Obsah > Nosiče > Saturn > Saturn 1B v L+K 1965

SATURN 1B

Nosná raketa Saturn Saturn 1 (1. stupeň shodný s variantou 1 B)Popis vývoje zkoušek a technických parametrů těžkých nosných raket Saturn 1B

Pro časopis Letectví a kosmonautika: Inž. Milan LEDVINA (L+ K č. 8 / 1965)

Snímky a originály kreseb: NASA

Náklady na vývoj nosných raket stoupají úměrně s jejich velikostí; totéž platí do jisté míry i o čase potřebném pro tento vývoj. Konstruktéři se proto snaží co nejlépe využít již vyzkoušených dílů, popřípadě celých stupňů raket; tak nyní vzniká “rodina" raket Saturn.

Zrod dalšího člena této rodiny si vynutila nutnost vyzkoušet části kosmické lodi Apollo (určené pro let k Měsíci) a potom i celou odlehčenou kabinu, jejíž váha se bude pohybovat okolo 15 tun. Tento úkol již nemohla zvládnout raketa Saturn 1, schopná dopravit zhruba 10 tun na standardní oběžnou dráhu. Aby se maximálně snížily náklady na vývoj i výrobu a zkrátila doba pro přípravu další varianty rakety Saturn, využilo se všech zkušeností získaných při vývoji rakety Saturn 1 a pokud možno i co největšího počtu jednotlivých dílů a zařízení. Z rozborů vyplynul požadavek nové konstrukce 2. stupně, která se uplatní také u následujícího člena rodiny - rakety Saturn 5.

Saturn 1 B - tabulka

L+K č.8/1965

Nosná raketa

Počet stupňů

 

Stupeň

 

1.

2.

3.

Saturn 1

2

S - 1

S - 4

zatím nemá

Saturn 1B

2

S - 1
(S - 1 B)

S - 4 B

zatím nemá

Saturn 5

3

S - 1 C

S - 2

S - 4 B

         

Poznámka: K raketám Saturn 1 a 1 B je možno připojit ještě další stupeň, o němž se někdy uvažuje.

Schématický nákres nosné rakety Saturn 1 BKaždý ze tří typů dosavadních raket Saturn má kompletní stupeň, kterého již bylo použito - s určitými odchylkami (přechodové části mezi stupni, resp. adaptéry pro užitečné zatížení) - u jiné nosné rakety (u rakety Saturn 1 B dokonce obou stupňů).

Možnost záměny stupňů značně zkracuje dobu od započetí konstrukčních prací do prvního pokusného startu rakety. Vývoj rakety Saturn 1 si vyžádal šest let (od roku 1958 do 29.1.1964, kdy byly poprvé vyzkoušeny oba stupně), u typu Saturn 1 B nepřekročí doba vývoje čtyři roky (spíše bude kratší). Vývoj podstatně mohutnější a komplikovanější rakety Saturn 5 má být ukončen nejdéle za šest let!

Zadávací podmínky pro 1. stupeň rakety Saturn (v podstatě shodný u variant 1 i 1 B) byly opravdu přísné: ačkoli se použilo osmi motorů - což je faktor, který zcela zákonitě snižuje spolehlivost systému - bylo naopak potřeba zvýšit celkovou spolehlivost. Tento rozpor byl řešen “změkčením" podmínek pro přesnost dosažení předepsané velikosti tahu 1. stupně, takže se zjednodušil systém regulace přívodu kapalných pohonných hmot a nebylo nutno použít řídicích motorků (nároky na řízení vrchního stupně tím samozřejmě vzrostly). Spolehlivost rakety se podařilo zvýšit zvětšením tzv. koeficientu bezpečnosti, v tomto případě zesílením stěny spalovací komory, aby snesla tlak o určité procento vyšší než skutečný pracovní tlak. U prvního stupně rakety Saturn 1 je bezpečnostní koeficient zvýšen asi o 20 % (proti hodnotám obvyklým u ostatních raket); celý stupeň je pevnější a lze jej znovu použít. S touto možností se počítá zejména u varianty 1 B; návrat stupňů a přistání na hladině moře by zajistil systém brzdicích raket a padáků. Stupeň S-1 je konstruován tak, aby raketa splnila svůj úkol i tehdy, selže-li jeden z motorů okamžitě po startu a dojde-li popřípadě po šedesáti vteřinách letu k poruše dalšího motoru; nesmí však vysadit dva z výkyvně uložených řídicích motorů. Všechny motory se uvádějí v činnost jediným elektrickým impulsem a jejich funkci lze ukončit současně, opět jediným povelem.

Zpočátku nebylo možno přesně určit užitečné zatížení, které raketa jednou ponese, ani způsob jeho připojení k poslednímu stupni, přitom však bylo nutno zajistit použitelnost rakety pro splnění nejrůznějších úkolů. Proto má konstrukce stupně S-1 poměrně vysokou tuhost.

Na spodním nosném kruhu je umístěno (na speciálních ramenech vycházejících ze středu kruhu) osm raketových motorů Rocketdyne H-1. Nádrže na pohonné hmoty jsou vyrobeny z hliníkového plechu; střední nádrž na kapalný kyslík má stěnu silnou 6,35 mm, osm vnějších nádrží (čtyři na kapalný kyslík, čtyři zbývající na petrolej) má stěny silné jen 2,3 mm. Střední nádrž o průměru 2,67 m je dlouhá 18,2 m, ostatní nádrže mají průměr 1,78 m. U 2. série raket Saturn 1 a u všech raket Saturn 1 B určených pro letové zkoušky jsou nádrže o 1,8 m delší, což umožnilo prodloužit dobu chodu motorů. Zvětšené nádrže pojmou celkem 385 tun pohonných hmot (cca 115 tun petroleje a 270 tun kapalného kyslíku) - proti maximálně 340 tunám u původních nádrží. Nádrže na petrolej jsou pouze volně zavěšeny; nelze je totiž upevnit k nádržím na kapalný kyslík, které se po naplnění zkrátí asi o 7 cm (smrštění vlivem nízké teploty). Přenos tahu od motorů k vrchnímu stupni zprostředkuje ze 60 % střední nádrž, jejíž stěny jsou proto vyztuženy podélníky.

Motory H-1 jsou odvozeny od motoru S-3-D, použitého u typu Thor, vojenské rakety se středním doletem.

Řez nosnou raketou Saturn 1 (série I): 1 - nádrže 1. stupně, 2 - nádrž 2. stupně, 3 - nádrž 3. stupně, 4 - užitečné zatížení, 5 - motory 1. stupně, 6 - motory 2. stupně, 7 - motory 3. stupněNa první pohled je patrno, že vývojem došlo ke značnému zjednodušení (zvyšujícímu celkovou spolehlivost motoru) - a to o plných 90 % funkčních součástek. Stěny spalovací komory jsou vyrobeny z tenkých niklových trubiček, jimiž protéká (a tak je chladí) petrolej přiváděný do komory (teplota ve spalovací komoře dosahuje cca 2750° C). Motor o průměru 1,52 m (ústí trysky) je dlouhý 2,44 m a váží 635 kg. Za 1,5 vteřiny od spuštění vyvíjí tah 85 Mp. Dalším zdokonalením motoru (zejména zlepšením čerpadel) se má zvýšit tah na 90,5 Mp. Svazek motorů určený pro raketu Saturn 1 B by tedy měl celkový tah 724 Mp, což by umožnilo dopravit na oběžnou dráhu asi 16 tun užitečného zatížení.

Čtyři vnější výkyvně uložené motory lze hydraulicky naklánět žádaným směrem. Stupeň je vybaven inerciálním naváděcím systémem. Pro déletrvající lety se počítá s nyní vyvíjeným speciálním počítačem o velmi malém objemu, který by programoval 15 až 20 parametrů důležitých pro let rakety.

Snad stojí za zmínku obtíže spojené s dopravou 1. stupně z továrny na základnu. Průměr stupně (6,5 m) vylučuje dopravu vzduchem, neuvažujeme-li speciální vzducholodi. Rozebraný stupeň by sice bylo možno transponovat jedenácti nákladními letadly, ale tento způsob přepravy by byl příliš drahý. Proto se dopravují stupně po vodě - zvlášť konstruovanými bárkami, schopnými plavby i po moři; než dorazí na Kennedyho mys, putují asi 2400 km po řekách a 1200 km po moři.

Druhý stupeň rakety Saturn 1 B, vyvinutý a vyráběný firmou Douglas, je odlišný od stupně rakety Saturn 1, ale bude se v podstatě shodovat s 3. stupněm rakety Saturn 5. Stupeň, označený S-4 B, tvoří motor J-2, spalující kapalný kyslík a kapalný vodík. J-2 je první motor, u něhož se dosáhne touto kombinací pohonných hmot (jejíž účinnost se blíží maximu možností chemického pohonu raket) tak vysokého tahu - plných 90,7 Mp. Také doba funkce motoru je úctyhodná (až 500 vteřin). U motorů připravovaných pro raketu Saturn 5 se předpokládá několikanásobné přerušení funkce a opětné uvedení do chodu.

Schéma dráhy při pokusu SA -7: 1 - oddělení 1. stupně, 2 - dopad 1. stupně a pouzder s kamerami, 3 - odhození záchranných raket kabiny Apollo, 4 - dopad těchto raket, 5 - oddělení pouzder s kamerami, 6 - uvedení 2. stupně a kabiny Apollo na oběžnou dráhu Varianta stupně určená pro raketu Saturn 1 B je dlouhá 18 m (21 m u rakety Saturn 5) při průměru 6,6 m. Motor je uložen výkyvně (s maximální možnou výchylkou ± 7,5°) na rámu ze speciálních hliníkových slitin, velmi často uplatňovaných při konstrukci raket Saturn. Použití kapalného kyslíku v kombinaci s kapalným vodíkem si vyžádalo - podobně jako u stupně Centaur a u 2. stupně rakety Saturn 1 - zvláštní opatření v důsledku velkého rozdílu teplot obou látek (kapalný vodík cca -240 °C, kapalný kyslík cca -180 °C). Bylo nutno vytvořit speciální tepelnou ochranu zabraňující nežádoucímu přestupu tepla mezi oběma nádržemi (které pojmou celkem 105 tun pohonných hmot), čímž se poněkud zvýšila váha stupně - zhruba na 14 tun. Orientaci a stabilizaci stupně zajišťují motory firmy Tapco o tahu 68 kp.

Zkoušky nosné rakety Saturn 1 B (s největší pravděpodobností bude při prvních zkouškách použito ještě stupňů S - 1 s nezvýšeným tahem motorů, vyráběných firmou Chrysler) mají být zahájeny v letošním roce 1965. Přesto však lze již nyní říci, že půjde zřejmě o kombinaci celkem úspěšnou, protože i zkoušky motoru J - 2 na statickém stavu jsou úspěšné; motor byl zkoušen - a to bez závad - na plnou dobu chodu (500 vteřin). I když ještě budou pokračovat také zkoušky 1. stupně, jsou konstruktéři přesvědčeni, že se podařilo v podstatě vyřešit problém funkce svazku raketových motorů s větším počtem jednotek. Toto přesvědčení dostává konkrétní podobu v konstrukci rakety Saturn 5, při níž se plně využije nejenom dosud získaných zkušeností, ale také jednotlivých dílů předchozích typů raket.

Řez nosnou raketou Saturn 1 B: (1 : 500)SATURN  1 B  (USA)

Vývoj: 1962 (2. stupeň) - 1966 (?) 
Použití: od r. 1966 (?)
Celková délka                                    asi 63 m (s kosmickou lodí Apollo)
Maximální průměr trupu                                            6,5 m (1. stupeň)
                                                                  6,6 m (2. stupeň)
Rozpětí stabilizátorů                                                          10 m 
Váha rakety při startu (cca)                                                567 tun 
Užitečné zatížení (cca)                            14 tun na standard. oběžné dráze
                                                      16 tun po zvýšení tahu motorů
Počet stupňů                                   2 (možnost doplnění stupněm Centaur)
Zadavatel vývoje                                                               NASA

1. stupeň:
(Viz Saturn 1, L+K č. 7/65)
sériová výroba: firma Chrysler
Poznámka: vyvíjí se zdokonalená verze, označovaná jako S-1 B, u níž se
          váha konstrukce sníží o cca 8 tun a tah motoru zvýší asi o 5,5 Mp.

2. stupeň:
řešitelé                                         Douglas Aircraft Co. (od roku 1962)
váha                                                                         119 tun
délka                                                                           18 m
maximální průměr                                                               6,6 m
typ motoru                                                                     J - 2
pohonné hmoty                                          kapalný vodík, kapalný kyslík
obsah pohonných hmot                                                         105 tun
tah - ve vakuu                                                               90,7 Mp
doba funkce                                                                 až 500 s
sekundová spotřeba (cca)                                  210 kg/s (při 500 s chodu)
specifický impuls - ve vakuu                                              420 kps/kg
konstrukce:            převážně použito hliníkových slitin (jako u stupně Centaur) ;
                       motor  J - 2 uložen  výkyvně;  nádrže  na  KPH odděleny od 
                       sebe  speciální   přepážkou   k   zabránění   přestupu  tepla;  
                       tlakování nádrží stlačeným héliem

Fotografie a nákresy k článku ,,Saturn 1 B,, : (Snímky: NASA)

  1. Nosná raketa Saturn Saturn 1 (1. stupeň shodný s variantou 1 B)
  2. Schématický nákres nosné rakety Saturn 1 B
  3. Řez nosnou raketou Saturn 1 (série I): 1 - nádrže 1. stupně, 2 - nádrž 2. stupně, 3 - nádrž 3. stupně, 4 - užitečné zatížení, 5 - motory 1. stupně, 6 - motory 2. stupně, 7 - motory 3. stupně
  4. Schéma dráhy při pokusu SA -7: 1 - oddělení 1. stupně, 2 - dopad 1. stupně a pouzder s kamerami, 3 - odhození záchranných raket kabiny Apollo, 4 - dopad těchto raket, 5 - oddělení pouzder s kamerami, 6 - uvedení 2. stupně a kabiny Apollo na oběžnou dráhu
  5. Řez nosnou raketou Saturn 1 B: (1 : 500)
    1 - 8 motorů 1. stupně (H-1),
    2 - stabilizátory,
    3 - vnější nádrže (4 na kapalný kyslík, 4 na petrolej),
    4 - středová nádrž na kapalný kyslík,
    5 - 51 nádrží na stlačené hélium (pro tlakování nádrží),
    6 - motor 2. stupně (J-2),
    7 - nádrž na kapalný kyslík,
    8 -nádrž na kapalný vodík,
    9 - užitečné zatížení (prototyp kosmické lodi Apollo),
    10 - záchranné rakety (pro zkoušky prototypu kosmické lodi Apollo)

Přepis článku : M.Filip, 29.2.2004

Aktualizováno : 18.04.2004

[ Obsah | Rakety a kosmodromy | Saturn ]

Pokud není uvedeno jinak, jsou použité fotografie z NASA (viz. Using NASA Imagery) a dalších volně přístupných zdrojů.