زحل الثاني

كان صاروخ ساتورن 2 سلسلة من مركبات الإطلاق الأمريكية غير القابلة لإعادة الاستخدام ، دُرست من قبل شركة نورث أمريكان للطيران بموجب عقد مع وكالة ناسا عام 1966، وهو مشتق من صاروخ ساتورن 5 المستخدم في برنامج أبولو القمري . ^{[ 1 ]} كان الهدف من الدراسة هو إلغاء إنتاج صاروخ ساتورن 1B ، وإنشاء مركبة إطلاق ثقيلة منخفضة التكلفة تعتمد على مكونات ساتورن 5. درست نورث أمريكان ثلاثة نماذج بعد إزالة المرحلة الأولى S-IC : النموذج INT-17، وهو مركبة ثنائية المراحل بقدرة حمولة تصل إلى 21,000 كيلوغرام (47,000 رطل) في مدار أرضي منخفض ؛ والنموذج INT-18، الذي أُضيفت إليه معززات صاروخية صلبة من طراز تيتان UA1204 أو UA1207 ، بحمولات تتراوح من 21,000 كيلوغرام (47,000 رطل) إلى 66,400 كيلوغرام (146,400 رطل) ؛ والنموذج INT-19، الذي يستخدم معززات صلبة مشتقة من المرحلة الأولى لصاروخ مينيوتمان .   

في هذه الدراسة، بحثت شركة بوينغ أيضًا في تكوينات تحمل الرمزين INT-20 و INT-21 ، والتي استخدمت المرحلة الأولى S-IC، واستغنت إما عن المرحلة الثانية S-II من شركة نورث أمريكان، أو المرحلة الثالثة S-IVB من شركة دوغلاس . إلا أن قيود الميزانية أدت إلى إلغاء الدراسة والاكتفاء باستخدام مكوك الفضاء لنقل الحمولات المدارية.

كان هناك فرق كبير في الحمولة بين قدرة صاروخ ساتورن 1B على الوصول إلى مدار أرضي منخفض تبلغ 21,000 كيلوغرام (46,000 رطل) وقدرة صاروخ ساتورن 5 على الوصول إلى مدار أرضي منخفض تبلغ 140,000 كيلوغرام (310,000 رطل) . في منتصف ستينيات القرن الماضي، بدأ مركز مارشال لرحلات الفضاء التابع لناسا (MSFC) عدة دراسات لتوسيع قدرات عائلة صواريخ ساتورن. حددت ناسا مدارًا أرضيًا منخفضًا على ارتفاع 185 كيلومترًا (100 ميل بحري ) وميل مداري 28 درجة لحسابات الحمولة، ودرست الدراسات عددًا من تكوينات مركبات الإطلاق المعدلة (MLV) القائمة على مركبات الإطلاق ساتورن 1B وساتورن 5، بالإضافة إلى مركبات إطلاق الحمولة المتوسطة (INT) القائمة على مراحل ساتورن 5 المعدلة ( MS-IC و MS-II و MS-IVB ). كانت مارتن ماريتا (الشركة المصنعة لصواريخ أطلس وتيتان )، وبوينغ (الشركة المصنعة للمراحل الأولى من S-IC )، ونورث أمريكان أفييشن (الشركة المصنعة للمرحلة الثانية من S-II) ثلاثًا من الشركات التي قدمت ردودًا.   

رأت شركة نورث أمريكان أن أفضل طريقة لسد الفجوة هي استخدام المرحلة الثانية من صاروخ ساتورن 5، وهي المرحلة S-II، كمرحلة أولى لمركبة إطلاق متوسطة المدى. وكانت الفكرة الأساسية لصاروخ ساتورن 2 هي توفير المال عن طريق إيقاف إنتاج صاروخ ساتورن IB، واستبداله بمركبات إطلاق مبنية بالكامل من مكونات ساتورن 5 الحالية. وهذا من شأنه أن يسمح بإغلاق خطوط إنتاج قسم الفضاء في شركة كرايسلر للمرحلة الأولى S-IB ، وأن يتيح تكاملاً أكثر كفاءة لأنظمة الصواريخ.

كان صاروخ ساتورن 2 في الأساس صاروخ ساتورن 5، بدون المرحلة الأولى S-IC التي صنعتها شركة بوينغ. أصبحت المرحلة الثانية S-II من ساتورن 5 هي المرحلة الأولى، بينما أصبحت المرحلة الثانية S-IVB-200 غير القابلة لإعادة التشغيل، والمستخدمة في ساتورن 1B، هي المرحلة الثانية. لم يكن بإمكان هذا الصاروخ الطيران دون تعديل، لأن المرحلة S-II صُممت للعمل في شبه فراغ الفضاء على ارتفاعات عالية. أدى كبح الدفع الجوي إلى تقليل قوة دفع محركات روكيتداين J-2 الخمسة في الفراغ من 1,000,000 رطل (4,400 كيلو نيوتن) إلى 546,500 رطل (2,431 كيلو نيوتن) عند مستوى سطح البحر، ^{[ 2 ]} وهي قوة غير كافية لرفع وزن المرحلتين البالغ 1,364,900 رطل (619,100 كيلوغرام) عن الأرض، حتى بدون حمولة. تطلّب ذلك إما إعادة تجهيز المرحلة S-II بمحركات ذات قوة دفع أعلى، أو تعزيزها بمعززات صاروخية تعمل بالوقود الصلب، أو كليهما. ومن المتغيرات التصميمية الأخرى كمية حمولة الوقود الكاملة التي تبلغ 1,005,500 رطل (456,100 كجم) والمحمولة في المرحلة S-II، و 241,300 رطل (109,500 كجم) في المرحلة S-IVB.     

قبل أن يتم وضع أي نسخة في مرحلة الإنتاج، تم إيقاف العمل على جميع متغيرات ساتورن لصالح إطلاق جميع الحمولات المستقبلية من مكوك الفضاء.

كان صاروخ ساتورن INT-17 أول نسخة من صاروخ ساتورن 2 قيد الدراسة. استبدل هذا الصاروخ محركات المرحلة الأولى الخمسة من طراز J-2 بسبعة محركات من طراز HG-3-SL ذات قوة دفع أعلى ، مما وفر قوة دفع عند مستوى سطح البحر تبلغ 1,334,000 رطل (5,930 كيلو نيوتن) . وكان يستهلك حمولة مخفّضة من وقود المرحلة الأولى (S-II) تبلغ 986,000 رطل (447,000 كجم) في 200 ثانية. بلغت قدرة حمولة الصاروخ في المدار الأرضي المنخفض 92,000 رطل (42,000 كجم) بوزن إجمالي قدره 1,112,000 رطل (504,000 كجم) . سمح انخفاض الحمولة بتوفير 660 رطل (300 كجم) من الوزن الهيكلي، كما أن الاستغناء عن خاصية إعادة تشغيل المرحلة الرابعة (S-IVB) وفّر 1,500 رطل (700 كجم) . ^{[ 3 ]}      

تم التخلي عن هذا التصميم عندما تبين أن صاروخ HG-3-SL لا يستطيع منافسة صاروخ J-2 من حيث الأداء العام والموثوقية والفعالية من حيث التكلفة. ^{[ 3 ]} وقد استلزم ذلك إضافة مراحل معززة لتوفير قوة دفع أكبر عند الإقلاع.

كان من المقرر أن يستخدم صاروخ ساتورن INT-18 المرحلة S-II القياسية بمحركات J-2، معززة باثنين أو أربعة من معززات تيتان الصلبة . وتم النظر في استخدام معززات UA1204 وUA1207، مع أعلى قدرة دفع إجمالية باستخدام أربعة معززات UA1207، قادرة على وضع حمولة تزن 66,000 كيلوغرام (146,000 رطل) في مدار أرضي منخفض. درس المصممون تغيير كمية الوقود المحملة في الصاروخ، وما إذا كان سيتم إشعال المرحلة S-II على الأرض، أو الإطلاق باستخدام الوقود الصلب، وبدء تشغيل المرحلة الرئيسية أثناء الطيران. وقد تم حذف المرحلة S-IVB من نسختين. 

تمت دراسة التكوينات التالية: ^{[ 4 ]}

كان من المفترض أن يستخدم صاروخ ساتورن INT-19 معززات وقود صلبة أصغر حجمًا، مشتقة من المرحلة الأولى لصاروخ مينيوتمان، لتعزيز قوة دفع المرحلة S-II. دُرست إحدى عشرة تركيبة، باستخدام ما بين أربعة واثني عشر معززًا، بعضها يبدأ تشغيله عند الإطلاق، وبعضها الآخر أثناء الطيران، مع اختلاف كميات الوقود في مراحل ساتورن. كان من المقرر تعديل المرحلة S-II بإعادة تجهيز محركات J-2-SL بفوهات ذات نسبة تمدد منخفضة ، لزيادة قوة الدفع عند مستوى سطح البحر إلى 174,400 رطل (776 كيلو نيوتن) لكل محرك. أما التركيبة ذات أعلى قوة دفع إجمالية فكانت ستستخدم اثني عشر معززًا، ثمانية منها يبدأ تشغيلها عند الإطلاق، وأربعة بعد انفصال المجموعة الأولى. وكان من الممكن أن يكون قادرًا على حمل حمولة تزن 75,400 رطل (34,200 كيلوغرام) . ^{[ 1 ]}  

تمت دراسة التكوينات التالية: ^{[ 5 ]}

• برنامج تطبيقات أبولو
• زحل INT-20
• زحل INT-21