Warum schien die Bühnenverkleidung des Saturn V nach der Trennung zu brennen?

Aus dem kommentierten Apollo 8 Flight Journal sehen wir in den Notizen nach der 2:36-Marke, dass die Trennung zwischen den Stufen erfolgt, lange nachdem die J-2-Triebwerke auf der zweiten Stufe laufen:

Wenn die Zwischenstufe beim Staging beim S-IC bleiben würde, besteht die Gefahr, dass jede leichte Drehung der massiven ersten Stufe zu einem Kontakt zwischen ihr und den Triebwerksglocken des S-II führen würde. Dazu wird mit einer Hohlladung direkt über dem S-IC ein Schnitt gemacht. Dadurch bleibt die Zwischenstufe mit dem S-II verbunden. Der Ring erlegt der zweiten Stufe jedoch einen erheblichen Massennachteil auf. So sehr, dass es ein obligatorischer Abbruch ist, wenn sich die Zwischenstufe nicht trennt. Auch sie wird 30 Sekunden nach der ersten Trennung fallen gelassen. Dies gibt den Triebwerken der zweiten Stufe Zeit, um eine gleichmäßige Beschleunigung mit minimaler Drehung herzustellen. [Die J-2-Triebwerke starten weniger als eine Sekunde nach der Trennung der ersten Stufe.]

Wenn also die Zwischenstufe wegfällt, laufen die J-2-Triebwerke auf Hochtouren. Wasserstoff-Sauerstoff-Auspuff im Vakuum ist im Wesentlichen klar – es ist hauptsächlich Wasserdampf, also ist es nicht offensichtlich, dass sie laufen, aber sie sind es.

Wenn der [Zwischenstufen-]Ring in die superheißen Abgase eintritt, glüht er wütend, vermutlich weil seine Lackschicht verdampft.

Wasserstoffraketentriebwerke laufen treibstoffreich, sodass im Abgasstrom nicht viel freier Sauerstoff vorhanden wäre, mit dem man Dinge verbrennen könnte. Jede Farbe, Verkabelung oder anderes Material auf der Innenseite der Zwischenstufe würde sich jedoch schnell erhitzen und ausgasen, und vermutlich verbrennt dieses Gasgemisch mit einer gelben Flamme.

Das Brennen scheint nach den 5 J-2-Triebwerken auf der zweiten Stufe Feuer zu sein. Jeder J-2 hat ungefähr 230 KB Schub für weit über eine Million Pfund Schubaggregat.

ALLES, was 1 Million Pfund LOX/LH-Schub ausgesetzt ist, wird sehr wahrscheinlich brennen. Zweifellos haben sie etwas Sauerstoff und Wasserstoff durch die Motoren geleitet, um sie vor dem Zünden vorzukühlen (wie es die SSME tut, wie die meisten Motoren), sodass wahrscheinlich für kurze Zeit eine lokale Nicht-Vakuumumgebung vorhanden war.

Ähnlich wie die Wasserstoffentlüftung eines Delta-4 Heavy für die Motorvorkonditionierung genug herumhängt, um die Außenseite in Brand zu setzen. Nur mit weniger Sauerstoff im Saturn V-Gehäuse.

Außerdem denke ich, dass Sie kleine Motoren im Freiraumstil sehen, die feuern, um einen Sturz auf die Zwischenbühne für einen zerstörerischeren Wiedereintritt zu erzwingen. Wikipedia sagt, es seien Feststoffraketen:

Acht kleine Feststofftrennmotoren unterstützten den S-IC von der Zwischenstufe in einer Höhe von etwa 67 Kilometern (42 Meilen).

Meine Vermutung ist, dass dies hauptsächlich auf kryopumpende, kryogene Treibmittel in der Zwischenstufe zurückzuführen ist, die atmosphärische Gase verflüssigen und verfestigen, darunter Sauerstoff, da die Temperaturen des Treibmittels für flüssigen Wasserstoff niedrig genug sind, um atmosphärische Luft bei Kontakt zu verflüssigen, als Saturn V noch auf der Startrampe war (aber betankt), also hielt der gesamte Zwischenstufenring daran fest und lieferte Oxidationsmittel für den überschüssigen Wasserstoff (Mischung aus niedrigem Oxidationsmittel und Kraftstoff) im Abgas der oberen Stufe. Beachten Sie, dass Eisbrocken bei der Trennung von der Zwischenstufe (und der oberen Stufe) fallen.

Lassen Sie uns zunächst sehen, wovon wir hier sprechen. Aus dem Datenblatt der zweiten Stufe von Saturn V (PDF):

Zwischenstufe

Die im NAA-Werk in Tulsa hergestellte Zwischenstufe ist eine Semimonocoque-Struktur. Semimonocoque bedeutet, dass die Haut ein Minimum an innerem Gerüst aufweist. Die Zwischenbühne ist etwas über 18 Fuß hoch und hat einen Durchmesser von 33 Fuß. Die Struktur hat innere umlaufende Stützrahmen und äußere Hutabschnitte, die vertikal positioniert sind, um strukturelle Steifigkeit bereitzustellen.

Nach dem Ausbrennen der ersten Stufe und der anfänglichen Trennung werden acht Raketenmotoren, die in gleichen Abständen um die Zwischenstufe angebracht sind, etwa 4 Sekunden lang gezündet. Diese Motoren, die als Freiraummotoren bezeichnet werden (ein alter Begriff der Brauer, der sich auf die gasförmige Zone in einem Tank über der Flüssigkeit bezieht), sorgen für eine positive Beschleunigung und damit für Druck, um die Treibmittel der Stufe in die Zuleitungen zu den J-2-Motoren zu zwingen. Dies wird als Leerraummanöver bezeichnet. Die Zwischenstufe wird ungefähr 30 Sekunden nach der Trennung von der ersten Stufe von der zweiten Stufe getrennt. Die zweistufige Trennung der Zwischenstufe wird Zweiebenentrennung genannt.

Dies bedeutet, dass die Verbrennung, die Sie nach der Trennung zwischen den Stufen sehen, nicht von den Freiraummotoren stammen kann, da sie gezündet werden, um die Treibmittel der zweiten Stufe vor der Trennung zwischen den Stufen zu beschleunigen, und das Video, auf das Sie verlinken, zeigt, dass der Motor der zweiten Stufe dies bereits getan hat gezündet worden. Außerdem zünden die Freiraummotoren außerhalb der Zwischenstufe, und das Video zeigt deutlich das Brennen auch innerhalb des Zwischenstufenrings, vielleicht mehr als das Brennen außerhalb davon. Die Zwischenstufe der zweiten Stufe trennte auch die LOX-Tanks der ersten Stufe des Saturn V und der zweiten Stufe, so dass die Zwischenstufe einen Leckpfad für das LOX bereitstelltkryogenes Oxidationsmittel, und ein Teil davon würde bei Kontakt mit der Zwischenstufe matschig werden und Eisklumpen bilden, wodurch ausgetretenes kryogenes Oxidationsmittel, atmosphärische Luft und Stickstoffgas vermischt werden, das zum Spülen der überschüssigen Gase in der Zwischenstufe verwendet wird. Aufgrund der Stickstoffspülung wäre nicht viel davon vorhanden, und zwar nicht wie im Video zu sehen, aber einiges ist eindeutig vorhanden.

Kurz gesagt, die Zwischenstufe brachte Eisbrocken der Erdatmosphäre mit sich, die das Verbrennen mit ihrem Sauerstoff dort erleichterten, wo man es nicht wirklich erwarten würde, als sie aufgrund von Sublimation im Hochvakuum und Hitze aus dem Auspuff der oberen Stufe auszugasen begannen. Ein Teil des erforderlichen Sauerstoffs könnte auch durch die weiße Titandioxidfarbe auf der Zwischenstufe selbst bereitgestellt worden sein, aus der bei den Temperaturen des Abgases der oberen Stufe Sauerstoff freigesetzt wurde, oder durch Wärmeisoliermaterialien, die auf der Innenseite verwendet und mit kryogenen Treibmitteln getränkt wurden ( Kryoaufnahme von ausgetretenen Treibstoffen gemischt mit Stickstoff, der zum Spülen aus der Zwischenstufe verwendet wird), Feuer fangen.

Ich gehe ausführlicher auf Kryopumpen und Kryoeinnahme in meiner Antwort auf Warum war der LOX-Tank des Shuttles auf dem LH2-Tank, da es dadurch kopflastiger wird?