Saturn I

Disambig.svg Toto je článok o nosnej rakete. O mesiaci Saturnu s týmto označením pozri Mimas (mesiac).
Saturn I
Saturn I na odpaľovacej rampe, misia SA-4
Saturn I na odpaľovacej rampe, misia SA-4
Základné údaje
Funkcia nosná raketa
Výrobca Návrh: ABMA, NASA

Výroba: Chrysler (S-I), Douglas (S-IV), Convair (S-V)

Krajina pôvodu Spojené štáty
Výška 55  m
Priemer 6,5 m
Hmotnosť 510 000 kg záleží na verzii
Počet stupňov 3
Nosnosť
Náklad na LEO 9 000 kg
Náklad na
prechodovú ku geostacionárnej orbite
2 200 kg
História letov
Stav nepoužívaná
Štartovacia rampa LC-39, Kennedyho vesmírne stredisko
Počet štartov 10
Úspešné štarty 10
Prvý štart 27. október 1961
Posledný štart 30. jún 1965
Prvý stupeň – S-I
Motory 8 x H-1
Ťah 7,582 MN
Špecifický impulz 282 sekúnd
Doba funkcie 150 sekúnd
Palivo RP-1/ tekutý kyslík
Druhý stupeň – S-IV
Motory 6 x RL-10
Ťah 400,3 kN
Špecifický impulz 410 sekúnd
Doba funkcie 482 sekúnd
Palivo tekutý vodík/ tekutý kyslík
Tretí stupeň - S-V ( Centaur-C)-nikdy nepoužitý
Motory 2x RL-10A-1
Ťah 134,4 kN
Špecifický impulz 425 sekúnd
Doba funkcie 430 sekúnd
Palivo tekutý vodík/ tekutý kyslík

Saturn I (pôvodné označenia Juno V Super-Jupiter a C-1) bola prvá raketa série Saturn a zároveň prvá americká raketa navrhnutá výlučne na vynášanie nákladov do vesmíru. Všetky predchádzajúce americké nosné rakety boli upravené verzie vojenských balistických rakiet (napríklad Redstone –  Juno I, Atlas, Titan).

Vývoj sa spočiatku prebiehal v Army Ballistic Missile Agency (ABMA) v Redstone Arsenal v Alabame pod vedením hlavného konštruktéra Wernhera von Brauna a na prelome päťdesiatych a šesťdesiatych rokov prešla ABMA, celý von Braunov tím a projekt rakety pod NASA. Konštrukcia prvého stupňa využívala palivové nádrže z rakiet Redstone a Jupiter spojené do jedného stupňa. Saturn I mal byť univerzálny vesmírny nosič, ale pre rýchly pokrok vo vývoji raketovej techniky bol čoskoro zastaraný a nahradený silnejšou verziou Saturn IB. Uskutočnilo sa len desať štartov, štyri skúšobné, tri testovacie lety programu Apollo a posledné tri rakety vyniesli výskumné satelity Pegasus. Skúsenosti získané pri stavbe Saturnu I boli použité pri konštrukcií rakety pre lunárne misie, Saturn V.

História

Pôvod

Wernher von Braun s modelmi rakiet vo svojej kancelárii v Huntsvile

Wernher von Braun a jeho tím boli po druhej svetovej vojne prevezení do Spojených štátov (pozri Operácia Paperclip), kde spočiatku pracovali na testoch ukoristených V2 a ich amerických verziách. Neskôr sa venovali vývoju nových rakiet stredného doletu pre americkú armádu. Výskum prebiehal v Redstone Arsenal v Huntsvile v Alabame. Tu boli vyvinuté rakety PGM-11 Redstone a PGM-19 Jupiter. Po kríze vyvolanej vypustením Sputnika 1 sa von Braunov tím ujal iniciatívy a na základe rakety Redstone vyvinuli raketu Juno I ktorá vyniesla prvý americký satelit Explorer 1 a neskôr Juno II, postavenú na základe PGM-19 Jupiter.

Ešte pred Sputnikom zadalo americké ministerstvo obrany prostredníctvom svojej agentúry ARPA (Advanced Research Projects Agency) požiadavku na vypracovanie štúdie o pokročilom nosnom systéme, ktorý by dokázal dopraviť na orbitu Zeme 9 000 – 18 000 kg, alebo dostať na únikovú rýchlosť náklad až 5 400 kg. Takto silná raketa mala slúžiť pre dopravu ťažkých komunikačných, meteorologických a špionážnych družíc. Vtedajšie rakety ako Atlas mali teoretickú nosnosť na nízku orbitu Zeme iba 1 400 kg, preto bolo potrebné hľadať cestu k zvýšeniu výkonu. Von Braunov tím v ABMA sa začal problémom zaoberať v apríli 1957 a potrebný ťah pre dopravu takéhoto nákladu na orbitu vypočítali na približne 6,7 MN. Americké letectvo v tom čase začínalo pracovať na presne takom motore, ten ale nemohol byť pripravený počas požadovaného časového rámca a jeho ťah bol vtedy „len“ 4,4 MN. Tento motor nesúci označenie F-1 bol neskôr použitý pre pohon rakety Saturn V (konečná verzia mala ťah 6,7 MN), ale pre budúce rakety Saturn I boli vybrané štyri motory E-1 spoločnosti Rocketdyne, každý s ťahom 1 690 kN.

Modely rakiet, zľava: Redstone, Atlas, Saturn I

V decembri 1957 dodal von Braun svoj koncept agentúre ARPA pod názvom „A National Integrated Missile and Space Vehicle Development Program“. Tejto koncept niesol názov Super-Jupiter. Prvý stupeň mal byť tvorený ôsmimi nádržami rakiet Redstone usporiadanými okolo centrálnej nádrže prevzatej z PGM-19 Jupiter. Ako horný stupeň sa mala použiť upravená raketa Atlas alebo prvý stupeň Titanu. V ABMA uprednostňovali Titan, pretože výroba Atlasu mala najvyššiu prioritu a nebol teda priestor pre rozdelenie kapacít. Druhý stupeň bol preto predĺžený prvý stupeň Titanu 1 s dvoma motormi LR-87. Tretí stupeň mal byť Centaur s motormi RL-10.

ARPA bola s von Braunovým návrhom spokojná a jediná požiadavka bola na výmenu motorov E-1. E-1 bol v tom čase v ranej fáze vývoja a nebol by pripravený pre testy skôr ako za dva roky. Von Braunov tím rýchlo zareagoval a nahradil štyri motory E-1 ôsmimi motormi H-1, čo bol upravený motor S-3D rakety Thor. Rozhodnutie nečakať na vývoj nových motorov sa ukázalo ako správne a prinieslo odhadovanú úsporu až 60 miliónov dolárov. Von Braun a jeho tím už v tom čase pripravovali štart Juno I a prebiehal vývoj Juno II a preto bol názov projektu zmenený na Juno V.

Začiatok prác

Statický test zväzku motorov prvého stupňa

Projekt bol oficiálne zahájený výnosom 14-59 agentúry ARPA z 15. augusta 1958. [1] Kontrakt znel: „Začať program vývoja kozmického nosiča s ťahom približne 1 500 000 liber (6,7 MN), založeného na spojení dostupných raketových motorov. Najbližšou úlohou tohto programu je vykonať demonštratívny statický zážih v plnom rozsahu do konca roka 1959.“

Nasledoval kontrakt s firmou Rocketdyne na vývoj motorov H-1, podpísaný 11. septembra 1958. [2] 26. septembra 1958 sa ARPA a Army Ordnance Missile Command (nadradené veliteľstvo ABMA) dohodli na rozšírení kontraktu o vykonanie skúšobných letov v septembri 1960 a ďalej chceli, aby ABMA postavila ďalšie tri nosiče, pričom dva budú schopné umiestniť na obežnú dráhu obmedzený náklad.

Von Braun vkladal do projektu Juno V veľké nádeje a dúfal, že bude slúžiť ako testovacia základňa pre vývoj budúcich pohonných systémov, hlavne motorov F-1. Vymedzil aj rozsah využitia Juno V ako univerzálny nosný prostriedok pre výskum a vývoj ofenzívnych a defenzívnych kozmických zbraní. Špecifické použitie pre jednotlivé zložky amerických ozbrojených síl zahŕňalo: navigačné satelity pre námorníctvo, meteorologické, prieskumné a komunikačné satelity pre armádu a letectvo a podpora misií s ľudskou posádkou pre USAF. Juno V mala zohrávať významnú úlohu v projekte Horizon, čo bola plánovaná misia na Mesiac s cieľom vybudovať vojenskú základňu. V tomto období sa začalo objavovať označenie Saturn. V jednej z raných správ pre ARPA je uvedené: „Saturn je považovaný za prvý skutočný vesmírny nosič, tak ako je Douglas DC-3 považovaný za prvé skutočné linkové dopravné lietadlo“. Meno Saturn sa stalo oficiálnym vo februári 1959.

Prechod na NASA

Koncept z roku 1959 pre projekt Horizont
Prechod ABMA k NASA, 1. júl 1960

Založenie NASA 29. júla 1958 viedlo k zjednoteniu a posúdeniu všetkých projektov ťažkých nosných rakiet a výberu jedného riešenia pre budúce lunárne projekty. V tom čase tu boli programy armády (Saturn) a letectva (projekt SLS). Oba programy mali za konečný cieľ cestu k Mesiacu a vybudovanie stálej základne na jeho povrchu. Inžinieri NASA však mali vlastné návrhy, označované súhrnne ako rakety Nova.

Wernhera von Brauna požiadali o účasť v komisii, ktorá mala za úlohu preskúmať a zhodnotiť existujúce návrhy a spísať odporúčania. [3] Výsledná správa bola zverejnená 18. júla 1959 a hneď v úvode upozorňuje na nesprávne vedenie amerických programov a uznáva veľký náskok sovietskeho kozmického programu. Správa sa zaoberala piatimi takzvanými generáciami rakiet od prvých rakiet Vanguard, cez Juno, ICBM rakety Atlas a Titan, projektom Saturn až po koncept veľkej rakety poháňanej zväzkom motorov F-1. Správa ďalej stanovuje teoretické možnosti budúceho vývoja vrátane časového rámca dostupnosti nosných systémov.

V decembri 1959 boli predvedené projekty vývojových tímov a NASA následne vybrala von Braunov koncept. Koncom januára 1960 už mala kompletný vývojový program, zahŕňajúci Saturn (Juno V), vlastný projekt Nova a horné stupne Vega a Centaur. Stupeň Vega bol zrušený, pretože letectvo už malo projekt Agena (vtedy pod názvom Hustler), ktorý mal takmer zhodné parametre.

V júli 1959 bol projekt takmer zrušený, keď riaditeľ výskumného oddelenia na ministerstve obrany oznámil, že Saturn čerpá príliš finančných prostriedkov ARPA. Podľa ministerstva bolo výhodnejšie spojiť niekoľko ICBM a získať tak lacnejší a rovnako silný nosný systém. Proti NASA a programu Saturn bola aj skutočnosť, že neexistovali zostavené požiadavky na raketu Saturn a NASA pracovala aj na vlastnom nosiči Nova. Po stretnutí zástupcov NASA, armády, ARPA a ministerstva 16. až 18. septembra 1959 bolo rozhodnuté, že sa Saturn rušiť nebude, ak ABMA prejde pod správu NASA a už nebude potrebovať finančnú účasť rezortu obrany. Prechod von Braunovho tímu a celej ABMA bol dokončený 1. júla 1960 a ABMA a celé zariadenie v Huntsvile bolo premenované na Marshall Space Flight Center.

Výber vyšších stupňov

Štart misie SA-5, prvé použitie funkčného druhého stupňa

V júli 1959 vydala ARPA požiadavku na výmenu vyšších stupňov za silnejšie, poháňané tekutým vodíkom (LH2) a kyslíkom (LOX). Priemer druhého stupňa mal byť približne 4 metre a tretí stupeň mal byť vylepšený Centaur. V snahe o dosiahnutie dohody medzi NASA, USAF, ABMA, ARPA a DoD vznikla Silversteinova komisia, ktorá stanovila požiadavky na raketu Saturn. [4] Von Braun bol spočiatku skeptický, ale komisia ho presvedčila o výhodách vysoko energetických palív (vodík) v horných stupňoch. Oproti pôvodnému konceptu, ktorý počítal s použitím komponentov a nástrojov z Titanu, vyžadoval nový stupeň vývoj nových montážnych zariadení, nástrojov a prípravkov, čo zvyšovalo finančnú náročnosť projektu. Vývojom vlastného stupňa sa na druhej strane NASA stala nezávislou od vojenského vývoja.

Komisia posudzovala niekoľko variantov vyšších stupňov zoradených podľa náročnosti do troch skupín. Skupina A boli najjednoduchšie a vychádzali z prvotných konceptov Juno V. Druhý stupeň Titan a tretí Centaur bol variant A-1, druhý variant A-2 počítal so zväzkom rakiet stredného doletu miesto Titanu. Návrh B-1 počítal s použitím zväzku štyroch motorov H-1 a podobnú konštrukciu nádrží ako prvý stupeň. Skupina C bola najrazantnejšia a ponúkala flexibilnú konfiguráciu podľa potrieb nákladu. Každý vyšší stupeň mal používať kvapalný vodík.

Varianty C-1, C-2 a C-3 počítali s vývojom stupňov S-II, S-III, S-IV a S-V. Stupňa S-IV a S-V mali používať upravené motory RL-10, S-V je upravená verzia dvojmotorového stupňa Centaur. S-II a S-III vyžadovali vývoj ďalších motorov s vyšším ťahom. Varianty konceptov C výkonovo prevyšovali koncepty A-1, A-2 i B a preto boli vybrané.

Možné konfigurácie

Variant Stupeň S-I Stupeň S-II Stupeň S-III Stupeň S-IV Stupeň S-V
C-1 +  –   –  + +
C-2 +  –  + + +
C-3 + + + +  – 

Konečná podoba

Evolúcia rakety Saturn I

Saturn I mal byť flexibilným nosným systémom, ktorý by bolo možné, vďaka rôznym vyšším úrovniam, prevádzkovať v rôznych konfiguráciách podľa potrieb aktuálnej misie. Zo všetkých navrhovaných stupňov bol však vyrobený a dodaný iba S-IV, ktorého parametre sa líšili od špecifikácií komisie. Miesto štyroch upravených RL-10 bolo použitých šesť štandardných RL-10, poskytujúcich približne rovnaký ťah. Veľké množstvo malých motorov bolo menej efektívne, náchylnejšie k poruchám a drahšie ako jediný veľký motor. Pre nástupcu Saturnu I bol preto vyvinutý motor J-2, ktorý dokázal nahradiť všetkých šesť motorov RL-10. Nový motor mal vyšší ťah a umožnil Saturnu IB vyniesť na orbitu až 15 000 kg.

Saturn I bol používaný len krátko a čoskoro bol nahradený vylepšenou verziou Saturn IB. Hlavná oblasť použitia boli testy makety lode Apollo a posledné tri rakety vyniesli satelity Pegasus. Určitý čas sa uvažovalo o využití Saturnu I pre vynášanie experimentálneho kozmického lietadla X-20 Dyna-Soar.

Chronologický vývoj projektu 1957-1966

1957
  • apríl –  ABMA začína štúdiu o možnostiach využitia zväzku motorov pre dosiahnutie celkového ťahu 1,5 milióna libier.
  • december – ABMA predkladá National Integrated Missile and Space Vehicle Development Program, ktorý sumarizuje možnosti vývoja kozmických nosičov pre výskum vesmíru a jeho vojenské využitie. Prvá zmienka o Super-Jupitere.
1958
  • Super-Jupiter zmenený, nový koncept nesie názov Juno V, výmena štyroch motorov E-1 za osem H-1.
  • Leto – Agentúra ARPA rozkazom 14-59 poveruje Army Ordnance Missile Command (AOMC) vývojom ťažkého nosiča Juno V. AOMC poveruje vývojom von Braunov tím v ABMA v Redsone Arsenal v Alabame.
  • september – Začiatok prác na Juno V, kontrakt s firmou Rocketdyne na vývoj motorov H-1. Zmena projektu na viacstupňový univerzálny vesmírny nosič.
  • december – Von Braun informuje NASA o možnosti využitia Juno V na lunárne misie. Počíta s koncepciou spojenia niekoľkých Juno V na orbite Zeme a následnou stavbou dvestotonovej lode pre priame pristátie na Mesiaci.
  • Ozbrojené sily a NASA diskutujú možnosti budúceho vývoja nosných rakiet. Výsledkom je dohoda o vývoji niekoľkých typov nosných systémov, ktoré budú používať NASA i vojsko.
  • Prvý zážih motora H-1.
1959
  • január – Zasadnutia komisie Large Booster Review Committee. Komisia potvrdzuje Juno V ako najlepší projekt nového silného nosiča.
  • Program NASA National Space Vehicle Program stanovuje ako základné kozmické nosné prostriedky projekty Saturn, Nova, Centaur a Vega (neskôr zrušené).
  • február – Zmena názvu na Saturn.
  • Dohoda medzi ARPA a NASA o vývoji vyšších stupňov pre Saturn, vývoj koordinuje AOMC pre zabezpečenie kompatibility.
  • apríl – Štúdia využitia rakety Titan ako vyššieho stupňa Saturnu.
  • máj – Dodaný prvý motor H-1.
  • jún – začiatok stavby komplexu 34 na Cape Canaveral.
  • Štúdia NASA o lunárnej misii s použitím Saturnu
1959
  • október až marec 1960 – Prechod ABMA a vývojového programu Saturn pod správu NASA.
  • december – Trojdenné zasadnutie Silversteinovej komisie. Komisia vyberá novej vyššie stupne poháňané tekutým vodíkom. Stupne S-II, S-III, S-IV a S-V majú byť vybavené zväzkami motorov RL-10 (a ich vylepšenou verziou LR-119) a má ísť o modulárny a flexibilný nosný systém. Sú vybrané tri koncepty budúcich konfigurácií, Concept-1 až 3, odtiaľ označenie Saturn C-1.
1960
  • apríl a máj – Testy zväzkov motorov pri spoločnom zážihu.
  • júl až január 1961 – Statické testy kompletného prvého stupňa.
  • január – Zmena koncepcie Saturnu C-1 na dvojstupňový, kvôli zjednoteniu časového harmonogramu s programu Apollo.
  • marec – Ďalšia zmena v koncepciách Saturnu
  • Test modelu Saturnu C-1.
1961
  • apríl až október – Opäť zmeny koncepcií Saturnu, dokončenie LC 34 na Cape Canaveral.
  • október – Prvý štart rakety Saturn C-1, misia SA-1.
1962
  • Von Braun prichádza s konceptmi Saturnu C-5 a C-1B (neskoršie Saturn V a IB) pre misiu na Mesiac so stretnutím na jeho orbite. Počíta sa s motormi F-1 a J-2. Koncepty C-2, C-3 a C-4 sú zamietnuté.
  • NASA prijíma von Braunovu koncepciu.
1963
  • február – Zjednodušenie názvov. Saturn C-1 sa stáva Saturn I, koncept C-1B a C-5 sú premenované na Saturn IB a Saturn V.
1964
1965
  • júl -Posledný štart Saturnu I.
1966
Iné jazyky
العربية: ساتورن 1
български: Сатурн I
català: Saturn I
čeština: Saturn I
dansk: Saturn I
English: Saturn I
español: Saturno I
euskara: Saturn I
suomi: Saturn I
français: Saturn I
galego: Saturno I
עברית: סטורן 1
hrvatski: Saturn I
magyar: Saturn I
Bahasa Indonesia: Saturn I
italiano: Saturn I
日本語: サターンI
Bahasa Melayu: Saturn I
polski: Saturn I
português: Saturno I
русский: Сатурн-1
svenska: Saturn I
українська: Сатурн-1