том же году) полетов «Аполлонов −18 и −19» к Луне, НАСА отказалось от этого плана — теперь в ее распоряжении оставалось три неиспользованных ракеты-носителя «Сатурн-5», которые могли вывести на орбиту полностью оснащенную орбитальную станцию без необходимости использования ее в качестве ракетной ступени.

Орбитальная станция «Скайлэб» была запущена 14 мая 1973 года с помощью двухступенчатой модификации ракеты-носителя «Сатурн-5».

Цена

С 1964 года по 1973-й из федерального бюджета США было выделено на программу «Сатурн-5» 6,5 миллиарда долларов. Максимум пришелся на 1966 год — 1,2 миллиарда^[8]. С учетом инфляции на программу «Сатурн-5» было за этот период потрачено 32-45 миллиардов долларов в ценах 2007 года^[9]. Приблизительная стоимость одного запуска «Сатурн-5» составляла 2,4-3,5 миллиарда долларов в ценах 2007 года.

Одна из главных причин досрочного прекращения лунной программы США после трех облетов Луны пилотируемыми кораблями (в том числе один — «Аполлон-13» — аварийный) и 6-ти успешных высадок на Луну (первоначально планировались два облета 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 гг произведено 13 пусков ракеты-носителя «Сатурн-5». Все признаны успешными^[10].

Коллаж запусков ракеты-носителя «Сатурн-5»

Серийный номер	Полезная нагрузка	Дата старта	Описание
SA-501	Аполлон-4	9 ноября 1967	Первый испытательный полёт
SA-502	Аполлон-6	4 апреля 1968	Второй испытательный полёт
SA-503	Аполлон-8	21 декабря 1968	Первый пилотируемый испытательный полёт с основным модулем корабля «Аполлон». Облёт Луны.
SA-504	Аполлон-9	3 марта 1969	Околоземная орбита. Испытания лунного модуля.
SA-505	Аполлон-10	18 мая 1969	Лунная орбита. Испытания лунного модуля.
SA-506	Аполлон-11	16 июля 1969	Первый пилотируемый полёт с посадкой на Луне в Море Спокойствия.
SA-507	Аполлон-12	14 ноября 1969	Прилунение около автоматической межпланетной станции «Сервейер-3» в Океане Бурь.
SA-508	Аполлон-13	11 апреля 1970	Авария в полёте. Облет Луны. Команда спасена.
SA-509	Аполлон-14	31 января 1971	Прилунение около кратера Фра Мауро.
SA-510	Аполлон-15	26 июля 1971	Прилунение в Болоте Гниения на юго-восточной окраине Моря Дождей. Первый «Лунный Ровер» (американский транспортный луноход).
SA-511	Аполлон-16	16 апреля 1972	Прилунение у кратера Декарта.
SA-512	Аполлон-17	7 декабря 1972	Первый и единственный ночной старт. Прилунение в Море Ясности долины Тавр-Литтров. Последний лунный полёт по программе «Аполлон».
SA-513	Скайлэб	14 мая 1973	Изготовлена для «Аполлонов-18/19/20». Затем модернизирована в двухступенчатый вариант. На орбиту выведена станция «Скайлэб»
SA-514	-	-	Изготовлена для «Аполлонов-18/19/20», но никогда не использовалась.
SA-515	-	-	Изготовлена для «Аполлонов-18/19/20». Затем предназначалась в качестве резервной для «Скайлэб», но никогда не использовалась.

См. также

• Космический корабль «Аполлон»
• Пилотируемые полеты по программе «Аполлон»
• Гусеничный транспортёр НАСА
• Н-1
• Энергия (ракета-носитель)
• Проекты семейства ракет-носителей «Нова»
• Проект ракеты-носителя «Магнум»
• Проект ракеты-носителя «Арес-5»
• Проект ракеты-носителя SLS
• «Лунный заговор»

Примечания

1. ↑ Советская ракета-носитель Н-1 имела тягу 1-й ступени от 45000 до более чем 50000 кН — почти в 1,5 раза больше, чем «Сатурн-5» — но все 4 проведённых запуска были неудачными, полезная нагрузка не была выведена на орбиту ни в одном из пусков.
2. ↑ Сатурн C-2 в Encyclopedia Astronautica
3. ↑ Сатурн C-4 в Encyclopedia Astronautica
4. ↑ Сатурн C-3 в Encyclopedia Astronautica
5. ↑ Bilstein, Roger E. Stages to Saturn: A Technological History of the Apollo/Saturn Launch. — DIANE Publishing, 1999. — P. 59-61.
6. ↑ Saturn V News Reference: First Stage Fact Sheet
7. ↑ Saturn V News Reference: Second Stage Fact Sheet
8. ↑ Apollo Program Budget Appropriations. NASA. Архивировано из первоисточника 9 февраля 2012. Проверено 16 января 2008.
9. ↑ The Inflation Calculator
10. ↑ В. П. Глушко (ред.) Космонавтика энциклопедия. — Москва: Советская энциклопедия, 1985. — 585 с.

Литература

• Akens, David S (1971). Saturn illustrated chronology: Saturn’s first eleven years, April 1957 — April 1968. NASA — Marshall Space Flight Center as MHR-5. Also available in PDF format. Retrieved on 2008-02-19.
• Benson, Charles D. and William Barnaby Faherty (1978). Moonport: A history of Apollo launch facilities and operations. NASA. Also available in PDF format. Retrieved on 2008-02-19. Published by University Press of Florida in two volumes: Gateway to the Moon: Building the Kennedy Space Center Launch Complex, 2001, ISBN 0-8130-2091-3 and Moon Launch!: A History of the Saturn-Apollo Launch Operations, 2001 ISBN 0-8130-2094-8
• Bilstein, Roger E. (1996). Stages to Saturn: A Technological History of the Apollo/Saturn Launch Vehicles. NASA SP-4206. ISBN 0-16-048909-1. Also available in PDF format. Retrieved on 2008-02-19.
• Lawrie, Alan (2005). Saturn, Collectors Guide Publishing, ISBN 1-894959-19-1
• Orloff, Richard W (2001). Apollo By The Numbers: A Statistical Reference. NASA. Also available in PDF format. Retrieved on 2008-02-19. Published by Government Reprints Press, 2001, ISBN 1-931641-00-5
• Final Report — Studies of Improved Saturn V Vehicles and Intermediate Payload Vehicles (PDF). NASA — George C. Marshall Space Flight Center under Contract NAS&-20266. Retrieved on 2008-02-19.
• Saturn 5 launch vehicle flight evaluation report: AS-501 Apollo 4 mission (PDF). NASA — George C. Marshall Space Flight Center (1968). Retrieved on 2008-02-19.
• Saturn 5 launch vehicle flight evaluation report: AS-508 Apollo 13 mission (PDF). NASA — George C. Marshall Space Flight Center (1970). Retrieved on 2008-02-19.
• Saturn V Flight Manual — SA-503 (PDF). NASA — George C. Marshall Space Flight Center (1968). Retrieved on 2008-02-19.
• Saturn V Press Kit. Marshall Space Flight Center History Office. Retrieved on 2008-02-19.
• Пол Эйзенштейн. Самый большой двигатель: Сатурн-V «Популярная механика». Июнь 2003.

Ссылки

Сайты NASA

• Apollo Lunar Surface Journal
• Saturn launch vehicles (PDF)
• Launch complex 39 facility description (PDF)

Другие сайты

• Apollo Saturn Reference Page
• Project Apollo Archive
• Apollo/Saturn V Development ApolloTV.net Video

Симуляторы

• 3D Saturn V Explorer and Launch Simulation Program
• 3D Apollo Simulator with Saturn V Simulation Program
• Saturn V/Saturn IB simulation for Orbiter spaceflight sim