Il
Saturn V
e un
razzo multistadio
a
propellente liquido
,
non riutilizzabile
, usato dalla
NASA
nei programmi
Apollo
e
Skylab
. E il modello fisicamente piu grande mai prodotto della
famiglia di razzi Saturn
sviluppata sotto la direzione di
Wernher von Braun
e di
Arthur Rudolph
al
Marshall Space Flight Center
.
Un totale di 13 Saturn V furono lanciati tra il
1967
e il
1973
e tutti i lanci si conclusero con successo. Il carico principale per cui questi razzi furono utilizzati fu la serie di missioni Apollo che permisero a
12 astronauti
di atterrare sulla
Luna
; e stato l'unico mezzo in grado di portare l'uomo su un altro corpo celeste.
Tutti i Saturn V furono lanciati dal
Launch Complex 39
, appositamente costruito al
John F. Kennedy Space Center
. Il controllo della missione veniva trasferito al
Johnson Space Center
di
Houston
(
Texas
) non appena il
razzo
lasciava la rampa di lancio.
Nei primi
anni sessanta
l'
Unione Sovietica
raggiunse diversi traguardi nel settore spaziale prima degli
Stati Uniti
: su tutti il lancio del primo
satellite artificiale
Sputnik 1
nel
1957
e il primo volo umano nello spazio con
Jurij Gagarin
nel
1961
. Il traguardo successivo, che avrebbe permesso a chi lo avesse raggiunto di essere visto dal resto del mondo come leader del settore spaziale, era il raggiungimento della
Luna
da parte di un uomo. Saturn V fu il
razzo
con cui gli Stati Uniti decisero di lanciare la corsa allo
spazio
.
Il 25 maggio
1961
, il
presidente
John F. Kennedy
annuncio a una sessione speciale del
Congresso
che gli Stati Uniti si sarebbero impegnati nell'obiettivo di mandare un uomo sulla Luna prima della fine del decennio
[1]
[2]
[3]
.
A quel tempo, l'unica esperienza degli Stati Uniti nel volo spaziale umano era rappresentata dal
volo suborbitale
di
Alan Shepard
nella missione
Mercury 7
. Nessun
razzo
posseduto dagli statunitensi era in grado di inviare una
navicella
sulla Luna. Il razzo
Saturn I
era ancora in fase di sviluppo e non era mai decollato ed inoltre con le sue piccole dimensioni sarebbero occorsi diversi lanci per mettere in
orbita
tutte le componenti di un modulo lunare.
All'inizio del progetto, la NASA studio tre differenti architetture per delle missioni lunari: il
rendezvous in orbita terrestre
(
Earth Orbit Rendezvous
o EOR)
[4]
[5]
costituito da una serie di razzi piccoli con un carico parziale da montare in orbita, l'ascesa diretta e il rendezvous in orbita lunare (
Lunar orbit rendezvous
o LOR)
[6]
.
Anche se in un primo momento la NASA respinse l'idea dello scenario LOR perche considerato poco sicuro, quest'ultimo fu in seguito rivalutato e infine adottato sia per la sua semplicita, sia considerando che il suo sviluppo, richiedendo minor tempo, avrebbe permesso di centrare l'obiettivo nei tempi prestabiliti
[7]
[8]
[9]
.
Il vantaggio piu significativo dello scenario LOR era che non richiedeva, contrariamente all'ascesa diretta, un razzo di dimensioni tali come avrebbe dovuto essere il lanciatore
Nova
previsto in un primo momento
[8]
.
La realizzazione della missione lunare LOR comunque richiese lo sviluppo di un lanciatore molto piu potente di quelli disponibili nel
1960
. La progettazione del nuovo veicolo di lancio fu assegnata al team diretto da
Wernher von Braun
. Il 10 gennaio 1962, la NASA annuncio la costruzione del Saturn V, all'epoca chiamato Saturn C-5. Nel 1963 fu costruito il primo motore. Dopo anni di progetti e test, il primo volo del razzo avvenne il 9 novembre
1967
, con a bordo la capsula senza equipaggio
Apollo 4
.
Saturn V e l'ultimo razzo della
famiglia di veicoli di lancio Saturn
, sviluppato nel 1960 presso il
Marshall Space Flight Center
(MSFC).
Il razzo
Saturn C-1
fu il primo progetto avviato dalle squadre dirette da
Wernher von Braun
, nell'aprile del
1957
, per sviluppare veicoli di lancio per varie applicazioni sia militari che civili. Questi progetti avevano il nome di "
Super Jupiter
" e "Juno" prima di essere ribattezzati come "Saturn", nel febbraio
1959
.
In seguito si arrivo a progettare il
Saturn C-2
che fu presto abbandonato a favore del
Saturn C-3
che utilizzava gia due motori F-1 per il primo stadio, quattro motori J-2 per il secondo e dieci motori
RL-10
per il terzo
[9]
. Prima di essere fatta la scelta definitiva sullo scenario da seguire per la missione lunare, la NASA aveva previsto di utilizzare il C-3 come razzo vettore per lo scenario di rendezvous in orbita terrestre. In questo caso era previsto il lancio di quattro o cinque C-3 per realizzare un'unica missione lunare.
Ma il gruppo di sviluppo guidato da Von Braun sviluppo poco dopo il
Saturn C-4
con prestazioni ancora piu elevate. Esso disponeva di quattro motori F-1 per il primo stadio, un secondo stadio simile al C-3 e un unico motore J-2 per il terzo. Con il C-4 erano necessari soltanto due lanci per realizzare lo scenario di rendezvous in orbita terrestre.
Il 10 gennaio
1962
, la NASA annuncio il programma per costruire il missile C-5. Fu previsto che fosse dotato di cinque motori
F-1
per il primo stadio, cinque motori
J-2
per il secondo e uno per il terzo. Inizialmente, i primi quattro voli dovevano essere dei test, i primi tre in successione per testare il corretto funzionamento dei tre stadi e il quarto come missione senza equipaggio in
orbita lunare
.
A meta del
1962
, la NASA decise di realizzare un piano di test che prevedeva tutte le prove sugli stadi in un unico volo, il che ridusse notevolmente il tempo e il numero dei razzi necessari. Ma tutto cio dipese dal buon funzionamento dei tre stadi fin dal primo lancio.
Nel
1963
, il C-5 fu ribattezzato Saturn V e vennero prodotti i motori dall'azienda
Rocketdyne
. L'anno seguente il motore F-1 ricevette la qualifica completa per essere utilizzato in missioni con equipaggio
[9]
.
Il 9 novembre
1967
si ebbe il primo lancio di un Saturn V con a bordo la navicella spaziale priva di equipaggio
Apollo 4
. Il primo lancio con equipaggio si ebbe nel
1968
con la missione
Apollo 8
che porto gli
astronauti
Frank Borman
(comandante),
James Lovell
e
William Anders
per la prima volta in orbita lunare. Inizialmente questa missione doveva essere soltanto un test del modulo lunare in orbita terrestre. Essendo la realizzazione di quest'ultimo in ritardo, i vertici della NASA decisero di cambiare i piani
[10]
.
Il Saturn V e senza dubbio una delle macchine piu imponenti mai create dall'uomo.
Alto
110,6
m
e largo 10, con una massa a vuoto di 130 t e una superiore a 3000 t a pieno carico, aveva una capacita teorica di lanciare in
orbita bassa
(LEO) 140 tonnellate. Il razzo Saturn V era un dispositivo colossale, per fare un raffronto di dimensioni, il Saturn V era approssimativamente alto come l'
arco de La Defense
a
Parigi
. Il suo primato di grandezza e stato battuto solo dal recente Starship, razzo della Space X.
Saturn V era stato progettato principalmente dal
Marshall Space Flight Center
di Huntsville in
Alabama
sotto la direzione di Wernher von Braun. Molti dei suoi vari componenti sono stati progettati da diversi appaltatori.
I progettisti decisero fin dall'inizio di usare al massimo la tecnologia gia utilizzata per il
Saturn I
nel Saturn V. Cosi il terzo stadio S-IVB del Saturn V era basato sul primo stadio S-IV del Saturn I. Allo stesso modo, la strumentazione di bordo che controllava il volo del Saturn V possedeva caratteristiche in comune con quelle di Saturn I.
Il Saturn V e stato l'oggetto piu grande mai fatto volare dall'uomo, secondo solo allo Starship di Space X, venuto quasi 50 anni dopo. Paragonabile per stazza ad una "nave volante", infatti era talmente pesante che la sua massa nel momento del decollo era pari a quella di una piccola nave da battaglia. Quando veniva lanciato dal Cape Kennedy, generava piccole scosse sismiche percepibili dai sismografi di tutto il Paese e le vibrazioni erano tali che, anche a
5
km
di distanza, chi assisteva al lancio veniva scosso da queste. Per la grande quantita di carburante che aveva, veniva considerato una "bomba volante" e soltanto tre persone potevano infrangere il limite di sicurezza dei 3 km: gli astronauti. Infatti, se qualcosa fosse andato storto, chi si fosse trovato vicino avrebbe potuto subire gravi lesioni all'udito, oltre che rischiare di essere colpito dai detriti dell'esplosione.
Tranne che per uno dei suoi voli, il razzo Saturn V fu sempre composto in tre stadi (S-IC, S-II e S-IVB) e una zona dedicata alla strumentazione di controllo. Tutti e tre gli stadi utilizzavano l'
ossigeno liquido
(LOX) come
ossidante
. Come propellente, inoltre, il primo stadio utilizzava
Cherosene
(RP-1), mentre il secondo e il terzo
idrogeno
liquido (LH2). I tre stadi furono anche dotati di piccoli motori a combustibile solido, utilizzati per dare una
spinta
aggiuntiva della durata di pochi
secondi
al razzo per favorire la separazione degli stadi durante il lancio e garantire che i propellenti liquidi fossero sempre in fondo ai serbatoi in modo da avere un corretto funzionamento delle pompe. Gli stadi furono sviluppati da diversi appaltatori per conto della NASA.
Lo stadio S-IC fu costruito dalla
Boeing
presso il
Michoud Assembly Center
a
New Orleans
, dove venne in seguito costruito anche il
serbatoio esterno dello Space Shuttle
. Come per la maggior parte degli stadi dei razzi, quasi tutta la massa delle
2
000
t
al decollo era costituita dal propellente, in questo caso il
cherosene RP-1
e l'
ossigeno liquido
.
Lo stadio era alto 42 metri per 10 m di diametro e forniva una
spinta
di 3 500 t
[11]
per le prime 38
miglia
di salita (61 km)
[12]
.
I cinque motori
F-1
, di cui era dotato, possedevano una dislocazione a croce. Il motore centrale era fisso, mentre i quattro piu esterni erano in grado di ruotare, grazie a dei
martinetti
idraulici
, allo scopo di guidare il razzo.
Lo stadio S-II era costruito dalla
North American Aviation
a
Seal Beach
, in
California
. Come propellente utilizzava ossigeno e idrogeno liquidi e i suoi cinque motori
J-2
avevano una disposizione simile a quelli di S-IC. Il secondo stadio era utilizzato per accelerare il Saturn V attraverso gli strati superiori dell'
atmosfera
, grazie a
5
MN
di spinta. A carico completo, il 97% del peso era dato dal propellente.
Invece di avere una struttura propria posta tra i due serbatoi di propellente, come la S-IC, S-II ne possedeva una di base comune tra il fondo del serbatoio del LOX e la parte superiore del serbatoio di LH2. La separazione era realizzata grazie a due fogli di
alluminio
realizzati in una struttura a nido d'ape. Essa era in grado di fornire un
isolamento termico
tra i due serbatoi che possedevano una differenza di
temperatura
di 70
°C
.
Lo stadio S-IVB era prodotto dalla
Douglas Aircraft Company
a
Huntington Beach
, in
California
. Possedeva un motore J-2 che utilizzava lo stesso propellente di S-II. L'S-IVB possedeva inoltre anche una struttura di base comune per separare i due serbatoi. Questo stadio veniva utilizzato due volte nel corso di una missione lunare, la prima volta in orbita dopo aver finito l'utilizzo del secondo stadio e poi veniva acceso una seconda volta per inserire il complesso in una
traiettoria di inserzione lunare
(
Trans Lunar Injection
o TLI).
Due sistemi di propulsione ausiliaria a combustibili liquidi venivano utilizzati per un controllo di assetto durante il passaggio dall'
orbita
parcheggio alla traiettoria di inserzione lunare. I due sistemi ausiliari erano anche utilizzati per garantire un corretto posizionamento dei propellenti prima della seconda accensione.
L'S-IVB era l'unico stadio del razzo Saturn V abbastanza piccolo da essere trasportato per via
aerea
, in questo caso grazie al
Super Guppy
.
L'apparecchiatura di controllo, prodotto dalla
IBM
, era posizionata al di sopra del terzo stadio, tale strumentazione veniva realizzata presso il
Space System Center
di
Huntsville
. Il computer di bordo controllava le operazioni da prima del decollo fino al termine dell'accensione del S-IVB. Qui erano inclusi tutti i
sistemi di guida inerziale
e di
telemetria
. Grazie alla misurazione dell'
accelerazione
e all'
altitudine
raggiunta dal razzo, era possibile calcolare la posizione e la velocita del razzo e approntare le corrette modifiche di traiettoria.
Nel caso che si fosse verificato un guasto che avesse richiesto la distruzione del razzo, il pilota poteva inviare un segnale per far esplodere le cariche di
esplosivo
collocate al di fuori del razzo stesso. Cio avrebbe creato delle rotture nei serbatoi di propellente per consentire al combustibile di disperdersi rapidamente. In questo caso l'equipaggio avrebbe potuto abbandonare il lanciatore grazie al
Launch Escape System
e portarsi a distanza di sicurezza per poi effettuare un
ammaraggio
di emergenza. Dopo aver espulso la torre di salvataggio, le cariche venivano comunque disinnescate.
Il rivale
sovietico
del Saturn V (
1963
1967
) era il
razzo
N1
(
1966
1977
). Saturn V era piu pesante e molto meno potente (34
MN
contro i 46 MN del N1) ma aveva un carico utile maggiore del razzo sovietico, grazie all'utilizzo dell'idrogeno, piu efficiente del
cherosene
negli stadi superiori.
Inoltre, N1 non riusci mai a compiere la separazione del primo stadio con successo. La decisione di utilizzare cinque motori molto potenti per il primo e per il secondo stadio del Saturn V rese la configurazione molto piu affidabile di quella formata dai 30 piccoli motori del N-1. Questa scelta di architettura fu imposta dal progettista
Sergei Korolev
in quanto non erano disponibili motori singoli con prestazioni sufficienti e si rifiuto di prendere in considerazione l'utilizzo di
propellenti ipergolici
piu potenti ma estremamente
tossici
. A dimostrare la sua affidabilita, Saturn V era addirittura in grado di recuperare la perdita di un motore sia nel primo che nel secondo stadio. Questa circostanza si verifico in effetti nelle prime fasi del volo di
Apollo 13
, quando a causa di
oscillazioni pogo
il motore centrale del secondo stadio ando in avaria; il problema fu immediatamente risolto aumentando la spinta degli altri propulsori
[13]
.
Dei quattro lanci di prova effettuati dal N1, tutti si conclusero in un fallimento catastrofico durante la prima fase del lancio e questo porto all'abbandono del programma da parte dei sovietici.
Nel 1976, l'Unione Sovietica avvio lo sviluppo del razzo
Energia
, un lanciatore pesante pensato in particolare per le navette
Buran
. Aveva la capacita di portare circa 100 tonnellate in un'orbita terrestre bassa (LEO), 20 in
orbita di trasferimento geostazionaria
e 10 in
orbita lunare
[14]
. Erano previsti inoltre dei potenziamenti in modo da portare carichi maggiori, paragonabili o superiori a quelli del Saturn V, tuttavia la produzione del razzo e cessata nel 1989, due anni prima della dissoluzione dell'Unione Sovietica, con la cessazione del progetto.
Lo
Space Shuttle
genera una
spinta
massima di 34,5 MegaNewton al decollo
[15]
e puo teoricamente inserire in
orbita bassa
29 tonnellate di
carico utile
[16]
(escludendo nel conto la massa della stessa navetta), circa un quarto del Saturn V. Se s'include la massa della navetta, il carico utile ammonta a 112 tonnellate. Un confronto sarebbe equivalente alla massa totale orbitale del terzo stadio S-IVB, che era di 140 976 kg per la missione
Apollo 15
.
Il solo veicolo spaziale in sviluppo che attualmente ha dimostrato di poter superare i limiti del Saturn V e costituito da Starship, un veicolo spaziale completamente riutilizzabile prodotto da SpaceX.
Esso e costituito da due stadi: il primo chiamato SuperHeavy capace di generare 74,5 MN di spinta grazie ai suoi 33 motori Raptor alimentati da Metano e Ossigeno liquidi, e il secondo, Starship, navetta contenente il carico utile, dotata di 6 motori Raptor (di cui 3 ottimizzati per il vuoto), che generano un spinta di 14,7 MN.
La capacita di carico in LEO di Starship e di 150 tonnellate.
Starship ha gia effettuato 2 voli di test, raggiungendo una altitudine di 150km e dimostrando di raggiungere e superare fasi delicate quali la massima pressione dinamica e la separazione dei due stadi.
Un altro confronto possibile e con il razzo
Ariane 5
(sviluppato dall'
Agenzia Spaziale Europea
), capace di inviare circa 10 tonnellate in
orbita di trasferimento geostazionaria
e 20 tonnellate in
orbita bassa
.
Il razzo statunitense
Delta IV Heavy
e in grado di inserire 13,1 tonnellate in
orbita di trasferimento geostazionaria
(GTO). Infine, il razzo
Atlas V
in grado di inviare 25 tonnellate in
orbita bassa
e 13,6 tonnellate in orbita GTO.
Il
Titan IV
(in operazione fino al 2005), generava una spinta approssimativa di 17 MN e aveva la capacita di trasportare 21700 kg in orbita bassa e 5800 kg in orbita geostazionaria di trasferimento.
Attualmente il
Falcon Heavy
, progettato e costruito dalla Space Exploration Technologies (
SpaceX
), e considerato il razzo orbitale piu potente in operazione, essendo in grado di trasportare
63
800
kg
di carico utile in orbita terrestre bassa (LEO) o
26
700
kg
in orbita di trasferimento geostazionaria (GTO) grazie alla spinta di quasi
23
MN
generata dai suoi 27 motori
Merlin
a livello del mare
[17]
.
Nonostante sia naturale fare confronti tra le prestazioni dei vari razzi vettori, si dovrebbe tuttavia fare attenzione nella loro valutazione. I valori sono comunque teorici in quanto calcolati in base alle caratteristiche dei motori e non con dati effettivamente misurati durante il funzionamento. Inoltre, essi non risultano essere sempre costanti durante le fasi di lancio, ma dipendono fortemente dal momento e dalla quota raggiunta.
Quando uno stadio veniva terminato, veniva trasportato via nave al
Kennedy Space Center
. I primi due erano cosi grandi che potevano essere trasportati unicamente per mezzo di una
chiatta
. Lo stadio S-IC veniva prodotto a
New Orleans
e discendeva lungo il
fiume Mississippi
fino al
Golfo del Messico
. Dopo aver raggiunto la
Florida
, attraversando l'
Intracoastal Waterway
, veniva infine trasportato presso l'edificio di assemblaggio (
Vehicle Assembly Building
o VAB). Lo stadio S-II veniva prodotto in
California
e viaggiava attraverso il
Canale di Panama
. Il 3º stadio e il settore per la strumentazione, raggiungevano il VAB grazie a
aerei cargo
.
[18]
Al suo arrivo presso l'edificio di assemblaggio, ogni stadio veniva testato in posizione orizzontale prima di essere messo in posizione verticale.
Il razzo assemblato veniva montato direttamente sulla sua
rampa di lancio
in posizione verticale, quindi l'intero complesso veniva spostato verso la zona di lancio, che distava circa 5
miglia
, grazie ad un veicolo speciale realizzato per questo scopo: il
Crawler-transporter
, una gigantesca piattaforma, realizzata dalla
Marion Power Shovel
, di
2
700
t
montata su quattro carrelli, che e stata successivamente utilizzata anche per il trasporto dello
Space Shuttle
[19]
.
Il Saturn V e stato il razzo che ha permesso di portare gli astronauti dell'
Apollo
sulla
Luna
. Tutti i lanci si sono svolti dal
Complesso di lancio 39
presso il
Kennedy Space Center
. Dopo che il razzo aveva lasciato la rampa di lancio, il controllo della missione veniva trasferito al Centro Controllo Missione a
Houston
,
Texas
.
Una missione lunare tipica utilizzava il razzo per un totale di circa venti minuti. Anche se le missioni
Apollo 6
e
Apollo 13
hanno sperimentato un'avaria ai motori, il
computer
di bordo e stato in grado di compensare, lasciando i rimanenti motori accesi piu a lungo e nessuno dei lanci Apollo si e concluso con una perdita di carico utile.
Il primo stadio lavora per 2 minuti e 30 secondi portando il razzo ad una
altitudine
di
61
km
ad una velocita di
8
600
km/h
.
Negli
8,9
s
prima del decollo, il pilota avvia la sequenza di accensione del primo stadio. Il motore centrale partiva per primo, seguito da due coppie di motori simmetrici con un ritardo di
300
ms
per ridurre le forze meccaniche sulla struttura. Una volta raggiunta la massima
spinta
e verificata questa, leggendo le indicazioni del computer di bordo, il razzo veniva liberato dalla
rampa di lancio
. Questa operazione durava circa mezzo secondo, una volta che il razzo si staccava dalla rampa il lancio non poteva essere piu bloccato. Per portare il razzo lontano dalla rampa di lancio ci volevano circa 12 s.
Ad un'altitudine di 130 metri il pilota iniziava, utilizzando l'apposito
joystick
in cabina di pilotaggio, una manovra di
rollio
al fine di prendere la corretta traiettoria e di mantenerla.
Il Saturn V veniva quindi accelerato, raggiungendo la velocita di 500 m/s fino ad un'altezza di 2 km, in questa fase preliminare di volo era comunque piu importante raggiungere la prevista quota; raggiungere la velocita prevista era lo scopo delle fasi successive.
Dopo circa 80 secondi, il razzo raggiungeva il punto di
massima pressione dinamica
(
max q
). La pressione dinamica su un razzo e proporzionale alla
densita
dell'aria intorno alla punta e al quadrato della velocita. Mentre la velocita del razzo aumentava con l'altitudine, la densita dell'aria diminuiva.
A 135,5 secondi, il motore centrale veniva spento per ridurre l'accelerazione e non superare i vincoli strutturali del razzo. Questo era realizzato facendo terminare il carburante nel motore, dato che la spinta del motore F-1 non era controllabile.
600
ms
dopo che il motore veniva spento, il primo stadio veniva sganciato e abbandonato grazie all'aiuto di otto piccoli motori a
propellente solido
. Poco prima di essere sganciato, l'equipaggio sperimentava l'accelerazione piu forte, pari a 4
g
(39 m/s²). Questo avveniva ad un'altitudine di circa 62 km.
Dopo la separazione, il primo stadio continuava la sua traiettoria ad un'altitudine di 110 km. Infatti, il motore periferico continuava a funzionare fino a quando i sensori del sistema di pompaggio non misuravano l'esaurimento di uno dei due propellenti. In seguito il primo stadio cadeva nell'
Oceano Atlantico
a circa 560 km dalla rampa di lancio.
Dopo la sequenza S-IC del primo stadio, avveniva la fase S-II della durata di 6 minuti in cui il razzo veniva portato ad un'altitudine di 185 km e ad una velocita di
24
600
km/h
, un valore vicino alla velocita orbitale.
La seconda fase prevedeva una procedura di accensione eseguita per due volte che variava a seconda dei diversi lanci del Saturn V. Per le prime due missioni del razzo, avvenute senza equipaggio, prevedevano un'accensione degli otto motori di controllo per 4 secondi al fine di preparare l'accensione dei cinque motori J-2 principali. Per le prime sette missioni con equipaggio, soltanto quattro motori di controllo vennero accesi ed infine per le ultime quattro missioni, i motori non utilizzati vennero rimossi.
Circa 38 secondi dopo l'accensione del secondo stadio, il pilota eseguiva una sequenza di istruzioni per effettuare un controllo sull'assetto e sulla traiettoria del complesso. Se il computer di bordo rilevava che il razzo era fuori dai margini accettabili per la traiettoria, l'equipaggio poteva scegliere di annullare la missione o prendere manualmente il controllo.
Circa 90 secondi prima della separazione del secondo stadio, il motore centrale veniva spento per ridurre le oscillazioni longitudinali, note come "
effetto pogo
". Un sistema per la sua riduzione era stato implementato a partire da
Apollo 14
, ma comunque e rimasta prassi spegnere il motore in anticipo.
Al momento della separazione, il secondo stadio veniva spento e immediatamente dopo veniva acceso il terzo stadio. Dei retrorazzi montati sul piano superiore del secondo stadio, favorivano la separazione portandolo velocemente a distanza. Il secondo stadio precipitava a circa 4 200 km dal sito di lancio.
A differenza della separazione tra i primi due stadi, tra il secondo ed il terzo non avveniva alcuna operazione specifica per la separazione dell'interstadio, il quale rimaneva ancorato al secondo (anche se era stato costruito come componente del terzo).
Dopo 10 minuti e 30 secondi dal decollo, Saturn V si trova a 164 km di altezza e 1700 km di distanza dal sito di lancio. Poco dopo, grazie a manovre in orbita, il lanciatore veniva posto in un'orbita terrestre di 180 km. Quest'orbita non e stabile a causa dell'
attrito
con gli strati superiori dell'atmosfera, che avrebbe comportato una perdita di velocita. Per le missioni Apollo e Skylab realizzate in orbita terrestre, l'orbita raggiunta e stata, per questo, superiore.
Una volta raggiunta questa orbita, chiamata di "parcheggio", lo stadio S-IVB e il veicolo spaziale rimanevano attaccati e compievano due orbite e mezzo intorno alla Terra. In questo periodo gli astronauti verificavano il corretto funzionamento di tutto il sistema e preparavano la navicella per la manovra di
Trans Lunar Injection
(TLI).
La manovra TLI veniva eseguita 2 ore e 30 minuti dopo il lancio e avveniva con la riaccensione del motore del terzo stadio che forniva la spinta necessaria. L'esecuzione durava circa 6 minuti e portava la navicella ad una velocita superiore ai 10 km/s, non sufficiente per
sfuggire
alla
gravita
della Terra per sicurezza: Apollo si inseriva in un'orbita ellittica molto allungata, con apogeo a 400 000 km, dove "intercettava" la Luna.
Alcune ore dopo la manovra TLI, il
modulo di comando Apollo e di servizio
(CSM) si separavano dal terzo stadio e dopo essere ruotato di 180 gradi andava ad agganciare il
LEM
rimasto nel suo adattatore del terzo stadio ed infine lo estraeva,
A questo punto la navicella Apollo con gli astronauti continuava il suo viaggio verso la Luna, mentre il terzo stadio veniva riacceso per portarlo in una traiettoria differente per evitare possibili collisioni. Nelle prime missioni, il terzo stadio, veniva messo in una traiettoria che lo portava in orbita
solare
. A partire da
Apollo 13
il terzo stadio veniva fatto schiantare sulla Luna per poi effettuare delle misurazioni dell'impatto, grazie a dei
sismografi
lasciati dalle precedenti missioni.
Lo stesso argomento in dettaglio:
Skylab
.
Nel 1968, venne creato il "programma applicazioni Apollo" allo scopo di studiare le possibili missioni scientifiche realizzabili con l'utilizzo delle apparecchiature avanzate dal programma Apollo. La maggior parte delle intenzioni ruotava attorno all'idea di una
stazione spaziale
, che alla fine si concretizzo con il
programma Skylab
. Il lancio dello Skylab, avvenuto con l'utilizzo di un
Saturn INT-21
, un lanciatore a due stadi derivato da Saturn V in cui il terzo stadio era stato sostituito da un laboratorio, e stato l'unico lancio del Saturn V non direttamente legato al programma Apollo.
Tre equipaggi dello Skylab si sono alternati dal 25 maggio
1973
fino all'8 febbraio
1974
. Skylab rimase comunque in orbita fino al maggio 1979. Tutti gli equipaggi raggiunsero lo Skylab con il vettore
Saturn IB
.
Oltre ai voli dell'
Apollo
verso la
Luna
, il Saturn V ha lanciato e messo in
orbita
anche la
stazione spaziale Skylab
. La stazione si trovava nel posto occupato solitamente dal terzo stadio del
razzo
, per questo motivo il Saturn che lancio lo Skylab ebbe solamente due stadi.
La produzione della seconda serie di Saturn V, che poi e stata annullata, avrebbe certamente usato motori F-1A per il primo stadio, offrendo cosi una spinta superiore, Altre probabili modifiche sarebbero state il taglio delle pinne (che avevano dimostrato pochi benefici comparate al loro peso), un primo stadio S-IC piu resistente per sostenere la potenza maggiore del motore F-1A e un motore J-2 migliorato agli stadi superiori.
Una serie di alternative per i veicoli di lancio Saturn, basati sul Saturn V, vennero proposte. Esse andavano dai
Saturn INT-20
con uno stadio S-IVB e interstadio montati direttamente sul S-IC, il
Saturn V-23
, che non solo avrebbe avuto cinque motori F-1 al primo stadio, ma anche quattro
booster
laterali con ciascuno due motori F-1, portando il numero totale di motori F-1 a tredici al momento del lancio.
Lo
Space Shuttle
fu inizialmente concepito per effettuare missioni in cui parte del materiale necessario sarebbe stato inviato in orbita con un Saturn V. Allo Shuttle sarebbe spettato il compito di trasportare il carico utile della missione, oltre che l'equipaggio; inoltre avrebbe dovuto assemblare una stazione spaziale, i cui componenti sarebbero stati messi in orbita dal Saturn V. Tuttavia la mancanza di fondi per una seconda generazione di Saturn blocco questo progetto e lascio gli
Stati Uniti
senza un razzo "pesante"; non esiste un
vettore
simile. Molti nella comunita scientifica americana hanno denunciato questo fatto, anche perche, con l'uso dei Saturn V, la
Stazione spaziale internazionale
si sarebbe potuta assemblare con una manciata di voli, con conseguente risparmio di tempo e denaro.
Per ovviare a questo problema, il
Programma Constellation
della
NASA
prevedeva la costruzione di diversi nuovi razzi, tra cui l'
Ares V
che dovrebbe essere superiore per prestazioni anche al Saturn V.
Wernher von Braun
e altri ingegneri progettarono anche una versione del Saturn con otto motori F-1 nel primo stadio, che avrebbe permesso di portare una navicella con equipaggio con
ascesa diretta
sulla Luna. Altri progetti per il Saturn prevedevano l'uso del
razzo Centaur
come stadio supplementare. Queste modifiche avrebbero permesso al razzo di portare una grossa navicella spaziale senza equipaggio fino ai
pianeti
esterni, oppure una navicella con equipaggio fino a
Marte
. Inoltre, il Saturn V sarebbe stato il vettore utilizzato per i test sul razzo nucleare RIFT (successivamente chiamato
NERVA
). Le proposte degli
USA
per dei razzi piu grandi del Saturn V (oltre trenta progetti), vengono individuate dal nome
Nova
.
Dal 1964 al 1973, per il Saturn V, sono stati spesi un totale di 6,5 miliardi di dollari. Nel 1966 si e avuto lo sforzo finanziario annuale piu alto con 1,2 miliardi di dollari
[20]
. Tenendo conto dell'
inflazione
, cio equivale a una somma che va dai 32 ai 45 miliardi di dollari del 2009
[21]
.
Una delle ragioni principali che hanno portato alla decisione di chiudere il programma Apollo e stato proprio il suo costo. Nel 1966, la NASA ha ricevuto il piu grande dei suoi budget, 4,5 miliardi di dollari, circa il 0,5% del
PIL
negli Stati Uniti di quell'epoca. Lo stesso anno, il
Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti
aveva ricevuto 63,5 miliardi di dollari.
Nel 2011, tre Saturn V risultano esposti negli Stati Uniti, tutti in posizione orizzontale:
Di questi tre Saturn V, solo quello esposto al Johnson Space Center e composto interamente di stadi previsti per un lancio reale. Nel 1996 si diffuse la voce che la NASA avesse perso o distrutto tutti i progetti relativi al vettore; in realta essi sono conservati su
microfilm
presso il
Marshall Space Flight Center
[24]
.
- ^
(
EN
)
Discorso pronunciato dal presidente statunitense John Fitzgerald Kennedy il 25 maggio 1961
, su
archive.org
.
URL consultato il 2 aprile 2011
.
- ^
Gli esperti della NASA avevano indicato che l'atterraggio sulla Luna poteva essere realizzato gia nel 1967, ma l'amministratore dell'agenzia,
James E. Webb
, ha preferito aggiungere due anni per tenere conto di potenziali contrattempi (Fonte: NASA - Monografia Progetto Apollo: una analisi retrospettiva).
- ^
(
EN
)
≪…I believe that this nation should commit itself to achieving the goal, before this decade is out, of landing a man on the Moon and returning him safely to the Earth. No single space project in this period will be more impressive to mankind, or more important in the long-range exploration of space; and none will be so difficult or expensive to accomplish…≫
(
IT
)
≪…credo che questo paese debba impegnarsi a realizzare l'obiettivo, prima che finisca questo decennio, di far atterrare un uomo sulla Luna e farlo tornare sano e salvo sulla Terra. Non c'e mai stato nessun progetto spaziale piu impressionante per l'umanita, o piu importante per l'esplorazione dello spazio; e nessuno e stato cosi difficile e costoso da realizzare…≫
- ^
(
EN
)
Low earth orbit rendezvous strategy for lunar missions
(
PDF
), su
informs-sim.org
.
URL consultato il 16 marzo 2011
.
- ^
(
EN
)
Lunar Orbit Rendezvous and the Apollo Program
, su
nasa.gov
.
URL consultato il 16 marzo 2011
(archiviato dall'
url originale
il 23 dicembre 2020)
.
- ^
James R. Hansen,
Enchanted Rendezvous: John Houbolt and the Genesis of the Lunar-Orbit Rendezvous Concept
(
PDF
), in
Monographs in Aerospace History Series #4
, dicembre 1995.
URL consultato il 26 giugno 2006
.
- ^
G. Brooks, James M. Grimwood, Loyd S. Swenson
, Analysis of LOR
.
- ^
a
b
(
FR
)
La genese du RDV en orbite lunaire
, su
perso.orange.fr
.
URL consultato il 6 gennaio 2007
.
- ^
a
b
c
Edgar M. Cortright,
3.2
, in
Apollo Expeditions to the Moon
, NASA Langley Research Center, 1975,
ISBN
978-9997398277
.
URL consultato l'11 febbraio 2008
.
- ^
(
EN
) Smithsonian Institution: National Air and Space Museum,
Apollo 8 (AS-503) Man Around The Moon
, su
nasm.si.edu
.
URL consultato il 28 febbraio 2011
.
- ^
Per la precisione la spinta e di 34
MN
.
- ^
(
EN
)
Apollo By The Numbers: A Statistical Reference by Richard W. Orloff
, su
history.nasa.gov
, NASA.
URL consultato il 17 marzo 2011
.
- ^
Questo inconveniente non ebbe niente a che fare con il successivo problema che ebbe la navicella durante il viaggio verso la Luna.
- ^
(
EN
)
Launch vehicle "Energia" Official Site
, su
energia.ru
.
URL consultato il 17 marzo 2011
(archiviato dall'
url originale
il 3 marzo 2016)
.
- ^
(
EN
)
Space Shuttle Basics: Launch
, su
spaceflight.nasa.gov
, NASA.
URL consultato il 29 gennaio 2011
(archiviato dall'
url originale
il 7 febbraio 2011)
.
- ^
(
EN
)
Space Shuttle Basics
, su
spaceflight.nasa.gov
, NASA.
URL consultato il 29 gennaio 2011
(archiviato dall'
url originale
il 19 gennaio 2011)
.
- ^
(
EN
)
Falcon Heavy [Scheda tecnica]
, su
spacex.com
.
URL consultato l'8 febbraio 2018
(archiviato dall'
url originale
il 6 aprile 2017)
.
- ^
Piu precisamente grazie all'
Aero Spacelines Pregnant Guppy
e
Super Guppy
, realizzati proprio per il Programma Apollo.
- ^
(
EN
)
Transporteur crawler
, su
capcomespace.net
.
URL consultato il 17 gennaio 2007
(archiviato dall'
url originale
il 24 giugno 2007)
.
- ^
(
EN
)
history.nasa.gov
.
URL consultato il 2 aprile 2011
.
- ^
(
EN
)
The Inflation Calculator
, su
westegg.com
.
URL consultato il 2 aprile 2011
(archiviato dall'
url originale
il 18 luglio 2011)
.
- ^
a
b
c
(
EN
)
Saturn V: Encyclopedia II - Saturn V - Saturn V vehicles and launches
, su
experiencefestival.com
.
URL consultato il 17 marzo 2011
(archiviato dall'
url originale
il 30 settembre 2007)
.
- ^
a
b
Mike Wright,
Three Saturn Vs on Display Teach Lessons in Space History
, su
history.msfc.nasa.gov
, NASA.
URL consultato il 10 febbraio 2011
(archiviato dall'
url originale
il 15 novembre 2005)
.
- ^
Saturn 5 Blueprints Safely in Storage
, su
space.com
.
URL consultato il 16 gennaio 2008
(archiviato dall'
url originale
il 18 agosto 2010)
.
- (
EN
) Roger E. Bilstein,
Stages to Saturn: A Technological History of the Apollo/Saturn Launch Vehicles
(
PDF
), NASA, 1980,
ISBN
0-16-048909-1
.
- (
EN
)
Saturn illustrated chronology: Saturn's first eleven years, April 1957 - April 1968
(
PDF
), NASA.
- (
EN
)
Moonport: A history of Apollo launch facilities and operations
(
PDF
), University Press of Florida, 2001.
- (
EN
)
Apollo By The Numbers: A Statistical Reference
(
PDF
), Government Reprints Press, 2001,
ISBN
1-931641-00-5
.
- (
EN
)
Saturn 5 launch vehicle flight evaluation report: AS-501 Apollo 4 mission
(
PDF
).
- (
EN
)
Saturn 5 launch vehicle flight evaluation report: AS-508 Apollo 13 mission
(
PDF
).
- (
EN
)
Flight Manual - SA-503
(
PDF
).
- (
EN
)
Saturn V Press Kit
.
URL consultato il 26 marzo 2011
(archiviato dall'
url originale
il 7 ottobre 2018)
.
- (
EN
)
Excerpts from the Apollo 13 Transcript
(archiviato dall'
url originale
il 19 febbraio 2006)
.
- (
EN
)
Final Report - Studies of Improved Saturn V Vehicles and Intermediate Payload Vehicles
(
PDF
).
- (
EN
) Alan Lawrie,
Saturn
, Collectors Guide Publishing, 2005,
ISBN
1-894959-19-1
.
- Kenneth Gatland,
Navi spaziali
, Torino, SAIE, 1969, pp. 64?65, 77, 192-194, 266
- Philip Bono, Kenneth Gatland,
Frontiere dello spazio
, Torino, SAIE, 1973, pp. 28, 30, 40-45, 60-64, 122-125, 131-135, 158-165, 192-193, 239
- (
EN
)
Apollo Saturn Reference Page
, su
apollosaturn.com
.
- (
EN
)
Apollo Lunar Surface Journal
, su
hq.nasa.gov
.
- (
EN
)
Stages to Saturn: A Technological History of the Apollo/Saturn Launch Vehicles.
NASA SP-4206 (PDF format)
(
PDF
), su
ntrs.nasa.gov
.
- (
EN
)
Saturn illustrated chronology: Saturn's first eleven years, April 1957 - April 1968 (PDF format)
(
PDF
), su
ntrs.nasa.gov
.
- (
EN
)
Moonport: A history of Apollo launch facilities and operations
, su
hq.nasa.gov
.
URL consultato il 4 maggio 2019
(archiviato dall'
url originale
il 14 luglio 2019)
.
- (
EN
)
Saturn 5 launch vehicle flight evaluation report: AS-501 Apollo 4 mission (PDF format)
(
PDF
), su
ntrs.nasa.gov
.
- (
EN
)
Saturn 5 launch vehicle flight evaluation report: AS-508 Apollo 13 mission (PDF format)
(
PDF
), su
ntrs.nasa.gov
.
- (
EN
)
Saturn V Flight Manual - SA-503 (PDF format)
(
PDF
), su
ntrs.nasa.gov
.
- (
EN
)
Saturn V Press Kit
, su
history.msfc.nasa.gov
.
URL consultato il 14 novembre 2004
(archiviato dall'
url originale
il 25 ottobre 2004)
.
- (
EN
)
Excerpts from the Apollo 13 Transcript
, su
myweb.accessus.net
.
URL consultato il 14 novembre 2004
(archiviato dall'
url originale
il 19 febbraio 2006)
.