Project Apollo
Starten van een F1 motor

De F-1 motor, ontworpen door Wernher von Braun en gebouwd door Rocketdyne, is met zijn stuwkracht van 700.000 kilogram de krachtigste raketmotor die ooit gebouwd is. Eén enkele F-1 motor is net zo sterk als de drie hoofdmotoren van de Spaceshuttle bij elkaar! En er zijn er vijf nodig om een Apollo-Saturnus V omhoog te krijgen.

Boven:De vier buitenmotoren kunnen door twee servo-motoren 6 graden in elke richting worden bewogen om zo de raket te sturen.
Links: Omderaanzicht van de opstelling van de raketmotoren.

Het ontsteken van een F-1 motor is een gecompliceerde zaak waarbij veel handelingen op exact het goede moment plaats moeten vinden. Een aantal van die handelingen wordt van buiten af door de countdown-computer (de sequencer) aangestuurd. Andere vinden intern plaats, afhankelijk van de druk in de motor.
De motor kan één maal gestart worden, heeft een vast ingestelde stuwkracht en is ontworpen voor een levensduur van 170 seconden.

Beschrijving van de motor

Op de grote verbrandingskamer met straalpijp en uitlaat zit de brandstof-injecteur gemonteerd, waardoor een mengsel van RP-1 (kerosine) en LOX (vloeibare zuurstof met een temperatuur van -182°C ) onder hoge druk wordt geïnjecteerd. Boven de injecteur zit de kerosinetank die de stuwkracht van de motor overdraagt op de raket.

Naast de verbrandingskamer zitten de brandstofpompen gemonteerd. Deze centrifugaalpompen worden aan de onderzijde aangedreven door een turbine. De turbine wordt aangedreven door vergaste brandstof die gevormd wordt in een gasgenerator die ook met RP-1 en LOX wordt gevoed. (De gasgenerator zet het brandstofmengsel door het te verwarmen om in gas). Nadat de brandbare gasstraal door de turbine is gejaagd wordt ze ontstoken en door een warmtewisselaar geleid die de brandstof voorverwarmt voordat ze geïnjecteerd wordt.

De gasstraal uit de turbine heeft een temperatuur van 650 °C en wordt langs de binnezijde van de uitlaat geinjecteert met als doel (als de motor gestart is) deze te beschermen tegen de hitte van de nog veel hetere gasstraal van de raketmotor (3200 °C). Het vormt een wand van "koud" gas.

Vergaste brandstof drijft de turbine aan (hier links van de motor). Het gas wordt als een bescherm-ring in de uitlaat geblazen. De turbine drijft de brandstofpompen aan.

De kerosine- en LOX-pomp van elke motor leveren samen ruim 2500 liter brandstof per seconde aan de injecteur. Elke turbine ontwikkelt daardoor een vermogen van 55000 PK (41 MW) dat afgegeven wordt aan de pomp-as.

Boven de turbine zitten (op de zelfde as) dus de brandstofpompen. De kerosinepomp van elk van de vijf motoren heeft een aanzuigleiding met een diameter van 36 cm vanaf de brandstoftank, en een persleiding die via een afsluitventiel op de injecteur is aangesloten. Een leiding wordt hier van afgetakt om de eerder genoemde gasgenerator te voeden.
De kerosine wordt ook gebruikt als smeermiddel van de bewegende delen in de motor, en ook nog als hydraulische olie om de ventielen te openen of te sluiten. Vóór de start, als er nog geen druk is, wordt vanaf de grond kerosine in het hydraulisch systeem geperst.

Eveneens op de turbine-as is de LOX-pomp gemonteerd. Deze pomp en haar lagers worden omspoeld met kerosine om te voorkomen dat ze vastvriezen. De 12" (=31 cm) aanzuigleidingen naar de 5 motoren lopen dóór de kerosinetank heen naar beneden. De pomp heeft een persleiding met ventiel die ook naar de injecteur loopt. Ook hier een aftakleiding die de gasgenerator voedt.

Door de wand van de verbrandingskamer en de uitlaat loopt een netwerk van dunne leidingen waar 70 procent van de brandstof eerst doorheen geperst wordt voordat ze in de verbrandingskamer wordt geïnjecteerd. De brandstof koelt de verbrandingskamer en de uitlaat af. Tegelijkertijd wordt de brandstof zo voorverwarmt.

Tenslotte is er nog een tankje met hypergole (zelf-ontbrandende) vloeistof in een tweede aftakking van de kerosine-persleiding gemonteerd. Het tankje in de persleiding is aan beide zijden afgesloten door breekbare tussenwanden, die doorbroken worden als de druk van de kerosinepomp hoog genoeg is opgelopen. De hypergole vloeistof bestaat uit 85% tri-ethyl-boraan en 15% tri-ethyl-aluminium. Het ontbrandt zodra het in contact komt met zuurstof.

De firingroom in de ondergrondse bunker op het Kennedy Space Center, 30 minuten voor een Apollo-Saturnus V lancering.
De ruimte biedt plaats aan 550 bemande consoles om de ingebouwde meetpunten van de raket te bewaken.

De startprocedure

Negen seconden voor de lancering.

De sequencer (de startcomputer) geeft een elektrisch signaal waardoor kleine explosieven afgevuurd worden. De eerste start de verbranding in de gasgenerator terwijl explosief nummer 2 het zeer brandstofrijke uitlaatgas ontsteekt nadat het de turbine verlaten heeft.

In de verbrandingskamer zitten een aantal elektrische verbindingen die door dit uitlaatgas worden doorgebrand. Als alle verbindingen "open" zijn wordt dit herkend door de sequencer die op zijn beurt een ventiel in het hydraulisch systeem open stuurt. Via de hydraulische druk wordt het hoofd-LOX-ventiel gedeeltelijk open gezet.

De vloeibare zuurstof in de tank van de eerste trap staat onder hoge druk en als het LOX-ventiel is geopend stoomt de ijskoude vloeistof uit zichzelf door de LOX-pomp, die daardoor gaat draaien. De kerosinepomp en de turbine zitten op dezelfde as en gaan dus ook draaien. Er ontstaat druk in de aftak-persleidingen die naar de gasgenerator lopen waar door gedeeltelijke verbranding de brandstof vergast. De gasgenerator levert nu steeds meer gas en de turbine komt op toeren.

Met de turbine gaan de brandstofpompen nu echt aan het werk en de druk in de persleidingen neemt sterk toe. Als de druk in de persleiding van de kerosine hoog genoeg is breekt deze de tussenwanden van het hypergool-tankje waardoor deze vloeistof de verbrandingskamer binnenstroomt, onmiddelijk gevolgt door de kerosine. De hypergole brandstof komt samen met de LOX die al vrij kon instromen in de verbrandingskamer. De combinatie ontbrandt spontaan en zorgt ervoor dat de hoofdvlam niet kan terugslaan naar de injecteur en dat de motor niet verzuipt.

Zes seconden voor de lancering.

De stuwdruk van deze voorontsteking opent de Ignition Monitor Valve, (ontstekings-herkennings-klep) waardoor hydraulische druk naar het hoofd-kerosineventiel wordt geleid. Dit ventiel opent en een deel van de kerosine kan vrij naar de verbrandingskamer stromen. Een ander deel moet door het netwerk van koelleidingen dat voor de start gevuld is met glycol (een onbrandbare koelvloeistof die ook in auto-motoren wordt gebruikt). Het mengsel van kerosine en glycol wordt in de voor-ontstoken verbrandingskamer gespoten en zorgt er voor dat de hoofdontsteking rustig plaatsvindt.
De motor is aan!

Vanaf het moment dat de hoofdvlam brandt is de raketmotor niet meer te houden. De turbine laat de pompen steeds sneller draaien en er vloeit meer brandstof naar de injecteur. Meer druk op de brandstof betekent weer meer turbinesnelheid, meer brandstof, meer turbine-snelheid enz.
Aangezien de kerosine ook de hydrauliek-vloeistof is ontstaat er ook steeds meer hydraulische druk. De hoofd-brandstof-ventielen gaan verder open. Overigens heeft elk van de vijf motoren onder de raket een verschillende voor-ingestelde druk waarbij de brandstofventielen openen om de drukopbouw op de raket te spreiden.

Drie seconden voor de lancering.

De drukopbouw heeft 3 seconden geduurd en is nu maximaal. Dat wil zeggen, maximaal op zeeniveau. Als de raket opstijgt en steeds hoger komt neemt de buitenluchtdruk af waardoor de weerstand op de uittredende stuwstraal ook minder wordt. De stuwkracht neemt dan nog meer toe.
Druksensors in de verbrandingskamers van de vijf motoren bevestigen aan de sequencer dat de gevraagde stuwdruk is bereikt.

De lancering

Eén seconde voor de lancering.

Honderd meter hoger, in een nu hevig vibrerende commandomodule ziet de bemanning de stuwdruk-controle lampjes op het bedieningspaneel uitgaan en bevestigt daarmee ook aan hen dat de gewenste stuwkracht is bereikt. In de CM heeft de commandant zijn hand op een T-vormige hendel liggen. Als hij er aan zou draaien vallen de hoofd-brandstof-ventielen dicht en wordt de lancering alsnog gestopt. En ook als één van de controle-signalen, zoals druk, temperatuur of fuel-flow, die bij de sequencer moeten binnenkomen niet kloppen wordt de start automatisch afgebroken.

De raket weegt drie miljoen kilo. Elke motor levert 700.000 kilo (6.850.000 Newton) stuwkracht, samen 3,5 miljoen kilo. De raket wil al bijna 3 seconden omhoog. Maar de raketconstructie wordt nog op het lanceerplatform verankert. Vier klauwen die op het lanceerplatform zijn bevestigd houden de raket nog op de plaats.

Een van de vier klauwen die de 160 miljoen pk nog 3 seconden op de plaats moeten houden.
De klauw op de foto is nog in aanbouw. De beschermkap ("blasthood"), die dichtvalt als de raket los is onbreekt nog en de pneumatische grendel ligt er naast op de grond.

Nul seconden.

De vier klauwen worden door een pneumatisch (=luchtdruk) systeem ontgrendeld waardoor ze omhoog kunnen zwaaien. De stand van de grendels wordt door de sequencer gecontroleerd. Als een grendel niet binnen 0,2 seconde geopend is neemt de sequencer rigoureuze maatregelen. De grendel wordt dan via een explosief compleet opgeblazen.

Op het lanceerplatform zijn 16 stalen pinnen gemonteerd. De pinnen zijn 15 centimeter lang en worden naar boven toe dikker. De pinnen passen aan de dunne kant in 16 schijven die aan de onderkant van de 1e trap zijn gemonteerd. Als de vier klauwen omhoog zwaaien begint de raket aan de pinnen te trekken. De kracht is zo groot dat de conische pinnen door de schijven heen getrokken worden waar ze eigenlijk niet doorheen kunnen. Daarom gaan ze vervormen. Door het vervormen van het metaal wordt de raket de eerste 15 cm op een soepele manier losgelaten.

Film (14 MB) van de lancering van Apollo 15, In de laaste seconden voor liftoff is te zien is hoe de ontsteking er uit ziet. De voorontsteking en onmiddelijk daarna de hoofdontsteking.
Op grotere hoogte wordt de stuwstraal door de verminderde luchtdruk steeds breder.

Home
Site map
Contact