Сатурн C-3 - Saturn C-3

Сатурн C-3
Предлагаемая конфигурация Saturn C-3 Apollo.jpg
Предлагаемая конфигурация Saturn C-3 и Apollo (1962 г.)
ФункцияЛЕО и Лунный ракета-носитель
ПроизводительБоинг (S-IB-2 )
североамериканский (S-II-C3 )
Дуглас (S-IV )
Страна происхожденияСоединенные Штаты
Стоимость за запуск43,5 миллиона
Стоимость в год1985
Размер
Высота269,0 футов (82,0 м)
Диаметр320 дюймов (8,1 м)
Масса1,023,670 фунтов (464,330 кг)
Этапы3
Вместимость
Полезная нагрузка для ЛЕО
Масса100000 фунтов (45000 кг)
Полезная нагрузка для GTO
Масса50000 фунтов (23000 кг)
Полезная нагрузка для TLI
Масса39000 фунтов (18000 кг)[1]
Сопутствующие ракеты
СемьяСатурн
ПроизводныеСатурн INT-20, Сатурн ИНТ-21
Сопоставимый
История запуска
Положение делПредложен (1961)
Запустить сайтыКосмический центр Кеннеди, SLC 37 (планируется)
Первая ступень - S-IB-2
Длина113,10 футов (34,47 м)
Диаметр320 дюймов (8,1 м)
Пустая масса149945 фунтов (68,014 кг)
Масса брутто1,599,433 фунтов (725,491 кг)
Двигатели2 Rocketdyne F-1
Толкать3,000,000 фунт-сила (13,000 кН)
Удельный импульс265 сек (на уровне моря)
Время горения139 секунд
ТопливоРП-1 /LOX
Вторая стадия - S-II-C3
Длина69,80 футов (21,28 м)
Диаметр320 дюймов (8,1 м)
Пустая масса54978 фунтов (24938 кг)
Масса брутто449840 фунтов (204,040 кг)
Двигатели4 Rocketdyne J-2
Толкать800000 фунт-сила (3600 кН)
Удельный импульс300 сек (на уровне моря)
Время горения200 секунд
ТопливоLH2 / LOX
Третий этап - S-IV
Длина61,6 футов (18,8 м)
Диаметр220 дюймов (5,6 м)
Пустая масса11,501 фунтов (5,217 кг)
Масса брутто111500 фунтов (50600 кг)
Двигатели6 Rocketdyne RL-10
Толкать90000 фунтов силы (400 кН)
Удельный импульс410 с
Время горения482 секунды
ТопливоLH2 / LOX

В Сатурн C-3 была третьей ракетой в Сатурн Серия C изучалась с 1959 по 1962 год. Проект был разработан для трехступенчатой ​​ракеты-носителя, способной запускать 45 000 кг (99 000 фунтов) в низкая околоземная орбита и отправить на Луну 18 000 кг (40 000 фунтов) через транслунная инъекция.[2][1]

Предложение президента США Кеннеди от 25 мая 1961 г. явная цель для посадки на Луну с экипажем подтолкнуло НАСА к укреплению требований к ракете-носителю для посадки на Луну. Неделей ранее Уильям Флеминг (Управление программ космических полетов, штаб-квартира НАСА) возглавил специальный комитет для проведения шестинедельного исследования требований для посадки на Луну. Решив, что прямой всплытие является наиболее осуществимым, они соответствующим образом сконцентрировали свое внимание и в конце 1965 года предложили полеты вокруг Луны с использованием ракеты-носителя Saturn C-3.

В начале июня 1961 года Брюс Ландин, заместитель директора Исследовательского центра Льюиса, провел недельное исследование шести различных возможностей встречи. Альтернативы включали сближение с околоземной орбитой (EOR), сближение с лунной орбитой (LOR), сближение с Землей и Луной, а также сближение на поверхности Луны с использованием конструкций Saturn C-1, C-3 и Nova. Комитет Лундина пришел к выводу, что рандеву имеет явные преимущества перед прямым восхождением, и рекомендовал сближение на околоземной орбите с использованием двух или трех Сатурн С-3.[3]

7 сентября 1961 года НАСА объявило, что государственная Артиллерийский завод Мишуд Рядом с Новым Орлеаном, штат Луизиана, будут производиться и собираться первая ступень Saturn C-3, а также более крупные аппараты в программе Saturn. Финалистами стали два государственных завода в Сент-Луисе и Новом Орлеане. Высота заводской крыши в Мишуде означала, что ракета-носитель с восемью F-1 двигатели (Нова класс, Сатурн C-8 ) не мог быть построен; четыре или пять двигателей (первая ступень) должны быть максимальными (Сатурн C-5 )

Это решение положило конец рассмотрению возможности использования ракеты-носителя класса Nova для прямого восхождения на Луну или в качестве спутника большой грузоподъемности с Saturn C-3 для сближения с околоземной орбитой.

Дизайн лунной миссии

Встреча на околоземной орбите

Центр космических полетов Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама, разработал Встреча на околоземной орбите предложение (EOR) для программы Apollo в 1960-1961 гг. В предложении использована серия небольших ракеты половина размера Сатурн V запускать различные компоненты космический корабль направился на Луну. Эти компоненты будут собраны в орбита вокруг земной шар, а затем отправили на Луну через транслунная инъекция. Чтобы проверить и подтвердить выполнимость подхода EOR для программы Apollo, Project Gemini была создана с этой целью: «Произвести сближение и стыковку с другой машиной (Автомобиль-мишень Agena ), а также для маневрирования комбинированного космического корабля с использованием двигательной установки корабля-цели ».

Сатурн С-3 был основной ракетой-носителем для сближения с околоземной орбитой. Ракета-носитель состояла из первой ступени, содержащей два Сатурн V F-1 двигателей, вторая ступень вмещает четыре мощных J-2 двигателей, а ступень S-IV от Сатурн I бустер. Была разработана и использовалась только ступень S-IV Saturn C-3, но все указанные двигатели использовались на Сатурн V ракета, которая доставила людей на Луну.[4]

Рандеву на лунной орбите

Концепция чего-либо Рандеву на лунной орбите (LOR) изучался в Исследовательском центре Лэнгли еще в 1960 году. Джон Хубольт В меморандуме Роберта Симанса, защищающего LOR для лунных миссий в ноябре 1961 года, описывается использование ракеты-носителя Saturn C-3 и отказ от сложных больших ускорителей и лунных посадочных устройств.[5]

После шести месяцев дальнейшего обсуждения в НАСА, летом 1962 года, 7 ноября 1962 года предложение исследовательского центра Лэнгли на лунной орбите было официально выбрано в качестве конфигурации миссии для программы Аполлон.[6] К концу 1962 года проект Saturn C-3 был признан ненужным для требований программы Apollo, поскольку более крупные ускорители (Сатурн C-4, Saturn C-5), поэтому дальнейшие работы по Saturn C-3 были отменены.[7]

Варианты и производные

Версии Saturn C-3B, с ядерной производной верхней ступени (1961)

С 1961 года был изучен, предложен и профинансирован ряд вариантов Saturn C-3. Наиболее обширные исследования были сосредоточены на вариантах Saturn C-3B до конца 1962 года, когда было выбрано сближение на лунной орбите и одобрено создание Saturn C-5. Общей темой этих вариантов является первая ступень с тягой на уровне моря (SL) не менее 3 044 000 фунтов силы (13 540 кН). В этих конструкциях использовались два или три Rocketdyne. Двигатели Ф-1 в S-IB -2 или S-IC ступень и диаметром от 8 до 10 метров (от 27 до 33 футов), которая может поднять до 110 000 фунтов (50 000 кг) на низкую околоземную орбиту (НОО).

Отсутствие в 1965 г. ракеты-носителя Saturn C-3 создало большой разрыв полезной нагрузки (LEO) между Сатурн IB грузоподъемностью 21 000 кг (46 000 фунтов) и грузоподъемностью 75 000 кг (165 000 фунтов) двухступенчатого Saturn V. В середине 1960-х годов Центр космических полетов им. Маршалла (MSFC) НАСА инициировал несколько исследований ракеты-носителя, чтобы заполнить этот пробел в полезной нагрузке и расширить возможности семейства Saturn. Три компании представили MSFC предложения по этому требованию: Martin Marietta (производитель автомобилей Atlas и Titan), Boeing (производитель первых ступеней S-1B и S-1C) и North American (производитель второй очереди S-II).

Сатурн C-3B

В Сатурн C-3B Доработка (1961 г.) увеличила суммарную тягу трех ступеней до 17 200 кН. Диаметр первой ступени (S-IB-2) увеличен до 33 футов (10 метров). Возможная первая ступень Saturn V (S-IC) будет использовать тот же диаметр, но прибавит 8 метров к ее длине. Кроме того, к первой ступени был добавлен третий двигатель F-1. Диаметр второй ступени S-II будет 8,3 метра (326 дюймов) и 21,3 метра (70 футов) в длину.

В трехступенчатой ​​версии будет использоваться ступень S-IV диаметром 5,5 метра и длиной 12,2 метра.

Сатурн C-3BN

Основная статья: NERVA

В Сатурн C-3BN ревизия (1961 г.) будет использовать NERVA для третьей ступени этой ракеты-носителя. Технология NERVA изучается и предлагается с середины 1950-х годов для будущих исследований космоса.

Saturn INT-20C, предложение Boeing (1966 г.)

Сатурн INT-20

Основная статья: Сатурн INT-20

7 октября 1966 года Боинг представил в Центр космических полетов им. Маршалла НАСА окончательный отчет «Исследования усовершенствованных аппаратов Сатурн V и аппаратов промежуточной полезной нагрузки». В этом отчете Сатурн INT-20, промежуточная двухступенчатая ракета-носитель с первой ступенью S-1C с тремя или четырьмя двигателями F-1 и S-IVB в качестве второй ступени с одним двигателем J-2. Грузоподъемность корабля для НОО составит от 45 000 до 60 000 кг, что сопоставимо с более ранней конструкцией Saturn C-3 (1961 г.). Boeing планировал доставку и первый полет в 1970 году на основе решения 1967 года.

Постаполлонское развитие

Потребность в ракете-носителе мощностью Сатурн С-3 (45 тонн на НОО) сохранялась и за рамками программы «Аполлон». Космический стартовый комплекс 37 станции ВВС на мысе Канаверал, первоначально предназначенный для обслуживания Сатурна I и I-B, планировался для возможного использования Сатурн С-3, но он был отключен в 1972 году. В 2001 году Boeing отремонтировал комплекс для его Дельта IV Ракета-носитель EELV. Вариант Delta IV Heavy может поднимать до НОО только 22,5 тонны.

1986 год Катастрофа космического корабля "Челленджер" и 2010 Система космического запуска Программа привела к обновленным предложениям по производным Saturn C-3 с использованием двигателей Rocketdyne F-1A с существующими бустерными сердечниками и инструментами (10 м - Saturn S-IC сцена; 8,4 м - Внешний бак Space Shuttle; 5,1 м - Общее бустерное ядро ​​Delta IV ).

Джарвис

Основная статья: Джарвис (ракета)

После Космический шатл Претендент катастрофа, ВВС США (USAF) и Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) провели совместное Расширенная система запуска учеба (1987-1990). Hughes Aircraft и Boeing очистили предыдущий проект Saturn C-3 и представили свое предложение по Джарвис ракета-носитель.

Джарвис будет трехступенчатой ​​ракетой высотой 58 м (190 футов) и диаметром 8,38 м (27,5 футов). Разработанный для подъема 38 тонн на НОО, он будет использовать ракетные двигатели F-1 и J-2 и инструменты на хранении из ракетной программы Saturn V, а также новейшие технологии эпохи Shuttle, чтобы обеспечить более низкие затраты на запуск.[8]

Пириос

Pyrios - это усовершенствованная концепция бустера, предложенная в 2012 г. Динетика для использования в НАСА Система космического запуска тяжелая ракета-носитель. Пириос должен был использовать РП-1 /LOX F-1B, модернизированный вариант двигателя F-1A, построенный компанией Aerojet Rocketdyne. Разработанный на более поздних этапах программы Apollo, F-1A прошел испытания, но так и не полетел. Некоторые из них были созданы и сохранены Rocketdyne. Компания также поддерживает программу сохранения знаний о F-1 / F-1A для своих инженеров на протяжении всего периода консервации двигателя. Сейчас Dynetics проводит испытания компонентов двигателя, извлеченных из хранилища. Pyrios должен был использовать те же точки крепления, что и пятисегментные SRB.[9]

Бустер Dynetics присоединит в этих точках и применять тягу к верхней тяги пучка в сердцевине СЛС, а не на дне. Как и первая ступень Saturn C-3, предлагаемый ускоритель Dynetics будет использовать два традиционных двигателя F-1 (A).[10][11]

Менеджер отдела перспективных разработок SLS НАСА указал, что предложение Pyrios было жизнеспособным.[12]

Запланированный на 2015 год конкурс в поддержку SLS Block 1A был отменен после того, как исследования и испытания определили, что усовершенствованный ускоритель привел бы к неприемлемо высокому ускорению и плохим сценариям прерывания (пилотируемый экипаж).[13]. Основываясь на выводах этого исследования, НАСА отменило конфигурацию SLS Block 1A.[14]

Потребность в Advanced Booster с SLS Block 2 не ожидается до конца 2020-х годов.

Смотрите также

Рекомендации

Встроенные цитаты

  1. ^ а б Молодой, Энтони. Двигатель Saturn V F-1: история "Аполлона". С. 21–23.
  2. ^ «Сатурн С-3». Astronautix.com. Получено 8 июн 2012.
  3. ^ Бенсон, Чарльз Д .; Уильям Барнаби Фээрти (1978). «4-8». Moonport: история пусковых установок и операций Apollo. НАСА (SP-4204). Получено 7 февраля 2013.
  4. ^ Билстен, Роджер Э. (1980). Этапы к Сатурну. НАСА SP-4206. С. 48–63.
  5. ^ Билстен, Роджер Э. (1980). Этапы к Сатурну. НАСА SP-4206. п. 63.
  6. ^ «Свидание, которое было почти пропущено: рандеву на лунной орбите и программа« Аполлон »». Исследовательский центр НАСА в Лэнгли. Декабрь 1992 г.. Получено 8 июн 2012.
  7. ^ Дэвид М. Ривз; Майкл Д. Шер; Алан В. Уилхайт; Дуглас О. Стэнли (2005). «Пересмотр решения об архитектуре рандеву на лунной орбите Аполлона» (PDF). Национальный аэрокосмический институт, Технологический институт Джорджии. Архивировано из оригинал (PDF) 27 октября 2014 г.. Получено 8 июн 2012.
  8. ^ «Ракета-носитель Джарвис». Astronautix.com. Получено 8 июн 2012.
  9. ^ Стивен Кларк (18 апреля 2012 г.). «Ракетные компании надеются перепрофилировать двигатели Saturn 5». Космический полет сейчас.
  10. ^ Крис Бергин (9 ноября 2012 г.). «Dynetics и PWR стремятся ликвидировать конкуренцию бустеров SLS с мощностью F-1». Spaceflight.com.
  11. ^ Ли Хатчинсон (14 апреля 2013 г.). «Новый ракетный двигатель F-1B модернизирует конструкцию эпохи Аполлона с тягой 1,8 млн фунтов». ars technica.
  12. ^ «SLS Block II стимулирует исследования углеводородных двигателей». thespacereview.com. 14 января 2013 г.
  13. ^ «Испытания в аэродинамической трубе проводились на конфигурациях SLS, включая блок 1B». NASASpaceFlight.com.
  14. ^ Бергин, Крис. «Продвинутые ускорители продвигаются к прочному будущему для SLS». NasaSpaceFlight.com. Получено 25 февраля, 2015.

Библиография

  • Бильштейн, Роджер Э, Этапы к Сатурну, Типография правительства США, 1980. ISBN  0-16-048909-1. Прекрасный отчет об эволюции, дизайне и развитии ракет-носителей «Сатурн».
  • Стулингер, Эрнст и др., Astronautical Engineering and Science: От Пенемюнде до планетарного пространства, Макгроу-Хилл, Нью-Йорк, 1964.
  • Лаборатория реактивного движения; Отчет НАСА - 2 октября 1961 г .; Некоторые взаимосвязи и долгосрочные последствия концепций C-3 Lunar Rendezvous и Solid Nova. Доступно по адресу: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19740072519_1974072519.pdf.
  • Роберт П. Смит, Офис проектов Аполлона, Отчет НАСА, Проект Аполлон - описание корабля Saturn C-3 и Nova.. 25 июля 1961 г. Доступно по адресу: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19790076768_1979076768.pdf.
  • НАСА, "Встреча на орбите Земли для ранней пилотируемой посадки на Луну", pt. I, «Сводный отчет исследования специальной целевой группы» [Отчет Хитона], август 1961 г.
  • Дэвид С. Акенс, Иллюстрированная хронология Сатурна: первые одиннадцать лет существования Сатурна, апрель 1957 г. - апрель 1968 г., 5-е изд., MHR-5 (Хантсвилл, Алабама: MSFC, 20 января 1971 г.).
  • Исследование Boeing, Центр космических полетов им. Маршалла, «Заключительный отчет - Исследования усовершенствованных аппаратов Сатурн V и транспортных средств средней полезной нагрузки», 7 октября 1966 г., доступ по адресу: http://www.astronautix.com/data/satvint.pdf

Эта статья включаетматериалы общественного достояния с веб-сайтов или документов Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства.