Saturn I

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La première fusée Saturn I (SA-1) prête pour le lancement (oct 1961)

La Saturn I est la première fusée américaine conçue dès le départ pour être un lanceur et non un missile balistique. Il s'agit initialement d'une fusée développée par l’Army Ballistic Missile Agency dirigée par Wernher von Braun pour placer en orbite des satellites militaires lourds. À la suite de la création de la NASA puis du démarrage du programme Apollo la fusée Saturn I devient un jalon intermédiaire permettant de roder concepteurs et constructeurs avant le développement du lanceur lourd Saturn V. Avec son second étage propulsé par six moteurs RL-10 capables de placer en orbite un satellite de 9 tonnes, elle permet pour la première fois à la NASA de disposer d'un lanceur plus puissant que ceux alignés par l'Union soviétique. Dix fusées Saturn I seront lancés avec succès par la NASA entre 1961 et 1965, avant qu'elle ne soit remplacée par la Saturn IB dotée d'un étage supérieur plus puissant.

Contexte[modifier | modifier le code]

Un lanceur lourd pour les satellites militaires[modifier | modifier le code]

Les débuts de la famille de lanceurs Saturn sont antérieurs au programme Apollo et à la création de la NASA. Début 1957 le Département de la Défense (DOD) américain identifie un besoin pour un lanceur lourd permettant de placer en orbite des satellites de reconnaissance et de télécommunications allant jusqu'à 18 tonnes. Les lanceurs américains les plus puissants en cours de développement peuvent tout au plus lancer 1,5 tonne en orbite basse car ils dérivent de missiles balistiques beaucoup plus légers que leur homologues soviétiques. À l'époque Wernher von Braun et son équipe d'ingénieurs, venus comme lui d'Allemagne, travaillent à la mise au point des missiles intercontinentaux Redstone et Jupiter au sein de l'Army Ballistic Missile Agency (ABMA) service de l'Armée de Terre situé à Huntsville (Alabama). Cette dernière lui demande de concevoir un lanceur permettant de répondre à la demande du DOD. Von Braun propose un engin, qu'il baptise Super-Jupiter, dont le premier étage, constitué de 8 étages Redstone regroupés en fagot autour d'un étage Jupiter, fournit les 680 tonnes de poussée nécessaires pour lancer les satellites lourds. La course à l'espace, qui débute fin 1957, décide le DOD, après examen de projets concurrents, à financer en août 1958 le développement de ce nouveau premier étage rebaptisé Juno V puis finalement Saturn (la planète située au-delà de Jupiter). Le lanceur utilise, à la demande du DOD, 8 moteurs-fusées H-1 simple évolution du propulseur utilisé sur la fusée Jupiter, ce qui doit permettre une mise en service rapide[1].

La récupération du projet Saturn par la NASA[modifier | modifier le code]

Durant l'été 1958, la NASA qui vient d'être créée, identifie le lanceur comme un composant clé de son programme spatial. Mais début 1959 le Département de la Défense décide d'arrêter ce programme coûteux dont les objectifs sont désormais couverts par d'autres lanceurs en développement. La NASA obtient le transfert du projet et des équipes de Von Braun fin 1959 ; celui-ci est effectif au printemps 1960 et la nouvelle entité de la NASA prend le nom de Centre de vol spatial Marshall (George C. Marshall Space Flight Center MSFC).

La question des étages supérieurs du lanceur était jusque là restée en suspens : l'utilisation de composants existants trop peu puissants et d'un diamètre trop faible n'était pas satisfaisante. Fin 1959 un comité de la NASA travaille sur l'architecture des futurs lanceurs de la NASA : son animateur, Abe Silverstein, responsable du centre de recherche Lewis et partisan de la propulsion par le couple hydrogène/oxygène en cours d'expérimentation sur la fusée Atlas-Centaur, réussit à convaincre un Von Braun réticent d'en doter les étages supérieurs de la fusée Saturn. Le comité identifie dans son rapport final six configurations de lanceur de puissance croissante (codés A1 à C3) permettant de répondre aux objectifs de la NASA tout en procédant à une mise au point progressive du modèle le plus puissant[2].

Configuration définitive de la famille Saturn[modifier | modifier le code]

Lorsque le président Kennedy accède au pouvoir début 1961, les configurations des versions plus puissantes du lanceur Saturn sont toujours en cours de discussion, reflétant l'incertitude sur les missions futures du lanceur. Toutefois, dès juillet 1960, Rocketdyne, sélectionné par la NASA, avait démarré les études sur le moteur J-2 consommant hydrogène et oxygène et d'une poussée de 89 tonnes de poussée retenu pour propulser les étages supérieurs. Le même motoriste travaillait depuis 1956, initialement à la demande de l'armée de l'Air, sur l'énorme moteur F-1 (677 tonnes de poussée) retenu pour le premier étage. Fin 1961, la configuration du lanceur lourd (C-5 futur Saturn V) est figée : le premier étage est propulsé par cinq F-1, le deuxième étage par cinq J-2 et le troisième par un J-2. L'énorme lanceur peut placer 113 tonnes en orbite basse et envoyer 41 tonnes vers la Lune. Deux modèles moins puissants doivent être utilisés durant la première phase du projet :

  • la C-1 (ou Saturn I), utilisée pour tester des maquettes des vaisseaux Apollo, est constituée d'un premier étage propulsé par huit moteurs H-1 couronné d'un second étage propulsé par six RL-10 ;
  • la C-1B (ou Saturn IB), chargée de qualifier les vaisseaux Apollo sur l'orbite terrestre, est constituée du 1er étage de la S-1 couronné du troisième étage de la C-5[3].
Caractéristiques des lanceurs Saturn
Lanceur Saturn I Saturn IB Saturn V
Charge utile
en orbite basse (LEO)
injection vers la Lune (TLI)
9 t (LEO) 18,6 t (LEO) 118 t (LEO)
47 t (TLI)
1er étage S-I (poussée 670 t.)
8 moteurs H-1 (LOX/Kérosène)
S-IB (poussée 670 t)
8 moteurs H-1 (LOX/Kérosène)
S-IC (Poussée 3 402 t)
5 moteurs F-1 (LOX/Kérosène)
2e étage S-IV (Poussée 40 t.)
6 RL-10 (LOX/LH2)
S-IVB (Poussée 89 t)
1 moteur J-2 (LOX/LH2)
S-II (Poussée 500 t.)
5 moteurs J-2 (LOX/LH2)
3e étage - - S-IVB (Poussée 100 t.)
1 moteur J-2 (LOX/LH2)
Vols 10 (1961-1965)
Satellites Pegasus,
maquette du CSM
9 (1966-1975)
Qualification CSM,
relève Skylab,
vol Apollo-Soyouz
13 (1967-1973)
missions lunaires
et lancement Skylab

Développement et carrière opérationnelle[modifier | modifier le code]

Développement de la fusée Saturn I[modifier | modifier le code]

Le lanceur Saturn I constitue en fait un jalon intermédiaire qui doit permettre aux ingénieurs et aux constructeurs d'acquérir une première expérience dans le développement des fusées de fortes puissance avant de se lancer dans la réalisation de la fusée Saturn V. Il doit être développé rapidement et reprend donc des éléments existants ou dont le développement est bien avancé. Le premier étage, baptisé S-I, est celui du Super-Jupiter. Pour le second étage on choisit d'utiliser six moteurs RL-10 brûlant un mélange d'hydrogène et d'oxygène liquide en cours de développement pour l'étage Centaur et qui fournissent ensemble 40 tonnes de poussée. Le développement de cet étage, baptisé S-IV est confié le 29 mai 1960 après appel d'offres au constructeur Douglas Aircraft Company. Les éléments de l'étage S-IV les plus complexes à construire sont les deux réservoirs contenant les ergols cryogéniques dont la taille et l'architecture (paroi commune) constituent une première.

Les vols du lanceurs Saturn I[modifier | modifier le code]

La fusée Saturn I avait été conçue alors que le cahier des charges du programme lunaire n'était pas encore figé. Sa capacité d'emport s'avéra finalement trop faible même pour remplir les objectifs des premières phases du programme. Néanmoins, dix des douze fusées commandées furent construites et lancées dont six avec l'ensemble des étages. Le premier lancement de la fusée sans deuxième étage a lieu dès le 27 octobre 1961. Après cinq vols consacrés à la mise au point de la fusée (missions SA-1, SA-2, SA-3, SA-4, SA-5), Saturn I fut utilisée pour lancer quatre maquettes du vaisseau Apollo (missions A-101 à A-104). Les missions A-103 à A-105 ont été utilisés pour placer en orbite des satellites chargés d'évaluer la menace des micrométéorites pour les astronautes en orbite terrestre (programme Pegasus).

La construction et le lancement des dix fusées Saturn I est un succès total et permet d'aborder le développement de fusées plus ambitieuses. La fusée Saturn IB dotée d'un second étage plus puissant propulsé par le moteur J-2, qui jouera un rôle crucial dans la mission lunaire, effectue son premier vol dès le 26 février 1966.

Les 10 lancements de la fusée Saturn I de SA-1 à SA-10
Numéro de série Mission Date de lancement Remarques
SA-1 SA-1 (en) 27 octobre 1961 Premier test. Bloc I. Vol suborbital. Apogée 136,5 km, Distance 398 km. Masse à l'apogée 65,6 tonnes.
SA-2 SA-2 (en) 25 avril 1962 Second test. Bloc I. Vol suborbital. 86 tonnes sont libérées lorsque le lanceur atteint son apogée à 145 km d'altitude.
SA-3 SA-3 (en) 16 novembre 1962 Troisième test. Bloc I. Vol suborbital. 86 tonnes sont libérées lorsque le lanceur atteint son apogée à 167 km d'altitude.
SA-4 SA-4 (en) 28 mars 1963 Quatrième test. Bloc I. Vol suborbital. Second étage SIV factice. Apogée 129 km, Distance 400 km.
SA-5 SA-5 (en) 29 janvier 1964 Premier lancement avec un seconde étage S-IV fonctionnel. Premier Bloc II. Première mise en orbite (760 × 264 km). Masse placée en orbite 17,55 tonnes. Rentrée atmosphérique le 30 avril 1966. Premier tir où la NASA dispose d'une capacité de lancement supérieure à celle des soviétiques.
SA-6 A-101 (en) 28 mai 1964 Première maquette du vaisseau Apollo. Bloc II. Orbite 204 × 179 km. Masse 17 650 kg. Rentrée atmosphérique de Apollo BP-13 le 1er juin 1964.
SA-7 A-102 (en) 18 septembre 1964 Seconde maquette du vaisseau Apollo. Bloc II. Orbite 203 × 178 km. Masse 16 700 kg. Apollo BP-15 effectue sa rentrée atmosphérique le 22 septembre 1964.
SA-9 A-103 (en) 6 février 1965 Troisième maquette du vaisseau Apollo; premier satellite Pegasus. Orbite 523 × 430 km. Masse 1 450 kg. Rentrée atmosphérique de Pegasus 1 le 17 septembre 1978 et de Apollo BP-26 le 10 juillet 1985.
SA-8 A-104 (en) 25 mai 1965 Quatrième maquette du vaisseau Apollo; Deuxième satellite Pegasus. Orbite 594 × 467 km. Masse 1 450 kg. Rentrée atmosphérique de Pegasus 2 le 3 novembre 1979 et de Apollo BP-16 le 8 juillet 1989.
SA-10 A-105 (en) 30 juillet 1965 Troisième satellite Pegasus. Orbite 567 × 535 km. Masse 1 450 kg. Rentrée atmosphérique de Pegasus 3 le 4 aout 1969 et de Apollo BP-9A le 22 novembre 1975.

Caractéristiques techniques[modifier | modifier le code]

Caractéristique S-I – 1er étage S-IV – 2e étage S-V – 3e étage
Hauteur (m) 24,48 12,19 9,14
Diamètre (m) 6,52 5,49 3,05
Masse (kg) 432,681 50,576 15,600
Masse à vide (kg) 45267 5217 1996
Moteur 8 × H-1 6 × RL10 2 × RL10
Poussée (kN) 7582 400 133
Impulsion spécifique (secondes) 288 410 425
Impulsion spécifique (kN·s/kg) 2,82 4,02 4,17
Durée de fonctionnement (s) 150 482 430
Ergols LOX/RP-1 LOX/LH2 LOX/LH2



Références[modifier | modifier le code]

Sources[modifier | modifier le code]

  • (en) Robert E. Bilstein, Stages to Saturn a technological history of Apollo/Saturn Launch vehicules, University Press of Florida,‎ 1980 (ISBN 0160489091, lire en ligne)
  • (en) Dennis R. Jenkins et Roger D Launius, To reach the high frontier : a history of U.S. launch vehicles, The university press of Kentucky,‎ 2002 (ISBN 978-0-8131-2245-8)
  • (en) J.D. Hunley, US Spece-launch vehicle technology : Viking to space shuttle, University press of Florida,‎ 2008 (ISBN 978-0813031781)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

  • Saturn La famille de lanceurs Saturn.
  • Saturn IB Version dérivée de Saturn I
  • Saturn V l'aboutissement de la famille Saturn
  • Programme Apollo Programme spatial principal utilisateur de la famille des lanceurs Saturn

Lien externe[modifier | modifier le code]