Комитет Сильверстайна

Комитет по оценке транспортных средств Сатурна , более известный как Комитет Сильверстайна , был правительственной комиссией США, созданной в 1959 году для рекомендации конкретных направлений, которые НАСА могло бы предпринять в рамках ракетной программы Сатурн . Комитет возглавил Эйб Сильверстайн , давний инженер НАСА, с явным намерением выбрать верхние ступени для Сатурна после того, как между ВВС и армией вспыхнули разногласия по поводу его разработки. В ходе встреч члены комитета обрисовали ряд различных потенциальных проектов, включая решение с низким уровнем риска, которое фон Браун разрабатывал с использованием существующих планеров межконтинентальных баллистических ракет , а также версии, использующие совершенно новые верхние ступени, разработанные для полного использования преимуществ разгонной ступени. Преимущества использования новых верхов были настолько велики, что комитет склонил на свою сторону изначально скептически настроенного фон Брауна, и будущее программы Сатурн изменилось навсегда.

Фон

В 1957 году Министерство обороны (DoD) опубликовало набор требований к новому тяжелому ускорителю для миссий, начиная с начала 1960-х годов. В то время все три рода войск США находились в процессе разработки собственных ракет, что привело к серьезной борьбе между ними по поводу приоритетов будущих разработок. В 1956 году ВВС США добились концессии на то, что ракетная техника большой дальности является их прерогативой, включая все ракеты «земля-земля» на дальность действия более 200 миль (320 км). Однако соглашение не охватывало «другие роли», и существующие проекты на ВМФ и армии продолжались в прежнем режиме.

ВВС находились в процессе реализации проекта Dyna-Soar и разрабатывали новую ракету-носитель для ее запуска в соответствии со своими требованиями «SLV-4». Их основным ответом на это требование стала ракета «Титан II» , оснащенная новой верхней ступенью, работающей на водороде, «Титан С» . Получившаяся конструкция имела несколько выпуклый вид; поскольку для водородного топлива требовались большие баки, верхняя ступень имела диаметр 160 дюймов (4100 мм) по сравнению со 120 дюймами (3000 мм) у Титана II. Другие группы ВВС также разрабатывали концепцию космической пусковой системы , которая сочетала в себе тот же Титан II с рядом твердотопливных ракет в качестве «нулевой ступени». Комбинируя различное количество и размеры этих ракет, пусковую установку можно было настроить на различную полезную нагрузку. Команда SLS также наметила путь разработки пилотируемой лунной миссии в рамках своего проекта Lunex Project , используя Титан с четырьмя твердыми телами для испытаний спускаемого аппарата с околоземной орбиты, а также совершенно новые твердые и жидкостные ступени для полетов на Луну.

Конфигурация Сатурна I для проекта Horizon (1959)

Чтобы удовлетворить те же требования Министерства обороны к тяжелой космической ракете-носителю, армейская группа Армейского агентства по баллистическим ракетам (ABMA) под руководством группы под руководством Вернера фон Брауна изучила ряд проектов, в которых были сгруппированы существующие планеры ракет и, при необходимости, добавлены новые двигатели. . В проектную серию вошли «Супер-Титан», «Супер-Атлас» и «Супер-Юпитер». Последний быстро стал их центром внимания, поскольку он состоял из технологий, разработанных в ABMA, в то время как Атлас и Титан были разработками ВВС, страдающими от расширенных проблем при разработке. Конструкция «Супер-Юпитера» была почти полностью основана на существующем оборудовании с использованием кластера «Редстоун» и ракет «Юпитер» для формирования нижней ступени с новым двигателем и верхней ступени, заимствованной у «Титана». Их предложение было намного проще и с меньшим риском, чем предложение ВВС, которое требовало разработки новой верхней ступени, работающей на водороде. Как и команда ВВС, ABMA также изложила свое видение пилотируемой лунной миссии как Project Horizon. , используя пятнадцать таких ракет для создания большого корабля на околоземной орбите.

Недавно созданное Агентство перспективных исследовательских проектов (ARPA), которому было поручено разработать ракету-носитель, встало на сторону проекта ABMA. Их единственное беспокойство заключалось в том, что новые двигатели могут представлять опасность, поэтому вместо этого использовались более умеренные модернизации существующих двигателей. ABMA быстро адаптировала конструкцию для использования восьми двигателей, разработанных на базе S-3D Юпитера, как H-1 , в отличие от четырех предложенных E-1 исходной конструкции. ARPA была удовлетворена и начала финансировать разработку как ускорителя в ABMA, так и новых двигателей H-1 в Rocketdyne . Контракты были заключены в октябре 1958 года, и работы шли быстро; Первые испытательные стрельбы H-1 произошли в декабре, и макет ракеты-носителя уже был завершен. Первоначально известный как «Супер-Юпитер», во время разработки проект превратился в « Юнону V» , а 3 февраля меморандум ARPA официально переименовал проект в «Сатурн».

Вскоре после этого недавно созданное НАСА также выразило интерес к проекту Сатурна как части своей долгосрочной стратегии. Запуски в начале 1960-х годов будут сосредоточены на низкой околоземной орбите с использованием существующих межконтинентальных баллистических ракет в качестве пусковых установок, разработка технологий для лунной программы будет базироваться на Сатурне, а в реальной миссии прямого восхождения на Луну будет использоваться массивная ракета «Нова» , которая тогда разрабатывалась в НАСА. Вскоре после этого, 9 июня 1959 года, Герберт Йорк, директор Департамента оборонных исследований и разработок, объявил, что решил прекратить программу «Сатурн». Йорк считал, что Министерству обороны не следует финансировать ракету-носитель, единственная конкретная роль которой заключалась в поддержке гражданской космической программы. Была организована встреча для «спасения» программы, в результате которой программа «Сатурн» и вся ABMA вместе с ней были переданы НАСА.

Члены и директива

По просьбе заместителя администратора НАСА в ноябре 1959 года директор по развитию космических полетов сформировал межведомственную исследовательскую группу, состоящую из членов НАСА, Управления оборонных исследований и разработок, ARPA, ABMA и ВВС. Этими членами были Эйб Сильверстайн (НАСА) в качестве председателя, затем полковник Н. Аппольд (ВВС США), А. Хаятт (НАСА), TC Muse (ODDR&E), Дж. П. Саттон (ARPA), В. фон Браун (ABMA) и Э. Холл (НАСА) в качестве секретаря.

Группе было предложено сформулировать рекомендации по разработке ракеты «Сатурн», в частности по выбору конфигурации разгонного блока. В ходе исследования дополнительно было поручено сосредоточиться на четырех основных областях: определить желаемые задачи и полезную нагрузку, выявить потенциальные проблемы с техническим развитием, определить стоимость и время разработки, а также сравнить будущий рост характеристик транспортных средств. ^{[Примечание 1]}

Выбор верхней ступени

Тем не менее, ВВС продолжали мутить процесс разработки. В декабре ABMA, которая на тот момент все еще входила в состав армии, получила приказ заменить верхнюю ступень «Сатурна» с машины на базе Титана диаметром 120 дюймов на новую с диаметром 160 дюймов, которая требуют значительно большего развития. Ступень диаметром 160 дюймов была такой же, как верхняя ступень Titan C, и, внеся это изменение в Saturn, Министерство обороны получило бы две конкурирующие конструкции верхней ступени для требований SLV-4, а также позволило бы Saturn запустить Dyna-Soar. если возникнет такая необходимость. ABMA уже проводила испытания двигателей для своей верхней ступени на базе Титана и была расстроена этим новым запросом.

Встреча всех заинтересованных сторон была организована под руководством Эйба Сильверстайна, чьи предыдущие усилия сыграли важную роль в выборе Сатурна для миссий НАСА. Группа перечислила три миссии для первого корабля «Сатурн»: беспилотные полеты на Луну и в дальний космос с полезной нагрузкой около 10 000 фунтов (4500 кг); Полезная нагрузка массой 5000 фунтов (2300 кг) на геостационарную орбиту; и полеты космических кораблей с экипажем массой около 10 000 фунтов (4500 кг) на низкие орбиты, такие как Dyna-Soar.

Чтобы сделать такие «высотные» миссии практически осуществимыми, ключевое значение будут иметь характеристики верхних ступеней. Каждый фунт, использованный на ступени или ее топливе, будет означать гораздо меньше груза, учитывая любой конкретный ускоритель (первая ступень). Поскольку им требовалось именно соотношение мощности к весу , верхние ступени на основе жидкого водорода казались единственным выходом вперед — легкий вес топлива компенсирует любые трудности с ним. Предложение «Сатурн» всегда включало такую ​​ступень для вывода на орбиту, « Кентавр» , ступень сжигания водорода, заимствованную из межконтинентальной баллистической ракеты «Атлас» .

На промежуточных этапах у проектировщиков было несколько больше гибкости. Члены комитета наметили ряд возможных решений, сгруппированных в три разных класса: класс «А», класс «Б» и класс «С». Общим для всех трех классов, за исключением предложенного C-3, была новая первая ступень, состоящая из группы из восьми двигателей H-1, прикрепленных к группе танков «Юпитер/Редстоун», которая стала ступенью SI , а также двухмоторная верхняя ступень «Кентавр» . Проекты класса «А» представляли собой решения с низким уровнем риска; Текущая конструкция фон Брауна стала A-1 , состоящей из второй ступени Titan I между первой ступенью SI и третьей ступенью Centaur. А -2 заменил вторую ступень А-1 группой БРСД «Тор» . Хотя машины класса «А» могли бы быть готовы к полету раньше всех из-за использования существующего оборудования, они не смогли выполнить первые два полета ракеты «Сатурн». Кроме того, 120-дюймовые верхние ступени представляли собой потенциальную слабость конструкции, а предлагаемая 160-дюймовая модернизация ограничивала бы потенциал роста, нарушая четвертое требование исходной директивы.

Единственная конструкция класса «B», рассмотренная комитетом, B-1 , состояла из четырехступенчатой ​​конструкции с вышеупомянутой первой ступенью SI и четвертой ступенью «Кентавр». Вторая ступень будет представлять собой совершенно новую 220-дюймовую конструкцию LOX/RP-1 с четырьмя двигателями H-1, используемыми на первой ступени, а также новую четырехмоторную третью ступень, заимствованную у Centaur, но с 220-дюймовым двигателем. диаметр. Хотя машина B-1 отвечала требованиям миссии, разработка новой второй ступени была бы слишком дорогостоящей и заняла бы слишком много времени.

В конструкциях класса «С» на всех верхних ступенях использовался жидкий водород. C-1 будет состоять из существующего ускорителя SI, новой от Douglas Aircraft, 220-дюймовой ступени S-IV оснащенной четырьмя модернизированными версиями двигателей Centaur с тягой от 15 000 фунтов силы (67 кН) до 20 000 фунтов силы (89 кН) на двигатель, и модифицированный «Кентавр», использующий те же двигатели, что и третья ступень. C-1 станет C-2 после установки новой ступени S-III с двумя новыми двигателями с тягой от 150 000 фунтов силы (670 кН) до 200 000 фунтов силы (890 кН), сохраняя S-IV и Centaur на вершине. C -3 представлял собой аналогичную адаптацию: в ступень S-II были включены четыре одинаковых двигателя с тягой 150–200 000 фунтов силы, при этом сохранились ступени S-III и S-IV от C-2, но был исключен «Кентавр». Первая ступень C-3 также будет увеличена до более чем 2 000 000 фунтов силы (8 900 кН) либо за счет замены четырех центральных двигателей H-1 одним двигателем F-1, либо за счет повышения мощности всех восьми двигателей H-1.

• Варианты Сатурна C
• 
  Сатурн С-1
• 
  Сатурн С-2
• 
  Сатурн С-3

Изучение результатов убедительно показало, что модели C были единственными, к которым стоит приступить, поскольку они предлагали гораздо более высокую производительность, чем любая другая комбинация, и предлагали большую гибкость, позволяя смешивать и подбирать этапы для любых конкретных потребностей запуска. Кроме того, при разработке ракеты по модульному принципу будет достигнута максимальная надежность транспортного средства, поскольку каждая новая ступень добавляется к уже проверенным и проверенным ступеням.

Таким образом, решение сводилось не к результатам, которые были четко определены, а к рискам развития. «Сатурн» всегда проектировался с учетом минимального риска, единственными действительно новыми компонентами были незначительная модернизация двигателя нижней ступени и «Кентавра» верхней ступени. Разработка совершенно новых ступеней сжигания водорода для всей «стопки» увеличит риск того, что отказ любого из компонентов может нарушить всю программу. Но, как отметили члены комитета: «Если эти топлива должны быть приняты для сложных применений на верхних ступенях, то, по-видимому, нет веских инженерных причин не допускать использования высокоэнергетических топлив для менее сложных применений на промежуточных ступенях. " фон Браун был побеждён; разработка нынешней конструкции будет продолжена в качестве резервной, но будущее Сатурна было основано на водороде и было адаптировано исключительно к требованиям НАСА.

В последний день 1959 года администратор НАСА Т. Кейт Гленнан одобрил рекомендации Сильверстайна. Шансы на соблюдение графика повысились после двух решений администрации Эйзенхауэра в январе 1960 года. Проект «Сатурн» получил рейтинг DX, который обозначал программу высшего национального приоритета, что давало менеджерам программ привилегированный статус в обеспечении дефицитных материалов. Что еще более важно, администрация согласилась на просьбу НАСА о дополнительных средствах. Бюджет Saturn на 1961 финансовый год был увеличен со 140 до 230 миллионов долларов. 15 марта 1960 года президент Эйзенхауэр официально объявил о передаче Управления развития армии НАСА.

Сатурн появляется

Транспортные средства Saturn C, представленные в отчете комитета Сильверстайна, так и не были построены. Как только «Сатурн» стал высокопроизводительным проектом, настроенным НАСА, Министерство обороны стало меньше интересоваться им для своих собственных нужд. Разработка Титана для этих целей продолжалась, и в результате гибкость, обеспечиваемая множеством промежуточных ступеней модели Сатурн C, просто не была нужна, и в конечном итоге от нее отказались.

От этой рекомендации уцелели только первая ступень SI и самая маленькая из новых верхних ступеней S-IV. Первоначально предполагалось, что S-IV будет оснащен четырьмя модернизированными двигателями «Кентавр», но для снижения риска было решено использовать существующие двигатели и увеличить их количество с четырех до шести. Новый, более крупный двигатель J-2 уже находился в стадии разработки, который мог бы заменить их. Первоначальная конструкция S-IV, 220-дюймовый двигатель с шестью двигателями, использовалась лишь в течение короткого периода, пока не была создана 260-дюймовая версия большего диаметра для моделей Saturn Block II, а затем окончательно заменена моделью S с двигателем J-2. -IVB Сатурна IB .

Примечания

1. ^{^} Полный текст запроса можно найти в Приложении к полугодовому сводному техническому отчету по приказам ARPA 14-59 и 47-59.

До 1963 года Сатурны обозначались буквой C и арабской цифрой. Люди обычно предполагают, что C означает конфигурацию; но, согласно газете Spaceport News Космического центра Кеннеди (17 января 1963 г.), инженеры MSFC использовали его для обозначения «концепций» транспортных средств. Сатурн C-1 обозначал концепцию ракеты-носителя S-1 с верхними ступенями, использующими жидкий водород в качестве топлива. C-2, C-3 и C-4 были концептами чертежной доски, предшествовавшими лунной ракете C-5 (Сатурн V). Для получения дополнительной информации о происхождении Сатурна см. John L. Sloop, Liquid Hydrogen as a Propulsion Fuel, 1945-1959, NASA SP-4404 , в печати, глава. 12.

Ссылки

• Отчет о Сатурне, стр. 4, 7, 8 и таблица III.
• Эмме, «Исторические перспективы», с. 18; Роберт Л. Рошольт, Административная история