Saturn V

Saturn V (udtales "Saturn fem") var en amerikansk raket, designet til bemandet rumfart, og brugt af NASA til Apollo- og Skylab-programmerne fra 1967 til 1973. Raketten er en flertrins-raket, forsynet af flydende drivmidler. NASA opsendte i alt 13 Saturn V-raketter fra Kennedy Space Center i Florida, uden tab af besætning eller nyttelast.

Saturn V

Den sidste bemandede Saturn V, før opsendelsen af Apollo 17
Funktion	Bemandet LEO- og TLI-flyvning
Producent	Boeing (S-IC) North American (S-II) Douglas (S-IVB)
Oprindelsesland	USA
Størrelse
Højde	110,6 m
Diameter	10,1 m
Vægt	2.936.086 kg (gennemsnit)[1]
Trin	3
Kapacitet
Nyttelast til LEO	118.000 kg[2]
Nyttelast til TLI	43.500 kg
Associerede raketter
Serie	Saturn
Afledninger	Saturn INT-21
Tilsvarende	Nositel-1
Opsendelseshistorik
Status	Ikke længere i drift
Opsendelsessteder	LC-39, Kennedy Space Center
Antal opsendelser	13 (inklusiv INT-21)[3]
Vellykket	11
Mislykket	0
Delvis mislykket	1 (Apollo 6)
Første flyvning	9. november 1967 (Apollo 4) 12:00:01 UTC
Sidste flyvning	7. december 1972 (Apollo 17) 05:33:00 UTC (14. maj 1973 - INT-21) 17:30:00 UTC
Første trin - S-IC
Længde	42,6 m
Diameter	10,1 m
Tom vægt	131.801 kg (gennemsnit)
Totalvægt	2.271.001 kg (gennemsnit)
Motorer	5× Rocketdyne F-1
Løftekraft	33.400.000 N
Specifik impuls	263 s (2580 N s/kg)
Brændetid	150 s
Brændstof	RP-1/LOX
Andet trin - S-II
Længde	24,9 m
Diameter	10,1 m
Tom vægt	36.868 kg (gennemsnit)
Totalvægt	485.218 kg (gennemsnit)
Motorer	5× Rocketdyne J-2
Løftekraft	4.400.000 N
Specifik impuls	421 s (4130 N s/kg)
Brændetid	360 s
Brændstof	LH2/LOX
Tredje trin - S-IVB
Længde	17,8 m
Diameter	6,6 m
Tom vægt	12.425 kg (gennemsnit)
Totalvægt	131.015 kg (gennemsnit)
Motorer	1 Rocketdyne J-2
Løftekraft	1.001.000 N
Specifik impuls	421 s (4130 N s/kg)
Brændetid	165 s (LEO) + 335 s (TLI)
Brændstof	LH2/LOX

Saturn V er den største producerede model af Saturn-serien. Saturn-serien blev designet under ledelse af Wernher von Braun og Arthur Rudoplh på Marshall Space Flight Center i Huntsville, Alabama, med Boeing Company, North American Aviation, Douglas Aircraft Company og IBM som hovedentreprenører. Von Brauns design er delvist baseret på hans arbejde med raketserien Aggregat, særligt A-10, A-11 og A-12, i Tyskland under Anden Verdenskrig.

Til dato er Saturn V den eneste raket, der har transporteret mennesker uden for lavt jordkredsløb eller LEO ((engelsk): Low Earth Orbit). I alt blev der sendt 24 astronauter til Månen, hvoraf tre af dem tog turen to gange, i perioden fra december 1968 til december 1972.

Historie

Oprindelsen til Saturn V-raketten begynder med at den amerikanske regering vælger Wernher von Braun, ud af ca. 700 tyske videnskabsfolk i Operation Paperclip, et program der blev startet af den daværende amerikanske præsident Harry S. Truman, med det formål at bringe disse videnskabsfolk og deres ekspertise til USA, og derved give USA en fordel i den kolde krig.

Von Braun blev placeret i den amerikanske hærs raketudviklings-division, grundet hans direkte involvering i udviklingen af V2-raketten. ^[4] Mellem 1945 og 1958, var hans arbejde begrænset til at fremføre idéerne og metoderne bag V2-raketten til de amerikanske ingeniører. På trods af von Brauns mange artikler om fremtiden for rumfart og raketvidenskab, fortsatte den amerikanske regering med at finansiere luftvåbnet og flådens raketprogrammer, for at teste deres Vanguardmissiler, på trods af adskillige og dyre fiaskoer.

Det var ikke før 1957, hvor Sovjetunionen opsendte Sputnik 1 ved hjælp af et R-7 interkontinentalt ballistisk missil (ICBM (engelsk): Intercontinental Ballistic Missile), der var i stand til at sende et kernevåben til USA,^{[5] [6]}, at den amerikanske hær begyndte at tage alvorlige skridt i retningen af at få en amerikaner i rummet. ^[7] Til sidst henvendte de sig til von Braun og hans team, som i disse år havde skabt og eksperimenteret med Redstoneraketserien. Det var Juno I-raketten, der sendte den første amerikanske satellit, Explorer 1, op i rummet i januar 1958. Juno I-raketten fra Redstone-serien, var en del af NACAs (forløberen til NASA) endelige plan om at få foden inden for i rumkapløbet.^[8] Redstone-serien var et skridt mere i von Brauns rejse til Saturn V, som han senere har kaldt "en Saturn-baby".^[7]

Udvikling af Saturn

Designet af Saturn V, stammer fra Redstone-serien. Efterhånden som Redstone-seriens succes blev tydelig, opstod Saturn-serien, herunder dens brug til bemandet flyvning i Mercury-programmet, bl.a. USAs første bemandede flyvning, Mercury-Redstone 3 fløjet af Alan B. Shepard.

C-1 to C-4

Mellem 1960 og 1962 designede Marshall Space Flight Center (MSFC) en række koncepter for Saturn-raketter, der kunne bruges til LEO- og TLI-missioner.

C-1 blev udviklet til Saturn I, og C-2-raketten, blev droppet I den tidlige designprocess til fordel for C-3, en raket der skulle have haft benyttet to stk. F-1-motorer i sit første trin, fire J-2-motorer i sit andet trin, og seks RL-10 motorer på sit tredje trin, S-IV. NASA planlagde at bruge C-3 som en del af konceptet om at samle rumfartøjet i jordkredsløb ((engelsk): Earth Orbit Rendevouz (EOR)), hvor det ville være nødvendigt at benytte 4 eller 5 opsendelser, for at samle komponenterne til en enkelt månemission. Men før dette blev en realitet, fortsatte planlægningen af EOR-konceptet, til i stedet at benytte C-4, som ville benytte fire stk. F-1-motorer på sit første trin, et forstørret C-3 mellemtrin, og S-IVB-trinnet, med en enkelt J-2-motor, som sit tredje trin. C-4 ville kun kræve to opsendelserne, for en EOR-baseret månemission.

C-5

Den 10. januar 1962 offentliggjorde NASA planerne om at bygge C-5. Denne tre-trins-raket ville bestå af fem F-1-motorer i sit første trin, fem J-2-motorer i sit andet trin, og en enkelt J-2-motor i sit tredje trin. C-5-raketten var bygget med mulighed for en væsentlig større nyttelast, ca. 43.500 kg, en nyttelast der ville gøre det muligt at komme til Månen med én enkelt opsendelse.

Komponenterne til C-5 blev afprøvet før den første model af C-5 overhovedet blev konstrueret. Rakettens tredje trin, der skulle benyttes som andet trin for C-IB, skulle både demonstrere konceptet og gennemførligheden ved C-5, men også give data om flyvning, som var kritiske for udviklingen af C-5. I stedet for at teste hvert enkelt komponent individuelt, skulle hele C-5-raketten test på én gang, ved første flyvning, for derved at spare en stor mængde testflyvninger.

Tidligt i 1963, offentliggjorde NASA at man havde valgt C-5, og den blev den omdøbt til Saturn V. C-1 blev til Saturn I, og C-1B blev til Saturn IB. Von Braun ledede et team, der havde til opgave, at bygge en raket, der var i stand til at sende et bemandet rumfartøj i en bane til Månen. Før de kom under NASAs ledelse, havde von Brauns team allerede påbegyndt arbejdet med at forbedre løftekraften, bygge et simplere styresystem, og designe bedre mekaniske systemer. Det var under denne udvikling, at man droppede enkelt-motor-systemet fra V2-rakettens design, og arbejdede videre på et flermotorsdesign. Saturn I og Saturn IB afspejlede disse ændringer, men havde stadig ikke potentialet til at sende et bemandet rumfartøj til Månen. Disse designs gav dog NASA en basis for, at vælge den bedste metode til at lande en mand på Månen.

Saturn V-rakettens endelige design havde en række nøglefunktioner. Teknikere fastlagde at de bedste motorer (F-1) kombineret med det nye LH₂-drevne raketsystem, var den bedste løsning til Saturn V. I løbet af 1962, valgte man at fortsætte med von Brauns designs, og Apollo-rumprogrammet tog fart.

Da konfigurationen af raketten var endelig, vendte NASA sin opmærksomhed mod missionsprofiler. På trods af kritik valgtes Lunar Orbit Rendevouz (LOR), hvor kommandofartøjet og månelandingsfartøjet sendes op med én raket, kommandofartøjet sendes i kredsløb om Månen, imens månelandingsfartøjet lander på Månen, for derefter igen at mødes med kommandofartøjet i månekredsløb. Saturn V blev derved valgt, bestående af de tre trin, S-IC, S-II og S-IVB.

Trin

En tretrinsraket som Saturn V, frakobler sektion efter sektion på vejen opad. Den første del består af nogen kraftige raketmotorer der løfter den væk fra jordoverfladen. Efterhånden som disse raketmotorer ikke behøves længere, skiller man sig af med de tomme tanke og motorer, som så bliver erstattet af næste trin som så indeholder mindre motorer og fyldte tanke der er mere passende for belastningen.

1. trin: S-IC

S-IC

S-IC (S-1C) trinnet blev fremstillet i Michoud Assembly Facility, New Orleans, samme sted hvor rumfærgens eksterne tank blev fremstillet. De fem F-1-motorer blev sat i et krydsmønster, hvor den centerplacerede motor sad fast, og de fire yderste sad monteret på en ring som kunne roteres hydraulisk for at styre raketten.

Øverst havde trinnet en tank med 1.311,1 m³ flydende ilt, og nederst havde det en tank med 810,7 m³ RP-1 (kerosen). Derudover havde de første udgaver otte retroraketter til at sikre en gnidningsløs separation af første- og andettrinnet^[9].

Førstetrinnet landede i Atlanterhavet tæt ved Afrika.

2. trin: S-II

S-II

S-II (S-2) trinnet blev fremstillet i Seal Beach, Californien. De fem J-2-motorer var monteret på en måde lig S-IC. I stedet for at have to helt opdelte tanke som på S-IC-trinnet, sad de to tanke helt tæt monteret delt op med en særlig membran, der isolerede mod de 70 graders temperaturforskel der var på de to tanke. Dette system sparede næsten 3.600 kg i vægt.

Ilttanken var anbragt nederst indeholdende 331 m³, brinttanken indeholdende 1000 m³. S-II havde otte ullageraketter til at få de flydende drivmidler til at søge ned mod raketmotorerne før antændelsen, samt fire retroraketter til at sikre en gnidningsløs separation af andet- og tredjetrinnet^[9].

Andettrinnet brændte mere eller mindre op og resterne landede i det Indiske Ocean.

3. trin: S-IVB

S-IVB

S-IVB (S-4B) trinnet blev fremstillet i Huntington Beach, Californien. Trinnet var næsten identisk med det andet trin på Saturn IB-raketten, og dets opgave var at sende Apollofartøjet i parkeringskredsløb om Jorden og derefter sende det til Månen.

Øverst havde trinnet en tank med 253,2 m³ flydende brint, og nederst havde det en tank med 92,35 m³ flydende ilt. Da tredjetrinnet skulle tænde to gange, havde det to sæt ullageraketter. Derudover havde det seks små raketmotorer til at ændre flyvestillingen med (Auxiliary Propulsion System)^[10]. De havde 114 liter monometylhydrazin og 95 liter kvælstoftetroxid (der er hypergolske drivmidler) til rådighed . Efter separationen af tredjetrinnet og Apollo-fartøjet blev S-IVB sendt i en bane, der førte til at det blev knust mod Månen. Eksplosionen blev brugt af de efterladte seismiske stationer på Månen til at få oplysninger om Månens indre.

Instrumentmodul

Saturn V instrumentmodul

• Producent: IBM
• Længde: 0,914 m
• Diameter: 6,6 m
• Vægt: 1.600 kg

Instrumentmodulet var en del af tredjetrinnet, og indeholdt alle de forskellige styresystemer der sørgede for Saturn V-raketten under opsendelsen, som f.eks. computer, radar, elektrisk styring.

Saturn V opsendelser

Serienummer	Mission	Opsendelsesdato	Noter
SA-501	Apollo 4	9. november 1967	Første testflyvning.
SA-502	Apollo 6	4. april 1968	Anden testflyvning, problemer med andet og tredje trin.
SA-503	Apollo 8	21. december 1968	Første bemandede flyvning, og Apollofartøjet i kredsløb om Månen.
SA-504	Apollo 9	3. marts 1969	Test af månelandingsmodulet i kredsløb om Jorden.
SA-505	Apollo 10	18. maj 1969	Test af månelandingsmodulet i kredsløb om Månen.
SA-506	Apollo 11	16. juli 1969	Første bemandede månelanding.
SA-507	Apollo 12	14. november 1969	Landede i nærheden af Surveyor 3. Saturn V-raketten blev ramt af lyn to gange under opsendelsen, men led ingen alvorlig skade.
SA-508	Apollo 13	11. april 1970	Missionen blev afbrudt på vej til Månen, mandskabet blev reddet.
SA-509	Apollo 14	31. januar 1971	Landede ved Fra Mauro.
SA-510	Apollo 15	26. juli 1971	Første månebil.
SA-511	Apollo 16	16. april 1972	Landede ved Descartes
SA-512	Apollo 17	6. december 1972	Første og eneste aftenopsendelse. Sidste Apollo-månemission.
SA-513	Skylab 1	14. maj 1973	Tildelt serienummer til brug for Apollo 18, to trin brugt til opsendelsen af Skylab.
SA-514	Ubrugt		Tildelt serienummer til brug for Apollo 19.
SA-515	Ubrugt		Tildelt serienummer til brug for Apollo 20, senere som Skylab-backup.

• Johnson Space Center, Houston, Texas – SA-514 1. trin, SA-515 2. trin og SA-513 3. trin.
• Kennedy Space Center, Florida – S-IC-T (test) 1. trin, SA-514 2. og 3. trin.
• National Air and Space Museum, Washington D.C. – SA-515 3. trin var Skylabs backup.
• Michoud Assembly Facility, New Orleans, Louisiana – SA-515 1. trin.
• U.S. Space & Rocket Center, Huntsville, Alabama – S-IC-D 1. trin, S-II-F/D 2. trin og S-IVB-D 3. trin (ingen af dem var flyvedygtige).

Fodnoter

1. "Apollo Ground Ignition Weights". Rocketry. NASA. Hentet 2013-06-14.
2. Hitt, David (2010). "What Was The Saturn V?". Rocketry. Washington: NASA. Arkiveret fra originalen 11. oktober 2012. Hentet 2012-10-11.
3. Wade, Mark. "Saturn INT-21". Encyclopedia Astronautica. Hentet 2008-01-16.
4. "V-1 and V-2 Rockets". IEEE Global History Network. Hentet 2010-11-13.
5. Marov, Welsey T. Huntress, Mikhail Ya (2011). The Soviet Robots in the Solar System. New York, NY: Gardners Books. s. 36. ISBN 1441978976.
6. "The Dawn of the Space Age — Central Intelligence Agency". Arkiveret fra originalen 28. september 2013. Hentet 16. juni 2013.
7. Roger E. Bilstein (1996). Stages to Saturn: A Technological History of the Apollo/Saturn Launch Vehicles. NASA SP-4206. ISBN 0-16-048909-1. {{cite book}}: |access-date= kræver at |url= også er angivet (hjælp)
8. Robin Williams. "Wernher von Braun (1912–1977)". NASA. Hentet 2010-11-13.
9. "p405". Arkiveret fra originalen 4. juli 2011. Hentet 26. september 2011.
10. Third Stage Fact Sheet Arkiveret 26. marts 2015 hos Wayback Machine Saturn V news reference, december 1968

Wikimedia Commons har medier relateret til: Saturn V