Pierwsza rakieta Saturn-5: recenzja, charakterystyka i ciekawe fakty

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

W oparciu o wydarzenia z pierwszej dekady XXI wieku rakieta Saturn-5 (wyprodukowana w Ameryce) jest najpotężniejsza wśród swoich braci. Jej trzystopniowa konstrukcja została zaprojektowana w latach sześćdziesiątych ubiegłego wieku i miała na celu dostarczenie człowieka na powierzchnię Księżyca. Wszystkie niezbędne statki, którym powierzono misję zbadania naturalnego satelity naszej planety, miały być do niego dołączone.

Zgodnie z programem Apollo moduł księżycowy był przymocowany do rakiety, umieszczony w jej adapterze, a korpus orbitera był do niego przymocowany. Taki schemat z jednym uruchomieniem wykonywał dwie rzeczy naraz. To prawda, że był też model dwustopniowy, który został użyty tylko raz podczas wystrzelenia na orbitę pierwszej stacji kosmicznej Stanów Zjednoczonych Ameryki - Skylab.

Program księżycowy: mit czy prawda?

Minęło prawie pół wieku,ale rozmowy o sfabrykowanym programie księżycowym nie słabną. Ktoś jest pewien, że wysyłanie astronautów na Księżyc za pomocą rakiety Saturn-5 to mistyfikacja. Dla takich osób wszelkie dowody wielkich osiągnięć Amerykanów są obce i według nich filmy zostały nakręcone bez wylatywania poza planetę Ziemia.

Czasami krążą pogłoski, że pięknie skonstruowany Saturn jest zbyt doskonały, aby mógł być prawdziwy. Nawet jeśli program Saturn miał miejsce, dlaczego Amerykanie go nie kontynuowali, powołując się na utratę całej dokumentacji projektowej dla rakiety Saturn-5, i zaczęli produkować wahadłowce kosztujące wielokrotnie więcej? Dlaczego konieczne było rozpoczęcie całego procesu opracowywania podobnej rakiety od zera? A jak można stracić mapę technologiczną do produkcji rakiety Saturn-5? W końcu to nie jest ziarnko piasku na piaszczystej plaży.

Ogólnie rzecz biorąc, rakieta Saturn-5 jest pierwszą w swoim rodzaju, stworzoną nie tylko do dostarczania astronautów na Księżyc, ale także do skutecznego powrotu do domu. Dodatkowo lądowanie z całym wyposażeniem, w tym modułem księżycowym z dwoma żywymi pasażerami, musiało być bardzo gładkie i miękkie, w przeciwnym razie byłby to ich ostatni lot. Część masy udało się oddzielić odłączając moduł księżycowy od statku dowodzenia, który z kolei pozostawał na orbicie księżycowej i czekał na zakończenie wszystkich prac.

Amerykańska rakieta „Saturn-5” może unieść się i wprowadzić na orbitę do 140ton ładunku. Ale na przykład najczęściej używana ciężka rakieta „Proton” może przenosić tylko 22 tony na swoim „korpusie”. Imponująca różnica, prawda?

Jak wiecie, wyprodukowano kilka Saturna, a ostatni wystrzelił stację kosmiczną Skylab ważącą 77 ton. Był tak ogromny, że jeśli punkt odniesienia zgubił się w środku, astronauta wisiał w powietrzu przez kilka minut, czekając na wiatr z systemu wentylacyjnego. Właściwie tylko Mir, który składał się z kilku modułów, pobił ten rekord. Ale to rakieta Saturn-5 jest nadal najbardziej ambitnym projektem na świecie i najpotężniejszą maszyną kosmiczną, rekordem, którego żaden inny pojazd nośny nie był jeszcze w stanie pobić.

Historia Saturna V

Na samym początku swojego życia statek napotyka trudności w postaci nieudanego startu z udziałem bezzałogowego, źle wyregulowanego systemu. Po tym nastąpiła odmowa powtórzenia bezzałogowego testu, ale wszystko zakończyło się „szczęśliwym” zakończeniem, ponieważ w latach 1968-1973 pomyślnie wystrzelono dziesięć programów kosmicznych Apollo i wspomnianą stację kosmiczną Skylab. I wtedy rakieta Saturn-5 staje się eksponatem muzealnym, a jej produkcja i dalsza eksploatacja zostają całkowicie wstrzymane. Ten okres trwa do dziś.

Ciekawe fakty

Stany Zjednoczone rozpoczęły prace nad rakietą Saturn w 1962 roku, a cztery lata później pierwszy testlot. Dokładniej, test całkowicie się nie powiódł, ponieważ drugi stopień rakiety, który miał zostać wystrzelony na poligonie w pobliżu St. Louis, po prostu eksplodował i roztrzaskał się na kawałki. Według zapisów historycznych bezzałogowy lot rakiety był stale opóźniany z powodu niekończących się awarii i niedociągnięć, ale jesienią 1967 r. Amerykanie nadal byli w stanie odnieść sukces. Jednak w drugiej fazie testowej programu Apollo 6 próba pilotażu bezzałogowego ponownie się nie powiodła. Z pięciu dostępnych silników w pierwszym etapie uruchomiono tylko trzy, silnik w trzecim etapie w ogóle się nie uruchomił, a potem cała konstrukcja niespodziewanie dla wszystkich rozpadła się.

Pomimo tego, dziesięć dni później podjęto bezprecedensową decyzję o wysłaniu rakiety nośnej Saturn V bez ponownego testowania na Księżyc. W końcu nie zapomnij o zimnej wojnie z ZSRR i wyścigu zbrojeń. Wszyscy się spieszyli i nawet obawiając się nieodwracalnych tragicznych konsekwencji, nadal postanowili podbić naturalnego satelitę Ziemi bez trzeciego startu testowego.

Powyżej powiedziano o mistycznym zniknięciu dokumentacji technicznej i cechach rakiety Saturn-5, ale w rzeczywistości Amerykanie obalają tę informację i nazywają ją rowerem. Ta historia pojawiła się w 1996 roku w książce naukowej o historii powstawania astronautyki. Mówiąc najprościej, autorka donosiła w swoich liniach, że NASA po prostu zgubiła plany. Ale według pracownika NASA Paula Shawcrossa, który zajmował stanowisko w dywizji przezinspekcja wewnętrzna, rysunki naprawdę nie pozostały, ale doświadczenie i inżynierski „mózg” pozostały nienaruszone: wszystkie dane zostały umieszczone na małych kawałkach kliszy fotograficznej - mikrofilmu.

Specyfikacje

Jakie są główne parametry techniczne rakiety Saturn-5? Zacznijmy od tego, że jego wysokość sięgała 110 metrów, a średnica dziesięciu, a przy takich parametrach mógł wystrzelić w kosmos nawet 150 ton ładunku, pozostawiając go na orbicie okołoziemskiej.

W wersji klasycznej ma trzy stopnie: w dwóch pierwszych po pięć silników, a w trzecim jeden. Paliwo dla pierwszego etapu była w postaci nafty RP-1 z ciekłym tlenem jako utleniaczem, a dla drugiego i trzeciego etapu w postaci ciekłego wodoru z ciekłym tlenem jako utleniaczem. Siła ciągu startowego silników rakiety Saturn-5 wynosiła 3500 ton.

Projekt rakiety

Cechą konstrukcyjną rakiety jest poprzeczny podział na trzy stopnie, to znaczy każdy stopień nakłada się na poprzedni. Na wszystkich etapach obecne były przewoźne czołgi. Stopnie zostały połączone za pomocą specjalnych adapterów. Dolna część została oddzielona wraz z korpusem pierwszego stopnia, a górna część pierścieniowa została oddzielona kilkadziesiąt sekund po uruchomieniu silników drugiego stopnia. Tutaj zadziałał „zimny schemat” separacji stopni, czyli dopóki poprzedni nie zniknie, silniki na kolejnym nie będą mogły się uruchomić.

Oprócz silników startowych, na stopniach znajdowały się silniki na paliwo stałe z hamulcempojazd startowy „Saturn-5”. Jej projektant, Wernher von Braun, wykorzystał je do nadania stopniom funkcji samolądowania. Również w przedziale III stopnia znajdował się blok instrumentalny, w którym sterowano rakietą.

Projekt pierwszego etapu

Słynny na całym świecie Boeing został jego producentem. Z całej trójki był to pierwszy stopień, który był najwyższy, jego długość wynosiła 42,5 metra. Czas działania - około 165 sekund. Jeśli spojrzymy na scenę od dołu do góry, to w jej konstrukcji można bezpośrednio znaleźć sam przedział z pięcioma silnikami, zbiornik paliwa z naftą, przedział międzyzbiornikowy, zbiornik z utleniaczem w postaci ciekłego tlenu oraz przednia spódnica.

W komorze silnika znajdowały się największe silniki Saturn-V - F-1, wyprodukowane przez amerykańską firmę Rocketdyne. Sam układ napędowy składał się bezpośrednio z układu napędowego, jednostek stabilizujących i zabezpieczenia termicznego. Jeden z silników był zamocowany pośrodku w stałej pozycji, a pozostałe cztery były zawieszone na kardanach. Zamontowano również owiewki na bocznych elektrowniach w celu ochrony silników przed obciążeniami aerodynamicznymi.

W komorze paliwowej znajdowało się pięć rur prowadzących utleniacz do głównego paliwa, które było już dostarczane w postaci gotowej za pomocą dziesięciu rurociągów do silników. Spódnica pełniła funkcję łączenia pierwszego i drugiego stopnia. Kiedy odbywały się loty czwartego i szóstego Apollosa,do konstrukcji przymocowano kamery do monitorowania pracy elektrowni, separacji stopni i kontroli ciekłego tlenu.

Projekt drugiego etapu

Jego producentem była firma, dziś część holdingu „Boeing” – północnoamerykański. Długość konstrukcji wynosiła nieco ponad 24 metry, a czas działania wynosił czterysta sekund. Elementy drugiego stopnia podzielono na adapter górny, zbiorniki paliwa, komorę z silnikami J-2 oraz adapter dolny łączący go z pierwszym stopniem. Górny adapter został wyposażony w cztery dodatkowe silniki na paliwo stałe przeznaczone do takiego samego hamowania jak w przypadku pierwszego stopnia. Zostały uruchomione po wydzieleniu trzeciego etapu. Przedział elektrowni miał również jeden silnik centralny i cztery peryferyjne.

Projekt trzeciej sceny

Trzecia, prawie osiemnastometrowa konstrukcja została wykonana przez McDonnel Douglas. Jego celem było wystrzelenie orbitera i opuszczenie modułu księżycowego na powierzchnię Księżyca. Trzeci stopień został wyprodukowany w dwóch seriach - 200 i 500. Ten ostatni miał solidną przewagę w postaci zwiększonej podaży helu w przypadku ponownego uruchomienia silnika.

Trzeci etap składał się z dwóch adapterów - górnego i dolnego, komory z paliwem i elektrowni. System regulujący dopływ paliwa do silników wyposażony jest w czujniki mierzące bilans paliwa, które bezpośrednio przesyłają dane do komputera pokładowego. sobiesilniki mogą być używane zarówno w trybie ciągłym, jak i impulsowym. Notabene amerykańska stacja kosmiczna Skylab powstała na bazie tego trzeciego etapu.

Blok narzędziowy

Wszystkie systemy elektroniczne były umieszczone w skrzynce narzędziowej o wysokości niecałego metra i średnicy około 6,6 metra. Nakłada się na trzeci krok. Wewnątrz pierścienia znajdowały się bloki, które kontrolowały start rakiety, jej orientację w przestrzeni, a także lot po zadanej trajektorii. Nie zabrakło również urządzeń systemu nawigacyjnego i awaryjnego.

System sterowania był reprezentowany przez komputer pokładowy i platformę inercyjną. Cała jednostka sterująca posiadała system kontroli temperatury i termoregulacji. Absolutnie cała rakieta była usiana czujnikami wykrywającymi wszelkie awarie. Przesłali znalezione dane o stanie awaryjnym jednego lub drugiego obiektu elektronicznego do panelu sterowania w kabinie astronautów.

Przygotowanie do uruchomienia

Cała kontrola przed lotem rakiety Saturn-5 i statku kosmicznego Apollo została przeprowadzona przez specjalną komisję składającą się z pięciuset osób. Tysiące pracowników wzięło udział w uruchomieniu i szkoleniu na Cape Canaveral. Montaż pionowy odbywał się w Centrum Kosmicznym, położonym pięć kilometrów od miejsca startu.

Około dziesięć tygodni przed odlotem wszystkie części rakiety zostały przetransportowane na miejsce startu. Do tak ciężkich obiektów wykorzystywano pojazdy gąsienicowe. Kiedy wszystkie części rakiety były ze sobą połączone ipodłączono wszystkie urządzenia elektryczne, sprawdzono komunikację, w tym system radiowy - zarówno pokładowy, jak i naziemny.

Ponadto, rozpoczęły się unieruchomione testy kontroli pocisków, odbyła się symulacja lotu. Sprawdziliśmy działanie kosmodromu i centrum kontroli misji w Houston. A ostatnie prace testowe były już prowadzone z bezpośrednim tankowaniem zbiorników aż do okresu uruchomienia pierwszego etapu.

Rozpocznij operacje

Czas przed startem rozpoczyna się sześć dni przed wystrzeleniem rakiety w kosmos. Jest to standardowa procedura, która została przeprowadzona z Saturn-5. W tym okresie przeprowadzono kilka przerw, aby uniknąć awarii i późniejszego opóźnienia odlotu. Ostateczne odliczanie rozpoczęło się 28 godzin przed startem.

Wypełnienie pierwszego etapu zajęło dwanaście godzin. Ponadto wlewano tylko naftę, a na cztery godziny przed startem do zbiorników dostarczano ciekły tlen. Przed zatankowaniem wszystkie zbiorniki przeszły procedurę chłodzenia. Utleniacz został dostarczony najpierw do zbiorników drugiego stopnia w czterdziestu procentach, a następnie do zbiorników trzeciego stopnia w stu. Następnie pojemniki drugiego projektu zostały napełnione do końca i dopiero wtedy utleniacz dostał się do pierwszego. Dzięki tak ciekawemu zabiegowi robotnicy byli przekonani, że nie doszło do wycieku tlenu ze zbiorników drugiego etapu. Całkowity czas dostawy paliwa kriogenicznego podczas tankowania wyniósł 4,5 godziny.

Po przygotowaniu wszystkich systemów rakieta została przełączona w tryb automatyczny. Z pięciu silników pierwszego etapu najpierw uruchomiono środkowy stały, a dopiero potem peryferyjne według odwrotnego schematu. Następny wprzez pięć sekund rakieta była wstrzymana, a następnie delikatnie opuściła uchwyty, które ją wypuściły, zbaczając na boki.

Komputer, znajdujący się w jednostce instrumentalnej, kontrolował wysokość i obrót rakiety. Wszystkie manewry pochylenia zakończyły się po 31 sekundach lotu, ale program nadal pulsował, dopóki pierwszy etap nie został całkowicie rozłączony.

Dynamiczne ciśnienie zaczęło się w siedemdziesiątej sekundzie. Silniki peryferyjne pracowały do końca paliwa w zbiornikach, a środkowy wyłączał się kolejne 131 sekund po starcie, aby zapobiec dużym przeciążeniom korpusu pocisku. Oddzielenie pierwszego etapu nastąpiło około 65 kilometrów nad powierzchnią ziemi, a prędkość rakiety w tym momencie wynosiła już 2,3 kilometra na sekundę.

Ale oddzielenie, scena nie spadła od razu. Zgodnie z cechami konstrukcyjnymi, kontynuował wspinaczkę do stu kilometrów i dopiero wtedy wszedł na wody Oceanu Atlantyckiego w odległości 560 kilometrów od miejsca startu.

Uruchomienie silników drugiego etapu rozpoczęło się sekundę po oddokowaniu pierwszego etapu. Wszystkie pięć elektrowni zostało uruchomionych jednocześnie, a po 23 sekundach dolny adapter drugiego stopnia został zresetowany. Następnie załoga wzięła sprawy w swoje ręce, korzystając z komputera pokładowego. Wydzielenie drugiego etapu nastąpiło na wysokości 190 kilometrów nad powierzchnią ziemi, a prace przeniesiono na silnik główny. Kierowali tym astronauci. Ipo wystrzeleniu statku kosmicznego na orbitę księżycową trzeci stopień oddzielił się od sterowanego modułu, gdy silnik został ręcznie wyłączony po osiemdziesięciu minutach. W ten sposób „Saturn-5” był w stanie dostarczyć astronautów na Księżyc i pozwolić Amerykanom stać się pierwszymi zdobywcami naturalnego satelity Ziemi.