ساترن ۵ با ارتفاع ۱۱۰ متر و وزنی بیش از ۲.۸ میلیون کیلوگرم هنگام برخاست، همچنان یکی از نمادینترین ماشینهای تاریخ اکتشافات فضایی به شمار میرود. ناسا این پرتابگر فوقسنگینِ سهمرحلهای را در قالب برنامه آپولو توسعه داد تا نخستین انسانها را به فراتر از مدار پایین زمین ببرد؛ افتخاری که تا آغاز عصر سامانه پرتاب فضایی (SLS) تنها در اختیار آن بود. بین سالهای ۱۹۶۷ و 1973، سیزده فروند از این غول فضایی از سکوی پرتاب مجتمع ۳۹ در مرکز فضایی کندی به آسمان برخاستند و نه فروند از آنها توانستند ۲۴ فضانورد را در مأموریتهای آپولو ۸ تا ۱۷ به سوی ماه پرتاب کنند. آخرین پرواز این موشک نیز نخستین ایستگاه فضایی آمریکا، یعنی اسکایلب، را در مدار زمین قرار داد.
از پنمِنده تا هانتسویل؛ خاستگاه یک غول فضایی
ریشههای ساترن ۵ به روزهای پایانی جنگ جهانی دوم بازمیگردد. در سپتامبر 1945، ورنر فون براون، متخصص موشک آلمانی که در ساخت موشک V-2 نقش داشت، در چارچوب «عملیات گیره کاغذ» به ایالات متحده منتقل شد. این برنامه که توسط رئیسجمهور ترومن مجاز شده بود، بیش از 1600 مهندس و تکنسین موشکی آلمان نازی را برای استخدام دولتی به آمریکا منتقل کرد. فون براون ابتدا به سپاه مهمات ارتش در تگزاس منصوب شد و شرایط بسیار سختگیری را تجربه کرد. او در سال 1950 درباره این روزهای دشوار گفت: «در پنمِنده با ناز و نعمت از ما مراقبت میشد؛ اینجا باید سکهها را میشمردیم.»
جهش بزرگ در سال 1957 رخ داد؛ زمانی که اتحاد جماهیر شوروی اسپوتنیک ۱ را با یک موشک بالستیک قارهپیما به فضا پرتاب کرد. این رویداد رقابت فضایی را شعلهور کرد و تیم فون براون به مرکز واکنش آمریکا تبدیل شد. طراحی ساترن ۵ در مرکز پروازهای فضایی مارشال در آلاباما انجام شد. مدیریت این پروژه ملی بر عهده جرج مولر بود و طراحی فنی توسط دانشمندان آلمانی هدایت میشد. هزینه کل پروژه 6.4 میلیارد دلار بود که معادل حدود 34.5 میلیارد دلار در سال 2024 ارزیابی میشود.
معماری سهمرحلهای؛ راز عبور از جاذبه زمین
به حرکت درآوردن جرمی نزدیک به ۳ میلیون کیلوگرم از سطح زمین، نیازمند یک تصمیم مهندسی بنیادین بود. مهندسان بهجای آنکه کل وسیله پرتاب را تا فضا حمل کنند، موشک را طوری طراحی کردند که در سه مرحله روشن شود و هر مرحله پس از مصرف سوختش جدا گردد. این فلسفه مرحلهبندی باعث میشد موشک هنگام اوجگیری وزن مرده خود را کاهش دهد و هر مرحله بعدی، وسیلهای سبکتر را شتاب دهد.
نتیجه این طراحی تاریخی بود. ساترن ۵ میتوانست 140000 کیلوگرم محموله را به مدار پایین زمین در ارتفاع 185 کیلومتری برساند. ظرفیت حمل آن برای تزریق به مدار انتقالی ماه نیز 43500 کیلوگرم بود. این موشک با نیروی رانش 34.5 مگانیوتن هنگام برخاست، همچنان چهارمین موشک قدرتمند تاریخ در زمان پرتاب است و پس از SLS با نیروی 39 مگانیوتن، دومین موشک قدرتمند برای حمل انسان به شمار میرود.
مرحله نخست؛ S-IC و موتورهای قدرتمند F-1
مرحله نخست یعنی S-IC توسط شرکت بوئینگ ساخته شد و طراحی آن بر پایه یک موشک بالستیک اما در ابعادی بسیار بزرگتر بود. این بخش ۴۲ متر ارتفاع داشت و جرم ناخالص آن به ۲ میلیون کیلوگرم میرسید. نیروی پیشرانش این مرحله توسط پنج موتور F-1 تامین میشد که تا به امروز یکی از قدرتمندترین موتورهای موشک سوخت مایع تکمحرک تاریخ به شمار میروند.
این موتورها در مجموع ۳۴ مگانیوتن نیرو تولید میکردند. مصرف سوخت در این مرحله بهشدت بالا بود و ترکیبی از نفت سفید (RP-1) و اکسیژن مایع را میسوختند. مرحله S-IC تنها در حدود ۲.۵ دقیقه پس از پرتاب، سوخت خود را کاملا تخلیه میکرد و سپس از بدنه اصلی جدا میشد تا در اقیانوس سقوط کند. طراحی مخزن سوخت این مرحله نیز یکی از شاهکارهای مهندسی آن دوران محسوب میشد، زیرا باید فشار و ارتعاشات ناشی از احتراق پنج موتور عظیم را تحمل میکرد.
میراث ساترن ۵ تنها به فرود آپولو روی ماه محدود نمیشود. این موشک مسیر را برای نسلهای بعدی پرتابگرهای سنگین هموار کرد و اکنون با ظهور سامانههای جدیدی چون SLS و استارشیپ، رویای سفرهای دوباره به ماه و فراتر از آن، با تکیه بر دستاوردهای مهندسی همین غول فضایی شکل میگیرد.
