S-IVB

S-IVB
( rakett scene )

Beskrivelse av dette bildet, også kommentert nedenfor S-IVB-206 som ble brukt til Skylab 2- oppdraget Kjennetegn
Motortype 1 J-2 motor
Ergols LH2 / LOX
Fremstøt 1.001  kN
Tenn på nytt 1 (på Saturn V )
Masse 119.900  kg
Høyde 17,8  moh
Diameter 6,6  moh
Varighet av operasjonen 475  s
bruk
bruk Saturn IB ( 2 e  etasje)
Saturn V ( 3 e  etasje)
Første fly 1966
Status Fjernet fra tjenesten
Bygger
Land forente stater
Bygger Douglas Aircraft Company

Bygget av Douglas Aircraft Company , var S-IVB (noen ganger referert til som S4b) den tredje fasen av Saturn V- bæreraketten og den andre fasen av Saturn IB- bæreraketten . Den var utstyrt med en enkelt J-2- motor for å sikre oppdraget. For måneoppdrag ble sistnevnte avfyrt to ganger: først for innføring i bane rundt jorden etter å ha avskåret det andre S-II-trinnet , og deretter for translunarinjeksjonen (på månens bane), for å sende de to bemannede modulene i oppdraget til månen.

Historisk

S-IVB var en utvikling av den øverste fasen av Saturn I- raketten , S-IV , og var den første Saturn V-fasen som ble designet. S-IV brukte en klynge på seks motorer, men brukte de samme drivstoffene som S-IVB, nemlig flytende hydrogen (LH2) og flytende oksygen (LOX). Det var opprinnelig ment å være den fjerde fasen av en potensiell annen rakett kalt Saturn C-4, derav navnet S-IV.

Elleve selskaper hadde levert forslag om å bli hovedentreprenør for gulvet, før fristen 29. februar 1960. Den Administrator av National Aeronautics and Space Administration (NASA) T. Keith Glennan besluttet på19. april, at Douglas Aircraft Company skulle vinne kontrakten. Convair ble avvist, og Glennan ville ikke monopolisere markedet for flytende hydrogenraketter, siden Convair allerede hadde ansvaret for å bygge Centaur- raketten .

Til slutt bestemte Marshall Space Flight Center seg for å bruke C-5-rakettene (senere kalt Saturn V), som hadde tre trinn og ville bli toppet med en oppgradert S-IV , kalt S-IVB, som i stedet brukte en gruppe motorer. ville bare ha en J-2 motor. Douglas hadde blitt tildelt kontrakten for S-IVB på grunn av likhetene mellom sistnevnte og S-IV . Samtidig ble det besluttet å lage C-IB ( Saturn IB ) rakett , som også ville bruke S-IVB som et andre trinn og som kunne brukes til å teste romfartøyet Apollo i jordbane, mens Saturn V rakett ble fortsatt designet.

En S-IVB ble forvandlet til et tomt skrog for Skylab , den første amerikanske romstasjonen . For andre prosjekter tjente S-IVB som base for forskjellige våte verksteder (romtyper bygget fra forbrukte rakettstadier), som for eksempel en amerikansk stasjon eller de for det bemannede flyover- prosjektet til Venus .

Under Apollo 13 , Apollo 14 , Apollo 15 , Apollo 16 og Apollo 17 oppdrag ble S-IVB sendt til månen for å krasje der. Denne manøveren gjorde det mulig å utføre seismiske målinger som ville bidra til å etablere egenskapene til Månens kjerne.

Den Jorden Avgang trinn (EDS), et annet trinn forslag til Ares V og Ares I raketter , hadde delvis de samme egenskaper som det S-IVB trinnet. De to bærerakettene til Constellation-programmet , som ble kansellert i 2010 , ville hatt en ny evaluert J-2-motor (J-2X-serien), som utførte de samme funksjonene som 500-seriens trinn (setter nyttelasten i bane, deretter injeksjon av romfartøyet i det trans-månerommet).

Kjennetegn

Douglas bygde to forskjellige versjoner av S-IVB, 200-serien og 500-serien. 200-serien ble brukt av Saturn IB og skilte seg fra 500 ved at trinnene ikke hadde et blusset mellomtrinn og hadde mindre dybde. ' heliumtrykk om bord fordi de ikke skulle tennes på nytt. På 500-serien var det blussede mellomtrinnet nødvendig for å bringe de nedre trinnene i Saturn V med større diameter nærmere hverandre. 200-serien hadde også tre raketter med fast drivstoff for å skille S-IVB-scenen fra S-IB-scenen ved lansering, sammenlignet med bare to på 500-serien, og hadde ikke APS lineær thruster, som 500-serien krevde for operasjoner før du starter J2-motoren på nytt.

S-IVB bar 73,280  L (19,359 US gallon) LOX og 252,750  L (66,770 US gallon) LH2 . Som ofte innen rakettfaser skyldtes det meste av den totale massen drivmidlene inne i tankene: I løpet av Apollo 11- oppdraget var massen av drivmidlene 107.095  kg , som representerer 89,9  % av totalvekten av scenen , som var 119.119  kg . Flytende oksygen representerte 73,3  % av denne massen (87,315  kg ) og flytende hydrogen 16,6  % (19,780  kg ). Det tomme gulvet representerte bare 10,1  % av den totale massen, med en vekt på 11 273  kg .

Framdriften ble betrodd en J-2- motor , med en maksimal skyvekraft på 1.033  kN i vakuum. For å være i stand til å sende astronauter til Månen, hadde den en forbløffende funksjon for sin tid, den kunne antennes på nytt under flyturen. Imidlertid, i motsetning til sine kolleger som okkuperte andre etappe , som nummererte fem, var den ikke orienterbar, denne oppgaven ble betrodd de fire perifere motorene. Spesiell vekt ble lagt på påliteligheten: Fra desember 1963 til januar 1966 gjorde testene det mulig å verifisere at motoren i stor grad respekterte spesifikasjonene. En motor ble antent 30 ganger og ble brukt i totalt 2 774 sekunder, mens den under flyvning bare trengte å kjøre i 500 sekunder og bli antent en gang.

Scenen ble også overvunnet av en ring som skiller den fra adapteren som inneholder månemodulen (betegnet SLA, for “  Romfartøy / Lunar Moduladapter  ”). Denne ringen, også referert til som en "  instrumentenhet  ", var faktisk et utstyrsrom som inneholder alt utstyr og sensorer som er nødvendige for veiledning, kontroll, sporing og fjernmåling av rakettens handlinger under hele flyet. Den ble hentet fra instrumentenheten utviklet for Saturn I- raketten . NASA-entreprenøren for produksjon av brukergrensesnittet var International Business Machines (IBM).

Operasjon under et oppdrag

Den tredje etappen opererte i 150  sekunder etter separasjon fra andre etappe .

I motsetning til forrige separasjon av gulv, var det ingen spesifikke separasjonsoperasjoner for mellomhistorien, sistnevnte var fortsatt festet til andre etasje (selv om den ble bygget som en del av den tredje). 10  min og 30  s etter start var Saturn V i en høyde på 164  km og en avstand på 1700  km på bakken fra lanseringsstedet. Et øyeblikk senere, etter at man hadde kretset rundt manøvrer, var bæreraketten i en 180 km og 165  km jordbane  . Det var relativt lavt for en jordbane, og banen kunne ikke forbli evig stabil på grunn av den gjenværende friksjonen med de øvre lagene i atmosfæren. For de to oppdragene som fant sted i bane rundt jorden, Apollo 9 og Skylab , injiserte bæreraketten skipene i en mye høyere bane. En gang i denne parkeringsbanen forble S-IVB og romfartøyet festet, kretset to og en halv bane rundt jorden. I løpet av denne perioden utførte astronautene utstyret til romfartøyet og den siste fasen av bæreraketten, for å sikre at alt var i perfekt stand og for å forberede romfartøyet for den "translunar" injeksjonsmanøveren ( Trans- Lunar Injection - TLI).

TLI-manøveren fant sted omtrent to og en halv time etter sjøsetting: motoren i tredje trinn ble antent for å føre romfartøyet til månen . Denne skyvekraften varte i seks minutter, noe som brakte helhetens hastighet til mer enn 10  km / s (frigjøringshastighet), slik at den kunne unnslippe jordens trekk for å bevege seg mot månen. Noen timer etter TLI-manøveren skiltes Apollo Command and Service Module (CSM) fra tredje trinn, roterte 180  grader, og la seg deretter til kai med Lunar Module (LEM) som var plassert under CSM under lanseringsfasen. Til slutt stod det nye ensemblet dannet av CSM og LEM ut fra tredje etasje.

Den tredje fasen kan utgjøre en fare for resten av oppdraget, siden Apollo-skipene fulgte samme treghetsbane. For å unngå risiko for kollisjon ble drivstoffene som var igjen i tankene i tredje trinn evakuert ut i rommet, som ved reaksjon modifiserte banen. Fra Apollo 13 dirigerte kontrollerne den til månen. Seismografer deponert på Månen av tidligere oppdrag kunne oppdage deres innvirkning når de krasjet inn i Månen. Dataene som er registrert under disse bevisste krasjene har bidratt til studiet av den indre sammensetningen av Månen. Før Apollo 13 (unntatt Apollo 9 og Apollo 12 ) ble de tredje trinnene plassert på en bane som passerte nær Månen og sendte dem tilbake til en solbane.

Apollo 9 ble imidlertid dirigert direkte inn i en solbane. S-IVB-fasen av Apollo 12 hadde en helt annen skjebne:3. september 2002, Bill Yeung oppdaget en mistenkelig asteroide som han ga det foreløpige navnet J002E3 til . Det ble avslørt at det kretset rundt jorden, og det ble raskt oppdaget av spektralanalyse at det var dekket av en hvit maling av titandioksid , den samme som den som ble brukt for Saturn V. Oppdragskontrollerne hadde planlagt å sende Apollo 12s S -IVB i solbane , men tenningen etter separasjon fra romfartøyet Apollo varte for lenge, og den tredje fasen gikk for nær Månen og havnet i en knapt stabil bane rundt Jorden og Månen. Det antas at i 1971 , etter en serie gravitasjonsforstyrrelser, flyttet S-IVB inn i en solbane og returnerte deretter til en jordbane 31 år senere. IJuni 2003, forlot denne tredje fasen jordens bane.

Gulv bygget


Tre versjoner av SIV / SIVB
200-serien
Serienummer bruk Utgivelsesdato Nåværende plassering
S-IVB-S "Battleship" statisk testfase
S-IVB-F Testfase for installasjoner
S-IVB-D "Dynamisk" testfase ble overlevert til Marshall Space Flight Center i 1965 US Space & Rocket Center , Huntsville , Alabama
S-IVB-T Avlyst i desember 1964
S-IVB-201 AS-201 26. februar 1966
S-IVB-202 AS-202 25. august 1966
S-IVB-203 AS-203 5. juli 1966
S-IVB-204 Apollo 5 22. januar 1968
S-IVB-205 Apollo 7 11. oktober 1968
S-IVB-206 Skylab 2 25. mai 1973
S-IVB-207 Skylab 3 28. juli 1973
S-IVB-208 Skylab 4 16. november 1973
S-IVB-209 Skylab redningsbil Kennedy Space Center
S-IVB-210 Apollo Soyuz testprosjekt 15. juli 1975
S-IVB-211 Ubrukt US Space & Rocket Center , Huntsville , Alabama
S-IVB-212 Konvertert til Skylab 14. mai 1973
500-serien
Serienummer bruk Utgivelsesdato Nåværende plassering
S-IVB-501 Apollo 4 9. november 1967
S-IVB-502 Apollo 6 4. april 1968
S-IVB-503 Ødelegg 20. januar 1967 Eksplosjon under Beta 3 benktesting av Sacramento Test Operations (SACTO)
S-IVB-503N Apollo 8 21. desember 1968 Solbane
S-IVB-504 Apollo 9 3. mars 1969 Solbane
S-IVB-505 Apollo 10 18. mai 1969 Solbane
S-IVB-506 Apollo 11 16. juli 1969 Solbane
S-IVB-507 Apollo 12 14. november 1969 Solbane. Angivelig oppdaget som en asteroide i 2002 og gitt betegnelsen J002E3
S-IVB-508 Apollo 13 11. april 1970 Innvirkning på overflaten av månen på 15. april 1970ved 0  t  9  min  40  s UTC *, 65,5  km fra målet, ved koordinatpunktet " 2 ° 45 ′ S, 27 ° 52 ′ V ". Slagmasse: 13.425,8  kg .
S-IVB-509 Apollo 14 31. januar 1971 Innvirkning på overflaten av månen på 4. februar 1971til 6  t  40  min  55  s UTC *, til 294,4  km av målet, ved koordinater " 8 ° 05 ′ S, 26 ° 01 ′ V ". Slagmasse: 13 986,9  kg .
S-IVB-510 Apollo 15 26. juli 1971 Innvirkning på overflaten av månen på 29. juli 1971ved 20  t  58  min  42  s UTC *, 153,7  km fra målet, ved koordinatpunktet " 1 ° 31 ′ S, 11 ° 49 ′ V ". Slagmasse: 14 006,9  kg .
S-IVB-511 Apollo 16 16. april 1972 Innvirkning på overflaten av månen på 19. april 1972ved 20  t  2  min  4  s UTC *, 320,3  km fra målet, ved koordinatpunktet " 1 ° 18 ′ N, 23 ° 48 ′ V ". Slagmasse: 13.972,9  kg .
S-IVB-512 Apollo 17 7. desember 1972 Innvirkning på overflaten av månen på 10. desember 1972ved 19  t  32  min  42  s UTC *, 155,5  km fra målet, ved koordinatpunktet " 4 ° 13 ′ S, 12 ° 19 ′ V ". Slagmasse: 13.930,7  kg .
S-IVB-513 Apollo 18 (kansellert) Johnson Space Center
S-IVB-514 Ubrukt Kennedy Space Center
S-IVB-515 Konvertert til Skylab B National Air and Space Museum

(* Se listen over menneskeskapte gjenstander på Månen for plassering.)

Jordeksplosjon

De 20. januar 1967, S-IVB 503-trinnet , plassert på Beta 3 -testbenken , eksploderte like før tenningen av motoren, og ødela scenen. Undersøkelsen avdekket at en av de åtte heliumkulene som var ansvarlige for å presse drivstofftankene hadde eksplodert (ved å bruke feil materialer for å lage sveisene).

Merknader og referanser

  1. (in) "  SP-4206 Stages to Saturn  " (åpnet 27. juli 2014 )
  2. (in) "  Ground ignition weights  " (åpnet 27. juli 2014 )
  3. (i) Roger E. Bilstein, "  5. Ukonvensjonell kryogenikk: RL10 og J-2  " , SP-4206 Stages to Saturn , NASA,1996(åpnet 27. juli 2014 )
  4. (in) Bilstein 2015 , s.  241.
  5. (i) Benson og Faherty 1978 , s.  353.
  6. (in) Saturn V News Reference: Instrument Unit Fact Sheet , s.  2.
  7. (in) Bilstein 2015 , s.  243–244.
  8. (en) Orloff 2000 , “  S-IVB Lunar Impact  ”, ( les online ).
  9. (en) Orloff 2000 , “  S-IVB Solar Trajectory  ”, ( les online ).
  10. (in) "  Mysterieobjekt kretser rundt jorden  ," NASA vitenskapelige nyheter,20. september 2002(åpnet 27. juli 2014 )
  11. (in) "  De andre testbenkene Saturn - Sacramento Test Operations (Sacto)  " , CapCom-plass (åpnet 27. juli 2014 )

Se også

Relaterte artikler

Bibliografi

Dokument brukt til å skrive artikkelen : dokument brukt som kilde til denne artikkelen.