S-IVB
S-IVB（英語発音ではエス・フォー・ビー）は、アメリカ合衆国が推進したアポロ計画において重要な役割を担ったロケットの構成要素です。具体的には、月への有人飛行に使用された大型ロケット、サターンVの第三段、そして地球周回軌道での試験飛行などに用いられたサターンIBの第二段として活用されました。この段はダグラス社によって製造され、単基の強力なJ-2ロケットエンジンを搭載していました。
月飛行ミッションにおいては、S-IVBは非常に重要な役割を果たしました。一度目はロケット全体を地球周回軌道に乗せるために噴射を行い、その後、宇宙空間で待機します。そして、月から地球へ帰還する軌道に乗るために、二度目の噴射を行う、という運用が行われました。この複数回のエンジン点火能力が、月飛行を実現する上で不可欠でした。
S-IVBの開発は、先行するサターンIロケットの第二段、S-IVを改良・発展させる形で行われました。当初、液体水素を燃料とするS-IVは、計画段階にあったC-4型ロケットの第四段としての利用が想定されていたため、「S-IV」と名付けられました。製造契約を巡っては、1960年2月末の期限までに11社が応募し、激しい競争となりました。最終的に、同年4月19日、NASAの事務官であったT.キース・グレナン氏の決定により、ダグラス社が製造担当に選ばれました。有力な対抗馬であったコンベア社は、既に液体水素ロケットであるセントールを開発していたため、グレナン氏は液体水素燃料ロケット市場が一社に独占されることを避けるべきだと判断したのです。
有人月飛行用ロケットの設計が具体化する中で、マーシャル宇宙飛行センターは、S-IVBを採用した三段式ロケット案、C-5（後のサターンV）を最終的に選択しました。これは、S-IVの改良型であるS-IVBが、S-IVが採用を予定していたRL-10エンジン6基ではなく、より強力なJ-2エンジン1基を搭載するという設計変更がなされたことによります。ダグラス社がS-IVとS-IVBの製造契約を連続して獲得できたのは、両者に共通点があったことも一因とされています。この時、サターンVの開発と並行して、アポロ宇宙船の地球周回軌道上での試験飛行を行うために、S-IVBを第二段として使用する、一回り小型のC-IB（後のサターンIB）ロケットの開発も決定されました。
ダグラス社はS-IVBに関して、用途に応じた二つの異なるモデルを製造しました。サターンIBで使用された「200型」と、サターンVで使用された「500型」です。主な違いは以下の通りです：
接続リング: 500型はサターンVの第二段S-IIとの直径の違いを接続するためにスカート状のリングが必要でしたが、200型にはこれがありませんでした。
ヘリウム量: 200型は宇宙空間での再点火が不要だったため、タンクを加圧するヘリウムの搭載量が削減されていました。
固体燃料ロケット: 発射時に第一段から機体を分離させるための固体燃料ロケットは、200型が3基搭載していたのに対し、500型は2基でした。
微少推力発生装置: 500型には、無重力状態で燃料をタンク底部に押しつけることで、再点火を確実にするための微少推力発生装置が装備されていましたが、200型にはこれがありませんでした。
S-IVBは、約73,280リットル（約87,200kg）の液体酸素と、約252,750リットル（約18,000kg）の液体水素を搭載することが可能でした。特筆すべき技術的特徴として、その液体水素タンクには極めて珍しい「内部」断熱材が採用されていました。スペースシャトルの外部燃料タンクや日本のH-IIロケット、そしてコンベア社のセントールロケットなど、多くの液体水素ロケットがタンクの外面に断熱材を張り付けているのに対し、S-IVBではタンクの内側に断熱材が内張りされていたのです。
製造を委託されたダグラス社は、一般的な外面張り方式に対していくつかの懸念を抱いていました。
S-IVBの断熱材はグラスファイバーとポリウレタンの複合材で作られていました。この内部断熱構造のおかげで、アルミニウム製タンクと断熱材の間には、より温度変化が少ない環境が保たれ、既存の接着剤を使用することが可能となったのです。
アポロ計画以外でも、S-IVBは活用されました。例えば、スカイラブ計画では、未使用のS-IVB機体がアメリカ初の宇宙ステーションへと改造されました。また、アポロ13号から17号にかけては、月の内部構造を探る地震実験のために、ヒューストンの管制センターの指示により、役目を終えたS-IVBが月面に意図的に激突させられ、人工的な月震が発生させられました。
後にNASAが計画した次期大型ロケットであるアレスIの第二段「地球脱出ロケット（Earth Departure Stage, EDS）」は、いくつかの点でS-IVBの特徴を受け継いでいました。両者ともにJ-2エンジン（EDSは改良型のJ-2X）を使用する点や、500型と同様に、まず地球周回軌道に乗るための一回目の噴射を行い、その後宇宙空間で月遷移軌道に乗るための二回目の噴射を行うという運用コンセプトは、S-IVBの設計思想が引き継がれていることを示しています。
なお、アポロ12号のS-IVBは、一時的に小惑星J002E3として誤認されたことがあります。また、2000 SG344と呼ばれる小惑星も、S-IVBの一部である可能性が指摘されています。
月飛行ミッションにおいては、S-IVBは非常に重要な役割を果たしました。一度目はロケット全体を地球周回軌道に乗せるために噴射を行い、その後、宇宙空間で待機します。そして、月から地球へ帰還する軌道に乗るために、二度目の噴射を行う、という運用が行われました。この複数回のエンジン点火能力が、月飛行を実現する上で不可欠でした。
S-IVBの開発は、先行するサターンIロケットの第二段、S-IVを改良・発展させる形で行われました。当初、液体水素を燃料とするS-IVは、計画段階にあったC-4型ロケットの第四段としての利用が想定されていたため、「S-IV」と名付けられました。製造契約を巡っては、1960年2月末の期限までに11社が応募し、激しい競争となりました。最終的に、同年4月19日、NASAの事務官であったT.キース・グレナン氏の決定により、ダグラス社が製造担当に選ばれました。有力な対抗馬であったコンベア社は、既に液体水素ロケットであるセントールを開発していたため、グレナン氏は液体水素燃料ロケット市場が一社に独占されることを避けるべきだと判断したのです。
有人月飛行用ロケットの設計が具体化する中で、マーシャル宇宙飛行センターは、S-IVBを採用した三段式ロケット案、C-5（後のサターンV）を最終的に選択しました。これは、S-IVの改良型であるS-IVBが、S-IVが採用を予定していたRL-10エンジン6基ではなく、より強力なJ-2エンジン1基を搭載するという設計変更がなされたことによります。ダグラス社がS-IVとS-IVBの製造契約を連続して獲得できたのは、両者に共通点があったことも一因とされています。この時、サターンVの開発と並行して、アポロ宇宙船の地球周回軌道上での試験飛行を行うために、S-IVBを第二段として使用する、一回り小型のC-IB（後のサターンIB）ロケットの開発も決定されました。
ダグラス社はS-IVBに関して、用途に応じた二つの異なるモデルを製造しました。サターンIBで使用された「200型」と、サターンVで使用された「500型」です。主な違いは以下の通りです：
接続リング: 500型はサターンVの第二段S-IIとの直径の違いを接続するためにスカート状のリングが必要でしたが、200型にはこれがありませんでした。
ヘリウム量: 200型は宇宙空間での再点火が不要だったため、タンクを加圧するヘリウムの搭載量が削減されていました。
固体燃料ロケット: 発射時に第一段から機体を分離させるための固体燃料ロケットは、200型が3基搭載していたのに対し、500型は2基でした。
微少推力発生装置: 500型には、無重力状態で燃料をタンク底部に押しつけることで、再点火を確実にするための微少推力発生装置が装備されていましたが、200型にはこれがありませんでした。
S-IVBは、約73,280リットル（約87,200kg）の液体酸素と、約252,750リットル（約18,000kg）の液体水素を搭載することが可能でした。特筆すべき技術的特徴として、その液体水素タンクには極めて珍しい「内部」断熱材が採用されていました。スペースシャトルの外部燃料タンクや日本のH-IIロケット、そしてコンベア社のセントールロケットなど、多くの液体水素ロケットがタンクの外面に断熱材を張り付けているのに対し、S-IVBではタンクの内側に断熱材が内張りされていたのです。
製造を委託されたダグラス社は、一般的な外面張り方式に対していくつかの懸念を抱いていました。
- - アルミニウム製タンクが極低温と常温の繰り返しによる熱応力で変形する可能性。
- - 極低温環境下での接着剤の信頼性の問題。
- - 脆い発泡断熱材が運搬や振動などで損傷する恐れ（これは後にコロンビア号事故で現実のものとなりました）。
- - 断熱材の隙間に空気が入り込み、極低温で液化してしまう恐れ（サターンVの第二段S-IIでは、初期型はヘリウムパージ、後期型はスプレー式断熱材で対処していました）。
S-IVBの断熱材はグラスファイバーとポリウレタンの複合材で作られていました。この内部断熱構造のおかげで、アルミニウム製タンクと断熱材の間には、より温度変化が少ない環境が保たれ、既存の接着剤を使用することが可能となったのです。
アポロ計画以外でも、S-IVBは活用されました。例えば、スカイラブ計画では、未使用のS-IVB機体がアメリカ初の宇宙ステーションへと改造されました。また、アポロ13号から17号にかけては、月の内部構造を探る地震実験のために、ヒューストンの管制センターの指示により、役目を終えたS-IVBが月面に意図的に激突させられ、人工的な月震が発生させられました。
後にNASAが計画した次期大型ロケットであるアレスIの第二段「地球脱出ロケット（Earth Departure Stage, EDS）」は、いくつかの点でS-IVBの特徴を受け継いでいました。両者ともにJ-2エンジン（EDSは改良型のJ-2X）を使用する点や、500型と同様に、まず地球周回軌道に乗るための一回目の噴射を行い、その後宇宙空間で月遷移軌道に乗るための二回目の噴射を行うという運用コンセプトは、S-IVBの設計思想が引き継がれていることを示しています。
なお、アポロ12号のS-IVBは、一時的に小惑星J002E3として誤認されたことがあります。また、2000 SG344と呼ばれる小惑星も、S-IVBの一部である可能性が指摘されています。
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