Saturn V Saturn INT-21

La Saturn INT-21 fut l'une des configurations intermédiaires étudiées pour la Saturn V dans le cadre de l'Apollo Applications Program : conserver le premier étage S-IC et le deuxième étage S-II, et supprimer le troisième étage S-IVB. Sans cet étage, le véhicule mesurait 98,5 m de haut sans charge utile pour 10,06 m de diamètre, avait une masse au décollage de 2 916 080 kg et était donné pour 115 900 kg en orbite terrestre basse. Le S-IC gardait ses cinq moteurs Rocketdyne F-1 brûlant du RP-1 et de l'oxygène liquide pendant environ 150 secondes ; le S-II gardait ses cinq moteurs J-2 à l'hydrogène liquide et à l'oxygène liquide pendant environ 360 secondes.

Supprimer le troisième étage ne se résumait pas à le laisser au hangar. Sur la Saturn V, l'Instrument Unit, l'anneau qui guidait tout le véhicule, reposait au sommet du S-IVB ; les études financées par la NASA la déplaçaient donc au sommet du S-II. Le deuxième étage devait aussi recevoir un système simple de contrôle d'attitude à utiliser après l'extinction de ses cinq moteurs J-2 : avec l'Instrument Unit aux commandes et les ergols cryogéniques résiduels correctement évacués, l'étage épuisé pourrait alors être dirigé vers une rentrée au-dessus de l'océan Pacifique une fois sa charge utile livrée. La configuration était destinée à d'autres vols de l'Apollo Applications Program et au lancement d'autres stations spatiales américaines, dont Skylab B.

Ces modifications n'étaient pas budgétées et ne pouvaient guère s'insérer dans le calendrier de Skylab ; la seule Saturn V à deux étages qui ait volé, la SA-513, ne fut donc pas l'INT-21 telle qu'étudiée. Sa charge utile, l'atelier orbital Skylab, avait été construite à partir d'un étage S-IVB, et l'Instrument Unit (IU-513) resta là où elle se trouvait déjà, au sommet de cet étage converti, à l'intérieur de l'empilement de la charge utile. Le deuxième étage S-II-13 fut modifié pour la mission, surtout avec des systèmes d'évacuation non propulsifs destinés à vidanger les ergols cryogéniques résiduels et l'hélium de pressurisation, à garder ses distances avec l'atelier et à éviter de se fragmenter en orbite ; mais une fois sa charge utile livrée, il n'avait plus aucun moyen de contrôle. L'atelier fut empilé sur le S-II-13 dans le Vehicle Assembly Building le 29 septembre 1972. Le premier étage était le S-IC-13, tandis que le S-IVB construit pour la SA-513 ne vola jamais et fait aujourd'hui partie de la Saturn V composite exposée au Johnson Space Center.

La SA-513, véhicule de 2 856 tonnes et dernière Saturn V à voler, décolla du Pad 39A du Kennedy Space Center à 13:30:00 EDT le 14 mai 1973. Elle partit sur un azimut de 90 degrés et, par une manœuvre de roulis commencée à 12,2 secondes, se stabilisa sur un azimut de vol de 40,88 degrés. Le S-IC se comporta presque comme prévu : à l'extinction des moteurs périphériques, il était 18,0 m/s plus rapide que le nominal, principalement en raison d'un vent arrière et d'une impulsion spécifique plus élevée. Le problème vint de la charge utile. Des débris du bouclier anti-météoroïdes de l'atelier, arraché pendant l'ascension, endommagèrent le système destiné à larguer l'interétage arrière sous le S-II (la charge creuse linéaire ou son capot, selon le rapport d'évaluation du vol), si bien que l'étage effectua toute sa combustion avec l'interétage encore en place, ce qui fit monter les températures et les pressions autour de son cône de poussée. Sa propulsion se poursuivit néanmoins comme prévu. Le J-2 central fut arrêté à 314 secondes pour atténuer les charges d'accélération sur l'atelier et le risque de pogo, et les quatre moteurs périphériques s'éteignirent à 589,0 secondes, à 442,1 km d'altitude et 7 642 m/s. Les conditions d'injection furent atteintes avec 0,64 s de retard sur l'horaire, à l'altitude nominale et à une vitesse supérieure de 0,6 m/s au nominal, et deux secondes après l'extinction l'atelier se sépara sur une orbite de 431,5 par 433,8 km inclinée de 50,03 degrés. La mise à feu des rétrofusées du S-II arracha l'un des panneaux solaires de l'atelier.

Contrairement aux vols précédents de la Saturn V, le deuxième étage fut placé en orbite avec sa charge utile. Catalogué sous la désignation 1973-27B, le S-II-13 évacua près de 18 tonnes d'ergols résiduels et de consommables. Deux heures après le lancement, il se trouvait sur une orbite de 371,2 par 432,4 km, l'atelier le suivant de trois degrés, à 298 km derrière, et l'évaluation du vol conclut qu'un nouveau contact était exclu pendant au moins huit mois. Avec son interétage toujours en place et aucun moyen de le diriger vers le bas, l'étage de 45 tonnes retomba le 11 janvier 1975 après 606 jours dans l'espace et chuta dans l'océan Indien sans causer de dégâts. Cette rentrée incontrôlée était précisément ce que les études INT-21 avaient été conçues pour éviter.