Už ve čtyřicátých letech navrhoval německý raketový konstruktér Wernher von Braun se svým týmem celou řadu konceptů nosných raket, které by mohly lidi dopravit do kosmického prostoru. Na přelomu padesátých a šedesátých let, kdy už tým pracoval ve Spojených státech, vznikl projekt obří rakety známé jako Nova, které měly předcházet dva „menší nosiče“ pojmenované jako C-1 a C-5 – později přejmenované na Saturn IB a Saturn V. Právě druhá jmenovaná raketa nasměrovala v červenci 1969 Apollo 11 až na Měsíc.

Od snů…

V roce 1929 vstoupil do německých kin legendární film Žena na Měsíci (v originále Frau im Mond). Raketová technika popularizovaná ať už takto nebo skupinou VfR (Verein für Raumschiffahrt) získávala na popularitě a Měsíc se stal jedním ze sněných cílů. V té době však rakety dosahovaly výšky maximálně několika metrů a měly dolet řádově jen několik kilometrů.

Vývoj pokračoval rychle a už v první polovině čtyřicátých let vyvinul Wernher von Braun se svým týmem první velkou balistickou raketu známou jako V-2. Ale namísto vznešeného výzkumu a dobrodružných cest do kosmu měla sloužit a nakonec sloužila k terorizování civilního obyvatelstva států, které se postavily proti Třetí říši.

Válka skončila a Německo bylo poraženou zemí. Jedna z jeho největších chloub, tým raketových vědců, se přidala na stranu Američanů. Wernher von Braun byl ochotný přejít na jejich stranu a americkým důstojníkům referoval o raketovém výzkumu. Zmiňoval se kupodivu i o raketách schopných vynášet lidi do kosmu. V té době ale nikoho fantazírování o nějakých kosmických letech nezajímalo. Američané chtěli, aby pro ně vyvíjel vojenské rakety, podobné té, za kterou byl tento jeden ze dvou nejznámějších raketových konstruktérů, viněn.

…k realitě

Ve čtyřicátých a po většinu padesátých let pracoval tým německých vědců na vojenském raketovém výzkumu. Němečtí raketoví konstruktéři předali Američanům technologii svých raket V-2 a vrhli se na již „americkou“ raketu Redstone, která pravidelně létala do výšky nad 100 km, tedy do kosmického prostoru.

Když pak přišel Wernher von Braun za svými nadřízenými, že z ní udělá kosmickou raketu, bylo mu to zakázáno. První americkou družici přece musí vypustit Američané. Jenže v roce 1957 vypustili první družici Sověti. Nikdo to nečekal a Wernher von Braun dostal zelenou. Upravil vojenský Redstone (variantu Jupiter-C) na kosmickou raketu známou jako Juno I.

V roce 1961 vystoupil americký prezident Kennedy a zadal americkému národu úkol – do konce desetiletí přistát na Měsíci. Wernher von Braun se svým týmem dostali za úkol vyvinout lunární raketu.

Různé scénáře vyžadují různé rakety

Na přelomu padesátých a šedesátých let vznikla celá řada návrhů a jednotlivých variant. Od menších ke startům na oběžnou dráhu Země až po obrovské nosiče určené k přímému letu na Měsíc.

Původní koncept počítal se základní trojicí kosmických raket, na obrázku zleva: C-1 (později Saturn IB), C-5 (později Saturn V) a nerealizovaná Nova. Zdroj: NASA

V té době NASA uvažovala v zásadě o třech možných scénářích letu na Měsíc. První z nich počítal s více starty a spojením jednotlivých raketových stupňů a lodě na oběžné dráze Země, až poté se soulodí mělo vydat k Měsíci. Druhý scénář počítal také s více starty, ale ke spojení mělo dojít až na oběžné dráze Měsíce. A nakonec třetím scénářem a zároveň nejjednodušším a nejbezpečnějším byl přímý let k Měsíci vyžadující jediný start. K tomu ale bylo zapotřebí vyvinout dostatečně silnou kosmickou raketu, kterou se výhledově měla stát Nova.

Tehdy mladý inženýr John Houbolt navrhl řešení: Ze soulodí se u Měsíce oddělí samostatný přistávací modul, v jehož části se pak astronauti opět vrátí na oběžnou dráhu Měsíce, kde se spojí se soulodím a vydají se zpět k Zemi. Takové řešení by značně ulevilo hmotnosti celého soulodí a zároveň umožnilo použít na místo rakety Nova menší C-5. Po několika technických poradách koncepci podpořil i Wernher von Braun.

Přejmenovaná C-5 na Saturn V

V lednu 1962 NASA oznámila, že vyvine třístupňovou raketu C-5 známou nakonec jako Saturn V. Rozhodnuto bylo také o raketových motorech. V prvním stupni byla pětice kyslíko kerosinových raketových motorů F-1. Druhý stupeň tvořila taktéž pětice raketových motorů, ale kyslíko-vodíkové J-2 mající vyšší specifický impuls. Stejný raketový motor, jen jediný byl navržen do třetího stupně rakety. Celková nosnost k Měsíci pak byla vypočítána na více než 41 t.

V prvním stupni Saturnu V bylo pět raketových motorů F-1 spalující kapalný kyslík a kerosin. Zdroj: Bertrand Carlin, licence GPL (Wikipedia)

Zajímavé je, že raketový F-1 vyvíjela společnost Rocketdyne již od roku 1955 na základě požadavku amerického letectva. První statické zážehy se uskutečnily už v roce 1959, dávno před vyhlášením programu Apollo a jen krátce po startech prvních družic. Jediný raketový motor F-1 byl schopen vyvinout tah 6,67 a později dokonce až 6,9 MN. V prvních stupni Saturnu V jich přitom bylo pět, takže celkový max. tah dosahoval k 34,5 MN. Pro porovnání: raketa, která vynesla na oběžnou dráhu prvního člověka, Jurije Gagarina, dosahovala max. tahu 991 kN ve vakuu, tedy více než 35x méně!

Ani raketový motor J-2 určený pro 2. stupeň nijak nezaostával. Byl to nejsilnější doposavad vyvinutý raketový motor spalující kombinaci kapalného kyslíku a vodíku. Jediný motor dokázal vyvinout tah 1 033 kN ve vakuu. Celkový tah 2. stupně po sečtení byl více než 5 MN. O jeho pokročilosti mimochodem vypovídá i to, že posloužil jako základ raketovému motoru SSME pro americký raketoplán a výhledově se s ním počítá pro budoucí těžký nosič NASA.

Raketový motor J-2 v posledním stupni. Zdroj: Torsten Bolten, licence GPL (Wikipedia)

Obr na startu

Na startu měřil Saturn V na výšku 110, 6 m a průměr spodního stupně přesahoval 10,1 m. Váha celého kolosu byla vypočítaná na 2 800 t, z čehož 44 tun připadalo na soulodí Apolla. Od zážehu prvního startu trvalo pouhých 675 sekund, než poslední stupeň dosáhl oběžné dráhy.

První start si Saturn V odbyl 9. listopadu 1967, kdy na oběžnou dráhu kolem Země vynesl nepilotovanou kosmickou loď Apollo. Naopak poslední start se uskutečnil 6. prosince 1972 s orbitální stanicí Skylab vážících 77 tun. Celkem odstartoval Saturn V jedenáctkrát, z toho devětkrát k Měsíci. Vždy byl úspěšný. I když jednou selhal jeden z motorů v prvním stupni, zbývající čtveřice jej dokázala nahradit tak, že hořela déle.

Nejznámější start se datuje na 16. července 1969. V ten den vynesl Saturn V soulodí Apolla 11. Neil Armstrong a Buzz Aldrin se pak 20. července jako první lidé prošli po měsíčním povrchu.

Saturn V při cestě na startovací rampu před historickým letem Apolla 11. Zdroj: NASA

Smutný konec

Dalších startů už se Saturn V nedočkal. Další lety na Měsíc byly zrušeny a nová politika NASA počítala s vícenásobně použitelným raketoplánem Space Shuttle, který se vyvíjel právě od roku 1972.

Raketa s označením SA-514 byla stavěná pro misi Apolla 18 nebo Apolla 19. To nikdy neletělo, a zatímco první stupeň skončil v Johnson Space Center, druhý a třetí stupeň skončily zase v Kennedy Space Center jako výstavní exempláře. Naopak s SA-515 se počítalo jako se záložním nosičem pro Skylab, kdyby byl dostaven, mohli Američané vyslat další orbitální stanici. Na místo velkých plánů ale přišel velký úpadek americké pilotované kosmonautiky…

Všech jedenáct startů kosmické rakety Saturn V bylo úspěšných. Zdroj: NASA