После долгого разбора причины пожара на ракете-носителе «Сатурн-5» остался вопрос:
— Как конструкция его первой ступени смогла выдержать такое факельное шествие?
Ведь температура горения керосина в воздухе при давлении в одну атмосферу доходит до 800°С, а бак горючего изготовлен из алюминиевого сплава 2219-Т87 ("Оба бака имеют цельносварную конструкцию, выполненную из алюминиевого сплава 2219"), способного нести нагрузки только до температуры 315°С?
Температура пламени, охватившего бак горючего снаружи, была заметно ниже 800 °С благодаря двум причинам:
- Горел не чистый керосин, а керосин, разбавленный инертным газом — гелием.
- Процесс горения происходил где-то там в вышине при давлении гораздо меньше, чем давление атмосферы на уровне земли.
Поэтому температура стенки бака с наружной стороны была немного меньше рабочей температуры алюминиевого сплава 2219-Т87.
Согласно послеполётному отчёту миссии "Аполлон-6" (в нём "Фаер-шоу Сатурн-5" трактуется как затягивание продуктов сгорания двигателей в вихревую зону волнового срыва потока, которая окружила корпус ракеты снаружи), температура передней части конических обтекателей, изготовленных из того же сплава 2219-Т87, достигала величины 300°С (573°K).
Надо полагать, что такая же температура была и у наружной поверхности бака горючего из-за разгулявшегося факельного шествия детища штурмбаннфюрера СС, ведь вершина конического обтекателя сопрягается с оболочкой этого бака.
Но в НАСА такое положение дел сочли вполне допустимым для "полётов" на Луну.
Как вам такое?
Температура стенки бака горючего с наружной стороны 300°С, а рабочая температура алюминиевого сплава 2219-87Т до 315°С.
Ещё б немного.
Ещё б чуть-чуть, и
знаменитые старты американских «лунных» ракет-носителей «Сатурн-5» были бы невозможны.
"Великий шаг всего человечества" был сделан всего на волосок от провала.
Но всё обошлось.
Поскольку жар пламени, бушевавшего вокруг бака горючего, не смог повысить температуру стенок бака до её предельного значения, то тем более он был бессилен против конструкции хвостового отсека, конических обтекателей двигателей и стабилизаторов. Все они были рассчитаны на работу в условиях высоких температур, источником которых были двигатели F-1.
Вот что написано у И. И. Шунейко в «ПИЛОТИРУЕМЫЕ ПОЛЕТЫ НА ЛУНУ. КОНСТРУКЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ SATURN V APOLLO».
Количество тепла, выделяемое двигателями F-1, составляет 9760 ккал/м2 (80% тепла передается излучением от пламени) . Поэтому конструкция и оборудование в донной части ступени закрыты керамической теплоизоляцией М-31, которая состоит из волокнистого титана с высоким коэффициентом отражения, асбестового волокна и связующего вещества (коллоидная двуокись кремния).
Изоляция работает при уровне шума 164 дб и удельном тепловом потоке 65 ккал/ /м2сек.
Обтекатели защищают периферийные двигатели от аэродинамических нагрузок и тем самым снижают усилия, необходимые для их поворота.
Конструкция обтекателей состоит из шпангоутов, лонжеронов и подкрепленной обшивки.
Хвостовая часть обтекателей сделана из титана и нержавеющей стали, так как расчетная температура в этой зоне равна 650° С. Остальная часть конструкции сделана из алюминиевого сплава.
Четыре трапецевидных стабилизатора ступени обеспечивают устойчивость ракеты-носителя при максимальном скоростном напоре и имеют площадь 7 м2 каждый. Конструкция состоит из лонжеронов и нервюр, отстоящих на 25 см друг от друга, и обшивки. Материал обшивки титан 6А1—4V (температура задней и передней кромок стабилизатора 1093 и 400—480° С соответственно)
Стойкость конструкции хвостового отсека, конических обтекателей двигателей и стабилизаторов была заметно выше 300°С. Тем более двигателям F-1 «Фаер-шоу Сатурн-5» было нипочём...
Ан нет.
Что-то всё-таки отвалилось от ракеты и вернулось обратно на матушку-землю.
Это зафиксировано в видео «Apollo 11 Lift Off» с Ютуб.
Это событие отпечаталось на двух кадрах в виде дымного следа. Поэтому это не царапина на киноплёнке.
Кроме того, на кадрах кинохроники, снятых с самолёта наблюдения, вокруг одного из двигателей F-1 виден огонь.
Горение в этой области открывается нашему взгляду сразу после погасания огромного факела «Фаер-шоу Сатурн-5». А прекращается оно примерно секунд за десять до отключения периферийных двигателей первой ступени ракеты-носителя «Сатурн-5».
Что там горит?
Высокая температура вывела из строя уплотнители гидроприводов, которые отклоняют двигатели, висящие на карданном подвесе?
Поэтому из них брызжет керосин?
А может, что-то другое повреждено? Нашим очам это не разглядеть.
Однако этот прогар свидетельствует о силе «Фаер-шоу Сатурн-5». Пламя всё-таки достаточно злое.
И выходит, это не просто шоу света и огня, а самый настоящий пожар.
Но пожар в районе одного из периферийных двигателей первой ступени ракеты-носителя «Сатурн-5» — это пустячное событие. Ведь больше не было никаких последствий для конструкции гиганта американского ракетостроения, и он справился со своей задачей несмотря ни на что.
И всё благодаря тому, что на борту ракеты, уносящей «Аполлон-11» ввысь, отсутствовала взрывчатка.
Смешно?
Откуда взяться взрывчатке на космической ракете-носителе?
Но запуски ракет — дело серьёзное и ответственное. Поэтому на первой ступени «Сатурн-5» должна была устанавливаться система дистанционного подрыва. Или, как её назвали создатели, «система распыления топлива». Описание этой системы можно посмотреть, например, в полётной инструкции миссии «Аполлон-9».
СИСТЕМА РАСПЫЛЕНИЯ ТОПЛИВА Система распыления топлива S-IC обеспечивает прекращение полета Saturn V, если его траектория полета выходит за установленные пределы или если это создает угрозу безопасности во время разгона S-IC. Система установлена на ступени в соответствии с требованиями 127.9 Регламента Восточного испытательного полигона ВВС (AFETR) и 127.1 Руководства по безопасности. Система распыления топлива - это двухканальную систему с параллельным резервированием, состоящую из двух частей. Радиочастотная часть принимает, декодирует и управляет командами распыления топлива. Часть взрывной цепи состоит из... (рис. 4-24)
Такая же система дистанционного подрыва монтировалась на второй ступени ракеты-носителя «Сатурн-5».
Система распыления топлива (PDS) S-IVB прекращала полет корабля во время первого включения двигателя на наддуве, если траектория полета корабля выходила за установленные пределы или если продолжение полета корабля создавало угрозу безопасности. PDS можно было спасти после сброса стартовой аварийно-спасательной вышки. Система была установлена в соответствии с Положением 127-9 Восточного испытательного полигона ВВС (AFETR) и Руководством по безопасности AFETR 127-1. S-IVB PDS представляла собой двухканальную систему с параллельным резервированием, состоящую из радиочастотного сегмента, который принимал, декодировал и управлял командами ... Кумулятивные заряды были заряжены гексогеном из расчета 150 гран на фут. Две сборки прорезали две параллельных щели длиной 20,2 фута со стороны резервуара LH2. Одна сборка проделала отверстие диаметром 47 дюймов в днище бака LOX. После отключения двигателя S-IVB PDS электрически блокировалась командой с земли
Вот так. "Кумулятивные заряды были заряжены гексогеном..."
Короче говоря, система самоуничтожения обеспечивает ликвидацию ракеты при её неисправности или отклонении от заданной траектории полёта.
В русской космической отрасли используют другой подход в решении этой проблемы.
В российских ракетах-носителях применяется автоматическая система увода неисправной ракеты в сторону от стартового стола, что позволяет избежать разрушения инфраструктуры космодрома.
Чтобы избежать риска повреждения зданий и угрозы жизни людей, полеты совершаются только над незаселенными территориями
Однако, в отечественных ракетах военного назначения наличие системы самоуничтожения обязательно.
За рубежом такие системы должны быть и на боевых ракетах и на космических ракетах-носителях.
Кстати, по просьбе французской стороны, мы поставили подобную систему на комплекс ракеты-носителя «Союз-СТ», стартующей с космодрома Куру.
Но вернёмся к первой ступени ракеты-носителя «Сатурн-5».
В вышеупомянутой инструкции не сказано о месте расположения зарядов: находятся они на внутренней поверхности стенки баков или на внешней. На кинокадрах стартующих «Сатурнов-5» тоже ничего на внешней поверхности не заметно.
В другом описании первой ступени ракеты-носителя Сатурн-5 изображена схема установки всех зарядов с внешней стороны.
В способе размещения зарядов с внешней стороны есть своя логика.
Существует способ обезвреживания взрывных устройств с помощью глубокого охлаждения их сжиженными газами. То есть, если разместить заряды внутри баков, то в баке с жидким кислородом они потеряют свои взрывчатые свойства. Следовательно, они должны устанавливаться снаружи. Скорее всего, и для бака с горючим использовался такой же способ монтажа. То есть со стороны бушующего пламени.
Из полётных инструкций, на которые была ссылка выше, точно известно что в зарядах системы распыления топлива использовался гексоген.
Для справки
Гексоген
Гексоген характеризуется высокой чувствительностью к механическим воздействиям: удару 70…90 % — нижний предел — 70 мм, трению без кварцевого песка 150 МПа. С целью снижения чувствительности гексоген флегматизируют воскоподобными веществами.
Температуру 185 °С выдерживает в течение 2,5 ч.
Температура плавления 204 — 205 °С.
Температура вспышки 220 — 230 °С.
Ранее уже цитировалось:
Температуры на алюминиевой передней части обтекателей попали в узкую полосу, достигнув максимальной температуры 573°K...
Согласно графику из этого послеполётного отчёта
"узкая полоса" температуры 300°С воздействовала на заряды бака горючего в течении 20 секунд. Думаю для взрывчатых веществ это много.
Кроме того, если бы эти заряды были установлены на ракете, то они, помимо температурного фактора, подвергались бы действию вибрации.
Вибрационное воздействие на взрывчатые вещества, как и ударное, также фатально. Более того, в отличие от удара оно многократно повторяется, несколько раз за секунду с частотой этой вибрации. Это кратно повышает риски несанкционированного подрыва.
Графики из послеполётного отчёта Аполлон-4
Конечно, гексоген флегматизируют, а в производстве взрывчатых веществ, как ни странно, используют и нагрев, и вибрацию. Но не с такими же виброускорениями при температуре 300 °С.
Поэтому мне видится весьма сомнительным присутствие зарядов взрывчатых веществ на борту ракет, которые в каждом запуске были охвачены пожаром.
Скорее всего, конструкция ракеты-носителя «Сатурн-5» миссии «Аполлон-11», да и всех других «лунных» миссий, имела отклонения от проекта в этой части. И "лунные" ракеты уходили в полёт без системы дистанционного подрыва.
Ведь американские ракетчики не дураки, чтоб доводить дело до такого случая!
Выходит так, что ракета-носитель «Сатурн-5» на самом деле не имела системы дистанционного подрыва. Это противоречило американским регламентам. Поэтому её нельзя было принять в эксплуатацию ни в качестве космического носителя, ни в качестве межконтинентальной баллистической ракеты.