Stages to Saturn (Roger E. Bilstein): Saturn V roketinin teknik tarihi

Stages to Saturn: A Technological History of the Apollo/Saturn Launch Vehicles (Satürn'e Kademeler: Apollo/Saturn Fırlatma Araçlarının Teknolojik Tarihi), Apollo astronotlarını Ay'a götüren Saturn roket ailesinin nasıl tasarlandığını, üretildiğini, sınandığını ve uçurulduğunu anlatan NASA tarihidir. Tarihçi Roger E. Bilstein'ın kaleme aldığı kitap, 1980'de NASA Tarih Dizisi'nde SP-4206 numarasıyla yayımlandı. İlk baskısı 511 sayfadır. Kitap, Wernher von Braun'a (1912-1977) ve Saturn'ü yapan kadın ve erkeklere ithaf edilmiştir. ABD hükümeti yayını olduğu için NASA tam metni kendi sitesinde ücretsiz PDF olarak sunuyor.

Kitap ne anlatıyor?

Apollo denince akla genellikle astronotlar, Ay'a iniş ve Houston'daki görev kontrol odası gelir. Bilstein bilerek başka bir yere bakar: roketin kendisine. Önsözde belirttiği gibi fırlatma aracı bir Ay görevinin yalnızca ilk birkaç dakikasında sahnededir, ama o birkaç dakikanın arkasında yıllar süren araştırma, geliştirme ve deneme vardır. Kitap bu "gösterişsiz" işin, yani cıvatanın, kaynağın, yakıt deposunun ve test tezgâhının öyküsüdür.

Yazarın sorduğu iki temel soru şunlardır: Saturn'ler nasıl yapıldı ve nasıl çalıştı? Bilstein, teknik kılavuzların zamanla kaybolacağını ve programda çalışan insanların bir gün aramızdan ayrılacağını düşünerek kitabı gelecek kuşaklar için yazdığını söyler. Bu yüzden anlatım yer yer bir mühendislik el kitabına yaklaşır; yazar da bunun farkındadır.

Kitap yalnızca dev Saturn V'i değil, ondan önce gelen ve çoğu zaman unutulan Saturn I ile Saturn IB'yi de ele alır. Bilstein, Apollo'nun sabit bir takvime bağlı olduğu için mümkün olan her yerde var olan donanımın kullanıldığını, ama ölçek büyüdükçe en sıradan parçanın bile yeni sorunlar doğurduğunu gösterir. Metin yedi kısma ve on üç bölüme ayrılır: kökenler, Saturn'ün yapı taşları, motorlar, Saturn V'in kademeleri, yönetim ve lojistik, uçuşlar ve son olarak programın mirası. Sonda kademe şemaları, fırlatma sırası, uçuş geçmişi, bütçe ve yüklenici listeleri gibi ekler yer alır.

Kitabın özeti

Bu bölüm kitabın sonunu da anlatır.

Kökenler (1. bölüm): Kitap, Apollo 11'i taşıyan AS-506 roketinin 20 Mayıs 1969'da Araç Montaj Binası'ndan çıkışı ve 16 Temmuz 1969 sabahı fırlatılışıyla açılır. Bu sahne, okura Saturn V'in üç kademesini ve terimlerini tanıtmak için kullanılır. Ardından roketçiliğin kısa bir tarihine geçilir: Robert Goddard, Alman roket öncüleri ve savaş sonrası füze programları.

Yapı taşları (2-3. bölümler): Saturn, von Braun ekibinin ordu bünyesindeki ABMA'da (Ordu Balistik Füze Ajansı) Juno V adıyla tasarladığı kümelenmiş motorlu bir roketten doğar. Ekip 1960'ta NASA'ya geçer; Huntsville'deki tesis 15 Mart 1960 tarihli başkanlık kararıyla George C. Marshall Uzay Uçuş Merkezi olur ve 8 Eylül'de Başkan Eisenhower'ın katıldığı törenle açılır. Bu kısımda Ay'a hangi yöntemle gidileceği tartışması da özetlenir: Langley mühendisi John Houbolt'un savunduğu Ay yörüngesinde buluşma yöntemi, sonunda Ay görevinin biçimini belirler.

Motorlar (4-5. bölümler): Kitabın en teknik kısmıdır. Kerosen yakan H-1 ve F-1 ile sıvı hidrojen yakan RL-10 ve J-2 motorlarının gelişimi anlatılır. F-1'deki yanma kararsızlığı sorunu ayrıntılı işlenir: 28 Haziran 1962'de bir motor bu yüzden tamamen kaybedilir, Marshall ve Rocketdyne bu sorun için ayrı ayrı özel kurullar oluşturur ve mühendisler yanma odasında küçük patlayıcılar ateşleyerek motorun bozulan yanmayı toparlayıp toparlayamadığını sınar. Bölmeli yeni bir püskürtücü tasarımı bulmak on iki ay sürer.

Saturn V'in inşası (6-8. bölümler): S-IVB, S-II ve S-IC kademelerinin üretimi, dev sıvı hidrojen depolarının yalıtımı ve roketi yöneten alet biriminin bilgisayarlı denetim sistemleri anlatılır.

İnsanlar ve makineler (9-10. bölümler): Binlerce şirketi ve kurumu bir arada tutan yönetim düzeni ile kademelerin ülke içinde mavnalar ve özel kargo uçaklarıyla taşınması.

Adım adım (11-12. bölümler): On Saturn I uçuşu kümelenmiş motor fikrini kanıtlar. George Mueller'in "hepsi bir arada" (all-up) deneme anlayışı, ilk Saturn V'in üç kademesinin daha ilk uçuşta birlikte denenmesini sağlar; AS-501 9 Kasım 1967'de başarıyla uçar. 4 Nisan 1968'deki ikinci uçuş ise boyuna titreşim (pogo) ve ikinci kademede iki motorun durmasıyla sarsıcı geçer. Sorunlar çözülür ve üçüncü Saturn V, 1968 Noelinde Frank Borman'ın ekibini Ay'ın çevresine götürür. Bölüm Apollo 11 ve sonraki Ay görevleriyle kapanır.

Miras (13. bölüm): Saturn'ün Ay sonrası işleri anlatılır: bir S-IVB kademesinden dönüştürülen Skylab uzay istasyonu ve son Saturn fırlatması olan 1975 Apollo-Soyuz uçuşu. Kitap, Huntsville'in roketle değişen yüzü ve Saturn'den kalan teknik birikimle biter.

Yazar ve yazıldığı dönem

Kitabın teşekkür bölümüne göre Saturn tarih projesi Huntsville'deki Alabama Üniversitesi ile yapılan bir sözleşmeyle başladı; belgeler daha sonra Houston'daki Johnson Uzay Merkezi'ne taşındı ve Bilstein yazımı Houston Üniversitesi'nin Clear Lake kampüsünde ders verirken tamamladı. Önsözü Haziran 1979'da Houston'da imzalamıştır. Yazar, çalışma boyunca yorumlarında tamamen özgür bırakıldığını, kendisine yalnızca bir "şirket tarihi" yazmış görünmemesi yönünde uyarı yapıldığını belirtir.

Bilstein, NASA'nın tarihçi James M. Grimwood'a özellikle teşekkür eder. Grimwood, Mercury ve Apollo tarihlerinin de ortak yazarıdır: Mercury için This New Ocean, Apollo uzay araçları için Chariots for Apollo. Bilstein'ın önsözde andığı iki kardeş kitaptan biri, Apollo komuta, servis ve Ay modüllerini anlatan bu ikincisidir; diğeri Kennedy'deki fırlatma tesislerini anlatan Moonport'tur. Böylece Stages to Saturn, NASA'nın Apollo tarihleri dizisinde roket ayağını tamamlar.

Kitabın önsözünü Marshall Uzay Uçuş Merkezi direktörü William R. Lucas yazmıştır. Lucas, Saturn'ü Panama Kanalı ve Manhattan Projesi gibi dev girişimlerle karşılaştırır ve programın başarı oranını vurgular: Lucas'a göre program yöneticileri ilk on Saturn I'in yarısının başarısız olmasını beklediklerini açıkça söylemişlerdi; oysa ne Saturn I'lerden, ne Saturn IB'lerden, ne de Saturn V'lerden biri başarısız oldu ve toplam 32 Saturn fırlatması yapıldı. Kitap yazıldığında Uzay Mekiği henüz uçmamıştı; Bilstein bu yüzden Saturn V'in türünün belki ilk ve son örneği olacağını düşünüyordu.

Kitaptaki bilim

Kitabın açılış bölümü, roket biliminin en temel fikirlerinden birini sade biçimde açıklar: kademelendirme. Tek kademeli bir Ay roketi, boşalan dev depolarını da yörüngeye kadar taşımak zorunda kalırdı ve bu ölü ağırlık taşınabilecek yükü ciddi biçimde azaltırdı. Çok kademeli tasarımda yakıtı biten kademe atılır; geride kalan araç hem daha hafiftir hem de alttaki kademenin kazandırdığı hızın üzerine ekleme yapar. Üst kademelerde ayrıca daha yüksek enerjili yakıtlar kullanılabilir.

Kitabın verdiği rakamlara göre Saturn V'in birinci kademesi S-IC, her biri 6.672.000 newton itki üreten beş F-1 motoruyla toplam 33.360.000 newton itki üretiyordu (newton, kuvvet birimidir). Kerosen türü RP-1 yakıtı ve sıvı oksijeni yalnızca iki buçuk dakikada yakan kademe, roketi yaklaşık 61 kilometre yükseklikte saatte yaklaşık 9700 kilometre hıza çıkarıyordu. Sıvı hidrojen yakan ikinci kademe yaklaşık altı dakika çalışıp 184 kilometreye ve saatte 24.620 kilometreye ulaşıyor, tek J-2 motorlu üçüncü kademe ise Apollo 11'de 113.400 kilogramlık yükü 190 kilometrelik yörüngeye yerleştiriyordu. F-1 bugün de tek yanma odalı en güçlü sıvı yakıtlı roket motoru olarak bilinir.

Kitap iki önemli mühendislik sorununu da iyi açıklar. Birincisi yanma kararsızlığı: büyük bir yanma odasında basınç dalgaları kendi kendini besleyerek büyüyebilir ve motoru saniyeler içinde parçalayabilir. İkincisi pogo etkisi: NASA'nın ekibine göre F-1 motorları yaklaşık 5,5 hertzlik doğal bir titreşim üretiyordu; roketin gövdesi ise uçuşun 125. saniyesi civarında 5,25 hertz dolayında titreşiyordu. İki frekans birbirine yaklaşınca titreşim bütün araca yayılıyor ve özellikle tepedeki uzay aracını sarsıyordu. Çözüm, motorlara giden sıvı oksijen hatlarına basınçlı gazla çalışan sönümleyiciler koyarak bu frekansları birbirinden uzaklaştırmak oldu. Bu iki öykü, rezonans ve akışkanlar dinamiğinin fizik kitaplarındaki soyut bir konu olmaktan çıkıp bir Ay programının takvimini nasıl belirleyebildiğini gösterir.

Kitap uzay bilimiyle doğrudan değil, Ay'a giden yolu açan mühendislik üzerinden bağ kurar. Ay'ın neden ancak bu ölçekte bir roketle ulaşılabilir olduğunu anlamak isteyen okur, Apollo görevlerinin genel çerçevesi için Ay'a yolculuklar sayfamıza da bakabilir.

Etkisi ve bugünkü yeri

Stages to Saturn, Saturn roket ailesinin teknik tarihi denince başvurulan temel kaynaklardan biridir. NASA kitabı 1996'da yeniden bastı; Florida Üniversitesi Yayınları da kitabı daha sonra yeniden yayımladı. Kitabın değeri, olayların sıcağında yapılmış görüşmelere, yüklenici belgelerine ve bugün çoğu dağılmış iç raporlara dayanmasından gelir.

Bilstein'ın Saturn V'in benzerinin bir daha yapılmayabileceği öngörüsü ise zamanla yalnızca kısmen doğru çıktı. NASA'nın yeni Ay roketi SLS, ilk uçuşunu Kasım 2022'de insansız Artemis I göreviyle yaptı ve Nisan 2026'da Artemis II ekibini Ay'ın çevresine götürdü. SLS, Saturn V'den sonra insanları alçak Dünya yörüngesinin ötesine taşıyan ikinci fırlatma aracı oldu. Bu yüzden kitap, bugün Ay'a dönüş tartışmalarını izleyen okur için de bir karşılaştırma zemini sunuyor.

Ödüller ve uyarlamalar

Doğrulanabilir bir edebiyat ödülü kaydına rastlanmadı. Kitabın doğrudan bir film ya da dizi uyarlaması yoktur. Saturn V'in uçuşlarını görüntülerle izlemek isteyenler için arşiv görüntülerinden oluşan Apollo 11 belgeseli iyi bir tamamlayıcıdır.

Kimlere uygun, nereden başlanır?

• Roket ve mühendislik meraklıları: Motorlar ve Saturn V'in kademeleri üzerine olan 4-8. bölümler kitabın kalbidir.
• Uzay tarihi okurları: 1. bölüm ile 11-12. bölümler, Saturn'ün doğuşunu ve uçuşlarını okunaklı bir anlatıyla verir; teknik ayrıntıya girmeden de takip edilebilir.
• Yönetim ve büyük projelerle ilgilenenler: 9. ve 10. bölümler binlerce yüklenicinin nasıl eşgüdümlendiğini anlatır.

Kitap İngilizcedir ve doğrulanabilir bir Türkçe baskısı yoktur. Apollo'yu bütün yönleriyle okumak isteyenler için iyi bir sıra şöyle olabilir: önce Apollo'yu yapanların kendi kaleminden çıkan Apollo Expeditions to the Moon, ardından roket için Stages to Saturn, uzay araçları için Chariots for Apollo. Sovyet tarafının Ay yarışını merak edenler için Challenge to Apollo bu üçlünün doğal karşılığıdır. Saturn'ün mimarı için de Wernher von Braun sayfamıza bakabilirsiniz.