S-IVB

S-IVB
( etapa de cohete )

Descripción de esta imagen, también comentada a continuación S-IVB-206 que se utilizó para la misión Skylab 2 Caracteristicas
Tipo de motor 1 motor J-2
Ergols LH2 / LOX
Empuje 1.001  kN
Reencendido 1 (en Saturno V )
Masa 119,900  kilogramos
Altura 17,8  m
Diámetro 6,6  metros
Duración de la operación 475  segundos
usar
usar Saturno IB ( piso 2 e )
Saturno V ( piso 3 e )
Primer vuelo 1966
Estado Retirado del servicio
Constructor
País Estados Unidos
Constructor Douglas Aircraft Company

Construido por Douglas Aircraft Company , el S-IVB (a veces denominado S4b) fue la tercera etapa del lanzador Saturn V y la segunda etapa del lanzador Saturn IB . Estaba equipado con un solo motor J-2 para garantizar su misión. Para las misiones lunares, este último fue disparado dos veces: primero para la inserción en órbita terrestre después de cortar la segunda etapa S-II , y luego para la inyección translunar (en trayectoria lunar), con el fin de enviar los dos módulos tripulados de la misión. a la Luna.

Histórico

El S-IVB fue una evolución de la etapa superior del cohete Saturno I , el S-IV , y fue la primera etapa del Saturno V que se diseñó. El S-IV usó un grupo de seis motores, pero usó los mismos propulsores que el S-IVB, a saber , hidrógeno líquido (LH2) y oxígeno líquido (LOX). También se pretendía originalmente que fuera la cuarta etapa de un posible otro cohete llamado Saturno C-4, de ahí su nombre S-IV.

Once empresas habían presentado propuestas para ser el contratista principal del piso, antes de la fecha límite de 29 de febrero de 1960. El Administrador de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) T.Keith Glennan decidió, en19 de abril, que Douglas Aircraft Company ganaría el contrato. Convair fue rechazado, Glennan no quería monopolizar el mercado de cohetes de hidrógeno líquido, ya que Convair ya estaba a cargo de construir el cohete Centaur .

En última instancia, el Centro de Vuelo Espacial Marshall decidió utilizar los cohetes C-5 (más tarde llamados Saturn V), que tenían tres etapas y serían rematados con un S-IV mejorado, llamado S-IVB, que en su lugar utilizaría un grupo de motores. solo tendría un motor J-2. Douglas se había adjudicado el contrato para el S-IVB debido a las similitudes entre este último y el S-IV . Al mismo tiempo, se decidió crear el cohete C-IB ( Saturno IB ), que también usaría el S-IVB como segunda etapa y que podría usarse para probar la nave espacial Apolo en órbita terrestre, mientras que el Saturno V cohete todavía estaba siendo diseñado.

Un S-IVB se transformó en un casco vacío para Skylab , la primera estación espacial estadounidense. Para otros proyectos, el S-IVB sirvió de base para varios talleres húmedos (hábitats espaciales construidos a partir de etapas de cohetes consumidos), como el de una estación estadounidense o los del proyecto de sobrevuelo tripulado de Venus .

Durante las misiones Apollo 13 , Apollo 14 , Apollo 15 , Apollo 16 y Apollo 17 , el S-IVB fue enviado a la luna para estrellarse allí. Esta maniobra permitió realizar mediciones sísmicas que ayudarían a establecer las características del núcleo de la Luna.

La Etapa de Salida de la Tierra (EDS), una propuesta de segunda etapa para los cohetes Ares V y Ares I , tenía en parte las mismas características que la etapa S-IVB. Los dos lanzadores del programa Constellation , que fue cancelado en 2010 , habrían tenido un motor J-2 reevaluado (serie J-2X), realizando las mismas funciones que el de la etapa de la serie 500 (poner la carga útil en órbita, luego inyección de la nave espacial en el espacio translunar).

Caracteristicas

Douglas construyó dos versiones distintas del S-IVB, la serie 200 y la serie 500. La serie 200 fue utilizada por Saturn IB y se diferenciaba de la 500 en que las etapas no tenían una inter-etapa ensanchada y tenían menos tamaño ”. presurización de helio a bordo porque no debían volver a encenderse. En la serie 500, la inter-etapa abocinada era necesaria para acercar las etapas inferiores del Saturn V de mayor diámetro. La serie 200 también tenía tres cohetes de combustible sólido para separar la etapa S-IVB de la etapa S-IB en el lanzamiento, en comparación con solo dos en la serie 500, y no tenía el propulsor lineal APS, que la serie 500 requería para el lanzamiento. operaciones antes de reiniciar el motor J2.

El S-IVB llevaba 73,280  L (19,359 galones estadounidenses) de LOX y 252,750  L (66,770 galones estadounidenses) de LH2 . Como suele ocurrir en el campo de las etapas de cohetes, la mayor parte de su masa total se debió a los propulsores contenidos en el interior de sus tanques: durante la misión Apolo 11 , la masa de propulsores contenidos fue de 107.095  kg , lo que representa el 89,9  % del peso total de la etapa. , que fue de 119.119  kg . El oxígeno líquido representó el 73,3  % de esta masa (87,315  kg ) y el hidrógeno líquido el 16,6  % (19,780  kg ). El piso vacío representó solo el 10,1  % de la masa total, con un peso de 11.273  kg .

La propulsión se confió a un motor J-2 , con un empuje máximo de 1.033  kN en vacío. Para poder enviar astronautas a la Luna, tenía una característica asombrosa para su época, podía volver a encenderse en vuelo. Sin embargo, a diferencia de sus homólogos que ocupaban la segunda etapa , que contaba con cinco, no era orientable, siendo esta tarea encomendada a los cuatro motores periféricos. Se hizo especial hincapié en su fiabilidad: desde diciembre de 1963 hasta enero de 1966 , las pruebas realizadas permitieron comprobar que el motor respetaba en gran medida sus especificaciones. Un motor se volvió a encender 30 veces y se hizo funcionar durante un total de 2774 segundos, mientras que en vuelo solo necesitaba funcionar durante 500 segundos y volver a encenderse una vez.

El escenario también fue coronado por un anillo que lo separa del adaptador que contiene el módulo lunar (designado SLA, para "  Adaptador de módulo lunar / nave espacial  "). Este anillo, también denominado “  unidad de instrumentos  ” era de hecho un compartimento de equipo que contenía todo el equipo y sensores necesarios para la guía, control, seguimiento y medición remota de las acciones del cohete durante todo su vuelo. Se deriva de la unidad de instrumento desarrollado para el Saturno I cohete . El contratista de la NASA para la fabricación de la interfaz de usuario fue International Business Machines (IBM).

Operación durante una misión

La tercera etapa funcionó durante 150  segundos después de la separación de la segunda etapa .

A diferencia de la separación de pisos anterior, no existían operaciones de separación específicas para el interpiso, quedando este último adosado al segundo piso (aunque se construyó como componente del tercero). 10  min y 30  s después del despegue, Saturno V estaba a una altitud de 164  km y una distancia de 1.700  km en tierra desde el lugar de lanzamiento. Momentos después, después de las maniobras en órbita, el lanzador se encontraba en una órbita terrestre de 180  km por 165  km . Era relativamente bajo para una órbita terrestre y la trayectoria no podía permanecer eternamente estable debido a la fricción residual con las capas superiores de la atmósfera. Para las dos misiones que tuvieron lugar en la órbita de la Tierra, Apollo 9 y Skylab , el lanzador inyectó las naves en una órbita mucho más alta. Una vez en esta órbita de estacionamiento, el S-IVB y la nave espacial, permanecieron unidos, formaron dos órbitas y media alrededor de la Tierra. Durante este período, los astronautas realizaron controles del equipo de la nave espacial y de la última etapa del lanzador, con el fin de asegurarse de que todo estaba en perfecto estado de funcionamiento y preparar la nave espacial para la maniobra de inyección "translunar" ( Trans- Inyección Lunar - TLI).

La maniobra TLI tuvo lugar aproximadamente dos horas y media después del lanzamiento: el motor de la tercera etapa se volvió a encender para impulsar la nave espacial a la luna . Este empuje duró seis minutos, lo que llevó la velocidad del conjunto a más de 10  km / s (velocidad de liberación), lo que le permitió escapar del tirón de la Tierra para moverse hacia la Luna. Unas horas después de la maniobra TLI, el Módulo de Comando y Servicio (CSM) de Apolo se separó de la tercera etapa, giró 180  grados y luego se acopló con el Módulo Lunar (LEM) que estaba ubicado debajo del CSM durante la fase de lanzamiento. Finalmente, se destacó en la tercera planta el nuevo conjunto formado por el CSM y el LEM.

La tercera etapa podría representar un peligro para el resto de la misión, ya que las naves Apolo siguieron la misma trayectoria inercial. Para evitar cualquier riesgo de colisión, los propulsores que quedaban en los tanques de la tercera etapa fueron evacuados al espacio, que por reacción modificó su trayectoria. Desde el Apolo 13 , los controladores lo dirigieron a la luna. Los sismógrafos depositados en la Luna por misiones anteriores podrían detectar sus impactos cuando chocaron contra la Luna. Los datos registrados durante estos choques deliberados han contribuido al estudio de la composición interior de la Luna. Antes del Apolo 13 (excepto el Apolo 9 y el Apolo 12 ), las terceras etapas se colocaron en una trayectoria que pasaba cerca de la Luna y las devolvía a una órbita solar.

Mientras tanto, el Apolo 9 se dirigió directamente a una órbita solar. La etapa S-IVB del Apolo 12 tuvo un destino completamente diferente: el3 de septiembre de 2002, Bill Yeung descubrió un asteroide sospechoso al que le dio el nombre provisional de J002E3 . Se reveló que estaba orbitando la Tierra, y rápidamente se descubrió mediante análisis espectral que estaba cubierto con una pintura blanca de dióxido de titanio , la misma que se usó para Saturno V. Los controladores de la misión habían planeado enviar el Apolo 12 S -IVB en órbita solar, pero el encendido del motor después de la separación de la nave espacial Apolo duró demasiado y la tercera etapa pasó demasiado cerca de la Luna y terminó en una órbita apenas estable alrededor de la Tierra y la Luna. Se cree que en 1971 , luego de una serie de perturbaciones gravitacionales, el S-IVB se movió a una órbita solar y luego regresó a una órbita terrestre 31 años después. EnJunio ​​de 2003, esta tercera etapa dejó la órbita de la Tierra.

Pisos construidos


Tres versiones de SIV / SIVB
Serie 200
Número de serie usar Fecha de lanzamiento Ubicación actual
S-IVB-S Etapa de prueba estática "acorazado"
S-IVB-F Etapa de prueba para instalaciones
S-IVB-D Etapa de prueba "dinámica" entregada al Centro Marshall de Vuelos Espaciales en 1965 Centro espacial y de cohetes de EE. UU. , Huntsville , Alabama
S-IVB-T Cancelado en Diciembre de 1964
S-IVB-201 Como-201 26 de febrero de 1966
S-IVB-202 Como-202 25 de agosto de 1966
S-IVB-203 Como-203 5 de julio de 1966
S-IVB-204 Apolo 5 22 de enero de 1968
S-IVB-205 Apolo 7 11 de octubre de 1968
S-IVB-206 Skylab 2 25 de mayo de 1973
S-IVB-207 Skylab 3 28 de julio de 1973
S-IVB-208 Skylab 4 16 de noviembre de 1973
S-IVB-209 Vehículo de rescate Skylab Centro espacial Kennedy
S-IVB-210 Proyecto de prueba Apollo Soyuz 15 de julio de 1975
S-IVB-211 No usado Centro espacial y de cohetes de EE. UU. , Huntsville , Alabama
S-IVB-212 Convertido a Skylab 14 de mayo de 1973
Serie 500
Número de serie usar Fecha de lanzamiento Ubicación actual
S-IVB-501 Apolo 4 9 de noviembre de 1967
S-IVB-502 Apolo 6 4 de abril de 1968
S-IVB-503 Destruye el 20 de enero de 1967 Explosión durante la prueba de banco Beta 3 de las operaciones de prueba de Sacramento (SACTO)
S-IVB-503N Apolo 8 21 de diciembre de 1968 Órbita solar
S-IVB-504 Apolo 9 3 de marzo de 1969 Órbita solar
S-IVB-505 Apolo 10 18 de mayo de 1969 Órbita solar
S-IVB-506 Apolo 11 16 de julio de 1969 Órbita solar
S-IVB-507 Apolo 12 14 de noviembre de 1969 Órbita solar. Se informó que fue descubierto como un asteroide en 2002 y recibió la designación J002E3.
S-IVB-508 Apolo 13 11 de abril de 1970 Impacto en la superficie de la Luna en 15 de abril de 1970a las 0  h  9  min  40  s UTC *, a 65,5  km del objetivo, en el punto de coordenadas " 2 ° 45 ′ S, 27 ° 52 ′ O ". Masa de impacto: 13.425,8  kg .
S-IVB-509 Apolo 14 31 de enero de 1971 Impacto en la superficie de la Luna en 4 de febrero de 1971a 6  h  40  min  55  s UTC *, a 294,4  km del objetivo, en las coordenadas " 8 ° 05 ′ S, 26 ° 01 ′ O ". Masa de impacto: 13.986,9  kg .
S-IVB-510 Apolo 15 26 de julio de 1971 Impacto en la superficie de la Luna en 29 de julio de 1971a las 20  h  58  min  42  s UTC *, 153,7  km desde el objetivo, en el punto de coordenadas " 1 ° 31 ′ S, 11 ° 49 ′ O ". Masa de impacto: 14.006,9  kg .
S-IVB-511 Apolo 16 16 de abril de 1972 Impacto en la superficie de la Luna en 19 de abril de 1972a las 20  h  2  min  4  s UTC *, 320,3  km del objetivo, en el punto de coordenadas " 1 ° 18 ′ N, 23 ° 48 ′ O ". Masa de impacto: 13.972,9  kg .
S-IVB-512 Apolo 17 7 de diciembre de 1972 Impacto en la superficie de la Luna en 10 de diciembre de 1972a las 19  h  32  min  42  s UTC *, a 155,5  km del objetivo, en el punto de coordenadas " 4 ° 13 ′ S, 12 ° 19 ′ O ". Masa de impacto: 13.930,7  kg .
S-IVB-513 Apolo 18 (cancelado) Centro espacial Johnson
S-IVB-514 No usado Centro espacial Kennedy
S-IVB-515 Convertido a Skylab B Museo Nacional del Aire y el Espacio

(* Consulte la lista de objetos hechos por el hombre en la Luna para conocer su ubicación).

Explosión de tierra

La 20 de enero de 1967, el escenario S-IVB 503 , colocado en el banco de pruebas Beta 3 , explotó justo antes del encendido de su motor, destruyendo el escenario. La investigación reveló que una de las ocho esferas de helio encargadas de presurizar los tanques de combustible había explotado (utilizando materiales inadecuados para realizar las soldaduras).

Notas y referencias

  1. (in) "  SP-4206 Stages to Saturn  " (consultado el 27 de julio de 2014 )
  2. (in) "  Ground Ignition Weights  " (consultado el 27 de julio de 2014 )
  3. (en) Roger E. Bilstein, "  5. Criogenia no convencional: RL10 y J-2  " , SP-4206 Stages to Saturn , NASA,1996(consultado el 27 de julio de 2014 )
  4. (en) Bilstein 2015 , p.  241.
  5. (en) Benson y Faherty 1978 , p.  353.
  6. (in) Referencia de noticias de Saturno V: Hoja de datos de la unidad de instrumento , p.  2.
  7. (en) Bilstein 2015 , p.  243–244.
  8. (en) Orloff 2000 , “ S-IVB Lunar Impact  ”, ( leer en línea ).
  9. (en) Orloff 2000 , “ S-IVB Solar Trayectoria  ”, ( leer en línea ).
  10. (en) "  órbitas de objetos misterio de la Tierra  ," noticias de ciencia de la NASA,20 de septiembre de 2002(consultado el 27 de julio de 2014 )
  11. (en) "  La otra prueba Bancos de Saturno - Sacramento Prueba de Operaciones (Sacto)  " , CapCom espacio (visitada 27 de de julio de 2014 )

Ver también

Artículos relacionados

Bibliografía

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