Сатурн I: Американың алғашқы орта салмақты ракетасы

Кіріспе

Американың ғарыш бағдарламасында қолданылған ракета – Сатурн I ракетасы, АҚШ-тың төменгі Жер орбитасына дейін жүк жеткізетін алғашқы орта салмақты ұшыру құралы ретінде жобаланған. Ракетаның бірінші сатысы бұрынғы ракеталық бактардың жобаларынан жасалған жанармай бактарының кластері ретінде салынды, бұл сыншыларды оны әжурлы түрде "Кластердің соңғы тірегі" деп атауға итерді. Оның дамуы 1958 жылы Advanced Research Projects Agency (ARPA) ұйымынан жаңа құрылған азаматтық NASA-ға берілді. Оның конструкциясы сенімді және икемді болып шықты. Ол сұйық сутегімен жұмыс істейтін ракеталық қозғалтқыштарды дамытуды бастауға, Пегасус спутниктерін ұшыруға және Аполлон басқару және қызметтік модулінің ұшыру кезеңінің аэродинамикасын сынауға сәттілік әкелді. Он Сатурн I ракетасы ауыр жүк көтеруге арналған Сатурн IB нұсқасына алмастырылғанға дейін ұшырылды, ол үлкенірек, жоғары жалпы импульсті екінші сатыны және жақсартылған басқару жүйесін пайдаланды. Сонымен қатар, ол Аполлон бағдарламасында алғашқы адамдарды Айға қондырған аса ауыр жүк көтеруге арналған Сатурн V ракетасын жасауға жол ашты. Президент Джон Ф. Кеннеди Сатурн I және әсіресе SA 5 ұшырылымын, АҚШ-тың көтеру мүмкіндігінің Кеңес Одағынан басым түсетін нүктесі деп атады, себебі ол Спутниктен кейін артта қалған еді.

Шығу тегі

Сатурн жобасы Қорғаныс министрлігінің (DoD) жаңа талабын орындау үшін ұсынылған бірнеше жобаның бірі ретінде басталды – жаңа байланыс және "басқа" спутниктер класын орбитаға шығаратын ауыр көтергіштік құралды құру қажеттігі. Сол кезде баспасөзге хабарланғаннан (және содан бері жиі қайталағаннан) көрініп тұрғанындай, жанармай бактерілері тек Редстоун мен Юпитер бактерілері емес, сонымен қатар диаметрі бірдей, бірақ әлдеқайда ұзын, жаңадан салынған бактер болды. Шамамен 1,5 миллион фунт итерме күшіне ие кеңістік құралын жасау үшін даму бағдарламасын бастау. Бұл бағдарлама қолданыстағы ракеталық қозғалтқыштар жиынтығына негізделген. Бағдарламаның негізгі мақсаты – 1959 жылдың соңына дейін толық масштабты, жүктемемен динамикалық сынақ жүргізуді көрсету болды. 1958 жылдың 11 қыркүйегінде Rocketdyne компаниясымен H-1 құралын жасау үшін тағы бір келісімшарт жасалды. 1958 жылдың 23 қыркүйегінде ARPA және Армиялық қару-жарақ зымырандары басқармасы (AOMC) бағдарламаның көлемін кеңейтетін қосымша келісімге келді, онда «Жанармаймен динамикалық сынақтан басқа, бұл бағдарлама 1960 жылдың қыркүйегіне дейін осы бустердің итермелі ұшу сынағын жүргізу үшін кеңейтілуі керек» делінді. Сонымен қатар, олар ABMA-ның тағы үш бустер жасауын қалады, олардың соңғы екеуі «орбитаға шектеулі жүктерді шығаруға қабілетті» болды. Фон Браун бұл жобаға үлкен үміт артып, оның басқа итерме жүйелері үшін, әсіресе F-1 жетілген жағдайда, тамаша сынақ алаңы болады деп ойлады. Ол «Джуно V» құралын «шабуылдық және қорғаныс кеңістік қаруларын» зерттеу және дамыту үшін жалпы тасымалдау құралы ретінде пайдалану мүмкіндіктерін атап өтті. Әрбір әскери қызмет үшін нақты қолданылу жолдары болжалды, соның ішінде Теңіз күштері үшін навигациялық спутниктер; Армия мен Әуе күштері үшін барлау, байланыс және метеорологиялық спутниктер; Әуе күштерінің ұшқышсыз миссияларын қолдау; және Армия үшін 6400 километрге дейінгі қашықтықта жерден жерге логистикалық жабдықтау. Фон Браун сонымен қатар «Жер-бет» жобасының аясында «Джуно V» құралын адаммен айға ұшу миссиясының негізі ретінде пайдалануды ұсынды. «Джуно» құралы Жер орбитасына 9000 кг дейін жүк көтере алады, ал ол Ай ғарыш кемесін құру үшін Жер орбитасына 15 құралды ұшыруды ұсынды. Осы кезге дейін «Сатурн» деген атау «Юпитерден кейінгі» деп қолданылып келді. ARPA-ның бір ерте баяндамасында: «Сатурн – кеңістікке арналған алғашқы құрал, өйткені Дуглас DC-3 – әуе тасымалындағы алғашқы ұшақ және сенімді жұмыс атқарушы» делінген. Атаудың өзгеруі 1959 жылдың ақпанында ресми түрде бекітілді.

The Saturn project was started as one of a number of proposals to meet a new Department of Defense (DoD) requirement for a heavy lift vehicle to orbit a new class of communications and "other" satellites. Contrary to what was reported to the press at the time (and propagated commonly ever since), the tanks were not simply Redstone and Jupiter tanks, but much longer versions built anew at the same diameter. Initiate a development program to provide a large space vehicle booster of approximately 1,500,000 lb. thrust based on a cluster of available rocket engines. The immediate goal of this program is to demonstrate a full scale captive dynamic firing by the end of CY 1959. This was followed on 11 September 1958 with another contract with Rocketdyne to start work on the H 1. On 23 September 1958, ARPA and the Army Ordnance Missile Command (AOMC) drew up an additional agreement enlarging the scope of the program, stating "In addition to the captive dynamic firing , it is hereby agreed that this program should now be extended to provide for a propulsion flight test of this booster by approximately September 1960". Further, they wanted ABMA to produce three additional boosters, the last two of which would be "capable of placing limited payloads in orbit". von Braun had high hopes for the design, feeling it would make an excellent test bed for other propulsion systems, notably the F 1 if it matured. He outlined uses for the Juno V as a general carrier vehicle for research and development of "offensive and defensive space weapons". Specific uses were forecast for each of the military services, including navigation satellites for the Navy; reconnaissance, communications, and meteorological satellites for the Army and Air Force; support for Air Force crewed missions; and surface to surface logistics supply for the Army at distances up to 6400 kilometers. von Braun also proposed using the Juno V as the basis of a crewed lunar mission as part of Project Horizon. Juno could lift up to 20,000 pounds (9,000 kg) into low Earth orbit, and he proposed launching 15 of them to build a lunar spacecraft in Earth orbit. Even by this point the name "Saturn", as "the one after Jupiter" was being used. One early ARPA report noted: "The SATURN is considered to be the first real space vehicle as the Douglas DC 3 was the first real airliner and durable work horse in aeronautics". The name change became official in February 1959.

NASA-ға беру

1958 жылғы 29 шілдеде НАСА құрылғаннан кейін, қолданыстағы ауыр зымырандарды ұшыру бағдарламаларын біріктіріп, болашақ жұмыстар үшін бір ғана конструкцияны таңдау жұмыстары басталды. Ол кезде Әскери-әуе күштері мен АҚШ Армиясы мұндай құрылғыларды жасап шығарған, Армияның «Сатурн» және Әскери-әуе күштерінің «Ғарышқа ұшыру жүйесі» (SLS). SLS қатты отын күштендіргіштерімен және сутек/оттегі жоғарғы сатыларымен бірге жиынтық модульді компоненттерді пайдаланды, бұл ұшыру конфигурациялары мен пайдалы жүктеме салмағының алуан түрлілігіне мүмкіндік берді. Екі топ та адамдармен Айға қону базаларын салу жоспарларын жасады: ABMA-ның «Horizon» жобасы Жер орбитасында үлкен ай зымыранын құрудың Жер орбитасында кездесу әдісі арқылы, ал Әскери-әуе күштерінің «Lunex» жобасы SLS конструкциясының ең ірісін пайдаланып, бір үлкен қондырғыны ұшыруды көздеді. Мұның өзі жеткіліксіз болғандай, НАСА-ның өз инженерлері де өздерінің «Nova» конструкциялар сериясын жобалауды бастады, оны Әскери-әуе күштерінің тәсіліне ұқсас тікелей ұшыру профилінде пайдалануды жоспарлады. Фон Браунға қолданыстағы жұмыстарды зерттеп, ұсыныстар дайындау үшін комиссия төрағасы болып тағайындалды. Комиссия 1958 жылғы 18 шілдеде есебін ұсынды, онда АҚШ бағдарламасының осы күнге дейін дұрыс басқарылмағаны сынға алынып, кеңестік бағдарламаның әлдеқайда алда екені көрсетілді. Есепте ракеталардың бес «ұрпағы» сипатталды: бастапқы «Vanguard», одан кейін «Juno», «Atlas» және «Titan» сияқты қанатты зымырандар, «Saturn» сияқты жиынтық конструкциялар және, соңында, соңғы жетістік – F 1 қозғалтқышын пайдаланатын жиынтық. Есепте осы ракеталарды пайдаланып, адамдармен зерттеу бағдарламасын жүзеге асыру жолдары қарастырылды. Қолданыстағы қанатты зымырандарды пайдаланып, 1961 жылы төрт адамдық шағын ғарыш станциясын іске қосуға болады, жиынтық конструкциялар 1965-1966 жылдары адамдармен Айға қонуды, ал 1967 жылға қарай 50 адамдық үлкен ғарыш станциясын қолдайды. Ракеталардың ең ірісі 1972 жылы Айға үлкен экспедицияларды жүзеге асыруға, 1973-1974 жылдары тұрақты Ай базасын құруға және 1977 жылы адамдармен ғарызға сапарларды бастауға мүмкіндік береді. 1958 жылғы желтоқсан айында барлық командалар өз жобаларын ұсыну үшін жиналды. НАСА 1959 жылғы 6 қаңтарда Фон Браунның ұсынысын таңдап, оған маңызды түрткіс берді. Қаңтар айының соңында НАСА толық даму бағдарламасын ұсынды. Оған «Vega» және «Centaur» жоғарғы сатылары, сондай-ақ «Juno V» және олардың өздерінің «Nova» күштендіргіштері кірді. «Vega» кейіннен бұрын құпия болған «Agena» жоғарғы сатысы туралы ақпарат жарияланғаннан кейін (сол кезде «Hustler» деп аталған) тоқтатылды, оның көрсеткіштері НАСА-ның конструкциясына шамалас болды.

The formation of NASA on 29 July 1958 led to an effort to collect the existing heavy launch rocket programs and select a single set of designs for future work. At the time, both the Air Force and US Army had teams developing such vehicles, the Army's Saturn and the Air Force's Space Launching System (SLS). The SLS used a set of common modular components with solid fuel boosters and hydrogen/oxygen upper stages to allow a wide variety of launch configurations and payload weights. Both groups had also developed plans for crewed lunar bases, ABMA's Horizon with its Earth Orbit Rendezvous method of building a large lunar rocket in Earth orbit, and the Air Force's Lunex Project which planned on launching a single huge lander using the largest of the SLS configurations. As if this were not enough, NASA's own engineers had started the design of their own Nova design series, planning to use it in the direct ascent profile similar to the Air Force's approach. Von Braun was asked to chair a committee to study the existing efforts and write up recommendations. The committee presented their report on 18 July 1958, starting with a criticism of how the US program had been mishandled to date and pointing out that the Soviet program was definitely ahead. It went on to describe five "generations" of rockets, starting with the early Vanguard, through the Juno, ICBMs like Atlas and Titan, clustered designs like the Saturn, and finally, the ultimate development, a cluster using the F 1 with of thrust. The report went on to outline a crewed exploration program using these rockets as they become available; using existing ICBMs a small four man space station could be operational 1961, the clusters would support a crewed lunar landing in 1965 1966 and a larger 50 man space station by 1967, while the largest of the rockets would support large Moon expeditions in 1972, set up a permanent Moon base in 1973–1974, and launch crewed interplanetary trips in 1977. In December 1958, all of the teams gathered to present their designs. NASA selected von Braun's proposal on 6 January 1959, giving it a vital boost. At the end of January, NASA outlined their complete development program. This included the Vega and Centaur upper stages, as well as the Juno V and their own Nova boosters. Vega was later cancelled when information on the formerly secret Agena upper stage was released (then known as "Hustler"), and it had performance roughly comparable to NASA's design.

Жақында жойылған

Сатурн жобасының дамуы жақсы бағытта жүріп жатқандай көрінді. 1959 жылдың сәуірінде АБМА-ға алғашқы H1 қозғалтқыштары жеткізілді, ал мамыр айында сынақтар басталды. Канаверал мүйісіндегі 34-кешеннің құрылысы маусымда қолға алынды. Бірақ, күтпеген жағдай, 1959 жылдың 9 маусымында Қорғаныс министрлігінің ғылыми-зерттеу және инженерлік басқармасының директоры Герберт Йорк Сатурн бағдарламасын тоқтату туралы шешім қабылдады. Кейін ол жобаның ARPA қаражатын маңыздырақ жобалардан тартып алып отырғанына алаңдады, сондай-ақ, қазіргі ICBM-дерді жаңарту арқылы қажетті ауыр көтергіштікке қысқа мерзімде қол жеткізуге болатынын айтты. ABMA командирі Джон Б. Медарис айтқандай:

Осы кезде менің мұрнымда қызықтай "балық" иісі сезіле бастады. Не болып жатқанын және кіммен бәсекелесуге тура келетінін аныта алу үшін мен сенімді адамдарымды жұмысқа салып, ашуға тырыстым. Біз Әскери-әуе күштерінің "Диназоар" үшін мүлдем басқа және жаңа ұшу аппаратын ұсынғанын білдік, ол Titan қозғалтқыштарының жиынтығын пайдаланып, ұшудың алғашқы сатысы үшін қажетті итермелі күшті алу үшін олардың қуатын арттыруды көздеді. Бұл аппаратқа Super Titan немесе Titan C деген аттар берілді. Бұл аппаратқа қатысты ешқандай жұмыс жүргізілмеген, тек жүзеге асыру жоспарының сызбасы ғана жасалған еді. Дегенмен, екі немесе үш сатылы конфигурацияда бұл аппаратты Сатурннан гөрі жылдам ұшыруға болатыны туралы мәлімдеме жасалды, ал біз Сатурн жобасымен көптен бері қажырлы еңбек етіп жатқан едік. Бұл ұсынысқа бағалар мен мерзімдер қоса берілді, олар ең жақсы жағдайда шығындардың көптеген факторларын ескермеді, ал ең нашар жағдайда – таза түрдегі жарнама еді. Сатурнның қолдаушылары Қорғаныс министрлігі мен ARPA өкілдерінен тоқтату туралы шешімге қарсы пікір білдіретін хат дайындады. Бірақ, сол кезде әскерилер де, NASA да ұшу аппаратына қатысты жазбаша талаптар қоймаған еді. 1959 жылдың 16-18 қыркүйегі аралығында үш күндік кеңес өтті, онда Йорк пен Драйден Сатурнның болашағын қарастырып, Titan C және Nova рөлдерін талқылады. Нәтиже де күтпеген болды: Йорк тоқтатуды кейінге шегуге және қысқа мерзімді қаржыландыруды жалғастыруға келісті, бірақ тек егер NASA ABMA командасын қабылдап, Қорғаныс министрлігінің көмегінсіз дамуды жалғастырса ғана. NASA да үшінші тарапқа тәуелді болудың бүкіл бағдарламаны қауіпке ұшыратуы мүмкін екенін түсінді және команданы қабылдауға дайын болды. Келесі аптадағы талқылаулар барысында келісімге қол жеткізілді: фон Браунның ABMA-дағы командасы біріктіріліп сақталады және Сатурнның жетекші әзірлеушілері ретінде жұмысын жалғастырады, бірақ ұйымның баршасы NASA басқаруына беріледі. 1960 жылдың 15 наурызындағы президенттік жарлық бойынша ABMA NASA-ның Джордж С. Маршалл ғарыш орталығына (MSFC) айналды.

By this time, my nose was beginning to sniff a strange odor of "fish". I put my bird dogs to work to try to find out what was going on and with whom we had to compete. We discovered that the Air Force had proposed a wholly different and entirely new vehicle as the booster for Dynasoar, using a cluster of Titan engines and upgrading their performance to get the necessary first stage thrust for take off. This creature was variously christened the Super Titan, or the Titan C. No work had been done on this vehicle other than a hasty engineering outline. Yet the claim was made that the vehicle in a two stage or three stage configuration could be flown more quickly than the Saturn, on which we had already been working hard for many months. Dates and estimates were attached to that proposal which at best ignored many factors of costs, and at worst were strictly propaganda. Looking to head off the cancellation, Saturn supporters from the DoD and ARPA drafted their own memo arguing against the cancellation. Working against them was the fact that neither the Army nor NASA had any in writing requirement for the booster at that time. A three day meeting between 16 and 18 September 1959 followed, where York and Dryden reviewed Saturn's future and discussed the roles of the Titan C and Nova. The outcome was equally unexpected; York agreed to defer the cancellation and continue short term funding, but only if NASA agreed to take over the ABMA team and continue development without the help of the DoD. NASA was equally concerned that by relying on third parties for their boosters they were putting their entire program in jeopardy, and were very open to the idea of taking over the team. As the parties continued discussions over the next week an agreement was hammered out; von Braun's team at ABMA would be kept together and continue working as the lead developers of Saturn, but the entire organization would be transferred to NASA's management. By a presidential executive order on 15 March 1960, ABMA became NASA's George C. Marshall Space Flight Center (MSFC).

Жоғары сатыларды таңдау

1959 жылдың шілдесінде ARPA-дан жоғары сатыны, үлкен диаметрлі екінші сатыда төрт жаңа сұйық сутек / сұйық оттегімен жұмыс істейтін қозғалтқыштарды пайдаланып, әлдеқайда қуаттырақ дизайнға жаңарту туралы өтініш келіп түсті, ал үшінші сатыда сол дизайнның екі қозғалтқышы бар Centaur жаңартылды. Бұл өзгеріс туралы Медарис былай деп атап өтті: Экономикалық себептермен біз екінші сатыны жасау үшін Titan бірінші сатысының диаметрімен бірдей диаметрді пайдалануды ұсынған едік және ол мақұлданды. Ракеталық танкілерді және негізгі құрылымды жасау үшін құрал-жабдықтардың басты шығыны диаметріне байланысты. Ұзындығын өзгерту құралды жасауға ешқандай шығын тудырмайды немесе аз шығынға түседі. Танкілердің ішкі бөлінісі, немесе құрылымның іштен нығайтылуы, немесе құрылысты төмендегі үлкен күштеуішпен немесе жоғарыдағы басқа өлшемді сатымен байланыстыру үшін қолданылатын құрылымдық бөлшектер құрал-саймандар мәселесіне аз әсер етеді. Бірақ диаметрдің өзгеруі құрал-жабдықтар, шығындар және уақыт бойынша маңызды мәселе тудырады. Кенеттен, ештен келген нұсқаулық екінші сатыдағы жұмысты тоқтату және екінші сатының диаметрін 160 дюймге дейін ұлғайтуды қарастыратын шығындар мен уақыт сметаларының жаңа сериясын сұрау туралы келді. Сол кезде доктор Йорк оқиғаға араласып, Диназордың болашақ талаптары 120 дюймдік диаметрмен үйлеспейтінін көрсетті. Ол "Сатурн" ұшағының Әскери-әуе күштері жобасының күштеуіші бола алатыны туралы сұрақ қойды. Біз қатты таңқалдық. Бұл жаңа мәселе емес еді және Қорғаныс министрлігі мен НАСА қандай жоғары сатыларды қолдану керектігін талқылаған кезде, қажет болған жағдайда оны қарастыруға неге болмайды деген себебін таба алмадық. Дегенмен біз 160 дюймдік диаметрді қабылдау негізінде жобаны бағалау жұмысына дереу кірістік. Сонымен қатар, "Диназорды" белгілі бір ұшулар саны үшін толыққанды іске қосу бағдарламасына баға ұсыныстарын беруіміз сұралды. Әдеттегідей, бізге бір ғана сан емес, екі-үш сан берілді және олардың әрқайсысы бойынша бағалау сұралды. Кейбір келісімге қол жеткізу үшін, желтоқсан айында Сильверштейн комитеті құрылды, оның құрамына НАСА, Әуе күштері, ARPA, ABMA және Қорғаныс министрлігі Ғылыми-зерттеу және әзірлеме басқармасының өкілдері кірді. фон Браун жоғары сатыдағы отын ретінде сұйық сутекті пайдалануға күмәнмен қарады, бірақ Комитет оны болашақта жоғары сатыларды дамытрудың дұрыс жолы деп сендірді. Осы өзгерістер енгізілгеннен кейін НАСА-ның күштеуіш жобасы енді әскери әзірлемелерге тәуелді болмады. Осы кезде жоғары сатының кез келген түрі қарастырылуы мүмкін еді және "егер бұл отындар қиын жоғары сатыдағы қолдану үшін қабылданатын болса", - деп қорытындылады Комитет, "аз қиын ортаңғы сатыларға қолдану үшін жоғары энергиялы отындарды қабылдамаудың инженерлік себептері жоқ сияқты". Комитет үш негізгі санатқа бөлінген бірнеше әлеуетті ұшыру конфигурацияларын сипаттады. "А" тобы кездесуге дейін ұсынылған Сатурн жобаларына ұқсас, тәуекелі аз нұсқалар болды; Титан мен Кентаурдың жоғарғы сатыларын қолданатын бастапқы дизайн A 1, ал Титанды IRBM кластерімен алмастыратын басқа модель A 2 болды. B 1 дизайны A 2 кластерін төменгі сатыдағыдай H 1-ді пайдаланатын жаңа төрт қозғалтқыштың дизайнымен алмастыратын жаңа екінші сатыны ұсынды. Соңында, барлық жоғарғы сатыларды сұйық сутекпен алмастырған үш C сериялы модель болды. C 1 қазіргі S I сатысын төменгі жағынан топтастырды, жаңа S IV сатысын төрт жаңа қозғалтқышпен қосты және екі қозғалтқышты Centaur жоғарыда қалдырды, енді ол S V сатысы деп аталады. C 2 моделі жаңа S III сатысын екі жаңа қозғалтқышпен қосты, S IV және S V сатылары жоғарыда қалды. Соңында C 3 конфигурациясы осы қозғалтқыштардың төртеуімен S II сатысын қосты, тек S III және S IV сатылары жоғарыда қалды. C модельдері A және B модельдерінен оңай озып кетті, олардың қосымша артықшылығы олар бір-бірімен алмастырылатын және кез келген қажетті жүк талабына сәйкес құрылуы мүмкін еді.

In July 1959, a change request was received from ARPA to upgrade the upper stage to a much more powerful design using four new liquid hydrogen / liquid oxygen powered engines in a larger diameter second stage, with an upgraded Centaur using two engines of the same design for the third stage. On this change Medaris noted:

For reasons of economy we had recommended, and it had been approved, that in building the second stage, we would use the same diameter as the Titan first stage120 inches. The major costs of tooling for the fabrication of missile tanks and the main structure is related to the diameter. Changes in length cost little or nothing in tooling. How the tanks are divided internally, or the structure reinforced inside, or the kind of structural detail that is used at the end in order to attach the structure to a big booster below, or to a different size stage above, have very little effect on tooling problems. However, a change in diameter sets up a major question of tools, costs, and time. Suddenly, out of the blue came a directive to suspend work on the second stage, and a request for a whole new series of cost and time estimates, including consideration of increasing the second stage diameter to 160 inches. It appeared that Dr. York had entered the scene, and had pointed up the future requirements of Dynasoar as being incompatible with the 120 inch diameter. He had posed the question of whether it was possible for the Saturn to be so designed as to permit it to be the booster for that Air Force project. We were shocked and stunned. This was no new problem, and we could find no reason why it should not have been considered, if necessary, during the time that the Department of Defense and NASA were debating the whole question of what kind of upper stages we should use. Nevertheless, we very speedily went about the job of estimating the project on the basis of accepting the 160 inch diameter. At the same time, it was requested that we submit quotations for a complete operational program to boost the Dynasoar for a given number of flights. As usual, we were given two or three numbers, rather than one fixed quantity, and asked to estimate on each of them. In order to reach some sort of accommodation, a group pulled from NASA, Air Force, ARPA, ABMA, and the Office of the Department of Defense Research and Engineering formed under the Silverstein Committee in December. von Braun was skeptical of liquid hydrogen as an upper stage fuel, but the Committee convinced him that it was the way to go on future upper stage development. Once these changes had been made, NASA's booster project was now entirely free of any dependence on military developments. At that point any sort of upper stage was fair game, and "If these propellants are to be accepted for the difficult top stage applications", the committee concluded, "there seem to be no valid engineering reasons for not accepting the use of high energy propellants for the less difficult application to intermediate stages". The Committee outlined a number of different potential launch configurations, grouped into three broad categories. The "A" group were low risk versions similar to the Saturn designs proposed prior to the meeting; the original design using Titan and Centaur upper stages became the A 1, while another model replacing the Titan with a cluster of IRBMs became A 2. The B 1 design proposed a new second stage replacing the A 2s cluster with a new four engine design using the H 1 like the lower stage. Finally, there were three C series models that replaced all of the upper stages with liquid hydrogen ones. The C 1 used the existing S I clustered lower, adding the new S IV stage with four new engines, and keeping the two engine Centaur on top, now to be known as the S V stage. The C 2 model added a new S III stage with two new engines, keeping the S IV and S V on top. Finally, the C 3 configuration added the S II stage with four of these same engines, keeping only the S III and S IV on top. The C models easily outperformed the A's and B's, with the added advantage that they were interchangeable and could be built up in order to fit any needed payload requirement.

Сатурн көрінеді

Осы жаңа сатылық жобалардың тек S IV ғана жеткізілді, ал ол Комитет есебінде ұсынылған түрінде емес. Даму графигін орындау үшін жаңа сатыға алты Centaur қозғалтқышынан тұратын жиын қойылды, нәтижесінде «жаңа» S IV бастапқыда жаңартылған төрт қозғалтқышпен шамалас өнімділікке ие болды. Көптеген кіші қозғалтқыштардың тиімділігі аз және олар үлкен қозғалтқыштардың аз санына қарағанда қиындықтар тудырады, сондықтан оны бір J 2 қозғалтқышына ерте жаңартуға бағытталды. Нәтижесінде пайда болған S IVB сатысы өнімділікті осылайша арттырды, Сатурн Аполлон CSM-ді ұшыруға мүмкіндік берді, бұл Аполлон жобасы кезінде өте құнды болып танылды. Соңында, Titan C ешқашан жеткізілмеді, ал Әуе күштері қатты отынды ракеталармен күшейтілген «итеру күші күшейтілген» Titan II зымырандарын пайдалануға көшті. Бұл жаңа жобалар, Titan III, ондаған жылдар бойы Қорғаныс министрлігінің негізгі ауыр жүк көтеруге арналған зымыраны болды, себебі оны өндіру және ұшыру әлдеқайда арзанға түсті, бұл ішінара бөлме температурасында сақтауға болатын гиперголдық отындарды пайдаланудың нәтижесінде болды. Бұл шешімнің маңызды факторы – Қорғаныс министрлігінің Сатурнды НАСА-мен бөлісудің орнына толық бақылаудағы зымыранға ие болуы еді (40 жыл бойы ұшырылған Titan III/IV зымырандарының тек бірнешеуі ғана НАСА жүктерін тасымалдады). Сондай-ақ, Titan III-тің әзірленуі Сатурнның «икемді сатылық» тұжырымдамаларын қажет етпейтін етті, ол енді тек Аполлон бағдарламасында экипаждық ұшулар үшін қолданылатын болды. Ұшыру конфигурациясының икемділігіне қажеттілік жойылғаннан кейін, осы жобалардың көпшілігі кейіннен тоқтатылды. Тек S V бастапқы түрінде сақталды, ал S IV өзгертілген түрінде пайда болды, ал Saturn V мүлдем басқа S II сатысына ие болды. Сатурн I 1961 жылдың 27 қазанында алғашқы сатысы жартылай отынмен толтырылып, алғашқы ұшуын жасады. Блокхаустағы жағдай шиеленісті болды, өйткені осы уақытқа дейін ешбір зымыран алғашқы әрекетте сәтті ұшырылмаған еді және ұшыру алаңында жарылыс болуынан үлкен қорқыныш болды. Сатурн бұрын-соңды ұшырылған ең үлкен бустер болғандықтан, мұндай оқиғаның өте зиянды болуы анық еді, бұл ұшыру кешенін алты айға пайдаланудан шығаруы мүмкін еді. Алайда, бустер көтеріліп, мінсіз ұшуды орындағаннан кейін, осы алаңдаулар сейілді. Келесі 17 айда жоғары сатылары бар тағы үш ұшу жасалды, олардың барлығы толық немесе көбінесе сәтті аяқталды. Олардың екеуінде S IV сумен толтырылып, сатылар бөлінгеннен кейін биік биіктікте жарылып, суретке түсірілген мұз бұлтын құрады. 1964 жылдың қаңтарындағы №5 ұшуы тірі S IV-ті алғаш рет тасымалдады, ол орбитада қозғалтқышын қайта іске қосып, жоғары биіктікке көтерілді, онда ол екі жылдан кейін ыдырап кеткенге дейін қалды. Сол жылы Аполлонның стандартты ұшақтарымен тағы екі ұшу орындалды. Алайда, осы уақытқа дейін Titan III пайда болуы Сатурнның Қорғаныс министрлігінің зымыраны рөлін жойды, ал жаңа, жетілдірілген Сатурн IB әзірленуде (Аполлон CSM күтілгеннен ауыр болып шықты, сондықтан қуаттырақ зымыран қажет болды), бустер тез жетім қалды және оған практикалық қолданыс табылған жоқ.

Of these new stage designs, only the S IV would ever be delivered, and not in the form that was drawn up in the Committee report. In order to meet development schedules a cluster of six Centaur engines were placed in the new stage to produce the "new" S IV of roughly the same performance as the original four upgraded engines. A large number of small engines are less efficient and more problematic than a smaller number of large engines, and this made it a target for an early upgrade to a single J 2. The resulting stage, the S IVB, improved performance so much that the Saturn was able to launch the Apollo CSM, proving invaluable during the Apollo Project. In the end, the Titan C was never delivered, and the Air Force instead turned to "thrust augmented" Titan IIs using clustered solid fuel rockets. These new designs, the Titan IIIs, became the DoD's main heavy lift launch vehicle for decades afterward as it cost significantly less to manufacture and fly, in part due to using hypergolic propellants that could be stored at room temperature. An important factor in this decision was that the DoD preferred to have a launch vehicle that they were in complete control of instead of having to share the Saturn with NASA (of all Titan III/IV vehicles launched during its 40 year run, only a handful carried NASA payloads). Likewise, the development of the Titan III eliminated the need for the "flexible" staging concepts of the Saturn, which was now only intended to be used for crewed launches in the Apollo program. With the need for flexibility in launch configuration removed, most of these designs were subsequently dropped. Only the S V survived in its original form, while the S IV would appear in modified form and the Saturn V would feature an entirely different S II stage. The Saturn I made its maiden flight on 27 October 1961 with a dummy upper stage and partially fueled first stage. Tension in the blockhouse was high as no launch vehicle to date had been successful on the first attempt and there was the widespread fear of a pad explosion. As the Saturn was the largest booster yet flown, such an event was sure to be extremely destructive, possibly putting the launch complex out of use for six months. In the end, however, these worries subsided as the booster lifted and performed a flawless test flight. Three more flights with dummy upper stages followed over the next 17 months, which were all completely or mostly successful. Two of them had the S IV filled with water and detonated at high altitude after stage separation to form an ice cloud that was then photographed. Flight #5 in January 1964 was the first to carry a live S IV, which restarted its engine in orbit to boost to a high altitude where it would remain until decaying two years later. Another two flights followed during the year with boilerplate Apollo CSMs. By this point, however, the advent of the Titan III had robbed the Saturn of a role as a DoD launcher and with the newer, improved Saturn IB in development (as the Apollo CSM ended up being heavier than originally expected and so needed a more powerful launch vehicle), the booster quickly became orphaned and no practical use could be found for it.

Қызметте пайдалану

Сатурн I-дің негізгі жүгі – Аполлон командалық және қызметтік модульдерінің макеттік нұсқасы және ұшырудан қашу жүйесі болды. Соңғы үш ракетаның екінші сатысындағы ғарыш адаптерінде Пегасус микрометеороидтық спутниктері де орналастырылды. Сатурн I X-20 Dyna Soar ғарыш ұшағын ұшыру үшін, содан кейін Айды айналып ұшу миссиясы үшін Gemini капсуласын ұшыру үшін қарастырылды. Алайда, 1963 жылы Dyna Soar жобасының қаржысы тоқтатылып, Apollo әзірлемесі қарыштырылып кеткендіктен, бұл ұсыныстар іске аспады. Кейіннен Сатурн I TABAS концепциясында қысқа қашықтықты баллистикалық зымыран жүйесі ретінде де қарастырылды. TABAS Сатурнды механикалық тасымалдау жүйесіндегі конвенциялық қару-жарақтармен жарақтандырды, бұл зымыранның жаудың ұшу-қону жолағын жойып, оны үш күнге істен шығаратынын қамтамасыз етті. Бұл жүйенің іске қосылуы тым қауіпті деп есептелді, өйткені ол ядролық шабуыл сияқты көрінетін еді және оған ден қоюға мүмкіндік беретін жауап шараларын тудыруы мүмкін.

Сипаттамалар

S V үшінші сатысы Centaur зымыран сатысы ретінде әзірленді. Ол Сатурн I зымыранымен төрт рет инерциялық режимде ұшты, жанар май резервуарлары сумен толтырылды. Ол ешқашан активті миссияда қолданылмады. S V Atlas Centaur және Titan III зымыран тасығыштары мен олардың түпнұсқалары үшін жоғарғы сатыға айналды. Параметрлер: S I – 1-ші саты, S IV – 2-ші саты, S V – 3-ші саты. Биіктігі (м): 24.48, 12.19, 9.14. Диаметрі (м): 6.52, 5.49, 3.05. Жалпы массасы (кг): 432,681, 50,576, 15,600. Бос массасы (кг): 45,267, 5,217, 1,996. Қозғалтқыштар: Сегіз – H 1, Алты – RL10, Екі – RL10. Көтергіш күш (кН): 7,582, 400, 133. ISP (секунд): 288, 410, 425. ISP (км/с): 2.82, 4.02, 4.17. Жану ұзақтығы (с): 150, 482, 430. Жанармай: LOX / RP 1, LOX / LH2, LOX / LH2.

S-I кезең

S I бірінші сатысы сегіз H 1 зымыран қозғалтқышымен қуатталды, олар RP 1 отынын сұйық оттегімен (LOX) окистендіргіш ретінде жақты. Отын бактары орталық Jupiter зымыран багынан тұрды, ол LOX-ты қамтиды, ал оның айналасында сегіз Redstone зымыран багы орналасқан: төрт ақ түспен боялған, LOX-ты қамтиды; және төрт қара түспен боялған, RP 1 отынын қамтиды. Төрт шеткі қозғалтқыштар гимбалдарға орнатылған, бұл ракетаны басқаруға мүмкіндік берді. II блок (SA 5-тен SA 10-ға дейін) көліктерінде атмосферадағы ұшу кезінде аэродинамикалық тұрақтылықты қамтамасыз ету үшін сегіз қанатша қолданылды.

S-IV кезең

S IV сатысы алты LOX / LH2 отынымен жұмыс істейтін RL10 қозғалтқыштарымен жабдықталған, олар гимбалдарға орнатылған. Отын бактерілері LOX және LH2 отынын бөлу үшін жалғыз ортақ қабырғаны пайдаланды, бұл құрылымдық салмақты 20%-ға азайтып, сонымен қатар құрылыстың ұзындығы мен күрделілігін қысқартты.

Сатурн I аспаптар блогы

Сатурн I блок I (SA 1-ден SA 4-ке дейін) аппараттары S I бірінші сатысының үстінде орналасқан контейнерлерде тасымалданатын құралдармен басқарылды және Ford Instrument Company компаниясы жасаған, Redstone зымыранында қолданылған ST 90 тұрақтандырылған платформасын қамтыды. Бұл алғашқы төрт аппарат баллистикалық, орбиталық емес траекториямен ұшты, ал макеттік жоғарғы сатылары бір қуатты сатыдан ажыратылмады. Блок II аппараттары (SA 5-тен SA 10-ға дейін) екі қуатты сатыдан тұрды және орбитаға шықты. SA 5-тен бастап, бағыттау құралдары S IV сатысының алдында орналасқан аспаптар бірлігінде (IU) орналастырылды. IU-ның алғашқы нұсқасы диаметрі және биіктігі шамасында болды, оны Маршалл ғарыш ұшу орталығы жобалап және құрастырды. Бағыттау, телеметрия, бақылау және қуат компоненттері төрт цилиндрлі, қысыммен жабдықталған контейнерлерде орналасқан, олар орталық торапқа спицалар сияқты бекітілген. Бұл нұсқа SA 5, SA 6 және SA 7 аппараттарында қолданылды. MSFC IU-ның 2-ші нұсқасын SA 8, SA 9 және SA 10 аппараттарында сынақтан өткізді. 2-ші нұсқаның диаметрі 1-ші нұсқамен бірдей болды, бірақ биіктігі ғана азайтылды. Қысыммен жабдықталған контейнерлердің орнына, компоненттер цилиндрлі қабырғаның ішкі бетіне орнатылды, бұл аппараттың салмағын азайтуға мүмкіндік берді. Блок II-нің басқару компьютері IBM ASC 15 болды. IU тасымалдаған басқа құралдарға аппаратты басқаратын белсенді компоненттер және кейінірек ұшуларда қолдану үшін сынақтар мен бағалау мақсатында деректерді жерге телеметрия арқылы жіберетін жолаушы компоненттер кірді. ST 90 тұрақтандырылған платформасы SA 5 үшін белсенді IMU және SA 6-ның бірінші сатысы болды. ST 124 SA 5-те жолаушы ретінде, ал SA 6-ның екінші сатысы мен одан кейінгі миссияларда белсенді жұмыс істеді. IU-да инерциялық платформаны ұшыру алдында дұрыс бағыттау үшін оптикалық терезе болды.

S-V кезең

S V сатысы екі RL-10A-1 қозғалтқышымен жұмыс істеуі тиіс болған, олар сұйық сутекті отын ретінде, ал сұйық оттекті тотықтырғыш ретінде пайдаланатын. Отынды сақтау үшін жанармай бактерілері ортақ бөлімше арқылы бөлінген. S V сатысы SA-1 арқылы SA-4 миссияларында төрт рет ұшырылды; осы төрт миссияның барлығында S V бактерілері ұшыру кезінде салмақ ретінде пайдалану үшін сумен толтырылды. Бұл саты ешқашан Сатурн зымырандарында активті конфигурацияда қолданылмаған. Бұл саты сондай-ақ Atlas LV3C-де Centaur ретінде пайдаланылды, оның қазіргі туындылары бүгінгі күнге дейін ұшып жүр, осылайша ол қазіргі уақытта жұмыс істеп тұрған жалғыз Сатурн зымыран сатысы болып табылады.

1-бөлімдегі сынақ көліктері

SA T Сатурн I статикалық сынағының бірінші сатысы. Маршалл ғарыш орталығында жасалған, 1960 жылдан бастап бірнеше MSFC статикалық сынақтарында қолданылған, содан кейін Мичуд құрастыру орнатылысында сәйкестік сынақтары үшін жіберілген және Алабамаға қайтарылған. Қазір Маршалл ғарыш орталығындағы статикалық сынақ мұнарасының қасына көлденең орналастырылған. 2019 жылы NASA бұл сатыны ұйымға сыйға беруге дайын екенін хабарлады, тек тасымалдау құны үшін шамамен 250 000 доллар көлемінде "жөнелту төлемі" талап етілді. Білікті мекемелер SA T сатысын алуға қызығушылық танытпағандықтан, бустер 2022 жылдың 4 сәуірінде немесе оған жуық уақытта жойылды. SA D Сатурн I блок 1 динамикалық сынақ құралы. MSFC-де жасалған, 1962 жылға дейін бірнеше MSFC динамикалық сынақтарында пайдаланылған. Қазір MSFC бас кеңсесінің жанындағы зымыран бағында тік күйде, жоғарғы сатыдағы макетпен және V-2 зымыраны (A4), Редстоун, Юпитер C және Юпитер IRBM сияқты тарихи техниканың бірнеше үлгілерімен бірге қойылған.

2-бөлімдегі сынақ көлігі

SA D5 блогының 2-динамикалық сынақ көлігі S I D5 күшейткіш сатысынан және S IV H/D гидростатикалық/динамикалық жоғарғы сатысынан тұрады, ол 1962 жылы MSFC динамикалық стендісіндегі сынақтарда қолданылды. Сондай-ақ, 1963 жылы Капе-Канавералдағы LC 37B-де тексеру үшін жіберілді. Кейін Алабамаға қайтарылып, S IB динамикалық сынақ сатысы ретінде пайдалануға бейімделді. NASA/MSFC бұл көлікті Сатурн V динамикалық сынақ көлігімен бірге Алабама штатына сыйға берді, қазір ол АҚШ Ғарыш және зымыран орталығында (бұрынғы Алабама Ғарыш және зымыран орталығы), Хантсвилл, Алабамада тік күйде қойылған және жергілікті тұрғындарға жақсы таныс белгілі орынға айналған.