De techniek van Apollo
De lancering

De Saturnus V -raket was voor het Apolloproject de meest belangrijke (en dure) schakel om de maan te kunnen bereiken. Haar stuwkracht was 10 maal groter dan alle voorheen gebruikte draagraketten bij elkaar!

Bestemming: de maan
De lancering
Van aarde naar maan
Landen op de maan
Terug naar aarde

Saturnus V, enkele cijfers:

Lengte (incl.Apollo)

110,6 meter

Diameter

10 meter

Startgewicht

3.000.000 kilogram

Stuwkracht

3.500.000 kilogram

Brandstofverbruik

12.250 kilogram/seconde

Inhoud brandstoftanks

2.700.000 kilogram

Payload (naar de maan)

45.000 kilogram

Maximaal vermogen

160.000.000 PK (120.000 Mega-Watt)

Ontwikkelingskosten

25.000.000.000 Dollar (1969)

Een kerosinetank van de eerste trap voor Apollo 14 wordt op z'n plaats gehesen. Let op de grootte van de mannen er omheen om een indruk van de afmetingen te krijgen.
Het bouwen van een tank nam ruim 4 maanden in beslag. Daarna werden uitgebreide statische en dynamische tests uitgevoerd. Zodra alle delen voor een trap gereed waren werden ze samengebouwd en ging de trap met motoren naar de test stand voor een gesimuleerde proeflancering.

In verband met de lanceerstop na Apollo 13 bleef de 1ste trap van Apollo 14 9 maanden in de opslag voordat hij naar de Cape getransporteerd werd.

De Saturnus 5 is een drie-traps raket, wat wil zeggen dat nadat de brandstoftanks van een trap leeggestookt zijn de betreffende tanks en motoren afgeworpen worden. Dit om gewicht kwijt te raken, maar ook om voor de dan bereikte hoogte en snelheid efficiëntere motoren en brandstof te kunnen gebruiken.

De 1e trap gebruikt kerosine en vloeibare zuurstof als brandstof, de 2e en de 3e trap vloeibare waterstof en zuurstof.

Bovenaan de derde trap zit de ringvormige Instument Unit. Alle gegevens van het lanceerprofiel, zoals de snelheid, de hoogte en de koers worden hierin geprogrammeerd. De vier buitenmotoren van de 1e trap kunnen elk 6 graden zwenken om zo de vliegrichting te sturen en windvlagen te compenseren.

Er werden in totaal vijftien Saturnus V raketten gebouwd. Twaalf voor Apollo, een voor Skylab en twee zijn er nooit meer gebruikt.

 De eerste trap

Type-aanduiding: S-1 c Inhoud brandstoftanks: 2150 ton
Hoogte: 42 meter Motoren: 5 x F1
Diameter: 10 meter Stuwkracht: 35.000.000 Newton

Negen seconden voor de lancering (T -9) worden de 5 motoren van de 1e trap ontstoken door in elke motor vier explosieven te laten ontploffen. Daardoor komt gas vrij dat (via een turbine) de brandstofpompen aandijft. Het gas wordt ontstoken en vormt zo de voorontsteking.
Daardoor brandt een draad door waardoor een elektrisch signaal gegeven wordt om de brandstofventielen te openen. Gedoseerd, zodat de gasvlam niet gedoofd wordt door een plas kerosine vermengt met zuurstof van 180 graden onder nul.

Uitgebreide beschrijving van de startprocedure van een F-1 motor


Gigantische klauwen houden de raket nog vast op het lanceerplatform. Bij T=0 wordt de Saturnus 5 losgelaten en begint angstig langzaam aan zijn klim. Dit komt door het kleine verschil tussen de stuwkracht en het gewicht van de raket.

Bij de start is de verhouding stuwkracht / gewicht = 3.500.000 / 3.000.000 = 1,2.

3.000.000 kg stuwkracht is er nodig om het gewicht van de raket te dragen, en dus blijft er 500.000 kg over voor de accelleratie. In de eerste seconde beweegt het gevaarte maar een meter omhoog. Dat lijkt heel wat, maar op een lengte van 111 meter zie je nog nauwelijks beweging.
Maar, door het verstoken van brandstof wordt de raket iedere seconde 12000 kg lichter.

Apollo 10

Na 2 minuten is 1500 ton verbruikt waardoor die zelfde 3,5 miljoen kg stuwkracht tegenover "slechts" 1,5 miljoen kg gewicht komt te staan. De acceleratie is dan al bijna 4 G. De middelste van de 5 motoren wordt dan uitgeschakeld (de "cutoff"), maar dankzij de lage luchtweerstand op 50 km hoogte persen de overige 4 er een nog grotere versnelling uit. Dat houdt in dat iedere seconde voortstuwing de snelheid met 140 km/uur wordt verhoogd.
De eerste trap brengt Apollo naar een hoogte van 60 kilometer.

Apollo 10, gefotografeerd vanuit een vliegtuig.
De stuwstraal bereikt een lengte van ca. 800 meter

 

De tweede trap

Type-aanduiding: S-2 Inhoud brandstoftanks: 445 ton
Hoogte: 25 meter Motoren: 5 x J2
Diameter: 10 meter Stuwkracht: 5.200.000 Newton

Als na 170 seconden de 1e trap leeg is, wordt deze afgestoten en is het de beurt aan de 2e trap. Aangezien de brandstof bestaat uit vloeibare zuurstof en waterstof is er geen ingewikkelde ontsteking meer nodig. Als de 2 stoffen bij elkaar komen volgt een chemische reactie en wordt "knalgas" gevormd. Een simpele vonk is voldoende en het wordt met grote kracht uitgestoten.
De burn van de 2e trap duurt 6 en een halve minuut en eindigt op een hoogte van 185 km.

De acceleratie tijdens een Apollo-lancering uitgedrukt in G's en m/s2

  1. Ontsteking 1e trap
  2. Cut-off centrale motor 1e trap
  3. Cut-off buitenmotoren 1e trap
  4. Ontsteking 2e trap
  5. Cut-off centrale motor 2e trap
  6. Terugregelen vloeib. zuurstof
  7. Cut-off buitenmotoren 2e trap
  8. Ontsteking 3e trap
  9. Cut-off 3e trap, omloopbaan bereikt

Meer multimedia

De derde trap

Type-aanduiding: S-4 b Inhoud brandstoftanks: 107 ton
Hoogte: 18 meter Motor: 1 x J2
Diameter: 6,6 meter Stuwkracht: 910.000 Newton

Voor de S IV-B is de taak weggelegd om Apollo in een "parkeerbaan" om de aarde te brengen. Doordat de baan van de raket al steeds vlakker is geworden begint Apollo de (tangentiale) snelheid te benaderen die nodig is om niet meer terug te vallen. Na een brandtijd van 2,5 á 3 minuten worden de brandstofventielen gesloten. De snelheid bedraagt dan 28.000 km/uur, de hoogte nog steeds ca. 185 km.

In principe valt de raket gewoon omlaag maar door de voorwaartse snelheid valt zij ook vooruit. Exact in een boog rond de aarde. Omdat er op die hoogte niets meer is wat de snelheid afremt (luchtweerstand), kan een raket of satelliet zo eindeloos blijven draaien. De componenten van vallen en snelheid houden het in evenwicht.


Film (14 MB) van de lancering van Apollo 15,

Door het enorme gewicht is de accelleratie aanvankelijk laag. 10 seconden over de eerste 100 meter. Dan start het "rol-programma", waardoor de raket naar het oosten afbuigt en binnen een paar minuten over de Atlantische Oceaan, richting Noord-Afrika raast.

Apollo15, lifting off the pad.

 

 

Retro-raketten:

Er zijn niet alleen raketmotoren met vloeibare brandstof aan boord.

Tussen het afstoten van een trap en het ontsteken van de volgende worden vaste-brandstof raketten gebruikt om de afgestoten trap en vervolgens de tussenring af te remmen. Desondanks gaat de afgestoten 1e trap nog zeker 50 kilometer verder omhoog. Dan pas is de snelheid eruit en begint de val omlaag. Uiteindelijk valt de 1e trap in de Atlantische Oceaan waar hij uit het water wordt gevist.

De opvolgende trap blijft door de hulpraketjes iets versnellen. Dit is nodig om te voorkomen dat de brandstof in de tanks gaat zweven of klotsen. De motoren zouden door een onderbreking in de brandstoftoevoer kunnen weigeren te starten.

Om bij Apollo 15 gewicht te besparen (de Rover moest ook mee) had de NASA bedacht dat de retroraketten van de 1e trap wel gemist konden worden. Het gevolg was dat de stuwstraal van de 2e trap de peilzender op de kop van trap 1 er af brandde waardoor deze lange tijd onvindbaar was.

<<< Op het plaatje staan de retroraketten aangegeven die door de firma Thiokol werden geleverd. Ook de ongebruikte ontsnappingsraket wordt zo weggeschoten.

Ontsnappingsraket

Op de Commando-Module (CM) bevindt zich tijdens de eerste fase van de lancering de "ontsnappingsraket".
Bij een probleem tijdens de lancering (bijv. een motor die uitvalt of koersafwijking) kan door een druk op de knop de CM door middel van explosieve bouten van de rest worden losgekoppeld terwijl tegelijkertijd de motor van de ontsnappingsraket wordt ontstoken. Die rukt de CM met de drie astronauten dan weg uit de gevarenzone, richting Atlantische Oceaan.
Geen pretje overigens want dat gebeurt met een versnelling van 20 g.

Een test van de Launch Escape Tower (ontsnappingsraket) gemonteerd op een CM-dummy.

Bij geen enkele Apollo lancering hoefde het systeem gebruikt te worden. Het succes-percentage van de Apollo-Saturnus lanceringen was 100%.

De ontsnappingsraket is 10 meter lang, brandt slechts 8 seconden en levert een vermogen van 400.000 PK.

Als de 1e trap afgestoten is wordt de ontsnappings-raket door de bemanning handmatig afgevuurd, inclusief de "boost cover", een beschermkap die de CM tegen de vlam beschermt.


Bestemming: de maan
De lancering
Van aarde naar maan
Landen op de maan
Terug naar aarde
     
Home | Site map | Contact