Prvá raketa Saturn-5: prehľad, charakteristiky a zaujímavé fakty

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Na základe vývoja v prvej dekáde 21. storočia je raketa Saturn-5 (americkej výroby) najvýkonnejšia spomedzi svojich bratov. Jeho trojstupňová štruktúra bola navrhnutá v šesťdesiatych rokoch minulého storočia a mala za cieľ dopraviť človeka na mesačný povrch. Mali k nemu byť pripojené všetky potrebné lode, ktoré boli poverené prieskumom prirodzeného satelitu našej planéty.

Podľa programu Apollo bol lunárny modul pripojený k rakete, umiestnený vo vnútri jej adaptéra a bolo k nej pripevnené telo orbitera. Takáto schéma s jedným spustením vykonávala dve veci naraz. Pravda, existoval aj dvojstupňový model, ktorý bol použitý len raz pri štarte úplne prvej vesmírnej stanice Spojených štátov amerických na obežnú dráhu – Skylab.

Lunárny program: mýtus alebo pravda?

Prešlo takmer pol storočia,ale reči o vykonštruovanom lunárnom programe pokračujú v nezmenšenej miere. Niekto si je istý, že posielanie astronautov na Mesiac pomocou rakety Saturn-5 je podvod. Pre takýchto ľudí je akýkoľvek dôkaz o veľkých úspechoch Američanov cudzí a podľa nich boli videá natočené bez toho, aby leteli mimo planétu Zem.

Niekedy sa povráva, že krásne skonštruovaný Saturn je príliš dokonalý na to, aby bol skutočný. Aj keby sa program Saturn uskutočnil, prečo v ňom Američania nepokračovali s odvolaním sa na stratu všetkej projektovej dokumentácie pre raketu Saturn-5 a nezačali vyrábať raketoplány, ktoré stoja mnohonásobne viac? Prečo bolo potrebné začať celý pracovný postup vývoja podobnej rakety od nuly? A ako by bolo možné prísť o technologickú mapu na výrobu rakety Saturn-5? Toto predsa nie je zrnko piesku na piesočnatej pláži.

Raketa Saturn-5 je vo všeobecnosti prvou svojho druhu, ktorá je navrhnutá nielen na prepravu astronautov na Mesiac, ale aj na ich úspešný návrat domov. Navyše, pristátie so všetkým vybavením, vrátane lunárneho modulu s dvoma živými pasažiermi, muselo byť veľmi hladké a mäkké, inak by to bol ich posledný let. Časť hmoty sa podarilo oddeliť odpojením lunárneho modulu od veliteľskej lode, ktorá naopak zostala na obežnej dráhe Mesiaca a čakala na dokončenie všetkých prác.

Americká raketa "Saturn-5" by sa mohla zdvihnúť a dostať na obežnú dráhu až 140ton nákladu. Ale napríklad najpoužívanejšia ťažká raketa „Proton“unesie na svojom „tele“len 22 ton. Pôsobivý rozdiel, však?

Ako viete, bolo vyrobených niekoľko Saturnov a posledný vypustil vesmírnu stanicu Skylab s hmotnosťou 77 ton. Bol taký obrovský, že ak sa referenčný bod stratil vo vnútri, astronaut visel niekoľko minút vo vzduchu a čakal na vietor z ventilačného systému. Tento rekord prekonal vlastne len Mir, ktorý pozostával z niekoľkých modulov. Ale je to raketa Saturn-5, ktorá je stále najambicióznejším projektom na svete a najvýkonnejším vesmírnym strojom, rekord, ktorý zatiaľ žiadna iná nosná raketa nedokázala prekonať.

História Saturnu V

Loď na samom začiatku svojho života čelí ťažkostiam v podobe neúspešného štartu s účasťou bezpilotného, zle nastaveného systému. Nasledovalo odmietnutie zopakovania bezpilotného testu, no všetko sa skončilo „šťastným“koncom, keďže v rokoch 1968 až 1973 prebehli úspešné štarty desiatich vesmírnych programov Apollo a spomínanej vesmírnej stanice Skylab. A potom sa z nosnej rakety Saturn-5 stáva muzeálny exponát a jej výroba a ďalšia prevádzka sú úplne zastavené. Toto obdobie trvá dodnes.

Zaujímavé fakty

Spojené štáty začali vývoj rakety Saturn už v roku 1962 a o štyri roky neskôr prvý testlet. Presnejšie povedané, test úplne zlyhal, pretože druhý stupeň rakety, ktorý mal odštartovať na testovacom mieste neďaleko St. Louis, jednoducho explodoval a rozbil sa na kúsky. Podľa historických záznamov sa bezpilotný let rakety neustále odďaľoval pre nekonečné poruchy a nedostatky, no na jeseň 1967 sa Američanom predsa len podarilo uspieť. V druhej testovacej fáze programu Apollo 6 však pokus o bezpilotné pilotovanie opäť zlyhal. Z piatich dostupných motorov v prvej etape boli uvedené do prevádzky len tri, motor v tretej etape vôbec nenaštartoval a potom sa všetkým nečakane rozpadla celá konštrukcia.

Napriek tomu o desať dní neskôr padlo bezprecedentné rozhodnutie poslať nosnú raketu Saturn V bez opätovného testovania na Mesiac. Koniec koncov, nezabudnite na studenú vojnu so ZSSR a preteky v zbrojení. Všetci sa ponáhľali a aj keď sa obávali nenapraviteľných tragických následkov, rozhodli sa dobyť prirodzenú družicu Zeme bez tretieho skúšobného štartu.

Vyššie sa hovorilo o mystickom zmiznutí technickej dokumentácie a charakteristík rakety Saturn-5, no v skutočnosti Američania tieto informácie vyvracajú a nazývajú to bicykel. Tento príbeh sa objavil už v roku 1996 vo vedeckej knihe o histórii formovania astronautiky. Jednoducho povedané, autorka vo svojich riadkoch uviedla, že NASA jednoducho stratila plány. Ale podľa zamestnanca NASA Paula Shawcrossa, ktorý zastával pozíciu v divízii prevnútorná kontrola, kresby skutočne nezostali, ale skúsenosti a inžiniersky „mozog“zostali nedotknuté: všetky údaje boli umiestnené na malých kúskoch fotografického filmu - mikrofilmu.

Špecifikácie

Aké sú hlavné technické charakteristiky rakety Saturn-5? Začnime tým, že jeho výška dosahovala 110 metrov a jeho priemer - desať a s takýmito parametrami by mohol vyniesť do vesmíru až 150 ton nákladu a nechať ho na obežnej dráhe blízko Zeme.

V klasickej verzii má tri kroky: v prvých dvoch po päť motorov a v treťom jeden. Palivo pre prvý stupeň bolo vo forme petroleja RP-1 s kvapalným kyslíkom ako okysličovadlom a pre druhý a tretí stupeň vo forme kvapalného vodíka s kvapalným kyslíkom ako okysličovadlom. Štartovací ťah motorov rakety Saturn-5 bol 3 500 ton.

Raketový dizajn

Konštrukčným znakom rakety je priečne rozdelenie na tri stupne, to znamená, že každý stupeň sa prekrýva s predchádzajúcim. Vo všetkých etapách boli prítomné prepravné tanky. Kroky boli spojené pomocou špeciálnych adaptérov. Spodná časť bola oddelená spolu s karosériou prvého stupňa a horná prstencová časť bola oddelená niekoľko desiatok sekúnd po štarte motorov druhého stupňa. Fungovala tu „studená schéma“oddeľovania etáp, to znamená, že kým nezmizne predchádzajúca, nebudú sa môcť naštartovať motory na ďalšej.

Okrem štartovacích motorov boli na schodoch brzdové motory na tuhé palivonosná raketa "Saturn-5". Jeho konštruktér Wernher von Braun ich využil na vybavenie schodíkov funkciou samopristátia. Aj v oddelení tretieho stupňa bol prístrojový blok, v ktorom bola riadená raketa.

Návrh prvej etapy

Jeho výrobcom sa stal svetoznámy Boeing. Zo všetkých troch bol práve prvý schod najvyšší, jeho dĺžka bola 42,5 metra. Doba prevádzky - približne 165 sekúnd. Ak vezmeme do úvahy stupeň zdola nahor, potom v jeho dizajne nájdete priamo samotné oddelenie s piatimi motormi, palivovou nádržou s petrolejom, medzinádržovým priestorom, nádržou s okysličovadlom vo forme kvapalného kyslíka a predná sukňa.

V motorovom priestore boli najväčšie motory Saturn-V - F-1, vyrábané americkou spoločnosťou Rocketdyne. Samotný pohonný systém pozostával priamo z pohonnej konštrukcie, stabilizačných jednotiek a tepelnej ochrany. Jeden z motorov bol upevnený v strede v pevnej polohe a ďalšie štyri boli zavesené na kardanových závesoch. Na bočné elektrárne boli nainštalované aj aerodynamické kryty, aby chránili motory pred aerodynamickým zaťažením.

V palivovom priestore bolo päť potrubí vedúcich okysličovadlo k hlavnému palivu, ktoré už bolo dodávané hotové pomocou desiatich potrubí k motorom. Sukňa mala funkciu spojenia prvého a druhého kroku. Keď sa uskutočnili lety štvrtého a šiesteho Apolla,ku konštrukcii boli pripevnené kamery na monitorovanie prevádzky elektrárne, separáciu stupňov a kontrolu tekutého kyslíka.

Návrh druhej etapy

Jeho výrobcom bola spoločnosť, dnes súčasť holdingu „Boeing“– Severná Amerika. Dĺžka konštrukcie bola o niečo viac ako 24 metrov a prevádzkový čas bol štyristo sekúnd. Komponenty druhého stupňa boli rozdelené na horný adaptér, palivové nádrže, priestor s motormi J-2 a spodný adaptér spájajúci ho s prvým stupňom. Špičkový adaptér bol vybavený štyrmi prídavnými motormi na tuhé pohonné hmoty určenými na rovnaké spomalenie ako v prípade prvého stupňa. Boli spustené po oddelení tretej etapy. Priestor elektrárne mal tiež jeden centrálny motor a štyri periférne.

Návrh tretej fázy

Tretiu, takmer osemnásťmetrovú konštrukciu vyrobil McDonnel Douglas. Jeho účelom bolo vypustiť orbiter a spustiť lunárny modul na povrch Mesiaca. Tretí stupeň bol vyrobený v dvoch sériách - 200 a 500. Ten mal solídnu výhodu vo zvýšenej zásobe hélia v prípade reštartu motora.

Tretí stupeň pozostával z dvoch adaptérov – horného a spodného, komory s palivom a elektrocentrály. Systém regulujúci prívod paliva do motorov je vybavený snímačmi, ktoré merajú bilanciu paliva, priamo prenášali údaje do palubného počítača. samimotory by sa dali použiť ako v kontinuálnom režime, tak aj v pulznom režime. Mimochodom, na základe tejto tretej etapy vznikla americká vesmírna stanica Skylab.

Blok nástrojov

Všetky elektronické systémy boli umiestnené v skrinke na náradie, ktorá bola vysoká necelý meter a mala priemer asi 6,6 metra. Prekrýva sa s tretím krokom. Vo vnútri prstenca sa nachádzali bloky, ktoré riadili štart rakety, jej orientáciu v priestore, ako aj let po danej trajektórii. Nechýbali ani navigačné zariadenia a zariadenia núdzového systému.

Riadiaci systém predstavoval palubný počítač a inerciálna platforma. Celá riadiaca jednotka mala systém regulácie teploty a termoregulácie. Absolútne celá raketa bola posiata senzormi, ktoré detegujú prípadné poruchy. Zistené údaje o havarijnom stave toho či onoho elektronického objektu odovzdali ovládaciemu panelu v kabíne astronautov.

Príprava na spustenie

Celú predletovú kontrolu rakety Saturn-5 a kozmickej lode Apollo vykonala špeciálna päťstočlenná komisia. Spustenia a školenia na Cape Canaveral sa zúčastnili tisíce pracovníkov. Vertikálna montáž prebiehala vo vesmírnom stredisku, ktoré sa nachádza päť kilometrov od miesta štartu.

Približne desať týždňov pred odletom boli všetky časti rakety prepravené na miesto štartu. Na takéto ťažké predmety sa používali pásové vozidlá. Keď boli všetky časti rakety spojené dohromady avšetky elektrické spotrebiče boli pripojené, komunikácia bola skontrolovaná, vrátane rádiového systému – palubného aj pozemného.

Ďalej sa začali imobilizované testy riadenia rakiet, prebehla letová simulácia. Skontrolovali sme fungovanie kozmodrómu a riadiaceho strediska misie v Houstone. A posledné testovacie práce už prebiehali s priamym tankovaním do nádrží až do obdobia spustenia prvého stupňa.

Začať prevádzku

Čas pred štartom začína šesť dní pred štartom rakety do vesmíru. Toto je štandardný postup, ktorý bol vykonaný so Saturnom-5. Počas tohto obdobia bolo vykonaných niekoľko prestávok, aby sa predišlo poruchám a následnému oneskoreniu odchodu. Konečné odpočítavanie začalo 28 hodín pred štartom.

Naplnenie prvej fázy trvalo dvanásť hodín. Okrem toho sa nalial iba petrolej a štyri hodiny pred štartom sa do nádrží privádzal tekutý kyslík. Pred doplnením paliva prešli všetky nádrže chladiacou procedúrou. Okysličovadlo bolo najprv dodávané do nádrží druhého stupňa štyridsať percent, potom do nádrží tretieho sto. Ďalej sa nádoby druhého prevedenia naplnili až do konca a až potom sa okysličovadlo dostalo do prvého. Vďaka takémuto zaujímavému postupu sa pracovníci presvedčili, že nedochádza k úniku kyslíka z nádrží druhého stupňa. Celkový čas dodávky kryogénneho paliva počas tankovania bol 4,5 hodiny.

Po príprave všetkých systémov bola raketa prepnutá do automatického režimu. Z piatich motorov prvého stupňa bol najskôr spustený centrálny pevný a až potom periférne podľa opačnej schémy. Ďalej vna päť sekúnd bola raketa pozastavená a potom jemne opustila držiaky, ktoré ju uvoľnili, pričom sa odchýlila do strán.

Počítač, ktorý sa nachádza v prístrojovej jednotke, ovládal sklon a nakláňanie rakety. Všetky klopné manévre sa skončili po 31 sekundách letu, ale program pokračoval v pulzovaní, kým sa úplne neodpojil prvý stupeň.

Dynamický tlak sa začal v sedemdesiatej sekunde. Periférne motory pracovali až do konca paliva v nádržiach a stredný sa vypínal ešte 131 sekúnd po štarte, aby sa predišlo veľkému preťaženiu tela rakety. Oddelenie prvého stupňa prebehlo vo výške asi 65 kilometrov nad zemským povrchom a rýchlosť rakety bola v tomto momente už 2,3 kilometra za sekundu.

Ale keď sa oddelilo, javisko okamžite nespadlo. Podľa konštrukčných prvkov pokračoval v stúpaní do výšky sto kilometrov a až potom sa dostal do vôd Atlantického oceánu vo vzdialenosti 560 kilometrov od miesta štartu.

Štart motorov druhého stupňa sa začal sekundu po odpojení prvého stupňa. Všetkých päť elektrární bolo spustených súčasne a po 23 sekundách bol resetovaný spodný adaptér druhého stupňa. Posádka potom zobrala veci do vlastných rúk pomocou palubného počítača. Oddelenie druhého stupňa prebiehalo vo výške 190 kilometrov nad zemským povrchom a práce sa preniesli na hlavný motor. Na starosti to mali astronauti. Apo vypustení kozmickej lode na obežnú dráhu Mesiaca sa pri manuálnom vypnutí motora po osemdesiatich minútach oddelil tretí stupeň od riadeného modulu. „Saturn-5“teda dokázal dopraviť astronautov na Mesiac a umožnil Američanom stať sa prvými dobyvateľmi prirodzeného satelitu Zeme.