«Сатурн V», також «Сатурн-5» () — американська ракета-носій, розроблена НАСА. Належала до класу надважких і залишається найбільш вантажопідіймальною зі створених людством ракет, які виводили корисний вантаж на орбітуРадянська ракета-носій Н-1 мала тягу від 45 до 50 МН, майже в 1,5 рази більше, ніж «Сатурн V», але всі 4 проведених запуски були невдалими, корисне навантаження не було виведенр на орбіту ні в одному з пусків.. Здійснювала польоти у 1967—1973 роках. Була здатна вивести на низьку навколоземну орбіту 140 т, а на траєкторію до Місяця — 47 т корисного навантаження. Мала три ступені, працювала на рідкому паливі. На першому ступені встановлювалися п'ять киснево-гасових двигунів, на другому — п'ять двигунів, що працювали на рідких водні та кисні, на третьому ступені — один киснево-водневий двигун, такий же, як і на другому ступені.
«Сатурн V» був розрахований на пілотовані польоти. Ракета використовувалася для реалізації програми американських місячних місій. З її допомогою була здійснена перша посадка людей на Місяць у липні 1969 року, а також для виведення на навколоземну орбіту станції «Скайлеб» (у двоступеневому варіанті).
Станом на 2024 рік «Сатурн V» залишається єдиною ракетою-носієм, яка виводила людей за межі низької навколоземної орбіти (ННО)https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20200002830/downloads/20200002830.pdf. «Сатурн V» є рекордсменом з виведення корисного навантаження на низьку навколоземну орбіту — 141 136 кг (у цю масу входить паливо, необхідне для відправки Командно-службового модуля «Аполлон» і Місячного модуля на Місяць)https://www.asme.org/topics-resources/content/5-most-powerful-space-launch-systemshttps://orbitaltoday.com/2022/09/05/starship-vs-saturn-v-choosing-a-winner/.
«Сатурн V», найбільша серійна модель ракети сімейства «Сатурн», була розроблена під керівництвом видатного конструктора ракетно-космічної техніки Вернера фон Брауна в Центрі космічних польотів імені Маршалла в Гантсвіллі, штат Алабамаhttps://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2023/06/stages-to-saturn-sp-4206.pdf. Основними підрядниками будівництва ракети були компанії Boeing, North American Aviation, Douglas Aircraft Company та IBM. Було побудовано 15 придатних до польоту апаратів, ще три використовувалися для наземних випробувань. Загалом з Космічного центру Кеннеді було запущено 13 ракет «Сатурн V», дев'ять із яких доставили на Місяць 24 астронавти — від «Аполлона-8» (грудень 1968 року) до «Аполлона-17» (грудень 1972 року).
Історія
Передумови У вересні 1945 року уряд США в рамках операції «Скріпка» (Paperclip), санкціонованої тодішнім президентом США Гаррі Труменомhttps://bioethicsarchive.georgetown.edu/achre/commeet/meet14/brief14/tab_d/br14d2.html, перевіз із Німеччини до США німецького ракетного технолога Вернера фон Брауна та понад 1500 німецьких ракетних інженерів і техніків. Фон Брауна, який брав участь у створенні німецької ракети «Фау-2» (V-2), передали до відділу ракетного проєктування армії СШАhttps://web.archive.org/web/20200903001106/https://www.pbs.org/wgbh/americanexperience/features/chasing-moon-wernher-von-braun-and-nazis/. У період з 1945 по 1958 рік його робота полягала переважно в переданні американським інженерам ідей і методів, які лежали в основі розробки «Фау-2»; крім того, він писав книги та статті для популярних журналів.
Цей підхід довелося змінити в 1957 році, коли Радянський Союз запустив «Супутник-1» — перший штучний супутник Землі, створений на базі міжконтинентальної балістичної ракети (МБР) Р-7, здатної доставити термоядерну боєголовку до території СШАBilstein, Roger E.; Lucas, William R. (1980). Stages to Saturn: A Technological History of the Apollo/Saturn Launch Vehicle. Washington, DC: U.S. National Aeronautics and Space Administration. ISBN 0-16-048909-1. OCLC 36332191.. Армія та уряд США почали докладати зусиль для того, щоб відправити американців у космос раніше за Радянський Союз. Для цього вони залучили команду фон Брауна, яка в 1956 році створила сімество ракет «Юпітер». У січні 1958 року ракета «» запустила в космос перший американський супутникhttps://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2018/01/explorer_i_boehm_document.pdf?emrc=0e3d66. Фон Браун вбачав серію ракет «Юпітер» прототипом майбутнього сімейства ракет і називав її «немовля Сатурн».
Розробка сімейства ракет «Сатурн»
Ракети сімейства «Сатурн» конструювалися на основі сімейства ракет «Юпітер», і з огляду на це отримали назву на честь планети Сонячної системи, наступної за Юпітером, — Сатурна.
Між 1960 і 1962 роками в Центрі космічних польотів імені Маршалла (MSFC) розробляли сімейство ракет «Сатурн», придатних для польотів на навколоземну орбіту та пілотованого польоту на Місяць, — «Сатурн C-1», «», «», «»)http://astronautix.com/data/satvint.pdf.
Проєкти ракет-носіїв C-2, C-3 і C-4 передбачалося використовувати для складання на навколоземній орбіті корабля для польоту на Місяць, після чого цей корабель мав вийти на траєкторію до Місяця, висадитися на ньому і злетіти з нього. Маса такого корабля на навколоземній орбіті повинна була становити близько 200 тонн.
«Сатурн C-2» мав виводити на низьку навколоземну орбіту корисне навантаження масою 21,5 тонни. За цим проєктом передбачалося зібрати корабель для польоту на Місяць за 15 пусків/ lvs/saturnc2.htm Сатурн C-2 в Encyclopedia Astronautica.
«Сатурн C-3» планувався для виконання (EOR) як частини місячної місії, причому для однієї посадки на Місяць потрібно було здійснити щонайменше два або навіть три запуски. «Сатурн C-3» був триступеневою ракетою-носієм: перший був обладнаний двома двигунами F-1, другий — чотирма двигунами J-2, а третій ступінь являв собою другий ступінь ракети «Сатурн C-1» — . «Сатурн C-3» повинен був виводити на низьку навколоземну орбіту корисне навантаження масою 36,3 тонни.
Однак у Центрі космічних польотів імені Маршалла запланували ще більшу ракету, C-4, перший ступінь якої мав бути обладнаний чотирма двигунами F-1, другий являв собою збільшений C-3, а третій — S-IVB, ступінь з одним двигуном J-2. Для виконання місячної місії із зустріччю на навколоземній орбіті достатньо було здійснити лише два запуски ракети C-4.
Четверта ракета сімейства «Сатурн», «», теж була триступеневою: перший ступінь був обладнаний чотирма двигунами F-1, другий ступінь був таким же, як і на C-3, а третім ступенем був S-IVB — збільшений варіант ступеня . «Сатурн C-4» мав виводити на низьку навколоземну орбіту корисне навантаження масою 99 тонн, і за цим проєктом місячний корабель можна було б зібрати за два запускиСатурн C-3 в Encyclopedia Astronautica.
10 січня 1962 року НАСА оголосило про плани створення наступної ракети серії — C-5. Вона планувалася триступеневою: перший ступінь — S-IC із п'ятьма двигунами F-1, другий — S-II з п'ятьма двигунами J-2, а третій — S-IVB з одним двигуном J-2. С-5 мала виводити на траєкторію до Місяця корисне навантаження масою 41 тонна.
Ракета C-5 мала прийти випробування компонентів ще до побудови першої моделі. Третій ступінь S-IVB мав використовуватися як другий ступінь для моделі C-1B, тим самим продемонструвавши життєздатність концепції і можливість створення моделі C-5, а також надавши польотні дані, критично важливі для розробки C-5https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19740004382/downloads/19740004382.pdf. Було вирішено випробувати не кожен з основних компонентів моделі C-5 поодинці, а всю ракету в зборі: уже в першому випробувальному польоті ракета мала складатися з повних версій усіх трьох ступенів. Випробування всіх компонентів одночасно дало б змогу радикально зменшити кількість випробувальних польотів перед запуском з екіпажем.
На початку 1962 року НАСА остаточно вибрало C-5 як основну модель програми «Аполлон», а ракети перейменували: модель C-1 отримала назву «Сатурн I», C-1B — «Сатурн IB», а C-5 — «Сатурн V»https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2023/03/sp-4402.pdf. Команду розробників у Центрі космічних польотів імені Маршалла (MSFC), якій була поставлена задача створити ракету, здатну доставити пілотований космічний корабель до Місяця і назад, очолив Вернер фон Браунhttps://web.stanford.edu/~cantwell/AA284A_Course_Material/AA284A_Resources/Bilstein,%20Roger%20E.%20Stages%20to%20Saturn%20A%20Technological%20History%20of%20the%20ApolloSaturn%20Launch%20VehiclesNASA%20SP-4206%201980.pdf. Під час доопрацювань команда відмовилася від конструкції «Фау-2» з одним двигуном і почала розробляти модель із кількома двигунами.
Остаточна конструкція «Сатурна V» мала кілька ключових особливостей. Для першого ступеня було обрано двигуни F-1https://web.archive.org/web/20051221102301/http://history.msfc.nasa.gov/saturn_apollo/documents/First_Stage.pdf, а для другого і третього — J-2, новий двигун на рідкому водніhttps://web.archive.org/web/20150326211327/http://history.msfc.nasa.gov/saturn_apollo/documents/Second_Stage.pdfhttps://web.archive.org/web/20051221114641/http://history.msfc.nasa.gov/saturn_apollo/documents/Third_Stage.pdf. НАСА остаточно визначилося зі своїми планами щодо продовження роботи над проеєктом «Сатурн» фон Брауна, і космічна програма «Аполлон» набрала обертів.
Проєктуванням ступенів займався Центр космічних польотів ім. Маршалла в Гантсвіллі, а для будівництва були обрані зовнішні підрядники:
S-IC — Boeing S-II — North American Aviation S-IVB — Douglas Aircraft — IBM.
Вибір схеми польоту на Місяць для програми «Аполлон» Розробляючи схему пілотованого польоту на Місяць, НАСА розглядало три варіанти:
(EOR): кількома ракетними запусками частини космічного апарата прямого зльоту та силові установки виводяться на навколоземну орбіту. Там вони збираються в єдиний космічний корабель, який вирушає на траєкторію польоту до Місяця (TLI).
: космічний корабель запускається як єдине ціле і прямує безпосередньо до поверхні Місяця, без попереднього виходу на місячну орбіту. Зустріч на навколомісячній орбіті (LOR).
Для польоту за схемою прямого зльоту була потрібна надзвичайно велика ракета, здатна доставити космічний корабель із трьома астронавтами безпосередньо на поверхню Місяця. Схема зустрічі на навколоземній орбіті (EOR) потребувала двох запусків, під час яких на орбіту навколо Землі виводилися дві окремі частини космічного корабля, які потім стикувалися одна з одною, утворюючи один великий корабель для прямого приземлення. Схема зустрічі на навколомісячній орбіті передбачала запуск однією ракетою двох космічних апаратів: корабля-носія і меншого, двомісного посадкового модуля, який після посадки на Місяці та злету з нього стикувався з основним космічним апаратом на навколомісячній орбіті. Після цього астронавти мали перейти в основний корабель, посадковий модуль відкидався для зменшення загальної маси, а корабель-носій повертався на Землюhttps://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2023/04/sp-4029.pdf.
Спочатку НАСА відкидало схему із зустріччю на навколомісячній орбіті, тому що вважало її найризикованішим варіантом, адже на той час стикування ще не здійснювали навіть на навколоземній орбіті, а тим більше на навколомісячній. Але кілька посадовців НАСА, зокрема інженер Джон Губолт та адміністратор НАСА , були переконані, що стикування на навколомісячній орбіті спростить посадку на Місяць, оскільки буде найбільш економічно ефективним для ракети-носія, і що це буде найкращий шанс здійснити висадку на Місяць протягом десятиліття. У цьому вдалося переконати й інших посадовців НАСА, і 7 листопада 1962 року адміністратор НАСА Джеймс Вебб офіційно затвердив зустріч на навколомісячній орбіті як схему польоту для програми «Аполлон», про що було оголошено 7 листопада 1962 року.