Ensimmäinen Saturn-5-raketti: katsaus, ominaisuudet ja mielenkiintoisia faktoja

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

2000-luvun ensimmäisen vuosikymmenen kehitykseen perustuen Saturn-5-raketti (amerikkalainen) on veljiensä joukossa tehokkain. Sen kolmivaiheinen rakenne suunniteltiin viime vuosisadan 60-luvulla ja sen tarkoituksena oli kuljettaa ihminen kuun pinnalle. Kaikki tarvittavat alukset, joiden tehtävänä oli tutkia planeettamme luonnollista satelliittia, oli liitettävä siihen.

Apollo-ohjelman mukaan kuumoduuli kiinnitettiin rakettiin, asetettiin sen sovittimen sisään ja kiertoradan runko kiinnitettiin siihen. Tällainen yhden käynnistyksen järjestelmä suoritti kaksi asiaa kerralla. Totta, oli myös kaksivaiheinen malli, jota käytettiin vain kerran, kun Amerikan yhdysv altojen ensimmäinen avaruusasema Skylab laukaistiin kiertoradalle.

Kuun ohjelma: myytti vai totuus?

On kulunut melkein puoli vuosisataa,mutta puhe keksitystä kuuohjelmasta jatkuu lakkaamatta. Joku on varma, että astronautien lähettäminen kuuhun Saturn-5-raketilla on huijausta. Tällaisille ihmisille todisteet amerikkalaisten suurista saavutuksista ovat vieraita, ja heidän mukaansa videot on tehty lentämättä Maaplaneetan ulkopuolelle.

Joskus huhutaan, että kauniisti rakennettu Saturnus on liian täydellinen ollakseen totta. Vaikka Saturn-ohjelma toteutuikin, miksi amerikkalaiset eivät jatkaneet sitä vedoten Saturn-5-raketin suunnitteludokumentaation menettämiseen ja alkoivat tuottaa monta kertaa kalliimpia sukkuloja? Miksi samanlaisen raketin koko työnkulku piti aloittaa tyhjästä? Ja kuinka voisi olla mahdollista menettää Saturn-5-raketin tuotannon teknologinen kartta? Loppujen lopuksi tämä ei ole hiekanjyvä hiekkarannalla.

Yleensä Saturn-5-raketti on ensimmäinen laatuaan, ja se on suunniteltu paitsi kuljettamaan astronautit Kuuhun, myös palauttamaan heidät onnistuneesti kotiin. Lisäksi laskeutumisen kaikilla varusteilla, mukaan lukien kuumoduuli, jossa on kaksi elävää matkustajaa, oli oltava erittäin sujuvaa ja pehmeää, muuten se olisi ollut heidän viimeinen lentonsa. Osa massasta saatiin erotettua irrottamalla kuumoduuli komentoaluksesta, joka puolestaan pysyi kuun kiertoradalla ja odotti kaiken työn valmistumista.

Amerikkalainen raketti "Saturn-5" voisi nostaa ja asettaa kiertoradalle jopa 140tonnia rahtia. Mutta esimerkiksi eniten käytetty raskas raketti "Proton" voi kuljettaa vain 22 tonnia "rungossaan". Vaikuttava ero, eikö?

Kuten tiedätte, useita Saturnuksia valmistettiin, ja viimeinen laukaisi 77 tonnia painavan Skylab-avaruusaseman. Se oli niin v altava, että jos vertailupiste katosi sisällä, astronautti roikkui ilmassa useita minuutteja odottaen tuulta ilmanvaihtojärjestelmästä. Itse asiassa vain Mir, joka koostui useista moduuleista, rikkoi tämän ennätyksen. Mutta juuri Saturn-5-raketti on edelleen maailman kunnianhimoisin projekti ja tehokkain avaruuskone, ennätys, jota mikään muu kantoraketti ei ole vielä pystynyt lyömään.

Saturnuksen historia V

Alus kohtaa käyttöikänsä alussa vaikeuksia epäonnistuneen laukaisun muodossa, johon osallistuu miehittämätön, huonosti säädetty järjestelmä. Tätä seurasi miehittämättömän testin toistamisesta kieltäytyminen, mutta kaikki päättyi "onnelliseen" loppuun, sillä vuosina 1968-1973 onnistui laukaistu kymmenen Apollo-avaruusohjelmaa ja edellä mainittu Skylab-avaruusasema. Ja sitten Saturn-5-kantoraketista tulee museonäyttely, ja sen tuotanto ja jatkokäyttö lopetetaan kokonaan. Tämä ajanjakso jatkuu tähän päivään asti.

Mielenkiintoisia faktoja

Yhdysvallat aloitti Saturn-raketin kehittämisen vuonna 1962 ja neljä vuotta myöhemmin ensimmäisen testinlento. Tarkemmin sanottuna testi epäonnistui täysin, koska raketin toinen vaihe, joka oli tarkoitus laukaista testipaikalla lähellä St. Louisia, yksinkertaisesti räjähti ja hajosi palasiksi. Historiallisten tietojen mukaan raketin miehittämätön lento viivästyi jatkuvasti loputtomien vikojen ja puutteiden vuoksi, mutta syksyllä 1967 amerikkalaiset onnistuivat silti. Apollo 6 -ohjelman toisessa testivaiheessa miehittämättömän ohjauksen yritys kuitenkin epäonnistui jälleen. Ensimmäisen vaiheen viidestä saatavilla olevasta moottorista vain kolme otettiin käyttöön, kolmannen vaiheen moottori ei käynnistynyt ollenkaan ja sen jälkeen koko rakenne hajosi yllättäen kaikille.

Tästä huolimatta kymmenen päivää myöhemmin tehtiin ennennäkemätön päätös lähettää Saturn V -kantoraketti ilman uudelleentestausta Kuuhun. Loppujen lopuksi älä unohda kylmää sotaa Neuvostoliiton kanssa ja kilpavarustelua. Kaikilla oli kiire, ja jopa korjaamattomia traagisia seurauksia peläten he päättivät valloittaa Maan luonnollisen satelliitin ilman kolmatta koelaukaisua.

Yllä sanottiin Saturn-5-raketin teknisen dokumentaation ja ominaisuuksien mystisestä katoamisesta, mutta itse asiassa amerikkalaiset kiistävät tämän tiedon ja kutsuvat sitä pyöräksi. Tämä tarina ilmestyi vuonna 1996 tieteellisessä kirjassa astronautiikan muodostumisen historiasta. Yksinkertaisesti sanottuna kirjoittaja kertoi riveissään, että NASA yksinkertaisesti menetti suunnitelmat. Mutta NASAn työntekijän Paul Shawcrossin mukaan, jolla oli asema divisioonassasisäinen tarkastus, piirustukset eivät todellakaan jääneet, mutta kokemus ja tekniset "aivot" säilyivät ennallaan: kaikki tiedot laitettiin pieniin valokuvafilmin - mikrofilmin -paloihin.

Tekniset tiedot

Mitkä ovat Saturn-5-raketin tärkeimmät tekniset ominaisuudet? Aloitetaan siitä, että sen korkeus oli 110 metriä ja halkaisija - kymmenen, ja sellaisilla parametreilla se pystyi laukaisemaan jopa 150 tonnia lastia avaruuteen jättäen sen maapallon kiertoradalle.

Klassisessa versiossa siinä on kolme vaihetta: kahdessa ensimmäisessä viisi moottoria ja kolmannessa yksi. Ensimmäisen vaiheen polttoaine oli RP-1-kerosiinia, jossa hapettimena oli nestemäinen happi, ja toisen ja kolmannen vaiheen polttoaineena oli nestemäistä vetyä, jossa hapettimena oli nestemäinen happi. Saturn-5-raketin moottoreiden laukaisutyöntö oli 3500 tonnia.

Rakettisuunnittelu

Raketin suunnitteluominaisuus on poikittainen jako kolmeen vaiheeseen, eli jokainen vaihe on päällekkäin edellisen kanssa. Kantosäiliöt olivat läsnä kaikissa vaiheissa. Portaat yhdistettiin erityisillä sovittimilla. Alaosa erotettiin ensimmäisen vaiheen rungon mukana ja ylempi rengasosa erotettiin parikymmentä sekuntia toisen vaiheen moottoreiden käynnistymisen jälkeen. Vaiheerottelun "kylmä kaava" toimi täällä, eli kunnes edellinen katoaa, seuraavan moottorit eivät voi käynnistyä.

Käynnistysmoottoreiden lisäksi portaissa oli kiinteää polttoainetta jarruttavia moottoreitakantoraketti "Saturn-5". Sen suunnittelija Wernher von Braun käytti niitä varustaakseen portaat itselaskeutumistoiminnolla. Myös kolmannen vaiheen osastossa oli instrumentaalilohko, jossa rakettia ohjattiin.

Ensimmäisen vaiheen suunnittelu

Maailmankuulu Boeingista tuli sen valmistaja. Kaikista kolmesta ensimmäinen askelma oli korkein, sen pituus oli 42,5 metriä. Toiminta-aika - noin 165 sekuntia. Jos tarkastelemme vaihetta alha alta ylöspäin, niin sen suunnittelusta löydät suoraan itse osaston, jossa on viisi moottoria, polttoainesäiliö kerosiinilla, säiliöiden välinen osasto, säiliö, jossa on hapetin nestemäisen hapen muodossa ja etuhame.

Moottoritilassa olivat suurimmat Saturn-V-moottorit - F-1, joita valmisti amerikkalainen Rocketdyne. Itse propulsiojärjestelmä koostui suoraan voimarakenteesta, stabilointiyksiköistä ja lämpösuojauksesta. Yksi moottoreista oli kiinnitetty keskelle kiinteään asentoon, ja muut neljä oli ripustettu kardaaniin. Sivuvoimaloihin asennettiin myös suojukset moottoreiden suojaamiseksi aerodynaamilta kuormituksilta.

Polttoaineosastossa oli viisi putkea, jotka johtivat hapettimen pääpolttoaineeseen, joka toimitettiin valmiiksi kymmenellä putkella moottoreihin. Hameen tehtävänä oli yhdistää ensimmäinen ja toinen vaihe. Kun neljännen ja kuudennen Apolloksen lento suoritettiin,rakenteeseen kiinnitettiin kamerat valvomaan voimalaitoksen toimintaa, vaiheerotusta ja nestemäisen hapen ohjausta.

Toisen vaiheen suunnittelu

Sen valmistaja oli yhtiö, joka on nykyään osa Boeing-yhtiötä - Pohjois-Amerikassa. Rakenteen pituus oli hieman yli 24 metriä ja toiminta-aika neljäsataa sekuntia. Toisen vaiheen komponentit jaettiin ylempään sovittimeen, polttoainesäiliöihin, J-2-moottoreilla varustettuun osastoon ja alempaan adapteriin, joka liitti sen ensimmäiseen vaiheeseen. Yläadapteri varustettiin neljällä ylimääräisellä kiinteällä polttoaineella toimivalla moottorilla, jotka oli suunniteltu samalle hidastukselle kuin ensimmäisessä vaiheessa. Ne käynnistettiin kolmannen vaiheen erottamisen jälkeen. Voimalaitoksen osastossa oli myös yksi keskusmoottori ja neljä oheismoottoria.

Kolmas lavasuunnittelu

Kolmannen, lähes kahdeksantoistametrisen rakenteen teki McDonnel Douglas. Sen tarkoituksena oli laukaista kiertoradalla ja laskea kuun moduuli kuun pintaan. Kolmas vaihe valmistettiin kahdessa sarjassa - 200 ja 500. Jälkimmäisellä oli vankka etu lisääntyneen heliumin tarjonnassa, jos moottori käynnistetään uudelleen.

Kolmas vaihe koostui kahdesta sovittimesta - ylä- ja alaosasta, polttoaineosastosta ja voimalaitoksesta. Moottorien polttoaineen syöttöä säätelevä järjestelmä on varustettu antureilla, jotka mittaavat polttoainetasapainoa, ne välittivät tiedot suoraan ajotietokoneeseen. itsemoottoreita voidaan käyttää sekä jatkuvassa tilassa että pulssitilassa. Muuten, amerikkalainen avaruusasema Skylab luotiin tämän kolmannen vaiheen pohj alta.

Työkalulohko

Kaikki elektroniset järjestelmät oli sijoitettu työkalulaatikkoon, joka oli hieman alle metrin korkea ja noin 6,6 metriä halkaisij altaan. Se asetetaan kolmannen vaiheen päälle. Renkaan sisällä oli lohkoja, jotka ohjasivat raketin laukaisua, sen suuntaa avaruudessa sekä lentoa tiettyä lentorataa pitkin. Siellä oli myös navigointi- ja hätäjärjestelmälaitteita.

Ohjausjärjestelmää edusti ajotietokone ja inertia-alusta. Koko ohjausyksikössä oli lämpötilansäätö- ja lämpösäädinjärjestelmä. Ehdottomasti koko raketti oli täynnä antureita, jotka havaitsevat mahdolliset viat. He toimittivat löydetyt tiedot yhden tai toisen elektronisen kohteen hätätilasta astronautien hytin ohjauspaneeliin.

Valmistautuminen julkaisuun

Saturn-5-raketin ja Apollo-avaruusaluksen koko lentoa edeltävän tarkastuksen suoritti 500 ihmisen erityinen komissio. Tuhannet työntekijät osallistuivat Cape Canaveralin laukaisuun ja koulutukseen. Pystykokoonpano tapahtui avaruuskeskuksessa, joka sijaitsee viiden kilometrin päässä laukaisupaikasta.

Noin kymmenen viikkoa ennen lähtöä kaikki raketin osat kuljetettiin laukaisupaikalle. Tällaisten raskaiden esineiden käsittelyyn käytettiin tela-ajoneuvoja. Kun kaikki raketin osat yhdistettiin jakaikki sähkölaitteet oli kytketty, tietoliikenne tarkistettiin, mukaan lukien radiojärjestelmä - sekä laivalla että maassa.

Lisäksi immobilisoidut ohjusohjauksen testit aloitettiin, suoritettiin lentosimulaatio. Tarkistimme Houstonissa sijaitsevan avaruuskentän ja lennonjohtokeskuksen toiminnan. Ja viimeinen koetyö tehtiin jo tankkien suoralla tankkauksella ensimmäiseen vaiheeseen asti.

Aloita toiminta

Ennen laukaisuaika alkaa kuusi päivää ennen raketin laukaisua avaruuteen. Tämä on tavallinen toimenpide, joka suoritettiin Saturn-5:llä. Tänä aikana pidettiin useita taukoja, jotta vältytään häiriöiltä ja sitä seuranneilta lähdön viivästymiltä. Lopullinen lähtölaskenta alkoi 28 tuntia ennen laukaisua.

Ensimmäisen vaiheen täyttäminen kesti kaksitoista tuntia. Lisäksi vain kerosiinia kaadettiin ja nestemäistä happea syötettiin säiliöön neljä tuntia ennen laukaisua. Ennen tankkausta kaikki säiliöt käytiin jäähdytystoimenpiteen läpi. Hapetinta syötettiin ensin toisen vaiheen säiliöihin neljäkymmentä prosenttia, sitten kolmannen säiliöihin sata. Seuraavaksi toisen mallin säiliöt täytettiin loppuun asti ja vasta sitten hapetin pääsi ensimmäiseen. Tällaisen mielenkiintoisen menettelyn ansiosta työntekijät olivat vakuuttuneita siitä, että toisen vaiheen säiliöistä ei vuotanut happea. Kryogeenisen polttoaineen kokonaistoimitusaika tankkauksen aikana oli 4,5 tuntia.

Kaikkien järjestelmien valmistelun jälkeen raketti kytkettiin automaattiseen tilaan. Ensimmäisen vaiheen viidestä moottorista lanseerattiin ensin keskuskiinteä ja vasta sitten oheismoottorit päinvastaisen kaavion mukaisesti. Seuraavaksi sisäänviisi sekuntia raketti oli pidossa ja poistui sitten varovasti pidikkeistä, jotka vapauttivat sen ja poikkesivat sivuille.

Instrumentaaliyksikössä sijaitseva tietokone ohjasi raketin nousua ja keinua. Kaikki pitch-liikkeet päättyivät 31 sekuntiin lennon, mutta ohjelma jatkoi pulssia, kunnes ensimmäinen vaihe katkesi kokonaan.

Dynaaminen paine alkoi 70. sekunnissa. Oheismoottorit toimivat polttoaineen loppumiseen asti, ja keskimmäinen sammui vielä 131 sekuntia lentoonlähdön jälkeen estääkseen suuret ylikuormitukset ohjuksen rungossa. Ensimmäisen vaiheen erotus tapahtui noin 65 kilometriä maanpinnan yläpuolella ja raketin nopeus oli tällä hetkellä jo 2,3 kilometriä sekunnissa.

Mutta erottuaan lava ei pudonnut heti alas. Suunnitteluominaisuuksien mukaan se jatkoi nousuaan sataan kilometriin ja meni vasta sitten Atlantin v altameren vesille 560 kilometrin etäisyydelle laukaisupaikasta.

Toisen vaiheen moottoreiden käynnistys alkoi sekunti ensimmäisen vaiheen irrotuksen jälkeen. Kaikki viisi voimalaitosta käynnistettiin samanaikaisesti, ja 23 sekunnin kuluttua nollattiin toisen vaiheen alempi sovitin. Sen jälkeen miehistö otti asiat omiin käsiinsä ajotietokoneen avulla. Toisen vaiheen erottaminen tapahtui 190 kilometrin korkeudessa maanpinnan yläpuolella ja työ siirrettiin pääkoneelle. Astronautit olivat vastuussa siitä. Jaavaruusaluksen laukaisun jälkeen kuun kiertoradalle kolmas vaihe erottui ohjatusta moduulista, kun moottori sammutettiin manuaalisesti kahdeksankymmenen minuutin kuluttua. Siten "Saturn-5" pystyi toimittamaan astronautit kuuhun ja sallimaan amerikkalaisten tulla ensimmäisiksi Maan luonnollisen satelliitin valloittajiksi.