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.
