Saturn V, (cunoscută și ca Racheta lunară) a fost o rachetă cu mai multe trepte utilizată de NASA în cadrul programelor Apollo și Skylab. Acest tip de rachetă folosea combustibil lichid și era de unică folosință.
Prezentare Saturn V, cea mai mare rachetă din familia Saturn, a fost proiectată sub directa supraveghere a lui Wernher von Braun la Marshall Space Flight Center în Huntsville, Alabama. Principalele companii care au contribuit la proiectare și construcție au fost Boeing, North American Aviation, Douglas Aircraft Company și IBM.
Saturn V este cel mai puternic vehicul de lansare (adus în stare operațională) din punctul de vedere al înălțimii, greutății și al sarcinii utile. Totuși racheta de producție rusească Energia care a executat doar 2 zboruri de test avea o forță de propulsie verticală (în limba engleză, thrust = tracțiune) la decolare puțin mai mare.
În total NASA a lansat 13 rachete de tipul Saturn V, între 1967 și 1973, fără să piardă vreodată încărcătura utilă. Principala sarcină a acestei rachete a fost să transporte oameni pe Lună. După întreruperea Programului Apollo, racheta a fost folosită pentru lansarea pe orbită a laboratorului spațial Skylab.
Cele trei trepte ale rachetei Saturn V au fost proiectate de diverse firme subcontractate de NASA. Cu toate acestea în urma unor multiple preluări și fuziuni toate au ajuns sub tutela firmei Boeing. Treptele rachetei au fost testate la Stennis Space Center de lângă Bay St. Louis, Mississippi. Baza a fost folosită ulterior pentru verificarea și testarea motorului principal al navetei spațiale cât și a noilor motoare RS-68 ale rachetelor de tip Delta IV EELV și Ares V.
Referințe istorice La începutul anilor 1960 Uniunea Sovietică depășise cu mult Statele Unite în cursa pentru cucerirea spațiului. În 1957 sovieticii au lansat primul satelit artificial al Pământului, Sputnik 1, iar pe 12 aprilie 1961 Yuri Gagarin a devenit primul om care a călătorit în spațiu fara și se stingă din cauza aparaturi,deși era aproape de moarte.
În ziua de 25 mai 1961 președintele american Kennedy a anunțat că SUA vor încerca să trimită oameni pe Lună până la sfârșitul acelui deceniu. La momentul respectiv singura experiență pe care o aveau americanii referitoare la zborurile spațiale cu oameni la bord era zborul suborbital de 15 minute al misiunii Freedom 7, efectuat de Alan Shepard. Nicio rachetă purtătoare din lume nu putea în acel moment să efectueze o misiune spre Lună dintr-o singură lansare urmată de un singur zbor. Racheta purtătoare Saturn I era în dezvoltare în acel moment, dar nu zburase încă și, fiind prea mică, ar fi fost necesare mai multe zboruri pentru a plasa pe orbită toate componentele modulului lunar.
În fazele inițiale ale proiectului NASA a luat în considerare trei metode posibile de desfășurare a misiunii spre Lună, Earth Orbit Rendezvous - EOR (Întâlnire pe orbita Pământului), Direct Ascent (Ascensiune directă) și Lunar Orbit Rendezvous - LOR (Întâlnire pe orbita Lunii), propusă de John Houbolt. Deși inițial metoda LOR a fost respinsă, luând în considerare faptul că americanii nu aveau niciun fel de experiență în conectarea vehiculelor spațiale, nici măcar pe orbita Pământului, a fost totuși până la urmă aleasă ca fiind cea mai ușoară și rapidă metodă pentru atingerea obiectivului propus de președintele Kennedy (a se vedea secțiunea Alegerea metodei de aselenizare din articolul Programul Apollo).
Dezvoltarea proiectului De la C-1 la C-4 Între anii 1960 și 1962 Marshall Space Flight Center (MSFC) a proiectat rachete care puteau fi folosite pentru diverse tipuri de misiuni.
Versiunea inițială, C-1, a trecut prin toate fazele de proiectare, construcție și testare și a ajuns să fie cunoscută sub numele de Saturn I. Proiectul C-2 a fost abandonat încă din fazele inițiale în favoarea versiunii C-3, care trebuia să folosească două motoare de tip F-1 pentru propulsia primei trepte, patru motoare de tip J-2 pentru cea de-a doua treaptă, iar cea de-a treia treaptă, S-IV urma să aibă șase motoare de tip RL-10.
NASA plănuise să folosească versiunea C-3 ca parte a metodei Earth Orbit Rendezvous, cu mențiunea clară că ar fi fost necesare cel puțin patru sau cinci lansări pentru o singură misiune. Între timp, MSFC (Marshall Space Flight Center) plănuia deja să construiască o rachetă și mai mare, versiunea numită C-4, cu patru motoare de propulsie de tip F-1 echipând prima treaptă, o a doua treaptă de tip C-3 și o a treia treaptă (modelul numit S-IVB) cu un singur motor de tip J-2. Versiunea C-4 ar fi avut nevoie "doar" de două lansări pentru fiecare misiune.
C-5 Pe 10 ianuarie 1962 NASA a anunțat că plănuiește să construiască versiunea C-5. Aceasta urma să aibă pe prima treaptă cinci motoare de tip F-1, pe a doua treaptă cinci motoare de tip J-2, iar a treia treaptă era S-IVB, cu un singur motor J-2 care urma să fie folosit de două ori (pentru finalizarea înscrierii pe orbita terestră și mai apoi pentru TLI - Trans-Lunar Injection - evadarea de pe orbita terestră către Lună).
Inițial primele patru zboruri urmau să fie de testare, câte unul pentru fiecare din cele trei trepte, iar ultimul urma să fie un zbor circumlunar. O misiune cu oameni la bord era programată pentru anul 1969.
La mijlocul anului 1962 NASA a decis să modifice foaia de parcurs. Toate cele 3 trepte ale rachetei urmau să fie testate încă de la prima lansare. Astfel se reduceau drastic timpul necesar pentru teste și totodată numărul de rachete necesare, de la 25 la doar 15. Această schemă presupunea ca treptele rachetei să funcționeze perfect de la prima lansare.
În 1963 versiunea C-5 a primit numele de Saturn V, și firma Rocketdyne a produs primele motoare. În 1966, motorul F-1 a trecut de inspecția tehnică, NASA considerând că este complet pregătit pentru misiunea cu oameni la bord, care avea să aibă loc pe 6 septembrie.
Prima lansare a rachetei Saturn V a avut loc pe 9 noiembrie 1967, în cadrul misiunii Apollo 4, fără echipaj uman, iar prima lansare cu oameni la bord a urmat 1 an mai târziu, în decembrie 1968. Apollo 8 a avut misiunea să înconjoare Luna.
Tehnologie Racheta Saturn V este fără îndoială una din cele mai impresionante mașinării construite vreodată. Având peste 110 m (363 picioare) înălțime, 10 m (33 picioare) diametru, o masă totală de aproximativ 3000 de tone și o sarcină utilă de 118000 kg (pentru orbita joasă a Pământului), Saturn V face toate rachetele care au fost construite înainte, să pară minuscule pe lângă ea. Comparativ, ea este cu doar un picior (0,33 m) mai scundă decât Catedrala Sf. Paul din Londra.
În principal, Saturn V a fost proiectată de Marshall Space Flight Center, numeroase componente - incluzând propulsoarele - au fost obținute de la subcontractori. Au fost folosite puternicele motoare de tip F-1 și J-2 care, la teste, provocau unde seismice perceptibile pe o rază de 80 km (50 mile). Proiectanții au decis sa reutilizeze cât mai multă tehnologie rămasă de la racheta Saturn I. În consecință treapta a treia, S-IVB, a rachetei Saturn V era bazată pe treapta a doua, SI-V, a rachetei Saturn I și Modulul de instrumente de control era similar cu cel folosit la racheta Saturn 1.
Trepte thumb|right|200px|Diagramă Saturn V
La toate zborurile în afară de unul, Saturn V a avut 3 trepte—1: S-IC, 2: S-II, 3: S-IVB --, plus modulul de instrumente. Toate cele trei trepte foloseau oxigenul lichid (LOX) ca oxidant. Prima treaptă folosea RP-1 drept combustibil, în timp ce a doua și a treia foloseau hidrogen lichid (LH2). Toate cele trei trepte aveau mici motoare auxiliare (ullage motors în engleză, ullage = spațiu gol din rezervor, deasupra combustibilului), cu combustibil solid, folosite pentru separarea treptelor în timpul lansării și pentru aducerea combustibilului lichid într-o poziție din care să poată fi pompat din rezervor.
Treapta I - S-IC thumb|left|Prima treaptă a lui Apollo 8 Saturn V ridicată în hangarul de asamblare verticală (1 februarie 1968) Secțiunea S-IC a fost construită în același loc unde astăzi sunt construite rezervoarele externe ale navetei spațiale. Cea mai mare pondere din masa sa uriașă de peste 2.000 de tone o are combustibilul (RP-1 și oxigen lichid), acest lucru fiind valabil în cazul oricărei trepte de rachetă purtătoare. A se observa și faptul că greutatea secțiunii S-IC reprezintă aproximativ două treimi din masa totală a rachetei. Avea 42 de metri înălțime, 10 metri în diametru și o forță de propulsie de 34.02 MN, destul pentru a acoperi primii 62 de kilometri din ascensiune. Cele cinci motoare de tip F-1 erau aranjate în formă de cruce. Motorul din mijloc era fix, iar celelalte patru puteau fi orientate hidraulic, pentru a controla racheta.
Construcție right|thumb|Primele modele ale secțiunii I-SC (9,10 și 11) la Michoud Assembly Facility Contractul de construcție al secțiunii S-IC i-a fost atribuit firmei Boeing pe 15 decembrie 1961. La momentul respectiv configurația generală fusese deja stabilită de inginerii de la Marshall Space Flight Center. Modulul S-IC avea să fie asamblat la Michoud Assembly Facility, New Orleans. Testele în tunelul de vânt urmau să aibă loc în Seattle iar uneltele necesare construcției trebuiau aduse din Wichita, Kansas.
MSFC a construit trei versiuni de teste (S-IC-T, S-IC-S și S-IC-F) și 2 versiuni pentru zbor (S-IC-1 și S-IC-2). Au fost asamblate folosind echipamente provenite din Wichita.
A durat în medie 7, până la 9 luni pentru construcția rezervoarelor și 14 luni pentru întreaga secțiune. Primul model construit de Boeing a fost S-IC-D, folosit tot pentru teste.
Configurație left|thumb|Configurația treptei S-IC Cea mai mare și mai grea componentă a treptei S-IC a fost structura de susținere a propulsoarelor, cântărind peste 21 de tone. Trebuia să suporte forța de propulsie a celor 5 motoare și să o distribuie uniform la baza rachetei. Racheta era ținută la sol, în timp ce erau pornite motoarele, de 4 ancore masive. Acestea erau printre cele mai mari piese turnate din aliaj de aluminiu, produse vreodată în SUA, aveau 4,3 metri lungime și masa de 816 kilograme. Cele 4 aripioare de stabilizare trebuiau să reziste la temperaturi de peste 1.100 °C.
Următoarea componentă era rezervorul de combustibil. Acesta conținea 770.000 litri de combustibil RP-1. Rezervorul avea masa proprie de 11 tone și putea sa furnizeze 7.300 de litri pe secundă. Pentru a preveni coagularea combustibilului, se pompa azot prin partea de jos ca să îl țină în mișcare. În timpul zborului combustibilul era presurizat cu heliu, care era păstrat in containere speciale din interiorul rezervorului de oxigen lichid.
Între rezervoarele de RP-1 și oxigen lichid exista un rezervor intermediar pentru amestecare.
Rezervorul de oxigen lichid avea capacitatea de 204.000 de litri. Acesta a ridicat probleme de proiectare, deorece conductele de oxigen lichid trebuiau să fie drepte, deci să treacă prin rezervorul de RP-1. Era necesara izolarea acestora într-un tub, pentru a preveni înghețarea combustibilului RP-1 și efectuarea a încă 5 găuri in partea de sus a rezervorului.
Treapta a II-a - S-II Treapta a doua a rachetei Saturn V avea ca principal scop propulsia vehiculului prin atmosfera înaltă a Pământului. Aceasta folosea hidrogen lichid și oxigen lichid drept combustibil pentru cele 5 motoare de tip J-2, care erau dispuse similar cu cele de la treapta S-IC, și care dezvoltau o forță de propulsie de 5 MN. Timpul efectiv de ardere era de 367 de secunde.
Construcție right|thumb|200px|Secțiunea S-II a lui Apollo 6 în timpul asamblării.
Secțiunea S-II și-a început existența în decembrie 1959, când un comitet a recomandat construcția unui motor cu forță de propulsie mai mare, cu hidrogen lichid. Contractul pentru motor i-a fost acordat firmei Rocketdyne. Ulterior motorul a fost numit J-2. Între timp a început și proiectarea treptei propriu zise. Inițial treapta S-II trebuia să aibă 4 motoare, 22,5 metri lungime, și 6,5 metri în diametru.