«Сатурн-5»: как можно утерять технологию ракеты. Двигатель сатурна 5


как можно утерять технологию ракеты / Хабр

В СМИ всё чаще говорят о так называемом «лунном заговоре», конспирологической теории, которая утверждает, что полёт и высадка на Луну в рамках космической программы «Аполлон» были сфабрикованы. Является ли это политической спекуляцией, какие цели преследуют эти обсуждения — это немного другой вопрос. Иногда незамутнённые потоки сознания выплёскиваются и на «Гиктаймс».

Часто говорят, что ракета «Сатурн-5» была слишком хороша для того, чтобы быть реальной. Если она существовала, зачем нужно было начинать программу шаттлов, которые в конечном итоге оказались дороже предшественника? Если она существовала, зачем сейчас вести с нуля разработку сверхтяжёлой ракеты SLS с похожими характеристиками? Как вообще можно утерять технологию производства? «Сатурн-5» — ракета, созданная для обеспечения вывода пилотируемых космических кораблей «Аполлон» на траекторию полёта к Луне. Людей нужно было не только запустить, но и предусмотреть возможность безопасного возвращения. То есть нужно было обеспечить мягкое приземление на поверхность Луны двух человек с оборудованием и системами жизнеобеспечения, взлёт с Луны и возврат на Землю с теплозащитой при входе в атмосферу. Часть массы удалось сэкономить за счёт разделения лунного модуля, который садился на Луну, от командного, который оставался на орбите Луны.

Но ракета всё равно потребовалась огромная: «Сатурн-5» мог выводить на низкую околоземную орбиту 140 тонн. Для сравнения: часто используемая тяжёлая ракета «Протон» выводит 22 тонны. Последний из запущенных «Сатурнов-5» вывел на орбиту космическую станцию «Скайлэб» массой 77 тонн — только многомодульный «Мир» смог побить этот рекорд. «Скайлэб» был настолько огромным, что при потере точки опоры астронавт мог повиснуть и застрять в таком положении на несколько минут, пока система вентиляции не сдует к одной из стенок. «Сатурн-5» остаётся самой мощной ракетой в истории, её рекорд пока никто не смог побить.

Человечество смотрит вперёд и хочет новых достижений. Сегодня взгляд НАСА устремлён на Марс. И пусть Конгресс с неохотой даёт деньги, но ведётся разработка ракеты Space Launch System (SLS). Если грубо обрисовать её, то это трёхступенчатая ракета с двумя усиленными твердотопливными ускорителями с шаттлов. На её первой ступени установлены четыре двигателя шаттлов. В своей самой тяжёлой модификации SLS должна побить рекорд «Сатурна-5» — Block III сможет выводить 150 тонн на низкую околоземную орбиту.

Но это лишь самая тяжёлая из предложенных модификаций. Другие более реалистичны, они могут запустить 70 или 130 тонн. Если «Сатурн-5» могла выводить 140, то почему не использовать её? Для ответа на этот вопрос нужно обратиться к истории создания ракеты.

Пусть и неофициально, но в НАСА о Луне начали задумываться в 1960 году, ещё до речи Кеннеди. Название «Сатурн-5» намекает, что ракета была пятой моделью в семействе. Были другие варианты, даже тяжелее «Сатурна-5». Серия ракет «Нова» смогла бы выводить на низкую околоземную орбиту 300 тонн и выше, но навсегда осталась на чертёжной доске. В 1962 году программа разработки «Новы» была свёрнута из-за выбора схемы полёта с отдельным лунным модулем, что снижало требования по массе летательного аппарата.

Ракета обладала беспрецедентной сложностью. Стоял вопрос, кто будет её строить. Фон Браун выбрал разделение труда. Это позволяло ему выбирать лучших из лучших во всей промышленности. Он мог задействовать самых опытных людей из каждой из компаний. Скорость разработки действительно получилась высокой. Для подрядчиков решение означало крупные заказы, а не огромный заказ для кого-то одного. В итоге основная доля распределялась между тремя компаниями: «Боинг», North American Aviation и «Дуглас». Они производили три ступени, из которых состоит «Сатурн-5».

На S-IC установлены 5 двигателей Rocketdyne F-1, которые работают на жидком кислороде и керосине. Первая ступень производилась компанией «Боинг» на заводе Michoud Assembly Facility в Новом Орлеане в штате Луизиана. Прогон в аэродинамической трубе проходил в Сиэттле. Ступень была создана конструкторами из Космического центра Маршалла, ведущего центра НАСА.

За S-II отвечала North American Aviation. В движение ступень приводилась пятью двигателям J-2 от компании Rocketdyne на жидких водороде и кислороде. Сборка производилась в Сил-Бич в штате Калифорния. Douglas Aircraft Company строила третью ступень S-IVB в Хантингтон-Бич в Калифорнии. Как и на второй, здесь стоял двигатель J-2, но один. Он работал на тех же водороде и кислороде. Третья ступень умещалась в самолёт Pregnant Guppy, а две другие приходилось доставлять на мыс Канаверал по воде. Иногда они проводили по 70 дней в море.

Полётом трёх ступеней управлял инструментальный модуль конструкции Космического центра Маршалла и сборки IBM. Конструкторы решили разделить системы навигации корабля и ракеты по ряду причин. В их числе была надёжность. Решение спасло жизни: во время полёта «Аполлона-12» в ракету ударила молния. Компьютер «Аполлона» отключился, а «Сатурна-5» — нет.

Разделение труда оказалось палкой о двух концах. Всего в производстве ракеты было задействовано более 20 тыс. подрядчиков и субподрядчиков. Не все из них существуют и поныне. Сегодня North American Aviation ушла в прошлое как отдельная организация — компания была продана «Боингу» в 1996 году. Также «Боинг» владела Rocketdyne, но позже продала United Technologies Corporation, а последняя передала её Aerojet. Многие компании, которые участвовали в создании ракеты, не дожили до наших дней. Некоторые из оставшихся сменили структуру и несколько поколений сотрудников.

Но ликвидированные организации — это не единственная проблема. Даже если бы все компании всё ещё существовали, они вряд ли смогли бы начать производство. Каждый из подрядчиков держал собственную документацию по производству, которая могла быть утеряна. Даже если она не утеряна, она может храниться на каком-то из складов. На каком, знает человек, который уже там не работает или вообще умер.

За работой подрядчиков следили две группы в Космическом центре Маршалла. Отдел Research and Development Operations следил за целостностью структуры ракеты, а Industrial Operations перечислял денежные средства и принимал работу. Людей, которые знают, как сложить кусочки мозаики, уже нет.

Для «Сатурна-5» не было запланированного использования после «Аполлона». Многое не документировалось должным образом, оставаясь в личных записях инженеров. Сегодня эти кусочки бумаги гниют в чьём-нибудь подвале. Люди знают, где были те или иные документы, помнят важные мелочи, которые нигде не записаны. Ещё нужны операторы, которые будут управлять полётом ракеты. Если сегодня захочется запустить «Сатурн-5», то их нужно будет обучить заново.

Сама постановка вопроса «как были утеряны технологии» неправильна. Мы не живём в каких-то Тёмных веках. Мы не достигли некую эпоху невежества, в которую мы внезапно забыли принципы работы ракетных двигателей. Знания остались, их стало больше. Есть и способность делать ракеты. Почему бы сегодня не построить «Сатурн-5», если он такой мощный?

Почему для разработки новой модели автомобиля или самолёта нужно несколько лет? Все технологии их постройки уже известны. От друг друга они отличаются лишь незначительными улучшениями, пусть иногда и есть полностью новые разработки. Даже модификации уже существующей базовой модели занимают значительные промежутки времени. Так происходит, потому что это — очень сложные устройства с множеством деталей, которые производятся несколькими различными компаниями.

Ракета-носитель для высадки хрупкого человека на другое небесное тело требует ещё большей точности отдельных деталей. Её допуски, допустимые различия размеров, меньше, чем для какого-нибудь автомобиля. Поэтому при создании и постройке такого устройства тысячи часов тратятся на испытания и доработки. Нужна сложная техническая экспертиза. В её результате команда разработчиков приобретает уникальный опыт, которого нет ни у кого другого в мире. Опыт работы над «Сатурном-5» должен быть у любого, кто хочет повторить «Сатурн-5». Но людей нет.

Управление работой ракеты отражено в технической документации, которая является результатом моделирования и испытаний. Допустим, документация откуда-то появится. Ракета «Сатурн-5» состоит из более 3 миллионов деталей. Сам корабль «Аполлон» и лунный модуль добавляют ещё несколько миллионов. Сборка и управление подобными аппаратами — сложные процессы, масштаб запутанности которых едва поддаётся человеческому сознанию. Любые изменения в конструкции тоже потребуют изменений и переписывания этой бумаги с инструкциями.

А изменения потребуются. По окончании программы «Аполлон» заводы, которые выпускали детали для ракет, либо были закрыты, либо начали выпускать что-то ещё. Сборочные линии были разобраны, шаблоны и формы были уничтожены за ненадобностью. Инженеры, рабочие-механики, учёные и операторы управления полётом занялись другой работой. Со временем устарели материалы, некоторые из них уже не производят.

Устаревшие материалы можно заменить. (Или можно воссоздать половину промышленности США образца начала шестидесятых.) Замена материалов поменяет массу, напряжения, давления и взаимодействия между деталями. Изменятся неисправности и возможности летательного аппарата. Можно провести техническую экспертизу. Несколько лет уйдёт на повторное проведение испытаний и моделирование. Можно сформировать новые методики действий и операции по управлению, написать новую документацию. Можно обучить людей. Но всё это означает фактическое создание ракеты с нуля.

Рассматривалась возможность использовать двигатели F-1 первой ступени в будущей ракете SLS на боковых ускорителях. Разумеется, их не хотели копировать полностью. Современные средства разработки и системы автоматизированного проектирования обладают большей мощностью и простотой процесса для конструктора. За пятьдесят лет было создано много нового, поэтому сегодня можно сделать более эффективные узлы. Можно начать улучшать отдельные части. Именно на это и был направлен проект F-1B: один из двигателей F-1 разобрали и прогнали 3D-сканером.

Текущий проект SLS использует двигатели и твердотопливые ускорители шаттлов — от F-1B отказались. Конгресс США предъявляет свои требования к подрядчикам программы SLS, и они куда жёстче, чем в эпоху лунной гонки. За это проект в шутку прозвали Senate Launch System.

«Сатурн-5» оказался слишком дорогой ракетой. Стоимость запуска в 1969 году составляла 3,19 млрд долларов с учётом инфляции. На смену пришла программа Space Shuttle, целью которой ставилось удешевление стоимости пуска до 118 долларов за фунт (≈1520 $ за килограмм в сегодняшних деньгах). Из-за неожиданной сложности всех операций, смены конструкции и раздутия бюджета шаттлы никогда не достигли этой цели, став в разы дороже. Доставить человека на Марс должна SLS, стоимость которой тоже не радует.

По материалам блога Эми Шира Тейтель и ответа Роберта Фроста.

habr.com

Пламенный мотор Сатурна-5 / Хабр

Так 16 июля 1969 в 13:32 по Гринвичу (UTC) начинался «маленький шаг для одного человека». Ракету с начальной массой 2 725 т подняли на высоту 67 км и разогнали до 2.75 км/сек пять двигателей 1-й ступени F-1 c тягой по 690 т на уровне Земли. Это — до сих пор самый мощный мотор в истории, т.к. советский РД-170 с тягой 740 т представляет собой четверку ЖРД в одной «упряжке». Массовое помешательство на отрицании лунных полетов, среди прочего, выражается в попытках оспорить существование F-1 или занизить его показатели.

Одно из таких исследований, если можно так назвать натяжку фактов на фантазии, принадлежит Геннадию Ивченкову с его статьей «Оценка характеристик F-1, основанная на анализе теплообмена и прочности трубчатой рубашки охлаждения» www.manonmoon.ru/articles/st65.pdf. Будучи к.т.н.-ом, изучавшим ракетные двигатели в бытность студентом и аспирантом МВТУ, он написал на первый взгляд серьезную работу, имея целью доказать, что главный мотор Сатурна-5 не мог развивать тягу выше 500 тонн. Отсюда следовало бы, что Аполлоны 8,10,11,12,13,14,15,16,17 к Луне не летали, а нога человека не ступала на ее пыльную поверхность. Но эта попытка притянуть реальность за уши к желаемому выводу, как и все остальные плоды лунной паранойи, оказалась безуспешной. Ниже статья www.manonmoon.ru/articles/st65.pdf подвергнута критическому анализу и всюду, где прямо не сказано иное, речь будет идти только о ней.

На стр. 1 автор демонстрирует свою предубежденность, которая задает тон публикации. "Первыми этот вопрос подняли сами американцы почти сразу после полетов “Аполлонов”. За последующие годы вскрылось большое количество прямых и косвенных свидетельств о том, что, как минимум часть из этих полетов была действительно инсценирована". Автор дает понять читателю, что «сами американцы» были серьезными специалистами. Об отцах-основателях секты луноборцев — Кэйсинге и Рене можно прочитать в статье geektimes.ru/post/285236. Специалистами эти «сами американцы» были не то, что не совсем серьезными, а вовсе никакими!

На фоне других «разоблачителей», включая д.ф.-м.н. А.И. Попова (ему уделено внимание в статье geektimes.ru/post/274384), Геннадий Ивченков выглядит предпочтительней. Однако, его апломб эксперта при ближайшем рассмотрении не подтверждается. Как все луноборцы автор строит возражения на собственных ошибках и фактах, которые ему — Ивченкову непонятны. Как обычно, это наукообразное мессиво пропитано антиамериканизмом и приправлено публицистическим сарказмом.

На стр. 2 автор пишет. "Сейчас же накопилась своеобразная “критическая масса” свидетельств, включая те же фото и киноматериалы, рассказы астронавтов, якобы лунные камни, вызывающие удивление у исследователей, и несоответствий (и явныx глупостей) в конструкциях “Сатурна-5”, его двигателей, корабля “Аполлон” и посадочного модуля." На самом деле в Сети накопился огромный массив квазинаучных измышлений, которые миллионы профанов принимают за твердые доказательства того, что «американцы не летали на Луну».

"В частности, кто догадался спроектировать служебный модуль “Аполлона” из секторов (как дольки апельсина) и сделать в служебном отсеке большой (50 градусов по окружности) продольный резервный отсек, который для баланса центра тяжести должен быть загружен балластом(??!!)?" Автор возмущен тем, что он — Ивченков, никогда не занимавшийся проектированием космических и других машин, не понимает технические решения, заложенные в Аполлоне? Три вопросительных и два восклицательных знака усиливают этот нелепый пафос.

И далее. "Кто догадался поставить туда избыточный по размерам и весу двигатель AJ-10-137 тягой 11 тонн, когда сами американцы пишут, что он был в два раза больше, чем необходимо, в то время как более подходящий двигатель был (AJ-10, тягой 5 тонн) и весил на 200 кг меньше? Ракетные двигатели с их проблемами — это только часть вопроса."

Согласно данным из epizodsspace.airbase.ru/bibl/raketostr3/obl.html, тяга AJ-10-137 была несколько меньше — 9.76 т, а некоторые источники дают 9.3 т. Следуя Википедии автор утверждает, что тяга была вдвое больше, чем необходимо для выхода на окололунную орбиту. Очевидно, что для корабля с начальной массой больше 43 т лишние 200 кг веса ЖРД проблемой не являются. Примерно такую массу имел луномобиль, который возили с собой Аполлоны 15,16 и 17. Даже если эта избыточная тяга была не нужна, то данный факт не служит основанием для заявления о том, что "Ракетные двигатели с их проблемами — это только часть вопроса." Как будет показано в дальнейшем эти проблемы — в голове у автора!

В англоязычной Википедии, на которую ссылается «эксперт по ЖРД» (стр. 3) en.wikipedia.org/wiki/Apollo_Command/Service_Module дано такое объяснение. Первоначальный профиль миссии предполагал посадку на Луну всего корабля Аполлон, поэтому двигатель проектировали с большей тягой. На момент, когда профиль изменили, работа над AJ-10-137 уже кипела, а графики лунной программы были очень жесткими. Но я думаю, что двигатель с запасом тяги поставили на Аполлон сознательно, т.к. главным приоритетом была надежность, а не оптимизация. Как это принято у луноборцев, Ивченков цепляется к мелочам, пытаясь раздувать из них принципиальные проблемы.

Двигатели F-1, которых «не было» (без сопловых насадков, которые крепились на готовую ракету)

Дальше на стр. 3 он утверждает. "В частности «трубчато–струйная» камера сгорания (далее КС) принципиально не могла обеспечить заявленное давление и тягу двигателей F-1. Это подробно показано в работе А. Велюрова." Ниже будет показано совсем другое. А именно, что аргументы Ивченкова не выдерживают критики. Об этом виртуальном луноборце можно почитать apollofacts.wikidot.com/hoax:people-velyurov. Чтобы составить собственное мнение хватило беглого взгляда на статью free-inform.narod.ru/pepelaz/pepelaz-1.htm. Вот показательный фрагмент из этой буффонады.

"Зато второй полет 5 июля 1966г. был орбитальным! Американцы пишут, что целью миссии AS-203 было изучение «поведение жидкого водорода в невесомости». И не смотря как обычно на мелкие пустяки, полет прошел успешно… А вот ежегодник Большой Советской Энциклопедии (БСЭ) (3) за 1967г описывает результаты так:

«Последняя ступень (ракета S-4B) экспериментальной ракеты-носителя «Сатурн IB» SA-203 выведена на орбиту с не полностью израсходованным топливом. Основные задачи запуска — изучение поведения жидкого водорода в состоянии невесомости и испытания системы, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЙ ПОВТОРНОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ основного двигателя ступени. После проведения запланированных экспериментов в системе отвода паров водорода из бака были закрыты клапаны, и в результате повышения давления ступень ВЗОРВАЛАСЬ на седьмом витке».

"При этом ступень SA-203 разлетелась на 37 фрагментов! (2) Можно поздравить НАСА с успешным выполнением программы полета, почти как пелось в известной песне: за исключеньем пустяка, — сгорел ваш дом с конюшней вместе, когда пылало все поместье… А в остальном прекрасная маркиза, все хорошо, все хорошо!".

Ежегодник Большой Советской Энциклопедии за 1967 действительно так писал istmat.info/files/uploads/22100/17_str_496-540_nauka_i_tehnika_chast1.pdf. Но если прочитать это в оригинале, без комментариев Велюрова и истерически кричащих выделений цветом и размером, то станет ясно, что никакой аварии на самом деле не было. Ступень взорвали преднамеренно! Возможно из соображений секретности, чтобы она как-нибудь не досталась русским. Кто и как посчитал фрагменты? На этом риторическом вопросе мы с Велюровым расстанемся, вернувшись к Ивченкову на стр. 3.

"Кроме того, согласно приведённым в американских «рекламках» данным о ракете “Сатурн-5”, ее первая ступень является лучшей первой ступенью «для всех времен и народов». У нее 5 самых надежных и мощных в мире двигателей F-1 и, кроме того, ее весовое совершенство (отношение веса заправленной ступени к весу пустой ступени) – самое лучшее и непревзойденное до сих пор! Оно (опять же, согласно американским «рекламкам») составляет аж 17,5! В то время, как эта величина у 1-й ступени Н-1 была равна 14,4, у Протона — 15, у 2-й ступени Союза — 15,2, у Атласа II – 16, у Шаттла (если прибавить к весу бака вес двигателей и двигательного отсека) – 17 (для самой последней модификации)."

А собственно чему так удивляется «эксперт по ЖРД»? Тот факт, что отношение веса заправленной 1-й ступени Сатурна-5 к весу пустой является наибольшим естественно вытекает из того, что эта ракета была и остается самой большой из всех когда-либо летавших. Масса тонкостенной оболочки, каковой является ракета, пропорциональна квадрату, а масса топлива пропорциональна кубу ее линейного размера. Поэтому их отношение растет по мере возрастания размеров. Разумеется, это суждение не стоит воспринимать буквально, т.к. в реальности есть много других факторов. Но в целом оно объясняет ту особенность Сатурна-5, к которой прицепился Ивченков.

Главный мотор Сатурна-5 (с сопловым насадком)

Внутренние поверхности камеры сгорания и сопла F-1 были выполнены из продольных трубок, по которым протекало 70% керосина перед подачей в форсуночную головку, обеспечивая таким образом охлаждение. На снимке трубки хорошо видны — они направлены сверху-вниз. Сопловый насадок (заканчивается немного выше девушки) охлаждается потоком газов из выхлопа турбины топливопривода с температурой около 920 K, что намного ниже температуры в камере сгорания (около 3 500 К). Магистраль подачи выхлопных газов выглядит на фото, как толстый рукав, охватывающих сопловый насадок. Трубки охлаждения были изготовлены из жаропрочного, никелевого сплава Inconel X-750. Основным содержанием www.manonmoon.ru/articles/st65.pdf является попытка доказать, что трубки из этого сплава не могли работать под давлением в камере F-1 (70 атм).

Стоит заметить, что некоторые источники указывают меньшее давление, например 63 — 65 атм epizodsspace.airbase.ru/bibl/raketostr3/1-1.html. Там же дана температура 3 273 К, что несколько ниже того, чем пользуется Ивченков. Учитывая, что он «балансирует на краю», эти отличия существенны. Но мы будем использовать данные автора, т.к. они не помешают доказать несостоятельность его фантазий.

Автор сравнивает F-1 с H-1, который представлял собой уменьшенную копию, но с трубками охлаждения из нержавеющей стали 347. Сопоставляя свойства этих материалов и характеристики моторов Ивченков, как ему кажется, доказал, что F-1 не мог иметь тягу выше 500 т. На стр. 13 он пишет. "Проблемы со сплавами, подобными Inconel X-750 были подробно и высокопрофессионально описаны С. Покровским". Покровский — это авторитетный среди луноборцев, ныне покойный конспиролог, написавший статью www.manonmoon.ru/addon/22/inkonel.doc.

То, что в ней сказано по поводу сплава Inconel X-750, на первый взгляд выглядит очень солидно с точки зрения физики твердого тела и металлургии. Но на стр. 2 своей статьи Покровский пишет "Так получилось, что автор данной работы — лазерщик, которому в своей лабораторной практике приходилось для текущих нужд практически оценивать поглощательную способность металлов на длине волны 1 мкм, приблизительно соответствующей спектральному максимуму излучения газов камеры сгорания Ф-1." Таким образом, специалистом в данных областях он не являлся. Покровский сосредоточился на том, что ему было близко — на взаимодействии трубок из X-750 и припоя с излучением раскаленного газа.

На стр. 1 своей статьи он пишет. "Двигатель Ф-1 был построен по традиционной к тому времени схеме с охлаждаемой камерой сгорания из спаянных между собой трубок. Это решение – было как бы простым масштабированием достаточно отработанной схемы. Все верно, но дальше начинается безграмотная чепуха. «Но не все в нем допускало простое масштабирование. Рост размеров камеры сгорания в первом приближении пропорционально кубу линейных размеров, — ведет к такому же увеличению объема горячих излучающих газов. Площадь поверхности, воспринимающей излучение, — растет как квадрат линейных размеров. Таким образом, удельный поток лучистой энергии на поверхность стенки камеры с ростом размеров возрастает.»

Мощность излучения черного тела определяется площадью его поверхности и температурой, но отнюдь не объемом. Поэтому излучение на стенки камеры происходит не из всего объема газа, а только с внешней поверхности газового сгустка. Внутри же имеет место переизлучение — атомы поглощают и испускают фотоны с равными вероятностями, что отвечает термодинамическому (квази)равновесию. Согласно закону Стефана-Больцмана, при росте размеров камеры сгорания плотность потока излучения не изменится, будучи пропорциональной 4-й степени температуры. Если температура в F-1 была такая же, как в Н-1, то и поток лучистой энергии на стенки камеры был той же плотности.

В этом месте специалист по лазерам продемонстрировал не только апломб эксперта, но и незнание термодинамики излучения. Что привело его к грубой ошибке на стр. 4. "Плотность мощности в импульсе масштаба 10^4 Вт/см2 – близка к плотности мощности в двигателе Ф-1. А при пуске? А при пуске масштаб лучистых потоков на поверхность моментально возрастает до уровня 10^4 — 10^5 Вт/см2. Это типичные масштабы лазерного воздействия."

Здесь утверждается, что плотность потока излучения с поверхности газового сгустка на стенки камеры сгорания превышает . Но при температуре 3 500 К интенсивность чернотельного излучения равна

Как видно, она была завышена Покровским более, чем в 10 раз. Таким образом, «высокопрофессиональные» претензии к двигателю F-1 основаны на его собственных ошибках. Все как всегда у конспирологов! Вернемся к статье Ивченкова www.manonmoon.ru/articles/st65.pdf.

Двигатель H-1, младший брат F-1

От стр. 4 до стр. 32 автор обсуждает устройство двигателя F-1 и сравнивает его с другими, но доказательства невозможности откладывает «на потом», ограничиваясь оценочными, категоричными суждениями.

На стр. 12 — 15 Ивченков приводит доводы в пользу того, что трубки охлаждения из сплава Inconel X-750 подвергались отжигу, в результате чего они приобретали предел упругости в 2 400 кг/кв.см ( МПа). В сущности это — лишь правдоподобные догадки. Единственный аргумент, который можно считать доказательством, предъявлен на стр. 15. "То, что материал трубок подвергался отжигу, а не термической закалке, полностью подтверждается снимками F-1 “со дна моря” (рис. 2 и 3), на которых видно, что трубки погнуты (то есть материал – пластичный.) Если бы они были подвергнуты термической закалке, то они не гнулись бы, а ломались (попробуйте погнуть пружину)." Но на рис. 3 трубок нет вообще, а на рис. 2 они выглядят скорей изломанными, чем погнутыми. На мой взгляд гипотеза о том, что "материал трубок подвергался отжигу, а не термической закалке", этой фотографией не подтверждается. Более того — на ней явно запечатлен не F-1! Но даже если верно то, что предел упругости был равен 240 МПа, то и в этом случае доводы автора основаны на произвольных допущениях (см. ниже).

На стр. 15 Ивченков пишет. "Кроме того, особенности Inconel X-750 могут вызвать проблемы при кратковременном нагреве под давлением (в частности, при работе F-1.) При этом на огневой поверхности трубки начинается кристаллизация с некоторым упрочнением и, главное, повышением твердости и, соответственно, хрупкости, в то время как внутренние слои огневой стенки и другая стенка этому не подвержены. Давление в трубках повышается и идет пластическая деформация, на хрупкой поверхности могут появиться трещины."

Но откуда автору известно, что при работе F-1 могут возникать эти проблемы? Допустим, что часть трубки, находящаяся в контакте с раскаленным газом, становится более твердой и хрупкой. При отсутствии деформаций это никак себя не проявит, а откуда взяться деформациям? Давление в 70 атм на 2 порядка меньше, чем предел упругости. Ивченков пишет, как о факте, что идет пластическая деформация, хотя на самом деле это лишь предположение. Видимо он считает, что неравномерная перестройка кристаллической структуры сплава вызовет изгибания трубки. Учитывая, что автор не является специалистом в физике твердого тела и металлургии, нет оснований доверять этим фантазиям.

Стоит также обратить внимание на слово «могут». Могут — это не значит, что появятся, учитывая краткость жизненного цикла F-1 (меньше 3 мин). Более того, на стр. 13 автор утверждает прямо противоположное. "Повышение yield strength при 1200-1300 F объясняется началом кристаллизации при эксплуатации сплава на данных температурах. Это не происходит при кратковременном воздействии таких температур (при кратковременном нагреве, например, в течение 168 сек работы F-1), так как процесс полной реструктуризации сплава идет медленно и занимает часы". Геннадий Ивченков противоречит сам себе, как часто бывает с луноборцами.

Дальше на стр. 15 автор еще раз формулирует свои фантазии, придав им форму твердо установленного факта. "Получается, что Inconel X-750 — материал проблемный, в частности, из-за возможности неконтролируемой реструктуризации во время эксплуатации". Прием из арсенала конспирологов: порассуждав о том, что, как им кажется, могло бы иметь место, закончить категоричным выводом том, что так оно в реальности и было ))

Останки двигателя, который Ивченков называет F-1 (сравните с фотографией, где девушка)

На стр. 16 Ивченков пишет об еще одной, по его мнению, фатальной проблеме двигателя F-1. "Кроме того, при отработке двигателя Н-1 возникли дополнительные проблемы, связанные с взаимодействием никелевых сплавов с керосином RP-1". Дальше он цитирует фрагмент на английском из архива NASA, где сказано о том, что специалисты подозревали (suspected) возможность химической реакции межу серой в керосине и сплавом Inconel X-750, которая могла бы привести к охрупчиванию трубок. Для исключения этой предполагаемой проблемы у вновь создаваемых H-1 их выполнили из сплава 347. Судя по тому, что слово «исправление» (fix) взято в кавычки, это было сделано из предосторожности, а не потому, что наблюдались реальные последствия реакции c керосином PR-1.

По-видимому в дальнейшем выяснилось, что эти опасения преувеличены и Inconel X-750 использовался в F-1. Но автор уверенно пишет о том, что серьезные проблемы были и перекочевали с «исправленного» Н-1 в двигатель F-1 (стр. 16). "Возникает вопрос, а как же с трубками из никелевого сплава в F-1? Ведь керосин RP-1 – тот же, сплав Inconel X750 – с большим содержанием никеля (70%), а температура и давление у F-1 выше, чем у Н-1". Ставить вопросы луноборцы мастера, только искать ответы им не хочется, поэтому предпочитают те, что отвечают их «разоблачениям». А между тем, кроме реакции сплавления никеля с серой , идущей при температуре около 1200 К, реакция окисления при 900 — 1100 К выводит серу из металла. Не потому ли Rocketdyne вернулась к сплаву Inconel X-750, разрабатывая F-1?

Но Ивченков вопросами себя не затрудняет, ибо он «знает» точные ответы! Последний абзац на стр. 16. "Этот фактор, вместе с неконтролируемой кристаллизацией жаропрочных никелевых сплавов типа Inconel, ставит вопрос о возможности применения никелевых сплавов для огневых стенок КС, работающих на керосине. Вывод здесь однозначный – никелевые сплавы не могут (и не могли) быть материалом трубок охлаждения при заявленных для F-1 характеристиках." Вот так, сначала "ставит вопрос" и сразу "Вывод здесь однозначный" )) Но, как показано выше, он далеко не однозначный, а скорее за уши притянутый к мифу о лунной афере.

На стр. 18 автор заявляет. "Стенки трубок рубашки охлаждения имеют толщину в доли миллиметра, например, толщина стенок трубок у Н-1 составляет 0,25 мм. В литературе указана толщина трубок F-1 в 0.457 мм, достоверность чего вызывает большие сомнения, так как такая толщина стенок совершенно не проходит по требованиям к охлаждению (это будет показано далее)." В оценках толщины стенок трубок Ивченков опирался на свои фантазии (см. ниже).

На стр. 21 — 22 автор считает трубки охлаждения, силясь найти противоречие и в этом. "Таким образом, в случае одинарного слоя, количество трубок после раздвоения (сопло от степени расширения 1/3 до 1/10) должно быть равным 356. Теперь взглянем на фото сопла F-1 на дне моря (рис.2), сделанное экспедицией Джефа Безоса. На фото можно насчитать 178 трубок расположенных ниже сечения 1/3 (просматривается до сечения 1/8, далее трубки смяты и погнуты). И сколько же трубок на самом деле и каков их реальный диаметр? В то же время на снимках NASA (Rocketdyne) четко можно насчитать 178 трубок, уложенных в один слой и раздваивающихся на 356 ниже сечения 1/36".

Снимок Джефа Безоса, о котором идет речь, можно увидеть выше (останки на дне моря). Я лично не смог насчитать на обломке сопла больше, чем 60 трубок. Кроме того, нижняя часть этого обломка совершенно не похожа на F-1. Число поперечных (разорванных) колец явно не превышает 9. На снимке с девушкой видно, что таких колец было гораздо больше. Откуда вообще известно, что на этом фото изображены остатки F-1? Экспедиция Джефа Безоса находила обломки двигателей различных ракет, работая на том участке океана, над которым проходили их трассы после взлета с мыса Канаверал. Скорее всего на фото изображен обломок Н-1, которые ставили на первые модели Сатурнов в качестве бустеров. Но луноборцы выбирают из возможных объяснений только те, которые укладываются в их картину мира. Мира, в котором американцы не летали на Луну и в космосе, похоже, вовсе не были ))

Камера сгорания F-1 изнутри, видны трубки охлаждения и форсунки

Дальше, вплоть до стр. 27 Ивченков хвалит советскую технологию ракетных двигателей, основанную на использовании двойной стенки камеры сгорания, образующей рубашку охлаждения. При этом он критикует подход, избранный американцами в лунных ракетах — камера, составленная из трубок охлаждения. Вполне возможно, что все это справедливо… за одним исключением. Американская технология обеспечила меньший вес камеры сгорания и сопла, что для огромных двигателей имеет принципиальное значение. СССР так и не сумел создать ничего похожего на F-1 по размеру, пытаясь запрячь в свою ракету десятки сравнительно малых ЖРД. Итог известен — лунную гонку наша страна с треском проиграла.

Завершаются эти сравнения очередной порцией фантазий (стр. 27). "Все это говорит о том, что разработки двигателей в СССР и США шли разными путями. В то же время, практика показала, что «американская технология» является ущербной, тупиковой, не позволяющей получить удовлетворительные характеристики двигателя, такие как давление в камере (не больше 50 атм) и, соответственно, удельный импульс". Какая практика показала? Полеты Аполлонов на Луну? Кто установил, что давление в камере F-1 было не больше 50 атм? Велюров и его последователь Ивченков? Ниже мы обсудим, как именно он оценил это давление, а пока еще одна струя желчи с ложью («горючее и окислитель») на стр. 27.

"Форсуночная головка, сделанная по «американской технологии» имеет струйные форсунки и напоминает стиральную доску с дырками (или плоскую доску с отверстиями, выполненными под углом – см. рис.11). Практика показала ущербность и этой технологии, не обеспечивающей удовлетворительный распыл и смешение компонентов. Факт применения струйных форсунок американцами, вообще-то, является странным, так как на двигателе известной им Фау-2 стояли все виды форсунок, а они выбрали наихудшие, преимуществом которых является только меньшее гидросопротивление."

Слегка модифицируя заданный выше вопрос: «ущербность» этой технологии показала практика девяти пилотируемых полетов к Луне и запуска целиком станции Скайлэб? Хотя конечно, Скайлэба тоже не было, бдительных луноборцев не обманешь )) Что касается меньшего гидросопротивления «ущербных» форсунок F-1, то как раз это имело для него принципиальное значение, учитывая систему охлаждения и огромный расход топлива. Чуть забегая вперед заметим, что проблема с повышенной тепловой нагрузкой на трубки в двигателе F-1 по сравнению с Н-1, которую по Ивченкову можно было решить только за счет истончения стенок до неприемлемых по прочности 0.2 мм, решалась как раз за счет ускоренной циркуляции керосина в системе охлаждения. С форсунками другого типа это бы, вероятно, не сработало.

Орбитальная станция Скайлэб изнутри,… которой тоже не было

На стр. 33 автор переходит к оценке тепловой нагрузки на трубки охлаждения. Он берет за основу эмпирическую формулу из теплотехники, описывающую теплообмен между потоком газа и стенкой трубы, и применяет для сравнения коэффициентов теплообмена и между раскаленным газом и стенками камеры сгорания для двигателей F-1 и H-1 соответственно, так что:

(*)

где — давление в камере сгорания и — ее диаметр. Отсюда автор получает, что отношение находится в диапазоне 1.22 — 1.29. Как всегда бывает при «разоблачениях», это отношение завышено. Если принять давление в камере F-1 65 атм и считать, что , то получится . Учитывая, что формула (*) является эмпирической, а камера сгорания не является трубой, различие в коэффициентах теплообмена, по-видимому, близко к методической погрешности вычислений. Как обычно луноборцы балансируют на краю, пытаясь натянуть числовые данные на домыслы.

Но предположим, что оценка , которой оперирует в дальнейшем Ивченков, верна. Пусть — температура газа в камере сгорания (3 500 К), — температура поверхности стенки трубки, соприкасающейся с этим газом, — температура поверхности стенки, соприкасающейся с охладителем (керосином), и — плотности потоков тепла (Вт/кв.м) из газа в стенку трубки и через стенку в охладитель. Тогда

и (**)

где — коэффициент теплопроводности и — толщина стенки. Автор считает, что K. При той же разности величина для двигателя F-1 будет в 1.22 раза больше, чем для H-1. На стр. 34 отсюда делается ложный вывод о том, что для сохранения теплового потока неизменным достаточно было бы повысить с 1000 К до 1220 К. Из (**) следует, что за счет этого уменьшился бы не в 1.22, а только в 1.1 раза.

Чтобы сохранить «пропускную способность» стенки трубки, считая неизменной (1000 К), автор предлагает уменьшить толщину стенки в 1.22 раза. Но что произойдет, если не уменьшится, а увеличится с 0.254 мм в двигателе H-1 до 0.457 мм в F-1? Последнее значение Ивченков объявил плодом фантазии Technical Writer-ов, но именно его указывает NASA для F-1. В таком случае уменьшится в 1.8 раза. При этом мы предположили, что поток увеличился в 1.22 раза. В таком режиме, разумеется, система охлаждения работать не смогла бы.

Легко проверить, что тепловые потоки из газа в стенку и через стенку в охладитель будут динамические уравновешены (т.е. ), если K и K. Таким мог бы быть режим работы F-1 в предположении , если бы двигатель H-1 работал в режиме K и K. В этом случае температура керосина выше точки замерзания. Пониженную температуру охладителя в F-1 можно было обеспечить за счет большей скорости его прокачки через трубки. Температура 1 300 К, вероятно, была приемлемой для сплава Inconel X-750 с температурой плавления около 1 700 К, учитывая малую длительность работы двигателя (~165 сек). А также тот факт, что только огневая поверхность стенки была бы нагрета до 1 450 К, а внутри нее температура падала бы до 300 К на холодной поверхности (автор принимает K, что видно из расчета на стр. 35, где он получает К).

Нетрудно придумать еще более реалистичные режимы для систем охлаждения F-1 и H-1 при том же предположении о коэффициентах теплообмена. Например, для F-1 пусть K и K, а для H-1 пусть K и К. Температура огневой стенки 1 145 К для трубки из Inconel X-750, работающей меньше 3-х минут, явно не является большой проблемой. Разница температур охладителей всего лишь 85 К. Поскольку суть средние по системе охлаждения, эти температуры и не должны иметь «комнатные» значения вблизи 300 К, которые предполагались выше. Стоит также заметить, что при температурах свыше 1 000 К теплопроводность сплава Inconel X-750 несколько выше, чем у стали 347. Хотя различие невелико, в 1.1 — 1.2 раза, это дополнительно усиливает позицию двигателя F-1 в «соревновании» с Н-1.

Первая ступень Сатурна-5. Сопловые насадки сняты

До стр. 47 Ивченков мусолит тему якобы слишком тонких стенок, словно упиваясь свои «открытием». На стр. 47. "Подобные расчеты (конечно, более детальные, включая компьютерное моделирование) наверняка проводили американцы в процессе проектирования и получили вполне реальную величину рабочего давления в 46–50 атм и тягу двигателя порядка 450 тонн. Как они дальше пытались форсировать F-1 до 70 атм и 690 тонн и что из этого получилось – это большой секрет компании “Рокетдайн” (Rocketdyne)". Откуда все это известно Ивченкову? Вопрос риторический — он самозабвенно фантазирует ))

На стр. 48 «Отличие конструкции двигателей, вытащенных со дна моря Джефом Безосом от представленных в перечисленных в статье источниках от NASA» выделено жирным шрифтом. Выше уже было сказано о том, что на снимке, который имеет ввиду автор (двигатель на морском дне) почти наверняка запечатлен H-1.

На стр. 49 — 53 автор пытается придраться к системе подачи выхлопных газов в сопловой насадок. Ничего серьезного он вроде бы здесь не выдумал. Доказывает, что советские ЖРД были лучшими, а у американцев вообще идей хороших не было. Кто бы с этим спорил? Россия — родина слонов.

На стр. 56 — 58 Ивченков пишет чепуху о том, что двигатель F-1 в полете горел (фото в начале статьи). Но если он горел, поскольку где-то прогорели трубки охлаждения с керосином, то почему так симметрично?

Столь эффектное расширение факела было связано, очевидно, с падением давления атмосферы при подъеме ракеты. Внешнее давление снижалось, поэтому огненный сгусток, вылетающий из сопла, радиально расширялся. Жутковатый выброс пламени выше уровня сопел объясняется подъемом части раскаленных газов в пустое пространство двигательного отсека. Этому не стоит удивляться, т.к. при пересечении факелов из различных двигателей (всего их было 5) неизбежно появляются частицы пламени, имеющие импульс по движению ракеты. Они-то и врываются в пустоты двигательного отсека, покидая его затем через отверстия в корпусе ракеты (на фото выше видны 4 продольных щели ниже буквы А). В плотной атмосфере этого не происходило, поскольку такие частицы пламени быстро тормозились воздухом. А в стратосфере часть факела, говоря более простыми словами, засасывало в пустое пространство двигательного отсека. И Сатурн-5 раскрывался огненным цветком во всем своем великолепии!

Это была потрясающая ракета, плод технического гения Вернера Фон Брауна, а также огромного труда немецких и американских инженеров. Но не стоит забывать о компании Rocketdyne, создавшей двигатель F-1, который доставил человека на Луну.

habr.com

обзор, характеристики и интересные факты

Исходя из разработок первого десятилетия XXI века, ракета "Сатурн-5" (американского производства) является мощнейшей среди своих собратьев. Ее трехступенчатая структура была сконструирована в шестидесятых годах прошлого века и предназначалась для доставки человека на лунную поверхность. К ней должны были крепиться все необходимые корабли, на которые была возложена миссия исследования естественного спутника нашей планеты.

Согласно программе "Аполлон", к ракете крепился лунный модуль, помещенный внутрь своего адаптера, а уже к нему присоединяли корпус орбитального корабля. Подобная однопусковая схема выполняла два дела сразу. Правда, имелась и двухступенчатая модель, которую использовали всего лишь раз во время вывода самой первой космической станции Соединенных Штатов Америки на орбиту - "Скайлэб".

Лунная программа: миф или правда?

Прошло уже почти полвека, но разговоры о сфабрикованной лунной программе не утихают. Кто-то уверен, что отправка астронавтов на Луну с использованием ракеты "Сатурн-5" - мистификация. Таким людям любые доказательства о великих достижениях американцев чужды, и, по их утверждениям, видеозаписи делали, не вылетая за пределы планеты Земля.

Иногда ходят слухи, что прекрасно сконструированный "Сатурн" слишком идеален для того, чтобы быть настоящим. Даже если программа "Сатурна" имела место быть, то почему американцы не стали ее продолжать, сославшись на утерю всей конструкционной документации ракеты "Сатурн-5", и стали выпускать шаттлы стоимостью в разы выше? Зачем надо было начинать весь рабочий процесс разработки схожей ракеты с нулевой точки? Да и как вообще можно было потерять технологическую карту производства ракеты "Сатурн-5"? Ведь это не песчинка среди песочного пляжа.

В целом, ракета "Сатурн-5" - первая в своем роде, создававшаяся не только для доставки астронавтов на Луну, но и для их успешного возвращения домой. Плюс ко всему, посадка со всем оборудованием, включающим и лунный модуль с двумя живыми пассажирами, должна была быть очень плавной и мягкой, иначе это был бы их последний полет. Частично массу смогли разделить путем отсоединения лунного модуля от командного корабля, который, в свою очередь, оставался на лунной орбите и ждал завершения всех работ.

Американская ракета "Сатурн-5" могла поднять и вывести на околоземную орбиту до 140 тонн груза. А вот, например, наиболее используемая тяжеловесная ракета "Протон" может донести на своем "теле" только 22 тонны. Впечатляющая разница, не так ли?

Как известно, "Сатурнов" было выпущено несколько, и последний выводил космическую станцию "Скайлэб" в 77 тонн веса. Она была настолько огромной, что при потере опорной точки внутри астронавт зависал в воздухе на несколько минут, дожидаясь ветра со стороны вентиляционной системы. Собственно, данный рекорд побил только "Мир", состоявший из нескольких модулей. Но именно ракета "Сатурн-5" все еще является самым грандиозным проектом в мире и самой мощной космической машиной, рекорд которой побить пока не смогла ни одна другая ракета-носитель.

История "Сатурна-5"

В самом начале своего жизненного пути корабль сталкивается с трудностями в виде провального запуска при участии беспилотной, плохо отрегулированной системы. Далее последовал отказ на повторное беспилотное испытание, однако все завершилось "счастливым" концом, так как с 1968 года по 1973 проходят успешные запуски десяти космических программ "Аполлонов" и вышеуказанной космической станции "Скайлэб". А далее ракета-носитель "Сатурн-5" становится музейным экспонатом, а ее производство и дальнейшая эксплуатация полностью прекращаются. Данный период идет и по сей день.

Интересные факты

Разрабатывать ракету "Сатурн" США начали еще в 1962 году, и через четыре года уже состоялся первый испытательный полет. Точнее, испытание полностью было провалено, так как вторая ступень ракеты, установленная для запуска на полигоне вблизи Сент-Луиса, просто-напросто взорвалась и разлетелась на части. Согласно историческим записям, беспилотный полет ракеты постоянно откладывался из-за бесконечных поломок и недоработок, но осенью 1967 года американцы все же смогли добиться успеха. Однако на втором испытательном этапе программы "Аполлон-6" попытка беспилотного пилотирования опять провалилась. Из пяти имеющихся двигателей на первой ступени в работу включились только три, двигатель на третьей ступени вообще не завелся, а после вся конструкция неожиданно для всех развалилась.

Несмотря на это, через десять дней было принято беспрецедентное решение - отправить ракету-носитель "Сатурн-5" без повторных испытаний на Луну. Ведь не стоит забывать о холодной войне с СССР и гонкой вооружений. Все торопились и, даже опасаясь непоправимых трагических последствий, все равно приняли решение покорить естественный спутник Земли без третьего испытательного запуска.

Выше говорилось о мистических исчезновениях технической документации и характеристик ракеты "Сатурн-5", но по факту американцы опровергают данную информацию и называют ее байкой. Эта история появилась еще в 1996 году в одной научной книге об истории формирования астронавтики. Проще говоря, автор сообщал в ее строках, что НАСА просто потеряло чертежи. Но по словам сотрудника НАСА - Пола Шавкросса, занимавшего должность в подразделении по внутренней инспекции, чертежей правда не осталось, а вот опыт и инженерный "мозг" сохранились невредимыми: все данные поместили в мелкие кусочки фотопленки - микрофильмы.

Технические характеристики

Каковы же основные технические характеристики ракеты "Сатурн-5"? Начнем с того, что ее высота достигала 110 метров, а диаметр - десяти, и с такими параметрами она могла выводить в космос до 150 тонн груза, оставляя его на околоземной орбите.

В классическом варианте ступеней у нее три: в первых двух по пять двигателей и в третьей один. Топливо для первой ступени было в виде керосина RP-1 с жидким кислородом в роли окислителя, а для второй и третьей - в виде жидкого водорода с жидким кислородом в роли окислителя. Стартовая тяга для двигателей ракеты "Сатурн-5" равнялась 3500 тоннам.

Конструкция ракеты

Конструкционная особенность ракеты - поперечное деление на три ступени, то есть каждая ступень накладывается на предыдущую. На всех ступенях присутствовали несущие баки. Соединение ступеней происходило посредством специальных переходников. Нижняя часть отделялась вместе с телом первой ступени, а верхняя кольцевая отделялась через пару десятков секунд после запуска двигателей второй. Здесь работала "холодная схема" отделения ступеней, то есть пока не отпадет предыдущая, двигатели на следующей не смогут запуститься.

Помимо стартовых двигателей, на ступенях присутствовали и тормозные твердотопливные двигатели ракеты-носителя "Сатурн-5". Ее конструктор, Вернер фон Браун, с их помощью наделил ступени функцией самостоятельной посадки. Также в отсеке третьей ступени располагался инструментальный блок, в котором производилось управление ракетой.

Конструкция первой ступени

Ее производителем стал всемирно известный "Боинг". Из всех трех именно первая ступень была самой высокой, ее длина составляла 42,5 метра. Время работы - около 165 секунд. Если рассматривать ступень снизу вверх, то в ее конструкции можно обнаружить непосредственно сам отсек с пятью двигателями, топливный бак с керосином, межбаковый отсек, бак с окислителем в виде жидкого кислорода и переднюю юбку.

В двигательном отсеке находились самые большие двигатели "Сатурна-V" - F-1, производителем которых являлась американская фирма "Рокетдайн". Сама двигательная система же состояла непосредственно из силовой конструкции, стабилизирующих агрегатов и теплозащиты. Один из двигателей был закреплен по центру в неподвижном положении, а четыре остальных подвешивались на кардановых подвесах. Также на боковых силовых установках были установлены обтекатели, дабы защитить двигатели от нагрузок аэродинамики.

В топливном отсеке располагалось пять труб, проводящих окислитель к основному горючему, которое уже в готовом виде подавалось с помощью десяти трубопроводов в двигатели. Юбка имела функцию соединения первой и второй ступеней. Когда выполнялись полеты четвертого и шестого "Аполлонов", на конструкции крепились камеры для отслеживания работы силовой установки, отделения ступеней и контроля за жидким кислородом.

Конструкция второй ступени

Ее производителем стала компания, на сегодняшний день входящая в холдинг "Боинга", - North American. Длина конструкции составляла чуть больше 24 метров, а время работы равнялось четыремстам секундам. Составные части второй ступени делились на верхний переходник, топливные баки, отсек с двигателями J-2 и нижний переходник, соединявший ее с первой ступенью. Верхний переходник был оснащен дополнительными твердотопливными двигателями в количестве четырех штук, предназначенных для такого же торможения, как и в случае с первой ступенью. Они запускались после отделения третьей ступени. Отсек с силовой установкой также имел один центральный двигатель и четыре периферийных.

Конструкция третьей ступени

Третью, почти восемнадцатиметровую, конструкцию изготовила компания McDonnel Douglas. Ее предназначение заключалось в выводе орбитального корабля и спуске лунного модуля на поверхность Луны. Третья ступень выпускалась в двух сериях - 200 и 500. Последняя имела солидное преимущество в увеличенном запасе гелия в случае повторного запуска двигателя.

Третья ступень состояла из двух переходников - верхнего и нижнего, отсека с топливом и силовой установки. Система, регулирующая подачу топлива в двигатели, оснащена датчиками, измеряющими топливный остаток, они напрямую передавали данные на бортовой компьютер. Сами двигатели могли использоваться как в непрерывном режиме, так и в импульсном. Кстати, на базе данной третьей ступени и создавалась американская космическая станция "Скайлэб".

Инструментальный блок

Все электронные системы располагались в инструментальном блоке, который был чуть меньше метра в высоту и диаметром около 6,6 метров. Он наложен на третью ступень. Внутри кольца располагались блоки, управлявшие стартом ракеты, ее ориентацией в пространстве, а также полетом по заданной траектории. Тут же имелись приборы навигации и аварийной системы.

Система управления была представлена бортовым компьютером и инерциальной платформой. Весь блок управления имел систему температурного режима и терморегуляции. Абсолютно вся ракета была усыпана датчиками, выявляющими любые неисправности. Они подавали найденные данные по аварийному состоянию того или иного электронного объекта на пульт управления в кабине астронавтов.

Подготовка к пуску

Всю предполетную проверку ракеты "Сатурн-5" и корабля "Аполлон" проводила специальная комиссия из пятисот человек. Тысячи рабочих принимали участие в старте и подготовке на мысе Канаверал. В Космическом центре, расположенном в пяти километрах от пускового места, происходила вертикальная сборка.

Примерно за десять недель до вылета все части ракеты перевозились на стартовую позицию. Для таких тяжеловесных объектов использовались гусеничные транспортные средства. Когда все части ракеты соединялись воедино и все электроприборы подключались, производили проверку коммуникаций, включая радиосистему - как бортовую, так и наземную.

Далее начинались обездвиженные испытания управления ракетой, происходила имитация полета. Проверяли работу космодрома и ЦУПа в Хьюстоне. И последние испытательные работы проводились уже с непосредственной заправкой баков топливом до периода, предполагающего запуск первой ступени.

Операции для старта

Отсчет предстартового времени начинается за шесть суток до отправки ракеты в космос. Это стандартная процедура, проводившаяся и с "Сатурном-5". В течение этого периода проводилось несколько пауз, во избежание сбоев и последующей отсрочки вылета. Окончательный отсчет стартовал за 28 часов до запуска.

Заправка первой ступени происходила за двенадцать часов. Причем заливался только керосин, а жидкий кислород подавался в баки за четыре часа до пуска. Перед заправкой все баки проходили процедуру охлаждения. Окислитель сначала подавался в баки второй ступени на сорок процентов, потом в баки третьей на сто. Далее заполнялись до конца емкости второй конструкции, и только потом окислитель попадал в первую. Благодаря такой интересной процедуре, работники убеждались в отсутствии утечки кислорода из баков второй ступени. Общее время подачи криогенного топлива во время заправки составляло 4,5 часа.

После подготовки всех систем ракету переводили в автоматический режим. Из пяти двигателей первой ступени первым запускался центральный неподвижный, и только потом периферийные по схеме противоположности. Далее в течение пяти секунд ракета находилась на удержании, а потом мягко выходила из держателей, которые ее выпускали, отклоняясь в стороны.

Компьютер, располагавшийся в инструментальном блоке, управлял тангажом и креном ракеты. Все маневры, предполагаемые по тангажу, заканчивались на 31 секунде полета, но программа продолжала подавать импульсы до полного отсоединения первой ступени.

Динамический напор начинался на семидесятой секунде. Периферийные двигатели работали до момента окончания топлива в баках, а серединный отключался еще на 131 секунде после взлета, дабы предотвратить большие перегрузки на ракетный корпус. Отделение первой ступени происходило примерно на 65 километрах над земной поверхностью, а скорость ракеты к этому моменту была уже 2,3 километра в секунду.

Но отделяясь, ступень не падала сразу вниз. Согласно конструкционным особенностям, она продолжала набирать высоту до ста километров и только потом уходила в воды Атлантического океана на расстоянии в 560 километров от места запуска.

Запуск двигателей второй ступени начинался через секунду после отстыковки первой. Все пять силовых установок запускались одновременно, а через 23 секунды происходил сброс нижнего переходника второй ступени. После этого экипаж брал дело в свои руки с помощью бортового компьютера. Отделение второй ступени происходило на высоте в 190 километров над земной поверхностью, и работа переходила на маршевый двигатель. Его управлением занимались астронавты. И после вывода космического корабля на лунную орбиту третья ступень отделялась от управляемого модуля при выключении двигателя вручную через восемьдесят минут. Таким образом "Сатурн-5" смог доставить астронавтов на Луну и позволить американцам стать первыми покорителями естественного спутника Земли.

fb.ru

БОЛЬШОЙ КОСМИЧЕСКИЙ ОБМАН США. ГЛАВА 59. РАКЕТА "САТУРН 5" В ЛУННОМ БАЛАГАНЕ США

Несомненно основным и главным аргументом в пользу реалистичности лунного балагана было существование ракеты Сатурн 5 . Известный критик лунного обмана США Попов А.И. признает этот очевидный факт и подробно исследует признание реалистичности этого чуда американской технологии, как огромной в 110 метров ракеты доселе невиданной в ракетостроении.:Попов А.И: http://www.manonmoon.ru/book/22.htm"Что мы знаем о «лунной» ракете. Корень всей мистификации По-видимому, одной из главных причин, по которой советские специалисты - участники лунной гонки не обратили внимания на скудность «доказательств» НАСА, явилось сильнейшее впечатление от ракеты Сатурн-5 (илл.1). Почитаем воспоминания ветеранов советской космонавтики: Н.П. Каманин : «22 декабря 1968 года. Старт «Аполлона-8» прошел отлично. Ракета «Сатурн-5», по-видимому, очень надежный носитель. 30 января 1969 года. Американский план пилотируемых полетов в 1969 году грандиозен, и есть много оснований считать, что он может быть выполнен. У нас же для высадки людей на Луну нет ракеты». Б.Е. Черток : «21 декабря 1968 года, суббота, хорошая погода, но праздничного настроения не было. В НИИ-88 мы любовались стартом «Сатурна-5» с «Аполлоном-8». Старт даже на телевизионном экране возбуждал чувства восхищения... Все виденное мы сопоставляли со своими стартами и не могли не думать о предстоящем в феврале старте первой Н1».И Каманина, и Чертока огорчает именно отсутствие советской лунной ракеты, а не, скажем, лунного модуля или чего-нибудь ещё. Они отлично понимали, будет такая ракета - будет и полёт на Луну. И мысль о том, что огромная ракета, стартующая с американского космодрома, может лететь куда-то, кроме Луны, тогда не приходила в голову. Но поскольку доказательства «лунных» полётов при внимательном рассмотрении не кажутся убедительными, то возникает мысль, что на стартовый комплекс вывозилась ракета, внешне неотличимая от "Сатурна-5", но гораздо менее мощная, не способная лететь на Луну. Корень всей мистификации надо искать в ракете".Трудно не согласится с этим утверждением.Версия НАСА : https://ru.wikipedia.org/wiki/"Сатурн-5 (англ. Saturn V) — американская ракета-носитель. Ракета «Сатурн-5» остаётся самой грузоподъемной, наиболее мощной, самой тяжелой и самой большой из созданных на данный момент человечеством ракет, выводивших полезную нагрузку на орбиту — детище выдающегося конструктора ракетной техники Вернера фон Брауна, она могла вывести на низкую околоземную орбиту 141 т (эта масса включает в себя полезную нагрузку (корабль «Аполлон») и массу последней ступени с остатками топлива для разгона к Луне) и на траекторию к Луне 47 т полезного груза (65,5 т вместе с 3-й ступенью носителя). «Сатурн-5» использовалась для реализации программы американских лунных миссий (в том числе с её помощью была осуществлена первая высадка человека на Луну 20 июля 1969 года), а также (в двухступенчатом варианте) для выведения на околоземную орбиту орбитальной станции «Скайлэб». Полная масса, выведенная на орбиту при этом составила 147,36 тонн, в том числе станция Скайлэб с головным обтекателем- 88,5 т и вторая ступень с остатком топлива и не отделившимся переходником.Ракета-носитель выполнена по трёхступенчатой схеме, с последовательным расположением ступеней. На первой ступени устанавливались пять кислородно-керосиновых ЖРД F-1, которые по сей день остаются самыми мощными однокамерными ракетными двигателями из когда-либо летавших. На второй устанавливались пять двигателей работающих на топливной паре жидкий водород-жидкий кислород, на третьей ступени — один водородно-кислородный ЖРД, аналогичный использованному на второй ступени.Основные характеристикиКоличество ступеней 3Длина 110,6 мДиаметр 10,1 мСтартовая масса 2965 т при запуске Аполлона-16.Масса полезной нагрузки - на НОО расчетная ~118т (при условии полной выработки топлива 3 ступени и ее отделения, чего на практике никогда не было) - на траекторию к Луне 65,5 т (46,8 - корабль «Аполлон» + 18,7 - 3-я ступень с остатками топлива).История запусков: Состояние программа закрыта. Места запуска: стартовый комплекс LC-39, Космический центр им. Джона Ф. Кеннеди. Число запусков 13 - успешных 13 - неудачных 0Первый запуск 9 ноября 1967Последний запуск 14 мая 1973".Посмотрим фотоматериалы и техническую документацию на эту удивительную ракету США на предмет необычных, аномальных "чудес" НАСА, исходя из того, что нам прекрасно известно: куда на самом деле летала эта ракета? В Атлантический океан. http://www.apolloarchive.com/apollo_gallery.htmlSaturn V Images IndexКак уже не раз отмечалось слой заметного обледенения имеется в районе первой ступени , где НАСА США декларируют наличие большого бака с жидким кислородом.

https://upload.wikimedia.org//wikipedia/commons/e/e6/Saturn_V_launches.jpg

Между тем это видно из приведенной выше схемы остальные ступени обледенению не подвержены, хотя там теплоизоляция не имеет каких то преимуществ перед теплоизоляцией баков первой ступени.Еще одна проблема американской ракеты:

http://www.hq.nasa.gov/office/pao/History/alsj/misc/apmisc-KSC-66PC-102.jpg

Сравниваем с реальной ракетой, летевшей у НАСА к Луне:

http://www.nasa.gov/images/content/361144main_atlasliftoff425.jpg

NASA's Lunar Reconnaissance Orbiter. and Lunar Crater Observation

Разница в распределении веса по вертикале очевидна. Почему они это сделали при реальном полете беспилотного АМС? Массу ракеты разместили в головной части ракеты? Аполлон основная масса была сосредоточена в первой ступени. Центр тяжести опущен к основанию.А потому, что Браун не знал элементарных основ физики и не знал например, почему при создании стрелы человек был вынужден утяжелять головную часть стрелы. Если утяжелить хвост, стрела далеко не улетит. Немецкий "гений" возможно этого не знал. А создатели ракеты с Lunar Reconnaissance Orbiter уже сообразили что такое распределение масс чревато для реального полета к Луне.Почему же масса этой ракеты Сатурн 5 была сосредоточена в первой ступени? Да потому, что при такой высоте и при высоком расположении центра масс ракета может просто рухнуть. И тогда все! Прилетели. Для задачи , улететь со старта она годилась, но не более того.Читаем о теоретическом обосновании устойчивости ракеты в полете:http://www.pirotek.info/Fireworks/racketnuedvigatel4.html"Устойчивость ракеты в полете.

Рис.1. Силы, действующие на ракету при её криволинейном движении.Тяга ракеты направлена вдоль оси симметрии, сила тяжести в соответствии с законами механики приложена в центре тяжести (центре масс) и действует в направлении центра Земли, а аэродинамическая сила соответствует набегающему потоку ветра. Точка приложения силы Р называется центром давления. Для движения вдоль заданной траектории ракета должна быть устойчивой. Движение ракеты вдоль траектории устойчиво в том случае, когда действующие на нее силы и моменты непрерывно сохраняют равновесие и направляют ракету на первоначальную траекторию полета.Для сохранения устойчивости тела (не только ракеты), движущегося в воздухе, его центр тяжести должен находиться впереди центра давления (считая от головной части). Это основное условие очень важно для безопасного старта и полета ракеты. Если центр тяжести будет расположен позади центра давления, то ракета, выведенная из равновесия случайным возмущением, не возвратится на первоначальную траекторию полета.Насколько быстро ракета возвратится в состояние равновесия, зависит от расстояния между центрами тяжести и давления. Величина е должна быть не меньше 0,5 D, однако лучше, если это расстояние равно диаметру корпуса ракеты.Каким на практике должно быть соотношение продольных поверхностей ракеты для выполнения условия устойчивости, показано на рис. 2. Полная длина ракеты в среднем должна составлять от 16 до 20 D (где D—диаметр ракеты). Площадь поверхности стабилизаторов Р2=(0,8—1,0) Р1 (где Р1—площадь поверхности корпуса).

Рис.2. Соотношение продольных поверхностей модели ракеты.Существуют два метода позволяющие с достаточной точностью определить центр давления: расчетный и практический.Рассмотрим практический метод.При использовании практического метода нужно вырезать из картона силуэт данной модели в натуральную величину. Путем уравновешивания находится центр тяжести этой плоской фигуры, который и будет искомым центром давления модели (рис. 3)".

neprohogi.livejournal.com

РН «Saturn V» – Журнал "Все о Космосе"

Ракета «Сатурн-5» на стартовом столе

Сатурн-5 (Saturn V) — американская ракета-носитель. Использовалась для реализации пилотируемой посадки на Луну и подготовке к ней по программе «Аполлон», а также в двухступенчатом варианте для выведения на околоземную орбиту орбитальной станции «Скайлэб». Главный конструктор Вернер фон Браун.

Ракета «Сатурн-5» остаётся самой грузоподъёмной, наиболее мощной, самой тяжёлой и самой большой из созданных на данный момент человечеством ракет, выводивших полезную нагрузку на орбиту. Ракета могла вывести на низкую околоземную орбиту 141 т (эта масса включает в себя корабль «Аполлон» и массу последней ступени с остатками топлива для разгона к Луне), и на траекторию к Луне 47 т полезного груза (65,5 т вместе с 3-й ступенью носителя). Полная масса, выведенная на орбиту при запуске станции Скайлэб, составила 147,36 тонн, в том числе станция Скайлэб с головным обтекателем — 88,5 т и вторая ступень с остатком топлива и не отделившимся переходником.

Ракета-носитель выполнена по трёхступенчатой схеме, с последовательным расположением ступеней.

На первой ступени устанавливались пять кислородно-керосиновых ЖРД F-1, которые по сей день остаются самыми мощными однокамерными ракетными двигателями из когда-либо летавших.

На второй устанавливались пять двигателей, работающих на топливной паре жидкий водород-жидкий кислород, на третьей ступени — один водородно-кислородный ЖРД, аналогичный использованному на второй ступени.

Разработка

От C-1 к C-4

С 1960 по начало 1962 гг. в Центре космических полётов им. Джорджа Маршалла НАСА рассматривались проекты ракет-носителей серии «Сатурн C» (Сатурн C-1, C-2, C-3, C-4) для осуществления (кроме «Сатурн C-1», предназначенной только для полётов на околоземную орбиту; проект «Сатурн C-1» был реализован впоследствии в ракете-носителе «Сатурн-1») пилотируемого полёта на Луну.

Ракеты-носители, разрабатывавшиеся по проектам C-2, C-3 и C-4, предполагалось использовать для сборки на орбите Земли лунного корабля, после чего он должен был выйти на траекторию к Луне, прилуниться и взлететь с Луны. Масса такого корабля на околоземной орбите должна была составлять, по разным проектам, от примерно 140 до более чем 300 тонн.

«Сатурн С-2» должна была выводить на низкую околоземную орбиту полезную нагрузку массой в 21,5 тонны, по этому проекту предполагалось собрать корабль для полёта на Луну за пятнадцать пусков.

По проекту «Сатурн C-3» предусматривалось создание трёхступенчатой ракеты-носителя, на первой ступени которой должны были быть установлены два двигателя F-1, на второй — четыре двигателя J-2, а третья ступень представляла собой вторую ступень ракеты-носителя «Сатурн-1» — S-IV. «Сатурн C-3» должна была выводить на низкую околоземную орбиту полезную нагрузку массой 36,3 тонны, и по этому проекту лунный корабль должен был быть собран за четыре или пять пусков.

«Сатурн C-4» также должна была быть трёхступенчатой ракетой, первая ступень которой должна была иметь четыре двигателя F-1, вторая ступень была той же, что и на C-3, и третьей ступенью была S-IVB — увеличенный вариант ступени S-IV. «Сатурн C-4» должна была выводить на низкую околоземную орбиту полезную нагрузку массой 99 тонн и по этому проекту лунный корабль должен был быть собран за два запуска.

C-5

10 января 1962 года НАСА опубликовала планы строительства ракеты-носителя «Сатурн C-5». На первой её ступени должны были быть установлены пять двигателей F-1, на второй ступени — пять двигателей J-2, и на третьей — один J-2. С-5 должна была выводить на траекторию к Луне полезную нагрузку массой 47 тонн.

В начале 1963 года НАСА окончательно выбрала схему пилотируемой экспедиции на Луну (основной корабль остаётся на орбите Луны, посадку же на неё совершает специальный лунный модуль) и дало ракете-носителю «Сатурн C-5» новое имя — «Сатурн-5».

Технические данные

Схема ракеты-носителя «Сатурн-5».

Ступени

«Сатурн-5» состояла из трёх ступеней: S-IC — первая ступень, S-II — вторая и S-IVB — третья. Все три ступени использовали жидкий кислород как окислитель. Горючим в первой ступени был керосин, а во второй и третьей — жидкий водород.

Первая ступень, S-IC

Первая ступень, использованная в запуске «Аполлона-8» в корпусе вертикальной сборки на космодроме

S-IC производилась компанией «Боинг». На ступени было установлено пять кислородно-керосиновых двигателей F-1, суммарная тяга которых была более 34 000 кН. Первая ступень работала около 160 секунд, разгоняла последующие ступени и полезную нагрузку до скорости около 2,7 км/с (в инерциальной системе отсчёта; 2,3 км/с относительно земли), и отделялась на высоте около 70 километров. После разделения ступень поднималась до высоты около 100 км, затем падала в океан. Один из пяти двигателей был зафиксирован в центре ступени, четыре других симметрично расположены по краям под обтекателями и могли поворачиваться для управления вектором тяги. В полёте центральный двигатель выключался раньше, чтобы уменьшить перегрузки. Диаметр первой ступени 10 метров (без обтекателей и аэродинамических стабилизаторов), высота 42 метра.

Вторая ступень, S-II

S-II производилась компанией «Норт Америкэн». Ступень использовала пять кислородно-водородных двигателей J-2, общая тяга которых составляла около 5100 кН. Как и на первой ступени, один двигатель был в центре и на внешнем круге четыре остальных, которые могли поворачиваться для управления вектором тяги. Высота второй ступени 24,9 метра, диаметр 10 метров, как и у первой ступени. Вторая ступень работала приблизительно 6 минут, разгоняя ракету-носитель до скорости 6,84 км/с и выводя её на высоту 185 км.

Третья ступень, S-IVB

S-IVB производилась компанией «Дуглас» (с 1967 года — компанией «Мак-Доннэл Дуглас»). На ступени был установлен один двигатель J-2, который использовал жидкий кислород в качестве окислителя и жидкий водород в качестве горючего (аналогично второй ступени S-II). Ступень развивала тягу более 1000 кН. Размеры ступени: высота 17,85 метра, диаметр 6,6 метра. Во время полётов на Луну ступень включалась дважды, первый раз на 2,5 минуты для довыведения «Аполлона» на околоземную орбиту и во второй раз — для вывода «Аполлона» на траекторию к Луне.

Программа отработки надёжности

Огневые технологические испытания первой ступени S-IC в сборе с пятью ЖРД F-1 на стенде Космического центра Маршалла. 1967 год.

Особенностью предполётной отработки “Сатурна-5” стал беспрецедентный объём наземных испытаний ракетного комплекса. Один из руководителей Управления пилотируемых полётов НАСА Джордж Эдвин Миллер, ответственный по этому вопросу, сделал ставку на наземную стендовую отработку всех ракетных систем и в первую очередь ЖРД. Он наглядно и убедительно показал, что только чёткое разделение отработки на наземные и лётные этапы позволит уложиться в сроки полёта на Луну. Для этого были построены дорогостоящие стендовые сооружения, необходимые для проведения огневых испытаний как отдельных двигателей F-1 и J-2, так и целиком первых и вторых ступеней ракеты.

Транспортировка

Гусеничный транспортёр

Для перевозки ракет «Сатурн-5» к стартовой площадке использовались специальные гусеничные транспортёры (англ. crawler-transporter). В то время (1965—1969 годы; до появления в 1969 году шагающего экскаватора 4250-W) они являлись крупнейшими и наиболее тяжёлыми образцами наземной самоходной техники в мире. Эти транспортёры также оставались самыми большими и тяжёлыми гусеничными машинами в мире до 1978 года (когда появился экскаватор Bagger 288).

Скайлэб

Последний запуск «Сатурн-5», выводящий на низкую околоземную орбиту орбитальную станцию «Скайлэб»

  Орбитальная станция «Скайлэб» была изготовлена из неиспользованной второй ступени ракеты-носителя «Сатурн-1Б» — S-IVB. Первоначально планировалось, что ступень будет преобразована в орбитальную станцию уже непосредственно на околоземной орбите: после того как она вместе с наружным полезным грузом будет выведена на орбиту в качестве действующей ракетной ступени, освободившийся бак жидкого водорода прибывшие космонавты переоборудовали бы в жилой орбитальный модуль, правда без иллюминаторов. Однако после отмены (в 1970 году, вследствие резкого урезания перспективного бюджета НАСА) миссии «Аполлон-20», а затем и отмены (в том же году) полётов «Аполлонов −18 и −19» к Луне, НАСА отказалось от этого плана — теперь в её распоряжении оставалось три неиспользованных ракеты-носителя «Сатурн-5», которые могли вывести на орбиту полностью оснащённую орбитальную станцию без необходимости использования её в качестве ракетной ступени.

Орбитальная станция «Скайлэб» была запущена 14 мая 1973 года с помощью двухступенчатой модификации ракеты-носителя «Сатурн-5».

Цена

С 1964 года по 1973-й из федерального бюджета США было выделено на программу «Сатурн-5» 6,5 миллиарда долларов. Максимум пришёлся на 1966 год — 1,2 миллиарда. С учётом инфляции на программу «Сатурн-5» было за этот период потрачено 47,25 миллиарда долларов в ценах 2014 года. Приблизительная стоимость одного запуска «Сатурн-5» составляла 1,19 миллиарда долларов в ценах 2014 года.

Одна из главных причин досрочного прекращения лунной программы США после трёх облётов Луны пилотируемыми кораблями (в том числе один — «Аполлон-13» — аварийный) и шести успешных высадок на Луну (первоначально планировались два облёта пилотируемыми кораблями и 10 высадок) была её высокая стоимость. Так, в 1966 году НАСА получила самый большой (если учитывать инфляцию) бюджет за свою историю — 4,5 миллиарда долларов (что составляло около 0,5 процента тогдашнего ВВП США).

Запуски Сатурна 5

В 1967-73 годах произведено 13 пусков ракеты-носителя «Сатурн-5». Все признаны успешными.

Коллаж запусков ракеты-носителя «Сатурн-5»

Серийный номер Полезная нагрузка Дата старта Описание
SA-501 Аполлон-4 9 ноября 1967 Первый испытательный полёт
SA-502 Аполлон-6 4 апреля 1968 Второй испытательный полёт
SA-503 Аполлон-8 21 декабря 1968 Первый пилотируемый облёт Луны.
SA-504 Аполлон-9 3 марта 1969 Околоземная орбита. Испытания лунного модуля.
SA-505 Аполлон-10 18 мая 1969 Лунная орбита. Испытания лунного модуля.
SA-506 Аполлон-11 16 июля 1969 Первый пилотируемый полёт с посадкой на Луне в Море Спокойствия.
SA-507 Аполлон-12 14 ноября 1969 Прилунение около автоматической межпланетной станции «Сервейер-3» в Океане Бурь.
SA-508 Аполлон-13 11 апреля 1970 Авария в полёте. Облёт Луны. Команда спасена.
SA-509 Аполлон-14 31 января 1971 Прилунение около кратера Фра Мауро.
SA-510 Аполлон-15 26 июля 1971 Прилунение в Болоте Гниения на юго-восточной окраине Моря Дождей. Первый «Лунный Ровер» (американский транспортный луноход).
SA-511 Аполлон-16 16 апреля 1972 Прилунение у кратера Декарт.
SA-512 Аполлон-17 7 декабря 1972 Первый и единственный ночной старт. Прилунение в Море Ясности долины Тавр-Литтров. Последний лунный полёт по программе «Аполлон».
SA-513 Скайлэб 14 мая 1973 Изготовлена для «Аполлонов-18/19/20». Затем модернизирована в двухступенчатый вариант. На орбиту выведена станция «Скайлэб»
SA-514 Изготовлена для «Аполлонов-18/19/20», но никогда не использовалась.
SA-515 Изготовлена для «Аполлонов-18/19/20». Затем предназначалась в качестве резервной для «Скайлэб», но никогда не использовалась.

Wikipedia

aboutspacejornal.net

Куда делись ракеты Сатурн 5?

Аутсайдеры

После неудачной экспедиции Аполлона 13 в апреле 1970 года, американские власти поняли, что миссии такого рода совсем не застрахованы от возможных трагических последствий (как для астронавтов, так и для престижа страны). Правительство приказало НАСА «затянуть пояса», выдав средства только до миссии Аполлона 17. В противоположность мнению конспирологов, решение было принято вовсе не в срочном порядке, из-за обнаружения на Луне экспедиционного корпуса инопланетян. Миссии Аполлона 18 и 19 были аннулированы 2 сентября 1970 года, после чего на Луне побывали экспедиции Аполлона 14, 15, 16 и 17.

Однако американские конвейеры уже к 70 году успели наштамповать несколько комплектов ракет Сатурн 5, которые были доступны после последней планировавшейся миссии Аполлона 17. В решении конгресса затянуть пояса НАСА это учитывалось, и космическое агентство уже начало модификации двух носителей для программы Скайлэб (орбитальная станция).

Последним носителем примененным для лунной экспедиции, стал SA 512 (Аполлон 17). Ракета SA 513 (отмененная экспедиция Аполлона 18) лишилась приписанной ей третей ступени, вместо которой она выводила на орбиту станцию «Скайлэб», переделанную из параллельно созданной третей ступени. Ракета SA 514, от аннулированной экспедиции Аполлона 19, осталась не у дел и была резервом на случай проблем с SA 512. Ракета-носитель SA 515 пошла по пути СА 513, и стала резервным носителем для дублера «Скайлэба», но сделанного уже из родной третей ступени SA 515.

«Все смешалось, люди, кони…»

Оставшиеся после запуска «Скайлэба» ступени ракет растаскали по музеям так, что практически все три сохранившихся экземпляра Сатурна 5 представляют собой химеры из ступеней друг друга.В космическом центре Джонсона представлен Сатурн 5 с первой ступенью от SA 514, второй ступенью от SA 515 и третей ступенью ракеты SA 513, которую заменили на «Скайлэб». Единственный экземпляр, все ступени которого создавались для реальной лунной экспедиции.

fishki.net

Сатурн-5 — Википедия

Общие сведения Страна Семейство Назначение Изготовитель Основные характеристики Количество ступеней Длина (с ГЧ) Диаметр Стартовая масса Масса полезной нагрузки  • на НОО  • на траекторию к Луне История запусков Состояние Места запуска Число запусков  • успешных  • неудачных Первый запуск Последний запуск Первая ступень — S-IC Стартовая масса Маршевые двигатели Тяга Удельный импульс Время работы Горючее Окислитель Вторая ступень — S-II Стартовая масса Маршевые двигатели Тяга Удельный импульс Время работы Горючее Окислитель Третья ступень — S-IVB Стартовая масса Маршевый двигатель Тяга Удельный импульс Время работы Горючее Окислитель
Сатурн-5
Первая ракета «Сатурн-5» (AS-501) на стартовой площадке, перед запуском «Аполлон-4». Фото НАСА
США США
Сатурн
ракета-носитель
Boeing (S-IC)North American (S-II)Douglas (S-IVB)
3
110,6 м
10,1 м
2965 т при запуске Аполлона-16[1]
 
≈140 т (связка корабля Аполлон и третьей ступени носителя с остатком топлива). Третья ступень являлась полезной нагрузкой, так как выводила корабль к Луне.
65,5 т (46,8 - корабль «Аполлон» + 18,7 - 3-я ступень с остатками топлива).
программа закрыта
стартовый комплекс LC-39, Космический центр имени Джона Ф. Кеннеди
13
13
0
9 ноября 1967
14 мая 1973
2290 тонн
5 × F-1
34 343 кН (суммарная у земли)
263 c (2580 Н·с/кг)
165 с
керосин
жидкий кислород
496,2 тонн
5 × J-2
5096 кН (суммарная в вакууме)
421 с (4130 Н·с/кг)
360 с
жидкий водород
жидкий кислород
132 тонны[источник не указан 196 дней]
J-2
1019,2 кН (в вакууме)
421 с (4130 Н·с/кг)
165 + 335 с (2 включения)
жидкий водород
жидкий кислород
 Сатурн-5 на Викискладе

Сатурн-5 (англ. Saturn V) — американская сверхтяжёлая ракета-носитель. Использовалась для реализации пилотируемой посадки на Луну и подготовки к ней по программе «Аполлон», а также, в двухступенчатом варианте, для выведения на околоземную орбиту орбитальной станции «Скайлэб». Главный конструктор Вернер фон Браун.

Ракета «Сатурн-5» остаётся самой грузоподъёмной, наиболее мощной, самой тяжёлой и самой большой из созданных на данный момент человечеством ракет, выводивших полезную нагрузку на орбиту, превосходя более поздние «Н-1», «Спейс Шаттл», «Энергию» и «Falcon Heavy»[2][3]. Ракета выводила на низкую околоземную орбиту 141 т (что включает в себя корабль «Аполлон» и последнюю ступень с остатками топлива для разгона межпланетного полёта), и на траекторию к Луне 47 т полезного груза (65,5 т вместе с 3-й ступенью носителя). Полная масса, выведенная на орбиту при запуске станции Скайлэб, составила 147,36 тонн, в том числе станция Скайлэб с головным обтекателем — 88,5 т и вторая ступень с остатком топлива и не отделившимся переходником.

Ракета-носитель выполнена по трёхступенчатой схеме, с последовательным расположением ступеней.

На первой ступени устанавливались пять кислородно-керосиновых ЖРД F-1, которые по сей день остаются самыми мощными однокамерными ракетными двигателями из когда-либо летавших.

На второй устанавливались пять двигателей J-2, работающих на топливной паре жидкий водород-жидкий кислород, на третьей ступени — один водородно-кислородный ЖРД, аналогичный использованному на второй ступени.

Разработка

От C-1 к C-4

С 1960 по начало 1962 гг. в Центре космических полётов им. Джорджа Маршалла НАСА рассматривались проекты ракет-носителей серии «Сатурн C» (Сатурн C-1, C-2, C-3, C-4) для осуществления (кроме «Сатурн C-1», предназначенной только для полётов на околоземную орбиту; проект «Сатурн C-1» был реализован впоследствии в ракете-носителе «Сатурн-1») пилотируемого полёта на Луну.

Ракеты-носители, разрабатывавшиеся по проектам C-2, C-3 и C-4, предполагалось использовать для сборки на орбите Земли лунного корабля, после чего он должен был выйти на траекторию к Луне, прилуниться и взлететь с Луны. Масса такого корабля на околоземной орбите должна была составлять, по разным проектам, от примерно 140 до более чем 300 тонн.

«Сатурн С-2» должна была выводить на низкую околоземную орбиту полезную нагрузку массой в 21,5 тонны, по этому проекту предполагалось собрать корабль для полёта на Луну за пятнадцать пусков[4].

По проекту «Сатурн C-3» предусматривалось создание трёхступенчатой ракеты-носителя, на первой ступени которой должны были быть установлены два двигателя F-1, на второй — четыре двигателя J-2, а третья ступень представляла собой вторую ступень ракеты-носителя «Сатурн-1» — S-IV. «Сатурн C-3» должна была выводить на низкую околоземную орбиту полезную нагрузку массой 36,3 тонны, и по этому проекту лунный корабль должен был быть собран за четыре или пять пусков[5].

«Сатурн C-4» также должна была быть трёхступенчатой ракетой, первая ступень которой должна была иметь четыре двигателя F-1, вторая ступень была той же, что и на C-3, и третьей ступенью была S-IVB — увеличенный вариант ступени S-IV. «Сатурн C-4» должна была выводить на низкую околоземную орбиту полезную нагрузку массой 99 тонн и по этому проекту лунный корабль должен был быть собран за два запуска[6].

C-5

10 января 1962 года НАСА опубликовала планы строительства ракеты-носителя «Сатурн C-5». На первой её ступени должны были быть установлены пять двигателей F-1, на второй ступени — пять двигателей J-2, и на третьей — один J-2[7]. С-5 должна была выводить на траекторию к Луне полезную нагрузку массой 47 тонн.

В начале 1963 года НАСА окончательно выбрала схему пилотируемой экспедиции на Луну (основной корабль остаётся на орбите Луны, посадку же на неё совершает специальный лунный модуль) и дало ракете-носителю «Сатурн C-5» новое имя — «Сатурн-5».

Видео по теме

Технические данные

Схема ракеты-носителя «Сатурн-5». Зависимость высоты, скорости и перегрузки от времени на активном участке траектории ракеты «Сатурн-5» миссии «Аполлон-17». Вертикальными пунктирными линиями между разными цветами отмечены времена отделения первой и второй ступени.

Ступени

«Сатурн-5» состояла из трёх ступеней: S-IC — первая ступень, S-II — вторая и S-IVB — третья. Все три ступени использовали жидкий кислород как окислитель. Горючим в первой ступени был керосин, а во второй и третьей — жидкий водород

Первая ступень, S-IC
Основная статья: S-IC

S-IC производилась компанией «Боинг». На ступени было установлено пять кислородно-керосиновых двигателей F-1, суммарная тяга которых была более 34 000 кН. Первая ступень работала около 160 секунд, разгоняла последующие ступени и полезную нагрузку до скорости около 2,7 км/с (в инерциальной системе отсчёта; 2,3 км/с относительно земли), и отделялась на высоте около 70 километров[8]. После разделения ступень поднималась до высоты около 100 км, затем падала в океан. Один из пяти двигателей был зафиксирован в центре ступени, четыре других симметрично расположены по краям под обтекателями и могли поворачиваться для управления вектором тяги. В полёте центральный двигатель выключался раньше, чтобы уменьшить перегрузки. Диаметр первой ступени 10 метров (без обтекателей и аэродинамических стабилизаторов), высота 42 метра.

Вторая ступень, S-II
Основная статья: S-II

S-II производилась компанией «Норт Америкэн». Ступень использовала пять кислородно-водородных двигателей J-2, общая тяга которых составляла около 5100 кН. Как и на первой ступени, один двигатель был в центре и на внешнем круге четыре остальных, которые могли поворачиваться для управления вектором тяги. Высота второй ступени 24,9 метра, диаметр 10 метров, как и у первой ступени. Вторая ступень работала приблизительно 6 минут, разгоняя ракету-носитель до скорости 6,84 км/с и выводя её на высоту 185 км[9].

Третья ступень, S-IVB
Основная статья: S-IVB

S-IVB производилась компанией «Дуглас» (с 1967 года — компанией «Мак-Доннэл Дуглас»). На ступени был установлен один двигатель J-2, который использовал жидкий кислород в качестве окислителя и жидкий водород в качестве горючего (аналогично второй ступени S-II). Ступень развивала тягу более 1000 кН. Размеры ступени: высота 17,85 метра, диаметр 6,6 метра. Во время полётов на Луну ступень включалась дважды, первый раз на 2,5 минуты для довыведения «Аполлона» на околоземную орбиту и во второй раз — для вывода «Аполлона» на траекторию к Луне.

Программа отработки надёжности

Особенностью предполётной отработки «Сатурна-5» стал беспрецедентный объём наземных испытаний ракетного комплекса. Один из руководителей Управления пилотируемых полётов НАСА Джордж Эдвин Миллер, ответственный по этому вопросу, сделал ставку на наземную стендовую отработку всех ракетных систем и в первую очередь ЖРД. Он наглядно и убедительно показал, что только чёткое разделение отработки на наземные и лётные этапы позволит уложиться в сроки полёта на Луну. Для этого были построены дорогостоящие стендовые сооружения, необходимые для проведения огневых испытаний как отдельных двигателей F-1 и J-2, так и целиком первых и вторых ступеней ракеты[10].

Сборка

Транспортировка

Гусеничный транспортёр

Для перевозки ракет «Сатурн-5» к стартовой площадке использовались специальные гусеничные транспортёры (англ. crawler-transporter). В то время (1965—1969 годы; до появления в 1969 году шагающего экскаватора 4250-W) они являлись крупнейшими и наиболее тяжёлыми образцами наземной самоходной техники в мире. Эти транспортёры также оставались самыми большими и тяжёлыми гусеничными машинами в мире до 1978 года (когда появился экскаватор Bagger 288).

Схема лунной экспедиции

Скайлэб

Последний запуск «Сатурн-5», выводящий на низкую околоземную орбиту орбитальную станцию «Скайлэб»

Орбитальная станция «Скайлэб» была изготовлена из неиспользованной второй ступени ракеты-носителя «Сатурн-1Б» — S-IVB. Первоначально планировалось, что ступень будет преобразована в орбитальную станцию уже непосредственно на околоземной орбите: после того как она вместе с наружным полезным грузом будет выведена на орбиту в качестве действующей ракетной ступени, освободившийся бак жидкого водорода прибывшие космонавты переоборудовали бы в жилой орбитальный модуль, правда без иллюминаторов. Однако после отмены (в 1970 году, вследствие резкого урезания перспективного бюджета НАСА) миссии «Аполлон-20», а затем и отмены (в том же году) полётов «Аполлонов −18 и −19» к Луне, НАСА отказалось от этого плана — теперь в её распоряжении оставалось три неиспользованных ракеты-носителя «Сатурн-5», которые могли вывести на орбиту полностью оснащённую орбитальную станцию без необходимости использования её в качестве ракетной ступени.

Орбитальная станция «Скайлэб» была запущена 14 мая 1973 года с помощью двухступенчатой модификации ракеты-носителя «Сатурн-5».

Цена

С 1964 года по 1973-й из федерального бюджета США было выделено на программу «Сатурн-5» 6,5 миллиарда долларов. Максимум пришёлся на 1966 год — 1,2 миллиарда[11]. С учётом инфляции на программу «Сатурн-5» было за этот период потрачено 47,25 миллиарда долларов в ценах 2014 года[12]. Приблизительная стоимость одного запуска «Сатурн-5» составляла 1,19 миллиарда долларов в ценах 2014 года.

Одна из главных причин досрочного прекращения лунной программы США после трёх облётов Луны пилотируемыми кораблями (в том числе один — «Аполлон-13» — аварийный) и шести успешных высадок на Луну (первоначально планировались два облёта пилотируемыми кораблями и 10 высадок) была её высокая стоимость. Так, в 1966 году НАСА получила самый большой (если учитывать инфляцию) бюджет за свою историю — 4,5 миллиарда долларов (что составляло около 0,5 процента тогдашнего ВВП США).

Запуски Сатурна 5

В 1967-73 годах произведено 13 пусков ракеты-носителя «Сатурн-5». Все признаны успешными[13].

Коллаж запусков ракеты-носителя «Сатурн-5»

Военно-промышленное руководство СССР о Сатурн-5

<В> ЦК КПСС <…> Максимальный полезный груз, выводимый отечественной ракетой-носителем УР-500 на орбиту ИСЗ, составляет 20 т, в то время как США располагают ракетоносителем «Сатурн-5» с полезным грузом на орбите ИСЗ до 135 т. Наличие у США тяжелого носителя позволило создать уникальную орбитальную станцию «Скайлэб», масса которой вместе с кораблем составляет 91 тонну. Используя ракету-носитель «Сатурн-5», США реализовали программу лунных экспедиций «Аполлон» и добились в области пилотируемых полетов на Луну убедительного превосходства. Помимо престижных задач американская программа «Сатурн-Аполлон» имела сильный политический резонанс и значительно повысила научный и технический потенциал США <…>

См. также

Примечания

  1. ↑ Hitt, David What Was The Saturn V? (англ.). Rocketry. Washington: NASA (2010). Проверено 1 мая 2014. Архивировано 11 октября 2012 года.
  2. ↑ Советская ракета-носитель Н-1 имела тягу 1-й ступени от 45 до более чем 50 МН — почти в 1,5 раза больше, чем «Сатурн-5» — но все 4 проведённых запуска были неудачными, полезная нагрузка не была выведена на орбиту ни в одном из пусков.
  3. ↑ Максимальная полезная масса для Сатурна-5 учтена с массой последней ступени, при этом, ракета Энергия выводила на орбиту полезный груз 105 тонн с более северного космодрома
  4. ↑ Сатурн C-2 в Encyclopedia Astronautica
  5. ↑ Сатурн C-4 в Encyclopedia Astronautica
  6. ↑ Сатурн C-3 в Encyclopedia Astronautica
  7. ↑ Bilstein, Roger E. Stages to Saturn: A Technological History of the Apollo/Saturn Launch. — DIANE Publishing, 1999. — P. 59-61.
  8. ↑ Saturn V News Reference: First Stage Fact Sheet
  9. ↑ Saturn V News Reference: Second Stage Fact Sheet
  10. ↑ Рахманин, 2013, с. 38.
  11. ↑ Apollo Program Budget Appropriations. NASA. Проверено 16 января 2008. Архивировано 9 февраля 2012 года.
  12. ↑ The Inflation Calculator
  13. ↑ В. П. Глушко (ред.). Космонавтика энциклопедия. — Москва: Советская энциклопедия, 1985. — 585 с.
  14. ↑ Письма и документы В. П. Глушко из архивов РКК «Энергия» им. С. П. Королёва (1974-1988). Письмо от 04.11.1974 // Избранные работы академика В.П.Глушко / Судаков В. С. — Химки: НПО «Энергомаш», 2008. — Т. 3. — 139 с. — 250 экз.

Литература

  • Akens, David S (1971). Saturn illustrated chronology: Saturn’s first eleven years, April 1957 — April 1968. NASA — Marshall Space Flight Center as MHR-5. Also available in PDF format. Retrieved on 2008-02-19.
  • Benson, Charles D. and William Barnaby Faherty (1978). Moonport: A history of Apollo launch facilities and operations. NASA. Also available in PDF format. Retrieved on 2008-02-19. Published by University Press of Florida in two volumes: Gateway to the Moon: Building the Kennedy Space Center Launch Complex, 2001, ISBN 0-8130-2091-3 and Moon Launch!: A History of the Saturn-Apollo Launch Operations, 2001 ISBN 0-8130-2094-8
  • Bilstein, Roger E. (1996). Stages to Saturn: A Technological History of the Apollo/Saturn Launch Vehicles. NASA SP-4206. ISBN 0-16-048909-1. Also available in PDF format. Retrieved on 2008-02-19.
  • Lawrie, Alan (2005). Saturn, Collectors Guide Publishing, ISBN 1-894959-19-1
  • Orloff, Richard W (2001). Apollo By The Numbers: A Statistical Reference. NASA. Also available in PDF format. Retrieved on 2008-02-19. Published by Government Reprints Press, 2001, ISBN 1-931641-00-5
  • Final Report — Studies of Improved Saturn V Vehicles and Intermediate Payload Vehicles (PDF). NASA — George C. Marshall Space Flight Center under Contract NAS&-20266. Retrieved on 2008-02-19.
  • Saturn 5 launch vehicle flight evaluation report: AS-501 Apollo 4 mission (PDF). NASA — George C. Marshall Space Flight Center (1968). Retrieved on 2008-02-19.
  • Saturn 5 launch vehicle flight evaluation report: AS-508 Apollo 13 mission (PDF). NASA — George C. Marshall Space Flight Center (1970). Retrieved on 2008-02-19.
  • Saturn V Flight Manual — SA-503 (PDF). NASA — George C. Marshall Space Flight Center (1968). Retrieved on 2008-02-19.
  • Saturn V Press Kit. Marshall Space Flight Center History Office. Retrieved on 2008-02-19.
  • Пол Эйзенштейн. Самый большой двигатель: Сатурн-V «Популярная механика». Июнь 2003.
  • Левантовский В. И. Механика космического полёта в элементарном изложении. — М.: Наука, 1970. — 492 с.
  • Александров В.А., Владимиров В.В., Дмитриев Р.Д. и др. Ракеты-носители. — М.: Воениздат, 1981. — 315 с.
  • Рахманин В. Ф. Проблематичное начало и драматический конец разработки ракеты-носителя Н1 // «Двигатель» : журнал. — М., 2013. — № 5(89). — С. 36-42.

Сайты NASA

Другие сайты

Симуляторы

wikipedia.green