روكيتداين إتش-1

يُعدّ محرك H-1 أحد سلسلة محركات طُوّرت من صاروخ V-2 الباليستي الذي استُخدم خلال الحرب . خلال الحرب، مُنحت شركة نورث أمريكان للطيران (NAA) عدة محركات V-2 بقوة دفع 59,600 رطل (264.9 كيلو نيوتن) ^{[ 3 ]} لفحصها وتحويل قياساتها من النظام المتري إلى نظام SAE . شكّلت الشركة "قسم الدفع" التابع لها لتولي هذه المهمة، والذي أصبح فيما بعد شركة روكيتداين.  

حصلت شركة NAA أيضًا على كمٍّ هائل من الوثائق التقنية المتعلقة بالمحرك. وخلال دراستها، عثر المهندسون على خطط لتحسين محرك V-2 باستخدام حاقن وقود جديد من نوع "الشلال". لم يتمكن الألمان من إنجاح التصميم، ولم يدخل الخدمة أبدًا. قرر مهندسو NAA معالجة هذه المشكلة، وسرعان ما توصلوا إلى حلول. سمح لهم ذلك برفع قوة دفع التصميم إلى 75,000 رطل (330 كيلو نيوتن) ، ثم إلى 78,000 رطل (350 كيلو نيوتن) لصاروخ ريدستون .    

كانت شركة NAA تعمل أيضًا على مشروع صاروخ كروز SM-64 نافاهو ، الذي استخدم المحرك نفسه كمعزز لزيادة سرعة الصاروخ حتى تتمكن محركاته النفاثة من الاشتعال. وطالب سلاح الجو باستمرار بأداء أعلى من نافاهو، مما أجبر NAA على بناء صواريخ أكبر، ومعززات أكبر لإطلاقها. وبحلول أوائل الخمسينيات، تم توسيع تصميم المحرك الأساسي لإنتاج قوة دفع تبلغ 120,000 رطل (530 كيلو نيوتن) .  

جميع هذه التصاميم، مثل الصاروخ V-2 الذي انبثقت منه، كانت تعمل بالإيثانول ، ولكن جُرِّبت أنواع وقود أخرى أيضًا، بما في ذلك الكيروسين وزيت الديزل ومخفف الطلاء ووقود الطائرات النفاثة JP-4 و JP-5 . في يناير 1953، بدأت شركة روكيتداين برنامجها "REAP" لتحويل هذه المحركات إلى وقود كيروسين مُصمَّم خصيصًا لمحركات الصواريخ، والذي أصبح يُعرف باسم RP-1 ، والمُحدَّد رسميًا في المواصفة العسكرية MIL-R-25576 عام 1954.

في عام 1955، اختارت القوات الجوية نسخة من المحرك تعمل بوقود JP-4 لتشغيل صاروخ أطلس الخاص بها . وطلب الجيش الأمريكي زيادة أخرى إلى 150,000 رطل (670 كيلو نيوتن) لصاروخ جوبيتر الخاص به ، واستخدمت القوات الجوية نفس النسخة لصاروخ ثور الخاص بها ، مما أنتج محرك روكيتداين إس-3 دي (أو إل آر-79).  

استندت جميع هذه المحركات إلى تصميم متشابه، يتميز بنظام "حاقن الشلال"، حيث استُخدمت عدة حاقنات وقود صغيرة لرش الوقود المحترق في غرفة الاحتراق الرئيسية. كما تشترك جميعها في نظام معقد لتشغيل المضخات التوربينية ، باستخدام مجموعة من خزانات الوقود الثانوية وأنابيب لتغذية مولد الغاز وغرف الاحتراق الرئيسية بينما كانت المضخات لا تزال ترفع ضغط خطوط الوقود الرئيسية. وتتحكم سلسلة معقدة من الصمامات الكهروهوائية في تدفقات الوقود المختلفة حتى يتم تشغيل المحرك بالكامل.

بعد النجاح الذي حققه محرك S-3D في مركبتي ثور وجوبيتر، وجّهت الشركة اهتمامها إلى نسخة مُطوّرة جذريًا، عُرفت في البداية باسم S-3X، ثم أصبحت تُعرف لاحقًا باسم X-1. استبدل هذا المحرك نظام الصمامات المُعقّد وجميع أجهزة الاستشعار والإلكترونيات المُصاحبة له بصمامات جديدة تعمل بضغط الوقود نفسه. هذا يعني أن عملية بدء التشغيل المُعقّدة أصبحت مؤتمتة بالكامل وتعتمد على تدفق الوقود.

بالإضافة إلى ذلك، استغنت طائرة X-1 عن نظام خزان بدء التشغيل بالكامل واستبدلته بمحرك صاروخي صغير يعمل بالوقود الصلب، حيث يمرر عادمه عبر مولد الغاز لتشغيل المضخات التوربينية. وقد أدى هذا التغيير إلى تبسيط نظام أنابيب المحرك بشكل كبير، على حساب جعل التصميم جهازًا يعمل لمرة واحدة فقط. كان من الممكن نظريًا إعادة تشغيل المحركات السابقة أثناء الطيران، ولكن مع خرطوشة بدء تشغيل واحدة، لم يكن بالإمكان تشغيل طائرة X-1 إلا مرة واحدة.

ومن التغييرات الأخرى إدخال جهاز إشعال يعمل بوقود قابل للاشتعال التلقائي بدلاً من الوقود الصلب المستخدم في التصاميم السابقة. كانت المحركات السابقة تتطلب إدخال أجهزة الإشعال عبر فتحات في المحرك إلى غرفة الاحتراق، بينما سمح النظام الجديد برش الوقود في الحاقن الرئيسي. وكان الوقود، ثلاثي إيثيل الألومنيوم ، يُضخ في مكعب مزود بأغشية تنفجر عندما يصل تدفق الوقود في الحاقن إلى عتبة محددة.

وأخيرًا، قدم محرك X-1 نظام تزييت جديدًا يضيف كمية صغيرة من مادة مضافة إلى وقود RP-1 أثناء تدفقه عبر المكونات المختلفة. ويتم ضخ هذا الوقود تحت ضغط إلى المحامل المختلفة في نظام المضخة التوربينية، مما يؤدي إلى تزييتها وتبديد الحرارة.

بدأ مشروع ساتورن كمشروع نظري لتلبية متطلبات وزارة الدفاع الأمريكية الجديدة لمركبة رفع ثقيلة قادرة على رفع ما بين 10,000 و40,000 رطل إلى مدار أرضي منخفض ، أو تسريعها بمقدار 6,000 إلى 12,000  رطل للوصول إلى سرعة الإفلات . كان من الممكن تطوير منصات الإطلاق الحالية للوصول إلى 10,000  رطل إلى المدار الأرضي المنخفض، وهو أقل من المتطلبات. لذا، كانت هناك حاجة إلى تصميم جديد وأكبر، وفي أبريل 1957، أسند فيرنر فون براون مهمة التصميم الأولي إلى هاينز-هيرمان كويل . ^{[ 4 ]}

كان حل كويل لتقليل وقت التطوير هو استخدام مجموعة من خزانات الوقود من صاروخي ريدستون وجوبيتر، ووضعها فوق لوحة دفع واحدة، ثم تثبيت المحركات المطلوبة أسفل اللوحة. وأظهرت الحسابات أن قوة دفع إجمالية تبلغ حوالي مليون رطل ستكون مطلوبة، مما حدّ بشكل كبير من خيارات المحركات المتاحة. أثناء بحثه عن تصاميم مناسبة، علم كويل بمحرك E-1 من جورج ساتون من شركة روكيتداين. ^{[ 5 ]} كانت روكيتداين تُطوّر هذا المحرك بقوة دفع 400,000 رطل (1,800 كيلو نيوتن) لصاروخ تيتان ، وكان أكبر محرك يقترب من دخول الخدمة ضمن الإطار الزمني الذي حددته وكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة (ARPA) لفيرنر فون براون لتطوير ما كان يُعرف آنذاك باسم "جونو 5". ^{[ 6 ]} طُوّر محرك E-1 في الأصل كمحرك احتياطي لصاروخ تيتان ، وصُمّم خصيصًا ليكون بسيط التطوير قدر الإمكان، في حال لم ينجح محرك إيروجيت جنرال LR-87. ^{[ 7 ]}  

أدى إطلاق سبوتنيك في أكتوبر من ذلك العام إلى تغييرات سريعة في منظومة الصواريخ الأمريكية. ولإثبات نواياها السلمية، قررت الولايات المتحدة فصل برامجها الصاروخية غير العسكرية المختلفة إلى وكالة جديدة، والتي تطورت لاحقًا لتصبح ناسا . ولأن الجيش فقد اهتمامه بالصواريخ الكبيرة، وافق على تسليم فريق فون براون التابع لوكالة ناسا، ليصبح مركز مارشال لرحلات الفضاء . ^{[ 8 ]} وتم التسليم في عام 1960. ^{[ 8 ]}

بعد فترة وجيزة من وضع هذه الخطط، في يوليو 1958، زارت وكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة (ARPA) وكالة إدارة الطيران الفيدرالية (ABMA) وأبلغت فون براون أن لديهم 10 ملايين دولار متبقية في ميزانيتهم ​​للإنفاق قبل التسليم، وسألتهم عما إذا كانت هناك أي طريقة لاستخدام هذا المبلغ بفعالية. استدعى فون براون كويل وعرض عليهم نموذجًا لمركبة جونو 5، لكن زوار ARPA أشاروا إلى أن محرك E-1 لن يكون جاهزًا بحلول عام 1960. ^{[ 9 ]} وبعد تبادل الأفكار، قرروا أن أفضل نهج هو إجراء ترقية طفيفة على محركات S-3D الحالية من شركة روكيتداين لزيادة قوتها من 175,000 رطل (780 كيلو نيوتن) إلى 200,000 رطل (890 كيلو نيوتن) ، واستخدام ثمانية من هذه المحركات بدلًا من أربعة محركات E-1. ^{[ 9 ]}    

عندما عاد كويل إلى روكيتداين باحثًا عن نسخة مطورة من صاروخ إس-3 دي، قدموا له صاروخ إكس-1 واقترحوا استخدامه بدلًا من تطوير صاروخ إس-3. على الرغم من كونه تجريبيًا، كان إكس-1 يتمتع بالفعل بقوة الدفع المناسبة وجاهزًا للتطوير الكامل. طُرح عقد التطوير في 15 أغسطس 1958، ^{[ 10 ]} وبحلول أوائل عام 1959، تغير الاسم من جونو إلى ساتورن، في إشارة إلى كونه الكوكب الذي يلي جوبيتر، حيث كان صاروخ جوبيتر هو التصميم السابق لشركة ABMA. ^{[ 11 ]}

• بيلستين، روجر إي. (1996). مراحل إلى زحل: تاريخ تكنولوجي لمركبات إطلاق أبولو/ساتورن . سلسلة تاريخ ناسا. واشنطن: ناسا. ISBN 978-0-16-048909-9تمت أرشفة النسخة الأصلية بتاريخ 15-10-2004.
• نيوفيلد، مايكل ج. (2007). فون براون: حالم الفضاء، مهندس الحرب . نيويورك: ألفريد أ. كنوبف. ISBN 978-0-307-26292-9.
• دليل رحلة سكايلاب ساتورن 1B ، 30 سبتمبر 1972
• * يونغ، أنتوني (2008). محرك ساتورن 5 إف-1: دفع أبولو نحو التاريخ . سبرينغر. رقم ISBN 978-0387096292.