desno|mini|300px|Prvi let rakete u misiju Apollo 4.
Saturn V (izgovara se kao "Saturn pet") je bila američka potrošna raketa koju je koristila NASA između 1967. i 1973. Trostupanjska, pogonjena tekućim gorivom, raketa za dizanje teških tereta, razvijena je kako bi podržavala Apollo program za ljudsko istraživanje Mjeseca, a kasnije je korišten za lansiranje Skylab-a, prve američke svemirske stanice. Saturn V lansiran je 13 puta iz Kennedyjevog svemirskog centra na Floridi bez gubitka posade ili tereta. Saturn V ostaje najviša, najteža i najmoćnija raketa ikada dovedena u operativni status do 2017. godine i drži rekord o najtežem teretnom opterećenju i najvećem kapacitetu tereta za nisku Zemljinu orbitu (LEO) od 140.000 kg (310.000 lb), koji je uključivao treći stupanj rakete i neizgoreno gorivo koji je potreban za slanje Apollo zapovjedništva / servisnog modula i lunarnog modula na Mjesec.
Najveći proizvodni model obitelji Saturn rakete, Saturn V, dizajniran je pod vodstvom Wernhera von Brauna i Arthura Rudolpha u Marshallovom svemirskom letu u Huntsvilleu, Alabama, s Boeingom, Sjevernoameričkim zrakoplovstvom, Douglasom i IBM-om kao vodećim izvođačima.
Do danas, Saturn V ostaje jedino lansirno vozilo za lansiranje misija za nošenje ljudi izvan niske orbite Zemlje. Ukupno je izgrađeno 15 vozila koja su sposobna za let, ali ih je samo 13 letjelo. Dodatna tri vozila izrađena su za potrebe ispitivanja na zemlji. Na Mjesec je poslano ukupno 24 astronauta, od kojih su tri poslana dvaput, u četiri godine u razdoblju od prosinca 1968. do prosinca 1972. godine.
Povijesne prilike
Podrijetlo Saturn V rakete počinje s dovođenjem Wernhera von Brauna zajedno s oko sedam stotina njemačkih raketnih inženjera i tehničara u Sjedinjene Američke Države u Operaciji Paperclip, programa koji je u kolovozu 1946. godine odobrio predsjednik Truman radi žetve njemačkih raketnih stručnjaka, da bi SAD-u dali bolji položaj na rubu hladnog rata, kroz razvoj IRBM i interkontinentalnih balističkih raketa (ICBM). Bilo je poznato da će američki suparnik, Sovjetski Savez, također pokušati osigurati neke od Nijemaca.
Von Braun je stavljen u diviziju dizajna vojske zbog svoje prethodne izravne uključenosti u stvaranje raketa V-2. Između 1945. i 1958. godine njegov je rad bio ograničen na prenošenje ideja i metoda iza V-2 američkim inženjerima. Unatoč Von Braunovim brojnim člancima o budućnosti svemirskih raketa, američka je vlada nastavila financirati zrakoplovstvo i mornaričke raketne programe za testiranje svojih Vanguard raketa unatoč brojnim skupim kvarovima. Tek nakon sovjetskog lansiranja Sputnika 1 na R-7 ICBM, koji je mogao nositi termonuklearnu bojnu glavu do SAD-a, su vojska i vlada počele poduzimati ozbiljne korake prema stavljanju Amerikanaca u svemir. Konačno, okrenuli su se von Braunu i njegovu timu koji je tijekom ovih godina stvorio i eksperimentirao sa serijom raketa Jupiter. Juno I bio je raketa koja je u siječnju 1958. lansirala prvi američki satelit, a dio je posljednjeg pokušaja plana NACA-e (prethodnika NASA-e) da se dobije bolja pozicija u svemirskoj utrci. Serija raketa Jupiter bila je još jedan korak u von Braunovom putu prema Saturnu V, kasnije nazvavši prvu seriju "djeca Saturn-a".
Razvoj
Dizajn Saturn V-a proizlazi iz nacrta serije raketa Jupiter. Kako je uspjeh serije Jupiter postao bjelodan, pojavila se serija Saturn.
Od C-1 do C-4 Između 1960. i 1962. godine, Marshall Space Flight Centar (MSFC) osmislio je niz Saturn raketa koje se mogu koristiti za različite misije u orbiti Zemlje ili Lunarne Misije.
C-1 je razvijen u Saturn I, a C-2 raketa je odbačena rano u postupku dizajna u korist C-3, koji je namjeravao koristiti dva F-1 Motora na svom prvom stupnju, četiri motora J-2 za njegov drugi stupanj i S-IV stupanj koji bi koristio šest RL10 motora .
NASA je planirala koristiti C-3 kao dio koncepta Earth Earth Orbit Rendezvous (EOR), s najmanje četiri ili pet lansiranja potrebnih za jednu lunarnu misiju. Ali MSFC je već planirao još veću raketu, C-4, koja bi koristila četiri F-1 motora na svom prvom stupnju, prošireni drugi stupanj C-3 i S-IVB, stupanj s jednim J-2 motorom, kao trećim stupnjem. C-4 bi trebao samo dva lansiranja za obavljanje lunarne misije tipa EOR.
C-5 Dana 10. siječnja 1962. NASA je objavila planove za izgradnju C-5. Trostupanjska raketa bi se sastojale od: prvog stupnja S-IC, s pet F-1 motora; Drugog stupnja S-II s pet J-2 motora; I S-IVB trećeg stupnja, s jednim J-2 motorom. C-5 je dizajniran za kapacitet nosivosti 41,000 kg na Mjesec.
C-5 je bio podvrgnut ispitivanju komponenata čak i prije nego što je izgrađen prvi model. Treći stupanj S-IVB se koristio kao drugi stupanj za C-IB, koji je poslužio za dokazivanje koncepta i izvedivosti za C-5, kao i za podatke o letu koji su ključni za razvoj C-5. Umjesto da prolazi kroz testiranje za svaku glavnu komponentu, C-5 bi se testirali na način da prvi test leta rakete uključiva potpune verzije sva tri stupnja rakete. Ispitivanjem svih komponenti odjednom, potrebno je mnogo manje testnih letova prije pokretanja lansiranja.
C-5 je potvrđen kao NASA-in izbor za Apollo program početkom 1963., a nazvan je Saturn V. C-1 postao je Saturn I i C- 1B je postao Saturn IB. Von Braun je vodio ekipu u Marshall Space Flight Centru u izgradnji vozila sposobnog za lansiranje letjelice na putu prema Mjesecu. Prije no što su se preselili pod jurisdikciju NASA-e, von Braunov tim je već počeo raditi na poboljšanju potiska, stvarajući manje složen operativni sustav i osmišljavajući bolje mehaničke sustave. Tijekom ovih izmjena došlo je do odluke o odbacivanju jednomotornog dizajna V-2 i tim se preselio na dizajn višestrukih motora. Saturn I i IB su odražavali ove promjene, ali nisu bili dovoljno veliki da bi poslali letjelicu na Mjesec. Ovi dizajni su ipak pružili ko osnova na kojoj NASA može odrediti njezinu najbolju metodu koja bi vodila prema slijetanju čovjeka na Mjesec.
Konačni dizajn Saturn V imao je nekoliko ključnih značajki dizajna. Inženjeri su utvrdili da su najbolji motori F-1 upareni s novim sustavom propulzije vodika koji se zove J-2, što je omogućilo optimalnu konfiguraciju Saturn C-5. Do 1962. godine NASA je dovršila svoje planove za nastavak s von Braunovim dizajnom Saturn-a, i Apollo svemirski program je dobio na brzini.
Dovršetkom konfiguracije, NASA je usmjerila pozornost na profile misije. Unatoč nekoj kontroverzi, spajanje u lunarnoj orbiti za lunarni modul odabrana je umjesto orbitalnog spajanja oko Zemlje. Pitanja kao što je vrsta ubrizgavanja goriva, potrebna količina goriva za takvo putovanje, i procesi proizvodnje raketa su izpolirani, a odabrani su nacrti za Saturn V. Stupnjeve rakete je dizajnirao von Braunov Marshall Space Flight Center u Huntsvilleu, a vanjski su izvođači odabrani za gradnju: Boeing (S-IC), North American Aviation (S-IIB, S-II), Douglas Aircraft i IBM.
Tehnologija
mini|desno|200px|Dijagram Saturna V
Veličina i nosivost Saturn-a V je nadmašila sve ostale rakete koje su do tada uspješno letjele. S Apollo svemirskom kapsulom na vrhu, bio je visok 111 metara,a bez stabilizatora je bio promjera 10 metara. Potpuno napunjen gorivom, Saturn V je težio 2,950 tona i imao je kapacitet za podizanje tereta u nisku Zemljinu orbitu koji je izvorno procijenjen na 118,000 kg, ali je dizajniran za slanje najmanje 41,000 Kg na Mjesec. Kasnije nadogradnje povećale su taj kapacitet; Tijekom posljednje tri Apollo lunarne misije, lanirano je oko 140.000 kg u LEO i poslano 48.600 kg na Mjesec. S visinom od 111 m, Saturn V bio je 18 m viši od Kipa Slobode od zemlje do baklje, a 15 m viši od sata Big Ben.
Nasuprot tome, raketa Mercury-Redstone koju se rabilo za misiju Freedom 7, leta prvog amerikanca u svemir bila je nešto manje od 3,4 metra duža od stupnja S-IVB i davala je manji potisak na razini mora (350 KN) od rakete Launch Escape System-a (Sustav za hitnu evakuaciju) (potiska razine mora od 667 kN montiran na vrhu Apollo Komandnog Modula.
Saturn V je prvenstveno osmislio Marshall Space Flight Center u Huntsville-u, Alabama, iako su brojni glavni sustavi, uključujući propulziju, projektirani od strane kooperanata. Koristio je moćne nove rakete F-1 i J-2 za pogon. Kada su testirani, ovi motori razbili su prozore obližnjih kuća. Dizajneri su rano odlučili pokušati iskoristiti što više tehnologije iz Saturn I programa što je više moguće. Slijedom toga, treći stupanj Saturn V S-IVB-500 temelji se na S-IVB-200 drugom stupnju Saturn IB. Instrumentalna jedinica koja je kontrolirala Saturn V dijelila je zajedničke karakteristike s onom koju je imao u sebi Saturn IB.
Nacrti i drugi planovi Saturn-a V dostupni su na mikrofilmu u Marshall Space Flight Centru.
Stupnjevi Saturn V se sastojao od tri stupnja - prvog stupnja S-IC-a, drugog stupnja S-II i trećeg stupnja S-IVB - i instrumentalne jedinice. Sva tri stupnja koristila su tekući kisik (LOX) kaoOksidator. Prvi stupanj koristio je RP-1 za gorivo, dok su drugi i treći stupanj koristili tekući vodik (LH2). Gornji stupnjevi također su koristili male motore s krutim gorivom koji su pomogli odvojiti stupnjeve tijekom lansiranja i kako bi se osiguralo da se tekuće gorivo u pravilnom položaju povuče u crpke.
S-IC prvi stupanj
S-IC je sagradila tvrtka Boeing u Michoud Assembly Facility, gdje su kasnije sastavljani i vanjski spremnici Space Shuttle-a od strane Lockheed Martin-a. Većina mase od 2000 tona pri lansiranju je RP-1 gorivo s LOX kao oksidatorom. S-IC je bio visok 42m i 10m u promjeru, i stvarao 34,000kN potiska. S-IC stupanj je imao suhu težinu od 131 tone i potpuno napunjen gorivom pri lansiranju je imao ukupnu masu od 2300 tona. Pokretali su ga pet motora Rocketdyne F-1,s četiri motora raspoređena na kvadratu, a peti u sredini). Središnji motor držan je u fiksnom položaju, Dok su četiri vanjska motora mogla biti hidraulični okretana kako bi upravljao raketom. U letu je središnji motor isključen oko 26 sekundi prije valjskih motora za ograničavanje akceleracije. Tijekom lansiranja, S-IC je imao upaljene motore 168 sekundi (paljenje se dogodilo oko 8,9 sekundi prije poljetanja) i pri zaustavljanju motora, vozilo je bilo na nadmorskoj visini od oko 67 km, i 93 km niz vjetar i kretao se oko 2300 m/s.
S-II drugi stupanj
S-II je sagradio North American Aviation na Seal Beach, California. Koristeći tekući vodik i tekući kisik, imao je pet motora Rocketdyne J-2 u sličnom sklopu kao S-IC, također pomoću vanjskih motora za kontrolu. S-II je bio visok 24,87 m s promjerom 10 m, identičan S-IC i time je bila najveća kriogenski stupanj rakete do lansiranja Space Shuttlea 1981. S-II je imao suhu težinu od 36,000 kg i potpuno napunjen gorivom,480 000 Kg. Drugi stupanj je ubrzao Saturn V kroz gornju atmosferu s potiskom u vakuumu od 4 900 kN. Kada je bio napunjen gorivom, znatno više od 90 posto mase stupnja bilo je gorivo; Međutim, iznimno lagani dizajn dovelo je do dva kvara u strukturnim ispitivanjima. Umjesto da ima međusobnu konstrukciju za odvajanje dvaju spremnika za gorivo, kao što je to učinjeno u S-IC, S-II je koristio zajedničku pregradu koja je konstruirana od vrha LOX spremnika i dna spremnika LH2. Sastojao se od dva aluminijska lista odvojena sa saćastom strukturom od fenolne smole. Ova pregrada mora se izolirati od temperaturnog gradijenta od 126 °F (70 °C) između dva spremnika. Uporaba zajedničke pregrade je uštedila 3600 kg. Poput S-IC-a, S-II je prevezen iz svoje tvornice do Cape Canaverala morem.
S-IVB treći stupanj
S-IVB je sagradila tvrtka Douglas Aircraft Company na adresi Huntington Beach, California. Imao je jedan J-2 motor i koristio isto gorivo kao i S-II. S-IVB je koristio zajedničku pregradu za odvajanje dvaju spremnika. Bio je 17.86 m visok s promjerom 6,604 m i također je dizajniran s visokom masovnom učinkovitošću, iako ne baš tako agresivno kao S-II. S-IVB je imao suhu težinu od oko 10 000 kg i, u potpunosti napunjen gorivom, težio oko 119 000 kg.