Введение
Комитет по оценке ракет-носителей "Сатурн", более известный как Комитет Сильверштейна, был правительственной комиссией США, сформированной в 1959 году для выработки конкретных рекомендаций относительно направлений развития ракетной программы "Сатурн" в NASA. Комитетом руководил Абе Сильверштейн, опытный инженер NASA, с четкой целью – выбрать верхние ступени для ракеты "Сатурн" после возникновения разногласий между Военно-воздушными силами и армией по поводу её разработки. В ходе заседаний члены Комитета рассмотрели ряд различных потенциальных конструкций, включая малорискованное решение, которое фон Браун разрабатывал на базе существующих корпусов межконтинентальных баллистических ракет, а также варианты с использованием совершенно новых верхних ступеней, разработанных для максимального использования возможностей первой ступени. Преимущества использования новых верхних ступеней были настолько значительными, что Комитету удалось убедить изначально скептически настроенного фон Брауна, и будущее программы "Сатурн" навсегда изменилось.
Предыстория
В 1957 году Министерство обороны (DoD) выпустило набор требований к новой сверхтяжелой ракете-носителю для миссий, начиная с начала 1960-х годов. В то время все три рода войск США разрабатывали собственные ракеты, что приводило к значительной борьбе между ними за приоритеты в будущих разработках. В 1956 году ВВС США добились признания того, что разработка ракет большой дальности является их сферой ответственности, включая все ракеты класса "земля-земля" с дальностью более 200 миль (322 км). Однако соглашение не распространялось на "другие задачи", и существующие проекты ВМС и Армии продолжались в прежнем русле. ВВС находились в середине реализации проекта Dyna Soar и разрабатывали новую ракету-носитель для его запуска в соответствии с требованиями "SLV 4". Основным ответом на эти требования была ракета Titan II, оснащенная новой верхней ступенью, работающей на водороде, – Titan C. Полученная конструкция имела несколько округлую форму, поскольку водородное топливо требовало больших баков, в результате чего диаметр верхней ступени был больше диаметра Titan II. Другие группы ВВС также разрабатывали концепцию системы космических пусковых установок, которая объединяла Titan II с рядом твердотопливных ракет в качестве "нулевой ступени". Комбинируя различное количество и размер этих ракет, можно было настроить стартовый комплекс для различных полезных нагрузок. Команда SLS также разработала план развития пилотируемой лунной миссии в рамках проекта Lunex, используя Titan с четырьмя твердотопливными ускорителями для испытания спускаемого аппарата с околоземной орбиты и совершенно новые твердые и жидкостные ступени для полетов на Луну. Для удовлетворения тех же требований Министерства обороны к сверхтяжелой ракете-носителю, армейская группа в Армейском баллистическом ракетном агентстве (ABMA) под руководством команды во главе с Вернером фон Брауном изучила ряд конструкций, которые объединяли существующие корпуса ракет и, опционально, добавляли новые двигатели. В серию конструкций входили "Super Titan", "Super Atlas" и "Super Jupiter". Последняя быстро стала их основным направлением работы, поскольку она состояла из технологий, разработанных в ABMA, в то время как Atlas и Titan были проектами ВВС, столкнувшимися с затяжными проблемами в разработке. Конструкция Super Jupiter была почти полностью основана на существующем оборудовании, используя кластер ракет Redstone и Jupiter для формирования первой ступени, работающей на новом двигателе, и верхнюю ступень, адаптированную от Titan. Их предложение было намного проще и менее рискованным, чем предложение ВВС, которое требовало разработки новой верхней ступени, работающей на водороде. Как и группа ВВС, ABMA также представила свое видение пилотируемой лунной миссии в рамках проекта Horizon, используя пятнадцать таких ракет для создания крупного аппарата на околоземной орбите. Недавно созданное Агентство перспективных исследовательских проектов (ARPA), которому было поручено управление разработкой ракеты-носителя, поддержало конструкцию ABMA. Их единственным опасением было то, что новые двигатели могут быть рискованными, и они предложили вместо этого использовать более умеренные модернизации существующих двигателей. ABMA быстро адаптировала конструкцию для использования восьми двигателей, разработанных на основе S 3D Jupiter, под обозначением H 1, вместо четырех предлагаемых E 1 в первоначальном проекте. ARPA была удовлетворена и начала финансировать разработку как ракеты-носителя в ABMA, так и новых двигателей H 1 в Rocketdyne. Контракты были заключены в октябре 1958 года, и работа продвигалась быстро: первый испытательный запуск H 1 состоялся в декабре, а макет ракеты-носителя уже был завершен. Первоначально известная как Super Jupiter, конструкция получила название Juno V в процессе разработки, и 3 февраля меморандум ARPA официально переименовал проект в Saturn. Вскоре после этого, недавно созданное НАСА также выразило свою заинтересованность в конструкции Saturn как части своей долгосрочной стратегии. Запуски в начале 1960-х годов будут сосредоточены на выведении на низкую околоземную орбиту с использованием существующих МБР в качестве ракет-носителей, разработка технологий для лунной программы будет основана на Saturn, а фактическая миссия прямого восхождения на Луну будет использовать массивную ракету Nova, которая в то время разрабатывалась в НАСА. Вскоре после этого, 9 июня 1959 года, Герберт Йорк, директор Департамента оборонных исследований и инженерии, объявил о своем решении прекратить программу Saturn. Йорк считал, что Министерство обороны не должно финансировать ракету-носитель, единственной конкретной задачей которой является поддержка гражданской космической программы. Была организована встреча для "спасения" программы, в результате которой программа Saturn и все ABMA были переданы в НАСА.
Члены и Директива
По просьбе помощника администратора НАСА в ноябре 1959 года директор по развитию космических полётов сформировал межведомственную исследовательскую группу, состоящую из представителей НАСА, Управления оборонных исследований и инженерии, ARPA, ABMA и ВВС. В состав группы вошли Абе Сильверштейн (NASA) в качестве председателя, полковник Н. Апполд (USAF), А. Хайат (NASA), Т. С. Муз (ODDR&E), Г. П. Саттон (ARPA), В. фон Браун (ABMA) и Э. Холл (NASA) – секретарь. Группе было поручено разработать рекомендации по созданию ракеты-носителя "Сатурн", в особенности касающиеся выбора конфигурации верхней ступени. Помимо этого, исследование должно было сосредоточиться на четырех основных направлениях: определение необходимых задач и полезной нагрузки, выявление возможных проблем при технической разработке, оценка стоимости и сроков разработки, а также сравнение перспектив повышения характеристик ракеты-носителя.
Выбор верхней ступени
Тем не менее, ВВС продолжали стимулировать процесс разработки. В декабре ABMA, все еще входившая в состав Армии, получила приказ изменить верхнюю ступень Saturn с аппарата, созданного на базе Titan, диаметром 120 дюймов, на новую диаметром 160 дюймов, что потребовало бы значительно больших затрат на разработку. Верхняя ступень диаметром 160 дюймов была идентична верхней ступени Titan C, и, внеся это изменение в Saturn, Министерство обороны получило бы два конкурирующих проекта верхней ступени для требований SLV 4, а также позволило бы Saturn запускать Dyna Soar при необходимости. ABMA уже испытывала двигатели для своей верхней ступени, созданной на базе Titan, и была недовольна этим новым запросом. Была организована встреча всех заинтересованных сторон под руководством Абе Сильверштейна, чьи предыдущие усилия сыграли важную роль в выборе Saturn для миссий NASA. Группа определила три задачи для первоначального аппарата Saturn: беспилотные лунные и дальние космические миссии с аварийной полезной нагрузкой около 680 кг; полезные нагрузки на геостационарную орбиту; и пилотируемые космические миссии на низких орбитах, такие как Dyna Soar. Для реализации таких "высотных" миссий ключевым фактором была бы производительность верхних ступеней. Каждый фунт, используемый в ступени или ее топливе, означал бы уменьшение полезной нагрузки на соответствующей ракете-носителе (первой ступени). Поскольку им требовалось высокое отношение тяги к весу, верхние ступени на основе жидкого водорода казались единственным путем вперед – малый вес топлива компенсировал любые трудности в его обращении. В предложении по Saturn всегда предусматривалась такая ступень для вывода на орбиту, Centaur – ступень, работающая на жидком водороде и созданная на базе МБР Atlas. Конструкторы обладали несколько большей гибкостью при разработке промежуточных ступеней. Члены Комитета очертили ряд возможных решений, сгруппированных в три класса: "A", "B" и "C". Общим для всех трех классов, за исключением предлагаемого C 3, была новая первая ступень, состоящая из кластера из восьми двигателей H-1, прикрепленных к танковому блоку Jupiter/Redstone, который стал бы ступенью S-I, а также двухдвигательная верхняя ступень Centaur. Проекты класса "A" были наименее рискованными; текущий проект фон Брауна стал A 1, состоящим из второй ступени Titan I между первой ступенью S-I и третьей ступенью Centaur. A 2 заменила вторую ступень A 1 на кластер из РБРМ Thor. Хотя аппараты класса "A" имели бы самую раннюю готовность к полету благодаря использованию существующего оборудования, они не соответствовали первым двум задачам для ракеты Saturn. Кроме того, 120-дюймовые верхние ступени представляли потенциальную структурную слабость, а предлагаемая модернизация до 160 дюймов ограничила бы потенциал роста, нарушая четвертое требование исходной директивы. Единственный проект класса "B", рассмотренный Комитетом, B 1, состоял из четырех ступеней с вышеупомянутой первой ступенью S-I и четвертой ступенью Centaur. Вторая ступень была бы совершенно новой, диаметром 220 дюймов, LOX/RP-1, использующей четыре двигателя H-1, используемых на первой ступени, а также новую четырехдвигательную третью ступень, созданную на базе Centaur, но диаметром 220 дюймов. Хотя аппарат B 1 соответствовал требованиям миссии, разработка новой второй ступени была бы слишком дорогой и заняла бы слишком много времени. Проекты класса "C" использовали жидкий водород во всех верхних ступенях. C 1 состоял бы из существующего бустера S-I, новой 220-дюймовой ступени S-IV производства Douglas Aircraft, оснащенной четырьмя модернизированными версиями двигателей Centaur с тягой от 150 до 200 тонн, и модифицированного Centaur, использующего те же двигатели в качестве третьей ступени. C 1 стал бы C 2 после установки новой ступени S-III с двумя новыми двигателями тягой от 150 до 200 тонн, сохраняя S-IV и Centaur наверху. C 3 был аналогичной адаптацией, устанавливающей ступень S-II с четырьмя двигателями той же тяги (150-200 тонн), сохраняя ступени S-III и S-IV C 2, но исключая Centaur. Первая ступень C 3 также была бы увеличена до более чем 356 тонн за счет замены четырех центральных двигателей H-1 одним двигателем F-1 или модернизации всех восьми двигателей H-1. Анализ результатов убедительно показал, что модели C были единственными, с которыми стоило продолжать работу, поскольку они предлагали гораздо более высокую производительность, чем любая другая комбинация, и обеспечивали большую гибкость, позволяя комбинировать ступени для любых конкретных задач запуска. Кроме того, разрабатывая ракету поэтапно, достигалась бы максимальная надежность, поскольку к уже испытанным и проверенным ступеням добавлялись бы новые. Таким образом, решение сводилось не к производительности, которая была ясно определена, а к риску разработки. Saturn всегда проектировался с минимальным риском, единственными действительно новыми компонентами были незначительные улучшения двигателя для нижней ступени и Centaur в качестве верхней ступени. Разработка совершенно новых водородных ступеней для всей "конструкции" увеличила бы риск того, что отказ любого из компонентов может сорвать всю программу. Но, как отметили члены Комитета: "Если эти топлива должны быть приняты для сложных применений на верхних ступенях, то нет никаких веских инженерных причин не принимать использование высокоэнергетических топлив для менее сложных применений на промежуточных ступенях". Фон Браун был убежден; разработка текущего проекта будет продолжена в качестве резервного варианта, но будущее Saturn было основано на водороде и полностью соответствовало требованиям NASA. 31 декабря 1959 года администратор NASA Т. Кейт Гленнан одобрил рекомендации Сильверштейна. Шансы на соблюдение графика улучшились благодаря двум решениям администрации Эйзенхауэра в январе 1960 года. Проект Saturn получил рейтинг DX, который обозначал программу наивысшего национального приоритета, что давало руководителям программы привилегированный статус в обеспечении дефицитных материалов. Более важно, администрация согласилась с просьбой NASA о дополнительных средствах. Бюджет Saturn на 1961 финансовый год был увеличен со 140 до 230 миллионов долларов. 15 марта 1960 года президент Эйзенхауэр официально объявил о передаче Отдела разработки Армии в NASA.
Сатурн появляется
Корабли "Сатурн-С", описанные в отчете комитета Сильверштейна, так и не были построены. Как только "Сатурн" стал проектом NASA, ориентированным на высокую производительность, Министерство обороны потеряло к нему интерес для собственных нужд. Разработка ракеты "Титан" продолжалась для этих целей, и, как следствие, гибкость, обеспечиваемая разнообразием промежуточных ступеней моделей "Сатурн-С", оказалась ненужной и была в конечном итоге прекращена. От первоначальной рекомендации сохранились только первая ступень S-I и самая маленькая из новых верхних ступеней – S-IV. Изначально планировалось оснастить S-IV четырьмя модернизированными двигателями Centaur, но для снижения рисков было решено использовать существующие двигатели, увеличив их количество с четырех до шести. Более мощный двигатель J-2 уже находился в разработке и мог заменить их. Оригинальная конструкция S-IV, диаметром 220 дюймов с шестью двигателями, использовалась лишь короткое время, пока не была создана версия большего диаметра – 260 дюймов – для моделей "Сатурн" Block II, а затем окончательно заменена S-IVB с двигателем J-2 на ракете "Сатурн-IB".