Spojené štáty americké sa práve nachádzali hlboko v studenej vojne so Sovietskym zväzom, ktorý vo vesmírnych pretekoch bez akýchkoľvek pochybností viedol a takmer všetky míľniky dosiahol ako prvý.

V USA si teda stanovili jasný cieľ, ktorým všetko prekonajú – pristanú na Mesiaci s ľudskou s posádkou. Na to potrebovali najväčšiu raketu, akú kedy ľudstvo postavilo. Zrodil sa Saturn V, legenda, ktorej sláva siahala vysoko. Dlho však nevydržala.

Začiatky jedného z najväčších projektov ľudstva

NASA ohlásila svoje plány na stavbu rakety C-5 v roku 1962 a mala byť schopná dostať k Mesiacu až 41 ton. V roku 1963 potvrdili, že táto raketa bude použitá pre program Apollo a dostala svoje meno, Saturn V. Z rakety C-1 sa stal Saturn I a z C-1B zase Saturn IB.

V MSFC (Marshall Space Flight Center) viedol tím inžinierov Wernher Von Braun, bývalý nacistický raketový inžinier, ktorý sa priamo podieľal na vývoji a stavbe balistických rakiet V-2, slúžiacich ako zbrane nacistického Nemecka.

Základné informácie o Saturn V:

Než sa však dostal Braun a jeho tím priamo pod krídla NASA, začali pracovať na vylepšeniach výkonu, redukcii komplexnosti a vývoji lepších mechanizmov rakety Saturn V. Tieto revízie pomohli NASA sa rozhodnúť, akým spôsobom sa dostanú na Mesiac, kedy vylúčili počas nich aj verziu s jedným motorom.

Po konečných rozhodnutiach došlo k zvoleniu vonkajších dodávateľov. Prvý stupeň (S-IC), najmasívnejšiu časť rakety s piatimi raketovými motormi F-1, mal skonštruovať Boeing. Druhý stupeň (S-II) dostala do rúk spoločnosť North American Aviation a tretí stupeň (S-IVB) zase Douglas Aircraft. Dôležitú riadiacu jednotku v podobe masívneho prstenca na vrchu tretieho stupňa skonštruovalo dodnes známe IBM.

Riadiaca jednotka raketa Saturn V postavená spoločnosťou IBM. Zdroj: NASA

Prvý stupeň, päť obrovských motorov F-1 a neskutočný výkon

Spoločnosť Boeing sa postarala o masívny prvý stupeň s výškou 42 m a priemerom trupu 10 m. Kým samotný prvý stupeň vážil “len” 130 ton, plne naplnený palivom pri štarte dosahoval hmotnosť až 2 280 ton, píše Boeing.

Značnú časť z jeho čistej hmotnosti tvorilo päť obrovských raketových motorov F-1, z ktorých každý vážil 8 400 kg. Od štartu mal zapálené motory po dobu 150 až 163 sekúnd a využíval klasické raketové palivo RP-1 a kvapalný kyslík ako činidlo.

Päť motorov F-1 na prvom stupni rakety, zakryté ochrannými obalmi kvôli manipulácii. Zdroj: NASA

Palivová nádrž dokázala vypustiť až 7 300 litrov za sekundu. Nad ňou sa nachádzala kyslíková nádrž, ktorej potrubie muselo viesť priamo k motorom – to znamená, že prechádzalo cez stred palivovej nádrže.

Štyri okrajové motory mali svoje kryty, z ktorých každý bol vybavený dvoma menšími raketovými motormi na pevné palivo. Tie slúžili ako pre spomalenie prvého stupňa počas oddelenia od zvyšku rakety a ako zabezpečenie bezpečného zápalu druhého stupňa.

Gigantické motory F-1 – boli najsilnejšie, aké sme kedy vyrobili

F-1, vyvinuté spoločnosťou Rocketdyne, sa stali najvýkonnejšími raketovými motormi s jednou spaľovacou komorou na svete. Dosahovali ťah až 6770 kN pri atmosférickom tlaku a 7770 kN vo vákuu, informuje NASA.

Wernher Von Braum pri piatich motoroch F-1. Zdroj: NASA

Prvé motory F-1 mali vážne problémy s harmonickými frekvenciami a osciláciami spôsobenými nestabilným spaľovaním, ktoré v niektorých testoch skončilo katastrofou. Technici nakoniec tento problém vyriešili a motory dokázali eliminovať vzniknutú nestabilitu v priebehu desatiny sekundy.

Každý z týchto piatich motorov spálil za sekundu až 2578 kg paliva (tekutý kyslík a RP-1). Turbína, ktorá mala na starosti čerpanie paliva, dosahovala výkon až 55 000 konských síl a musela vydržať teploty v rozsahu od -184 °C do 820 °C.

Druhý stupeň, ďalších päť motorov a úplne iné palivo

S-II, druhý stupeň rakety Saturn V, skonštruovala pre NASA spoločnosť North American Aviation, ktorá prestala fungovať v roku 1967, teda ešte skôr, než prví astronauti pristáli na Mesiaci.

Manipulácia s druhým stupňom rakety Saturn V, S-II, v 60-tych rokoch. Zdroj: NASA

Celý tento systém vážil pri štarte až 480 ton, z čoho 443 ton tvorilo palivo. Tentoraz však nie RP-1, ale kvapalný vodík a kyslík. Nádrže sa v tomto prípade líšili od prvého a tretieho stupňa – miesto prázdneho priestoru medzi vodíkovou a kyslíkovou nádržou totiž použili spoločnú prepážku, ktorá musela byť poriadne odizolovaná. Teplotné rozdiely totiž dosahovali 70 °C. Toto rozhodnutie ušetrilo takmer štyri tony hmotnosti.

NAA postavila celkovo 15 týchto stupňov, pričom S-II-8 zlyhal počas misie Apollo 13. Dôvodom boli oscilácie spôsobené nestabilným spaľovaním jedného z motorov J-2. Misia však našťastie neskončila tragédiou a astronauti sa dostali k Mesiacu. Dôvodom na ich predčasný návrat sa stalo až zlyhanie kyslíkovej nádrže vo veliteľskom module.

Každý z motorov J-2, opäť skonštruovanými spoločnosťou Rocketdyne, dosahoval vo vákuu ťah 1 033 kN a vážil 1 788 kg. Počas testov dosiahol jeden z motorov celkovú dobu operácie až 3 774 sekúnd, pričom misie rakety Saturn V potrebovali len 367 sekúnd.

Manipulácia s motorom J-2 spoločnosti Rocketdyne. Zdroj: NASA

Tretí stupeň využívali aj iné rakety, dostával astronautov k vesmírnej stanici

Spoločnosť Douglas Aircraft Company, ktorá sa v roku 1967 spojila s McDonnel Aircraft a nakoniec v roku 1997 s Boeingom, skonštruovala tretí stupeň lunárnej rakety – známy ako S-IVB.

Priemer trupu dosahoval 6,6 m, čo je ešte vždy takmer dvojnásobok priemeru trupu rakety Falcon 9, ktorá dnes vynáša astronautov na Medzinárodnú vesmírnu stanicu. S výškou 17,81 m a celkovou hmotnosťou 123 t pri štarte na svojom vrchu niesol pristávací a veliteľský modul Apollo.

Tretí stupeň spájaný s druhým vo VAB. Zdroj: NASA

Mal jeden motor J-2, teda opäť využíval kvapalný vodík a kyslík, píše NASM. Počas misií Apollo musel naštartovať dvakrát. Najprv pre dosiahnutie obežnej dráhy okolo Zeme a napokon pre dosiahnutie Mesiaca. Pre zaistenie tejto schopnosti bola štartovacia nádrž s vodíkom opätovne naplnená počas prvých 60 sekúnd stabilnej operácie motora. Héliová nádrž bola pri štarte naplnená dostatkom hélia na tri zápaly.

Kým sériu 500 využíval práve program Apollo, sériu 300 zase vesmírna stanica Skylab. V ich prípade sa stal S-IVB druhým stupňom pre raketu Saturn IB a mal o trochu nižší ťah. Obe série leteli spolu až 21 raz, pričom k zlyhaniu došlo len počas skúšobnej misie Apollo 6, kde nedokázal motor J-2 naštartovať. Opäť kvôli oscilácii.

Prierez vesmírnej stanice Skylab. Zdroj: NASA

Prvý let Saturn V – úspech hneď na prvý pokus

Prvý let kompletného systému rakety Saturn V sa uskutočnil 9. novembra 1967 v rámci misie Apollo 4. Misia skončila absolútnym úspechom, avšak sila prvého stupňa pri štarte všetkých prekvapila a prekonala azda všetky možné očakávania.

Prvý štart rakety Saturn V pre misiu Apollo 4. Zdroj: NASA

Aj keď sa štartovacia rampa nachádzala takmer päť kilometrov od VAB (Vehicle Assembly Building), vibrácie ju zasiahli oveľa silnejšie, než sa predpokladalo. Okolo jedného z reportérov padali stropné dosky a počas živého prenosu sa snažil prekričať nesmierny hluk.

Tretí stupeň S-IVB sa napokon dostal na obežnú dráhu vo výške 190 km a napokon zvýšil svoj najvyšší bod obežnej dráhy až na 17 218 km, najnižší len na 84,6 km. To zaistilo vstup do atmosféry vo veľmi vysokej rýchlosti, čím mohli inžinieri otestovať návratové schopnosti veliteľského modulu a zhorenie tretieho stupňa v atmosfére – aby jeho trosky nepadali na náhodných miestach na Zemi tak, ako to má vo zvyku Čína.

Veliteľský modul napokon pristál 16 km od stanovenej pristávacej zóny, jeho klesanie pozorovala lietadlová loď USS Bennington. Tento konkrétny veliteľský modul je momentálne vystavený vo Vedeckom centre v Pearlingtone, Mississippi.

Lietadlová loď USS Bennington zodpovedná za nájdenie veliteľského modulu. Zdroj: U.S. Navy

Prvý let s posádkou a zvíťazenie vo vesmírnych pretekoch

Traja astronauti leteli po prvý raz na rakete Saturn V 21. decembra 1968 a ich misia, Apollo 8, trvala 6 dní, 3 hodiny a 42 sekúnd. Mesiac obehli desaťkrát a napokon sa vrátili naspäť na Zem. Misia slúžila na nácvik a overenie schopností rakety a jednotlivých modulov.

O dosiahnutie najväčšieho míľnika na svete sa pokúsili Spojené štáty 16. júla 1969. Raketa opäť dostala posádku s tromi astronautmi do kozmu a napokon na obežnú dráhu Mesiaca, z ktorej 20. júla 1969 dvaja z nich pristáli na povrchu nášho sivého suseda. Saturn V vtedy dosiahol svoj hlavný cieľ – dostať ľudí na Mesiac a prekonať prvenstvá Sovietskeho zväzu. Apollo 11 sa navždy zapísal do histórie, informuje NASA.

Ten sa medzitým márne snažil o urýchlený vývoj svojej vlastnej lunárnej rakety známej ako N1. Tá pozostávala až z piatich stupňov a zo štyroch pokusov o let zlyhali všetky. Vývoj bol uponáhľaný a od projektu nakoniec upustili.

Raketu zasiahli blesky, nastali problémy s Apollo 13

Saturn V zasiahli počas štartu s misiou Apollo 12 dva blesky, no misia aj naďalej pokračovala a astronauti nakoniec úspešne pristáli na Mesiaci, konkrétne v Oceáne búrok (Oceanus Procellarum). Ide o najväčšiu plochu na privrátenej strane Mesiaca, ktorá zaberá až 4 000 000 km².

Apollo 13 také šťastie nemal a misia skončila neúspechom. Počas štartu najprv zlyhal druhý stupeň v dôsledku oscilácií stredného motora, ktorý napokon zhasol o dve minúty skôr, než mal. Napravenie tohto problému bolo pripravené, avšak prísne termíny nedovolili výmenu chybného hardvéru.

Zvyšné štyri motory J-2 museli kvôli tomu operovať dlhšie pre vykompenzovanie strát a dostali tretí stupeň veľmi blízko k požadovanej obežnej dráhe vo výške 190 km. Veliteľský modul sa napokon dostal k Mesiacu, ale kvôli už spomínanému zlyhaniu kyslíkovej nádrže k pristátiu na Mesiaci nedošlo.

Umelcova predstava o pristátí Apollo 13 na Mesiaci. Ostala však len na obraze. Zdroj: NASA

Posledný let navždy pochoval najväčšiu raketu na svete, má svojho nástupcu?

Po poslednej misii Apollo 17 našla táto obrovská raketa už len jedno využitie. Na nízku obežnú dráhu Zeme dostala Skylab – prvú vesmírnu stanicu USA. Stalo sa tak 14. mája 1973, táto konkrétna raketa však mala pôvodne letieť s misiou Apollo 18. Ďalšie dve plne funkčné Saturn V mali zase splniť misie Apollo 19 a Apollo 20, čo sa však nikdy nestalo a obe dnes ležia vystavené v múzeách.

Ľudstvo dlhú dobu tak silným strojom nedisponovalo a ľudia sa odvtedy nedostali ďalej, než na nízku obežnú dráhu Zeme. To sa však snaží zmeniť napríklad aj samotná NASA, ktorá už roky pracuje na vývoji a stavbe novej lunárnej rakety SLS. Ide ale zrejme o poslednú raketu, ktorú NASA postaví.

Plnohodnotný test jej prvého stupňa sme videli len nedávno a svoj debut má zažiť koncom tohto roka. Pozostáva prevažne zo starých komponentov éry Raketoplánu, avšak vývoj naďalej prebieha a jej vylepšená verzia sa vyrovná aj Saturnu V.

Jeho výšku presiahne len o necelý meter a k Mesiacu vynesie podobne ťažký náklad. Z rady Saturn mala vzniknúť aj raketa Saturn C-8, ktorá mala dostať na nízku obežnú dráhu Zeme až 210 ton a hnať ju malo osem motorov F-1, píše Astronautix.

NASA / Youtube Screenshot

Ešte väčšiu verziu medziplanetárnej rakety vyvíja súkromná spoločnosť SpaceX. Starship dostane na nízku obežnú dráhu Zeme síce „len“ 100 ton, avšak vďaka dočerpaniu paliva priamo na orbite dokáže týchto 100 ton dostať kamkoľvek. Okrem toho ide o opakovateľne použiteľný systém, ktorého oba stupne sú schopné vertikálneho pristátia.

Saturn V je teda už navždy minulosťou a vidieť ho môžeme len v múzeu, kde sa stal kusom histórie, formujúcej vesmírnu éru ľudstva. Z infraštruktúry pre jej stavbu neostalo nič a obnovenie výroby sa neoplatí – i keď je to pri cene SLS celkom otázne. NASA sa však už definitívne rozhodla.