Les étages de la Saturn V
La Saturn V comptait trois étages empilés : le S-IC (Boeing, cinq moteurs F-1 au kérosène), le S-II (North American Aviation, cinq moteurs J-2 à l'hydrogène) et le S-IVB (Douglas, un seul J-2 rallumable), surmontés d'une case à équipements construite par IBM qui guidait l'ensemble. Les étages de la Saturne 5 brûlaient successivement pendant environ 2 min 40 s, 6 min 30 s puis, en deux allumages, près de 8 min 30 s.
Sommaire
Tableau des étages
| Élément | Constructeur | Hauteur | Diamètre | Masse au plein (approx.) | Moteurs | Combustion (approx.) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| S-IC | Boeing | 42 m | 10,1 m | 2 280 t | 5 F-1 | 150 à 165 s |
| S-II | North American Aviation | 24,9 m | 10,1 m | 480 t | 5 J-2 | 360 à 390 s |
| S-IVB | Douglas Aircraft | 17,8 m | 6,6 m | 120 t | 1 J-2 | environ 2,5 min puis 5,8 min |
| Case à équipements | IBM | 0,9 m | 6,6 m | 2 t | aucun | sans objet |
Les masses varient d'un exemplaire à l'autre : les fusées de la fin du programme (Apollo 15 à 17) emportaient plus d'ergols et des moteurs légèrement plus puissants. Au-dessus de la case à équipements se trouvaient l'adaptateur du module lunaire, le vaisseau Apollo (module de service et module de commande) et la tour de sauvetage.
Le premier étage S-IC
Le S-IC est la partie la plus spectaculaire de la fusée : 42 m de haut, 10,1 m de diamètre, et près de 80 % de la masse totale au décollage. Ses deux grands réservoirs contenaient environ 770 000 litres de kérosène RP-1 et 1,3 million de litres d'oxygène liquide. Les cinq moteurs F-1 étaient disposés en croix : le moteur central fixe, les quatre autres orientables pour piloter la trajectoire.
Boeing l'assemblait à la Michoud Assembly Facility, près de La Nouvelle-Orléans, et les essais de mise à feu se déroulaient au Mississippi Test Facility (l'actuel Stennis Space Center) ou à Huntsville. En vol, le moteur central s'arrêtait un peu avant les autres pour limiter l'accélération ; l'étage se séparait vers 65 km d'altitude, puis retombait dans l'Atlantique. Plusieurs moteurs de ces étages ont été repêchés au fond de l'océan en 2013.
Le deuxième étage S-II
Le S-II marque le saut technologique le plus risqué du programme. L'hydrogène liquide, stocké à -253 °C, est très peu dense : il faut des réservoirs énormes pour une masse modeste. North American Aviation choisit une cloison commune entre le réservoir d'hydrogène et celui d'oxygène, une double paroi isolée qui fit gagner plusieurs mètres et de nombreuses tonnes, mais causa de sérieux retards et des ruptures lors des essais. L'étage était construit à Seal Beach, en Californie.
Les cinq moteurs J-2 du S-II fonctionnaient environ six minutes et demie, portant le vaisseau presque jusqu'à la vitesse orbitale. Sur Apollo 6 puis Apollo 13, ce sont des arrêts prématurés de moteurs du S-II qui ont mis à l'épreuve la capacité de la fusée à compenser une panne. Pour Skylab, le S-II fut le dernier étage propulsif : il atteignit lui-même l'orbite.
Le troisième étage S-IVB
Le S-IVB, construit par Douglas à Huntington Beach (Californie), est le seul étage partagé avec un autre lanceur : une version très proche servait de second étage à la Saturn IB. Son unique moteur J-2 pouvait être rallumé dans l'espace, ce qui lui donnait un double rôle. Un premier allumage d'environ deux minutes et demie plaçait l'ensemble en orbite d'attente vers 190 km ; une à deux orbites plus tard, un second allumage d'un peu moins de six minutes, l'injection translunaire, lançait les astronautes vers la Lune.
Une fois le vaisseau séparé, le S-IVB était envoyé en orbite solaire sur les premières missions, puis, à partir d'Apollo 13, précipité volontairement sur la Lune pour fournir des secousses mesurées par les sismomètres déposés par les équipages. Pour la station Skylab, un S-IVB a été transformé en atelier orbital habitable.
La case à équipements, cerveau de la fusée
Anneau de moins d'un mètre de haut, la case à équipements (Instrument Unit) contenait l'ordinateur numérique de bord LVDC, la plateforme inertielle ST-124 et les systèmes de télémesure. IBM la fabriquait à Huntsville. C'est elle qui commandait les séparations d'étages, l'orientation des moteurs et l'allumage du S-IVB. Lors du foudroiement d'Apollo 12, elle continua de guider la fusée normalement alors que le vaisseau Apollo avait momentanément perdu ses instruments.
Comment les étages s'enchaînaient
La séparation entre S-IC et S-II mobilisait des rétrofusées sur le premier étage et de petits moteurs d'accostage (« ullage ») sur le second, qui plaquaient les ergols au fond des réservoirs avant l'allumage des J-2. Une trentaine de secondes plus tard, l'anneau d'interétage était largué à son tour, suivi de la tour de sauvetage. Le déroulé minute par minute du lancement d'Apollo 11 illustre cette séquence.
Questions fréquentes
Combien d'étages avait la Saturne 5 ?
Trois étages propulsifs (S-IC, S-II et S-IVB), plus une case à équipements non propulsive qui contenait le guidage. Pour le lancement de Skylab, la fusée n'avait que deux étages actifs, la station prenant la place du S-IVB.
Quel étage était le plus lourd ?
Le premier étage S-IC, avec environ 2 280 t au plein, soit près de 80 % de la masse de la fusée au décollage. Il était vidé de ses ergols en environ deux minutes et demie.
Pourquoi les étages supérieurs utilisaient-ils de l'hydrogène ?
L'hydrogène liquide offre une impulsion spécifique bien supérieure au kérosène, ce qui est décisif une fois sorti de l'atmosphère. Au décollage, le kérosène, plus dense, permettait en revanche des moteurs plus puissants et des réservoirs plus compacts.
Que devenaient les étages après leur utilisation ?
Le S-IC et le S-II retombaient dans l'Atlantique. Le S-IVB partait en orbite autour du Soleil (Apollo 8 à 12) ou s'écrasait sur la Lune (Apollo 13 à 17).
Sources
- NASA Marshall Space Flight Center, Saturn V Flight Manual SA-503, 1968.
- Roger E. Bilstein, Stages to Saturn, NASA SP-4206, 1980.
- NASA History Office