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Saturn V
Saturn V
La première Saturn V avant le lancement d’Apollo 4
Données générales
Mission Vol habité en LEO et vaisseau lunaire
Date des lancements 1967 à 1972
Nb de lancement 13 (dont 1 pour Skylab)
Pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²),...) d’origine  États-Unis
Caractéristiques techniques
Dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son...)
Hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) 110,6 m
Diamètre 10,1 m
Masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la masse grave)....) au décollage 3038 t
Nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) étage 3 (2 pour Skylab)
Puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) et capacité d’emport
Charge utile (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport...) en LEO 118 t
Charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport...) utile pour la lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du système solaire avec un diamètre de 3 474 km. La distance moyenne séparant la Terre de la Lune est de 384 400 km...) 47 t
Poussée au décollage environ 34 MN

Saturn V (Saturn V est le nom de la fusée spatiale qui a été utilisée par la NASA pour les programmes Apollo et Skylab entre 1967 et 1972, en pleine course à...) est le nom de la fusée spatiale qui a été utilisée par la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation NASA, est...) pour les programmes Apollo et Skylab (Skylab a été la première station spatiale américaine. Elle fut lancée le 14 mai 1973 et se désintégra au-dessus de l'océan Indien le 11 juillet...) entre 1967 et 1972, en pleine course (Course : Ce mot a plusieurs sens, ayant tous un rapport avec le mouvement.) à l’espace entre Américains et Soviétiques.

Il s’agissait d’un lanceur ( Lanceur, terme de l'astronautique Lanceur, terme du baseball ) à plusieurs étages, à ergols liquides, dernier né de la famille de lanceurs Saturn conçue sous la direction de Wernher von Braun (Wernher von Braun, ou Werner von Braun suivant les sources, (23 mars 1912 à Wirsitz, Prusse orientale (aujourd'hui Wyrzysk en Pologne) - 16 juin 1977...) au Centre de vol spatial (Constantin Tsiolkovski (1857-1935) est considéré comme le père du vol spatial. Dès la fin du XIXe siècle, il décrit les...) Marshall (MSFC) à Huntsville en Alabama, en collaboration avec les sociétés Boeing (Boeing (nom officiel en anglais The Boeing Company) est l'un des plus grands constructeurs aéronautiques et aérospatiaux au monde. Son siège social est situé à Chicago, dans l'Illinois....), North American (North American Aviation fut le premier constructeur d'aéronautique militaire américain par le nombre, durant la période de 1935 à 1967. Rien que pendant la Seconde Guerre mondiale, il produisit 41 208...) Aviation (L'aviation est une activité aérienne définie par l'ensemble des acteurs, technologies et règlements qui permettent d'utiliser un aéronef dans un but particulier. Ces diverses activités peuvent être classées...), Douglas Aircraft Company (La Douglas Aircraft Company était un constructeur aéronautique américain.) ou IBM (International Business Machines Corporation (IBM) est une société multinationale américaine présente dans les domaines du matériel informatique, du logiciel et des services informatiques.) comme principaux entrepreneurs.

Saturn V reste encore aujourd’hui le plus puissant lanceur spatial qui ait été utilisé en opération, que ce soit du point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) de la hauteur, de la masse au décollage ou de la masse de la charge utile injectée en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.). Seule la fusée russe Energia, qui ne vola que pour deux missions de test, la dépassa légèrement au niveau de la poussée au décollage.

Saturn V, qui a été conçue pour lancer le vaisseau spatial habité Apollo permettant les premiers pas de l’homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme prépubère est appelé un garçon,...) sur la Lune, a continué son service en envoyant en orbite la station spatiale (Une station spatiale, dans le domaine de l'astronautique, est une installation spatiale en orbite ou déposée sur un astre, ne disposant pas de moyens de...) Skylab.

En tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.), la NASA lança 13 fusées Saturn V, sans avoir à déplorer la moindre perte de charge utile.

Les trois étages qui composaient Saturn V ont été développés par de nombreuses entreprises sous-traitantes sous pilotage de la NASA. Ces sociétés, suite à de multiples fusions et rachats, font aujourd’hui toutes partie du groupe Boeing.

Contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent. Le concept de contexte issu traditionnellement de l'analyse...) historique

Au début des années 1960, l’Union soviétique était très en avance sur les États-Unis dans la course à l’espace. En effet, en 1957, les soviétiques lançaient Spoutnik 1 (Spoutnik 1 (??????? 1, litéralement « compagnon » en russe, soit un "satellite") fut le premier satellite artificiel. Il fut lancé le 4...), le premier satellite artificiel (Un satellite artificiel est un appareil issu de l'activité de l'Homme et mis en orbite par lui. Ces termes désignent donc un objet...), et le 12 avril 1961, le Russe Youri Gagarine (Iouri Alexeïevitch Gagarine (en russe ???? ?????????? ???????) (9 mars 1934–27 mars 1968), héros de l'Union soviétique, est un cosmonaute qui, le 12 avril 1961, a...) devenait le premier homme envoyé en orbite autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent...) de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre...).

Le 25 mai 1961, le président John Fitzgerald Kennedy annonça que les États-Unis se donnaient comme objectif d’envoyer un homme sur la Lune avant la fin de la décennie (« We choose to go to the Moon »). À cette époque, la seule expérience qu’avaient les États-Unis des vols habités se résumait aux 15 minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale,...) de vol suborbital (Un vol suborbital est la trajectoire d'un engin spatial se déplaçant à une vitesse suborbitale, inférieure à la vitesse...) d’Alan Shepard, lors de la mission Mercury-Redstone 3 à bord de la capsule Freedom 7. Aucune fusée d’un seul étage au monde (Le mot monde peut désigner :) n’aurait pu envoyer une capsule habitée sur la Lune. La fusée Saturn I était en développement, mais n’avait encore jamais décollé, et avec sa petite taille, il aurait fallu plusieurs lancements pour placer en orbite tous les composants d’un module lunaire (Le module lunaire ou Lunar Excursion Module (LEM) ou Lunar Module(LM) ou alunisseur, est un engin utilisé pour se poser sur la Lune lors des missions Apollo...).

Au début du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le...), la NASA étudia trois concepts différents pour la réalisation de la mission lunaire : le concept dit du « rendez-vous en orbite terrestre » (EOR), celui de l’« ascension directe » (ou mode direct), et celui du « rendez-vous en orbite lunaire » (LOR - Lunar orbit rendez-vous). Bien que la NASA écarta au début l’idée du LOR, considérant qu’un rendez-vous orbital était déjà bien assez compliqué à réaliser en orbite terrestre (Une orbite terrestre est une orbite située autour de la Terre. La Lune, le seul satellite naturel de la Terre, est située sur une orbite terrestre. Les satellites artificiels sont...), c’est finalement ce plan qui fut retenu aux motifs de sa simplicité globale et de la vitesse (On distingue :) avec laquelle il pouvait être exécuté, dans l’optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) d’atteindre l’objectif fixé par Kennedy[1][2].

Un des avantages notables du « concept LOR » était que, contrairement au concept de l’ascension directe, il ne nécessitait pas l’emploi d’une fusée de taille démesurée, comme l’était le lanceur Nova (En astronomie, une nova est une étoile qui devient très brutalement extrêmement brillante, avec une grande augmentation de son éclat, qui peut être de...) qui était envisagé à l’époque[1][2].

La réalisation de la mission lunaire (Pour les homonymes, voir Pierrot lunaire, une œuvre de musique vocale d'Arnold Schönberg.) LOR nécessitait tout de même le développement d’un lanceur beaucoup plus puissant que ceux disponibles au début des années soixante, comme par exemple le lanceur Saturn I qui était étudié par les équipes de Wernher von Braun.

Le développement de Saturn 5

Saturn V est le dernier né de la famille des lanceurs Saturn, développée au début des années 1960 au Centre de vol spatial Marshall (MSFC).

C-1 à C-4

La fusée C-1, ou Saturn I, était issue de travaux démarrés par les équipes de Wernher von Braun dès avril 1957 pour développer des lanceurs en vue de diverses applications, militaires ou civiles. Ces programmes avaient pour nom « Super Jupiter », puis « Juno » avant d’être rebaptisé « Saturn » par Von Braun en février 1959.

Ensuite vint le projet C-2, qui fut rapidement abandonné au profit de la C-3, qui devait utiliser 2 moteurs F-1 pour le premier étage, 4 moteurs J-2 pour le second, et un étage final S-IV utilisant 10 moteurs RL-10. Avant que ne soit fait le choix définitif de la stratégie à employer pour exécuter la mission lunaire, la NASA prévut d’utiliser la C-3 comme composante du concept de mission « rendez-vous en orbite terrestre », avec au moins 4 ou 5 lancements pour réaliser une seule mission.

Mais le MSFC prévoyait déjà une fusée encore plus grande, la C-4, qui devait utiliser 4 moteurs F-1 pour le premier étage, un second étage type C-3 élargi et le S-IVB, un étage avec un unique moteur (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou...) J-2, comme troisième étage. Avec la C-4, seuls deux lancements étaient nécessaires pour réaliser la mission « rendez-vous en orbite terrestre ».

C-5

Le 10 janvier 1962, la NASA annonça un programme de construction de la fusée C-5. Celle-ci était prévue avec 5 moteurs F-1 pour le premier étage, 5 moteurs J-2 pour le second et un troisième étage S-IVB. À l’origine, les quatre premiers vols devaient être des essais, les 3 premiers pour tester successivement le bon fonctionnement des 3 étages, puis le dernier en tant que mission non habitée en orbite lunaire. Un vol habité devait suivre en 1969.

Au milieu de l’année 1962, la NASA décida d’utiliser un plan d’essai « tout en un », avec les trois étages testés en même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) lors du tout premier vol (Le premier vol ou vol inaugural d'un avion est la première occasion pour celui-ci de prendre les airs par ses propres moyens. C'est l'équivalent en...), ce qui devait raccourcir drastiquement le planning d’essai et de développement, et réduire le nombre de fusées nécessaires pour le programme complet de 25 à 15. Mais tout dépendait du bon fonctionnement de chacun des trois étages dès le premier lancement.

En 1963, la C-5 fut renommée Saturn V, et la société Rocketdyne produisit les premiers moteurs.

En 1966, le moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la puissance. Il effectue ce travail à partir d'une énergie (éolienne,...) F-1 passa l’inspection de la NASA et obtint le 6 septembre une qualification complète pour des missions habitées.

Le premier lancement de Saturn V eut lieu le 9 novembre 1967 avec à son bord le vaisseau spatial inhabité Apollo 4.

Le premier lancement habité eut lieu en décembre 1968, pour la mission Apollo 8 (Apollo 8 est le nom de la seconde mission habitée du programme spatial Apollo. Elle est la première mission à avoir transporté des hommes au-delà de l'orbite terrestre, ainsi que la première mission habitée...) circumlunaire.

Technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :)

Saturn V est sans aucun doute une des machines les plus impressionnantes de l’histoire de l’humanité.

Haute de 110,6 mètres et large de 10 mètres, avec une masse totale supérieure à 3 000 tonnes et une capacité de mise en orbite en LEO (Low Earth Orbit) de 118 tonnes, Saturn V surpassait toutes les autres fusées ayant précédemment volé. À titre de comparaison, Saturn V a à peu près la même hauteur que la grande Arche (Une arche est un élément naturel ou construit qui adopte une forme géométrique proche de l'arc. L'élément délimite...) de la Défense à Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les...).

Diagramme de Saturn V
Diagramme (Un diagramme est une représentation visuelle simplifiée et structurée des concepts, des idées, des constructions, des...) de Saturn V

Saturn V fut principalement conçu par le Centre de vol spatial Marshall à Huntsville, en Alabama, sans oublier que de nombreux composants majeurs, comme la propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant. Elle fait appel à un propulseur qui transforme en force motrice l'énergie fournie par le...), ont été conçus par des sous-traitants.

Les moteurs utilisés par ce lanceur étaient notamment les nouveaux et puissants moteurs F-1 et moteurs J-2. Lorsqu’ils étaient testés, ces moteurs créaient des vibrations dans le sol qui pouvaient être ressenties à 80 kilomètres à la ronde. L'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) des stations sismographiques des États-Unis étaient capable de percevoir les vibrations lors du décollage d'une Saturne V

Les concepteurs décidèrent très tôt d’utiliser pour Saturn V le maximum des technologies déjà éprouvées pour le programme Saturn 1. Ainsi, le troisième étage S-IVB de Saturn V était basé sur le second étage S-IV de Saturn 1. De la même façon, les instruments de bord qui contrôlaient Saturn V partageaient certaines caractéristiques avec ceux de Saturn 1.

Les différents étages

Excepté sur un seul de ses vols, la fusée Saturn V a toujours été constituée de trois étages (le S-IC, le S-II et le S-IVB) et d’une case à équipements. Les trois étages utilisaient de l’oxygène liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) (LOX) comme oxydant. Le premier étage utilisait du kérosène (RP-1) comme réducteur tandis que les second et troisième étages utilisaient de l’hydrogène liquide (LH2). Les trois étages étaient également équipés de petits moteurs à poudre (La poudre est un état fractionné de la matière. Il s'agit d'un solide présent sous forme de petits morceaux, en général de taille inférieure au dixième de...) dits de « ouillage ». Ces moteurs, qui peuvent donner une petite accélération supplémentaire au lanceur pendant quelques secondes, ont pour fonction d’aider à la séparation des étages pendant le lancement, et d’assurer que les ergols liquides sont bien plaqués au fond des réservoirs pour le bon fonctionnement des pompes aspirantes.

Saturn V
Premier étage - S-IC
Hauteur 42 mètres
Diamètre 10 mètres
Masse au décollage[3] 2286 t
Moteurs 5 F-1
Poussée 33,4 MN
Durée de fonctionnement 150 s
Ergols RP-1 et LOX (LOX est un acronyme utilisé dans l'industrie pour désigner le dioxygène liquide.)
Deuxième étage - S-II
Hauteur 24,8 mètres
Diamètre 10 mètres
Masse avec ergols[4]. 464 t
Moteurs 5 J-2
Poussée 5 MN
Durée de fonctionnement 360 s
Ergols LH2 ( Sigles de quatre lettres Sigles de cinq lettres Sigles de six lettres Sigles de sept lettres et plus ) et LOX
Troisième étage - S-IVB
Hauteur 17,9 mètres
Diamètre 6,6 mètres
Masse avec ergols[5]. 114 t
Moteur 1 J-2
Poussée 1 MN
Durée de fonctionnement 165 + 335 s
(2 allumages)
Ergols LH2 et LOX

Étage S-IC

L’étage S-IC était construit par la société Boeing au centre d’assemblage Michoud, à la Nouvelle-Orléans, où sont aujourd’hui construits les réservoirs extérieurs de la navette spatiale (Une navette spatiale, dans le domaine de l’astronautique, est un véhicule aérospatial réutilisable conçu pour assurer la desserte des stations...) américaine. Comme pour la plupart des étages d’une fusée spatiale, la presque totalité de la masse de 2 000 tonnes au décollage du S-IC provenait du carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme l'énergie chimique du carburant en énergie mécanique.), en l’occurrence du RP-1 et de l’oxygène liquide.

Le premier étage d’Apollo 8 de Saturn V soulevé dans le Bâtiment d’Assemblage Vertical (VAB) le 1er février 1968
Le premier étage d’Apollo 8 de Saturn V soulevé dans le Bâtiment d’Assemblage Vertical (Le vertical (rare), ou style vertical, est un style d’écriture musicale consistant en accords plaqués.) (VAB) le 1er février 1968

Cet étage faisait 42 mètres de haut et 10 mètres de diamètre, et fournissait une poussée de 3 500 tonnes propulsant la fusée pendant les 61 premiers kilomètres d’ascension[6].

Les 5 moteurs F-1 étaient disposés en croix. Le moteur central était fixe, tandis que les 4 extérieurs, assistés de vérins hydrauliques, pouvaient pivoter pour orienter la fusée.

Étage S-II

Le S-II était construit par North American Aviation à Sea Beach en Californie. Utilisant de l’oxygène et de l’hydrogène liquides, ses 5 moteurs J-2 présentaient une disposition similaire au S-IC. Le deuxième étage accélérait Saturn V à travers les hautes couches de l’atmosphère grâce à une poussée de 5 MN. Complètement chargé, 97 % de la masse de l’étage provenait des ergols[4].

Au lieu d’avoir une structure inter-réservoirs entre les deux réservoirs d’ergols, comme sur le S-IC, le S-II avait une structure à fond commun, le fond du réservoir LH2 étant le sommet du réservoir LOX. Ce fond était constitué de deux feuilles d’aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C’est un élément important sur la Terre avec 1,5 % de la masse totale.) séparées par une structure en nid (Le nid désigne généralement la structure construite par les oiseaux pour contenir leurs œufs et fournir un premier abri à leur progéniture. Les nids sont...) d’abeilles en phénol. Elle devait assurer une isolation thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents...) entre les deux réservoirs, ces derniers ayant une différence de température de 70° C. L’utilisation de réservoirs à fond commun permit de réduire la masse de l’étage de 3,6 tonnes.

Étage S-IVB

L’étage S-IVB était fabriqué par la compagnie Douglas Aircraft à Huntington Beach en Californie. Il avait un moteur J-2 et utilisait les mêmes ergols que le S-II. Le S-IVB avait également une structure à fond commun pour séparer les deux réservoirs. Cet étage était utilisé deux fois au cours d’une mission lunaire, une première fois pour la mise en orbite après l’extinction (D'une manière générale, le mot extinction désigne une action consistant à éteindre quelque chose. Plus particulièrement on...) du deuxième étage, et une deuxième fois pour la manœuvre de l’injection (Le mot injection peut avoir plusieurs significations :) « translunaire » (« Translunar injection » - TLI).

Deux systèmes de propulsion auxiliaires à carburant liquide, montés sur la jupe arrière de l’étage, étaient utilisés pour le contrôle d’attitude pendant la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) de passage en orbite « parking » et pendant les phases translunaires de la mission. Les deux systèmes auxiliaires étaient également utilisés comme moteur de ouillage pour aider à correctement positionner les ergols dans les réservoirs avant l’allumage (Pour s'enflammer, le mélange air-essence, un gaz contenu dans le cylindre doit subir une élévation de température...) du moteur pour l’injection translunaire[5].

Le S-IVB était le seul étage de la fusée Saturn V suffisamment petit pour pouvoir être transporté par avion (Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI), est un aéronef plus lourd que l'air, entraîné par...), en l’occurrence le super Guppy (L'Aero Spacelines Super Guppy est un avion cargo civil dérivé du Pregnant Guppy, conçu pour transporter les éléments de fusées...).

Mis à part l’adaptateur inter-étages, cet étage est presque identique au second étage de la fusée Saturn 1B.

Case à équipement

La case à équipements pour la Saturn V d’Apollo 4
La case à équipements pour la Saturn V d’Apollo 4

La case à équipement, fabriquée par la société IBM, était positionnée en haut du troisième étage. Elle était réalisée au Space System Center à Huntsville. L’ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits électroniques...) de bord contrôlait les opérations de la fusée des quelques instants avant le décollage et jusqu’à l'extinction du S-IVB. Il comprenait des systèmes de guidage et de télémétrie. En mesurant l’accélération et l’attitude du lanceur, il pouvait calculer la position et la vitesse de la fusée et corriger les déviations.

Sécurité

Dans le cas d’un échec nécessitant la destruction de la fusée, le chef de la sécurité aurait envoyé un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la...) pour faire détoner les charges explosives placées à l’extérieur de la fusée. Cela aurait créé des incisions dans les réservoirs d’ergols pour permettre au carburant de se disperser rapidement, et de minimiser les mélanges. Après le lancement de la tour de sauvetage, les charges étaient désamorcées.

Comparaisons avec d’autres fusées

L’équivalent soviétique de Saturn V fut la fusée N1. Saturn V était plus haute, plus lourde, plus puissante et avait une plus grande capacité d’emport que la fusée soviétique. La N1 ne dépassait la fusée américaine que pour le diamètre.

Quatre tirs d’essai de la N1 furent réalisés. Tous se terminèrent en échec catastrophique dès la première phase du lancement et conduisirent à l’abandon du programme par les Soviétiques.

Le premier étage de la Saturn V utilisait 5 moteurs très puissants tandis que la N1 était équipée d’un assemblage complexe de 30 moteurs plus petits, architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) imposée par le fait que les soviétiques ne disposaient pas à cette époque de moteurs de forte puissance.

Les systèmes informatiques embarqués de la fusée soviétique semblaient également moins performants. Au cours des vols Apollo 6 et Apollo 13 (Apollo 13 (11 avril 1970, 13h13 CST - 17 avril 1970) est une mission lunaire habitée du programme Apollo interrompue à la suite de l'explosion d'un réservoir d'oxygène du...), Saturn V fut capable de corriger sa trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) de vol malgré des incidents de perte de fonctionnement moteur. Au contraire, même si la N1 disposait également d’un système informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement automatique de l'information par des...) conçu pour corriger les défauts de fonctionnement des moteurs, ce dernier manquait de fiabilité et ne parvint jamais à sauver un lancement de l’échec, étant même à une occasion à l’origine de l’échec en éteignant de manière impromptue tous les moteurs du premier étage, détruisant le lanceur et le pas de tir par la même occasion.

Les moteurs F-1 du premier étage S-IC dominent leur créateur, Wernher von Braun.
Les moteurs F-1 du premier étage S-IC dominent leur créateur, Wernher von Braun.
Courbe d’évolution de la poussée du premier étage de Saturn V pendant le lancement d’Apollo 15.
Courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du plan, de l'espace usuels. Par exemple, les droites, les segments, les lignes...) d’évolution de la poussée du premier étage de Saturn V pendant le lancement d’Apollo 15.

Fondamentalement, la principale cause de l’échec du programme N1 semble être le manque d’essais sur le bon fonctionnement simultané des 30 moteurs de l’étage 1, insuffisance de précautions à son tour causée par des financements trop faibles.

La fusée Saturn V avait une poussée maximale d’au moins 34 MN et une capacité d’emport de 118 tonnes sur orbite LEO. La mission SA-510 (Apollo 15) avait au décollage une poussée de 34,8 MN. La mission SA-513 (Skylab) avait une poussée au décollage légèrement supérieure (35,1 MN). Aucun autre lanceur spatial en opération n’a surpassé Saturn V en hauteur, en poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre....), ou en charge utile. Il n’y a que pour la poussée au décollage que Saturn V a été égalée par une autre fusée (la fusée Energia russe qui avait une poussée de 35,1 MN), si on compte les deux vols d’essais d’Energia comme opérationnels.

Parmi les projets de fusées qui auraient dépassées en performance Saturn V si elles avaient vu le jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son...), on peut citer les versions évoluées d’Energia qui auraient délivré environ 46 MN et auraient pu envoyer 175 tonnes en orbite LEO dans la configuration "vulkan". Les versions améliorées de Saturn V, utilisant notamment les moteurs F-1A, auraient eu 18 % de poussée supplémentaires et une charge utile de 137 T en LEO. La NASA envisageait aussi de nouveaux membres encore plus performants à la famille Saturn, y compris le lanceur Nova, mais ils ne furent jamais produits.

La navette (Une navette spatiale, dans le domaine de l'astronautique, est un véhicule aérospatial réutilisable conçu pour assurer la desserte des stations spatiales en...) spatiale américaine génère une poussée maximale de 30,1 MN, et peut injecter 28,8 tonnes de charge utile (en excluant la navette elle-même) en LEO, soit environ le quart de Saturn V. Si on inclut la navette dans la charge utile, on monte à 112 tonnes. Une comparaison équivalent serait la masse orbitale totale du troisième étage S-IVB de Saturn V, qui était de 140 976 kg pour la mission Apollo 15.

Autre comparaison, Ariane 5 (Ariane 5 est un lanceur de l'Agence spatiale européenne (ESA), développé pour placer des satellites sur orbite géostationnaire et des...) ECA peut envoyer environ 10 tonnes en orbite GTO, et 20 tonnes en LEO. La fusée américaine Delta 4 Heavy envoie 13,1 tonnes en orbite de transfert (Une orbite de transfert, dans le domaine de l'astronautique, est l'orbite sur laquelle est placé temporairement un véhicule spatial entre une orbite initiale,...) géosynchrone. Enfin, la fusée Atlas V peut envoyer 25 T en orbite LEO ou 13,6 T en orbite GTO.

Cependant, il faut toujours être prudent dans les comparaisons de performance en terme de poussées. Ces dernières sont en effet théoriques, calculées à partir des caractéristiques du moteur mais jamais réellement mesurées en opération. De plus, elles ne sont absolument pas constantes au cours du lancement et dépendent fortement de l’altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et...). Enfin, les différentes données disponibles font état de poussées maximales ou dans certains cas moyennes, parfois pour une pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) atmosphérique du niveau de la mer (Le niveau de la mer est la hauteur moyenne de la surface de la mer, par rapport à un niveau de référence adéquat.) ou parfois dans des conditions de vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.).

Logistique (La logistique est l'activité qui a pour objet de gérer les flux physiques d'une organisation, mettant ainsi à disposition des ressources correspondant aux besoins, aux conditions économiques et pour une...) industrielle et assemblage

La Saturn V d’Apollo 10 en cours de transfert
La Saturn V d’Apollo 10 (Apollo 10 est le nom d'une des missions du programme Apollo mené par les États-Unis dans les années 1960. Il devait précéder le...) en cours de transfert

Après qu’un étage avait été fini, il était transporté par bateau (Un bateau est une construction humaine capable de flotter sur l'eau et de s'y déplacer, dirigé ou non par ses occupants. Il répond aux besoins du...) jusqu’au centre spatial Kennedy (Cap Canaveral est une base de lancement américaine située en Floride (28°27′ de latitude Nord et 80°32′ de longitude Ouest) créée...). Les deux premiers étages étaient si grands qu’ils ne pouvaient qu’être transportés par barge. Le S-IC construit à la Nouvelle-Orléans descendit le fleuve (En hydrographie francophone, un fleuve est un cours d'eau qui se jette dans la mer ou dans l'océan – ou, exceptionnellement, dans un désert, comme pour l'Okavango. Il se distingue d'une...) Mississippi jusqu’au golfe (Un golfe (italien golfo, grec kolpos, pli) est une partie de mer avancée dans les terres, en général selon une large courbure.) du Mexique. Après avoir fait le tour de la Floride, il était alors transporté par l’Intracoastal Waterway jusqu’au bâtiment d’assemblage vertical (aujourd’hui dit le bâtiment d’assemblage véhicule). L’étage S-II, construit en Californie, voyageait par le canal de Panama. Le 3e étage et la case à équipements étaient transportés par les Aero Spacelines Pregnant Guppy et les super Guppys.

À l’arrivée au bâtiment d’assemblage vertical, chaque étage était contrôlé en position horizontale avant d’être basculé à la verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le fil à plomb.). La NASA construisit aussi de larges structures cylindriques qui pouvaient être mises à la place des étages si l’un d’entre eux était retardé. Ces structures avaient la même hauteur et la même masse et contenaient les mêmes connexions électriques que les vrais étages.

La fusée assemblée était montée sur sa plateforme de lancement dans le bâtiment d’assemblage vertical, puis la structure complète était déplacée vers le pas de tir à 5 km de là par un engin spécialement conçu pour cela, le transporteur (Un transporteur dirige une entreprise commerciale spécialisée dans le transport de personnes, de marchandises, de fonds ou d'énergie. Il exerce, dans la plupart des pays une profession...) "crawler". Le crawler est un engin gigantesque de 2 700 T monté sur 4 bogies à 2 chenilles chacun, qui a été fabriquée par Marion Power Shovel dans l’Ohio. Il est aujourd’hui toujours utilisé par le programme de la navette spatiale américaine. [7]

Séquences de lancement pour les missions lunaires

La fusée Saturn V transporta les astronautes du programme Apollo (Le programme Apollo est le programme spatial de la NASA mené durant la période 1961 – 1975 qui a permis aux États-Unis d'envoyer pour la première fois des hommes sur...) jusqu’à la Lune. Tous les lancements eurent lieu depuis le complexe de lancement 39 au centre Spatial (Un Centre spatial est un lieu dédié à l'activité astronautique. Il peut être "public" ou "privé". Ces activités peuvent concerner :) John F. Kennedy. Après que la fusée avait traversé les rampes de lancement, le contrôle de mission était transféré au centre de contrôle Johnson à Houston (Houston est une ville du Texas au sud des États-Unis. Avec une population de plus de 2 000 000 habitants (Houstoniens) et 5 280 661 dans l'agglomération, c'est la plus grande ville de...) au Texas.

Une mission type utilisait la fusée pour un total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le total des dettes". En physique le...) d’environ vingt minutes. Bien qu’Apollo 6 et Apollo 13 connurent des pannes moteurs, les ordinateurs de bord furent capables de compenser en laissant fonctionner les moteurs restants plus longtemps, et aucun des lancements Apollo ne se termina pas une perte de la charge utile.

Séquence du S-IC

Un nuage de condensation se forme derrière Saturn V pendant la traversée des couches basses et denses de l’atmosphère, mission Apollo 11.
Un nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en suspension dans l’atmosphère. L’aspect d'un nuage dépend de la lumière...) de condensation (La condensation est le nom donné au phénomène physique de changement d'état de la matière qui passe d'un état dilué (gaz) à un état...) se forme derrière Saturn V pendant la traversée des couches basses et denses de l’atmosphère, mission Apollo 11 (Apollo 11 est la première mission spatiale à avoir conduit un homme sur la Lune. C'est la troisième mission habitée à avoir...).

Le premier étage fonctionnait pendant 2,5 minutes, hissant la fusée à une altitude de 61 km avec une vitesse de 8 600 km/h après avoir brûlé 2 000 T d’ergols.

À 8,9 s avant le lancement, la séquence d’allumage du 1er étage démarrait. Le moteur central s’allumait en premier, suivi par les deux paires de moteurs symétriques avec un décalage de 300 ms pour réduire les efforts mécaniques sur la fusée. Une fois que l’atteinte de la poussée maximale était confirmée par les ordinateurs de bord, la fusée était « relâchée en douceur » en deux étapes : les bras qui maintenaient la fusée se déverrouillaient pour la libérer puis, alors que le lanceur commençait à accélérer verticalement, des fixations métalliques accrochées à travers des fentes dans la fusée se déformaient progressivement jusqu’à relâcher complètement le lanceur[8]. Cette dernière opération durait une demie seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. ...). À partir de ce moment, aucun retour en arrière n’était possible ; si un moteur avait un fonctionnement défectueux, la fusée ne pouvait plus être récupérée sur le pas de tir.

Il fallait environ 12 secondes à la fusée pour s’éloigner de la tour de lancement. Une fois qu’elle l’avait dépassée, elle réalisait un mouvement de pivotement pour s’éloigner convenablement de la zone de tir, pour prévenir les cas de vents contraires ou de panne moteur.

À une altitude de 130 mètres, la fusée commençait à prendre du roulis et à basculer pour avoir le bon azimut (L’azimut est l'angle horizontal entre la direction d'un objet et une direction de référence.). Du lancement jusqu’à la seconde 38 après l’allumage du second étage, Saturn V utilisait un programme préenregistré pour la consigne de l’angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) d’assiette. La consigne tenait compte des vents dominants généralement mesurés pendant le mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) correspondant au lancement.

Par précaution, les quatre moteurs périphériques étaient inclinés vers l’extérieur, de façon à ce que si un moteur vint à s’arrêter, la poussée des moteurs restants soit dirigée vers le centre de gravité de la fusée. Saturn V accélérait rapidement, atteignant la vitesse de 500 m/s à 2 km d’altitude. La priorité de la phase préliminaire du vol était de prendre de l’altitude, le critère de vitesse venant plus tard.

Après environ 80 secondes, la fusée atteignait le point de pression dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) maximale, connue sous le nom de Max Q. La pression dynamique sur une fusée est proportionnelle à la densité de l’air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les cabines...) autour de la fusée et au carré de la vitesse. Bien que la vitesse de la fusée augmente avec l’altitude, la densité de l’air, elle, décroît.

À 135,5 secondes, le moteur central s’éteignait pour réduire les contraintes structurelles sur la fusée dues à l’accélération. Cette opération était imposée par le fait que la fusée s’allégeait au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île couvre une superficie de 22 km². Elle est située dans la Municipalité de Skive.) et à mesure de la consommation des ergols. Il n’y avait pas de moyens plus simples d’arriver à ce résultat, étant donné que la poussée du moteur F-1 n’était pas contrôlable. 600 millisecondes après l’extinction du moteur, le premier étage se séparait avec l’aide de huit petits moteurs à poudre. Juste avant que ne soit largué le premier étage, l’équipage subissait sa plus forte accélération, 4 g (soit 39 m/s²). Ceci se passait à une altitude d’environ 62 km.

Après séparation, le premier étage continuait sa trajectoire jusqu’à une altitude de 110 km. En effet, les moteurs périphériques continuaient à fonctionner jusqu’à ce que les capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure,...) dans les systèmes d’aspirations ne mesurent l’épuisement d’un des deux ergols. Puis le premier étage retombait dans l’océan Atlantique à environ 560 km du pas de tir.

Séquence du S-II

Après la séquence de fonctionnement du S-IC, l’étage S-II prenait le relais et, en 6 minutes, propulsait la fusée à une altitude de 185 km et à une vitesse de 24 600 km/h, valeur proche de la vitesse orbitale (La vitesse orbitale d'un corps céleste, le plus souvent une planète, un satellite naturel, un satellite artificiel ou une étoile binaire, est la vitesse à...).

Le second étage suivait une procédure d’allumage en deux temps, qui a varié pendant les différents lancements de Saturn V. Pour les deux premières missions inhabitées de la fusée, le premier temps consistait en l’allumage pendant 4 secondes de huit moteurs de ouillage à poudre, de façon à réaccélérer le lanceur. Puis les 5 moteurs J-2 rentraient en fonctionnement. Pour les sept premières missions Apollo habitées, seuls quatre moteurs de ullage étaient utilisés. Pour les quatre derniers lancements de Saturn, les quatre moteurs inutilisés furent même retirés.

Séparation d’un inter-étage. Image extraite du film de la NASA de la mission Apollo 6
Séparation d’un inter-étage. Image extraite du film de la NASA de la mission Apollo 6

Le deuxième temps de la procédure consistait en la séparation de la jupe inter-étage, environ 30 secondes après le largage du premier étage. Cette manœuvre de séparation demandait une grande précision, car il ne fallait pas que l’inter-étage ne touche les moteurs, sachant qu’il passait à seulement un mètre d’eux. Au même moment que l’inter-étage se séparait, le système de sauvetage était largué. Ce système était prévu en cas de défaillance de la fusée pendant la phase de lancement.

Environ 38 secondes après l’allumage du second étage, le système de guidage de Saturn V passait d’une consigne préenregistrée pour l’assiette de vol à un système de guidage en boucle, contrôlé par les instruments de la case à équipement, tels qu’accéléromètres et instrument de mesure (En physique et en sciences de l’ingénieur, mesurer consiste à comparer une grandeur physique qui caractérise un objet (ou un événement) avec celle de...) de l’altitude. Si les ordinateurs de bord emmenaient la fusée hors des limites des trajectoires acceptables, l’équipage pouvait soit annuler la mission soit prendre le contrôle du lanceur en utilisant un des manches rotatifs de pilotage situés dans la capsule.

Environ 90 secondes avant la séparation du deuxième étage, le moteur central s’éteignait pour réduire les oscillations longitudinales connues sous le nom de « pogo ». Un système d’élimination de l’effet pogo fut mis en place à partir d’Apollo 14 (Apollo 14 (31 janvier 1971 4 h 03- 9 février 1971 20 h 24) est une mission habitée du programme Apollo. Le module lunaire se posa dans le Cratère Fra Mauro), mais le moteur central était toujours éteint en avance. À peu près au même moment, le débit de LOX diminuait, modifiant le ratio de mélange des deux ergols, et assurant qu’il restait aussi peu d’ergols que possible dans les réservoirs à la fin de la séquence de vol du second étage. Cette opération était réalisée pour une certaine valeur de ΔV.

Il y avait cinq capteurs au fond de chaque réservoir du S-II. Une fois que deux d’entre eux étaient découverts, les systèmes de contrôle de Saturn V initiaient la séquence de changement d’étage. Une seconde après l’extinction du deuxième étage, ce dernier se séparait et un dixième de seconde plus tard le troisième étage s’allumait. Des rétrofusées à poudre montées sur l’inter-étage au sommet du deuxième étage se mettaient en marche (La marche (le pléonasme marche à pied est également souvent utilisé) est un mode de locomotion naturel. Il consiste en un déplacement en appui...) pour aider le second étage vide à s’éloigner du reste du lanceur. L’étage S-II retombait environ à 4 200 km du site de lancement.

Séquence du S-IVB

L’étage S-IVB d’Apollo 7 en vol orbital autour de la Terre. Apollo 7 utilisa un lanceur Saturn IB, et non Saturn V, sachant que l’étage S-IVB était quasiment identique sur ces deux lanceurs
L’étage S-IVB d’Apollo 7 en vol orbital autour de la Terre. Apollo 7 utilisa un lanceur Saturn IB, et non Saturn V, sachant que l’étage S-IVB était quasiment identique sur ces deux lanceurs

Le troisième étage fonctionnait pendant les 2,5 minutes suivantes.

Contrairement à la précédente séparation d’étages, il n’y avait pas d’opération spécifique de séparation pour l’inter-étage. L’inter-étage entre les second et troisième étages restait attaché au second étage (bien qu’il fût construit comme une composante du troisième étage).

10 minutes et 30 secondes après le décollage, Saturn V était à 164 km d’altitude et à 1 700 km de distance au sol du site de lancement. Quelques instants plus tard, après des manœuvres de mise en orbite, le lanceur était sur une orbite terrestre de 180 km sur 165 km. C’était assez bas pour une orbite terrestre et la trajectoire ne serait pas restée stable à cause des frottements avec les hautes couches de l’atmosphère. Pour les deux missions de mise en orbite terrestre, Apollo 9 (La mission Apollo 9 (code AS-504), décolle du centre spatial Kennedy le 3 mars 1969 à 11 heures (heure locale) pour une mission en orbite terrestre de 10 jours. À son bord se trouvent les astronautes...) et Skylab, l’orbite d’injection était plus élevée.

Une fois sur cette orbite dite « parking », le S-IVB et le vaisseau spatial, restés attachés, réalisaient deux tours et demi autour de la Terre pendant que les astronautes examinait le vaisseau et le reste de la fusée pour s’assurer que tout était en parfait état de marche et préparer le vaisseau pour la manœuvre d’injection « translunaire » (TLI).

La manœuvre TLI intervenait environ 2 heures (L'heure est une unité de mesure  :) et demie après le lancement, quand le troisième étage se rallumait pour propulser le vaisseau spatial vers la Lune. Le deuxième fonctionnement du S-IVB durait 6 minutes amenant le vaisseau à une vitesse supérieure à 10 km/s, suffisante pour s’échapper de l’attraction de la Terre.

Quelques heures après la manœuvre TLI, le module de commande (Le module de commande est le centre vital des missions Apollo.) et de service Apollo (CSM) se séparait du troisième étage, pivotait de 180 degrés, puis s’arrimait au module lunaire (LEM) qui était situé sous le CSM pendant la phase de lancement. Pour finir, le CSM et le LEM se détachaient du troisième étage.

S’il était resté sur la même trajectoire que le vaisseau Apollo, le troisième étage aurait pu présenter un danger pour la suite de la mission. Pour éviter cela, les ergols restants dans les réservoirs étaient évacués du moteur, ce qui changeait sa trajectoire. À partir d’Apollo 13, les contrôleurs dirigeaient le troisième étage vers la Lune. Des sismographes déposés sur la Lune par de précédentes missions détectaient les impacts, et les données enregistrées ont contribué à étudier la composition intérieure de la Lune. Avant Apollo 13 (sauf Apollo 9 et Apollo 12), les troisièmes étages étaient placés sur une trajectoire passant à proximité de la Lune qui les renvoyaient vers une orbite solaire. Apollo 9 quant à lui fut dirigé directement vers une orbite solaire.

L’étage S-IVB d’Apollo 12 connut un destin tout différent. Le 3 septembre 2002, Bill Yeung découvrit un astéroïde suspect à qui il donna le nom provisoire de J002E3. Il se révéla être en orbite autour de la Terre, et il fut rapidement découvert par analyse spectrale (L'analyse spectrale est une méthode utilisée en physique pour déterminer les caractéristiques d'un phénomène observé. L'intensité du phénomène en fonction du temps...) qu’il était couvert d’une peinture blanche de dioxyde de titane (Le dioxyde de titane est une substance composée d'oxygène et de titane.), la même que celle utilisée pour Saturn V. Les contrôleurs de mission avaient prévus d’envoyer le S-IVB d’Apollo 12 en orbite solaire mais l’allumage moteur après la séparation du vaisseau Apollo dura trop longtemps et le troisième étage passa trop près de la Lune et finit sur une orbite à peine stable autour de la Terre et de la Lune. On pense qu’en 1971, suite à une série de perturbations gravitationnelles, le S-IVB se plaça sur une orbite solaire puis revint sur une orbite terrestre 31 ans plus tard. En juin 2003, ce troisième étage quitta l’orbite terrestre.

Mission Skylab

Le dernier lancement de Saturn V emporte la station spatiale Skylab en orbite LEO en lieu et place du troisième étage.
Le dernier lancement de Saturn V emporte la station spatiale Skylab en orbite LEO en lieu et place du troisième étage.

En 1968, le programme d’application Apollo fut créé afin d’étudier les missions scientifiques qui pouvaient être réalisés avec le surplus d’équipements du programme Apollo. La plus grande partie des réflexions tournait autour de l’idée d’une station spatiale, qui donna finalement naissance au programme Skylab. Le lancement de Skylab, faisant appel à Saturn INT-21, un lanceur à deux étages dérivés de Saturn V, fut le seul lancement de Saturn V non directement lié au programme Apollo de premier homme sur la Lune.

À l’origine, il était prévu de suivre le concept dit de l’atelier « humide », avec un étage de fusée utilisé pour le lancement en orbite, puis, une fois vide, reconverti en station spatiale par des aménagements réalisés en orbite. Mais ce concept fut abandonné au profit du concept de l’atelier « sec » : un étage S-IVB du lanceur Saturn 1B transformé au sol en la station spatiale Skylab puis lancé par une Saturn V. Un système de rechange, qui fut construit à partir d’un troisième étage de Saturn V, est aujourd’hui exposé au National Air and Space Museum.

Trois équipages ont occupé Skylab du 25 mai 1973 jusqu’au 8 février 1974. Skylab resta en orbite jusqu'en mai 1979.

On espérait à l’origine que Skylab resterait suffisamment longtemps en orbite pour être visité par la navette spatiale américaine pendant ses tous premiers vols. La navette aurait pu remonter l’orbite de Skylab, et lui permettre d’être utilisée comme une base pour de futures stations spatiales. Cependant, la navette ne vola pas avant 1981 et, rétrospectivement, on a pris conscience que Skylab n’aurait de toute façon pas été d’une grande utilité, n’étant pas conçue pour être réapprovisionnée ou ravitaillée.

Les développements proposés pour l’après Apollo

La deuxième campagne (La campagne, aussi appelée milieu rural désigne l'ensemble des espaces cultivés habités, elle s'oppose aux concepts de ville, d'agglomération ou de milieu urbain. La campagne est...) de production de Saturn V, qui a été annulée, aurait très certainement utilisé des moteurs F-1A sur le premier étage, fournissant un surplus de poussée substantiel. D’autres changements probables auraient été la suppression des ailettes (qui s’avérèrent apporter peu de bénéfice eu égard à leur poids); un premier étage S-IC étiré pour supporter les moteurs F-1A plus puissants; et des moteurs J-2 améliorés pour les étages supérieurs.

Les moteurs de la fusée exposée au Kennedy Space Center de Floride
Les moteurs de la fusée exposée au Kennedy Space Center de Floride

Un certain nombre d’alternatives (Alternatives (titre original : Destiny Three Times) est un roman de Fritz Leiber publié en 1945.) de lanceurs Saturn basées sur Saturn V furent proposées, allant de la Saturn INT-20 avec un étage S-IVB et un inter-étage monté directement sur l’étage S-IC, à la Saturn V-23 (L) qui aurait non seulement eu 5 moteurs F-1 sur le premier étage, mais également 4 boosters ajoutés avec chacun 2 moteurs F-1, portant le nombre total de moteurs F-1 en fonctionnement au lancement à 13 !

La navette spatiale américaine fut initialement conçue comme un système de transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..). Par...) à utiliser de concert avec Saturn V, au point que fut imaginée une « Navette Saturn » qui, utilisant les orbiteurs et réservoirs extérieurs actuels, mais avec ces réservoirs montés sur une version modifié du S-IC et volant sur son dos (En anatomie, chez les animaux vertébrés parmi lesquels les humains, le dos est la partie du corps consistant en les vertèbres et les côtes. Les dorsaux étaient les...), aurait été utilisée pour propulser la navette durant les deux premières minutes de vol, après lesquelles le S-IC aurait été largué et serait retourné vers le Centre spatial Kennedy pour réapprovisionnement, et les moteurs principaux de la navette spatiale se seraient mis en marche pour placer l’orbiteur (Dans le domaine de l'astronautique, un orbiteur est un vaisseau satellisé autour d'une planète. Plus précisément, il est utilisé pour désigner :) en orbite. La navette devait s’occuper de la logistique de la station spatiale, tandis que Saturn V devait s’occuper du lancement des différents composants. L’absence de la deuxième série de production de Saturn V ruina ce plan et laissa les États-Unis sans lanceur super-lourd. Certains au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et en particulier...) de la communauté spatiale américaine ont fortement regretté cette situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il inscrit un lieu dans un cadre plus général afin de le qualifier à...), sachant que la poursuite de la production aurait permis la réalisation de la Station spatiale internationale (La Station spatiale internationale (en anglais International Space Station ou ISS) est un habitat placé en orbite terrestre basse, occupé en permanence par un équipage international qui se...), en configuration Skylab ou Mir avec les ports d’ancrages russes et américains, avec une poignée seulement de lancements. Certains considèrent également que le concept de « navette Saturn » aurait permis d’éviter les conditions qui ont amené au désastre de Challenger en 1986.

Saturn V aurait été le lanceur des sondes spatiales Voyager vers Mars qui ont été annulées, et aurait du être le lanceur utilisé pour le programme RIFT (Un rift est une zone où la lithosphère continentale est en extension, ce qui provoque son affaissement (graben), une zone de volcanisme et une importante...) de test d’étage à propulsion nucléaire et pour le programme NERVA (NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application - moteur nucléaire pour application moteur-fusée) est un programme de recherche relatif...).

Les successeurs à Saturn V

Aux États-Unis, les propositions pour une fusée plus grande que Saturn V étudiées de la fin des années 1950 jusqu’au début des années 1980 ont toutes porté le nom général de Nova. On compte ainsi plus de trente propositions différentes de grande fusée avec ce nom.

Wernher von Braun et d’autres avaient aussi des plans pour une fusée qui aurait eu huit moteur F-1 sur son premier étage lui permettant d’envoyer un vaisseau spatial habité directement vers la Lune. D’autres variantes pour Saturn V suggéraient d’utiliser un Centaur comme étage supérieur ou d’ajouter des boosters d’appoint. Ces améliorations auraient augmenté sa capacité à envoyer de grands vaisseaux inhabités explorer les autres planètes ou des vaisseaux habités vers Mars.

Actuellement, en 2007, la NASA prévoit de construire le lanceur super-lourd Ares V (Ares V est un lanceur super lourd de la NASA destiné à mettre sur orbite la charge utile du train spatial, remplaçant ainsi en partie la navette...), un dérivé de la navette spatiale. Ares (Ares est la nouvelle famille de lanceurs civils américains de la NASA.) V aura à peu près la même hauteur et la même masse que Saturn V. Ce nouveau lanceur a été baptisé en l’honneur de Saturn V. Il est destiné à être un véhicule inhabité, à forte capacité de lancement, prévu pour les futures missions habitées vers la Lune et éventuellement plus tard vers Mars.

Contrairement à Saturn V qui possède trois étages, Ares V sera à deux étages, avec un étage principal de 10 mètres de diamètre (le même que sur les étages S-IC et S-II) propulsé par de l’hydrogène et de l’oxygène liquide et assisté pendant ses deux premières minutes de vol par une paire (On dit qu'un ensemble E est une paire lorsqu'il est formé de deux éléments distincts a et b, et il s'écrit alors :) de boosters à poudre dérivés de ceux de la navette spatiale américaine, avec 5 segments de poudre au lieu de 4 actuellement. L’étage principal sera équipé de cinq moteurs de fusée RS-68 avec la même disposition que celle utilisée sur les étages S-IC et S-II. À l’origine Ares V devait utiliser 5 moteurs SSME (moteurs principaux de la navette spatiale américaine), mais le basculement (Le basculement, dans le domaine de l'astronautique, est l'inclinaison progressive d'un véhicule spatial autour d'un axe quelconque. Le basculement peut être...) vers les RS-68 a été motivé par un aspect coût, et par le fait que ces moteurs ont fonctionné avec succès sur le système de lancement inhabité Delta IV EELV. De plus, les RS-68 sont plus puissants et plus faciles à fabriquer que les SSME.

Les moteurs RS-68, construits par la division (La division est une loi de composition qui à deux nombres associe le produit du premier par l'inverse du second. Si un nombre est non nul, la fonction "division par ce nombre" est la réciproque de la fonction...) Rocketdyne de Pratt & Whitney (Pratt & Whitney est le nom d'un constructeur de moteurs d'avions américain dont la production est aussi bien utilisée pour les avions civils que pour les...) (auparavant propriété de Boeing et de Rockwell international) sont plus efficaces que les moteurs F-1 de Saturn V. Par contre, les moteurs J-2 utilisés sur le S-II et le S-IVB vont être modifiés et devenir les moteurs améliorés J-2X pour être montés sur l’étage de départ de la Terre (Earth Departure Stage (Un stage est le plus souvent une période de formation, d'apprentissage ou de perfectionnement qui dure quelques jours à plusieurs mois dans un lieu...) - EDS), le deuxième étage d’Ares V dérivé du S-IVB, et sur le second étage de la fusée en proposition Ares 1. L’étage EDS et le deuxième étage d’Ares 1 devraient utiliser un seul moteur J-2X, bien qu’initialement l’EDS ait été prévu avec 2 moteurs jusqu’au changement de conception remplaçant les 5 SSME par 5 RS-68.

Coût

De 1964 à 1973, un total de 6,5 milliards de dollars a été dépensé pour Saturn V. C’est en 1966 que l’effort financier annuel a été le plus important avec une somme de 1,2 milliards de dollars [9]

Une des principales raisons à l’arrêt du programme Apollo a été son coût. En 1966, la NASA reçut son budget (Un budget est un document comptable prévisionnel distinguant les recettes et les dépenses.) le plus important, 4,5 milliards de dollars, à peu près 0,5% du PIB des États-Unis à l’époque. La même année, le Département de la Défense des États-Unis recevait 63,5 milliards de dollars.

Les différents lancements de Saturn V

Numéro de série Mission Date de lancement Commentaires
SA-501
Apollo 4 9 Novembre 1967 Premier vol d’essai
SA-502
Apollo 6 4 avril 1968 Deuxième vol d’essai
SA-503
Apollo 8 21 décembre 1968 Premier vol habité de Saturn V et orbite lunaire
SA-504
Apollo 9 3 mars 1969 Test du LEM en orbite terrestre
SA-505
Apollo 10 18 mai 1969 Test du LEM en orbite lunaire
SA-506
Apollo 11 16 juillet 1969 Premier pas de l’homme sur la Lune
SA-507
Apollo 12 14 novembre 1969 Se pose près de Surveyor 3 (Lancée le 17 avril 1967, la sonde lunaire Surveyor 3 se pose sur la Lune le 20 avril 1967, sur la partie Mare Cognitum de l'Oceanus Procellarum. Il transmit un...)
SA-508
Apollo 13 11 avril 1970 Mission en échec, équipage récupéré sain et sauf
SA-509
Apollo 14 31 janvier 1971 Se pose près de Fra Mauro
SA-510
Apollo 15 26 juillet 1971 Premier rover lunaire (Le Rover lunaire est un véhicule destiné à fonctionner sur la surface de la Lune. Plusieurs modules lunaires du programme Apollo et du programme Lunokhod soviétique...)
SA-511
Apollo 16 16 avril 1972 Se pose près de Descartes
SA-512
Apollo 17 6 décembre 1972 Unique lancement nocturne ; dernière mission lunaire Apollo
SA-513
Skylab 1 14 mai 1973 Version à deux étages avec Skylab (Saturn INT-21)
SA-514
Inutilisé Développée mais jamais utilisée pour Apollo18/19
SA-515
Inutilisé Développée comme système de rechange pour le lancement de Skylab
Les Saturn V furent lancées de jour ou de nuit, par plus ou moins beau temps, comme on peut le voir sur ce montage photo
Les Saturn V furent lancées de jour ou de nuit, par plus ou moins beau temps, comme on peut le voir sur ce montage photo

Aujourd'hui

Aujourd’hui, il y a trois Saturn V qui sont exposées, toutes à l’horizontale :

  • Au centre spatial Johnson, on peut voir une Saturn V composée du premier étage du SA-514, du second étage du SA-515 et du troisième étage du SA-513
  • Au centre spatial Kennedy, elle est composée du S-IC-T (étage de test) et du second et troisième étage du SA-514
  • Au centre américain de l’espace et des fusées, elle est composée du S-IC-D, S-II-F/D et du S-IVB-D (tous des étages de test non prévus pour un vol réel)
Une Saturn V exposée au centre américain de l’espace et des fusées à Huntsville en Alabama.
Une Saturn V exposée au centre américain de l’espace et des fusées à Huntsville en Alabama.

Sur ces trois Saturn V, seule celle du centre spatial Johnson est composée entièrement d’étages prévus pour un lancement réel. Le centre américain de l’espace et des fusées à Huntsville dispose également en exposition d’une réplique à l’échelle de Saturn V érigée à la verticale. Le premier étage du SA-515 se trouve au centre d’assemblage Michoud en Louisiane. Le troisième étage du SA-515 quant à lui fut converti pour servir de rechange pour Skylab. Ce dernier est aujourd’hui visible au musée national américain de l’air et de l’espace.

Une rumeur (La rumeur est un phénomène de transmission large, par tout moyen de communication formel ou informel, d'une histoire à prétention de vérité et de...) répandue depuis 1996, prétend que la NASA a perdu ou détruit les plans de Saturn V. En fait, les plans existent toujours au Centre de vol spatial Marshall, conservés sur microfilms.

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