F-1 (rakettimoottori)

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Tämä artikkeli käsittelee rakettimoottoria F-1. Saman muista merkityksistä katso F-1.

F-1 on Rocketdyneen kehittämä Saturn V -kantoraketin ensimmäisessä vaiheessa käytetty rakettimoottori. F-1 on toistaiseksi kaikkein voimakkain nestemäistä polttoainetta käyttävä rakettimoottori.[1] Kiinteää polttoainetta käyttäen saadaan tätäkin voimakkaampia työntövoimia. (Space Shuttle Solid Rocket Booster, työntövoima 12,45 MN).

Historia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Wernher von Braun seisoo viiden Saturn V:n ensimmäisen vaiheen (S-IC) F-1:n vieressä

Rocketdyne kehitti F-1:n alun perin vuonna vuonna 1955 täyttämään Yhdysvaltain ilmavoimien vaatimukset. Tuloksena oli kaksi rakettimoottoria, E-1 ja paljon suurempi F-1. E-1 testattiin onnistuneesti mutta se todettiin pian tekniseksi umpikujaksi ja hylättiin suuremman ja voimakkaamman F-1 eduksi. Ilmavoimat pysäytti F-1:n kehittämisen, koska sillä ei lopulta ollut tarvetta senlaiselle suurelle moottorille. Vasta perustettu NASA kuitenkin tarvitsi vastaavaa suurta moottoria ja teki Rocketdynen kanssa sopimuksen sen kehittämiseen jatkamisesta.

Varhaisimmat testipoltot F-1 -komponenteillä tehtiin jo 1957 ja ensimmäinen koepenkkitesti kokonaisella F-1:llä maaliskuussa 1959.

Seitsemän vuoden aikana testit paljastivat vakavan ongelman palamisen vakaudessa, mikä joskus johti vakaviin epäonnistumisiin. [2] Edistyminen ongelman ratkaisussa oli aluksi hidasta, koska ongelma oli ajoittaista ja ennustamatonta. Lopulta insinöörit kehittivät menetelmän, jossa polton aikana pieniä räjähdepanoksia polttokammiossa räjäyttämällä voitiin määrittää, miten palaminen reagoi paineen vaihteluihin. Tämän jälkeen suunnittelijat pystyivät nopeasti tutkimaan eri polttoaine-suutinkonstruktioiden vaikutuksia palamisen vakauteen ja löytämään stabiileimman. Nämä ongelmat kestivät 1959–1961. Lopulta moottorin palaminen saatiin niin vakaaksi, että se vaimensi keinotekoisesti luodun epästabiilisuuden noin sekunnin kymmenyksessä.

F-1 käytti 1,8 tonnia nestemäistä happea (LOX) ja 0,9 tonnia RP-1:ä (kerosiini), synnyttäen 6,7 meganewtonia työntövoimaa. Saturn V:n viiden F-1:n ajoaineen kokonaistilavuusvirta oli 13552 litraa sekunnissa. Yhdessä F-1 -moottorissa oli enemmän työntövoimaa kuin kolmessa Avaruussukkulan päämoottorissa yhteensä.

Eräässä Nova-ehdotelmassa oli kahdeksan F-1 -moottoria ensimmäisessä vaiheessa. Lukuisia ehdotelmia on tehty 1970-luvulta alkaen F-1:tä vastaavan suuren moottorin tekemiseksi, mutta yksikään ei ole edennyt alkua pidemmälle.

Alkuperäiset F-1:n tekniset tiedot[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

F-1 rocket engine.jpg
  Työntövoima (meren pinnan taso)  – 6,7 MN  
  Paloaika  – 150 s  
  Ominaisimpulssi  –  260 s (2.55 kN·s/kg)  
  Moottorin kuivamassa  –  8 353 kg  
  Korkeus  –  5,6 m  
  Halkaisija  –  3,7 m  
  Laajennussuhde:   –  16 : 1  
  Ajoaine  –  LOX & RP-1  
  Seossuhde  –  2.27  
  Valmistaja  –  NAA / Rocketdyne  
  Käyttökohteet  –  Saturn V:n ensimmäinen vaihe S-IC, jossa 5 F-1 moottoria  

Parannukset Apollo-ohjelman aikana[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

F-1:iä asennetaan testausta varten (1965)

F-1:n työntövoimaa ja hyötysuhdetta parannettiin Apollo 8 (SA-503) ja Apollo 17 (SA-512) lentojen välillä. Tämä oli tarpeen myöhemmissä lennoissa tarvittavan suuremman hyötykuormakapasiteetin vuoksi. Moottoreiden välillä oli pientä variaatiota lennoilla ja keskimääräisessä työntövoimassa lentojen välillä. Apollo 15:n F-1:t toimivat seuraavasti:

  • Työntövoima (keskimääräinen moottoria kohti meren pinnan tasolla): 6,909 MN
  • Paloaika: 159 s
  • Ominaisimpulssi: 264,72 s
  • Seossuhde: 2,2674
  • S-IC kokonaistyöntövoima lähdössä (meren pinnan tasolla): 34,55 MN

Varsinaisiin mittauksiin perustuen Apollo 15 lähtötyöntövoima oli 34,8 MN, keskimäärin 6,962 MN per moottori, mikä on huomattavasti enemmän kuin nimellisarvo

F-1:n myöhempi kehitys[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

SaturnF1EngineDiagram.png

Rocketdyne kehitti moottoria edelleen 1960-luvulla saaden aikaan F-1A -moottorin. Ulkoisesti hyvin samanlainen kuin F-1 F-1A oli kevyempi mutta silti merkittävästi voimakkaampi, 9,1 MN verrattuna F-1:n 6,7 MN:iin ja sitä olisi käytetty uusissä Saturn V raketeissa Apollon jälkeisenä aikana. Saturn V:n tuotanto lopetettiin kuitenkin jo ennen Apollo-ohjelman loppua eikä yksikään F-1A -moottori koskaan lentänyt.

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Aiheeesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]