F-1 (rakettimoottori)

F-1 on Rocketdynen kehittämä Saturn V -kantoraketin ensimmäisessä vaiheessa käytetty rakettimoottori. F-1 on toistaiseksi voimakkain yksikammioinen nestemäistä polttoainetta käyttävä rakettimoottori, häviten työntövoimassa vain nelikammioiselle neuvostovalmisteiselle RD-170:lle.

Historia

Rocketdyne kehitti F-1:n alun perin vuonna 1955 täyttämään Yhdysvaltain ilmavoimien vaatimukset. Tuloksena oli kaksi rakettimoottoria, E-1 ja paljon suurempi F-1. E-1 testattiin onnistuneesti mutta se todettiin pian tekniseksi umpikujaksi ja hylättiin suuremman ja voimakkaamman F-1 eduksi. Ilmavoimat pysäytti F-1:n kehittämisen, koska sillä ei lopulta ollut tarvetta senlaiselle suurelle moottorille. Vasta perustettu NASA kuitenkin tarvitsi vastaavaa suurta moottoria ja teki Rocketdynen kanssa sopimuksen sen kehittämiseen jatkamisesta.  

Varhaisimmat testipoltot F-1 -komponenteillä tehtiin jo 1957 ja ensimmäinen koepenkkitesti kokonaisella F-1:llä maaliskuussa 1959.

Seitsemän vuoden aikana testit paljastivat vakavan ongelman palamisen vakaudessa, mikä joskus johti vakaviin epäonnistumisiin.
 
Edistyminen ongelman ratkaisussa oli aluksi hidasta, koska ongelma oli ajoittaista ja ennustamatonta. Lopulta insinöörit kehittivät menetelmän, jossa polton aikana pieniä räjähdepanoksia polttokammiossa räjäyttämällä voitiin määrittää, miten palaminen reagoi paineen vaihteluihin. Tämän jälkeen suunnittelijat pystyivät nopeasti tutkimaan eri polttoaine-suutinkonstruktioiden vaikutuksia palamisen vakauteen ja löytämään stabiileimman.
Nämä ongelmat kestivät 1959–1961. Lopulta moottorin palaminen saatiin niin vakaaksi, että se vaimensi keinotekoisesti luodun epästabiilisuuden noin sekunnin kymmenyksessä.

F-1 käytti 1,8 tonnia nestemäistä happea (LOX) ja 0,9 tonnia RP-1:ä (kerosiini), synnyttäen 6,7 meganewtonia työntövoimaa. Saturn V:n viiden F-1:n ajoaineen kokonaistilavuusvirta oli 13 552 litraa sekunnissa. Yhdessä F-1 -moottorissa oli enemmän työntövoimaa kuin kolmessa Avaruussukkulan päämoottorissa yhteensä.

Eräässä Nova-ehdotelmassa oli kahdeksan F-1 -moottoria ensimmäisessä vaiheessa. Lukuisia ehdotelmia on tehty 1970-luvulta alkaen F-1:tä vastaavan suuren moottorin tekemiseksi, mutta yksikään ei ole edennyt alkua pidemmälle.

Alkuperäiset F-1:n tekniset tiedot

Parannukset Apollo-ohjelman aikana

F-1:n työntövoimaa ja hyötysuhdetta parannettiin Apollo 8 (SA-503) ja Apollo 17 (SA-512) lentojen välillä. Tämä oli tarpeen myöhemmissä lennoissa tarvittavan suuremman hyötykuormakapasiteetin vuoksi. Moottoreiden välillä oli pientä variaatiota lennoilla ja keskimääräisessä työntövoimassa lentojen välillä. Apollo 15:n F-1:t toimivat seuraavasti:

Työntövoima (keskimääräinen moottoria kohti meren pinnan tasolla): 6,909 MN
Paloaika: 159 s
Ominaisimpulssi: 264,72 s
Seossuhde: 2,2674
S-IC kokonaistyöntövoima lähdössä (meren pinnan tasolla): 34,55 MN

Varsinaisiin mittauksiin perustuen Apollo 15 lähtötyöntövoima oli 34,8 MN, keskimäärin 6,962 MN per moottori, mikä on huomattavasti enemmän kuin nimellisarvo

F-1:n myöhempi kehitys

Rocketdyne kehitti moottoria edelleen 1960-luvulla saaden aikaan F-1A -moottorin. Ulkoisesti hyvin samanlainen kuin F-1 F-1A oli kevyempi, mutta silti merkittävästi voimakkaampi, 9,1 MN verrattuna F-1:n 6,7 MN:iin ja sitä olisi käytetty uusissä Saturn V -raketeissa Apollon jälkeisenä aikana. Saturn V:n tuotanto lopetettiin kuitenkin jo ennen Apollo-ohjelman loppua eikä yksikään F-1A -moottori koskaan lentänyt.

Lähteet 
 Apollo 15 Press Kit
 Saturn V Launch Vehicle, Flight Evaluation Report, AS-510, MSFC-MPR-SAT-FE-71-2, October 28, 1971
 Saturn V News Reference F-1 Engine Fact Sheet, December 1968

Viitteet

Aiheesta muualla

E-1 at the Encyclopedia Astronautica
F-1 at the Encyclopedia Astronautica
F-1A at the Encyclopedia Astronautica
NASA SP-4206 Stages to Saturn - the official NASA history of the Saturn launch vehicle

Rakettimoottorit