Сатурн V

Сатурн V (англ. Saturn V) — американская сверхтяжёлая ракета-носитель, разработанная в 1960-х годах под руководством Вернера фон Брауна в Центре космических полётов имени Маршалла. Являлась самой грузоподъёмной ракетой, когда-либо выводившей полезную нагрузку на орбиту, и единственной, способной доставлять пилотируемые корабли к Луне. Использовалась в программах «Аполлон» (1967—1973) для запуска лунных экспедиций и вывода на орбиту первой американской космической станции «Скайлэб».

История создания

Предпосылки и начало разработки

После запуска советского «Спутника-1» (1957) и полёта Юрия Гагарина (1961) США активизировали лунную гонку. 25 мая 1961 года президент Джон Кеннеди объявил о цели отправить человека на Луну до конца десятилетия. Для этого требовалась ракета, способная вывести на траекторию к Луне корабль массой около 45 тонн. Существовавшие носители («Атлас», «Титан») не подходили.

Разработка началась в 1961 году как проект C-5 в рамках программы «Сатурн». В 1962 году проект получил обозначение Saturn V. Основным подрядчиком стала компания Boeing (первая ступень), North American Aviation (вторая ступень) и Douglas Aircraft Company (третья ступень). Двигатели F-1 и J-2 разрабатывала компания Rocketdyne.

Испытания и первые пуски

Первые три ступени прошли наземные огневые испытания на стендах в Хантсвилле и Миссисипи. Первый пуск состоялся 9 ноября 1967 года в рамках миссии «Аполлон-4» (беспилотный). Ракета успешно вывела на орбиту корабль «Аполлон» в варианте Block I. Второй пуск («Аполлон-6», апрель 1968) выявил проблемы с вибрацией (pogo-эффект) и отказом одного из двигателей, но в целом подтвердил работоспособность.

Эксплуатация

Всего было произведено 15 пусков «Сатурн V», все успешные (с точки зрения вывода полезной нагрузки). Из них 12 — в программе «Аполлон» (включая 6 пилотируемых посадок на Луну) и 3 — для вывода станции «Скайлэб» (1973) и двух экспедиций на неё. Последний пуск состоялся 14 мая 1973 года (вывод «Скайлэба»). Программа была закрыта из-за сокращения бюджета НАСА и отсутствия дальнейших задач для сверхтяжёлого носителя.

Конструкция

«Сатурн V» представляла собой трёхступенчатую ракету с последовательным расположением ступеней. Полная длина — 110,6 м, диаметр — 10,1 м (по первой ступени). Стартовая масса — около 2970 тонн.

Первая ступень (S-IC)

• Изготовитель: Boeing.
• Двигатели: 5 × F-1 (Rocketdyne) на керосине RP-1 и жидком кислороде.
• Тяга на уровне моря: около 34 000 кН (суммарно).
• Время работы: около 150 секунд.
• Особенности: Центральный двигатель закреплён неподвижно, четыре периферийных могли отклоняться для управления вектором тяги. Ступень отделялась на высоте около 67 км при скорости ~2,7 км/с.

Вторая ступень (S-II)

• Изготовитель: North American Aviation.
• Двигатели: 5 × J-2 (Rocketdyne) на жидких водороде и кислороде.
• Тяга в вакууме: около 5 100 кН (суммарно).
• Время работы: около 360 секунд.
• Особенности: Использовала сварные баки из алюминиевого сплава. Отделялась на высоте около 175 км.

Третья ступень (S-IVB)

• Изготовитель: Douglas Aircraft Company.
• Двигатель: 1 × J-2 (Rocketdyne) на жидких водороде и кислороде.
• Тяга в вакууме: около 1 030 кН.
• Время работы: до 500 секунд (включая повторное включение).
• Особенности: Могла повторно запускаться для перевода корабля на траекторию к Луне. Использовалась также в качестве верхней ступени ракеты «Сатурн IB».

Система управления

Навигация и управление осуществлялись с помощью инерциальной платформы и бортового компьютера (Launch Vehicle Digital Computer — LVDC). Система обеспечивала стабилизацию, наведение по заданной траектории и выдачу команд на разделение ступеней. Коррекция траектории на активном участке производилась отклонением двигателей и включением рулевых сопел.

Характеристики

Полёты

Программа «Аполлон»

Из 12 запусков «Сатурн V» по программе «Аполлон» 6 доставили астронавтов на поверхность Луны (с «Аполлона-11» по «Аполлон-17», кроме «Аполлона-13», где посадка была отменена из-за аварии). Два беспилотных полёта (4 и 6) были испытательными. «Аполлон-8» (декабрь 1968) стал первым пилотируемым облётом Луны, «Аполлон-10» (май 1969) — генеральной репетицией посадки. «Аполлон-13» (апрель 1970) после взрыва в служебном модуле вернулся на Землю без посадки; ракета-носитель отработала штатно.

Программа «Скайлэб»

Последние три пуска «Сатурн V» (SA-513, SA-514, SA-515) были выполнены в 1973 году. Первый вывел на орбиту станцию «Скайлэб» (масса 77 т). Два других отправили к станции экипажи («Скайлэб-2» и «Скайлэб-3»). Четвёртая экспедиция («Скайлэб-4») стартовала на «Сатурне IB» из-за отмены дополнительных «Сатурнов V».

Наследие и сохранившиеся экземпляры

После закрытия программы в 1973 году производство «Сатурн V» прекращено. Три сохранившихся экземпляра (неполные или макеты) находятся в музеях:

• Космический центр имени Кеннеди (Флорида) — полностью собранная ракета из неиспользованных ступеней.
• Космический центр имени Джонсона (Техас) — макет из трёх ступеней на открытой площадке.
• Центр космических полётов имени Маршалла (Алабама) — первая ступень S-IC и другие элементы.

Двигатели F-1 и J-2 послужили основой для разработки более мощных вариантов в рамках программы «Спейс Шаттл» (двигатели RS-25) и современных проектов (Space Launch System).

Критика и альтернативы

«Сатурн V» критиковалась за высокую стоимость (около 6,5 млрд долларов в ценах 1960-х на всю программу) и отсутствие многоразовости. Предлагались альтернативные проекты сверхтяжёлых носителей (например, «Нова» с ещё большей грузоподъёмностью), но они не были реализованы. После завершения лунной программы США не имели задачи, требующей столь мощной ракеты, что привело к её замене более дешёвыми носителями («Титан III», «Спейс Шаттл»).

Источники

• Bilstein, R. E. (1996). Stages to Saturn: A Technological History of the Apollo/Saturn Launch Vehicles. NASA SP-4206.
• Brooks, C. G., et al. (1979). Chariots for Apollo: A History of Manned Lunar Spacecraft. NASA SP-4205.
• NASA. (1968). Saturn V Launch Vehicle Flight Evaluation Report: Apollo 4 (MSC-PA-R-68-1).
• Young, A. (2009). The Saturn V F-1 Engine: Powering Apollo into History. Springer.