Silversteinův výbor - Silverstein Committee

The Výbor pro hodnocení vozidel Saturn, lépe známý jako Silversteinův výbor, byla americká vládní komise shromážděná v roce 1959, aby doporučila konkrétní pokyny NASA mohl vzít s Raketový program Saturn. Výboru předsedal Abe Silverstein, dlouholetý inženýr NASA, s výslovným záměrem zvolit horní stupně pro Saturn poté, co došlo k neshodě mezi letectvem a armádou ohledně jeho vývoje. Během schůzí členové výboru nastínili řadu různých potenciálních návrhů, včetně nízkorizikového řešení, které von Braun vyvíjel se stávajícími ICBM draky letadel, stejně jako verze využívající zcela nové horní stupně vyvinuté tak, aby plně využívaly posilovací fáze. Výhody používání nových svršků byly tak velké, že výbor zvítězil nad původně skeptickým von Braunem a budoucnost saturnského programu se navždy změnila.

Pozadí

V roce 1957 vydalo ministerstvo obrany (DoD) soubor požadavků na nový posilovač těžkých výtahů pro mise začínající na počátku 60. let. V té době byly všechny tři větve americké armády v procesu vývoje vlastních raket, což mezi nimi vedlo k významným soubojům o prioritu budoucího vývoje. V roce 1956 Americké letectvo získal koncesi, že její doménou byla raketa dlouhého doletu, včetně všech raket země-země s dosahem více než 320 km. Dohoda však nepokrývala „jiné role“ a stávající projekty u námořnictva a armády pokračovaly jako dříve.

Letectvo bylo uprostřed jejich Dyna-Soar a navrhli nový posilovač, který by jej spustil podle jejich požadavku „SLV-4“. Jejich primární odpovědí na tento požadavek bylo a Titan II raketa vybavená novým horním stupněm spalujícím vodík, Titan C.. Výsledný design měl poněkud baňatý vzhled; vzhledem k tomu, že vodíkové palivo vyžadovalo velké nádrže, měl horní stupeň v průměru 160 palců (4100 mm), ve srovnání se 120 palci (3000 mm) modelu Titan II. Ostatní týmy letectva také vyvíjely Space Launcher System koncept, který kombinoval stejný Titan II s řadou rakety na tuhá paliva jako „nulová fáze“. Kombinací různých počtů a velikostí těchto raket by mohl být startovací zásobník naladěn na různá užitečná zatížení. Tým SLS také nastínil vývojovou cestu pro měsíční misi s posádkou Projekt Lunex návrh pomocí Titanu se čtyřmi pevnými látkami k testování zpětného vozidla z oběžné dráhy Země a zcela nových pevných látek a kapalných stupňů pro lety na Měsíc.

Aby splnil stejný požadavek DoD pro těžký vesmírný odpalovač, tým armády u Army Ballistic Missile Agency (ABMA) pod vedením týmu vedeného Wernher von Braun prostudoval řadu návrhů, které seskupily stávající draky raket a volitelně přidaly nové motory. Designové série zahrnovaly „Super-Titan“, „Super-Atlas“ a „Super-Jupiter“. Později se rychle staly středem pozornosti, protože se skládala z technologie vyvinuté v ABMA, zatímco Atlas a Titan byly návrhy letectva trpícími rozšířenými vývojovými problémy. Design Super-Jupiteru byl založen téměř výhradně na stávajícím vybavení, přičemž se pomocí kupy raket Redstone a Jupiter vytvořil spodní stupeň poháněný novým motorem, přičemž horní stupeň byl přizpůsoben Titanu. Jejich návrh byl mnohem jednodušší a méně rizikový než návrh letectva, který vyžadoval vývoj nového horního stupně spalujícího vodík. Stejně jako tým letectva ABMA také nastínil svou vizi měsíční mise s posádkou Projekt Horizon, pomocí patnácti z těchto raket postavili velké vozidlo na oběžné dráze Země.

Nově vytvořený Agentura pro pokročilé výzkumné projekty (ARPA), která byla pověřena vývojem launcheru, se postavila na stranu designu ABMA. Jejich jedinou obavou bylo, že by nové motory mohly být rizikem, což naznačuje, že by místo nich měly být použity mírnější upgrady stávajících motorů. ABMA rychle přizpůsobila design tak, aby jako osm používal osm motorů vyvinutých z Jupiteru S-3D H-1, na rozdíl od čtyř z navrhovaných E-1 původního designu. ARPA byla spokojena a zahájila financování vývoje posilovače v ABMA i nového H-1 motory na Rocketdyne. Smlouvy byly vypsány v říjnu 1958 a práce pokračovaly rychle; k prvnímu zkušebnímu odpálení H-1 došlo v prosinci a maketa posilovače již byla dokončena. Design, původně známý jako Super-Jupiter, se během vývoje stal modelem Juno V a 3. února bylo memorandum ARPA oficiálně přejmenováno na projekt Saturn.

Brzy poté nově vytvořená NASA také vyjádřila svůj zájem o design Saturn jako součást své dlouhodobé strategie. Zahájení na počátku šedesátých let by se zaměřila na oběžnou dráhu nízké Země s využitím stávajících ICBM jako nosných raket, vývoj technologie pro lunární program by byl založen na Saturnu a skutečné přímý výstup měsíční mise by využila masivní Nova raketa, pak podle návrhu v NASA. Krátce nato, dne 9. června 1959, Herbert York, ředitel odboru obranného výzkumu a techniky, oznámil, že se rozhodl ukončit program Saturn. York měl pocit, že DoD by nemělo být financováním posilovače, jehož jedinou konkrétní rolí byla podpora civilního vesmírného programu. Bylo uspořádáno setkání k „záchraně“ programu, které vyústilo v přenesení programu Saturn a veškerého ABMA s ním do NASA.

Členové a směrnice

Na žádost přidruženého správce NASA v listopadu 1959 vytvořil ředitel vývoje vesmírných letů meziagenturní studijní skupinu složenou z členů NASA, Ředitelství obranného výzkumu a inženýrství, ARPA, ABMA a letectva. Těmito členy byli Abe Silverstein (NASA) jako předseda, poté plukovník N. Appold (USAF), A. Hyatt (NASA), TC Muse (ODDR & E), GP Sutton (ARPA), W. von Braun (ABMA) a E Hall (NASA) jako tajemník.

Žádalo se, aby skupina formulovala doporučení pro vývoj rakety Saturn, konkrétně týkající se výběru konfigurací horního stupně. Studie byla dále pověřena zaměřením na čtyři hlavní oblasti: stanovení požadovaných misí a užitečných zatížení, identifikace potenciálních problémů s technickým vývojem, stanovení nákladů a doby vývoje a srovnání budoucího růstu výkonu vozidla.[1][Poznámka 1]

Výběr horního stupně

Přesto letectvo pokračovalo v agitaci procesu vývoje. V prosinci ABMA, která je v tomto bodě stále součástí armády, obdržela rozkaz změnit horní stupeň Saturnu z vozidla odvozeného od Titanu o průměru 120 palců na nový s průměrem 160 palců, který by vyžadoval podstatně více rozvoj. Stupeň o průměru 160 palců byl stejný jako horní stupeň Titan C a provedením této změny na Saturn by DoD mělo dva konkurenční návrhy horního stupně pro požadavek SLV-4, stejně jako umožnění Saturnu spustit Dyna-Soar, pokud vyvstala potřeba. ABMA již testovala motory pro svůj horní stupeň odvozený od Titanu a byla touto novou žádostí naštvaná.

Setkání všech zúčastněných stran bylo uspořádáno pod vedením Abeho Silversteina, jehož dřívější úsilí mělo zásadní význam při výběru Saturnu pro mise NASA. Skupina uvedla tři mise pro počáteční vozidlo Saturn: bezpilotní lunární a hluboké vesmírné mise s únikovým nákladem asi 10 000 liber (4 500 kg); Užitečné zatížení 5 000 liber (2 300 kg) na geostacionární oběžnou dráhu; a mise kosmických lodí s posádkou asi 10 000 liber (4 500 kg) na nízkých drahách, jako je Dyna-Soar.[1]

Aby byly tyto mise ve „vysoké nadmořské výšce“ praktické, měl by být klíčový výkon horních stupňů. Každá libra použitá ve fázi nebo její palivo by znamenalo, že mnohem méně nákladu, s ohledem na konkrétní posilovač (první stupeň). Protože to bylo poměr výkonu k hmotnosti podle toho, co potřebovali, horní etapy založené na kapalný vodík Zdálo se, že je jedinou cestou vpřed - nízká hmotnost paliva vyrovnává jakékoli potíže s manipulací. Saturnův návrh vždy zahrnoval takovou fázi pro orbitální vložení, Kentaur, stupeň spalování vodíku odvozený z Atlas ICBM.

Pro mezistupně měli návrháři o něco větší flexibilitu. Členové výboru nastínili řadu možných řešení seskupených do tří různých tříd: třída „A“, třída „B“ a třída „C.“ Společný mezi všemi třemi třídami, s výjimkou navrhované C-3, byl nový první stupeň sestávající ze skupiny osmi motorů H-1 připojených ke skupině tanků Jupiter / Redstone, která se stala stupněm SI, stejně jako horní stupeň se dvěma motory Centaur. Třída „A“ byla řešení s nízkým rizikem; von Braunův současný design se stal A-1, který se skládal z druhého stupně Titan I mezi prvním stupněm S-I a třetím stupněm Kentaura. A-2 nahradil druhý stupeň A-1 shlukem Thor IRBM. Ačkoli by vozidla třídy „A“ měla nejbližší dostupnost letu díky využití stávajícího hardwaru, nesplnila první dvě mise pro raketu Saturn. Horní stupně 120 palců navíc představovaly potenciální strukturální slabost a navrhovaná modernizace 160 palců by omezila růstový potenciál, což by porušilo čtvrtý požadavek původní směrnice.

Jednolitý design „B“, který výbor zvažoval, B-1, sestával ze čtyřstupňového designu se zmíněnou první fází SI a čtvrtou fází Centaur. Druhým stupněm by byl zcela nový 220palcový design LOX / RP-1 využívající čtyři z motorů H-1 používaných v prvním stupni, spolu s novým čtyřmotorovým třetím stupněm odvozeným od Centauru, ale s průměrem 220 palců. Ačkoli vozidlo B-1 splňovalo požadavky mise, bylo by to příliš nákladné a trvalo by příliš mnoho času na vývoj nové druhé etapy.

Konstrukce třídy „C“ používaly kapalný vodík ve všech vyšších stupních. C-1 by sestával ze stávajícího zesilovače S-I, nového Douglas Aircraft 220palcový stupeň S-IV poháněný čtyřmi upgradovanými verzemi motorů Centaur s tahem od 67 kN do 20 000 lbf (89 kN) na motor a upraveným kentaurem využívajícím stejné motory jako třetí stupeň. C-1 by se stal C-2 po vložení nového stupně S-III se dvěma novými 150 000 lbf (670 kN) až 200 000 lbf (890 kN) tažnými motory, udržujícími S-IV a Centaur na vrcholu. C-3 byla podobná adaptace, vložením stupně S-II se čtyřmi stejnými přítlačnými motory 150-200 000 lbf, udržováním stupňů S-III a S-IV C-2, ale odstraněním kentaura. První stupeň C-3 by také byl zvýšen na více než 2 000 000 lbf (8 900 kN), a to buď výměnou čtyř středových motorů H-1 za jeden motor F-1, nebo zvýšením všech osmi motorů H-1.

Zkoumání výsledků důrazně naznačovalo, že modely C byly jediné, které stojí za to pokračovat, protože nabízely mnohem vyšší výkon než jakákoli jiná kombinace a nabídly velkou flexibilitu tím, že umožňovaly kombinovat fáze pro jakoukoli konkrétní potřebu spuštění. Navíc vývojem rakety stavebnicovým způsobem by bylo dosaženo maximální spolehlivosti vozidla, protože každá nová etapa je přidána k již testovaným a osvědčeným etapám.

Rozhodnutí tedy nešlo o výkon, který byl jasně urovnán, ale o riziko vývoje. Saturn byl vždy navržen tak, aby byl pokud možno co nejméně rizikový, jedinou skutečně novou součástí byla menší modernizace motoru pro spodní stupeň a kentaura jako horního stupně. Vývoj zcela nových fází spalování vodíku pro celý „zásobník“ by zvýšil riziko, že by porucha kterékoli z komponent mohla narušit celý program. Ale jak poznamenali členové výboru: „Pokud mají být tyto pohonné látky přijaty pro obtížné aplikace nejvyššího stupně, zdá se, že neexistují žádné platné technické důvody pro nepřijetí použití vysokoenergetických pohonných látek pro méně obtížnou aplikaci do mezistupňů. " von Braun byl získán; vývoj současného designu bude pokračovat jako záloha, ale budoucnost Saturnu byla založena na vodíku a byla přizpůsobena výhradně požadavkům NASA.

Poslední den roku 1959 administrátor NASA T. Keith Glennan schválila doporučení Silversteinu. Šance na splnění harmonogramu se zlepšily dvěma rozhodnutími Eisenhowerovy správy v lednu 1960. Projekt Saturn získal hodnocení DX, které určovalo program s nejvyšší národní prioritou, který dal programovým manažerům privilegované postavení při zajišťování vzácných materiálů. Ještě důležitější je, že administrativa souhlasila s žádostí NASA o další finanční prostředky. Rozpočet Saturn FY 1961 byl zvýšen ze 140 milionů na 230 milionů. Dne 15. března 1960 prezident Eisenhower oficiálně oznámil přesun divize Development Operations Army do NASA.

Objevuje se Saturn

Vozidla Saturn C uvedená ve zprávě Silversteinova výboru nebyla nikdy postavena. Jakmile se ze Saturnu stal design vysokého výkonu vyladěný NASA, DoD se o něj začal méně zajímat pro své vlastní potřeby. Vývoj Titanu pro tyto role pokračoval a výsledkem bylo, že flexibilita nabízená různými mezistupněmi modelu Saturn C nebyla jednoduše nutná a byla nakonec opuštěna.

Doporučení přežil pouze první stupeň S-I a nejmenší z nových horních stupňů S-IV. Původně se předpokládalo, že S-IV bude vybaven čtyřmi modernizovanými motory Centaur, ale pro snížení rizika bylo rozhodnuto použít stávající motory a zvýšit jejich počet ze čtyř na šest. Nový, větší motor, J-2, již byl v potrubí, které by je mohlo nahradit. Původní design S-IV, 220 palců se šesti motory, byl používán pouze na krátkou dobu, dokud nebyla pro modely Saturn Block II vytvořena verze s větším průměrem 260 palců, a poté byla nakonec nahrazena J-2 poháněným S-IVB z Saturn IB.

Poznámky

1.^ Plné znění žádosti naleznete v příloze pololetní technické souhrnné zprávy o objednávkách ARPA 14-59 a 47-59.

Do roku 1963 byly Saturny klasifikovány pomocí C a arabské číslice. Lidé obecně předpokládají, že C stálo za konfiguraci; ale podle zpráv kosmodromu Kennedyho vesmírného střediska (17. ledna 1963) jej inženýři MSFC použili k označení automobilových „konceptů“. Saturn C-1 označil koncept posilovače S-1 zakončeného horními stupni s kapalným vodíkem jako pohonnou látkou. C-2, C-3 a C-4 byly koncepty výkresů, které předcházely měsíční raketě C-5 (Saturn V). Další informace o původu Saturnu viz John L. Sloop, Kapalný vodík jako pohonné palivo, 1945-1959, NASA SP-4404, v tisku, kap. 12.

Reference

  1. ^ A b Pololetní technická souhrnná zpráva o objednávkách ARPA 14-59 a 47-59 (PDF), 25. února 1960, s. 201–213
  • Zpráva o Saturnu, s. 4, 7, 8 a tabulka III.
  • Emme, „Historical Perspectives“, str. 18; Robert L. Rosholt, An Administrative History