טיל שבתאי-5 הראשון: סקירה, מאפיינים ועובדות מעניינות

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

בהתבסס על ההתפתחויות של העשור הראשון של המאה ה-21, רקטת Saturn-5 (תוצרת אמריקאית) היא החזקה ביותר מבין אחיה. המבנה התלת-שלבי שלו תוכנן בשנות השישים של המאה הקודמת ונועד להעביר אדם אל פני הירח. כל הספינות הדרושות, שהופקדו על המשימה לחקור את הלוויין הטבעי של הפלנטה שלנו, היו אמורות להיות מחוברות אליו.

לפי תוכנית אפולו, מודול הירח הוצמד לרקטה, הונח בתוך המתאם שלו, וגוף המסלול הוצמד אליו. תוכנית השקה אחת כזו ביצעה שני דברים בבת אחת. נכון, היה גם דגם דו-שלבי, ששימש רק פעם אחת במהלך שיגור תחנת החלל הראשונה של ארצות הברית של אמריקה למסלול - Skylab.

תוכנית ירח: מיתוס או אמת?

חלפה כמעט חצי מאה,אבל הדיבורים על תוכנית ירח מפוברקת נמשכים ללא הפוגה. מישהו בטוח ששליחת אסטרונאוטים לירח באמצעות טיל שבתאי-5 היא מתיחה. עבור אנשים כאלה, כל עדות להישגים הגדולים של האמריקאים היא זרה, ולטענתם, הסרטונים צולמו מבלי לטוס מחוץ לכדור הארץ.

לפעמים יש שמועה ששבתאי הבנוי להפליא מושלם מכדי להיות אמיתי. גם אם תוכנית שבתאי אכן התקיימה, מדוע האמריקנים לא המשיכו בה, תוך ציון אובדן כל תיעוד התכנון לטיל שבתאי-5, והחלו לייצר מעבורות שעלותן פי כמה? מדוע היה צורך להתחיל את כל תהליך העבודה של פיתוח רקטה דומה מאפס? ואיך אפשר לאבד את המפה הטכנולוגית לייצור טיל שבתאי-5? אחרי הכל, זה לא גרגר חול על חוף חולי.

באופן כללי, טיל שבתאי-5 הוא הראשון מסוגו, שנועד לא רק להעביר אסטרונאוטים לירח, אלא גם להחזיר אותם בהצלחה הביתה. בנוסף, הנחיתה עם כל הציוד, כולל מודול הירח עם שני נוסעים חיים, הייתה צריכה להיות מאוד חלקה ורכה, אחרת זו הייתה הטיסה האחרונה שלהם. ניתן היה להפריד חלק מהמסה על ידי ניתוק מודול הירח מספינת הפיקוד, שבתורה נשארה במסלול ירח וחיכתה להשלמת כל העבודה.

הטיל האמריקאי "Saturn-5" יכול להתרומם ולהכניס למסלול עד 140טונות של מטען. אבל, למשל, הרקטה הכבדה הכי בשימוש "פרוטון" יכולה לשאת רק 22 טון על "גופו". הבדל מרשים, לא?

כפי שאתם יודעים, יוצרו כמה שבתאי, והאחרון שיגר את תחנת החלל Skylab במשקל 77 טון. זה היה כל כך ענק שאם נקודת ההתייחסות אבדה בפנים, האסטרונאוט היה תלוי באוויר במשך כמה דקות, מחכה לרוח ממערכת האוורור. למעשה, רק מיר, שהורכב מכמה מודולים, שבר את השיא הזה. אבל רקטת שבתאי-5 היא עדיין הפרויקט השאפתני ביותר בעולם ומכונת החלל החזקה ביותר, שיא שאף רכב שיגור אחר לא הצליח עדיין לנצח.

היסטוריה של שבתאי V

בתחילת חייה, הספינה מתמודדת עם קשיים בדמות שיגור כושל בהשתתפות מערכת בלתי מאוישת, מותאמת בצורה גרועה. לאחר מכן הגיע סירוב לחזור על הניסוי הבלתי מאויש, אך הכל הסתיים בסוף "שמח", שכן בין השנים 1968 עד 1973 היו שיגורים מוצלחים של עשר תוכניות חלל אפולו ושל תחנת החלל Skylab הנזכרת לעיל. ואז רכב השיגור Saturn-5 הופך לתערוכת מוזיאון, וייצורו והמשך פעולתו מופסקים לחלוטין. תקופה זו נמשכת עד היום.

עובדות מעניינות

ארצות הברית החלה לפתח את טיל שבתאי עוד ב-1962, וארבע שנים לאחר מכן הניסוי הראשוןטִיסָה. ליתר דיוק, הניסוי נכשל לחלוטין, שכן השלב השני של הרקטה, שאמור להיות משוגר לאתר ניסוי ליד סנט לואיס, פשוט התפוצץ והתנפץ לרסיסים. על פי רישומים היסטוריים, הטיסה הבלתי מאוישת של הרקטה נדחתה ללא הרף עקב תקלות וליקויים אינסופיים, אך בסתיו 1967 האמריקנים עדיין הצליחו להצליח. עם זאת, בשלב הניסוי השני של תוכנית אפולו 6, ניסיון הטייס הבלתי מאויש נכשל שוב. מתוך חמשת המנועים הזמינים בשלב הראשון, רק שלושה הופעלו, המנוע בשלב השלישי לא התניע כלל, ולאחר מכן התפרק כל המבנה במפתיע לכולם.

למרות זאת, עשרה ימים לאחר מכן התקבלה החלטה חסרת תקדים לשלוח את רכב השיגור שבתאי V מבלי לבצע בדיקה חוזרת לירח. אחרי הכל, אל תשכח את המלחמה הקרה עם ברית המועצות ואת מרוץ החימוש. כולם מיהרו, ואפילו מחשש לתוצאות טרגיות בלתי הפיכות, הם עדיין החליטו לכבוש את הלוויין הטבעי של כדור הארץ ללא שיגור ניסוי שלישי.

למעלה נאמר על היעלמותו המיסטית של התיעוד הטכני והמאפיינים של טיל שבתאי-5, אך למעשה האמריקאים מפריכים מידע זה וקוראים לו אופניים. הסיפור הזה הופיע עוד בשנת 1996 בספר מדעי על ההיסטוריה של היווצרות האסטרונאוטיקה. במילים פשוטות, המחברת דיווחה בשורותיה שנאס"א פשוט איבדה את השרטוטים. אבל לפי עובד נאס"א פול שאוקרוס, שמילא תפקיד בחטיבה עבורבדיקה פנימית, הציורים ממש לא נשארו, אבל הניסיון וה"מוח" ההנדסי נותרו על כנו: כל הנתונים הונחו בחתיכות קטנות של סרט צילום - מיקרופילם.

מפרטים

מהם המאפיינים הטכניים העיקריים של טיל שבתאי-5? נתחיל מזה שגובהו הגיע ל-110 מטר, וקוטרו - עשרה, ועם פרמטרים כאלה הוא יכול לשגר עד 150 טון מטען לחלל, ולהשאיר אותו במסלול קרוב לכדור הארץ.

בגרסה הקלאסית יש לו שלושה שלבים: בשניים הראשונים חמישה מנועים כל אחד ובשלישי אחד. הדלק לשלב הראשון היה בצורת נפט RP-1 עם חמצן נוזלי כמחמצן, ובשלב השני והשלישי הוא היה בצורת מימן נוזלי עם חמצן נוזלי כמחמצן. דחף השיגור של מנועי הטיל שבתאי-5 היה 3,500 טון.

עיצוב רקט

תכונת העיצוב של הרקטה היא חלוקה רוחבית לשלושה שלבים, כלומר, כל שלב מוצב על השלב הקודם. מכלי נשיאה נכחו בכל השלבים. השלבים חוברו באמצעות מתאמים מיוחדים. החלק התחתון הופרד יחד עם הגוף של השלב הראשון, והחלק הטבעתי העליון הופרד כמה עשרות שניות לאחר הפעלת מנועי השלב השני. "התכנית הקרה" של הפרדת שלבים עבדה כאן, כלומר עד שהקודמת תיעלם, המנועים של הבא לא יוכלו להתניע.

בנוסף למנועי ההתנעה, היו מנועי הנעה מוצקים בלמים על המדרגותרכב שיגור "שבתאי-5". המעצב שלה, ורנהר פון בראון, השתמש בהם כדי להעניק למדרגות את הפונקציה של נחיתה עצמית. כמו כן בתא של השלב השלישי היה בלוק אינסטרומנטלי בו נשלטה הרקטה.

עיצוב השלב הראשון

בואינג המפורסמת בעולם הפכה ליצרנית שלה. מבין שלושתם, המדרגה הראשונה הייתה הגבוהה ביותר, אורכה היה 42.5 מטר. זמן פעולה - כ-165 שניות. אם ניקח בחשבון את השלב מלמטה למעלה, אז בעיצוב שלו אתה יכול למצוא ישירות את התא עצמו עם חמישה מנועים, מיכל דלק עם נפט, תא בין-טנק, מיכל עם מחמצן בצורת חמצן נוזלי ו- חצאית קדמית.

בתא המנועים היו מנועי Saturn-V הגדולים ביותר - F-1, שיוצרו על ידי חברת Rocketdyne האמריקאית. מערכת ההנעה עצמה כללה ישירות ממבנה הכוח, יחידות ייצוב והגנה תרמית. אחד המנועים היה קבוע במרכז במצב קבוע, וארבעה האחרים היו תלויים על גימבלים. כמו כן, הותקנו יריעות בתחנות הכוח הצדדיות על מנת להגן על המנועים מפני עומסים אווירודינמיים.

בתא הדלק היו חמישה צינורות שהובילו את המחמצן לדלק הראשי, שכבר סופק מוכן באמצעות עשרה צינורות למנועים. לחצאית הייתה הפונקציה של חיבור הצעד הראשון והשני. כאשר בוצעו טיסות האפולוס הרביעי והשישי,למבנה הוצמדו מצלמות למעקב אחר פעולת תחנת הכוח, הפרדת שלבים ובקרה על חמצן נוזלי.

עיצוב השלב השני

היצרן שלה היה החברה, היום חלק מההחזקה "בואינג" - צפון אמריקה. אורך המבנה היה קצת יותר מ-24 מטרים, וזמן ההפעלה היה ארבע מאות שניות. מרכיבי השלב השני חולקו למתאם עליון, מיכלי דלק, תא עם מנועי J-2 ומתאם תחתון המחבר אותו לשלב הראשון. המתאם העליון צויד בארבעה מנועי הנעה מוצקים נוספים המיועדים לאותה האטה כמו במקרה של השלב הראשון. הם הושקו לאחר הפרדת השלב השלישי. לתא תחנת הכוח היו גם מנוע מרכזי אחד וארבעה היקפיים.

עיצוב שלב שלישי

המבנה השלישי, כמעט שמונה עשרה מטרים, נעשה על ידי מקדונל דאגלס. מטרתו הייתה לשגר את המסלול ולהוריד את מודול הירח אל פני הירח. השלב השלישי הופק בשתי סדרות - 200 ו- 500. לאחרון היה יתרון מוצק באספקה מוגברת של הליום במקרה של הפעלה מחדש של המנוע.

השלב השלישי כלל שני מתאמים - עליון ותחתון, תא עם דלק ותחנת כוח. המערכת המווסתת את אספקת הדלק למנועים מצוידת בחיישנים המודדים את מאזן הדלק, הם העבירו נתונים ישירות למחשב המובנה. עצמםניתן להשתמש במנועים הן במצב רציף והן במצב דופק. אגב, תחנת החלל האמריקאית Skylab נוצרה על בסיס השלב השלישי הזה.

חוסם כלים

כל המערכות האלקטרוניות שוכנו בארגז כלים שגובהו היה קצת פחות ממטר וקוטר כ-6.6 מטרים. זה מונח על הצעד השלישי. בתוך הטבעת היו בלוקים ששלטו בשיגור הרקטה, בכיוון שלה בחלל, כמו גם בטיסה לאורך מסלול נתון. היו גם התקני ניווט ומערכת חירום.

מערכת הבקרה הייתה מיוצגת על ידי מחשב על הסיפון ופלטפורמה אינרציאלית. ליחידת הבקרה כולה הייתה מערכת בקרת טמפרטורה וויסות חום. לחלוטין הרקטה כולה הייתה זרועה בחיישנים המזהים כל תקלה. הם הגישו את הנתונים שנמצאו על מצב החירום של חפץ אלקטרוני כזה או אחר ללוח הבקרה בתא האסטרונאוטים.

מתכונן להשקה

כל הבדיקה לפני הטיסה של רקטת Saturn-5 ושל חללית אפולו בוצעה על ידי ועדה מיוחדת של חמש מאות איש. אלפי עובדים השתתפו בהשקה ובהדרכה בקייפ קנוורל. הרכבה אנכית התקיימה במרכז החלל, הממוקם חמישה קילומטרים מאתר השיגור.

כעשרה שבועות לפני ההמראה, כל חלקי הרקטה הועברו לאתר השיגור. כלי רכב עצים שימשו לחפצים כבדים כאלה. כאשר כל חלקי הרקטה היו מחוברים יחדיו וכל המכשירים החשמליים היו מחוברים, התקשורת נבדקה, כולל מערכת הרדיו - הן על הסיפון והן על הקרקע.

בהמשך, החלו ניסויים מקובעים של בקרת טילים, התקיימה הדמיית טיסה. בדקנו את פעולת נמל החלל ומרכז בקרת המשימה ביוסטון. ועבודת הניסוי האחרונה כבר בוצעה בתדלוק ישיר של הטנקים עד לתקופה הכרוכה בשיגור השלב הראשון.

התחל פעולות

זמן טרום השיגור מתחיל שישה ימים לפני שיגור הרקטה לחלל. זהו הליך סטנדרטי שבוצע עם השבתאי-5. במהלך תקופה זו בוצעו מספר הפסקות כדי למנוע תקלות ועיכוב ביציאה לאחר מכן. הספירה האחרונה לאחור החלה 28 שעות לפני ההשקה.

מילוי השלב הראשון ארך שתים עשרה שעות. יתרה מכך, רק נפט נשפך, וחמצן נוזלי סופק למכלים ארבע שעות לפני השיגור. לפני התדלוק, כל הטנקים עברו הליך קירור. המחמצן סופק תחילה למיכלי השלב השני בארבעים אחוז, ולאחר מכן למיכלים של השלישי במאה. לאחר מכן, המיכלים של העיצוב השני מולאו עד הסוף, ורק אז נכנס המחמצן לראשון. הודות לנוהל מעניין שכזה, העובדים היו משוכנעים שאין דליפת חמצן ממיכלי השלב השני. זמן אספקת דלק קריוגני הכולל במהלך התדלוק היה 4.5 שעות.

לאחר הכנת כל המערכות, הרקטה הועברה למצב אוטומטי. מבין חמשת המנועים של השלב הראשון, הושק תחילה הקבוע המרכזי, ורק לאחר מכן ההיקפי לפי התוכנית ההפוכה. הבא פנימהבמשך חמש שניות, הרקטה הייתה בהמתנה, ולאחר מכן יצאה בעדינות מהמחזיקים ששחררו אותה, בסטייה לצדדים.

המחשב, שנמצא ביחידה האינסטרומנטלית, שלט בגובה הגובה והגלגול של הרקטה. כל תמרוני המגרש הסתיימו ב-31 שניות של טיסה, אבל התוכנית המשיכה לפעום עד שהשלב הראשון נותק לחלוטין.

לחץ דינמי התחיל בשנייה השבעים. מנועים היקפיים פעלו עד גמר הדלק במיכלים, והאמצעי כבה עוד 131 שניות לאחר ההמראה על מנת למנוע עומסים גדולים על גוף הטיל. ההפרדה של השלב הראשון התרחשה בכ-65 ק"מ מעל פני כדור הארץ, ומהירות הרקטה בשלב זה כבר הייתה 2.3 ק"מ לשנייה.

אבל בהפרדה, הבמה לא נפלה מיד. לפי המאפיינים העיצוביים, הוא המשיך לטפס למאה קילומטרים ורק אז נכנס למימי האוקיינוס האטלנטי במרחק של 560 קילומטרים מאתר השיגור.

התנעת המנועים של השלב השני החלה שנייה לאחר שחרור השלב הראשון. כל חמש תחנות הכוח הושקו בו זמנית, ולאחר 23 שניות אופס המתאם התחתון של השלב השני. לאחר מכן, הצוות לקח את העניינים לידיים באמצעות המחשב המובנה. הפרדת השלב השני התרחשה בגובה של 190 קילומטרים מעל פני כדור הארץ, והעבודה הועברה למנוע הראשי. אסטרונאוטים היו אחראים על זה. ולאחר שיגור החללית למסלול ירח, השלב השלישי נפרד מהמודול הנשלט כאשר המנוע כבה באופן ידני לאחר שמונים דקות. כך, "Saturn-5" הצליח להעביר אסטרונאוטים לירח ולאפשר לאמריקאים להפוך לכובשים הראשונים של הלוויין הטבעי של כדור הארץ.