TEMA BROJA

Dragan Lazarević

Čovek na Mesecu / „Saturn 5“

Stvaranje džinovske rakete

Brojni projekti leta na Mesec započeti su u SAD i pre političke odluke da se takav poduhvat ostvari. Krajem pedesetih godina prošlog veka, inženjerski tim NASA-e je projektovao džinovsku petostepenu raketu nazvanu „nova“ koja bi imala startnu masu oko 3000 t i koja bi mogla da direktnim letom spusti kapsulu mase 3,6 t, sa 2 ili 3 astronauta, na Mesečevu površinu. Posle spuštanja četvrtog stepena sa stajnim nogama i obavljene misije na površini Meseca, startom petog stepena kapsula bi bila upućena prvo u Mesečevu orbitu a potom i ka Zemlji.

Posle odluke tadašnjeg predsednika SAD, Džona Kenedija da se započne ostvaranje projekta leta na Mesec, počinje ozbiljan razvojni put raketa nosača serije „saturn“, po koncepciji Vernera fon Brauna. Obzirom da raketu nosač, mase oko 3000 t, nije bilo moguće konstruisati odmah zbog velikog broja tehničkih nepoznanica (do tada, najveća raketa u SAD „titan 2“ imala je startnu masu od samo 150 t) započelo se sa razvojem rakete srednje veličine i poletne mase oko 500 t, pod nazivom „saturn 1“.

Prethodnica džinovske naprave  

Raketa „saturn 1“ je razvijana tako da se, primenom tehnoloških rešenja postojećih raketa, što je moguće pre dođe do rakete nosača srednje veličine. Prvi stepen „saturna 1“ predstavlja snop koji čini trup balističke rakete „jupiter“ (koji je ujedno i rezervoar za tečni kiseonik) okružen sa osam trupova raketa „redstone“. Oni su i rezervoari naizmenično napunjeni kerozinom ili tečnim kiseonikom. Izrađeni su od lima Al legura visoke mehaničke otpornosti; sferni rezervoari, pod visokim pritiskom gasovitog  kiseonika i azota, namenjeni održavanju pritiska u rezervoarma, izrađeni su od staklenih vlakana i sintetičkih smola. Kiseonik (u gasnom stanju) je dopunjavao rezervoare sa tečnim kiseonikom a azot rezervoare sa kerozinom. Raketu je pokretalo osam motora „h1“ (svaki potiska 855 MN), raspoređenih po rasporedu temena manjeg kvadrata obuhvaćenog većim spoljnim kvadratom. Unutrašnji motori su bili nepokretni dok su spoljašnji bili u svojevrsnim kardanskim ležištima, što je omogućavalo pomeranje po dvema ugaonim koordinatama. Kombinacijom ugaonih pomeranja svakog pojedinačnog motora, upravljalo se letom rakete sa mogućnošću obrtanja oko sve tri njene ose. Masa prvog stepena „s1“, napunjenog gorivom, iznosila je 440 t a praznog 54 t. Glavni proizvođač je bila kompanija „Chrysler“.

Prvo lansiranje samo prvog stepena je obavljeno 27. oktobra 1961, pri čemu je postignuta visina 137 km. Potom su usledila još dva lansiranja samo prvog stepena rakete „saturn 1“ („sa 2“ i „sa 3“).
Drugi stepen, sa oznakom „s IV“, imao je masu 50 t kada je bio napunjen gorivom - a kada je bio prazan - 8,1 t. Bio je pokretan sa šest raketnih motora „rl 10“ - svaki potiska po 66,7 kN, koji su koristili tečni vodonik i kiseonik i svi bili uglovno pokretni (vektorski promenljive sile potiska). Ovaj stepen je prvi put lansiran u misiji „sa 4“, 1963. Prilikom narednog lansiranja („sa 5“) 1964. prazan stepen je sa balastnim teretom uveden u Zemljinu orbitu.

Prve ljudske žrtve

Narednim lansiranjima („sa 6 i 7“) postavljani su modeli komandno-servisnog modula „apola“ u Zemljinu orbitu, a 1965. su u misijama „Sa 8, 9 i 10“, pored modela „CSM apola“, lansirani i sateliti „pegasus“ koji su razvijali velike panele namenjene za detekciju udara mikrometeorita.
Usledila je nova varijanta rakete „saturn 1B“. Prvi stepen je bio sa nešto jačim motorima „h 1“, potiska 911 kN, ali je drugi stepen „s IVB“ bio potpuno nova i znatno veća konstrukcija sa jednim motorom na tečni vodonik i kiseonik „j 2“, potiska 1000,8 kN, koji je mogao da se, posle gašenja, ponovo upali. Masa stepena „sIV B“ je bila (u početnoj varijanti) 121 t, sa gorivom, a prazan oko 13 t. Ukupna masa „s1B“ je iznosila 589 t, a u Zemljinu orbitu je mogao da podigne 18 t.
„Saturn 1B“ je tri puta probno lansiran, 1966. Prva misija, pod oznakom „as 201“ bila je samo suborbitalni let testiranja CSM Apolo; druga „as 203“ je uvela olakšan SIV B sa balastnim teretom u Zemljinu orbitu, pri čemu je simulirano ponovno paljenje motora. Treći let „as 202“ je „apolo CM“, posle suborbitalnog leta, vratio u atmosferu. Naredni let „s1B“ („as 204“) je trebalo da, početkom 1967, podigne astonaute u Zemljinu orbitu ali je, u toku priprema, došlo do požara u kapsuli „apola 1“ pri čemu su poginuli astronauti Virdžil Grisom, Edvard Vajt i Rodžer Čefi. Raketa nosač nije bila oštećena pa je iskorišćena, početkom 1968, za prvo lansiranje lunarnog modula (bez posade, naravno) u Zemljinu orbitu pod oznakom „apolo 5“.
Sledeće lansiranje „s1B“ je bilo oktobra 1968. kada je lansiran „apolo 7“ sa posadom u Zemljinu orbitu. Time je uloga „saturna 1B“, u cilju pripreme rakete „saturn 5“ završena ali se, posle završetka programa letova na Mesec, raketa „s1B“ koristila za lansiranje „apola“ u Zemljinu orbitu. Tri puta su, u kapsulama „apolo“ slate posade na orbitalnu stanicu „skajlab“ i za misiju spajanja „apola“ i „sojuza“, 1975.

Razdvojiti na Zemlji, spojiti u orbiti?
 
U toku eksperimenata sa „saturnom 1“, planirana je i prelazna varijanta „c3“, startne mase oko 1000 t. Razmatrana je mogućnost da se, odvojenim lansiranjima, pošalju u Zemljinu orbitu „apolo csm“ i lunarni modul „lm“, kao i stepen za lansiranje ka Mesecu iz više segmenata, gde bi se spojili u kompoziciju i potom lansirali. Takva koncepcija je nazvana „EOR“ (Earth Orbit Rendezvous), ali se pokazala kao složenija i riskantnija od lansiranja celog kompleksa jednom džinovskom raketom. Ta koncepcija je odbačena i počelo je stvaranje kosmičkog džina, rakete „saturn 5“.
Treći stepen „saturna 5“, sa oznakom „sIVB“, već je bio isproban kao drugi stepen „saturna 1B“, ali su najveći problem predstavljali prvi i drugi stepen „saturna 5“. Prvi stepen „s1C“ je izradila komanija „Boeing“, u pogonu u Nju Orleansu. Do Kejp Kenedija je prevožen brodom. Prečnik „s1C“ je iznosio 10 m a visina 42 m.  Masa praznog stepena iznosila je 131 t a napunjenog kerozinom i tečnim kiseonikom oko 2318 t. Te veličine varirale su prema potrebama misije „S5“.

Bio je pokretan sa pet motora „f1“ ukupnog potiska 34 MN, pri čemu su spoljna četiri bila u kardanskim ležištima i ugaono pokretna a centralni je bio nepokretan. Ti motori, svaki mase po 10 t, bili su proizvod kompanije „Rockerdyne“; to su najjači motori na tečno gorivo ikada proizvedeni. Trošili su ukupno 15 t kerozina i tečnog kiseonika u sekundi, po osvarivanju punog potiska. Paljenje motora je vršeno 8,9 sec, pre starta rakete, pri čemu je prvo upaljen centralni motor a potom, u razmaku od 0,3 sec, i spoljni motori da bi se ublažio udar sile potiska na korpus rakete.
Bilo je potrebno 7 sec da bude postignut puni potisak i još 1,9 sec da poseban sistem koji drži raketu spojenu sa lansirnom podlogom da je otpusti i da ona počne da polako kreće naviše, pri čemu se ravnoteža održava promenom uglova sile potiska pokretnih spoljnih motora.
Drugi stepen „sII“ je imao isti prečnik kao i prvi, 10 m; bio je dug 24,8 m. Masa sa gorivom, tečnom vodonikom i tečnim kiseonikom, iznosila je oko 480 t, a masa praznog 37 t. Primenjena je novina u konstrukciji: tečni vodonik i kiseonik su bili odvojeni termoizolacionom pregradom u jednom rezervoaru, što je smanjilo masu stepena za 3,6 t u odnosu na konstrukciju odvojenih rezervoara. „SII“ je bio pokretan sa pet motora „j2“, ukupnog potiska 5,1 MN, pri čemu su spoljna četiri bila ugaono upravljiva a centralni je bio nepomičan. Pojedinačna masa motora je bila oko 2 t, a brzina isticanja gasova oko 4100 m/s. Proizvođač „sII“ je bila kompanija „North American Aviation“ u fabrici u Kaliforniji, odakle je, brodom, kroz Panamski kanal, prevezen do Kejp Kenedija.
Treći stepen „sIVB“ je, pored navedenog nepokretnog motora „j2“ i manevarskih potiskivača, imao posebne motore postavljene sa strane (ullage motors) koji, prilikom ponovnog starta u bestežinskom, daju malo ubrzanje, pri čemu je, usled inercije, dolazilo do sleganja tečnog vodonika i kiseonika (rasturenih u velike kaplje u nultoj gravitaciji) na dno rezervora, što je omogućavalo neprekidano izvlačenje pumpama. „SIVB je proizvodila kompanija „Mc Donnel Douglas“. Od fabrike u Kaliforniji do Kejp Kenedija je prevožen avionom posebno proširenog trupa nazvanog „super guppy“.
Na vrhu trećeg stepena je bio instrumentalno upravljački odsek ukupne mase oko 2 t, proizvod kompanije „IBM“.

Od lansirnog poligona do orbite

Raketa „saturn 5“ je sklapana od pojedinačnih stepena u montažnoj zgradi VAB (Vertical Assembling Building), visokoj oko 200 m. Ukupna visina „saturna 5“ sa kosmičkim brodom „apolo“ i raketnom kulom za spasavanje kapsule na vrhu iznosila je 111m.
Do lansirnog poligona L39A, raketa je prevožena postavljena na  postolje sa lansirnom rampom džinovskim (crawler) transporterom nosivosti oko 6000 t, pokretanim sa četiri gusenična pogonska sistema.
Na lansirnom poligonu je obavljano punjenje rakete gorivom. Paljenjem motora i lansiranjem rakete, pumpe bacaju na poligon nekoliko hiljada tona vode da mlaz plamena ne istopi podlogu i betonsku osnovu. Prvi stepen radi oko 2,5 minuta, pri čemu se postiže visina od 67 km i brzina 2,3 km/s a horizontalna udaljenost oko 93 km. Prvo se gasi centralni motor a potom spoljna četiri (procedura CECO i OECO). Potom se prvi stepen odbacuje pa sledi odbacivanje prstenastog spoja sa drugim stepenom i paljenje njegovih motora. Drugi stepen SII koristi centralni motor 4,5 minuta a spoljne motore oko 6 min, kada se i oni gase. Tada je postignuta visina od 175 km: udaljenost je 4200 km i brzina 7 km/s. Sledi odbacivanje konusnog spoja sa trećim stepenom i paljenje njegovog motora koji radi oko 2 min, postiže prvu kosmičku brzinu i ulazi u tzv. parking orbitu na visini od 185 km, sa ukupnom masom „apola“ CSM i LM i SIVB, sa preostalim gorivom od 135 t. Na toj visini kosmička letelica može da napravi samo nekoliko obilazaka oko Zemlje jer je jonosfera usporava pa bi se, u slučaju nekog otkaza misije u toj fazi, „apolo“ spontano vratio u atmosferu.
Posle dva obilaska oko Zemlje, ponovo se pali motor trećeg stepena koji radi oko 6,5 min, postiže drugu kosmičku brzinu i „apolo“ je usmeren na translunarnu putanju. Posle odbacivanja 4 dela konusnog prelaznog odseka u kojem je lunarni modul, spajanjem CSM „apola“ sa njim i odvajanjem od „sIVB“, uloga „saturna 5“ kao rakete nosača u misiji leta ka Mesecu je obavljena.
Ukupna startna masa „sV“ je iznosila oko 3000 t, pri čemu različiti izvori informacija navode različite vrednosti (kreću se u granici od 2940 t do 3050 t). Pri tome se ne navodi na koju misiju se odnosi navedeni podatak jer su naredne konstrukcije „s5“ bile modifikovane u odnosu na prethodne a i ispunjenost rezervoara gorivom se razlikovala od misije do misije.
„Saturn 5“ je mogao da podigne u nisku (oko 300 km visine) Zemljinu orbitu 118 t, a ka Mesecu da pošalje 45 t - kolika je i bila masa komandno-servisnog i lunarnog modula „apola“.

Misije pre „apola 11“

Prvo lansiranje rakete „saturn 5“ obavljeno je 9. novembra 1967. (SA 501), pri kome su svi stepeni obavili predviđenu funkciju a  „apolo 4“ bez posade je uspešno testiran.
Druga proba (SA 502) je 4. aprila 1968. podigla „apolo 6“ bez posade u Zemljinu orbitu - ali nije uspeo drugi start motora „j2“ trećeg stepena tako da su obavljena smo tri kruženja u niskoj orbiti. To je bio jedini otkaz od svih letova ove rakete.
Konačno je treći let rakete „saturn 5“ poneo astronaute „apola 8“ ka Mesecu, 21.decembra 1968. Odlukom političkog vrha SAD, jedna misija ka Mesecu je morala da se obavi tokom 1968. Postojala je mogućnost da SSSR obavi cirkumlunarni let sa posadom bez ulaska u Mesečevu orbitu, što su sonde pod nazivom „zond 5 i 6“ (u stvari, „sojuzi“ bez orbitalnog odseka) već obavile, čime bi prestiž SAD bio umanjen. Lunarni modul tada nije bio spreman pa je doneta odluka da se obavi neplanirana misija u Mesečevu orbitu.
Pošto je masa CSM „apola“ bez lunarnog modula 0,67 mase za koju je projektovan „sV“, a sistem za upravljanje nije predviđen za znatno manji teret, napravljen je model lunarnog modula „lta b“ mase oko 9 t. Navodno je bio napravljen od gvožđa i betona. Pošto je treći stepen „sIVB“ poslao „apolo 8“ na putanju ka Mesecu, napustio je Zemljino gravitaciono polje i ušao u putanju oko Sunca.
Sledeće lansiranje „sV“ obavljeno je 3. marta 1969, kada je „apolo 9“ lansiran u Zemljinu orbitu. Treći stepen je radio  samo 127 sec i, posle odvajanja „apola 9“ i lunarnog modula drugim a potom i trećim paljenjem motora „j2“ je izbačen „sIVB“ na putanju oko Sunca.
U poslednjoj pripremnoj misiji „sa 505“, 18. maja 1969. lansiran je  „apolo 10“ ka Mesecu. Treći stepen „saturna 5“ je prošao na rastojanju 3245 km od Meseca i ušao u heliocentričnu putanju.
Tokom svih lansiranja, koja su prethodila letu „apola 11“ raketa nosač „saturn 5“ je pokazala visoku pouzdanost i omogućila ostvarenje cilja zbog kojeg je i konstruisana.
Lansiranjem „apola 11“ ka Mesecu, treći stepen je prošao na 4334 km od Meseca i takođe ušao u orbitu oko Sunca. U misijama „apola 13-17“, treći stepen „saturna 5“ je usmeravan da udari o Mesec da bi, izazivanjem potresa i detekcijom seizmičkih talasa (instrumentima postavljenim od „apola“ 11-16) bilo vršeno proučavanje Mesečeve unutrašnje strukture.

Džin je otišao u istoriju

Posle lansiranja „apola 12-17“, obavljeno je poslednje 13 lansiranje „saturna 5“, 14. maja 1973. kada je u dvostepenoj varijanti podigao orbitalnu stanicu „skajlab“, mase 75 t, u Zemljinu orbitu, na oko 434 km visine. Pri tome je drugi stepen (42 t mase sa izvesnom količinom goriva) postigao tu orbitu, što do tada nije bilo obavljeno. Dok nije bio vraćen u atmosferu, predstavljao je  pojedinačni objekat najvećeg promera koji je bio lansiran u orbitu.
Posle toga „saturn 5“ nije više korišćen. U vremenu 1967-1969. proizvedeno je 15 „saturna 5“ spremnih za let, od kojih su dva neiskorišćena; ostala su kao muzejski eksponati. Sigurno da je bilo još dosta kosmičkih poduhvata koji su mogli da se obave ovom raketom, ali je donesena odluka da se raketa više ne koristi tako da je postala deo istorije početka kosmičkih misija, vremena velikog poleta i očekivanja.
„Saturn 5“ će ostati upamćen kao raketa najveće poletne mase i nosivosti u Zemljinu orbitu. Po potisku motora jedino je sovjetska raketa „n 1“ (45 MN) bila jača - ali je njen razvoj, posle četiri neuspeha, bio prekinut.
Za sada nema rakete koja bi prevazišla, po moći, „saturn 5“. Nosač „sts“ kojeg NASA već dugo razvija u varijanti „block 1“ moći će da ponese u orbitu oko Zemlje teret od 70 t, a varijanta „block 2“ moći će da ponese 130 t. Raketa „bfr“ Ilona Maska, projektovane startne mase 4200 t i nosivosti 150 t, je u početnoj fazi razvoja tako da će, tek sredinom naredne decenije, kosmički džin iz prošlosti verovatno biti nadmašen raketama sasvim drugačije tehnologije.
Od velikog poduhvata iz prošlosti  ostala su sredstva koja su pomogla ostvarenje i drugih kosmičkih projekata. Zemaljska infrastruktura koja je izgrađena za program „Saturn 5 – apolo“ koju čine zgrada VAB, džinovski transporter i lansirni poligoni L39, služili su u programu „Spejs šatl“ a služiće i novoj džinovskoj raketi „sts“.
Od „saturna 5“ ostali su u kosmosu prazni stepeni „sIVB“ koji se kreću oko Sunca, četiri iz navedenih misija, i jedan u vrlo visokoj orbiti oko Zemlje, dvostruko dalje od Meseca, iz misije „Apolo 12“. Oni će, možda, budućem kosmičkom čovečanstvu (koje će moći da dođe do njih) biti tehnološki spomenici iz vremena pionirskih letova u kosmos.

Dragan Lazarević

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"