Historię eksploracji kosmosu często definiują pojazdy, które wywiozły ludzkość w próżnię, a seria Saturn uznawana jest za jedno z najważniejszych osiągnięć technologicznych XX wieku. Stany Zjednoczone rozpoczęły prace nad tymi dużymi dwu- i trzystopniowymi rakietami w 1958 roku i stały się one podstawą programu Apollo, ambitnego przedsięwzięcia mającego na celu wylądowanie człowieka na Księżycu. Bez nich przejście z orbity Ziemi na powierzchnię Księżyca pozostałoby science fiction.
Historia zaczyna się od Saturn I, pierwszej amerykańskiej rakiety zaprojektowanej specjalnie do lotów kosmicznych, a nie tylko do testowania rakiet balistycznych. Była to maszyna dwustopniowa, zasilana paliwem płynnym. Na początku lat sześćdziesiątych XX wieku odegrał kluczową, choć mniej widoczną, rolę w wystrzeleniu na orbitę okołoziemską bezzałogowych wersji testowych statku kosmicznego Apollo i różnych satelitów. Prace te miały kluczowe znaczenie dla wykazania, że statek kosmiczny może przetrwać w środowisku kosmicznym, zanim narazi życie ludzkie.
Program rozpoczął się 27 października 1961 roku. Pierwszy start był dopiero początkiem. Następnie odbyło się dziewięć kolejnych udanych premier, z których każda ulepszała technologię i zwiększała zaufanie do systemu. Testy te umożliwiły inżynierom optymalizację systemów sterowania i integralności strukturalnej w sposób, którego nie były w stanie przewidzieć modele teoretyczne.
W miarę przesuwania się celu w stronę misji załogowych technologia ewoluowała. Saturn IB powstał jako ulepszona wersja pierwotnego modelu. W latach 1966–1968 stał się koniem pociągowym zarówno bezzałogowych, jak i załogowych misji programu Apollo na orbicie okołoziemskiej. Loty te miały na celu nie tylko lot w kosmos, ale także życie w nim. Saturn IB pozwolił astronautom przetestować systemy podtrzymywania życia i manewry orbitalne w ramach przygotowań do przyszłych podróży w przestrzeń kosmiczną.
Kiedy lądowanie na Księżycu stało się faktem, Saturn IB nie odszedł spokojnie w zapomnienie. Odegrał kluczową rolę w kolejnej fazie amerykańskich lotów kosmicznych. Służył do transportu załogi na Skylab, pierwszą amerykańską stację kosmiczną wystrzeloną w 1973 roku. Ponadto w 1975 roku ukończono historyczny projekt Apollo-Sojuz, co oznaczało pierwszy wspólny amerykańsko-sowiecki lot kosmiczny. Współpraca ta oznaczała przejście od konkurencji do współpracy na niskiej orbicie okołoziemskiej.
Rakiety te zrobiły więcej, niż tylko wystrzeliły w niebo metalowe kanistry. Wykazali, że USA są w stanie przeprowadzać złożone, wieloetapowe starty z dużą precyzją. Dane zebrane podczas dziesięciu startów Saturna I położyły podwaliny pod potężniejszą rakietę Saturn V, która ostatecznie miała zabrać ludzi na Księżyc. Jednak dziedzictwo wcześniejszych modeli Saturna często pozostaje niezauważone. Stanowiły one „koła szkoleniowe” dla najsłynniejszej rakiety w historii.
Przejście od testów bezzałogowych do misji załogowych nie nastąpiło natychmiast. Wymagał serii stopniowych sukcesów. Każde uruchomienie zwiększało niezawodność. W szczególności Saturn IB pokazał, jak adaptacyjny może być oryginalny projekt. Przez ponad dekadę pełnił kilka funkcji. Od testowania kapsuł Apollo po wspieranie Skylab był stale obecny w amerykańskich operacjach kosmicznych.
Dlaczego jest to ważne teraz? Zrozumienie programu Saturn zapewnia kontekst dla współczesnych lotów kosmicznych. Przypomina nam, że lądowanie na Księżycu nie było pojedynczym cudem, ale serią skalkulowanego ryzyka. Problemy techniczne rozwiązane przez zespoły Saturn – trakcja, nawigacja, obciążenia konstrukcyjne – pozostają aktualne do dziś. W miarę pojawiania się nowych rakiet, takich jak Space Launch System
Saturn 5 był czymś więcej niż tylko rakietą. Była to trzystopniowa maszyna zaprojektowana w jednym celu: zabrać ludzi na Księżyc w ramach programu Apollo. Pierwszy start odbył się 9 listopada 1967 roku. Pojazd ten wykonał dziesięć misji załogowych w latach 1968-1972. Wystartowały na nim wszystkie misje od Apollo 8 do Apollo 17. W 1973 roku odbył się ostatni bezzałogowy lot, podczas którego wyniesiono stację kosmiczną Skylab na orbitę.
Pierwszy etap: przebić się przez niebo
Zobaczmy jak to faktycznie wystartowało. Pierwszy etap był gigantyczny. Przy pełnym zbiorniku jego masa przekroczyła 2 000 000 kg. To około 4 400 000 funtów. Wyposażony był w pięć ogromnych silników spalających naftę i ciekły tlen.
Silniki te uniosły całą rakietę nośną – pierwszy, drugi i trzeci stopień, a także statek kosmiczny Apollo. Rozpędzali urządzenie do prędkości 8700 km/h. To około 5400 mil na godzinę. Wysokość osiągnęła około 60 kilometrów (40 mil). Na tej wysokości rozdzielił się pierwszy stopień. Została zresetowana. Pozbyłem się martwego ciężaru.
Drugi etap: wprowadzenie na orbitę
Następnie prace przejął drugi etap. Był lżejszy, ale nadal ciężki: przy pełnym zbiorniku jego masa wynosiła ponad 450 000 kg. Zamiast nafty na tym etapie stosowano ciekły wodór i ciekły tlen. Pięć mniejszych silników przyspieszyło wspinaczkę.
Zwiększyli prędkość do ponad 22 000 km/h. Prawie 14 000 mil na godzinę. Statek osiągnął wysokość około 190 km (120 mil). Na tym etapie oddzielił się także drugi etap.
Następnie rozpoczął się trzeci etap. Miała jeden silnik na paliwo ciekłe. Działało przez około 2,5 minuty. Impuls ten przyspieszył statek kosmiczny do 27 400 kilometrów na godzinę, czyli 17 000 mil na godzinę. To wystarczyło, aby wejść na tymczasową orbitę utrzymującą wokół Ziemi.
Przejście z orbity utrzymującej na trajektorię przezksiężycową wymagało precyzyjnego wyczucia czasu i ponownego uruchomienia silnika.
Trajektoria przezksiężycowa
Astronauci na tym nie poprzestali. Ponownie uruchomili silnik trzeciego stopnia. Działało przez kolejne 5,5 minuty. Wysokość wyłączenia wynosiła około 300 km. Prędkość osiągnęła około 40 000 km/h. To 25 000 mil na godzinę.
To właśnie ta prędkość stała się kluczowa. To wystarczyło, aby całkowicie pokonać przyciąganie grawitacyjne Ziemi. Nieco później, gdy statek był już w bezpiecznej odległości, trzeci stopień został wyrzucony. Sonda Apollo kontynuowała swoją podróż samodzielnie, poruszając się na zasadzie bezwładności w stronę Księżyca.
To niesamowite pomyśleć o matematyce stojącej za tymi impulsami. Dwie i pół minuty. Potem pięć i pół minuty. To wszystko. Różnicę między lotem orbitalnym a lotem międzyplanetarnym mierzy się w ułamkach minuty i tysiącach kilometrów na godzinę.
Saturn 5 nie tylko latał. Prowadził złożony, wieloetapowy spacer kosmiczny do jedynego domu, jaki kiedykolwiek znaliśmy. I zrobił to rzetelnie.