サターンロケット

サターンロケット

サターンロケットは、アメリカ航空宇宙局（NASA）によって開発・運用された大型ロケットシリーズです。特に後期型のサターンVは、人類初の月面着陸を目指したアポロ計画における有人月ロケットとして広く知られています。ドイツ出身の著名なロケット技術者ヴェルナー・フォン・ブラウンらが開発を主導し、アポロ計画を通じて12名の宇宙飛行士を月へ送り出すという歴史的偉業を成し遂げました。当時の技術水準において、最も高速で、最も高価な開発プロジェクトであり、地球から最も遠い目的地へ到達した乗り物となりました。サターンという名称は、先行するロケットがジュピター（木星）と命名されていたことから、その次に位置する土星（サターン）にちなんで名付けられたとされています。サターンVは、アポロ計画の終了後もアメリカ初の宇宙ステーションであるスカイラブの打ち上げにも使用されました。現在、数機が組み立てられた状態で各地に展示保存されています。

開発の経緯

1961年5月、当時のジョン・F・ケネディ大統領による歴史的な演説を受け、NASAは1960年代末までに人類を月面へ到達させるという国家目標を担うことになりました。この目標達成のため、既存技術や部品供給の可能性から、ノヴァロケットとサターンロケットという二つの大型ロケット案が検討されました。比較の結果、サターンロケット案が採用されました。その理由は、主要な部材の多くを既存の施設で生産でき、空輸も比較的容易であったこと、そして新規の工場建設が最低限（提案された第1段用の一箇所のみ）で済む見込みだった点にあります。一方、ノヴァ案では主要な段の全てに新たな生産施設が必要であり、計画期間内に完成できるか不確実性が高かったのです。

ロケットの設計としては、最も強力かつ多様なミッションに対応可能な性能を持つと評価されたサターンC-5（後のサターンV）が選定されました。当時は具体的な月探査ミッション方式が確定していなかったため、将来的な要求に対応できるよう、最大の能力を持つ設計が選ばれたのです。結果として、この判断は賢明だったことが証明されます。最終的に月軌道ランデブー方式が採用され、初期想定より必要とされる打ち上げ能力は低下しましたが、サターンVの持つ余剰能力は、開発中に発生した宇宙船各部の予想外の重量増加を吸収する上で非常に有効に機能しました。

ただし、この選定時点では、サターンC-5の全3段は設計図上の存在に過ぎませんでした。実機の開発・試験よりも、アポロ計画で使用する月探査機の方が先行して開発・試験される可能性すらあったため、NASAは既に存在するレッドストーンやジュピターロケットの燃料タンク技術を応用した第1段と、開発が進められていた上段ロケットを組み合わせたC-1（後のサターンI）を、サターンV開発のための技術実証・試験機として並行開発することを決定しました。これにより、S-IV第2段（後のサターンIの第2段）の技術実証に加え、アポロ宇宙船のカプセルや他の重要コンポーネントの低軌道での実地試験が可能となったのです。

主要モデル

サターンI

サターンシリーズにおける最初の実用モデルです。当初計画されたC1にあたり、日本のH-IIAロケットに匹敵する低軌道投入能力を備えていました。段階的な発展計画である「サターン計画」ではC1からC5まで想定されていましたが、開発期間とコスト効率化のためC2からC4までの計画は廃止され、C1（サターンI）から直接C5（サターンV）の開発へ移行することになりました。この過程で、本来C2以降で試験される予定だった高性能なJ-2エンジンを、サターンIの技術を発展させたサターンIBが搭載することになります。

サターンIB

サターンIの改良型として開発され、アポロ計画の初期段階において、主に司令船や機械船の地球周回軌道上での運用試験を行う目的で使用されました。2段式の液体燃料ロケットで、ヨーロッパのアリアンVロケットに匹敵する、約18トン級のペイロードを低軌道に投入可能な能力を持っていました。第1段にはケロシンと液体酸素を推進剤とするH-1エンジン8基がクラスター構成で搭載され、第2段には改良された液体水素/液体酸素エンジンJ-2が搭載されました。このJ-2エンジンは単に高性能なだけでなく、複数回の再着火が可能であるという特徴を持っています。その後のスカイラブ計画では、アポロ司令船・機械船を転用した宇宙船（スカイラブ2号から4号）を打ち上げるため、サターンV用の大型射点から使用できるよう、ロケット底部にアダプターを取り付けて打ち上げられました（通称「下駄」）。また、1975年のアポロ・ソユーズテスト計画において、ソ連のソユーズ19号とのドッキングに向かうアポロ宇宙船も、スカイラブ計画時と同様の方式でサターンIBにより打ち上げられました。

サターンV

アポロ計画において、月探査に必要な指令船、機械船、そして月着陸船（ルナーモジュール、LM）を月軌道へ輸送するために開発されたロケットであり、全長約110メートル、底部直径約10メートルに達する、当時としては史上最大級の巨大ロケットでした。構成は3段式の液体燃料ロケットで、第1段にはケロシン/液体酸素を推進剤とするF-1エンジンが5基、第2段には液体水素/液体酸素を推進剤とするJ-2エンジンが5基、第3段にはJ-2エンジンが1基搭載されていました。総重量の約93%が推進剤で占められており、文字通り推進剤の塊のような設計でした。さらに、第1段の5基のエンジンが生み出す合計出力は約1億6千万馬力に相当し、これは現在に至るまで人類が開発した単一のエンジンクラスターとしては最高出力の記録となっています。サターンVは、地球から約300kmの低軌道に最大120トンものペイロードを投入可能な、極めて高い能力を有しており、月面着陸という特定の目的のために特化して設計されたロケットと言えます。しかし、予算削減の影響でアポロ計画は当初予定されていた20号まで到達せず、17号をもって中止されたため、これにより余剰となったサターンVロケットやアポロ宇宙船の一部は、後のスカイラブ宇宙ステーションの打ち上げ（サターンINT-21として使用）や、ソ連との共同ミッションであるアポロ・ソユーズテスト計画に転用されました。

サターンII

サターンIIは、アポロ計画に使用されたサターンVを基に計画された使い捨て型ロケットですが、開発計画は立案段階に留まり、実際に製造・運用されることはありませんでした。この計画の主眼は、サターンVで開発された大型の部材を転用することで、サターンIBと同等の打ち上げ能力を持つロケットを開発し、サターンIB専用部品であるS-IB第1段の製造ラインを廃止することによるコスト削減と、全体のシステム効率化にありました。サターンIBの代替を目的としたため、アポロ宇宙船の地球周回軌道への打ち上げが可能なペイロード能力を持つことが想定されていました。設計案では、サターンVの第1段S-ICを取り外し、サターンVの第2段S-IIをロケット全体の第1段とし、サターンV（およびサターンIB）の第3段/第2段であるS-IVBを第2段とする2段式の構成が考えられていました。様々な派生型も検討されましたが、結局どれも実現には至らず、サターンシリーズ全体の生産は終了しました。その後の大型ペイロード打ち上げはスペースシャトルが担うことになります。

サターンシリーズの変遷と派生計画

サターンロケットシリーズの開発過程では、様々な段階的な改良や派生型の構想が生まれました。しかし、開発期間の短縮や計画の変更、予算制約などにより、その全てが実現したわけではありません。計画段階に留まった機種としては、サターンA-1、A-2、B-1、C-2、C-3、C-4、C-5N、C-8、サターンII、サターンVの多くの派生型（V-3, V-A, V-B, V-C, V-D, V ELV, V-Centaurなど）、サターンIBの派生型（IB-A, IB-B, IB-C, IB-CE, IB-D）、サターンMLV、サターン・シャトル、ジャービスなど、多岐にわたります。

最終的に運用されたサターンロケットの主な機種と打ち上げ実績は以下の通りです。

サターンI: 10機が打ち上げられ、サターンIB開発への技術的布石となりました。
サターンIB: 9機が打ち上げられたサターンIの改良型で、より強力なS-IB第1段とS-IVB第2段を備えます。アポロ計画初期の試験や、後のスカイラブ計画、アポロ・ソユーズテスト計画で有人宇宙船の打ち上げに用いられました。
サターンV: 12機が打ち上げられ、アポロ計画における有人月探査を実現した主役。人類を月へ送り届けました。
サターンINT-21: スカイラブ宇宙ステーション本体の打ち上げに使用されたサターンVの派生型です。

遺産

サターンロケットシリーズ、特にサターンVは、人類が他の天体への有人探査を初めて実現した歴史的な乗り物として、その名を宇宙開発史に刻んでいます。その巨大な機体や搭載されたエンジンは、当時の技術を結集した結晶であり、後のロケット開発にも大きな影響を与えました。現在、組み立てられた状態で保存されているサターンVの機体は、その偉業を今に伝える貴重な遺産となっています。

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