Всем привет!
Т.к. на Дзене теперь больше приветствуются статьи, а не видео, решил попробовать выложить свои ролики в текстовом формате. Для тех, кому так удобнее воспринимать информацию.
Итак, сегодня начнем с ракет семейства Сатурн. В программе «Аполлон» их было использовано три: «Сатурн-1», «Сатурн-1В» и «Сатурн-5». Ракета «Сатурн-1» имела высоту 55 метров, стартовую массу порядка 510 т и могла выводить на околоземную орбиту полезную нагрузку около 9900 кг, т.е. почти 10 т.
В качестве основы скелета для этой ракеты была взята более ранняя маломощная ракета Вернера фон Брауна «Редстоун». На нее, как на стержень, были надеты 8 баков с керосином и кислородом в качестве топлива и окислителя, и, соответственно, 8 двигателей H-1. Суммарная тяга этой первой ступени на тот момент составляла порядка 670 т. В качестве топлива использовались кислород и керосин.
Вторая ступень, получившая название «Сатурн-4»,или S-IV в качестве топлива использовала жидкий кислород и водород. Там стояло 6 двигателей RL-10, суммарная тяга которых была порядка 40 т. Эта ракета использовалась на ранних этапах программы «Аполлон» для беспилотных испытательных пусков. Но к этому мы еще вернемся.
Ее модернизацией стала ракета «Сатурн-1В». Ее высота уже составляла 68 метров, стартовая масса увеличилась до 590 т. Суммарная тяга двигателей первой ступени была увеличена до 720 т. Наибольшей модернизации подверглась вторая ступень, которая теперь получила название «Сатурн-4В» (S-IVB). Ее масса выросла с 50 до 118 т в заправленном виде, а сухой вес – с 5 до 12 т. примерно.
Главным отличием была замена 6 двигателей RL-10 на один двигатель J-2, тяга которого составляла чуть больше 90 т. Следующей интересной конструктивной особенностью этой ступени стало то, что американские инженеры для экономии по высоте и по массе ракеты решили между баками с жидким кислородом и жидким водородом сделать одну общую перегородку, переборку.
Это позволило сократить высоту ракеты примерно на 3 м и за счет обшивки и других убранных конструктивных деталей сократить массу примерно на 10 т. В общем, такая неплохая экономия. Но, как всегда в американских программах, вся экономия на массе по сути является экономией на безопасности. Потому что делать единую переборку между баками с двумя такими активными взрывоопасными реагентами, как жидкий водород и жидкий кислород, это довольно смелое решение американских инженеров.
Здесь есть еще несколько моментов. Первый: за счет того, что жидкий водород имеет крайне низкую температуру кипения (-253 градуса) и, благодаря своей легкости, имеет свойство пропотевать через стенки баков, в которых он содержится. Второй момент: такая низкая температура баков должна была неизбежно приводить к обледенению, покрытию инеем стенок этой ступени.
Однако ни на ракете «Сатурн-1В», где эта ступень была второй ступенью, ни на ракете «Сатурн-5», где эта же ступень («Сатурн-4В») использовалась уже в качестве третьей ступени, мы этого не видим. Т.е. первые ступени этих ракет, в которых заправлены жидкий кислород и керосин (температура кипения жидкого кислорода гораздо выше, всего лишь -180 градусов), мы отчетливо видим покрытыми инеем. А более высокие вторые, которые должны иметь более низкую температуру, этим инеем не покрыты.
В некоторых источниках встречаются упоминания о том, что, якобы, баллоны с жидким водородом были покрыты некой теплоизоляцией толщиной примерно 5 см. Однако, на рисунках и схемах мы никакой теплоизоляции не видим.
Соответственно, полезная нагрузка, выводимая ракетой «Сатурн-1В», возросла до 18-21 т., по разным источникам И эта ракета использовалась уже для орбитальных полетов кораблей «Аполлон» на околоземную орбиту.
В самом начале 60-х годов предполагалось использовать ракеты «Сатурн-3» или «Сатурн-4», полезная нагрузка которых должна была составлять примерно 30-36 тонн. С помощью них предполагалось за 3-4 пуска выводить на околоземную орбиту составные части лунного поезда, там их состыковывать и отправлять к Луне.
Но уже в 1962 г. было объявлено о строительстве ракеты «Сатурн-5». «Сатурн-5» – самая большая, самая мощная ракета в истории человечества. Ее высота уже была 110 м, диаметр 10 м. Максимальная взлетная масса для миссии «Аполлон-16» составляла 2975 т. Суммарная тяга двигателей первой ступени была примерно 3400 т. Там стояла связка из пяти двигателей F-1, каждый с тягой 690 т. В качестве топлива использовались керосин и жидкий кислород.
Вторая и третья ступени ракеты использовали в качестве топлива жидкий водород и жидкий кислород. На второй ступени стояло 5 двигателей J-2, суммарная тяга ее составляла примерно 500 т.
И в качестве третьей ступени использовалась уже упомянутая ступень «Сатурн-4В», на которой стоял один двигатель J-2 с тягой порядка 90-100 т. Но в ракете «Сатурн-5» этот двигатель должен был уже включаться дважды: первый раз примерно на 2,5 минуты для выведения полезной нагрузки на околоземную орбиту (у «Сатурна-5» эта полезная нагрузка составляла 146 т, и включала в себя, соответственно, корабль «Аполлон», лунный модуль и непосредственно третью ступень с остатками топлива). А к Луне она могла доставить уже полезную нагрузку около 46 т.
Соответственно, второй раз этот двигатель третьей ступени должен был включиться после выведения на околоземную орбиту и проверки всех систем. И включиться он должен был еще примерно на 6 минут для так называемого лунного впрыска, то есть для того, чтобы подтолкнуть вот этот лунный поезд к Луне.
Всего было изготовлено 3 наземных макета «Сатурн-5», один из которых для тренировки рабочих космодрома по сборке и доставке ракеты на стартовую площадку, и 15 ракет для полета в космос. Из них 13 ракет были запущены, две оставшихся были сразу списаны и положены на лужайки в музеях.
Стоимость одного запуска «Сатурна-5» составляла около 188 миллионов долларов. Стоимость одного пуска ракеты «Saturn-1B» составляла примерно 55 миллионов долларов, но и там не использованные ракеты были списаны. Т.е. и за эти деньги полезной нагрузки для них не нашлось.
Теперь рассмотрим непосредственно сами пуски этих ракет. И здесь нужно сразу сказать, что ракеты семейства «Сатурн» никогда не вели себя как «приличные» нормальные ракеты. У них не было не то что взрывов на старте, а вообще каких-либо серьезных неполадок.
Итак, с помощью ракеты «Saturn-1» было произведено 10 пусков с 27 октября 1961 г по 30 июля 1965 г. Все 10 пусков были удачные.
С помощью ракеты «Saturn-1B» было произведено 9 запусков, суборбитальных и орбитальных. Все 9 тоже были удачны. Тоже 100% надежность.
Ну, и, наконец, ракета «Saturn-5» летала в космос 13 раз. Из 13 запусков все признаны успешными. Абсолютная 100% надежность. 32 пуска, 32 успеха. Такого в ракетной технике не было ни до, ни после.
Взрывались ракеты Вернера фон Брауна, взрывались «Атласы», успешность полетов которых составляла, в зависимости от модификации, от 50 до 90%. Взрывались ракеты у Королева, у Глушко, и даже у Илона Маска в 21 веке ракеты взрываются на старте. Хотя, он мог бы опереться на 70-летний опыт американского ракетостроения, с помощью современных суперкомпьютеров смоделировать многие ситуации. И, тем не менее, в 21-м веке ракеты взрывались. С «Сатурнами» такого не было никогда.
Рассмотрим эти пуски более детально. Итак, из 10 пусков «Сатурна-1» первые 4 пуска вообще были без второй ступени. Это были суборбитальные запуски. Вместо второй ступени там был баллон с водой, который на разной высоте они взрывали для различных экспериментов. Один раз они этот баллон не взорвали, непонятно почему. То ли просто не взорвался, то ли решили вывести его на более высокую орбиту.
И только последние 4 пуска «Сатурна-1» были с масса-габаритным макетом корабля «Аполлон», как сказано в описании. Здесь нужно обратить внимание на такой момент: это был не готовый корабль «Аполлон». Это был некий алюминиевый макет с массой корабля «Аполлон». И, более того, с центром тяжести настоящего корабля «Аполлон».
Нюанс заключается в том, что полностью заправленный корабль «Аполлон» весит более 23 т. А «Сатурн-1» мог вывести полезную нагрузку 9,9 т (округлим до 10). Если же корабль «Аполлон» не заправлен, пустой, то его вес порядка 11 тонн: 5,5 т весит командный модуль, и примерно столько же весит сервисный модуль без топлива. И, соответственно, если корабль «Аполлон» не заправлен, то центр тяжести находится в другом месте.
Более того, в последних трех пусках «Сатурна-1» вместе с этим масса-габаритным макетом корабля «Аполлон» выводились еще и спутники «Пегас-1», «Пегас-2» и «Пегас-3», которые имели массу около 1.5т
Соответственно, полезная нагрузка была еще больше. Она явно превышала 11 т при максимальной нагрузке в 10т. Кто подталкивал эту лишнюю массу в тонну, полторы или больше, остается загадкой.
Итак, первые 10 пусков «Сатурна-1» все были признаны успешными. Первый запуск Сатурна-1В состоялся 26 февраля 1966 года. Он был суборбитальным, и признан успешным, несмотря на то, что в баках сервисного модуля корабля «Аполлон» упало давление, позже командный модуль потерял управление, его закрутило, и он плюхнулся в океан с перегрузками примерно в 10g. Тем не менее, пуск был признан абсолютно успешным. Он имел индекс AS-201.
Что это значит? В начале программы «Аполлон» не было привычной нам нумерации «Аполлон-1», «2», «3» и т.д. Пуски на ракете «Сатурн» обычно обозначались как AS-100-е (т.е. Аполлон-Сатурн, 100-й). Это там, где запускались масса-габаритные макеты. Пуски на «Сатурне-1B», соответственно, обозначались как AS-200-е (т.е. Аполлон-Сатурн, 200-й). Ну, и, соответственно, пуски на «Сатурне-5» обозначались как АS-500-е.
Итак, первый пуск на «Saturn-1B» был признан успешным. Второй запуск состоялся 5 июля того же 1966 года. Это был АС-203 (да, АS-203 слетал раньше, чем АS-202). Он также считается успешным, хотя корабля «Аполлон» в нем вообще не было, он не нес полезной нагрузки. Его целью было испытать поведение остатков топлива, т.е. жидкого водорода в невесомости. Остатки эти повели себя плохо: на седьмом витке ступень «Сатурн-4B» разорвало, говорят, что на 37 мелких осколков. Но, тем не менее, полет был признан успешным.
И 25 августа 1966 года состоялся запуск корабля АS-202. Запуск этот считается в разных источниках по-разному: где-то пишут, что он был уже орбитальный, где-то – суборбитальный. Путаница, вероятно, вызвана тем, что корабль также несколько потерял управление и, поэтому, упал уже в Тихий океан. Т.е. пролетел больше половины земной орбиты, витка полноценного сделать не смог, но улетел довольно далеко. Его долго потом искали в Тихом океане. Видимо, поэтому данные в источниках разнятся.
Далее, в феврале 1967 года должен был состояться полет АS-204. Но на стартовой площадке 27 января 1967 года во время испытаний произошел пожар в кабине «Аполлона», в котором погиб экипаж из Гриссома, Уайта и Чаффи. И уже позже, задним числом, по просьбе родственников погибших и других астронавтов эти испытания решили считать, как условный полёт «Аполлона-1». Т.е. это, как бы, были первые испытания корабля «Аполлон» с экипажем. Хотя, он «Аполлоном-1», по сути, не был.
Далее состоялся, всё-таки, полёт АS-204. По-другому он называется «Аполлон-5». Хотя, опять же, корабля «Аполлон» на ракете не было. В этот раз ракета «Сатурн-1B» выводила на околоземную орбиту только лунный модуль, где пробовали включение его двигателей. Включение прошло успешно, соответственно, и полёт был признан успешным.
Ну, и, наконец, последний полет Сатурна-1В уже по лунной части программы «Аполлон» состоялся 11 октября 1968 года. Это был первый пилотируемый полёт «Аполлона», «Аполлон-7», который был выведен на околоземную орбиту и сразу с первого полёта провёл там 11 суток. Позже с помощью ракеты «Сатурн-1B» были произведены пуски трёх экспедиций на «Аполлонах» к станции «Skylab» и самый последний полёт в 1975 году – полёт по программе «Союз-Аполлон». На этом эксплуатация ракеты «Сатурн-1B закончилась. 10 успешных пусков из 10.
Переходим к ракете «Сатурн-5». Первый её запуск состоялся 9 ноября 1967 года. Это беспилотный полёт «Аполлона-4». Первый же полёт был сразу признан успешным. Корабль был просто выведен на околоземную орбиту.
Далее, 4 апреля 1968 года, состоялся полёт «Аполлона-6». Однако, в этом полёте с ракетой «Сатурн-5» случились, так называемые, колебания POGO, вызывающие очень сильные вибрации. В принципе, они могут привести к разрушению всей ракеты.
Но в данном полёте это привело к разрушению двух топливо проводов второй ступени, из-за чего из пяти двигателей второй ступени включились только три. Но считается, что они смогли компенсировать не работающие двигатели. А двигатель третьей ступени включился только один раз, т.е. только для выведения на околоземную орбиту. Включить его второй раз для транслунного впрыска уже не удалось. Поэтому, кораблю Аполлон пришлось за счет своего двигателя подниматься на высокую эллиптическую орбиту с апогеем 20 тыс км , чтобы оттуда вернуться на Землю со скоростью близкой ко 2-й космической (11.2 км/с). Но этого ему сделать не удалось. Скорость была несколько меньше. Тем не менее, полёт был признан полностью успешным, зачётным. Комиссия признала ракету «Сатурн-5» абсолютно годной для полёта с экипажем. И третий беспилотный испытательный полет был отменён. Сразу было решено, что следующий полёт будет уже с экипажем. Так оно и оказалось – это стал запуск «Аполлона-8» 21 декабря 1968 года.
Это был первый полёт с экипажем на ракете «Сатурн-5», всего лишь второй пилотируемый полёт корабля «Аполлон». И он сразу был отправлен к Луне. Но, поскольку лунный модуль ещё не был готов, то Аполлон-8 совершил 10 витков вокруг Луны, и через 6 дней успешно приводнился в океане.
Ну, и далее с помощью ракеты «Сатурн-5» были осуществлены все остальные полёты «Аполлонов» по лунной программе: и на околоземную орбиту уже вместе с лунным модулем, и полёты к Луне. Последний полёт «Сатурна-5» состоялся в мае 1973 г, когда с её помощью была выведена на околоземную орбиту станция «Skylab». Итого – 13 успешных запусков из 13. Абсолютная 100% надёжность.
В общем, эти показатели для книги рекордов Гиннесса. Собственно, эта ракета и так там находится по своим масса-габаритным и мощностным характеристикам. Но и по показателям надёжности ей там самое место. Было ли такое когда-нибудь ещё до или после в истории ракетостроения?
Здесь надо ещё заметить такой момент. Ведь, ракеты «Сатурн», особенно «Сатурн-5», не были модернизацией какой-то сверх надёжной и уже отработанной ракеты. Ракеты создавались практически с нуля. Особенно это касается ракеты «Сатурн-5»: там всё было новое, были новые мощные двигатели, новые крайне реактивные топлива (жидкий водород, жидкий кислород). И, однако, всё отработало без проблем.
Мне могут возразить, но были же успешные пуски «Сатурна-1». Ещё раз напомню: «Сатурн-1», 4 из 10 пусков были вообще без второй ступени. Вторая ступень, которая была сильно модернизированным вариантом разгонного блока «Кентавр» (который до этого ставился на «Атласах», там этот блок работал через раз, с успешностью порядка 60-80%).
Здесь, толком не добившись слаженной работы шести маломощных двигателей RL-10, сразу поставили один мощный двигатель J-2 с тягой 90 или почти 100 т. Этот двигатель никогда не проходил лётных испытаний, только стендовые. И тем не менее, все его запуски были признаны успешными. Соответственно, позже эта же ступень, «Сатурн-4В», использовалась в «Сатурне-5».
У скептиков, или, как нас иногда называют, – сторонников лунного заговора, – к ракете «Сатурн-5» есть ещё одна претензия. Первая ступень ракеты должна была отработать порядка 160 секунд и вывести ракету на высоту порядка 70 км со скоростью около 2,7 км/с. Вторая ступень должна была отработать порядка 5 минут и вывести ракету уже на высоту 185 км со скоростью 6,9 км/с, то есть практически достичь первой космической скорости. И, наконец, третья ступень вначале должна была отработать примерно 2,5 минуты для выведения на околоземную орбиту и ещё примерно 6 минут для транслунного впрыска.
Но, доктор наук А.И.Попов и доцент ВГИКа Л.В.Коновалов подробно рассмотрели кадры запуска «Аполлона-11», которые снимал Фил Полейши. Что же они обнаружили? Что примерно на сотой секунде полёта ракета пересекает слой перистых облаков (это примерно 7, 8, может быть 9, ну возьмём по максимуму 10 км). Т.е. за первые 100 сек полёта она преодолела только десятую часть той высоты, на которую должна была выйти. За оставшиеся 60 секунд ей нужно было достичь высоты 70 км и скорости 2,7 км/с.
Некоторые мне могут возразить: ну да, ну подумаешь, она медленно разгонялась, ничего страшного, поработает чуть дольше. Нет, в ракетной технике это так не работает. Это в автомобиле: если вы едете с меньшей скоростью, вы приедете из точки А в точку Б не за 10 минут, а за 15, ничего страшного. Здесь всё не так. У вас есть ограниченный запас топлива, который вырабатывается за определённое время. Он должен выработаться за эти 160 секунд, после чего и сама ступень, отработав своё, должна быть отброшена.
Соответственно, если вы не достигли нужной высоты и нужной скорости, то значит вы её уже и не достигнете. А если вы не достигли необходимой скорости (первой космической) для выхода на околоземную орбиту, то вы на эту околоземную орбиту и не выйдете. Что это может означать и какую гипотезу выдвигают скептики? Они считают, что ракета «Сатурн-5» не только не могла доставить к Луне полезную нагрузку порядка 46 т, но и вывести на околоземную орбиту хоть сколько-нибудь полезной нагрузки.
Соответственно, с мыса Канаверал взлетал загримированный муляж, т.е. какая-то маломощная ракета, не дозаправленная, пустотелая по сути, без всякой полезной нагрузки, и, отработав перед многотысячной толпой картинку запуска, через какое-то время и небольшое расстояние просто падала в океан. Вот такая есть версия на этот счет.
На этом на сегодня закончу. Если статья вызовет интерес, в следующей продолжу про наследие ракет семейства Сатурн. Куда они все делись, почему от них отказались и т.д.