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Die Saturn IB-Centaur

Saturn IB Centaur

Die NASA suchte nach zusätzlichen Einsatzmöglichkeiten für die Saturn IB über das Apolloprogramm hinaus. So überlegte die NASA, die Saturn IB als überschwere Trägerrakete für Planetensonden einzusetzen. Schon 1960 plante die NASA die Landung von Robotern auf dem Mars und das Absetzen von Orbitern in eine Umlaufbahn um den Mars. Dieses Projekt lief seit 1964 unter der Bezeichnung „Voyager“. Es war nicht zu verwechseln mit den 1977 gestarteten Voyager-Raumsonden zu Jupiter und Saturn. Ohne Oberstufe war die Nutzlast der Saturn IB zu klein. Neben der maximal 18 t schweren Nutzlast gelangten auch die IU und die S‑IVB mit einem Gesamtgewicht von 13 t in einem niedrigen Erdorbit. Die Saturn IB sollte daher mit einer zusätzlichen Centaur Oberstufe ausgerüstet worden. Die Kombination hätte 4.770 kg zum Mars transportieren können. Das MSFC untersuchte dies von 1964 bis 1965 genauer. Das Upgrade erschien umsetzbar.

Bei der Saturn IB gab es nur eine Änderung. Da die S‑IVB nicht mehr in einen Orbit gelangte und kein Raumschiff aktiv abkoppelte, waren vier zusätzliche Retroraketen mit jeweils 2,5 kN Schub nötig. Sie sollten die ausgebrannte Stufe von der Centaur trennen und eine Kollision verhindern. Das Leer­gewicht erhöhte sich um 90 kg. Die Saturn IB wäre wie bisher von der IU gesteuert worden, die oberhalb der S‑IVB angebracht war.

Die Centaur D wäre weitgehend unverändert auf die S‑IVB gesetzt worden. Die Isolation war an der Centaur fest angebracht, anstatt abwerfbar wie bei der Atlas. Diese Isolation würde nur noch 70 kg wiegen, da die Centaur von der Nutzlasthülle mit umhüllt wurde. Eine alternative Konfiguration, die im Datenblatt aufgeführt ist, setzt eine „Super-Isolation“ ein, die 657 kg mehr wiegt als die normale Isolation. Sie war vorgesehen für Missionen, bei denen die Centaur die Nutzlast in einen Mondorbit bringen sollte. Die Superisolation gewährleistet, dass die Treibstoffe mindestens 14 Tage lang flüssig blieben.

Wegen des höheren Gewichts der Nutzlast waren in der Centaur 50 kg mehr Wasserstoffperoxid für die Stabilisierung der Lage während der Freiflugphasen und 5 kg mehr Treibstoff für die Abtrennungstriebwerke nötig, welche die Centaur von der Nutzlast separierten.

Eine sehr große Nutzlasthülle aus 7075-T6 Aluminium in einer Monocoquestruktur von 6,62 m Durchmesser hätte Centaur und Nutzlast umgeben. Der Stufenadapter sollte ebenfalls aus einer Monocoque­struktur aus derselben Aluminiumlegierung bestehen. Er sollte 272 kg wiegen. Eine zusätzliche Burner II Oberstufe hätte Raumsonden auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigen können. Es ist dieselbe, die Pioneer 10 und 11 zum Jupiter beförderte.

Die Ergebnisse des Vorbeiflugs von Mariner 4 im Juli 1965 am Mars zeigten, dass der Mars kaum eine Atmo­sphäre hat. Damit war die direkte Landung zu riskant. Orbiter und Lander sollten zunächst in eine Umlaufbahn einschwenken und von dort aus die Atmosphäre genauer untersuchen. War die Atmosphäre hin­reichend genau bekannt, so konnte die Landung angegangen werden. Die Lander brauchten wegen der geringen Abbremsung durch Fallschirme einen eigenen Antrieb, um weich landen zu können, Fallschirme alleine reichten nicht aus. Das Fluggewicht von Voyager stieg daher von 3,5 t auf 6 bis 10 t an. Voyager war damit zu schwer für eine Saturn IB Centaur. Die NASA erwog eine Zeit lang, jeweils zwei Lander und Orbiter mit einer Saturn V zum Mars zu starten (Nutzlast dafür: 28 t). Doch schließlich entschloss Sie sich zum kleineren Viking Programm, da sie nie die Mittel für die überschweren Voyager-Raumsonden bekommen hätte.

Auch andere Projekte, für deren Starts die Saturn IB Centaur vorgesehen war, wurden nicht genehmigt. Dazu gehörten unter anderem die Apollo-X Mission (eine Erdorbitmission mit einem Minilabor) oder der Start einer zivilen Variante des Labors MOL (Manned Orbital Laboratory) des US-Militärs. 1965 waren noch sechs bis zwölf Starts dieses Trägers geplant. Schon 1966/67 wurde die Entwicklung verschoben und 1973 endgültig eingestellt. Es fehlte zum einen an Nutzlasten, zum anderen war es eine teure Lösung. Es wurde die Titan IIIC als leistungsmäßig unterlegene, aber deutlich preiswertere Alternative vorgeschlagen. Aus ihr entstand schließlich die Titan IIIE, ebenfalls mit einer Centaur Oberstufe. Sie kostete weniger als die Hälfte einer Saturn IB.

Es wurde auch erwogen, die Saturn IB mit Feststoffboostern zu ergänzen, oder die S‑IB durch Feststoffbooster zu ersetzen. Mit zwei auf vier Segmente verkürzten Titan III Boostern hätte man die Nutzlast auf 32,4 t für einen Erdorbit anheben können. Es gab zwei Testzündungen des AJ‑260 Boosters mit 660 cm Durchmesser und 842 t Gewicht. Auf ihn hätte man die S‑IVB setzen können. Er hätte die Nutzlast auf über 31 t angehoben und die Startkosten deutlich abgesenkt.

Da die Saturn IB ein sehr frühes Projekt war, als die Centaur noch nicht die endgültigen Daten hatte, habe ich die Saturn IB Centaur nochmals durchgerechnet, diesmal mit den Daten der Centaur D-1 und bei der S-IVB mit den J-2s Triebwerken. Diese Version hätte eine um 1.000 kg höhere Nutzlasten zum Mond gehabt (6.500 kg). Für einen niedrigen Erdorbit wäre sie auf 22 t angesteigen.

Referenzen:
Payload capabilities of Saturn-IB-Centaur for launch opportunities to Mars in 1971, 1973, and 1975
Saturn 1B/Centaur propulsion systems compatibility study

Rakete: Saturn 1B Centaur 1969

Artikel verfasst am 8.2.2013

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