Il Saturn I

Il lancio della missione SA-4 (utilizzando un Saturn I Block I)

Quando ho dedicato alcuni post al Saturn V, ho solo di sfuggita accennato agli altri membri della famiglia. Questo post è dedicato al Saturn I, il primo razzo della famiglia dei Saturn la cui importanza e il cui contributo nella fase di sviluppo sia del fratello maggiore che del CSM non vanno assolutamente sottovalutati.

È stato il primo HLLV (Heavy Lift Launch Vehicle) degli Stati Uniti; in questa categoria rientrano tutti i razzi in grado di portare grossi carichi in orbita. Fu il Presidente Kennedy ad indicare il lancio del Saturn I (l’SA-5 in particolare) come il momento in cui gli Stati Uniti avrebbero superato la capacità di lancio dei Russi, dopo aver a lungo inseguito fin dallo Sputnik. E lo fece in un discorso alla Brooks AFB a San Antonio, Texas, il 21 Novembre 1963; il giorno prima di essere assassinato a Dallas.

Sebbene fosse stato inizialmente pensato come un razzo per lanci militari durante gli anni 60, venne in realtà usato solo dalla NASA per un breve periodo: in totale vennero effettuati 10 lanci, prima che venisse lasciato da parte per fare spazio alla sua versione potenziata, il Saturn IB (dotato in particolare di un secondo stadio più potente ed una migliore strumentazione di bordo). Tra i suoi maggiori successi vanno inscritti i lanci dei tre satelliti Pegasus e i lanci utilizzati per verificare l’aerodinamica del Modulo di Comando e Servizio nelle fasi di volo in atmosfera.

Il Progetto Saturn fu una delle proposte inziali fatte per rispondere alla richiesta del Dipartimento della Difesa (Department of Defense, DoD) di sviluppare un HLLV per portare in orbita satelliti per telecomunicazioni e di “altro” tipo (ovvero “militari”). La famiglia dei Saturn, ideata tenendo d’occhio l’obiettivo di poter supportare le missioni con equipaggio verso la Luna e poi Marte, fu uno degli ultimi risultati del lavoro del Peenemuende Rocket Team, il team di Wernher Von Braun.

Il team di von Braun, che all’epoca lavorava per la U.S. ABMA (U.S. Army Ballistic Missile Agency) iniziò a progettare i Saturn nell’Aprile 1957. Nel Febbraio del 1958 venne creata all’interno del DoD l’Advanced Research Projects Agency (ARPA) e fu a questa agenzia che nel Dicembre dello stesso anno venne presentato il progetto. Nel documento ‘Proposal for a National Integrated Missile and Space Vehicle Development Plan’ venne inizialmente utilizzato il nome di “Super-Jupiter” per indicare la nuova classe di razzi.

L’ ARPA richiese una sola modifica al progetto: non essendo convinti dei motori E-1 proposti da Von Braun, che erano ancora nelle fasi iniziali dello sviluppo, chiesero di prendere in considerazione propulsori alternativi. L’ABMA rispose in tempi brevi rimpiazzando i previsti 4 motori E-1 con 8 H-1. L’H-1 era il motore che la Rocketdyne aveva iniziato a sviluppare proprio nel 1958, per conto dell’ABMA, come evoluzione del motore S-3D utilizzato nei razzi Thor-Jupiter.

A partire dal Febbraio 1959 venne ufficialmente adottato il nome “Saturn” per questa nuova famiglia di razzi; “una scelta naturale” dato che, come nella sequenza dei pianeti del sistema solare, veniva “dopo” Jupiter. Uno dei primi documenti dell’ARPA osservava che

“il Saturn è da considerarsi il primo vero veicolo spaziale così come il DC-3 è stato il primo vero aereo di linea”

Il Saturn I venne valutato in altri ambiti:

  • per il lancio dell’aereo spaziale X-20 Dyna-Soar
  • come il razzo da utilizzare per una eventuale missione lunare che utilizzasse la capsula Gemini
  • come missile balistico a corto raggio nell’ambito del progetto TABAS: il razzo avrebbe portato una testata convenzionale dal 25 tonnellate e il suo compito sarebbe stato quello di rendere inagibili, per almeno 3 giorni, le piste di decollo degli aeroporti nemici. Ma si sarebbe potuto scambiare il lancio di questo razzo per quello di un lancio con testata nucleare, scatenando una risposta di pari grado e quindi il progetto venne cancellato

Stadio S-I
Il primo stadio venne realizzato assemblando 8 serbatoi dei razzi Redstone (per intenderci quelli usati per lanciare le prime Mercury) attorno al serbatoio di un razzo Jupiter. Utilizzava 8 motori H-1 alimentati con kerosene RP-1 e ossigeno liquido (LOX). Gli otto Redstone contenevano alternativamente l’RP-1 (e venivano dipinti in nero) e il LOX (dipinti di bianco), il serbatoio centrale conteneva LOX. I motori erano disposti in un gruppo centrale di 4, mentre gli altri 4 erano disposti lungo il perimetro. Questi ultimi erano orientabili (gimballed) e garantivano la manovrabilità del razzo. Nella versione Block II, utilizzata per i voli dall’SA-5 all’SA-10, vennero aggiunte 8 appendici aerodinamiche per garantire una maggiore stabilità nel volo atmosferico. La sua costruzione fu affidata alla Chrysler.

Specifiche
Altezza 24,5 m
Diametro 6,5 m
Motori 8 H-1
Spinta 6700 kN
Carburante RP-1 (kerosene raffinato)
ossigeno liquido (LOX)
Tempo di accensione 150 s
 Altitudine raggiungibile 69 km

Il fatto che si trattasse di uno stadio assemblato utilizzando parti di altri razzi diede spunto ai critici e ai buontemponi per riferirsi ad esso come il “Cluster’s Last Stand”. “Last Stand” è un’espressione del gergo militare che indica l’estrema difesa di una posizione da parte di un manipolo di soldati, soverchiati in numero dal nemico(Wikipedia può darvi qualche informazione in più). L’espressione si potrebbe quindi tradurre come “L’ultimo baluardo dei Cluster”, frase che suona tra l’altro come una citazione del “General Custer’s Last Stand”. In realtà si rivelò uno stadio affidabile e molto flessibile.

Stadio S-IV
Il secondo stadio venne realizzato dalla Douglas Aircraft Company. Era alimentato da 6 motori RL10, tutti orientabili, alimentati da idrogeno (LH2) ed ossigeno liquido. La parte più interessante del progetto di questo stadio era il serbatoio dei propellenti: un singolo serbatoio era stato suddiviso utilizzando una sola paratia capace di isolare termicamente le due parti in maniera più che soddisfacente (LH2 e LOX sono propellenti criogenici, che si mantengono allo stato liquido a temperature molto basse, ma diverse tra loro). Tale design permise un risparmio di almeno 10 tonnellate di peso e la semplificazione del processo produttivo; si rivelò talmente buono da essere utilizzato anche per realizzare il secondo stadio del Saturn V, l’S-II. L’S-IV venne successivamente modificato per dare vita all’S-IVB, utilizzato come secondo stadio del Saturn IB e come terzo stadio del Saturn V.

Specifiche
Altezza 12 m
Diametro 5,5 m
Motori 6 RL10
Spinta 400 kN
Carburante idrogeno liquido (LH2)
ossigeno liquido (LOX)
Tempo di accensione fino a 410 sec
Altitudine raggiungibile fino a 440 km

Instrument Unit
Per i razzi Block I (dall’SA-1 all’SA-4) i sistemi di guida erano alloggiati all’interno di una serie di contenitori posti nella parte alta dell’S-I. Tali strumenti includevano in particolare la piattaforma inerziale ST-90, realizzata dalla Ford Instrument Company per essere inizialmente utilizzata nel razzi Redstone. Questi primi voli seguirono traiettorie balistiche, non orbitali e il solo stadio attivo era l’S-I (gli altri erano mockup che nemmeno si sganciavano).

I voli dei razzi Block II (dall’SA-5 all’SA-10) invece utilizzarono sia l’S-I che l’S-IV e raggiunsero l’orbita terrestre. A partire dall’SA-5 gli strumenti di guida vennero alloggiati in una vera e propria Instrument Unit (IU), posizionata sopra il secondo stadio (una scelta poi utilizzata anche per il Saturn V) e realizzata in due versioni.

La prima versione (utilizzata per i voli SA-5,6 e 7) aveva un diametro di 3,9 m ed era alta 1,5 m; venne progettata e realizzata dal Marshall Space Flight Center (MSFC). I sistemi di guida, di telemetria, di tracciamento e di alimentazione erano posti all’interno di 4 contenitori di forma cilindrica, pressurizzati ed attaccati come raggi ad un mozzo centrale.

Per i voli SA-8,9 e 10 venne approntata, sempre dal MSFC, la Versione 2. Stesso diametro della precedente ma alta solo 86 cm. E anzichè all’interno dei cilindri pressurizzati, i componenti dei vari sistemi erano direttamente montati sulle pareti interne della IU, con un notevole risparmio di peso. Il computer di guida di questa versione fu l’IBM ASC-15. La piattaforma inerziale utilizzata fu ancora la ST-90 per il volo SA-5 e per il primo stadio dell’SA-6, mentre per il resto dei voli  venne utilizzata la più avanzata ST-124.

La IU era dotata di una finestrella per permettere l’allineamento della piattaforma inerziale prima del lancio, tramite un sistema elettro-ottico noto come Azimut Alignment System.

Tutti i liftoff del Saturn I

 

I principali voli che hanno utilizzato un Saturn I sono stati i seguenti:

Serial Number Mission Launch Date Notes
SA-1 SA-1 October 27, 1961 Primo volo di test (suborbitale) di un Block I. Apogeo a 136,5 km.
SA-5 SA-5 January 29, 1964 Primo volo di uno stadio S-IV. Primo volo di un Block II. Primo volo orbitale (rientrato in atmosfera il 30 Aprile 1966). Kennedy identificò questo lancio come quello del sorpasso sui sovietici in termini di carico utile.
SA-6 A-101 May 28, 1964 Lancio del primo modello (boilerplate) di CSM (BP-13). Block II. Rientro in atmosfera dell’Apollo BP-13 il 1 Giugno 1964.
SA-9 A-103 February 16, 1965 lancio del terzo boilerplate del CSM (BP-26). Lancio del primo satellite Pegasus. Pegasus 1 rientrato in atmosfera il 17 Settembre 1978. Apollo BP-26 rientrato in atmosfera il 10 Luglio 1985.
SA-10 A-105 July 30, 1965 Lancio del terzo satellite Pegasus e del boilerplate del CSM BP-9A. Pegasus 3 rientrato in atmosfera il 4 Agosto 1969. Apollo BP-9A rientrato in atmosfera il 22 Novembre 1975.

2 Risposte to “Il Saturn I”

  1. Gianluca atti Says:

    Bellissimo articolo, molto descrittivo su un razzo quasi sconosciuto, ma “padre” di quello più potente mai realizzato!

  2. Grazie per i complimenti. Più si scava nei documenti del progetto Apollo e più si capisce che grande impresa è stata e quali grandi sforzi abbia richiesto. Raccontarla è un dovere, oltre che un piacere.

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