Сатурн-5 (ракета)

Сатурн-5 (англ. Saturn V) — американская ракета-носитель. Ракета «Сатурн-5» остаётся самой грузоподъемной, наиболее мощной, самой тяжелой и самой большой из созданных на данный

момент человечеством ракет, выводивших полезную нагрузку на орбиту^[2][3] — детище выдающегося конструктора ракетной техники Вернера фон Брауна, она могла вывести на низкую околоземную орбиту 141 т (эта масса включает в себя корабль «Аполлон» и массу последней ступени с остатками топлива для разгона к Луне), и на траекторию к Луне 47 т полезного груза (65,5 т вместе с 3-й ступенью носителя). «Сатурн-5» использовалась для реализации программы американских лунных миссий (в том числе с её помощью была осуществлена первая высадка человека на Луну 20 июля 1969 года), а также (в двухступенчатом варианте) для выведения на околоземную орбиту орбитальной станции «Скайлэб». Полная масса, выведенная на орбиту при этом составила 147,36 тонн, в том числе станция Скайлэб с головным обтекателем- 88,5 т и вторая ступень с остатком топлива и не отделившимся переходником.

Ракета-носитель выполнена по трёхступенчатой схеме, с последовательным расположением ступеней. На первой ступени устанавливались пять кислородно-керосиновых ЖРД F-1, которые по сей день остаются самыми мощными однокамерными ракетными двигателями из когда-либо летавших. На второй устанавливались пять двигателей работающих на топливной паре жидкий водород-жидкий кислород, на третьей ступени — один водородно-кислородный ЖРД, аналогичный использованному на второй ступени.

Разработка[]

От C-1 к C-4[]

С 1960 по начало 1962 гг. в Центре космических полетов им. Джорджа Маршалла НАСА рассматривались проекты ракет-носителей серии «Сатурн C» (Сатурн C-1, C-2, C-3, C-4) для осуществления (кроме «Сатурн C-1», предназначенной только для полетов на околоземную орбиту; проект «Сатурн C-1» был реализован впоследствии в ракете-носителе «Сатурн-1») пилотируемого полета на Луну.

Ракеты-носители, разрабатывавшиеся по проектам C-2, C-3 и C-4, предполагалось использовать для сборки на орбите Земли лунного корабля, после чего он должен был выйти на траекторию к Луне, прилуниться и взлететь с Луны. Масса такого корабля на околоземной орбите должна была составлять, по разным проектам, от примерно 140 до более чем 300 тонн.

«Сатурн С-2» должна была выводить на низкую околоземную орбиту полезную нагрузку массой в 21,5 тонны, по этому проекту предполагалось собрать корабль для полета на Луну за пятнадцать пусков^[4].

По проекту «Сатурн C-3» предусматривалось создание трёхступенчатой ракеты-носителя, на первой ступени которой должны были быть установлены два двигателя F-1, на второй — четыре двигателя J-2, а третья ступень представляла собой вторую ступень ракеты-носителя «Сатурн-1» — S-IV. «Сатурн C-3» должна была выводить на низкую околоземную орбиту полезную нагрузку массой 36,3 тонны и по этому проекту лунный корабль должен был быть собран за четыре или пять пусков^[5].

«Сатурн C-4» также должна была быть трёхступенчатой ракетой, первая ступень которой должна была иметь четыре двигателя F-1, вторая ступень была той же, что и на C-3, и третьей ступенью была S-IVB — увеличенный вариант ступени S-IV. «Сатурн C-4» должна была выводить на низкую околоземную орбиту полезную нагрузку массой 99 тонн и по этому проекту лунный корабль должен был быть собран за два запуска^[6].

C-5[]

10 января 1962 года НАСА опубликовала планы строительства ракеты-носителя «Сатурн C-5». На первой её ступени должны были быть установлены пять двигателей F-1, на второй ступени — пять двигателей J-2, и на третьей — один J-2^[7]. С-5 должна была выводить на траекторию к Луне полезную нагрузку массой 47 тонн.

В начале 1963 года НАСА окончательно выбрала схему пилотируемой экспедиции на Луну (основной корабль остаётся на орбите Луны, посадку же на неё совершает специальный лунный модуль) и дало ракете-носителю «Сатурн C-5» новое имя — «Сатурн-5».

Технические данные[]

Ступени[]

Схема ракеты-носителя «Сатурн-5».

«Сатурн-5» состояла из трёх ступеней: S-IC — первая ступень, S-II — вторая и S-IVB — третья. Все три ступени использовали жидкий кислород как окислитель. Горючим в первой ступени был керосин, а во второй и третьей — жидкий водород

Первая ступень, S-IC[]

Основная статья: S-IC

Первая ступень, использованная в запуске «Аполлона-8» в корпусе вертикальной сборки на космодроме

S-IC производилась компанией «Боинг». На ступени было установлено пять кислородно-керосиновых двигателей F-1, суммарная тяга которых была более 34000 кН. Первая ступень работала 168 секунд, разгоняла последующие ступени и полезную нагрузку до скорости 2,68 км/с (в инерциальной системе отсчета) и 2,3 км/с относительно земли, и выводила их на высоту 68 километров^[8]. После разделения ступень поднималась до высоты 100 км, затем падала в океан. Один из пяти двигателей был зафиксирован в центре, четыре других расположены диаметрально и могли поворачиваться для управления вектором тяги. В полете центральный двигатель выключался раньше, чтобы уменьшить перегрузки. Диаметр первой ступени 10 метров, высота 42 метра.

Вторая ступень, S-II[]

Основная статья: S-II

S-II производилась компанией «Норт Америкэн». Ступень использовала пять кислородно-водородных двигателей J-2, общая тяга которых составляла около 5100 кН. Как и на первой ступени, один двигатель был в центре и на внешнем круге четыре остальных, которые могли поворачиваться для управления вектором тяги. Высота второй ступени 24,9 метра, диаметр 10 метров, как и у первой ступени. Вторая ступень работала приблизительно 6 минут, разгоняя ракету-носитель до скорости 6,84 км/с и выводя её на высоту 185 км^[9].

Третья ступень, S-IVB[]

Основная статья: S-IVB

S-IVB производилась компанией «Дуглас» (с 1967 г. — компанией «Мак-Доннэл Дуглас»). На ступени был установлен один двигатель J-2, который использовал жидкий кислород и жидкий водород, как окислитель и горючее соответственно (аналогично второй ступени S-II). Ступень развивала тягу более 1000 кН. Размеры ступени: высота 17,85 метра, диаметр 6,6 метра. Во время полётов на Луну ступень включалась дважды, первый раз на 2,5 минуты для довыведения «Аполлона» на околоземную орбиту и во второй раз — для вывода «Аполлона» на траекторию к Луне.

Сборка[]

Транспортировка[]

Для перевозки ракет «Сатурн-5» к стартовой площадке использовались специальные гусеничные транспортёры (англ. crawler-transporter). В то время (1965—1969 гг.; до появления в 1969 г. шагающего экскаватора 4250-W) они являлись крупнейшими и наиболее тяжелыми образцами наземной самоходной техники в мире. Эти транспортеры также оставались самыми большими и тяжелыми гусеничными машинами в мире до 1978 г. (когда появился экскаватор Bagger 288).

Схема лунной экспедиции[]

Скайлэб[]

Последний запуск «Сатурн-5», выводящий на низкую околоземную орбиту орбитальную станцию «Скайлэб»

Основная статья: Скайлэб

Орбитальная станция «Скайлэб» была изготовлена из неиспользованной второй ступени ракеты-носителя «Сатурн-1Б» — S-IVB. Первоначально планировалось, что ступень будет преобразована в орбитальную станцию уже непосредственно на околоземной орбите: после того как она будет выведена на орбиту в качестве действующей ракетной ступени, освободившийся бак жидкого водорода должен был быть дооснащён и конструкция превратилась бы в орбитальный модуль. Однако после отмены (в 1970 г., вследствие резкого урезания перспективного бюджетаНАСА) миссии «Аполлон-20», а затем и отмены (в том же году) полетов «Аполлонов −18 и −19» к Луне, НАСАотказалось от этого плана — теперь в её распоряжении оставалось три неиспользованных ракеты-носителя «Сатурн-5», которые могли вывести на орбиту полностью оснащенную орбитальную станцию без необходимости использования её в качестве ракетной ступени.

Орбитальная станция «Скайлэб» была запущена 14 мая 1973 года с помощью двухступенчатой модификации ракеты-носителя «Сатурн-5».

Цена[]

С 1964 года по 1973-й из федерального бюджета США было выделено на программу «Сатурн-5» 6,5 миллиардадолларов. Максимум пришелся на 1966 год — 1,2 миллиарда^[10]. С учетом инфляции на программу «Сатурн-5» было за этот период потрачено 47.25 миллиардов долларов в ценах 2014 года^[11]. Приблизительная стоимость одного запуска «Сатурн-5» составляла 1,19 миллиарда долларов в ценах 2014 года.

Одна из главных причин досрочного прекращения лунной программы США после трех облетов Луны пилотируемыми кораблями (в том числе один — «Аполлон-13» — аварийный) и шести успешных высадок на Луну (первоначально планировались два облета пилотируемыми кораблями и 10 высадок) была её высокая стоимость. Так, в 1966 году НАСА получила самый большой (если учитывать инфляцию) бюджет за свою историю — 4,5 миллиарда долларов (что составляло около 0,5 процента тогдашнего ВВП США).

Запуски Сатурна 5[]

В 1967-73 гг произведено 13 пусков ракеты-носителя «Сатурн-5». Все признаны успешными^[12].

Коллаж запусков ракеты-носителя «Сатурн-5»

Серийный номер	Полезная нагрузка	Дата старта	Описание
SA-501	Аполлон-4	9 ноября 1967	Первый испытательный полёт
SA-502	Аполлон-6	4 апреля 1968	Второй испытательный полёт
SA-503	Аполлон-8	21 декабря 1968	Первый пилотируемый испытательный полёт с основным модулем корабля «Аполлон». Облёт Луны.
SA-504	Аполлон-9	3 марта 1969	Околоземная орбита. Испытания лунного модуля.
SA-505	Аполлон-10	18 мая 1969	Лунная орбита. Испытания лунного модуля.
SA-506	Аполлон-11	16 июля 1969	Первый пилотируемый полёт с посадкой на Луне в Море Спокойствия.
SA-507	Аполлон-12	14 ноября 1969	Прилунение около автоматической межпланетной станции «Сервейер-3» в Океане Бурь.
SA-508	Аполлон-13	11 апреля 1970	Авария в полёте. Облет Луны. Команда спасена.
SA-509	Аполлон-14	31 января 1971	Прилунение около кратера Фра Мауро.
SA-510	Аполлон-15	26 июля 1971	Прилунение в Болоте Гниения на юго-восточной окраине Моря Дождей. Первый «Лунный Ровер» (американский транспортный луноход).
SA-511	Аполлон-16	16 апреля 1972	Прилунение у кратера Декарт.
SA-512	Аполлон-17	7 декабря 1972	Первый и единственный ночной старт. Прилунение в Море Ясности долины Тавр-Литтров. Последний лунный полёт по программе «Аполлон».
SA-513	Скайлэб	14 мая 1973	Изготовлена для «Аполлонов-18/19/20». Затем модернизирована в двухступенчатый вариант. На орбиту выведена станция «Скайлэб»
SA-514	-	-	Изготовлена для «Аполлонов-18/19/20», но никогда не использовалась.
SA-515	-	-	Изготовлена для «Аполлонов-18/19/20». Затем предназначалась в качестве резервной для «Скайлэб», но никогда не использовалась.