The Moon Rocket (4) – Il Terzo Stadio (S-IVB)

  
Schema Tecnico dell'S-IVB

Schema Tecnico dell'S-IVB

L’S-IVB (pronunciato “ess four bee”) fu costruito dalla Douglas Aircraft Company e fu utlizzato come terzo stadio per il Saturn V e come secondo stadio nel Saturn IB. Era dotato di un solo motore J-2 (lo stesso tipo utilizzato nell’S-II). Era lo stadio più piccolo del Saturn V e fu il primo a volare.
Questo stadio venne progettato secondo gli stessi principi di efficenza di massa dell’S-II, solo con specifiche meno aggressive. Era progettato per essere utilizzato due volte nel corso delle missioni che utilizzavano il Saturn V: una prima volta con una accensione di circa 2.5 minuti (dopo l’esaurimento dell’S-II) per raggiungere un’orbita stabile e successivamente per altri 6 minuti circa per la TLI (Trans Lunar Injection). Due sistemi di propulsione ausiliari a propellente liquido (APS, Auxiliary Propulsion System) erano montati nella parte bassa dello stadio (vicino al motore J-2) per il controllo dell’orientamento dello stadio. Questi due APS venivano anche usati come motori per l’operazione di ullage, ovvero per aiutare a preparare i propellenti nei serbatoi prima della TLI.

Lunghezza: 17.85 m
Diametro: 6.61 m
Peso (con carburante): 119,000 kg
Peso (senza carburante): 11,000 kg
Motori: 1 x J-2
Spinta: 1,031 kN
Tempo di Accensione: circa 475 sec
Propellente:  Ossigeno liquido / Idrogeno Liquido 
L'S-IVB viene accoppiato ad un S-II nel VAB

L'S-IVB viene accoppiato ad un S-II nel VAB

L’S-IVB nacque come evoluzione dell’S-IV, utilizzato come ultimo stadio dal razzo Saturn I e fu il primo degli stadi del Saturn V ad essere progettato. l’S-IV utilizzava un blocco di sei motori RL-10 ed utilizzava già la combinazione di propellenti dell’S-IVB (LOX/LH2). Inizialmente era previsto diventasse il quarto stadio del razzo C-4 (per questo compare il numero 4 nel suo nome).
Undici compagnie presentarono una offerta iniziale per la produzione dello stadio il 29 Febbraio 1960. L’Amministratore della NASA T. Keith Glennan decise il 19 Aprile a favore della Douglas Aircraft Company. La Convair giunse seconda per un soffio e Glennan decise di non creare un monopolio sui razzi a propellente liquido dato che la Convair era già la produttrice del razzo Centaur.
Quando in seguito il MSFC decise di utilizzare il C-5 (poi Saturn V) come razzo ‘lunare’, furono richieste delle modifiche allo stadio che portarono alla creazione dell’S-IVB: la modifica principale fu la sostituzione del gruppo di motori RL-10 con un singolo J-2. La Douglas, visto che si trattava di modifiche ad uno stadio da loro già prodotto, mantenne il contratto. Il MSFC decise anche di utilizzare un secondo tipo di razzo, il Saturn IB, per i primi test delle capsule Apollo in orbita terrestre e questo razzo usò l’S-IVB come secondo (ed ultimo) stadio.

Le varie versioni del'S-IV

Le varie versioni del'S-IV

La Douglas creò due distinte versioni dell’S-IVB, la Serie 200 e la Serie 500.
La Serie 200 venne utilizzata dal Saturn IB e differiva dalla 500 per la forma dell’interstadio e per la minore pressione dell’elio nei serbatoi (dovuta al fatto che in questo razzo l’S-IVB non andava riacceso per la TLI). Nella Serie 500 l’interstadio fu modellato diversamente per adattarsi alle maggiori dimensioni dell’S-II a cui doveva accoppiarsi. La Serie 200 aveva anche 3 razzi a propellente solido per le operazioni di separazione dall’S-IB (anzichè i due della 500) e inoltre mancavano gli APS che la Serie 500 utilizzava per l’operazione di ullage prima di far ripartire il J-2.
Come nell’S-II, anzichè creare due serbatoi separati per i propellenti criogenici con in mezzo una pesante struttura di supporto ed isolamento, venne creato un singolo serbatoio per entrambi con una paratia isolante. Nella parte bassa venne ricavato un serbatoio di forma elissoidale per il LOX, mentre la rimanente parte superiore venne utilizzata per l’LH2. Visto il comportamento dei materiali utilizzati nelle condizioni di temperatura estremamente bassa necessaria, l’isolamento fu applicato con molta cura in vari strati all’interno del serbatoio.

Il Super Guppy

Il Super Guppy

Durante le missioni Apollo 13, 14, 15 16 e 17, l’S-IVB venne mandato deliberatamente a schiantarsi sulla superficie lunare in modo da generare un terremoto artificiale rilevabile dai sismografi lasciati sulla Luna dalle missioni precedenti, in modo da studiare la struttura interna del satellite.
La struttura principale dello Skylab (la prima stazione spaziale americana) venne ricavata proprio adattando uno stadio S-IVB.
L’S-IVB fu l’unico stadio piccolo abbastanza da essere trasportato al KSC in aereo, un aereo un pò particolare ovvero il Super Guppy.

HR
“Ullage” è un vecchio termine usato dai produttori di vino o birra per indicare l’aria che nelle botti si trova al di sopra della bevanda. Per poter riavviare il J-2, i propellenti dovevano trovarsi ‘in fondo’ ai rispettivi serbatoi in prossimità delle pompe che alimentavano il motore. Se questo non fosse accaduto, le pompe avrebbero ‘cavitato’ ovvero avrebbero aspirato il gas elio presente nei serbatoi (per pressurizzare lo stesso) anzichè il propellente, facendo fallire il riavvio. L’accensione degli APS imprimeva una inziale accelerazione allo stadio, spingendo i propellenti nella posizione corretta sul fondo dei serbatoi.

The Moon Rocket 
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