Saturn I

Les débuts de la famille de lanceurs Saturn sont antérieurs au programme Apollo et à la création de la NASA. Début 1957, le Département de la Défense (DOD) américain identifie un besoin pour un lanceur lourd permettant de placer en orbite des satellites de reconnaissance et de télécommunications allant jusqu'à 18 tonnes et des sondes spatiales interplanétaires d'une masse comprise entre 2,7 et 5,4 tonnes. Les lanceurs américains les plus puissants en cours de développement peuvent tout au plus lancer 1,5 tonne en orbite basse car ils dérivent de missiles balistiques beaucoup plus légers que leurs homologues soviétiques. En leur ajoutant des étages supérieurs utilisant des ergols performants (oxygène/hydrogène), la charge utile peut atteindre au plus 4,5 tonnes. Mais ces lanceurs ne seront pas près avant 1959 et leur version avec étage supérieur performant avant 1961 ou 1962. Or le DOD estime que le besoin est urgent et qu'il faut donc développer une nouvelle famille de lanceurs lourd en imposant un calendrier très serré[1].

À l'époque, Wernher von Braun et son équipe d'ingénieurs, venus comme lui d'Allemagne, travaillent à la mise au point des missiles balistiques à courte portée Redstone et Jupiter au sein de l'Army Ballistic Missile Agency (ABMA), service de l'Armée de Terre situé à Huntsville (Alabama). En novembre 1957, le Département de la Défense (DOD) a décidé de confier à l'Armée de l'Air le développement des missiles balistiques intercontinentaux, et von Braun, qui guignait ce projet, a décidé en conséquence de se tourner vers le développement de lanceurs spatiaux lourds répondant au besoin de lanceur lourd du DOD. L'équipage de l'ABMA décide de travailler sur un projet de lanceur propulsé par un moteur unique de 450 tonnes de poussée en cours d'étude chez Rocketdyne à la demande de l'Armée de l'Air. Mais la date de mise au point de ce moteur-fusée (le futur F-1 propulsant la fusée Saturn V) est trop éloignée dans le temps pour répondre au besoin urgent du DoD et de toute façon sa poussée est inférieure aux 680 tonnes exigées pour répondre au besoin. Rocketdyne étudie également un moteur baptisé E-1 (en) dont la poussée est de 160-170 tonnes et l'ABMA évalue un premier étage propulsé par quatre moteurs de ce type. Sans avoir adopté un moteur précis, von Braun est désormais certain que le premier étage sera propulsé par plusieurs moteurs-fusées et il fait une réponse à l'appel d'offres de la DoD dans ce sens. Mais cette proposition reste à l'état de papier. Tout s'accélère fin 1957 et début 1958 avec le lancement de Spoutnik 1 qui, en lançant la course à l'espace entre Union soviétique et États-Unis, va mobiliser les dirigeants américains sur la question spatiale et la réorganisation du Département de la Défense qui aboutit à la création de l'Agence des projets de recherche avancée (ARPA) qui va permettre d'optimiser les procédures administratives et budgétaires[2].

Après avoir renoncé à recourir au moteur-fusée E-1 dont la mise au point est trop tardive, von Braun propose d'utiliser une version dérivée du moteur-fusée propulsant les missiles Jupiter. La fusée, qui est baptisée Super-Jupiter comporte un premier étage, constitué de 8 étages Redstone regroupés en fagot autour d'un étage Jupiter. Huit moteurs H-1 fournissent les 680 tonnes de poussée nécessaires pour lancer les satellites lourds. Le Département de la Défense, après examen de projets concurrents, se décide à financer en août 1958 le développement de ce nouveau premier étage rebaptisé Juno V puis finalement Saturn (en anglais la planète située au-delà de Jupiter). Le lanceur utilise, à la demande du DOD, 8 moteurs-fusées H-1, simple évolution du propulseur utilisé sur la fusée Jupiter, ce qui doit permettre une mise en service rapide.

Durant l'été 1958, la NASA, l'agence spatiale civile américaine qui vient d'être créée, identifie le lanceur comme un composant clé de son programme spatial. Mais début 1959, le Département de la Défense décide d'arrêter ce programme coûteux dont les objectifs sont désormais couverts par d'autres lanceurs en développement. La NASA obtient le transfert du projet et des équipes de Wernher von Braun fin 1959. Cette affectation est effective au printemps 1960 et la nouvelle entité de la NASA prend le nom de Centre de vol spatial Marshall (George C. Marshall Space Flight Center MSFC).

La question des étages supérieurs du lanceur était jusque-là restée en suspens : l'utilisation de composants existants trop peu puissants et d'un diamètre trop faible n'était pas satisfaisante. Fin 1959, un comité de la NASA travaille sur l'architecture des futurs lanceurs de la NASA : son animateur, Abe Silverstein, responsable du centre de recherche Lewis et partisan de la propulsion par le couple hydrogène/oxygène en cours d'expérimentation sur la fusée Atlas-Centaur, réussit à convaincre un Von Braun réticent d'en doter les étages supérieurs de la fusée Saturn. Le comité identifie dans son rapport final six configurations de lanceur de puissance croissante (codés A1 à C3) permettant de répondre aux objectifs de la NASA tout en permettant de procéder à une mise au point progressive du modèle le plus puissant[3].

Lorsque le président Kennedy accède au pouvoir début 1961, les configurations des versions plus puissantes du lanceur Saturn sont toujours en cours de discussion, reflétant l'incertitude sur les missions futures du lanceur. Toutefois, dès juillet 1960, Rocketdyne, sélectionné par la NASA, avait démarré les études sur le moteur J-2, retenu pour propulser les étages supérieurs grâce à plus de 105 tonnes de poussée obtenus en consommant hydrogène et oxygène. Le même motoriste travaillait depuis 1956, initialement à la demande de l'Armée de l'air, sur l'énorme moteur F-1 (690 tonnes de poussée) retenu pour le premier étage. Fin 1961, la configuration du lanceur lourd (C-5 futur Saturn V) est figée : le premier étage est propulsé par cinq F-1, le deuxième étage par cinq J-2 et le troisième par un J-2. L'énorme lanceur peut placer 113 tonnes en orbite basse et envoyer 41 tonnes vers la Lune. Deux modèles moins puissants doivent être utilisés durant la première phase du projet :

• la C-1 (ou Saturn I), utilisée pour tester des maquettes des vaisseaux Apollo, est constituée d'un premier étage propulsé par huit moteurs H-1 couronné d'un second étage propulsé par six RL-10 ;
• la C-1B (ou Saturn IB), chargée de qualifier les vaisseaux Apollo sur l'orbite terrestre, est constituée du 1^er étage de la S-1 couronné du troisième étage de la C-5[4].

L'étage S-I long de 24,44 mètres a une diamètre de 6,53 mètres (12,43 mètres avrec les ailerons). Sa masse au décollage est de 460,85 tonnes et sa masse à sec (sans ergols) est de 46,72 tonnes. Il est propulsé par huit moteurs-fusées H-1 alimentés par les ergols stockés dans neuf réservoirs. Huit de ces réservoirs provenant du missile Redstone sont agencés autour du réservoir d'un missile Jupiter rempli d'oxygène liquide : 4 d'entre eux contiennent de l'oxygène liquide, quatre autres du kérosène. Les quatre moteurs externes peuvent être orientés pour mieux guider la fusée[5] .

Le deuxième étage S-IV, construit par Douglas Aircraft est long de 12,62 mètres a une diamètre de 5,57 mètres. Sa masse au décollage est de 51,709 tonnes et sa masse à sec (sans ergols est de 5,896 tonnes. Il est propulsé par six moteurs-fusées RL-10 A-3 d'une poussée unitaire dans le vide de 66,7 kiloNewtons. Ces moteurs mis au point pour l'étage Centaur en cours de développement sont les premiers à utiliser le mélange hydrogène/oxygène particulièrement performant mais difficile à mettre en œuvre. Bien que développés pour l'étage Centaur, ils volent pour la première fois sur la fusée Saturn I[5].

• (en) Robert E. Bilstein, Stages to Saturn a technological history of Apollo/Saturn Launch vehicles, University Press of Florida, 1980 (ISBN 0-16-048909-1, lire en ligne)
• (en) Dennis R. Jenkins et Roger D Launius, To reach the high frontier : a history of U.S. launch vehicles, The university press of Kentucky, 2002 (ISBN 978-0-8131-2245-8)
• (en) J.D. Hunley, US Space-launch vehicle technology : Viking to space shuttle, University press of Florida, 2008, 453 p. (ISBN 978-0-8130-3178-1)

• Saturn La famille de lanceurs Saturn.
• Saturn IB Version dérivée de Saturn I
• Saturn V l'aboutissement de la famille Saturn
• RL-10
• H-1
• Programme Apollo Programme spatial principal utilisateur de la famille des lanceurs Saturn

• (de) Page du site de Bernd Leitenberger consacrée à la fusée Saturn I
• (en) Encyclopédie en ligne Astronautix Article Saturn I