סטורן (משפחת משגרים)

משפחת משגרי הסטורן (באנגלית: Saturn) הוא כינויה של סדרת משגרים אמריקאית, שפותחה עבור תוכנית אפולו של נאס"א במסגרתה הונחת האדם הראשון על הירח. מוביל פיתוח המשגרים היה וורנר פון בראון, מדען טילים גרמני שהובא לארצות הברית במסגרת מבצע פייפרקליפ ב-1945, שהיה מנהל מרכז טיסות החלל מרשל באותה תקופה. הידוע מבין משגרי הסדרה הוא משגר הסטורן V, שכונה גם בשם "האדיר בטילים", אשר נכון להיום הוא המשגר העוצמתי ביותר שאי פעם שוגר. משגרי הסדרה שוגרו 32 פעמים, מתוכם ל-15 משימות מאוישות, בין אוקטובר 1961 ליולי 1975. חוץ מתוכנית אפולו שימשו המשגרים גם את תוכנית סקיילאב ואת פרויקט לווייני הפגסוס.

היסטוריה

עוד לפני ששוגר לחלל אקספלורר 1, הלוויין האמריקאי הראשון, ב-31 בינואר 1958, הועלו הצעות לפיתוח משגר בעל יכולות נשיאה גבוהות. באפריל 1957 החלו תכנונים ראשוניים למשגר בעל יכולת נשיאה של בין 9,000 ל-18,000 ק"ג למסלול סביב כדור הארץ, ובין 2,500 ל-5,500 ק"ג למהירות מילוט מכדור הארץ. בדצמבר 1957 הציגה קבוצת המדענים והמהנדסים בראשותו של ורנר פון בראון, שעבדו באותה עת עבור הסוכנות הצבאית לטילים בליסטיים (ABMA), הצעה לתוכנית פיתוח משגרים בפני מחלקת ההגנה של ארצות הברית. ההצעה כללה פיתוח משגר בעל דחף של כ-6.7 מגה-ניוטון. לאחר שהושלמו מחקרים, שהראו כי פיתוח אשכול מנועים בעל דחף שכזה אפשרי, ב-15 באוגוסט 1958, הורתה DARPA (אז ARPA) להתחיל במחקר ופיתוח התוכנית, שלימים קיבלה את השם סטורן.
המטרה הראשונית של תוכנית המחקר, הייתה להוכיח כי על ידי חיבור מספר מנועים לשלב יחיד (אשכול מנועים), בשימוש ברכיבים קיימים, ניתן להפיק כמויות גדולות של דחף. הטכניקה הוצגה על ידי בניית אשכול מנועים ובחינתו ברדסטון ארסנל, אלבמה (שהפך לימים למרכז טיסות החלל מרשל).
המחקרים הראו גם כי ניתן להשתמש בחמצן הנוזלי ובמכלי הדלק שפותחו במקור עבור טילי הרדסטון והיופיטר, עבור המשגר החדש. כמו כן הוראה כי מנוע ה-S-3D, ששימש את טילי היופיטר והתור, יוכל לעבור שיפור ולהפיק כ-850 קילו-ניוטון דחף, וכך קיבלה רוקטדיין (Rocketdyne), חברת בת של נורת' אמריקן אוויאיישן חוזה לשדרוג המנוע. לאחר ששודרג המנוע הוא קיבל זיהוי חדש - H-1. במקור הפיק ה-H-1 כ-750 קילו-ניוטון אך בהמשך הפיק עד לכ-950 קילו-ניוטון.
במקביל לפיתוח ה-H-1, בוצעו מחקרים לפיתוח מנוע יחיד שיוכל להפיק בעצמו כמויות גדולות של דחף. מחקרים אלו הובילו בסופו של דבר לפיתוח ה-F-1, מנוע בעל דחף של 6.7 מגה-ניוטון, ששימש בשלב הבסיס של משגרי הסטורן.
באוקטובר 1958 הפכה ARPA את תוכנית המחקר לתוכוכנית פיתוח שמטרתה לספק משגר אמין (שיבנה בטכניקת האשכולות) שיוכל לשמש כשלב ראשון למשגר רב שלבי למשימות חלל מורכבות. המשגר קיבל אז את השם "ג'ונו V" (כהמשך לג'ונו 1 וג'ונו 2). קבוצת המחקר השלימה באותו זמן תרשימים ראשוניים של המשגר כך שניתן יהיה להתחיל לפתח את שלבים נוספים שיורכבו עליו.
בתחילת 1959 שונה השם "ג'ונו" לשם "סטורן", על שם כוכב הלכת סטורן (שבתאי), הבא אחרי כוכב הלחץ יופיטר (צדק), שעל שמו נקרא הטיל הקודם שפיתחה קבוצתו של פון בראון.
מאוחר יותר ב-1959 החליטה מחלקת ההגנה של ארצות הברית כי אין לה צורך במשגר העוצמתי ולכן העבירה את התוכנית לידי סוכנות החלל החדשה שהוקמה - נאס"א. עם קבלת האחריות על פיתוח המשגרים, הקימה נאס"א "ועדת הערכה למשגר הסטורן" (שנודעה גם כוועדת סילברסטיין), שכללה נציגים מנאס"א וממחלקת ההגנה. הוועדה המליצה כי כל השלבים הנוספים שיפותחו עבור משגר הסטורן, יונעו על ידי מנועי מימן וחמצן רבי עוצמה, וכי מנוע מימן חדש יפותח. המלצות אלו הביאו לפיתוח שלבי הסטורן ולפיתוח מנוע ה-J-2.
בתחילת 1960 הציגה נאס"א את תוכניתה, שכללה פיתוח סדרת משגרים גדולים, שיתבססו על אותם רכיבים. המשגר הראשון בסדרה, הסטורן I, היה אמור להיות משגר תלת-שלבי (בסופו של דבר, על ידי הגברת הדחף של השלב השני, בוטל פיתוח השלב השלישי), ו-10 ממנו תוכננו להיבנות. במהלך 1960 נבחרה דאגלס איירקראפט קומפני לבנות את שלבו השני של המשגר, שקיבל את הזיהוי S-IV, שהונע על ידי 6 מנועי RL-10A-3. רוקטדיין נבחרה לפתח את מנוע ה-J-2. עם הקמת מרכז טיסות החלל מרשל ביולי 1960, הועברה קבוצתו של פון בראון רשמית לידיה של נאס"א.
ב-25 במאי 1961 הציג נשיא ארצות הברית דאז, ג'ון קנדי, את המטרה הלאומית להנחתת אדם על הירח עד תום העשור. הצהרה זו יצרה את הצורך המידי בפיתוח משגר גדול הרבה יותר מהסטורן I. בינואר 1962 הודיעה נאס"א כי המשגר הבא בסדרת הסטורן יהיה הסטורן V, אשר יפיק דחף של כ-33.5 מגה-ניוטון, פי 5 מהסטורן I, והוא יוכל לשאת עד ל-120 טון למסלול LEO. עבור המשגר החל פיתוחם של שלבים חדשים: ה-S-II וה-S-IVB, שניהם מונעים באמצעות מנועי ה-J-2.
ביולי 1962, עם בחירת שיטת ה-LOR כשיטה המועדפת לטיסה לירח, הועלה הצורך בפיתוח משגר נוסף, עוצמתי יותר מהסטורן I אך חלש יותר מהסטורן V, שישא את חלליות האפולו למסלול סביב כדור הארץ, שם יוכלו לבחון אותם בפעולה. המשגר החדש קיבל את הזיהוי סטורן IB, והוא כלל שלב ראשון S-IB (שדרוג של שלב הראשון של הסטורן I) ושלב שני S-IVB (שלבו השלישי של הסטורן V). לולא פותח הסטורן IB, היה על נאס"א להמתין 5 שנים נוספות, להשלמת הסטורן V, לפני שהייתה יכולה לבחון את חללית האפולו בפעולה.

דגמים נוספים

מלבד 4 דגמי הסטורן ששוגרו (I,‏ IB,‏ V ו-INT-21), מספר רב של משגרים נוספים, שהתבססו על אותם רכיבים, תוכננו אך מעולם לא נבנו (ארס 1 וארס 5).