Сатурн-5 ( англ. Saturn V ) — американская сверхтяжёлая ракета-носитель семейства Сатурн . Использовалась для реализации пилотируемой посадки на Луну и подготовки к ней по программе «Аполлон» , а также, в двухступенчатом варианте, для выведения на околоземную орбиту орбитальной станции « Скайлэб ». Главный конструктор — Вернер фон Браун .

Ракета «Сатурн-5» остаётся крупнейшей по величине, массе, мощности и грузоподъёмности из созданных на данный момент человечеством ракет, выводивших полезную нагрузку на орбиту, превосходя более поздние « Спейс Шаттл », «Энергию» и « Falcon Heavy » . Ракета выводила на низкую околоземную орбиту 141 т по официальным данным (что включает в себя корабль «Аполлон» и последнюю ступень с остатками топлива для разгона межпланетного полёта), и на траекторию к Луне 47 т полезного груза (65,5 т вместе с 3-й ступенью носителя). Полная масса, выведенная на орбиту при запуске станции Скайлэб, составила 147,36 т, в том числе станция Скайлэб с головным обтекателем — 88,5 т и вторая ступень с остатком топлива и неотделившимся 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 J-2 , 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 полётов 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 полётов на околоземную орбиту; проект «Сатурн C-1» был реализован впоследствии в ракете-носителе « Сатурн-1 ») пилотируемого полёта 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.

« » должна была выводить на низкую околоземную орбиту полезную нагрузку массой в 21,5 тонны, по этому проекту предполагалось собрать корабль для полёта на Луну за пятнадцать пусков .

По проекту « » 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» — (англ.) ( . «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 .

« » 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 .

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 . 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

[[Файл:

Ступени

«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

S-IC производилась компанией « Боинг ». На ступени было установлено пять кислородно-керосиновых двигателей F-1 , суммарная тяга которых была более 34 000 кН . Первая ступень работала около 160 секунд, разгоняла последующие ступени и полезную нагрузку до скорости около 2,7 км/с (в инерциальной системе отсчёта; 2,3 км/с относительно земли), и отделялась на высоте около 70 километров . После разделения ступень поднималась до высоты около 100 км, затем падала в океан. Один из пяти двигателей был зафиксирован в центре ступени, четыре других симметрично расположены по краям под обтекателями и могли поворачиваться для управления вектором тяги. В полёте центральный двигатель выключался раньше, чтобы уменьшить перегрузки. Диаметр первой ступени 10 метров (без обтекателей и аэродинамических стабилизаторов), высота 42 метра.

Вторая ступень, 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 .

Третья ступень, S-IVB

S-IVB производилась компанией « Дуглас » (с 1967 года — компанией « Мак-Доннэл Дуглас »). На ступени был установлен один двигатель J-2 , который использовал жидкий кислород в качестве окислителя и жидкий водород в качестве горючего (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.

Программа отработки надёжности

Особенностью предполётной отработки «Сатурна-5» стал беспрецедентный объём наземных испытаний ракетного комплекса. Один из руководителей Управления пилотируемых полётов НАСА , ответственный по этому вопросу, сделал ставку на наземную стендовую отработку всех ракетных систем и в первую очередь ЖРД . Он наглядно и убедительно показал, что только чёткое разделение отработки на наземные и лётные этапы позволит уложиться в сроки полёта на Луну. Для этого были построены дорогостоящие , необходимые для проведения (ОТИ) как отдельных двигателей F-1 и J-2, так и целиком первых и вторых ступеней ракеты .

Сборка

Из-за колоссальных габаритов, сборка ракеты в горизонтальном положении оказалась нерациональной, т.к. её крайне сложно было бы установить в вертикальное положение. Для этой цели было построено здание вертикальной сборки , высотой 160 метров со 139-метровыми воротами. Ракета собирается с помощью мостовых кранов и устанавливается на мобильную пусковую платформу, предварительно установленную на гусеничный транспортёр. Заправка ракеты осуществляется на стартовом комплексе.

Транспортировка

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

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 вместе с наружным полезным грузом будет выведена на орбиту в качестве действующей ракетной ступени, освободившийся бак жидкого водорода прибывшие космонавты переоборудовали бы в жилой орбитальный модуль без иллюминаторов . Однако после отмены (в 1970 году, вследствие резкого урезания перспективного бюджета НАСА ) миссии « Аполлон-20 », а затем и отмены (в том же году) полётов «Аполлонов −18 и −19» к Луне , НАСА отказалось от этого плана — теперь в их распоряжении оставалось три неиспользованных ракеты-носителя «Сатурн-5», которые могли вывести на орбиту полностью оснащённую 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».

Запуски Сатурна 5

В 1967-73 годах произведено 13 пусков ракеты-носителя «Сатурн-5». Все признаны успешными .

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 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. Облёт 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», также предназначалась в качестве резервной для запуска «Скайлэб», но никогда не использовалась.

Стоимость

С 1964 по 1973 год из федерального бюджета США было выделено на программу «Сатурн-5» 6,5 миллиарда долларов . Максимум пришёлся на 1966 год — 1,2 миллиарда . С учётом инфляции на программу «Сатурн-5» было за этот период потрачено 47,25 миллиарда долларов в ценах 2014 года . 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 трёх облётов Луны пилотируемыми кораблями (в том числе один — « Аполлон-13 » — аварийный) и шести успешных высадок на Луну (первоначально планировались два облёта 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 % тогдашнего ВВП США ).

Оценки

<В> ЦК КПСС — товарищу УСТИНОВУ Д.Ф

основные соображения, связанные с осуществлением ракетно-космических программ в СССР в свете последних событий.

1. СССР открыл в 1957 г. космическую эру и впервые сделал много замечательных основополагающих шагов в освоении космоса. Однако за последние несколько лет мы сдавали США одну позицию за другой, по мере того как эта страна продвигалась вперед в развитии космонавтики.

В настоящее время мировое общественное мнение оценивает положение США как ведущих в этой области человеческой деятельности.

Основным достижением США, производящем наиболее сильное впечатление на народы всех стран, является наличие у них успешно летающей самой мощной в мире ракеты-носителя (РН) с грузоподъемностью 127 тонн на опорной орбите ИСЗ и облет Луны тремя космонавтами с помощью этой РН на космическом корабле «Аполлон» в конце 1968 г. Более того, в мае — июне 1969 г. США намереваются высадиться на Луне. <…>

— Академик Глушко ; 29.01.1969; арх. №2583 (9-13)

Военно-промышленное руководство СССР о Сатурн-5

<В> ЦК КПСС <…> Максимальный полезный груз, выводимый отечественной ракетой-носителем УР-500 на орбиту ИСЗ, составляет 20 т, в то время как США располагают ракетоносителем «Сатурн-5» с полезным грузом на орбите ИСЗ до 135 т. Наличие у США тяжелого носителя позволило создать уникальную орбитальную станцию «Скайлэб», масса которой вместе с кораблем составляет 91 тонну. Используя ракету-носитель «Сатурн-5», США реализовали программу лунных экспедиций «Аполлон» и добились в области пилотируемых полетов на Луну убедительного превосходства. Помимо престижных задач американская программа «Сатурн-Аполлон» имела сильный политический резонанс и значительно повысила научный и технический потенциал США <…>

— Л. Смирнов , С. Афанасьев , В. Куликов , М. Келдыш , В. Глушко ; 4.11.1974; арх. №13216, л. 192-195

Конструкторская документация

Чертежи "Сатурна-5" хранятся в Центре космических полетов имени Маршалла на микроплёнках. В федеральном архиве в , штат Джорджия, хранится 2900 кубических футов (~82м³) бумажной документации .

См. также

• Нова ( Nova )

Примечания

Литература

• Железняков А. Б. «Сатурн-5». Лунный исполин Вернера фон Брауна. — М. : Эксмо, 2017. — 176 с. — ISBN 978-5-699-94274-9 .
• Пол Эйзенштейн. «Популярная механика». Июнь 2003.
• Левантовский В. И. Механика космического полёта в элементарном изложении. — М. : Наука, 1970. — 492 с.
• Александров В. А., Владимиров В. В., Дмитриев Р. Д. и др. Ракеты-носители. — М. : Воениздат, 1981. — 315 с.
• Рахманин В. Ф. // «Двигатель» : журнал. — М. , 2013. — № 5(89) . — С. 36—42 .
• Ю. А. Мозжорин и Лунная программа // Ю. А. Мозжорина . Мозжорин в воспоминаниях современников / Н.А. Анфимов , В.И. Лукьященко, А.Д. Брусиловский. — М. : Международная программа образования, 2000. — 568 с. — 2500 экз. — ISBN 5-7781-0053-1 .

• Akens, David S (1971). . NASA — Marshall Space Flight Center as MHR-5. Also available in
• Benson, Charles D. and William Barnaby Faherty (1978). NASA. Also available in . Published by University Press of Florida in two volumes: Gateway to the Moon: Building the Kennedy Space Center Launch Complex , 2001, ISBN 0-8130-2091-3 and Moon Launch!: A History of the Saturn-Apollo Launch Operations , 2001 ISBN 0-8130-2094-8
• Bilstein, Roger E. (1996). NASA SP-4206. ISBN 0-16-048909-1 . Also available in .
• Lawrie, Alan (2005). Saturn , Collectors Guide Publishing, ISBN 1-894959-19-1
• Orloff, Richard W (2001). NASA. Also available in . Published by Government Reprints Press, 2001, ISBN 1-931641-00-5
• (PDF). NASA — George C. Marshall Space Flight Center under Contract NAS&-20266
• (PDF). NASA — George C. Marshall Space Flight Center (1968)
• (PDF). NASA — George C. Marshall Space Flight Center (1970)
• (PDF). NASA — George C. Marshall Space Flight Center (1968)
• от 13 сентября 2005 на Wayback Machine Marshall Space Flight Center History Office.

Ссылки

• ApolloTV.net Video