El vehículo de pruebas dinámicas Saturno V , designado SA-500D , es un prototipo de cohete Saturno V utilizado por la NASA para probar el rendimiento del cohete cuando se lo somete a vibraciones para simular el temblor que experimentarían los cohetes posteriores durante el lanzamiento. Fue el primer Saturno V a escala real completado por el Centro Marshall para Vuelos Espaciales (MSFC). Aunque el SA-500D nunca voló, fue fundamental en el desarrollo del cohete Saturno V que impulsó a los primeros hombres a la Luna como parte del programa Apolo . Construido bajo la dirección del Dr. Wernher von Braun , sirvió como vehículo de pruebas para todas las instalaciones de soporte de Saturno en el MSFC. [2] [3] [4]
El SA-500D es el único Saturno V en exhibición que se utilizó para el propósito previsto y el único que se ensambló antes de su exhibición en un museo. Se encuentra en exhibición permanente en el Centro Espacial y de Cohetes de los Estados Unidos , en Huntsville, Alabama . [3] [5] [6] [7] [8] [9] [10]
Antes de poder lanzar un Saturno V , los ingenieros debían verificar que su diseño había tenido en cuenta todo lo que el cohete encontraría en su viaje, desde el ensamblaje hasta la plataforma de lanzamiento y desde la Tierra hasta la Luna. Para validar el diseño y los procedimientos del Saturno V, crearon cinco configuraciones previas al vuelo para realizar pruebas. Estas configuraciones se sometieron a pruebas que simulaban todos los aspectos de los preparativos del vuelo y el vuelo en sí, y a todas las pruebas necesarias para demostrar resultados satisfactorios antes de que MSFC certificara el Saturno V para volar.
El SA-500D fue una de las cinco configuraciones previas al vuelo del Saturno V. Esta configuración mostró las "características de flexión y vibración" del Saturno V y verificó "la idoneidad del diseño de los sistemas de guía y control". [11] El empuje de 7.610.000 libras de fuerza (33,9 MN ) del cohete generaría una fuerte vibración y era importante asegurarse de que el cohete no se desintegrara ni vibrara fuera de su curso. [12]
Otras configuraciones previas al vuelo fueron:
El vehículo designado SA-500D no incluía una nave espacial Apolo , pero se utilizaron piezas estándar durante las pruebas para verificar todo el sistema. [11] [16]
El Saturno V estaba formado por tres etapas y una unidad de instrumentos (IU). La primera etapa, S-IC , proporcionaba un empuje de 7.610.000 libras-fuerza (33,9 MN ) y llevaba las otras etapas a 200.000 pies (61 km). [12] Después, se desprendió para caer en el océano Atlántico y la segunda etapa continuó la aceleración. [12] La segunda etapa, S-II , era responsable de elevar las partes restantes casi hasta la órbita terrestre. [17] La tercera etapa, S-IVB , proporcionó el empujón final a la órbita y la quema de inyección translunar para poner la nave espacial Apolo en rumbo a la Luna. [18] La IU era la computadora de guía y control. [19] SA-500D era el ensamblaje de estos componentes para pruebas dinámicas. [16]
El banco de pruebas dinámico del Saturno V con "agitadores electrodinámicos" [11] proporcionó una mesa capaz no sólo de sostener el Saturno V completamente ensamblado y cargado de combustible, sino también capaz de simular las vibraciones que generarían los motores de cohetes. [11] [20]
Los componentes utilizados para las pruebas se desarrollaron entre 1964 y 1966, [21] [22] y las pruebas se llevaron a cabo entre 1966 y 1967. [11] [21] Debido a que el Saturno V compartía algunos componentes con el Saturno IB , algunos de los componentes del SA-500D se utilizaron inicialmente para pruebas dinámicas con la pila del Saturno IB . [23]
Para nombrar las distintas etapas, el MSFC utilizó la designación de la etapa con un sufijo que indicaba su propósito. Por ejemplo, S-IC-D era la primera etapa, S-IC, para pruebas dinámicas, y S-IC-1 era el primer modelo de vuelo de la primera etapa. Los sufijos utilizados fueron S, para pruebas estructurales, F, para instalaciones, T, para pruebas de todos los sistemas, y D, para pruebas dinámicas.
A continuación se muestra un historial de cada componente del artículo de prueba dinámico en orden de aparición.
El desarrollo del artículo de prueba comenzó desde arriba. Se utilizó una nave espacial Apollo modelo , BP-27 junto con LTA-2, para todas las configuraciones de prueba dinámica. [4] [24] [25] La maqueta reemplazó al hardware de vuelo real. El tamaño, la forma, la masa y el centro de gravedad de la maqueta eran los mismos, pero no era necesario que toda la nave espacial Apollo estuviera completa para comenzar las pruebas dinámicas. La maqueta estaba equipada con instrumentación para registrar datos para el estudio y la evaluación de ingeniería. [26]
El BP-27 estaba compuesto por hardware construido específicamente para esa configuración y por algún hardware reasignado de otras designaciones. El módulo de mando y el sistema de escape de lanzamiento eran exclusivos del BP-27. El módulo de servicio SM-010 (anteriormente SM-006) y el adaptador de módulo lunar-nave espacial SLA #1 también estaban asignados al BP-27. [24]
El BP-27 fue aceptado en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales (MSFC) a finales de septiembre de 1964. [22] [27]
Poco después, MSFC recibió el módulo lunar estándar , llamado artículo de prueba lunar y designado LTA-2. [28] El LTA-2 es la única parte del SA-500D que vuela en el espacio. Fue reacondicionado, designado LTA-2R, y voló en el Apolo 6. [ 25]
El BP-27 se utilizó para las pruebas dinámicas del Saturno IB , se envió al Centro Espacial Kennedy para ser un componente del SA-500F y se envió de regreso al MSFC para realizar pruebas completas con el SA-500D. [14] [21] [27]
La tercera etapa, S-IVB -D, llegó al MSFC antes que cualquier otra etapa del Saturno V porque estaba destinada a pruebas dinámicas en el Saturno IB primero. [29] Fue ensamblada por Douglas cerca de Los Ángeles . Con ceremonia y dignatarios para la primera etapa S-IVB construida por Douglas, partió en barcaza el 8 de diciembre de 1964 y se dirigió a Nueva Orleans a través del Canal de Panamá , los ríos Mississippi, Ohio y Tennessee hasta el MSFC, donde llegó el 4 de enero de 1965. El mismo día, MSFC recibió la primera etapa del Saturno IB para pruebas dinámicas y de verificación de instalaciones, S-IB -D/F. [3] Las partes se ensamblaron junto con la unidad de instrumentos designada S-IU-200D/500D (ver más abajo) y BP-27 para pruebas dinámicas en la configuración del Saturno IB desde febrero a septiembre de 1965 antes de que se asignara a la configuración del Saturno V. [23] [29] [30]
La unidad de instrumentos del Saturno V sirvió como centro electrónico para las tres primeras etapas del cohete, controlando el encendido del motor, la guía, la separación de las etapas y el clima para las tres etapas inferiores. Constaba de dos partes principales: un anillo rígido para la estructura y, dentro de este, la electrónica. [31]
Las unidades de instrumentos tenían un esquema de numeración ligeramente diferente al de las otras partes. S-IU-200D/500D se utilizó con el artículo de prueba dinámico SA-200D, un Saturn IB , y también se utilizó con SA-500D, el Saturn V.
IBM ganó el contrato para construir productos electrónicos para la IU y, en 1964, construyó un complejo de cuatro edificios por 14 millones de dólares que incluía una planta de fabricación con sala limpia en Huntsville. [31]
El anillo estructural de la IU tenía dos funciones: proporcionar un lugar de montaje para la electrónica de IBM y sostener todo lo que estuviera sobre él. Debía ser lo suficientemente sólido estructuralmente para soportar el peso del módulo lunar, el módulo de servicio, el módulo de comando y los tres astronautas durante la aceleración proporcionada por las tres poderosas etapas del cohete que se encontraban debajo. Todos los anillos fueron fabricados en MSFC. [31]
La IU para SA-500D no fue la primera que se construyó. MSFC construyó la S-IU-200V/500V para realizar pruebas de vibración entre septiembre y noviembre de 1964. [29] Wyle Labs la probó como parte del programa Saturn IB. [14]
El S-IU-200D/500D fue el segundo IU que se construyó; el anillo se completó en enero de 1965 y los componentes electrónicos de IBM se instalaron el 1 de febrero. Fue la última pieza necesaria para las pruebas dinámicas en el programa Saturn IB. Se apiló junto con S-IVB-D, S-IB-D y BP-27 para las pruebas de Saturn IB durante gran parte de 1965. El 8 de octubre de 1965, comenzaron las pruebas dinámicas para el programa Saturn V como parte del SA-500D. [14] [30]
MSFC construyó las primeras tres etapas de prueba S-IC para el Saturno V: S-IC-T , S-IC-S y S-IC-F. También construyeron las dos primeras etapas de vuelo, S-IC-1 y S-IC-2. S-IC-D fue la primera que Boeing construyó en la planta de ensamblaje Michoud de Nueva Orleans , utilizando las herramientas que se habían desarrollado en Huntsville. [32]
El S-IC-D se encontraba en construcción el 9 de septiembre de 1965, cuando el huracán Betsy azotó las instalaciones de ensamblaje de Michoud . El edificio que albergaba el escenario sufrió graves daños, pero el escenario en sí fue reparado rápidamente. [23]
El S-IC-D emprendió el viaje inaugural de la barcaza Poseidon de la NASA al Centro Marshall de Vuelos Espaciales el 6 de octubre de 1965 y llegó al MSFC el 13 de octubre . [30] La primera etapa fue elevada a su lugar en el banco de pruebas dinámico el 13 de enero de 1966, como se ve en la imagen de arriba a la derecha. Un observador dijo: "La niebla y las nubes flotaban alrededor de la parte superior del banco de pruebas de 360 pies (110 m) de altura la mayor parte del día mientras la etapa de 300.000 libras (140.000 kg) era elevada desde su transportador a su lugar dentro del banco, que se dice es el edificio más alto de Alabama". [33]
La segunda etapa del SA-500D tuvo una historia compleja. La segunda etapa, S-II -D, había sido encargada, pero esa parte fue cancelada el 19 de febrero de 1965. El plan era utilizar otro artículo de prueba para pruebas dinámicas, además de para su otro propósito. Dos de esos artículos de prueba fueron destruidos durante las pruebas después de haber sido designados para la fase de pruebas dinámicas. El artículo real utilizado en el SA-500D fue nombrado en la tercera reasignación, cuando S-II-F, el artículo de verificación de instalaciones, fue designado S-II-F/D. [30]
El S-II-S, que la División de Sistemas Espaciales e Información (S&ID) de North American Aviation en Seal Beach había completado el 31 de enero, fue redesignado como S-II-S/D para ser utilizado en pruebas dinámicas. El S-II-S/D no sobreviviría a su prueba estructural final el 29 de septiembre de 1965, pero la prueba estaba ejerciendo un margen considerable por encima de la integridad estructural requerida para el vuelo. [23] [30]
En enero de 1966, el S-II-T de pruebas de todos los sistemas fue redesignado S-II-T/D, para que pudiera ser utilizado para pruebas dinámicas, así como para el encendido de motores. El S-II-T/D completó la verificación integrada de las instalaciones de apoyo en tierra en MTF el 3 de febrero de 1966. Los motores del S-II-T/D se encendieron cinco veces en MTF de abril a mayo, incluida una prueba de duración completa. El 28 de mayo de 1966, el S-II-T/D se sometió a una prueba de presión para encontrar una fuga de hidrógeno, pero los sensores y los interruptores de presión de hidrógeno habían sido desconectados sin que lo supiera la tripulación del segundo turno cuando intentaron presurizar el tanque. Cinco técnicos sufrieron heridas leves. MSFC convocó una investigación esa noche y el equipo completó el informe en dos días. [34]
Después de la destrucción del S-II-T/D, se asignó un tercer artículo a tareas de prueba dinámica. El artículo de verificación de instalaciones S-II-F se convirtió en el artículo de prueba dinámica designado S-II-F/D. El S-II-F fue enviado desde S&ID, Seal Beach, California, el 20 de febrero de 1966, al Centro Espacial Kennedy , donde llegó el 4 de marzo. Llenó la parte final del SA-500F para verificar las instalaciones para el procesamiento del Saturno V, reemplazando una etapa temporal en forma de mancuerna de la misma longitud y peso que una etapa S-II. El SA-500F se ensambló en el Edificio de Ensamblaje de Vehículos , donde se acopló al S-IC-F el 28 de marzo y al S-IVB-F al día siguiente.
El SA-500F se completó en el VAB , se probó su estabilidad contra el balanceo del viento, [35] y fue lanzado a la plataforma de lanzamiento el 25 de mayo de 1966, en el Lanzador Móvil-1 (ML-1).
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El huracán Alma interrumpió los ejercicios y el SA-500F fue devuelto al VAB el 8 de junio, aunque el equipo de tierra supuso que el regreso fue más un ejercicio que una necesidad porque los vientos se mantuvieron por debajo del nivel crítico durante toda la tormenta. [35] Fue devuelto al Complejo de Lanzamiento 39A dos días después y finalmente regresó al VAB el 14 de octubre de 1966 para su desmontaje. [3] [21] [34]
Una vez finalizada la comprobación de las instalaciones en el KSC, los componentes restantes del SA-500F se transfirieron al MSFC para su inclusión en el SA-500D: el BP-27 de la placa base del Apollo y el S-II-F/D. La segunda etapa se modificó para realizar pruebas dinámicas y fue enviada por Posideon desde el KSC el 29 de octubre para llegar al MSFC el 10 de noviembre de 1966. [21]
Los ingenieros necesitaban un conocimiento detallado de las características dinámicas de vuelo del vehículo espacial para diseñar los sistemas estructurales, de guía y de control de vuelo. Inicialmente, utilizaron datos analíticos que no habían sido corroborados por pruebas para los criterios de diseño. El proyecto de prueba del vehículo de prueba dinámica determinó las características dinámicas del vehículo espacial y verificó los análisis anteriores. [4]
Los objetivos de las pruebas dinámicas fueron:
- Determinar las características dinámicas estructurales del vehículo espacial en condiciones que simulen la configuración y el entorno de vuelo en la medida de lo posible.
- Determinar la ubicación óptima para los sensores de vuelo y obtener funciones de transferencia experimentales para el sistema de control.
- Determinar la capacidad de acoplamiento físico de etapas y módulos.
- Comparar los resultados de pruebas dinámicas con los resultados de pruebas de vuelo posteriores para el desarrollo continuo de técnicas e instalaciones de pruebas dinámicas para asegurar el mayor grado posible de precisión en el desarrollo de futuras estructuras de vehículos antes del vuelo.
- Determinar las características dinámicas del vehículo espacial en condiciones que simulen el transporte desde el edificio de ensamblaje de vehículos hasta la plataforma de lanzamiento, en la medida de lo posible.
— NASA, Plan de proyecto de prueba del vehículo de prueba dinámica Saturno V [4]
Las pruebas dinámicas se realizaron en tres configuraciones, una para cada fase del vuelo con motor Saturn V. La configuración I se centró en probar toda la pila, como si el vehículo acabara de ser lanzado. La configuración II probó la pila como si la primera etapa se hubiera desprendido y la segunda etapa estuviera en funcionamiento, y la configuración III probó solo la tercera etapa y la nave espacial Apollo. Las pruebas comenzaron con la configuración III en las instalaciones de pruebas dinámicas de Saturn IB, mientras que el banco de pruebas dinámicas de Saturn V , la primera y la segunda etapas todavía estaban en construcción. Las pruebas de la configuración I siguieron en el banco de pruebas dinámicas de Saturn V, luego la configuración II en el mismo lugar. [4]
Las pruebas de configuración III se llevaron a cabo a finales de 1965. [4] [23]
Las pruebas dinámicas de la configuración I requirieron la primera etapa del Saturno V, que fue cargado en el banco de pruebas el 13 de enero de 1966. Las pruebas tendrían que esperar hasta que llegara la última pieza, la segunda etapa. [33] [36]
Con todos los componentes en el MSFC el 10 de noviembre de 1966, [21] la segunda etapa se apiló sobre la primera dentro del banco de pruebas dinámico el 23 de noviembre. La tercera etapa se agregó a la pila el 30 de noviembre, y la unidad de instrumentos y el módulo Apollo se instalaron en diciembre. El cohete estaba apilado y listo para las pruebas de "Configuración Uno". [21]
Las pruebas de configuración uno se realizaron de enero a marzo y produjeron "varias irregularidades menores que indicaban la necesidad de posibles cambios de ingeniería", que se solucionaron durante marzo de 1967. [11]
A continuación se realizaron dos pruebas de configuración, en las que se retiró la primera etapa de la pila para simular las condiciones posteriores a que la primera etapa se hubiera desechado. [21]
Las pruebas dinámicas examinaron "la respuesta del vehículo a la excitación lateral, longitudinal y torsional, simulando las que se experimentarían en vuelo. El vehículo estaba "montado sobre un sistema de soporte hidrodinámico compuesto por cuatro pedestales hidráulicos/neumáticos para permitir una reacción simulada sin restricciones". Los ingenieros probaron las vibraciones en un avión a la vez con diferentes cantidades de lastre simulando "la carga de combustible en puntos críticos de la trayectoria de vuelo". [4]
El historiador de la NASA Mike Wright resume las pruebas:
En total, las pruebas implicaron 450 horas de agitación para recopilar datos de unos 800 puntos de medición. Se colocó una cápsula Apolo simulada con el mismo peso y el mismo centro de gravedad que la nave espacial que se estaba probando para el lanzamiento en el Centro Espacial Kennedy en la parte superior del cohete. Se aplicaron fuerzas a la cola del cohete para simular el empuje del motor, y se introdujeron otros factores de vuelo en el vehículo para probar las reacciones. Durante algunas de las pruebas de agitación, el cohete se movió hasta 15 centímetros en la parte superior y hasta 7,6 centímetros en la parte inferior. Las pruebas eran obligatorias antes de que el Centro pudiera certificar que el sistema de guía mantendría el cohete en su curso cuando fuera lanzado. [3]
El 3 de agosto de 1967, MSFC anunció la finalización exitosa del programa de pruebas dinámicas, declarando así que la dinámica y las estructuras del Saturno V estaban listas para su primer lanzamiento más adelante ese año. Las pruebas dinámicas dieron como resultado "varias modificaciones leves" en el vehículo de vuelo final. [36] [37]
El primer lanzamiento del Saturno V se produjo tres meses después, con el Apolo 4. El artículo de prueba dinámico LTA-2 fue renovado como LTA-2R y voló en el siguiente lanzamiento del Saturno V, el Apolo 6. [ 25]
Después de las pruebas dinámicas, la segunda etapa regresó al KSC por un tiempo para la verificación de la plataforma de lanzamiento B. [21]
Una vez completadas todas las pruebas, el SA-500D fue reensamblado en Huntsville, esta vez para exhibición pública en el Centro de Ciencias Espaciales de Alabama, en un terreno excavado en el borde norte del Centro Marshall de Vuelos Espaciales. [38] El transporte del cohete, junto con el Saturno I que se erigió verticalmente, al museo, tuvo lugar el 28 de junio de 1969. [39] El cohete se exhibiría acostado en el borde sur de un parque de cohetes con sus cohetes predecesores, cerca de un Saturno 1 en posición vertical y un paisaje lunar completo con un modelo de módulo lunar y una bandera. El SA-500D se instaló en 1969, y el (renombrado) Centro Espacial y de Cohetes de Alabama abrió en 1970 exhibiendo artículos que de otra manera solo podrían ver los trabajadores de la NASA y el Ejército en Redstone Arsenal. [40] La primera etapa se encontraba en un remolque de plataforma baja y las otras en cunas. [41] La unidad de instrumentos se puso en exhibición dentro del museo, y las etapas intermedias se techaron y se convirtieron en atracciones educativas para el museo. [42]
El SA-500D fue agregado a la Lista de Monumentos Históricos de Ingeniería Mecánica por la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos en 1980 y declarado Monumento Histórico Nacional por el Servicio de Parques Nacionales en 1987. [2] [41] [43]
En 1989, el museo asumió su nombre actual, US Space & Rocket Center . [44]
Tras décadas de inactividad del vehículo en el exterior, el Centro Espacial y de Cohetes de Estados Unidos encargó su restauración en 2005. Los análisis realizados por Conservation Solutions, Incorporated determinaron que el vehículo presentaba importantes daños provocados por el clima y las plagas. Varios materiales que lo componen, incluidas aleaciones metálicas y materiales no metálicos como espuma de poliuretano y fibra de vidrio, mostraban un deterioro significativo. Tras realizar el análisis, la restauración completa del vehículo Saturno V comenzó en junio de 2005. [5]
La restauración culminó en julio de 2007, cuando el Saturno V fue trasladado a un edificio diseñado para protegerlo y proporcionar instalaciones adicionales al museo. El traslado se llevó a cabo entre el 10 y el 17 de julio aproximadamente, comenzando con la primera etapa. [45] El Centro Davidson para la Exploración Espacial abrió sus puertas en enero de 2008. [46] [47]
El 3 de mayo de 2012, un desconocido disparó tres balas calibre .308 desde la Interestatal 565 al Davidson Center, rompiendo tres ventanas. Dos balas impactaron en la tercera etapa del SA-500D, dañando la pintura y dejando abolladuras. No hubo heridos. [48] [49] [50] El daño fue reparado en dos meses. [51]
Esta pantalla consta de S-IC -D, S-II -F/D y S-IVB -D, S-IU -200D/500D, un SLA (posiblemente SLA-1), SM-010 y BP -23A. [42]
Para las pruebas del Sistema de Control Ambiental del Bloque II, se utilizó el conjunto del Sistema de Escape de Lanzamiento (LES) 006, el Boilerplate (BP) 006 y el SM 006. Después de las pruebas del ECS, el CM-006 fue desechado, mientras que el LES 006 fue reasignado al Boilerplate 14 y el SM-006 fue reasignado al SM 010. El LES 006/BP-14 fue reasignado posteriormente por segunda vez al BP-23A, utilizado en el PA-2 (Pad Abort 2), y fue destruido como parte de las pruebas. El CM para el BP 23A permaneció y terminó en la pantalla del SA-500D, con el antiguo SM-006/SM-010.
El SM-006/SM-010 se iba a utilizar en MSFC para realizar pruebas, pero la prueba se canceló y el SM-010 se reasignó para su uso con BP-27. En algún momento, parece que este SM se reutilizó para su uso con BP-23A y la pantalla SA-500D.
El BP-23 fue lanzado hacia el A-002 para probar el sistema de escape de lanzamiento y los paracaídas de recuperación el 8 de diciembre de 1964. Fue renovado, designado BP-23A y ejercitó nuevamente el sistema de escape de lanzamiento en la Prueba de aborto de la plataforma de lanzamiento 2 , el 29 de junio de 1965. [52]
BP-27, el artículo modelo de prueba dinámica, está en exhibición en el Centro Espacial y de Cohetes de Estados Unidos en la parte superior del Saturno I vertical . [42]
Otros artefactos de Apollo y Saturno en exhibición incluyen el módulo de comando Apollo 16 , la Instalación de Cuarentena Móvil Apollo 12 , un módulo de aterrizaje lunar con una etapa de aterrizaje de artículos de prueba (MSFC 76545) y una réplica de la etapa de ascenso, y otra unidad de instrumentos. [53] [54] [55]
Un vehículo de prueba de las instalaciones del Apolo/Saturno V y una torre umbilical de lanzamiento (LUT) sobre un transportador de orugas se mueven desde el edificio de ensamblaje de vehículos (VAB) en camino a la plataforma A. Este vehículo de prueba, designado Apolo/Saturno 500-F, se está utilizando para verificar las instalaciones de lanzamiento, entrenar a las tripulaciones de lanzamiento y desarrollar procedimientos de prueba y verificación.
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