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 - 3-я ступень с остатками топлива).
История запусков
Состояние
Места запуска	LC-39, Космический центр 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	34 200 кН (суммарная)
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	5115 кН
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	1001 кН
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 V» остаётся наиболее мощной из созданных на данный момент человечеством ракет, выводивших полезную нагрузку на орбиту — детище выдающегося конструктора ракетно-космической техники Вернера фон Брауна, она могла вывести на низкую околоземную орбиту 140 т и на траекторию к Луне 47 т полезного груза. «Сатурн V» 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 для выведения на околоземную орбиту станции «Скайлэб» (в двухступенчатом варианте).

Ракета-носитель выполнена по трёхступенчатой схеме, с последовательным расположением ступеней, на первой ступени устанавливались пять кислородно-керосиновых двигателей, на второй — 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 до 1962 в центре космических полетов им. Маршалла рассматривались проекты ракет-носителей серии Сатурн C (Сатурн C-1, C-2, C-3, C-4), для осуществления пилотируемого полета на Луну. Проект Сатурн C-1 был реализован ракетой-носителем Сатурн I.

Проекты ракет-носителей C-2, C-3 и C-4 предполагалось использовать для сборки на орбите Земли лунного корабля, после чего лунный корабль должен выйти на траекторию к Луне, высадиться на Луне и взлететь с нее. Масса такого корабля на околоземной орбите должна была составлять около 200 тонн.

Сатурн С-2 должен был 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.

По проекту Сатурн C-3 был трёхступенчатой ракетой-носителем, на первой ступени были установлены два двигателя F-1, на второй четыре двигателя J-2, и третья ступень — вторая ступень ракеты носителя Сатурн I, S-IV. Сатурн C-3 должен был 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 был трёхступенчатой ракетой, первая ступень 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 должен был выводить на низкую околоземную орбиту полезную нагрузку массой 99 тонн, и по этому проекту лунный корабль должен был быть собран за два запуска.

C-5

10 января 1962 года NASA опубликовало планы строительства ракеты-носителя Сатурн C-5, на первой его ступени были установлены пять двигателей F-1, на второй ступени — пять двигателей J-2, и на третьей один J-2. С-5 должен был выводить на траекторию к Луне полезную нагрузку массой 41 тонны.

В начале 1963 года НАСА окончательно выбрало тип экспедиции (основной корабль остаётся на орбите, посадку совершает лунный модуль) и дало ракете-носителю Сатурн C-5 новое имя, Сатурн V.

Технические данные

Ступени

Схема ракеты-носителя «Сатурн V».

Сатурн V состоял из трёх ступеней: S-IC — первая ступень, S-II — вторая и S-IVB — третья. Все три ступени использовали жидкий кислород как окислитель. Топливом в первой ступени был керосин, а во второй и третьей — жидкий водород

Первая ступень, S-IC

Первая ступень, использованная в запуске Аполлон-8 в здании вертикальной сборки

S-IC производилась компанией Боинг. На первой ступени было установлено пять кислородно-керосиновых двигателей F-1, суммарная тяга которых была более 34 МН. 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. 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 тягу и перегрузки. Диаметр первой ступени 10 метров, высота 42 метра.

Вторая ступень, S-II

S-II производилась компанией «North American Aviation». Ступень использовала пять кислородно-водородных двигателей J-2, общая тяга которых составляла 5115 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. Тяга ступени была 5,1 МН (в вакууме), и она по сей день является самой мощной ступенью на криогенном топливе. 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 построена компанией «Douglas Aircraft Company». На ступени был установлен один двигатель J-2, который использовал жидкий кислород и жидкий водород как окислитель и топливо, как и вторая ступень S-II. Ступень развивала тягу около 1 МН. 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 до выведения «Аполлона» на околоземную орбиту и во второй раз — для вывода «Аполлона» на траекторию к Луне.

Транспортировка

Для перевозки ракет Сатурн V к стартовой площадке использовались специальные гусеничные транспортёры (англ. crawler-transporter). В своё время они являлись крупнейшими образцами наземной самоходной техники в мире.

Скайлэб

Последний запуск Сатурна V, выводящий на низкую земную орбиту космическую станцию «Скайлэб»

Космическая станция «Скайлэб» была изготовлена на земле из неиспользованной второй ступени ракеты-носителя Сатурн IB, S-IVB. Первоначально планировалось, что станция будет преобразована из S-IVB в орбитальную станцию уже на орбите: после того как ступень 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 вследствие резкого урезания бюджета в начале 70-х годов НАСА отказалось от этих планов. После отмены миссий «Аполлон-19», «Аполлон-20», а затем и отмены «Аполлон-18» в распоряжении НАСА осталось несколько неиспользованных ракет Сатурн V, которые могли вывести на орбиту полностью оснащенную орбитальную станцию без необходимости использования ее в качестве ступени.

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

Цена

С 1964 года по 1973, из бюджета США было выделено 6,5 миллиарда долларов на Сатурн V, максимум в 1966, 1,2 миллиарда. С учетом инфляции на Сатурн V было потрачено 32-45 миллиардов долларов в ценах 2007 года. Приблизительная стоимость одного запуска Сатурна V составляла 2,4-3,5 миллиарда долларов в ценах 2007 года.

Одна из главных причин отмены программы «Аполлон» после 6 успешных пилотируемых полетов на Луну была её высокая стоимость. В 1966 году NASA получила самый большой бюджет за свою историю — 4,5 миллиарда долларов с учётом инфляции, что составляло около 0,5 процента ВВП США.

Запуски Сатурна 5

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 блоком КА «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.
SA-507	Аполлон-12	14 ноября 1969	Прилунение около Сервейора 3 (Surveyor 3).
SA-508	Аполлон-13	11 апреля 1970	Авария в полёте. Команда спасена.
SA-509	Аполлон-14	31 января 1971	Прилунение около Фра Мауро (Fra Mauro).
SA-510	Аполлон-15	26 июля 1971	Первый лунный Ровер (луноход).
SA-511	Аполлон-16	16 апреля 1972	Прилунение у кратера Декарта (Descartes)
SA-512	Аполлон-17	6 декабря 1972	Первый и единственный ночной старт. Последний лунный полёт программы «Аполлон».
SA-513	Скайлэб 1	14 мая 1973	Двухступенчатая модификация (Saturn INT-21). На орбиту выведена станция «Скайлэб»
SA-514			Изготовлена для «Аполлонов-18/19», но никогда не использовалась.
SA-515			Изготовлена в качестве резерва для «Скайлэб», но никогда не использовалась.

См. также

• Аполлон (КА)
• Гусеничный транспортёр НАСА
• Н-1
• Нова (ракета-носитель)
• Магнум (ракета-носитель)
• Энергия (ракета-носитель)
• «Лунный заговор»
• Таблица пилотируемых полётов по американской программе «Аполлон»

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