Saturn V Saturn INT-21

Die Saturn INT-21 war eine der Zwischenkonfigurationen, die für die Saturn V im Rahmen des Apollo Applications Program untersucht wurden: die erste Stufe S-IC und die zweite Stufe S-II behalten und die dritte Stufe S-IVB weglassen. Ohne diese Stufe war das Fahrzeug ohne Nutzlast 98,5 m hoch und hatte einen Durchmesser von 10,06 m, eine Startmasse von 2.916.080 kg und war für 115.900 kg in den niedrigen Erdorbit ausgelegt. Die S-IC behielt ihre fünf Rocketdyne-F-1-Triebwerke, die etwa 150 Sekunden lang RP-1 und Flüssigsauerstoff verbrannten; die S-II behielt ihre fünf J-2-Triebwerke mit Flüssigwasserstoff und Flüssigsauerstoff für etwa 360 Sekunden.

Die dritte Stufe wegzulassen bedeutete mehr, als sie im Hangar zu lassen. Bei der Saturn V saß die Instrument Unit, der Ring, der das gesamte Fahrzeug lenkte, auf der S-IVB; deshalb versetzten die von der NASA finanzierten Studien sie auf die Spitze der S-II. Die zweite Stufe sollte außerdem ein einfaches Lageregelungssystem für den Einsatz nach dem Abschalten ihrer fünf J-2-Triebwerke erhalten: Mit der Instrument Unit am Steuer und den kryogenen Resttreibstoffen ordnungsgemäß abgelassen konnte die ausgebrannte Stufe nach Abgabe ihrer Nutzlast zu einem Wiedereintritt über dem Pazifik gelenkt werden. Die Konfiguration war für weitere Flüge des Apollo Applications Program und für den Start anderer amerikanischer Raumstationen vorgesehen, darunter Skylab B.

Diese Änderungen waren im Budget nicht vorgesehen und ließen sich nur schwer in den Skylab-Zeitplan einfügen; deshalb war die einzige zweistufige Saturn V, die tatsächlich flog, die SA-513, nicht die INT-21 in der untersuchten Form. Ihre Nutzlast, die Orbitalwerkstatt Skylab, war aus einer S-IVB-Stufe gebaut worden, und die Instrument Unit (IU-513) blieb dort, wo sie schon war, auf dieser umgebauten Stufe im Nutzlaststapel. Die zweite Stufe S-II-13 wurde für die Mission modifiziert, überwiegend mit nicht schuberzeugenden Entlüftungssystemen, um kryogene Resttreibstoffe und Helium-Druckgas abzulassen, Abstand zur Werkstatt zu halten und ein Zerbrechen im Orbit zu vermeiden; nach Abgabe ihrer Nutzlast hatte sie jedoch keine Möglichkeit der Steuerung mehr. Die Werkstatt wurde am 29. September 1972 im Vehicle Assembly Building auf die S-II-13 gestapelt. Die erste Stufe war die S-IC-13, während die für die SA-513 gebaute S-IVB nie flog und heute Teil der zusammengesetzten Saturn V ist, die im Johnson Space Center ausgestellt wird.

Die SA-513, ein Fahrzeug von 2.856 Tonnen und die letzte Saturn V, die flog, hob am 14. Mai 1973 um 13:30:00 EDT von Rampe 39A im Kennedy Space Center ab. Sie startete mit einem Azimut von 90 Grad und pendelte sich nach einem bei 12,2 Sekunden begonnenen Rollmanöver auf einen Flugazimut von 40,88 Grad ein. Die S-IC arbeitete nahe an der Vorhersage: Beim Abschalten der äußeren Triebwerke war sie 18,0 m/s schneller als nominal, vor allem wegen Rückenwind und eines höheren spezifischen Impulses. Die Probleme kamen von der Nutzlast. Trümmer vom Meteoroidenschutz der Werkstatt, der beim Aufstieg abgerissen wurde, beschädigten das System, das die hintere Zwischenstufe unterhalb der S-II abtrennen sollte (die lineare Hohlladung oder deren Abdeckung, laut Flugauswertungsbericht), sodass die Stufe ihre gesamte Brennphase mit noch angebrachter Zwischenstufe absolvierte, was Temperaturen und Drücke um ihren Schubkonus erhöhte. Ihr Antrieb arbeitete dennoch planmäßig weiter. Das mittlere J-2 wurde bei 314 Sekunden abgeschaltet, um die Beschleunigungslasten auf die Werkstatt und das Pogo-Risiko zu mindern, und die vier äußeren Triebwerke stoppten bei 589,0 Sekunden, in 442,1 km Höhe und bei 7.642 m/s. Die Einschussbedingungen wurden 0,64 s später als geplant erreicht, mit nominaler Höhe und einer Geschwindigkeit 0,6 m/s über dem Nominalwert, und zwei Sekunden nach Brennschluss trennte sich die Werkstatt in eine Umlaufbahn von 431,5 mal 433,8 km mit 50,03 Grad Neigung. Das Zünden der Bremsraketen der S-II riss eines der Solarpaneele der Werkstatt los.

Anders als bei früheren Flügen der Saturn V gelangte die zweite Stufe zusammen mit ihrer Nutzlast in die Umlaufbahn. Die unter 1973-27B katalogisierte S-II-13 ließ fast 18 Tonnen Resttreibstoff und Verbrauchsstoffe ab. Zwei Stunden nach dem Start befand sie sich in einer Umlaufbahn von 371,2 mal 432,4 km, wobei die Werkstatt ihr um drei Grad und 298 km hinterherflog, und die Flugauswertung kam zu dem Schluss, dass ein erneuter Kontakt mindestens acht Monate lang ausgeschlossen war. Mit noch angebrachter Zwischenstufe und ohne Möglichkeit, sie hinabzulenken, verglühte die 45 Tonnen schwere Stufe am 11. Januar 1975 nach 606 Tagen im All und stürzte ohne Schaden anzurichten in den Indischen Ozean. Genau diesen unkontrollierten Wiedereintritt sollten die INT-21-Studien vermeiden.