Saturn-Rakete

Die vor dem Lyndon B. Johnson Space Center in Houston ausgestellte Saturn V besteht aus Teilen der SA-514 (erste Stufe), SA-515 (zweite Stufe) und der SA-513 (dritte Stufe)

Saturn I SA-4 auf dem Startplatz

Start der ersten Saturn IB SA-201

Startvorbereitungen der vierten Saturn IB SA-204

Start der Saturn V mit Apollo 8 an der Spitze

Saturn V - Apollo Konfiguration (1967)

Die Saturn V im Größenvergleich mit dem Space Shuttle und den Ares Raketen (I+V+IV)

Saturn V Antrieb (erste Stufe S-IC) und Dr. Wernher von Braun

Saturn V im Kennedy Space Center - F-1 Triebwerke der ersten Stufe

Eine Saturn V startete 1973 mit der Raumstation Skylab

Die Familie der Saturn-Raketen gehört zu den leistungsstärksten Trägersystemen der Raumfahrt, die jemals gebaut wurden. Sie wurden hauptsächlich von deutschen Wissenschaftlern und Technikern unter Leitung Wernher von Brauns für die amerikanische Raumfahrtbehörde NASA im Rahmen des Apollo-Programms entwickelt.

Bauarten

Im zweiten Halbjahr 1959 wurden verschiedene Möglichkeiten untersucht, wie eine neue, sehr starke Rakete zusammengesetzt sein könnte. Der Name Saturn stand dafür bereits fest.

Es gab drei prinzipielle Möglichkeiten, die mehr oder weniger auf existierenden Raketen basierten: Saturn A, Saturn B und Saturn C. Davon gab es noch acht Untertypen: A-1, A-2, B-1 und C-1 bis C-5. Das Entwicklungsteam entschied sich für die Variante C-5 und entwickelte parallel die Version C-1 weiter, die zwar nicht so leistungsfähig war, jedoch schneller zur Verfügung stehen würde. 1962 wurde entschieden, dass eine stärkere Version der C-1 benötigt werden würde, die C-1B. 1963 wurde das C aus den Bezeichnungen gestrichen, und die drei Raketen in Saturn I, Saturn IB und Saturn V umbenannt.

Das bekannteste und größte Mitglied der Familie, die Saturn V, wurde für die Mondlandungen benutzt und ist gleichzeitig eine der größten und stärksten Raketen, die je eingesetzt wurden. Sie bestand aus drei Stufen und trug an der Spitze das Apollo-Raumschiff, bestehend aus Mondlandefähre, Service- und Kommandomodul sowie der Apollo-Rettungsrakete (LES).

Innerhalb der Saturn-Raketenfamilie baute jeweils das nächstgrößere Modell auf der bereits für die Vorgängerversion entwickelten Technik auf und ersetzte einzelne Komponenten durch leistungsfähigere.

Saturn I

Sie war das Grundmodell, das ursprünglich nur für Testflüge entwickelt wurde. Um Zeit und Entwicklungskosten zu sparen, bestand ihre erste Stufe (S-1 genannt) im Zentrum aus einem Tank mit dem Durchmesser einer Jupiter-Rakete, der von acht Tanks umgeben wurde, die den Durchmesser von Redstone-Raketen hatten. Beide Raketentypen waren in den Jahren zuvor von Wernher von Braun für die US Army entwickelt worden. Der zentrale Tank wurde mit Sauerstoff befüllt, die ihn umgebenen Tanks mit geringerem Durchmesser jeweils abwechselnd mit Sauerstoff oder mit Kerosin der Sorte RP-1 (Rocket Petrol). Am unteren Ende der ersten Stufe befanden sich sehr große Stabilisierungsflossen. Die Stufe verwendete acht H-1-Triebwerke.

Die zweite Stufe (S-4) war eine komplette Neuentwicklung. Erstmalig wurde die hochenergetische, aber schwierig zu beherrschende Treibstoffkombination Wasserstoff/Sauerstoff verwendet. Wie dieses bei heutigen Raketen üblich ist, wurden die beiden Tanks durch einen gut isolierten Zwischenboden getrennt. Die Stufe verwendete das für die Centaur-Oberstufe der Atlas-Centaur vorgesehene Triebwerk RL-10, weil das ursprünglich vorgesehene große J-2-Wasserstoff/Sauerstoff-Triebwerk noch in Entwicklung war. Wegen ihrer im Vergleich zur Centaur enormen Größe verwendete die S-4-Stufe sechs RL-10 anstatt nur zwei wie bei der damals geplanten Centaur.

Zuerst wurde die erste Stufe nur mit Attrappen der zweiten Stufe im Flug getestet, danach die ganze Rakete. Wider allen Erwartungen waren alle Flüge der Saturn I erfolgreich, so dass es bei den letzten Testflügen an der Rakete nichts mehr zu testen gab. Die letzten Flüge wurden daher als erste Testflüge der Apollo-Raumschiffe (ohne Servicemodule) genutzt sowie zum Transport der Pegasus-Satelliten in die Erdumlaufbahn. Dabei wurde das Apollo-Raumschiff oberhalb des Transportraumes der Pegasus-Satelliten montiert.

Saturn IB

Die Saturn IB diente der Erprobung entweder des kompletten Apollo-Raumschiffs oder der Mondlandefähre in der Erdumlaufbahn. Dabei wurden die meisten Testflüge unbemannt durchgeführt, jedoch wurde mit ihr nie das Apollo-Raumschiff zusammen mit der Mondlandefähre gestartet.

Die erste Stufe der Saturn IB (S-1B) war weitgehend mit der S-1-Erststufe der Saturn I identisch, jedoch hatte sich gezeigt, dass die sehr großen und schweren Stabilisierungsflossen überdimensioniert waren, weshalb sie durch kleinere und leichtere ersetzt wurden, um das Leergewicht der Stufe zu senken. Außerdem verwendete sie eine überarbeitete und stärkere Version der H-1-Triebwerke.

Die zweite Stufe (S-4B) war eine stark modifizierte Version der S-4-Zweitstufe der Saturn I. Der Durchmesser der Stufe stieg von 5,58 m bei der Saturn I auf 6,6 m bei der Saturn IB an. Außerdem war sie wesentlich länger, so dass der Treibstoffvorrat sich stark vergrößerte. Jetzt stand auch das neue, wesentlich stärkere J-2-Wasserstoff/Sauerstoff-Triebwerk zur Verfügung, von dem in jeder S-4B-Stufe nur eines verwendet wurde.

Nach Abschluss des Apollo-Mondprogramms transportierte die Saturn IB noch drei Mal Astronauten zur Raumstation Skylab und startete ein Apollo-Raumschiff mit einem speziellen Kopplungsadapter für das Apollo-Sojus-Projekt.

Saturn V

Die Saturn V war die eigentliche Mondflugrakete. Nach zwei unbemannten Testflügen wurde die Rakete für einsatzbereit erklärt und startete danach, bis auf den letzten Flug mit der Raumstation Skylab, immer bemannt. Nur bei Apollo 9 und dem Start von Skylab steuerte sie eine erdnahe Umlaufbahn an.

Die erste Stufe der Saturn V, die S-1C, war eine komplette Neukonstruktion, die mit den Erststufen der Saturn I und IB außer der verwendeten Treibstoffkombination nichts gemeinsam hatte. Die Stufe war riesig und hatte bei einer Länge von 42 m einen Durchmesser von 10 m. In der Stufe befanden sich zwei separate Tanks. Unten befand sich der Tank für Kerosin RP (Rocket propellant) 1, durch den die Sauerstoffleitungen auf geradem Weg zu den Triebwerken hindurchliefen, und darüber der Tank für flüssigen Sauerstoff. Die Stufe verwendete fünf der neuen ebenfalls riesigen F-1-Triebwerke. Die Triebwerke waren in ihrem Schubgerüst so angeordnet wie die fünf Punkte auf einem Würfel, wobei die vier äußeren Triebwerke zur Steuerung schwenkbar waren. Um die Beschleunigung der Rakete nicht zu stark ansteigen zu lassen, wurde während des Fluges das mittlere F-1-Triebwerk vorzeitig abgeschaltet.

Die zweite Stufe (S-II) war ebenfalls eine Neukonstruktion mit 10 m Durchmesser. Sie verwendete die Treibstoffkombination Wasserstoff/Sauerstoff und hatte einen Tank, der durch einen isolierten Zwischenboden in zwei Räume für die beiden Treibstoffkomponenten getrennt wurde. Die Stufe verwendete fünf J-2-Triebwerke, die genauso angebracht waren wie die Triebwerke der Erststufe.

Die dritte Stufe war eine leicht modifizierte S-4B-Stufe, die unmodifiziert auch schon als zweite Stufe der Saturn IB verwendet wurde. Die Modifikationen beschränkten sich auf eine in den Tanks angebrachte Isolation, damit der Treibstoff mehrere Stunden flüssig blieb, damit die Stufe auch nach mehreren Erdumläufen wiederzündbar war, wie das für Mondflüge nötig war.

Beim Start von Skylab wurde die Saturn V einmal nur mit den beiden ersten Stufen eingesetzt.

Die Saturn V konnte anfangs bis zu 120 Tonnen Nutzlast in den Erd-Orbit transportieren und bis zu 45 Tonnen Nutzlast auf Fluchtgeschwindigkeit beschleunigen. Die Leistung wurde durch Optimierung der zweiten Stufe während der Produktion auf 133 Tonnen in den Erdorbit und 50 Tonnen auf Fluchtgeschwindigkeit erhöht.

Das Ende

Der letzte Start der Saturn V erfolgte am 14. Mai 1973, als die Raumstation Skylab in die Erdumlaufbahn gebracht wurde. Der letzte Start einer Saturn-I-B erfolgte am 15. Juli 1975 im Rahmen des Apollo-Sojus-Projekts.

Zum Ende des Apollo-Programms waren noch vier Saturn-IB-Raketen (SA-211 bis SA-214) und zwei Saturn-V-Raketen (SA-514 und SA-515) im Bau. Die betriebsbereite Rakete SA-209 war als Ersatz für das Apollo-Sojus-Projekt verwendet worden.

Drei Saturn-V-Raketen werden zur Zeit ausgestellt, jedoch bestehen sie aus Teilen von verschiedenen Raketen, teils aus flugfähigen Stufen, teils aus Testexemplaren. Das einzige Ausstellungsstück, das vollständig aus flugtauglichen Modulen besteht, liegt seit 1977 vor dem Lyndon B. Johnson Space Center in Houston. Sie gehört inzwischen dem National Air and Space Museum.

Im Besucherzentrum des Kennedy Space Center sind eine Saturn IB und eine Saturn V ausgestellt. Die Saturn IB ist die SA-209, wobei eine Attrappe des Apollo-Raumschiffes (Facility Verification Vehicle) aufgesetzt wurde, die bis 1968 zur Überprüfung von Vorrichtungen und Abläufen eingesetzt wurde. Die erste Stufe der Saturn V ist ebenfalls ein Testartikel, die zweite und die dritte Stufe dagegen stammen von der SA-514, die für Apollo 18 geplant war.

Eine dritte Saturn V liegt im U.S. Space and Rocket Center in Huntsville, Alabama in der Nähe des Marshall Space Flight Centers. Ihre drei Stufen bestehen aus Exemplaren, die dort für Testzündungen verwendet wurden.

Verbleib der Saturn-Raketen

Nr.	Typ	Verwendungszweck (geplant)	Verbleib der Saturn
SA-209	Saturn IB	Für Skylab-Rescue Mission	Kennedy Space Center
SA-211	Saturn IB	-	1. Stufe: Alabama Welcome Center bei Ardmore
SA-212	Saturn IB	-	- (2. Stufe zu Skylab umgebaut)
SA-213	Saturn IB	-	- (nur 1. Stufe gebaut)
SA-214	Saturn IB	-	- (nur 1. Stufe gebaut)
SA-513	Saturn V	1. und 2. Stufe für Skylab	3. Stufe: Lyndon B. Johnson Space Center
SA-514	Saturn V	Für Apollo 18	1. Stufe: Lyndon B. Johnson Space Center 2. und 3. Stufe: Kennedy Space Center
SA-515	Saturn V	Für Apollo 19	1. Stufe: Michoud Assembly Facility 2. Stufe: Lyndon B. Johnson Space Center 3. Stufe: National Air and Space Museum

Technische Daten der Saturn I

Stufe	Länge/Durchmesser	Triebwerke	Treibstoff	Firma
1 (S-IB)	24,5 m x 6,53 m	8 x H-1	Kerosin, Sauerstoff	Chrysler
2 (S-IV)	10 m x 5,58 m	6 x RL-10	Wasserstoff, Sauerstoff	Douglas Aircraft Company

Anm.: die größere Gesamthöhe von 50 m ergibt sich aus zusätzlichen Stufenadaptern, u.a. für die Parkbucht, die von den Pegasus-Satelliten genutzt wurde, sowie dem Apollo-Mutterschiff einschließlich der Apollo-Rettungsrakete.

Technische Daten der Saturn IB

Stufe	Länge/Durchmesser	Triebwerke	Treibstoff	Firma
1 (S-IB)	24,5 m x 6,53 m	8 x H-1	Kerosin, Sauerstoff	Chrysler
2 (S-IVB)	18 m x 6,6 m	1 x J-2	Wasserstoff, Sauerstoff	Douglas Aircraft Company

Anm.: die größere Gesamthöhe von 68 m ergibt sich aus zusätzlichen Stufenadaptern, u.a. für die Parkbucht des Lunar Module, sowie dem Apollo-Mutterschiff einschließlich der Apollo-Rettungsrakete.

Technische Daten der Saturn V

Stufe	Länge/Durchmesser	Triebwerke	Treibstoff	Firma
1 (S-IC)	42 m x 10 m	5 x F-1	Kerosin, Sauerstoff	Boeing
2 (S-II)	24 m x 10 m	5 x J-2	Wasserstoff, Sauerstoff	North American Aviation
3 (S-IVB)	18 m x 6,6 m	1 x J-2	Wasserstoff, Sauerstoff	Douglas Aircraft Company

Anm.: die größere Gesamthöhe von 110 m ergibt sich aus zusätzlichen Stufenadaptern, u.a. für die Parkbucht des Lunar Module, sowie dem Apollo-Mutterschiff einschließlich der Apollo-Rettungsrakete.

Datenblatt

Typ	Stufen	Höhe	Durchmesser	Max. Nutzlast	Startgewicht	Startschub	Einsatzzeit
Saturn I	2	57,9 m/37,7 m	6,55 m/5,58	10 t	512 t	675 t	1961-1965
Saturn IB	2	68 m/43 m	6,6 m	18 t	588 t	726,4 t	1966-1975
Saturn V	3	110,6 m/85 m	10,06 m/6,6 m	133 t	2.934,8 t	3.424 t	1967-1973

Höhe angegeben mit und ohne Apollo-Raumschiff. Nutzlast bezieht sich auf die Nutzlast in einem Low Earth Orbit (LEO). Quellen: NASA, Technische Daten aus [1]

Ablauf der Mondmission

S-IC-Sequenz

Die Apollo-Missionen begannen ihre Reise zum Erdtrabanten vom Startkomplex 39 des John F. Kennedy Space Centers. Nach dem Start brannte die erste Stufe der Saturn V für 2,5 Minuten und brachte die Rakete so auf eine Höhe von 61 Kilometern. Die Geschwindigkeit betrug bei Brennschluss 8.600 km/h. In diesen 2,5 Minuten wurden etwa 2.000 t Treibstoff verbrannt.

S-II-Sequenz

Nach Abwurf der ersten Stufe zündete die zweite und brannte für weitere sechs Minuten. Deren Brennschluss erfolgte in etwa 185 km Höhe bei einer Geschwindigkeit von 24.600 km/h.

S-IVB-Sequenz

Für weitere 2,5 Minuten übernahm nun die dritte Stufe den Antrieb. Sie brannte insgesamt bis zwölf Minuten nach dem Start und wurde während der nächsten zweieinhalb Erdumrundungen nicht abgeworfen. Während dieser Zeit wurde das Raumschiff auf Funktionalität überprüft, bis das „Go“ für den Flug zum Mond gegeben werden konnte.

Eintritt in die Mondbahn

Die dritte Stufe wurde zum Eintritt in die Mondbahn noch einmal für mehr als fünf Minuten gezündet. Nach Brennschluss war das Raumschiff auf einer Geschwindigkeit von 37.500 km/h (10,4 km/s, etwas weniger als die Fluchtgeschwindigkeit) und auf Kurs zum Mond.

Die Mondlandefähre, die während der ganzen Zwischenzeit im oberen Teil der dritten Stufe verweilte, wurde nun nach Abkopplung des Apollo-Raumschiffs und dessen Drehung um 180° aus der Stufe gezogen.

Abschließend musste durch eine Kurzzündung des Triebwerks die dritte Stufe noch auf eine andere Bahn als das Apollo-Raumschiff gebracht werden, damit im nachhinein keinerlei Kollisionsmöglichkeit gegeben war. Bis Apollo 12 wurde sie in einen solaren Orbit gebracht, ab Apollo 13 auf einen Kollisionskurs mit dem Mond gebracht. Der Einschlag wurde mit den von früheren Missionen aufgestellten Seismometern aufgezeichnet.

Flüge der Saturn-Raketen

Datum	Typ	Nummer	Mission	Bemerkung
27. Oktober 1961	Saturn I	SA-1	SA-1	Suborbitaler Test für die erste Stufe. Dummys der 2. und 3. Stufe wurden mit Wasser gefüllt, als Ballast mitgeführt
25. April 1962	Saturn I	SA-2	SA-2 High Water I	Weiterer suborbitaler Testflug für die erste Stufe. Die mit Wasser gefüllten zweite und dritte Stufen wurden in 105 km Höhe zur Explosion gebracht, um eine künstliche Wolke zu erzeugen
16. November 1962	Saturn I	SA-3	SA-3 High Water II	wie High Water I. Künstliche Wolke in 167  km Höhe
28. März 1963	Saturn I	SA-4	SA-4	Weiterer suborbitaler Testflug für die erste Stufe. Geplantes Abschalten eines Triebwerks, um zu testen, ob die anderen Triebwerke wie vorgesehen länger arbeiten.
29. Januar 1964	Saturn I	SA-5	SA-5	Erster Flug einer zweistufigen Saturn I in einen Orbit
28. Mai 1964	Saturn I	SA-6	A-101	mit Dummy des Apollo-Raumschiffs
18. September 1964	Saturn I	SA-7	A-102	mit Dummy des Apollo-Raumschiffs und Fluchtturm
16. Februar 1965	Saturn I	SA-9	A-103 Pegasus 1	mit Dummy des Apollo-Raumschiffs und einem Pegasus-Satelliten
25. Mai 1965	Saturn I	SA-8	A-104 Pegasus 2	wie Pegasus 1
30. Juli 1965	Saturn I	SA-10	A-105 Pegasus 3	wie Pegasus 1
26. Februar 1966	Saturn IB	SA-201	AS-201	Erster Start der Saturn IB und eines Apollo-Raumschiffes, suborbital
5. Juli 1966	Saturn IB	SA-203	AS-203	Test einer neuen Instrumenteneinheit und Wiederzündung der zweiten Stufe im Orbit, ohne Raumschiff
25. August 1966	Saturn IB	SA-202	AS-202	Test von Mehrfachzündungen des Apollo-Triebwerkes, suborbital
27. Januar 1967	kein Start	SA-204 geplant	Apollo 1	tödlicher Unfall bei Tests auf der Startrampe, die Mission wurde später Apollo 1 bezeichnet
9. November 1967	Saturn V	SA-501	Apollo 4	Erster Start der Saturn V, mit einem unbemannten Apollo-Raumschiff, im Orbit
22. Januar 1968	Saturn IB	SA-204	Apollo 5	Erster Testflug der Mondlandefähre (unbemannt)
4. April 1968	Saturn V	SA-502	Apollo 6	Letzter unbemannter Testflug einer Saturn-Rakete, mit einem Apollo-Raumschiff und einer Mondlandefähre, nicht ohne Probleme
11. Oktober 1968	Saturn IB	SA-205	Apollo 7	Erster Start der Saturn IB mit einem bemannten Apollo-Raumschiff (ohne Mondlandefähre), Test von Rendezvous-Manövern
21. Dezember 1968	Saturn V	SA-503	Apollo 8	Erster bemannter Start der Saturn V und der erste Flug von Menschen in den Mondorbit
3. März 1969	Saturn V	SA-504	Apollo 9	Testflug im Erdorbit zur Erprobung von Rendezvous- und Andockmanövern zwischen Apollo-Raumschiff und Mondlandefähre
18. Mai 1969	Saturn V	SA-505	Apollo 10	Testflug der Mondlandefähre bei dem Abstiegs-, Aufstiegs-, Rendezvous- und Andockmanöver im Mondorbit geprobt wurden
16. Juli 1969	Saturn V	SA-506	Apollo 11	Erste bemannte Mondlandung Ziel des Apollo-Saturn-Programmes erreicht
14. November 1969	Saturn V	SA-507	Apollo 12	2. bemannte Mondlandung
11. April 1970	Saturn V	SA-508	Apollo 13	„Houston, wir haben ein Problem.“ Die einzige nicht erfolgreiche Apollo-Mondmission
31. Januar 1971	Saturn V	SA-509	Apollo 14	3. bemannte Mondlandung
26. Juli 1971	Saturn V	SA-510	Apollo 15	4. bemannte Mondlandung, erstmals wurde ein Mondauto mitgenommen
16. April 1972	Saturn V	SA-511	Apollo 16	5. bemannte Mondlandung
7. Dezember 1972	Saturn V	SA-512	Apollo 17	letzter Flug von Menschen zum Mond, der nächste bemannte Mondflug ist für 2018 geplant
14. Mai 1973	Saturn V	SA-513	Skylab 1	letzter Start der Saturn V (allerdings nur mit zwei aktiven Stufen), die zur Raumstation Skylab umgebaute dritte Stufe wird unbemannt in die Erdumlaufbahn gebracht
25. Mai 1973	Saturn IB	SA-206	Skylab 2	1. Besatzung der Raumstation
28. Juli 1973	Saturn IB	SA-207	Skylab 3	2. Besatzung der Raumstation
16. November 1973	Saturn IB	SA-208	Skylab 4	3. und letzte Besatzung der Raumstation
15. Juli 1975	Saturn IB	SA-210	ASTP	Apollo-Sojus-Projekt Letzter Start einer Saturn-Rakete

Trivia

Der Start einer Saturn V soll nach der Explosion einer Atombombe das am weitesten zu hörende menschengemachte Geräusch gewesen sein. Im etwa 12 km entfernten Titusville sind bei jedem Start dutzende Scheiben aus den Fenstern geflogen und im Startbunker kam der Putz von der Decke.

Besichtigung

Interessierte können in der Mensa der Hochschule Mittweida (FH) ein J-2-Triebwerk einer Saturn-V-Rakete besichtigen.

Siehe auch

• Launch Vehicle Digital Computer
• N1 (Rakete)
• Ares (Rakete)

Weblinks

• NASA – Stages to Saturn (englisch)
• NASA – Saturn Illustrated Chronology (englisch)
• Gunters Space Page – Ausführliche Seite zu fast allen existierenden Transportraketen
• Ausführliche Seite zu den Saturn I und IB Raketen
• Ausführliche Seite zur Saturn V Rakete
• Ausführliche Seite zu den Saturn-Raketen
• Physikalische Analyse des Starts einer Saturn V (aus einem Skript über die Anwendung der Physik in Alltagskontexten (TU Braunschweig).

US-amerikanische Trägerraketen

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Verwendete Raketenstufen: Agena · Castor · Centaur · EDS · IUS · PAM

(Siehe auch: Liste der Raketentypen)