Silverstein-kommittén

Saturn Vehicle Evaluation Committee , mer känd som Silverstein Committee , var en amerikansk regeringskommission som samlades 1959 för att rekommendera specifika riktningar som NASA kunde ta med Saturn-raketprogrammet . Kommittén leddes av Abe Silverstein , en mångårig NASA-ingenjör, med den uttryckliga avsikten att välja övre stadier för Saturnus efter att en oenighet bröt ut mellan flygvapnet och armén om dess utveckling. Under mötena beskrev kommittémedlemmarna ett antal olika potentiella konstruktioner, inklusive lågrisklösningen som von Braun utvecklade med befintliga ICBM- flygplan, samt versioner med helt nya övre steg utvecklade för att dra full nytta av boostersteget. Fördelarna med att använda nya överdelar var så stora att kommittén vann över en från början skeptisk von Braun, och Saturnusprogrammets framtid förändrades för alltid.

Bakgrund

1957 släppte försvarsdepartementet (DoD) en uppsättning krav för en ny heavy-lift booster för uppdrag som började i början av 1960-talet. Vid den tiden var alla tre grenarna av den amerikanska militären i färd med att utveckla sina egna raketer, vilket ledde till betydande strider mellan dem om prioriteringen av framtida utveckling. 1956 vann det amerikanska flygvapnet medgivandet att långdistansraketer var dess domän, inklusive alla mark-till-jord-missiler över 200 miles (320 km) räckvidd. Avtalet omfattade dock inte "andra roller", och befintliga projekt vid marinen och armén fortsatte som tidigare.

Flygvapnet var mitt uppe i sitt Dyna-Soar- projekt och designade en ny booster för att lansera den under deras "SLV-4"-krav. Deras primära svar på detta krav var en Titan II- missil utrustad med ett nytt vätebrinnande övre steg, Titan C . Den resulterande designen hade ett något lökigt utseende; eftersom vätebränslet krävde stora tankar var det övre steget 160 tum (4 100 mm) i diameter, jämfört med 120 tum (3 000 mm) på Titan II. Andra team inom flygvapnet utvecklade också Space Launcher System , som kombinerade samma Titan II med ett antal fastbränsleraketer som ett "nollsteg". Genom att kombinera olika antal och storlekar av dessa raketer kunde uppskjutningsstacken ställas in på olika nyttolaster. SLS-teamet skisserade också en utvecklingsväg för ett bemannat månuppdrag under deras Lunex- projektförslag, med hjälp av Titan med fyra fasta ämnen för att testa fordonet för återinträde från jordens omloppsbana, och helt nya fasta ämnen och vätskestadier för flygningar till månen.

För att uppfylla samma DoD-krav för en tung rymdraket, studerade arméteamet vid Army Ballistic Missile Agency (ABMA) under ledning av ett team ledd av Wernher von Braun ett antal konstruktioner som samlade befintliga missilflygplan och valfritt lade till nya motorer . Designserien inkluderade "Super-Titan", "Super-Atlas" och "Super-Jupiter". Det senare blev snabbt deras fokus, eftersom det bestod av teknik utvecklad vid ABMA, medan Atlas och Titan var flygvapendesigner som led av utökade utvecklingsproblem. Super-Jupiter-designen baserades nästan helt på befintlig utrustning, med hjälp av ett kluster av Redstone- och Jupiter-missiler för att bilda ett lägre steg som drivs av en ny motor, med ett övre steg anpassat från Titan. Deras förslag var mycket enklare och med lägre risk än flygvapnets förslag, vilket krävde utvecklingen av ett nytt vätebrännande övre steg. Liksom flygvapnets team, skisserade ABMA också sin vision om ett bemannat månuppdrag som Project Horizon , med hjälp av femton av dessa raketer för att bygga ett stort fordon i jordens omloppsbana.

Den nybildade Advanced Research Projects Agency (ARPA), som fick ansvaret för utvecklingen av bärraketen, ställde sig på ABMA-designens sida. Deras enda oro var att de nya motorerna kunde vara en risk, vilket tydde på att mer måttliga uppgraderingar av befintliga motorer skulle användas istället. ABMA anpassade snabbt designen för att använda åtta motorer utvecklade från Jupiters S-3D som H-1 , i motsats till fyra av de föreslagna E-1 i den ursprungliga designen. ARPA var nöjd och började finansiera utvecklingen av både boostern hos ABMA och de nya H-1- motorerna hos Rocketdyne . Kontrakt lades ut i oktober 1958 och arbetet fortskred snabbt; den första testskjutningen av H-1 inträffade i december och en mock-up av boostern hade redan avslutats. Ursprungligen känd som Super-Jupiter, designen blev Juno V under utvecklingen, och den 3 februari döpte ett ARPA-memorandum officiellt om projektet till Saturnus.

Kort därefter uttryckte den nybildade NASA också sitt intresse för Saturnus design som en del av deras långsiktiga strategi. Uppskjutningar i början av 1960-talet skulle fokusera på låg omloppsbana om jorden med hjälp av befintliga ICBM:er som bärraketer, teknikutveckling för månprogrammet skulle baseras på Saturnus, och det faktiska månuppdraget för direkt uppstigning skulle använda den massiva Nova-raketen , som då var under design hos NASA. Kort därefter, den 9 juni 1959, meddelade Herbert York, chef för avdelningen för försvarsforskning och teknik, att han hade bestämt sig för att avsluta Saturnusprogrammet. York ansåg att DoD inte borde finansiera en booster vars enda konkreta roll var att stödja ett civilt rymdprogram. Ett möte arrangerades för att "rädda" programmet, vilket resulterade i att Saturnprogrammet, och hela ABMA med det, överfördes till NASA.

Medlemmar och direktiv

På begäran av NASAs biträdande administratör i november 1959 bildade chefen för rymdflygsutveckling en studiegrupp mellan byråer bestående av medlemmar av NASA, direktoratet för försvarsforskning och teknik, ARPA, ABMA och flygvapnet. Dessa medlemmar var Abe Silverstein (NASA) som ordförande, sedan överste N. Appold (USAF), A. Hyatt (NASA), TC Muse (ODDR&E), GP Sutton (ARPA), W. von Braun (ABMA) och E. Hall (NASA) som sekreterare.

Uppmaningen var att gruppen skulle formulera rekommendationer för utvecklingen av Saturnusraketen, specifikt angående val av konfigurationer för det övre steget. Studien hade dessutom till uppgift att fokusera på fyra primära områden: fastställa önskade uppdrag och nyttolaster, identifiera potentiella problem med teknisk utveckling, fastställa kostnad och utvecklingstid och jämföra framtida tillväxt i fordonsprestanda.

Välja ett övre steg

Ändå fortsatte flygvapnet att agitera utvecklingsprocessen. I december fick ABMA, som fortfarande är en del av armén vid denna tidpunkt, en order om att byta Saturnus övre steg från det Titan-härledda fordonet med en diameter på 120 tum till ett nytt med en diameter på 160 tum som skulle kräva betydligt mer utveckling. Steget med en diameter på 160 tum var detsamma som Titan C övre steg, och genom att göra denna förändring av Saturn skulle DoD ha två konkurrerande övre stegdesigner för SLV-4-kravet, samt tillåta Saturn att lansera Dyna-Soar om behovet uppstod. ABMA testade redan motorerna för deras Titan-härledda övre steg och var upprörd över denna nya begäran.

Ett möte för alla inblandade parter arrangerades under ledning av Abe Silverstein, vars tidigare insatser var avgörande för att Saturnus valdes ut för NASA-uppdrag. Gruppen listade tre uppdrag för det initiala Saturn-fordonet: obemannade mån- och rymduppdrag med en flyktnyttolast på cirka 10 000 pund (4 500 kg); 5 000 pund (2 300 kg) nyttolaster till geostationär omloppsbana; och bemannade rymdfarkostuppdrag på cirka 10 000 pund (4 500 kg) i låga banor, som Dyna-Soar.

För att göra sådana "höghöjdsuppdrag" praktiska skulle prestanda för de övre etapperna vara nyckeln. Varje pund som används i scenen eller dess bränsle skulle innebära mycket mindre last, givet en viss booster (första steget). Eftersom det var kraft-till-vikt-förhållandet som de behövde, verkade övre steg baserade på flytande väte vara den enda vägen framåt – bränslets låga vikt kompenserar för eventuella svårigheter att hantera det. Saturnus förslag hade alltid inkluderat ett sådant steg för orbital införande, Kentauren, ett vätebrännande steg härlett från Atlas ICBM.

För mellanstadierna hade formgivarna något större flexibilitet. Kommittémedlemmarna beskrev ett antal möjliga lösningar grupperade i tre olika klasser: klass "A", klass "B" och klass "C." Gemensamt bland alla tre klasserna, med undantag för den föreslagna C-3, var det nya första steget bestående av ett kluster av åtta H-1-motorer kopplade till Jupiter/Redstone-tankklustret, som skulle bli SI-steget, samt två motorer Centaur övre steg. Klass "A"-designerna var lågrisklösningarna; von Brauns nuvarande design blev A-1, bestående av ett Titan I andra steg mellan SI första steg och Centaur tredje steg. A-2 ersatte den andra etappen av A-1 med ett kluster av Thor IRBM. Även om klass "A"-fordon skulle ha haft den tidigaste flygtillgängligheten på grund av utnyttjandet av befintlig hårdvara, misslyckades de med att uppfylla de två första uppdragen för Saturnusraketen. Dessutom utgjorde de 120 tum övre stegen en potentiell strukturell svaghet, och den föreslagna 160 tums uppgraderingen skulle begränsa tillväxtpotentialen, vilket strider mot den fjärde begäran i det ursprungliga direktivet.

Den enda klass "B"-designen som övervägdes av kommittén, B-1, bestod av en design i fyra steg med ovannämnda SI första steg och Centaur fjärde steg. Det andra steget skulle vara en helt ny 220-tums LOX/RP-1-design med fyra av H-1-motorerna som används av det första steget, tillsammans med ett nytt fyrmotorigt tredjesteg härrörande från Centaur men med en diameter på 220 tum. Även om B-1-fordonet uppfyllde uppdragskraven, skulle det ha varit för dyrt och tagit för mycket tid att utveckla den nya andra etappen.

Klass "C"-designerna använde flytande väte i alla övre stadier. C-1 skulle bestå av den befintliga SI-boostern, ett nytt Douglas Aircraft 220 tum S-IV-steg som drivs av fyra uppgraderade versioner av Centaur-motorerna med 15 000 lbf (67 kN) till 20 000 lbf (89 kN) dragkraft per motor, och en modifierade Centaur med samma motorer som ett tredje steg. C-1 skulle bli C-2 vid införandet av ett nytt S-III-steg med två nya 150 000 lbf (670 kN) till 200 000 lbf (890 kN) dragkraftsmotorer, vilket håller S-IV och Centaur på toppen. C-3 var en liknande anpassning, som satte in S-II-steget med fyra av samma 150-200 000 lbf dragkraftsmotorer, behöll S-III och S-IV-steg i C-2, men eliminerade Centaur. Det första steget av C-3 skulle också ökas till över 2 000 000 lbf (8 900 kN) genom att antingen byta ut de fyra centrala H-1-motorerna med en F-1-motor eller genom att uppgradera alla åtta H-1-motorerna.

En granskning av resultaten antydde starkt att C-modellerna var de enda värda att fortsätta med, eftersom de erbjöd mycket högre prestanda än någon annan kombination och erbjöd stor flexibilitet genom att tillåta stegen att blandas och matchas för varje särskilt lanseringsbehov. Dessutom, genom att utveckla raketen på ett byggstenssätt, skulle maximal fordonstillförlitlighet uppnås när varje nytt steg läggs till redan testade och beprövade steg.

Beslutet föll alltså inte på prestanda, vilket var klart avgjort, utan utvecklingsrisk. Saturnus hade alltid designats för att vara så lågrisk som möjligt, de enda riktigt nya komponenterna var en mindre uppgradering av motorn för det nedre steget och Centaur som det övre steget. Att utveckla helt nya väteförbränningssteg för hela "stacken" skulle öka risken för att ett fel på någon av komponenterna skulle kunna störa hela programmet. Men som kommittémedlemmarna noterade: "Om dessa drivmedel ska accepteras för de svåra tillämpningarna i toppsteg, verkar det inte finnas några giltiga tekniska skäl för att inte acceptera användningen av högenergidrivmedel för de mindre svåra tillämpningarna på mellanstadier. " von Braun vanns; utvecklingen av den nuvarande designen skulle fortsätta som en backup, men Saturnus framtid baserades på väte och skräddarsyddes enbart efter NASA:s krav.

Den sista dagen av 1959 godkände NASA:s administratör T. Keith Glennan Silversteins rekommendationer. Chanserna att uppfylla schemat förbättrades med två Eisenhower-administrationsbeslut i januari 1960. Saturn-projektet fick en DX-betyg, som utsåg ett program med högsta nationell prioritet, vilket gav programledare privilegierad status när det gäller att säkra knappa material. Ännu viktigare, administrationen gick med på NASA:s begäran om ytterligare medel. Budgeten för Saturn FY 1961 ökades från 140 miljoner dollar till 230 miljoner dollar. Den 15 mars 1960 tillkännagav president Eisenhower officiellt överföringen av arméns utvecklingsavdelning till NASA.

Saturnus kommer fram

Saturn C-fordonen som föreställdes i Silverstein-kommitténs rapport byggdes aldrig. Så snart Saturnus blev en NASA-trimmad design med hög prestanda, blev DoD mindre intresserad av den för sina egna behov. Utvecklingen av Titan fortsatte för dessa roller, och som ett resultat behövdes helt enkelt inte den flexibilitet som erbjuds av de olika Saturn C-modellernas mellanstadier och övergavs så småningom.

Allt som överlevde av rekommendationen var SI första steget och det minsta av de nya övre stadierna, S-IV. Det var ursprungligen tänkt att S-IV skulle utrustas med fyra uppgraderade Centaur-motorer, men för att minska risken beslutades att använda de befintliga motorerna och utöka antalet från fyra till sex. En ny, större motor, J-2 , fanns redan i pipeline som skulle kunna ersätta dessa. Den ursprungliga S-IV-designen, 220 tum med sex motorer, användes endast under en kort period tills en version med större diameter 260 tum skapades för Saturn Block II-modellerna, och ersattes sedan till slut med J-2-drivna S-IVB av Saturnus IB .

Anteckningar

1. ^{^} Den fullständiga texten av begäran kan hittas i bilagan till den halvårsvisa tekniska sammanfattningsrapporten om ARPA-order 14-59 och 47-59.

Fram till 1963 klassificerades Saturnus med ett C och en arabisk siffra. Folk antar i allmänhet att C stod för konfiguration; men enligt Kennedy Space Centers Spaceport News (17 januari 1963) använde MSFC:s ingenjörer det för att beteckna fordons-"koncept". Saturn C-1 betecknade konceptet med S-1 booster toppad med övre steg med flytande väte som drivmedel. C-2, C-3 och C-4 var ritbordskoncept som föregick månraketen C-5 (Saturnus V). För ytterligare information om Saturnus ursprung, se John L. Sloop, Liquid Hydrogen as a Propulsion Fuel, 1945-1959, NASA SP-4404, under tryckning, kap. 12.

• Rapport om Saturnus, s. 4, 7, 8 och tabell III.
• Emme, "Historiska perspektiv", sid. 18; Robert L. Rosholt, En administrativ historia