Saturn V - Définition
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Technologie
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 de la Défense à Paris.
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, 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 des stations sismographiques des États-Unis étaient capables de percevoir les vibrations lors du décollage d'une Saturn 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 (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 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 | 2286 t | |
| Moteurs | 5 F-1 | |
| Poussée | 33,4 MN | |
| Durée de fonctionnement | 150 s | |
| Ergols | RP-1 et LOX | |
| Deuxième étage - S-II | ||
| Hauteur | 24,8 mètres | |
| Diamètre | 10 mètres | |
| Masse avec ergols. | 464 t | |
| Moteurs | 5 J-2 | |
| Poussée | 5 MN | |
| Durée de fonctionnement | 360 s | |
| Ergols | LH2 et LOX | |
| Troisième étage - S-IVB | ||
| Hauteur | 17,9 mètres | |
| Diamètre | 6,6 mètres | |
| Masse avec ergols. | 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 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, en l’occurrence du RP-1 et de l’oxygène liquide.
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.
Les cinq moteurs F-1 étaient disposés en croix. Le moteur central était fixe, tandis que les quatre 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 cinq 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.
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 séparées par une structure en nid d’abeilles en phénol. Elle devait assurer une isolation thermique 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 du deuxième étage, et une deuxième fois pour la manœuvre de l’injection « 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’altitude pendant la phase 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 du moteur pour l’injection translunaire.
Le S-IVB était le seul étage de la fusée Saturn V suffisamment petit pour pouvoir être transporté par avion, en l’occurrence le super Guppy.
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 équipement, fabriquée par la société IBM, était positionnée en haut du troisième étage. Elle était réalisée au Space System Center à Huntsville. L’ordinateur 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’altitude 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 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.
