Saturn (rakete)

desno|mini|220px|Saturn IB
desno|mini|220px|Saturn V
Porodicu raketa Saturn konstruirali su njemački raketni inženjeri drugi bivši zaposlenici Peenemündea, pod vodstvom Wernhera von Brauna za lansiranje teških tereta u zemljinu orbitu i dalje. Porodica Saturn koristila je tečni vodonik kao gorivo u gornjim fazama. Prvobitno predložene kao vojni lanser satelita, kasnije su korištene za program ljudskog leta na Mjesec - projekt Apollo. Izgrađene su i letjele tri verzije: Saturn I srednje nosivosti, Saturn IB teške nosivosti i Saturn V super teške nosivosti.

Von Braun je predložio ime Saturn u oktobru 1958. kao logičnog nasljednika serije Jupiter, ujedno i zbog moćnog položaja tog rimskog božanstva.Helen T. Wells; Susan H. Whiteley & Carrie E. Karegeannes. Origin of NASA Names. NASA Science and Technical Information Office. p. 17.

Godine 1963., predsjednik John F. Kennedy identificirao je lansiranje Saturna I SA-5 kao prelomni događaj kojim će američki kapaciteti podizanja tereta u svemir nadmašiti sovjetske, što bi bilo prvi put s obzirom na dominaciju Sovjeta na ovom polju još od lansiranja satelita Sputnjik 1. Posljednji put je ovo spomenuo u govoru održanom u zračnoj bazi Brooks u San Antoniju, dan prije nego što je ubijen.Stone, Robert; Andres, Alan (2019). Chasing the Moon: The People, the Politics, and the Promise That Launched America into the Space Age. New York: Ballantine Books. ISBN 9781524798123.

Do danas, Saturn V je jedina lansirna raketa iz svemirskog programa Apollo koja prevozi ljude izvan niske Zemljine orbite. Ukupno 24 ljudi je poslano na Mjesec u četiri godine, od decembra 1968. do decembra 1972. Nijedna Saturn raketa nije otkazala u letu, osim nesreće koja se desila na platformi tokom probnog leta Apollo 1, kada je u modulu posade izbio požar u kojem je stradala posada."Apollo 1". NASA.

 Historija 
 Rani razvoj 
Početkom 1950-ih, američka mornarica i američka vojska aktivno su razvijale rakete dugog dometa uz pomoć njemačkih raketnih inženjera koji su bili uključeni u razvoj rakete V-2 tokom Drugog svjetskog rata. Među tim raketama su bile i Viking (razvila je ratna mornarica), te Kapral, Jupiter i Redstone (razvila ih kopnena vojska). U međuvremenu, američka ratna avijacija razvila je svoje rakete Atlas i Titan, oslanjajući se više na američke inženjere.

Unutrašnje borbe među različitim granama vojske bile su stalne, a Ministarstvo odbrane Sjedinjenih Država (DoD) odlučivalo je koje će projekte finansirati za razvoj. Ipak, 1956. godine ministar odbrane Charles E. Wilson izdao je memorandum kojim se vojsci oduzimaju ofanzivne rakete dometa od 320 km ili više, a njihove rakete Jupiter predaju ratnoj avijaciji. Od tog trenutka, avijacija će biti glavni razvijač raketa, posebno za rakete dvojne namjene koje bi se mogle koristiti i kao svemirske lansirne letjelice.Cadbury, Deborah (2006). Space Race: The Epic Battle Between America and The Soviet Union for Dominion of Space. New York: Harper Collins Publishers. ISBN 978-0-06-084553-7. p. 154.

Krajem 1956. godine, Ministarstvo odbrane objavilo je zahtjev za izradu letjelice koja bi podizala u orbitu novu klasu komunikacijskih i "drugih" satelita (program špijunskih satelita bio je strogo povjerljiv). Zahtjevi, koje je sastavila tada nezvanična Agencija za napredne istraživačke projekte (ARPA), predviđali su vozilo sposobno da u orbitu ponese 9.000 do 18.000 kilograma ili ubrza 2.700 do 5.400 kg do druge kosmičke brzine (potrebne da bi objekt napustio gravitaciono polje planete).Bilstein, Roger E. (1996). Stages to Saturn: A Technological History of the Apollo/Saturn Launch Vehicles. The NASA History Series. Washington: NASA. ISBN 978-0-16-048909-9. p. 25.

Budući da se Wilsonov memorandum odnosio samo na oružje, a ne na svemirska vozila, Agencija za balističke rakete vojske (ABMA) vidjela je ovo kao način za nastavak razvoja vlastitih projekata velikih raketa. U aprilu 1957. godine, von Braun je uputio Heinz-Hermanna Koellea, šefa odjela za dizajn budućih projekata, da prouči namjenske dizajne lansirnih vozila koja bi se mogla izgraditi što je brže moguće. Koelle je procijenio različite dizajne lansera izvedenih iz raketa koji bi mogli postaviti maksimalno oko 1.400 kg u orbitu, ali bi se mogli proširiti na čak 4.500 kg s novim gornjim stepenima visoke energije. U svakom slučaju, ovi gornji stepeni ne bi bili dostupni prije 1961. ili 1962. godine, a lanseri i dalje ne bi ispunjavali zahtjeve Ministarstva odbrane za teška opterećenja.H. H. Koelle et al., "Juno V Space Vehicle Development Program, Phase I: Booster Feasibility Demonstration", ABMA, Redstone Arsenal, Report DSP-TM-10-58, October 13, 1958

Kako bi se zadovoljila projektovana potreba za opterećenjem od 10.000 kg ili više, ABMA tim je izračunao da bi bio potreban potisnik (prva faza ili booster) sa potiskom od oko 6.700 kN, daleko veći od bilo koje postojeće ili planirane rakete. Za ovu ulogu predložili su korištenje više postojećih raketa grupisanih zajedno kako bi se proizveo jedan veći potisnik; koristeći postojeće dizajne, razmatrali su kombinovanje rezervoara iz jednog Jupitera kao centralnog jezgra, sa osam rezervoara prečnika Redstonea pričvršćenih na njega. Ova relativno jeftina konfiguracija omogućila je da se postojeći pogoni za proizvodnju i dizajn koriste za proizvodnju ovog "brzog i lakog" dizajna.Neufeld, Michael J. (2007). Von Braun: Dreamer of Space, Engineer of War. New York: Alfred A. Knopf. ISBN 978-0-307-26292-9, p. 331.

Razmatrana su dva pristupa izgradnji Super-Jupitera; prvi je koristio više motora da bi se dostigla oznaka od 6.700 kN, a drugi je koristio jedan mnogo veći motor. Oba pristupa imala su svoje prednosti i nedostatke. Izgradnja manjeg motora za grupiranu upotrebu bila bi relativno niskorizičan put u odnosu na postojeće sisteme, ali bi zahtijevala dupliranje sistema i znatno povećala mogućnost kvara stepena (dodavanje motora uglavnom smanjuje pouzdanost, prema Lusserovom zakonu). Jedan veći motor bio bi pouzdaniji i nudio bi veće performanse jer bi eliminirao dupliranje "mrtvog tereta" poput pogonskih cijevi i hidraulike za upravljanje motorima. S druge strane, motor ove veličine nikada prije nije izgrađen, a razvoj bi bio skup i rizičan. Ratna avijacija je nedavno izrazila interes za takav motor, koji bi se razvio u poznati F-1, ali u to vrijeme su ciljali na 1.000.000 4.400 kN i motori ne bi bili spremni do sredine 1960-ih. Grupa motora činila se jedinim načinom da se ispune zahtjevi na vrijeme i u okviru budžeta.

Super-Jupiter je bio samo prvi stepen rakete; za podizanje tereta u orbitu bili bi potrebni dodatni gornji stepeni. ABMA je predložila korištenje Titana ili Atlasa kao drugog stepena,Neufeld (2007), p. 341. opciono s novim gornjim stepenom Centaura.Dawson, Virginia P.; Bowles, Mark D. (2004). Taming Liquid Hydrogen: The Centaur Upper Stage Rocket 1958–2002 (PDF). The NASA History Series. Washington: NASA. ISBN 978-0-16-073085-6, p. 24. Centaur je predložila kompanija General Dynamics (Astronautics Corp.) kao gornji stepen za Atlas (također njihov dizajn) kako bi se brzo proizveo lanser sposoban za postavljanje tereta do 3.900 kg u nisku Zemljinu orbitu.Dawson & Bowles (2004), pp. 22–24. Centaur je bio zasnovan na istom konceptu "rezervoara balona" kao i Atlas, i izgrađen je na istim šablonama istog prečnika od 3.000 mm. Budući da je Titan namjerno izgrađen u istoj veličini, to je značilo da se Centaur mogao koristiti s bilo kojom od raketa. S obzirom na to da je Atlas bio veći prioritet od dva ICBM projekta i da je njegova proizvodnja bila u potpunosti uzeta u obzir, ABMA se fokusirala na "rezervni" dizajn.

U decembru 1957. godine, ABMA je Ministarstvu odbrane dostavila Prijedlog: Nacionalni integrirani program razvoja raketa i svemirskih vozila, u kojem je detaljno opisala svoj grupisani pristup."Proposal: A National Integrated Missile and Space Vehicle Development Program", ABMA, Redstone Arsenal, Report D-R-37, December 10, 1957 Predložili su potisnik koji se sastoji od trupa rakete Jupiter okruženog s osam Redstonea koji djeluju kao rezervoar, potisne ploče na dnu i četiri motora Rocketdyne E-1, od kojih svaki ima potisak od 1.700 kN. ABMA tim je također ostavio dizajn otvorenim za buduće proširenje s jednim motorom od 6.700 kN, što bi zahtijevalo relativno manje promjene u dizajnu. Gornji stepen je bio produženi Titan, sa Centaurom na vrhu. Rezultat je bila vrlo visoka i tanka raketa, sasvim drugačija od Saturna koji se na kraju pojavio.

Za svaku od vojnih službi predviđene su specifične namjene, uključujući navigacijske satelite za mornaricu; izviđačke, komunikacijske i meteorološke satelite za vojsku i ratnu avijaciju; i logističku opskrbu zemlja-zemlja za vojsku na udaljenostima do 6400 km. Projektovano je da će razvoj i testiranje donjeg stepena biti završeni do 1963. godine. Ukupni troškovi razvoja od 850 miliona dolara tokom godina 1958-1963. pokrili su 30 istraživačko-razvojnih letova.Ivan Ertel and Mary Louise Morse, "The Apollo Spacecraft – A Chronology", NASA Special Publication-4009

 Sputnjik kriza 
Dok se radilo na programu Super-Jupiter, bile su u toku pripreme za prvo lansiranje satelita kao doprinos SAD-a Međunarodnoj geofizičkoj godini 1957. godine. Iz složenih političkih razloga, program je povjeren američkoj mornarici u okviru projekta Vanguard. Lanser Vanguard sastojao se od donjeg stepena Viking u kombinaciji s novim gornjim stepenom prilagođenim od sondažnih raketa. ABMA je pružila vrijednu podršku na Vikingu i Vanguardu, kako svojim znanjem iz prve ruke o V-2, tako i razvojem njegovog sistema navođenja. Prva tri Vanguardova suborbitalna probna leta prošla su bez problema, počevši od decembra 1956. godine, a lansiranje je bilo planirano za kraj 1957. godine.

Dana 4. oktobra 1957. godine, Sovjetski Savez je iznenadio svijet lansiranjem Sputnjika 1. Iako je bilo nekih naznaka da Sovjeti rade na ostvarenju ovog cilja, malo ko u američkom vojnom i naučnom establišmentu je ozbiljno razmatrao ove napore.

Kada je u novembru 1954. godine upitan o mogućnosti da Sovjeti lansiraju satelit, ministar odbrane Wilson je odgovorio: "Ne bi me bilo briga ni da to učine." Međutim, javnost to nije vidjela na isti način, a događaj je bio loša promocija za SAD. Lansiranje Vanguarda je planirano ubrzo nakon Sputnjika, ali niz odlaganja je to pomakao u decembar, kada je raketa eksplodirala na spektakularan način. Štampa je bila oštra, nazivajući projekat "Kaputnik" ili "Projekt Rearguard". Kao što je časopis Time tada primijetio:

 Ali usred hladnog rata, Vanguardov hladni naučni cilj pokazao se katastrofalno skromnim: Rusi su stigli prvi. Objašnjenje Bijele kuće nakon Sputnjika da SAD nisu u satelitskoj "trci" s Rusijom nije bio samo naknadni alibi. Dr. Hagen je prije deset mjeseci rekao: "Mi ni na koji način ne pokušavamo da se utrkujemo s Rusima". Ali u očima svijeta, SAD su bile u satelitskoj utrci, htjele to ili ne, i zbog skupog propusta mašte Administracije, Projekt Vanguard se mučio kada je trebao biti pokrenut. Još uvijek se mučio kada su Sputnjikovi signali rekli svijetu da je ruski satelitski program "prethodnica", a ne američki, (vanguard na engleskom jeziku ima značenje i prethodnica).Project Vanguard, Why it failed to live up to its name", Time magazine, October 21, 1957

Von Braun je odgovorio na lansiranje Sputnjika 1 tvrdeći da bi mogao imati satelit u orbiti u roku od 90 dana od dobijanja odobrenja. Njegov plan je bio da kombinuje postojeću raketu Jupiter C (zbunjujuće, adaptaciju Redstonea, a ne Jupitera) sa motorima na čvrsto gorivo iz Vanguarda, proizvodeći Juno I. Nije bilo brzog odgovora u vremenu dok se čekalo na lansiranje Vanguarda, ali kontinuirana kašnjenja u Vanguardu i lansiranje Sputnjika 2 u novembru rezultirali su time da je odobrenje dato tog mjeseca. Von Braun je održao obećanje uspješnim lansiranjem Explorera 1, već 1. februara 1958.Greicius, Tony (January 30, 2008). "Explorer 1 Mission Overview". Explorer 1: America's first spacecraft. Washington: NASA. Vanguard je konačno uspio 17. marta 1958. godine.Grayzeck, Ed (April 20, 2012). "Vanguard 1". National Space Science Data Center. Washington: NASA.

 ARPA bira Juno 
Zabrinuti što Sovjeti nastavljaju dominirati u odnosu na ​​SAD tehnologijama koje su izgledale izvan njihovih mogućnosti, Ministarstvo odbrane je proučilo problem i zaključilo da je on prvenstveno birokratske prirode. Budući da su sve grane vojske imale vlastite programe istraživanja i razvoja, postojalo je znatno dupliranje i borba za resurse. Da stvar bude gora, Ministarstvo odbrane je nametnulo vlastita pravila nabavke i ugovaranja, što je znatno povećalo troškove. Kako bi se riješili ovi problemi, Ministarstvo odbrane je pokrenulo formiranje nove istraživačko-razvojne grupe fokusirane na lansirne rakete sa širokim diskrecionim ovlaštenjima koja prelaze tradicionalne linije između vojske, mornarice i avijacije. Grupi je dat zadatak da što prije sustigne Sovjete u svemirskoj tehnologiji, koristeći bilo koju tehnologiju koju može, bez obzira na porijeklo. Formalizirana kao Agencija za napredne istraživačke projekte (ARPA) 7. februara 1958. godine, grupa je ispitala zahtjeve Ministarstva odbrane za lansere i uporedila različite pristupe koji su trenutno bili dostupni.

U isto vrijeme kada je ABMA sastavljala prijedlog za Super-Jupiter, Avijacija je bilo usred rada na svom konceptu Titan C. Kako je avijacija već stekla vrijedno iskustvo u radu s tekućim vodikom na projektu špijunskog aviona Lockheed CL-400 Suntan i bilo je uvjereno u svoju sposobnost korištenja ovog isparljivog goriva za rakete. Prihvatili su Krafft Ehrickeove argumente da je vodik jedino praktično gorivo za gornje stepene i započeli projekt Centaur. Titan C je bio međustepen koji sagorijeva vodik i koji bi se normalno nalazio između donjeg Titana i gornjeg Centaura, ili bi se mogao koristiti bez Centaura za projektile u niskoj Zemljinoj orbiti poput Dyna-Soara. Međutim, s obzirom da je vodik mnogo manje gustoće od "tradicionalnih" goriva koja su se tada koristila, posebno kerozina, gornji stepen bi morao biti prilično velik da bi primio dovoljno goriva. Budući da su Atlas i Titan izgrađeni s promjerom od 305 cm, imalo bi smisla izgraditi i Titan C s tim promjerom, ali bi to rezultiralo glomaznom, visokom i tankom raketom sumnjive snage i stabilnosti. Umjesto toga, Titan C je predložio izgradnju nove faze s većim promjerom od 406 cm, što znači da bi to bila potpuno nova raketa.

Poređenja radi, dizajn Super-Jupitera bio je zasnovan na standardnim komponentama, s izuzetkom motora E-1. Iako se i on oslanjao na Centaur za misije na velikim visinama, raketa je bila upotrebljiva za nisku Zemljinu orbitu bez Centaura, što je nudilo određenu fleksibilnost u slučaju da Centaur naiđe na probleme. Uslijedio je potom novi dizajn, Juno V (kao nastavak serije raketa Juno I i Juno II, dok su Juno III i IV bili neizgrađeni koncepti izvedeni iz Atlasa i Titana), koji je zamijenio četiri motora E-1 sa osam H-1, što je mnogo skromnija nadogradnja postojećeg S-3D koji se već koristio na projektilima Thor i Jupiter, povećavajući potisak sa 670 na 840 kN. Procijenjeno je da bi ovaj pristup uštedio čak 60 miliona dolara u razvoju i smanjio vrijeme istraživanja i razvoja za čak dvije godine.Bilstein (1996), p. 27.

Zadovoljna rezultatima redizajna, ARPA je 15. augusta 1958. izdala Naredbu broj 14-59 kojom se ABMA poziva da:
 Pokrene razvojni program za obezbjeđivanje velikog svemirskog potisnika od približno 6.672 kN potiska, zasnovanog na grupi dostupnih raketnih motora. Neposredni cilj ovog programa je demonstracija dinamičkog paljenja u punoj veličini do kraja 1959. godine.Bilstein (1996), p. 28.

Nakon toga, 11. septembra 1958. godine, uslijedio je još jedan ugovor sa Rocketdyneom za početak rada na H-1, da bi 23. septembra 1958. godine, ARPA i Komanda za raketno oružje i oružje vojske (AOMC) sastavili dodatni sporazum kojim se proširuje obim programa, u kojem se navodi: "Pored dinamičkog paljenja u zatvorenom prostoru..., ovim se slaže da se ovaj program sada proširi kako bi se omogućilo testiranje pogonskog leta ovog bustera do otprilike septembra 1960. godine". Nadalje, željeli su da ABMA proizvede još tri bustera, od kojih bi posljednja dva bila "sposobna da postave ograničen teret u orbitu".

Do ovog trenutka, mnogi u ABMA grupi su već nazivali dizajn imenom Saturn, što je von Braun objasnio kao referencu na planetu poslije Jupitera. Promjena imena postala je službena u februaru 1959. godine.Bilstein (1996), p. 37.

 Učešće NASA-e 
Pored ARPA-e, razne grupe unutar američke vlade razmatrale su formiranje civilne agencije za istraživanje svemira. Nakon lansiranja Sputnjika, ovi napori su dobili na hitnosti i brzo su pokrenuti. NASA je osnovana 29. jula 1958. godine i odmah je počela proučavati problem svemirskih letova s ​​ljudskom posadom i razvoj potrebnih lansirnih raketa. Jedan od ciljeva, čak i u ovoj ranoj fazi, bila je misija na Mjesec s ljudskom posadom. U to vrijeme, NASA-ini paneli smatrali su da je profil misije s direktnim usponom najbolji pristup; ovo je postavljalo jednu vrlo veliku svemirsku letjelicu u orbitu, koja je bila sposobna letjeti do Mjeseca, sletjeti i vratiti se na Zemlju. Za lansiranje tako velike svemirske letjelice bio bi potreban novi potisnik s mnogo većom snagom; čak ni Saturn nije bio ni približno dovoljno velik. NASA je počela ispitivati ​​niz potencijalnih dizajna raketa u okviru svog programa Nova.

 Silversteinov komitet 
Vladina komisija, "Komitet za evaluaciju vozila Saturn" (poznatiji kao Silversteinov komitet), formirana je kako bi preporučila konkretne smjerove kojima bi NASA mogla poći s postojećim vojnim programom. Komitet je preporučio razvoj novih gornjih stepeni na vodonik za Saturn i iznio osam različitih konfiguracija za teške potisnike, od rješenja vrlo niskog rizika koja u velikoj mjeri koriste postojeću tehnologiju, do dizajna koji se oslanjaju na hardver koji još nije razvijen, uključujući predloženi novi gornji stepen.

= Program Apollo 

zazov koji je predsjednik John F. Kennedy postavio NASA-i u maju 1961. godine da do kraja decenije pošalje astronauta na Mjesec iznenada je stavio program Saturn u novi položaj hitnosti. Te godine došlo je do naglog porasta aktivnosti jer su se procjenjivali različiti načini dolaska do Mjeseca.

I rakete Nova i Saturn, koje su imale sličan dizajn i mogle su dijeliti neke dijelove, procijenjene su za misiju. Međutim, procijenjeno je da će Saturn biti lakše pustiti u proizvodnju, budući da su mnoge komponente dizajnirane da se mogu prenositi zrakom. Nova bi zahtijevala nove fabrike za sve glavne faze, a postojala je ozbiljna zabrinutost da se neće moći završiti na vrijeme. Saturnu je bila potrebna samo jedna nova fabrika, za najveći od predloženih nižih faza, i odabran je prvenstveno iz tog razloga.

Saturn C-5 (kasnije nazvan Saturn V), najmoćnija od konfiguracija Silversteinovog odbora, odabran je kao najprikladniji dizajn. U to vrijeme način misije nije bio odabran, pa su odabrali najmoćniji dizajn potisnika kako bi osigurali da će biti dovoljno snage. Odabir metode susreta u lunarnoj orbiti smanjio je zahtjeve za težinom pri lansiranju ispod onih Nove, u raspon C-5.

Međutim, u ovom trenutku, sva tri stepena su postojala samo na papiru, i bilo je vjerovatno da će lunarna svemirska letjelica biti razvijena i spremna za testiranje mnogo prije potisnika. NASA je stoga odlučila da nastavi i razvoj C-1 (kasnije Saturn I) kao testnog vozila, budući da je njegov donji stepen bio zasnovan na postojećoj tehnologiji (rezervoari Redstonea i Jupitera), a njegov gornji stepen je već bio u razvoju. Ovo bi obezbijedilo vrijedno testiranje za S-IV, kao i platformu za lansiranje kapsula i drugih komponenti u niskoj Zemljinoj orbiti.

Članovi porodice Saturn koji su zapravo izgrađeni bili su:
 Saturn I - letjelo je deset raketa: pet razvojnih letova i pet lansiranja standardnih svemirskih letjelica Apollo i mikrometeoroidnih satelita Pegasus.
 Saturn IB - devet lansiranja; usavršena verzija Saturna I sa snažnijim prvim stepenom (označenim kao S-IB) i korištenjem S-IVB Saturna V kao drugog stepena. Oni su ponijeli prvu posadu Apollo leta, plus tri posade Skylaba i jednu posadu Apollo-Soyuza, u Zemljinu orbitu.
 Saturn V – 13 lansiranja; raketa za Mjesec koja je poslala astronaute Apolla na Mjesec i ponijela svemirsku stanicu Skylab u orbitu.

{| class="wikitable" style="text-align:center;border-collapse:collapse;" cellpadding="2"
|+Karakteristike raketa Saturn
|-
! style="background:#efefef;" | ime
! style="background:#efefef;" | godina
! style="background:#efefef;" | masa
! style="background:#efefef;" | visina
! style="background:#efefef;" | promjer
! style="background:#efefef;" | nosivost u nisku orbitu
! style="background:#efefef;" | nosivost u Mjesečevu orbitu
! style="background:#efefef;" | broj lansiranja
|-
| Saturn I
| 1961. - 1965.
| 509,660 kg
| 55 m
| 6.52 m
| 9,000 kg
| 2,200 kg
| 10
|-
| Saturn IB
| 1966. - 1975.
| 589,770 kg
| 68 m
| 6.6 m
| 15,300 kg
| 
| 9
|-
| Saturn V
| 1967. - 1973.
| 3,038,500 kg
| 110.6 m
| 10.1 m
| 118,000 kg
| 47,000 kg
| 13
|-

 Reference 

 Vanjski linkovi 
 http://history.nasa.gov/series95.html 

Kategorija:Astronautika u SAD-u
Kategorija:NASA
Kategorija:Rakete