Le S-IC (prononciation : ) était le premier étage du lanceur américain géant Saturn V du programme Apollo, destiné à envoyer des hommes sur la surface de la Lune, puis du lanceur dérivé Saturn INT-21 pour la mise en orbite de Skylab. Il a été assemblé par la compagnie Boeing.
Monstre de puissance, le S-IC est propulsé par cinq moteurs F-1. Il développe une poussée de (soit ) pendant les de vol prévues. Allumé sur le pas de tir de la base de lancement de Cap Canaveral, il atteint d'altitude ainsi qu'une vitesse de avant sa séparation du lanceur. Retombant en chute libre, sans parachute, il finissait par percuter l'océan atlantique à à l'est de la base de lancement de Cap Canaveral.
Historique
La genèse de l'étage S-IC Le , jour du discours Special Message to the Congress on Urgent National Needs du président des États-Unis, John F. Kennedy, annonce sa volonté d'envoyer un Américain poser le pied sur la Lune avant la fin des années 1960.
Durant l'année 1961, la définition des lanceurs de la famille Saturn varie de mois en mois. Ils correspondent aux différents scénarios pour les missions lunaires qui ne sont pas arrêtés :
Rendez-vous en orbite terrestre (EOR : "Earth Orbit Rendez-vous") Rendez-vous en orbite circumlunaire (LOR : "Lunar Orbit Rendez-vous) Vol lunaire direct ("Direct Flight")
Ainsi, dans les derniers mois de 1961, plusieurs lanceurs lourds sont encore envisagés :
Saturn C-4 puis Saturn C-5 : Ayant un premier étage basé sur 4 moteurs F-1 puis 5 moteurs F-1. Nova : Ayant un premier étage basé sur 8 moteurs F-1
L'ajout d'un moteur supplémentaire à la Saturn C-4, la transformant en Saturn C-5, est justifié par Wernher von Braun par l'augmentation constante du Module lunaire Apollo à chaque fois qu'il en discute avec le Centre Spatial de Houston.
Le , la NASA sélectionne Boeing comme responsable de l'assemblage du premier étage S-IC du véhicule Saturn C-5. Le contrat, d'un montant de 300 millions de dollars, s'étend jusqu'en 1966. Il prévoit le développement, la construction et les essais de 24 unités. L'assemblage se fera à l'usine Centre d'assemblage de Michoud (communément appelé Michoud ou par son acronyme MAF) de la NASA, près de la Nouvelle-Orléans.
Le , la NASA décide de produire industriellement le lanceur Saturn C-5. Ce choix permet une certaine flexibilité pour les missions lunaires. En effet, il pouvait servir pour tous les scénarios de missions lunaires avec une ou deux C-5.
De la conception au lancement de l'industrialisation
L’intégration entre les équipes de la NASA et celles de Boeing vignette|239x239px|Présentation des différentes versions d'essai Le Marshall Space Flight Center (MSFC) possède historiquement de grandes compétences en matière de R&D, de construction de prototypes et de gestion technique dans le domaine des lanceurs (V-2, Redstone, Jupiter et Saturn I). Avant la signature du contrat en , les ingénieurs de Boeing travaillent déjà au coude à coude avec ceux du MSFC pour finaliser la conception du premier étage.
À l'été 1962, Boeing compte près de 500 ingénieurs et techniciens travaillant sur le site du MSFC et 600 autres installés à proximité dans le centre-ville de Huntsville. Boeing prépare la production avec 450 personnes sur le site de Michoud.
Dès le départ, Boeing vient ajouter son expertise dans plusieurs domaines :
À Seattle (Washington), siège de la société Boeing : soutien technique et la recherche pour Saturn, dont les études en soufflerie et autres données techniques spécialisées. À Wichita (Kansas) : Production de l'outillage lourd nécessaire à l'assemblage du S-IC. Production des pièces et sous-ensembles utilisés pour l'assemblage. À Michoud : préparation des opérations de fabrication et équipe de direction de la « Saturn Booster Branch » de Boeing.
vignette|Installation du S-IC-D (1 moteur réel et 4 factices) dans le bâtiment d'essais dynamiques du MSFC.
Le contrat initial de Boeing va être modifié à plusieurs reprises jusqu'au . Les modifications suivantes sont apportées pour les trois premiers étages d'essai ainsi que les deux premiers étages de production :
la responsabilité de production est transférée de Boeing au MSFC le lieu de fabrication est transféré de Michoud (MAF) au MSFC le lieu des tests statiques est transféré du Mississippi Test Facility (MTF) au MSFC
Trois raisons expliquent ces modifications :
Assurer la transition entre la conception et la production en définissant, mettant en œuvre puis validant les procédures de fabrication. Permettre au MSFC de continuer à capitaliser de l'expérience sur ses ingénieurs notamment sur les procédures de production. Avancer les dates de livraison de ces cinq unités le temps que les nouveaux bâtiments nécessaires à la production au MAF et que les nouvelles structures de tests au MTF soient construits.
La production des premières unités vignette|Wernher von Braun et Kurt Debus (directeur du KSC) devant la maquette Saturn 500F incluant l'étage S-IC-F. Photo prise le 25 mars 1966 lors du transport vers le pas de tir 39A.
MSFC construit les trois premiers étages d'essai. Ceux-ci avaient des configurations et objectifs très différents :
: surnommé le « T-bird », il est utilisé pour les tests de poussée et d'utilisation des moteurs. Il est doté de moteurs réels ou factices en fonction des besoins de tests d'allumage et de poussée. : utilisé pour des tests structurels sur le corps de l'étage. Tenue des réservoirs aux pressions de remplissage, vidage et pressurisation. Il est prévu sans moteurs réels. : Maquette servant de gabarit. Permet de valider que les différentes manutentions nécessaires pour le transport (voie, barges, chargement et déchargement), pour l'assemblage jusqu'à la mise en place sur le pas de tir sont correctement dimensionnées par rapport à la taille de l'étage. Ce démonstrateur est prioritairement affecté au KSC. Il est produit sans moteurs.
Pendant que les étages S-IC-1 et S-IC-2 de vol sont construits au MSFC, les outils et procédures utilisées sont transférés vers Michoud. Boeing commence à produire le quatrième étage d'essai :
: utilisé pour des tests dynamiques : tenue aux différentes forces s’exerçant pendant l'assemblage et le vol. Il sera utilisé exclusivement au MSFC afin de déterminer l'emplacement optimal des capteurs de vol. Il est équipé d'un moteur réel et de quatre moteurs factices.
Le travail de Boeing à Michoud est de produire en série les différentes unités. Comme chaque unité nécessite plus de 14 mois de travail, celles-ci sont produites simultanément. Les étages S-IC-1, S-IC-2 et S-IC-3 seront testés et qualifiés au MSFC en test de poussée statique. Les étages ultérieurs seront testés au MFT.
Utilisation des premiers étages d'essais vignette|Convoyage par barge sur le Mississippi d'un étage S-IC revenant du MTF Le , le S-IC-T est complètement assemblé au MSFC. Il est transféré sur le banc d'essai statique du site puis un premier allumage d'un moteur du S-IC-T est effectué le . Le , les cinq moteurs sont allumés simultanément pendant puis le , un allumage de du S-IC-T est réalisé avec succès.
Le , le S-IC-S est utilisé une dernière fois au MSFC pour un test statique montrant l'intégrité des réservoirs sous une pression à 140 % de celle attendue en vol. L'intégralité des campagnes de tests l'utilisant auront été effectuées au MSFC.
Le , l'étage S-IC-F arrive au Centre spatial Kennedy. Il est amené dans le Bâtiment d'assemblage vertical dans lequel il est assemblé avec les autres étages à compter du . La maquette de lanceur ainsi créé sera déplacée sur la pas de tir 39A du KSC à compter du . Elle y restera jusqu'à mi-.
Le , le S-IC-D arrive depuis Michoud au MSFC. Le , il sera installé dans le bâtiment d'essais dynamiques du MSFC dans lequel il subira 450 heures d'essais jusqu'au printemps 1967.
Industrialisation et utilisation des étages de vol Les étages de vol sont produits en série et testés sur les sites indiqués dans le tableau ci-dessous. Ils sont ensuite envoyés par barge vers le Centre spatial Kennedy où ils sont assemblés pour former le lanceur Saturn V.
+Production, test et assemblage des étage de vol S-ICNuméro de sérieMission (N° du lanceur)Date d'arrivée au KSCDébut d'assemblage au KSCLieu de fabrication et de testsS-IC-1Apollo 4 (SA-501)12 septembre 196627 octobre 1966Fabrication MSFC. Test : MSFC.S-IC-2Apollo 6 (SA-502) 3 mars 196729 mars 1967Fabrication : MSFC. Test : MSFC.S-IC-3Apollo 8 (SA-503)27 décembre 196730 décembre 1967Fabrication : Boeing à Michoud. Test : MSFC.S-IC-4Apollo 9 (SA-504)30 septembre 1968Fabrication : Boeing à Michoud. Test : MTF.S-IC-5Apollo 10 (SA-505)27 novembre 196830 novembre 1968Fabrication : Boeing à Michoud. Test : MTF.S-IC-6Apollo 11 (SA-506)20 février 196921 février 1969Fabrication : Boeing à Michoud. Test : MTF.S-IC-7Apollo 12 (SA-507)3 mai 19697 mai 1969Fabrication : Boeing à Michoud. Test : MTF.S-IC-8Apollo 13 (SA-508)16 juin 196918 juin 1969Fabrication : Boeing à Michoud. Test : MTF.S-IC-9Apollo 14 (SA-509)11 janvier 197014 janvier 1970Fabrication : Boeing à Michoud. Test : MTF.S-IC-10Apollo 15 (SA-510)6 juillet 1970 8 juillet 1970Fabrication : Boeing à Michoud. Test : MTF.S-IC-11Apollo 16 (SA-511)17 septembre 197121 septembre 1971Fabrication : Boeing à Michoud. Test : MTF.S-IC-12Apollo 17 (SA-512)11 mai 197215 mai 1972Fabrication : Boeing à Michoud. Test : MTF.S-IC-13Skylab 1 (SA-513)26 juillet 19722 aout 1972Fabrication : Boeing à Michoud. Test : MTF.S-IC-14InutiliséFabrication : Boeing à Michoud. Test : MTF.S-IC-15InutiliséFabrication : Boeing à Michoud. Test : MTF.
Caractéristiques Comme les premiers étages de la plupart des fusées, la majeure partie de sa masse, de plus de deux mille tonnes au lancement, était dédiée aux ergols alimentant la propulsion de la fusée, en l'espèce d'un carburant RP-1 (un dérivé du kérosène) et d'un comburant, l'oxygène liquide (LOX). Il mesurait () de haut et () de diamètre, et produisait une poussée de (environ ) pour propulser la fusée pendant les kilomètres de son ascension.
vignette|258x258px|Fabrication d'un étage S-IC sur une durée de trois mois à Michoud.
À titre d'exemple, lors de la mission , le premier étage avait une masse totale de , dont d'étage sec (5,72 %) et d'ergols (94,17 %)..
Parmi les cinq moteurs , le central était fixe, tandis que les quatre sur le pourtour extérieur pouvaient être orientés pour contrôler la trajectoire de la fusée pendant son vol. Cette orientation, pouvant atteindre , était possible car les moteurs étaient installés sur des cardans à deux degrés de mobilité et asservis à des vérins hydrauliques utilisant le sous pression pour fonctionner.
Composants gauche|vignette|Vue en coupe du S-IC.
La partie la plus lourde et la plus grande du était la structure de poussée, particulièrement massive, pesant (à comparer avec la masse totale à vide de de l'étage entier). Constituée de quatre longerons, reliés par deux poutres assemblées en croix, et de deux cadres circulaires, elle a été conçue pour soutenir la poussée des cinq moteurs et la redistribuer de manière uniforme sur la base de la fusée. Il y avait également quatre ancres qui soutenaient et retenaient la fusée lorsqu'elle développait sa poussée maximale au décollage .. Ces pièces, qui permettaient aux moteurs de stabiliser leur combustion avant de laisser s'élever la fusée, furent parmi les plus grandes pièces forgées en aluminium produites aux États-Unis à l'époque. Elles mesuraient de long pour une masse de . Les quatre ailerons de stabilisation, placés sur les carénages enveloppant les moteurs périphériques, étaient conçus pour résister à une température de .
droite|vignette|Les étages de , , et au .