Saturn I: Porovnání verzí
Smazaný obsah Přidaný obsah
oprava citačního aparátu |
|||
Řádek 82:
== Historie ==
Raketa Saturn I prošla během svého vývoje mnoha proměnami a její konečná podoba se od původních představ konstruktérů značně lišila. Určení rakety bylo mnohokrát měněno, rozšiřováno, ale nakonec bylo zredukováno na testovací nosič během návrhu kosmické lodi Apollo. Výhradním uživatelem byla americká agentura NASA, ale v počátcích projektu bylo hlavním investorem [[Ministerstvo obrany Spojených států amerických|ministerstvo obrany]]. Pod dohledem armády byl Saturn vyvíjen jako těžká [[nosná raketa]] pro vojenské [[družice]].<ref name="bilstein_35"/> Později ministerstvo ztratilo na používání Saturnu zájem a zaměřilo se na využití upravených [[mezikontinentální balistická raketa|mezikontinentálních balistických raket]] jako kosmických nosičů.<ref name="bilstein_39"/> Nepokračující spolupráce s armádou málem ukončila celý projekt, než nad ním převzala záštitu NASA.<ref name="bilstein_39"/><ref name="Benson_Faherty_1_1"/> Po projevu prezidenta [[John Fitzgerald Kennedy|Kennedyho]], ve kterém označil za hlavní cíl výpravu na Měsíc, byly plánované úkoly Saturnu seškrtány a raketě zůstal pouze úkol, cesta na Měsíc. Samotná koncepce misí na Měsíc se však často měnila a nakonec padlo rozhodnutí postavit jedinou velkou raketu pro vynesení všeho materiálu na Měsíc a zpět – Saturn V. Saturn I byl použit pouze k testům komponent kosmických lodí Apollo.
Podobu rakety však neovlivňovaly pouze technické požadavky plánovaných misí, ale také politika. Kvůli souboji na technologickém poli během [[Studená válka|studené války]] bylo rozhodnuto využít tehdy novou technologii kapalného vodíku jako paliva vyšších stupňů.<ref name="bilstein_45"/> To vedlo ke zdokonalení motorů RL-10, které se používají dodnes. I když byl Saturn I nakonec pouze dvoustupňový, v různých fázích se objevovaly návrhy až se čtyřmi stupni.<ref name="sloop_230"/> Za svou krátkou kariéru letěl Saturn I jen desetkrát, ale technologický přínos projektu byl značný a přispěl ke konstrukci Saturnu V.<ref name="bilstein_35_b">{{Citace elektronické monografie
Řádek 89:
| strany = 336, 337
| url = http://history.nasa.gov/SP-4206/ch11.htm
}}</ref>
=== Původ ===
[[Soubor:VonBraun office.gif|
Bývalý vedoucí raketového výzkumu [[Nacistické Německo|Třetí říše]] [[Wernher von Braun]] a jeho tým byli po [[Druhá světová válka|druhé světové válce]] převezeni do Spojených států (viz [[Operace Paperclip]]), kde zprvu pracovali na testech ukořistěných raket [[V-2 (raketa)|V2]]. Později se věnovali vývoji nových raket středního doletu pro [[Armáda Spojených států amerických|americkou armádu]]. Výzkum pod hlavičkou agentury {{Cizojazyčně|en|''Army Ballistic Missile Agency''}} (ABMA) probíhal na základně Redstone Arsenal v [[Huntsville (Alabama)|Huntsville]] v Alabamě. Zde byly vyvinuty rakety [[PGM-11 Redstone]] a [[PGM-19 Jupiter]].<ref name="Benson_Faherty_1"/> Po krizi vyvolané vypuštěním [[Sputnik 1|Sputniku 1]] se von Braunův tým ujal iniciativy a na základě rakety Redstone vyvinul raketu [[Juno I]], která vynesla první americký satelit [[Explorer 1]], a později [[Juno II]], postavenou na základě PGM-19 Jupiter.
Práce na konceptu Saturnu I začaly ještě před vypuštěním Sputniku 1. V roce 1957 požádalo americké ministerstvo obrany prostřednictvím své agentury [[DARPA|ARPA]] (''Advanced Research Projects Agency'') o vypracování studie kosmického nosného systému, který by dokázal dopravit na oběžnou dráhu Země 9000–18 000 kg, nebo dostat na [[úniková rychlost|únikovou rychlost]] náklad až 5400 kg.<ref name="Bilstein_25">{{Citace elektronické monografie
Řádek 101:
}}</ref> Takto silná raketa měla sloužit pro dopravu těžkých komunikačních, meteorologických a špionážních družic. Tehdejší rakety jako [[Rakety Atlas|Atlas]] měly teoretickou nosnost na nízkou orbitu Země pouze 1400 kg, proto bylo potřeba hledat cestu k vyšší nosné kapacitě. Von Braunův tým v ABMA se začal problémem zabývat v dubnu 1957.<ref name="Bilstein_25"/> Podle jejich výpočtů měla mít taková raketa tah přibližně 6,7 [[Newton|MN]]. [[Letectvo Spojených států amerických|Americké letectvo]] tou dobou začínalo pracovat na motoru podobných parametrů, který však nemohl být připraven v požadované lhůtě. Tento motor nesoucí označení [[F-1]] byl později použit pro pohon prvního stupně rakety Saturn V. Pro budoucí Saturn I tak byly vybrány čtyři motory [[E-1]] vyvíjené společností [[Rocketdyne]].
[[Soubor:Early Rocketry Models 0501018.jpg|
V prosinci 1957 dodala ABMA von Braunův koncept agentuře ARPA pod oficiálním názvem ''{{Cizojazyčně|en|A National Integrated Missile and Space Vehicle Development Program}}'', pracovní název byl '''Super-Jupiter'''.<ref name="Bilstein_25"/> První stupeň měl být tvořen osmi nádržemi z raket Redstone uspořádanými kolem centrální nádrže převzaté z rakety PGM-19 Jupiter. Jako horní stupeň měla být použita upravená balistická raketa Atlas nebo první stupeň [[SM-68 Titan|Titanu]]. V ABMA preferovali Titan, neboť v atmosféře závodů ve zbrojení studené války měla nejvyšší prioritu výroba Atlasů pro vojenské účely. Program Titan byl ale od počátku brán jako záložní, a bylo tak možné rozdělit jeho výrobní a vývojové kapacity. Druhý stupeň tak měl být upravený Titan, vybavený dvěma motory [[LR-87]]. Třetí stupeň měl být nový stupeň [[Centaur (raketový stupeň)|Centaur]] s motory RL-10. Tato trojstupňová koncepce byla později označena jako varianta A.<ref name="sloop_230"/>
Řádek 107:
=== Začátek prací ===
[[Soubor:Propulsion and Structural Test Facility.jpg|
Projekt byl oficiálně zahájen výnosem 14-59 agentury ARPA z 15. srpna 1958.<ref name="Baker_146">{{Citace elektronické monografie
| příjmení = Baker
Řádek 149:
| kapitola = Chapter 1, The First Steps: Genesis of the Saturn Program
| url = http://www.hq.nasa.gov/office/pao/History/SP-4204/ch1-1.html
}}</ref
Juno V také měla zastávat významnou úlohu v projektu Horizont, což byla plánovaná mise na Měsíc s cílem vybudovat na povrchu Měsíce stálou vojenskou základnu.<ref>{{Citace elektronické monografie
Řádek 156:
| kapitola = Chapter 1, The First Steps: Missions for Saturn
| url = http://www.hq.nasa.gov/office/pao/History/SP-4204/ch1-5.html
}}</ref
| příjmení = Bilstein
| kapitola = Chapter 2, ARPA'S BIG BOOSTER
Řádek 164:
=== Přechod k NASA ===
[[Soubor:Army nasa transfer 02.jpg|
Založení NASA 29. července 1958 vedlo ke snaze sjednotit a posoudit všechny projekty těžkých nosných raket a následně vybrat jedno řešení pro budoucí projekty spojené s výzkumem Měsíce. Tou dobou zde byly programy armády (Saturn) a letectva (projekt SLS – ''Space Launch System''). Oba programy měly za konečný cíl cestu k Měsíci a vybudování základny na jeho povrchu. Inženýři NASA však měli vlastní návrhy, označované souhrnně jako [[Nova (nosná raketa)|rakety Nova]].
Řádek 171:
| příjmení2 = Ertel
| kapitola = Concept to Apollo
}}</ref> Výsledná zpráva byla prezentována 18. července 1959. Hned v úvodu upozornila na chybné vedení a koordinaci amerických programů a uznala velký náskok [[Sovětský kosmický program|sovětského kosmického programu]]. Dále se zabývala pěti takzvanými generacemi raket, od prvních raket [[Vanguard (raketa)|Vanguard]] přes Juno, mezikontinentální balistické rakety SM-65 Atlas a SM-68 Titan, projekty založené na svazcích několika dostupných motorů zvané Clustery (koncepce Saturnu), až po koncept velké rakety poháněné svazkem silných motorů, jakými byly F-1. Zpráva stanovila teoretické možnosti budoucího vývoje včetně časového rámce dostupnosti nosných systémů.
V prosinci 1959 byly prezentovány projekty jednotlivých vývojových týmů. NASA pak vybrala von Braunův koncept Saturn, a měla tak kompletní vývojový program pro dopravu širokého spektra nákladů jak na nízkou oběžnou dráhu Země, tak na [[Selenocentrická dráha|oběžnou dráhu Měsíce]]. Pro střední náklady byl vhodný Saturn, pro těžké náklady rakety Nova a upravené mezikontinentální balistické rakety s horními stupni Vega případně Centaur pro lehké náklady a meziplanetární mise. Stupeň Vega byl později zrušen, protože projekt letectva [[Agena (raketový stupeň)|Agena]] (tehdy pod názvem Hustler) měl shodné parametry a mohl být využit.
Řádek 185:
| kapitola = Chapter 1, A Marriage of Convenience
| url = http://www.hq.nasa.gov/office/pao/History/SP-4204/ch1-6.html
}}</ref
=== Výběr vyšších stupňů ===
[[Soubor:Saturn SA5 launch.jpg|
Na jaře 1959 bylo vypracováno několik studií o použitelnosti takzvaných nekonvenčních [[Kryogenika|kryogenických]] paliv pro pohon vyšších stupňů.<ref name="sloop_230">{{Citace elektronické monografie| příjmení = Sloop| strany = 230-235| url = http://history.nasa.gov/SP-4404/ch12-5.htm}}</ref> To znamenalo kapalný vodík jako palivo a kyslík jako okysličovadlo. Skladování kapalného vodíku bylo náročné kvůli jeho nízké hustotě a nutnosti tepelné izolace. Jeho výhodné vlastnosti jako paliva však převažovaly, hlavně [[specifický impuls]] je u vodíkových motorů až 450 sekund. Již první koncept Super-Jupiteru počítal s vodíkem poháněným stupněm Centaur. V létě 1959 začal převažovat názor, že použití vodíku i pro druhý stupeň by bylo velkým technologickým průlomem a demonstrovalo by pokročilost americké technologie. Kvůli zapracování vodíkových motorů byla ustavena takzvaná [[Silversteinova komise]], která měla posoudit různé koncepty vyšších stupňů.<ref name="bilstein_45">{{Citace elektronické monografie
| příjmení = Bilstein
Řádek 196:
</ref>
V komisi zasedali zástupci NASA, USAF, ABMA, ARPA a ministerstva obrany. Návrhy byly rozděleny do tří skupin. Skupina A představovala původní koncepci Juno V. Koncept A-1 byl aktuální koncept použití Titanu a Centauru.<ref name="sloop_230"/> Koncept A-2 navrhoval použít svazek slabších raket středního doletu a Centaur. Tyto návrhy byly relativně jednoduché a vývojové týmy s nimi měly zkušenosti. Varianta B-1 byla v podstatě zmenšenou verzí prvního stupně, tedy několik starších nádrží a motorů spojených do svazku.
Skupina konceptů C byla nejinovativnější a nabízela možnost flexibilní konfigurace nosiče podle potřeb nákladu.<ref name="sloop_239">{{Citace elektronické monografie| příjmení = Sloop| kapitola = Saturn Development Plan |strany = 239-243| url = http://history.nasa.gov/SP-4404/ch12-5.htm}}</ref> Měly být vyvinuty zcela nové stupně spalující kapalný vodík. Nové stupně měly nést značení S-II, S-III, S-IV a Centaur (S-V). Koncepty budoucích raket měly označení C-1, C-2, C-3<ref name="sloop_230"/> a později C-4 a C-5 (budoucí Saturn V). Každý koncept měl být sestaven z různých stupňů, viz tabulka níže. Kromě výkonových parametrů měl vývoj nových stupňů i tu výhodu, že již nebylo nutné používat vojenské střely a s nimi spojené technologie. Projekt Saturn tak byl kompletně civilní.<ref name="bilstein_45"/><ref name="bilstein_55">{{Citace elektronické monografie
Řádek 239:
=== Konečná podoba ===
[[Soubor:SaturnI cs.svg|500px|
Zpočátku měl být Saturn flexibilním nosným systémem, který by bylo možno díky různým vyšším stupňům provozovat v různých konfiguracích podle potřeb dané mise. Celá koncepce však procházela po celou dobu vývoje mnoha změnami a nové koncepce a dílčí změny se objevovaly takřka každý měsíc. Po vyhlášení „závodů o dobytí Měsíce“ byl projekt přehodnocen a ze zvažovaných konceptů zbyl pouze C-1. Tou dobou nebyla jasná ani koncepce budoucí mise na Měsíc. Některé návrhy počítaly s několika misemi raket Saturn k Měsíci, kam by postupně dopravily potřebné vybavení. Jiné plány navrhovaly sestavení kosmické lodi na orbitě Země a poté odlet k Měsíci. Nakonec byl zvolen přímočarý koncept letu jediné velké rakety, nesoucí vše potřebné. Saturn I tak plnil jen funkci jakési testovací rakety pro testy lodi Apollo.
Ze všech navrhovaných vodíkových stupňů byl tedy vyroben a dodán pouze S-IV, jehož parametry se lišily od specifikací komise. Kvůli potížím při vývoji motoru LR-119 bylo použito šest standardních RL-10 (XLR-115), poskytujících přibližně stejný tah. Velké množství malých motorů bylo méně efektivní, náchylnější k poruchám a dražší než jediný velký motor. Pro Saturn IB, nástupce Saturnu I, byl proto vyvinut motor [[J-2]], který dokázal nahradit všech šest menších motorů. Nový motor měl vyšší tah a umožnil Saturnu IB vynést na orbitu až 15 000 kg. Třetí stupeň nebyl nikdy použit, standardní verze Centauru však byla používána v kombinaci s různými typy raket Atlas a Titan a od roku 2004 slouží jako druhý stupeň [[Atlas V|Atlasu V]],<ref name="astronautix_centaur">{{Citace elektronické monografie
Řádek 319:
| místo =
| jazyk = anglicky
}}</ref> sice zvýšilo americkou nosnou kapacitu, ale na rakety rodiny R-7 to stále nestačilo. Saturn I měl svou nosností převýšit všechny do té doby postavené rakety. Tehdejší nejsilnější sovětské rakety byly [[Vostok (nosná raketa)|Vostok 8K72]] s nosností na nízkou oběžnou dráhu Země (LEO) 4450 kg a [[Luna (nosná raketa)|Luna 8K72]] s nosností 4000 kg.<ref name="astronautix_sojuz"/> Saturn I měl mít nosnost více než dvojnásobnou, až 9000 kg na LEO.
Na konci roku 1963 vstoupila do služby nová varianta R-7 nazvaná [[Voschod (nosná raketa)|Voschod 11A57]],<ref name="astronautix_sojuz"/> která dokázala vynést až 5900 kg. Rekordní nosnost Voschodu však nevydržela dlouho a za necelé dva měsíce byla překonána prvním startem Saturnu I verze Block II,<ref name="nasa_SA5">{{Citace elektronické monografie
Řádek 430:
}}</ref>
* říjen – '''První start''' rakety Saturn C-1, mise SA-1.
;1962
* Von Braun přichází s koncepty Saturn '''C-5''' a '''C-1B''' (pozdější Saturny V a IB) pro misi na Měsíc se setkáním na jeho orbitě. Počítá se s motory F-1 a J-2. Koncepty C-2, C-3 a C-4 jsou zavrženy.<ref name="astronautix_1962/1">{{Citace elektronické monografie
| příjmení = Wade
Řádek 443:
| místo =
| jazyk = anglicky
}}</ref>
* NASA přijímá von Braunovu koncepci.
;1963
Řádek 466:
* únor – První start Saturnu IB.
</div>
{{Clear}}
== Popis ==
=== Varianty ===
[[Soubor:Configurations of Saturn I Block I and Block II.png|
Raketa Saturn I byla vyráběna ve dvou stavebních řadách, takzvaných blocích. Byly to '''Block I''' a '''Block II'''. Pro první čtyři testovací lety byla použita verze Block I. Tato verze měla funkční jen první stupeň, ostatní stupně byly pouze makety. Ostatní vybavení se lišilo podle aktuální mise, většinou zahrnovalo několik pouzder s kamerami, [[Telemetrie|telemetrické jednotky]] a různý počet senzorů a měřidel. Na prvním stupni bylo během testovacích letů odhaleno několik závad a slabin v konstrukci, které byly mezi misemi odstraňovány. Například po misi SA-1 byly do nádrží umístěny speciální přepážky proti šplouchání a víření paliva. Motory také procházely změnami a stále se pracovalo na jejich bezpečnosti a spolehlivosti. Důležité bylo ověřit chování rakety při výpadku jednoho z nich. To bylo provedeno při misi SA-4, která byl poslední misí rakety ve verzi Block I. Všechny mise této verze byly suborbitální.
Řádek 476:
=== První stupeň S-I ===
[[Soubor:S-I rocket stage.jpg|
První stupeň S-I byl složen z osmi nádrží převzatých z rakety Redstone, uskupených kolem jedné nádrže rakety Jupiter. Čtyři nádrže Redstone obsahovaly [[RP-1]] a byly natřeny na černo, zbylé nádrže měly bílý nátěr a obsahovaly kapalný kyslík. Motory H-1 byly odvozeny z motorů S-3D rakety Thor. Čtyři motory byly umístěny ve středu tělesa rakety, další čtyři motory byly umístěny vně. Vnější motory měly kloubové zavěšení a pomocí [[Hydraulika|hydrauliky]] je bylo možno naklánět v podélné a příčné ose, čímž se vytvářel řídící moment. Motory nebyly při startu zažehovány najednou, ale po dvojicích s časovými rozestupy 200 ms. Tím se snížilo namáhání způsobené dynamickými silami a rázy při startu motorů. Každý motor H-1 měl vlastní turbočerpadlo poháněné samostatným plynovým generátorem. Motory dokázaly vyvinout tah při startu až 7,582 MN (8 × 947,700 kN ve vakuu) a za sekundu spálily dohromady 3200 kg RP-1 a kapalného kyslíku. Celková hmotnost prvního stupně byla 430 000 kg, z čehož přibližně 380 000 kg tvořilo palivo (množství paliva se lišilo podle úkolu mise).<ref name="wade_saturn_1">{{Citace elektronické monografie
| příjmení = Wade
Řádek 514:
| jazyk = anglicky
}}</ref> Spotřeba všech šesti motorů byla přibližně 90 kilogramů kapalného vodíku a kyslíku za sekundu. Nádrže na LH2 a LOX byly odděleny pouze lehkou přepážkou, a tvořily tak v podstatě jedinou nádrž se dvěma oddělenými prostory.
[[Soubor:Instrument containers of the S-1 booster.jpg|
=== Naváděcí výbava ===
Řádek 741:
== Galerie ==
[[Soubor:Saturn I profiles.jpg|
<center>
<gallery>
| |||