¿Por qué el carenado del escenario del Saturno V pareció quemarse después de la separación?

Del Diario de vuelo anotado del Apolo 8 , en las notas posteriores a la marca de las 2:36, vemos que la separación entre etapas ocurre mucho después de que los motores J-2 en la segunda etapa están funcionando:

Si, en la puesta en escena, la interetapa permaneciera con el S-IC, existe el peligro de que cualquier ligera rotación de la enorme primera etapa provoque contacto entre esta y las campanas del motor en el S-II. Por lo tanto, se hace un corte directamente sobre el S-IC usando una carga explosiva moldeada. Esto deja la interetapa unida al S-II. Sin embargo, el anillo impone una penalización masiva significativa en la segunda etapa. Tanto es así que es un aborto obligatorio si la interetapa no se separa. También se deja caer 30 segundos después de la primera separación. Esto da tiempo para que los motores de la segunda etapa establezcan una aceleración suave con una rotación mínima. [Los motores J-2 arrancan menos de un segundo después de la separación de la primera etapa.]

Entonces, en el momento en que la interetapa se desvanece, los motores J-2 funcionan a toda velocidad. El escape de hidrógeno-oxígeno en el vacío es esencialmente claro: en su mayoría es vapor de agua, por lo que no es obvio que estén funcionando, pero lo están.

A medida que el anillo [entre etapas] ingresa a los gases de escape supercalientes, brilla con furia, presumiblemente a medida que se vaporiza su capa de pintura.

Los motores de cohetes de hidrógeno funcionan con mucho combustible, por lo que no habría mucho oxígeno libre en la corriente de escape para quemar cosas. Sin embargo, cualquier pintura, cableado u otro material en el interior de la etapa intermedia se calentaría y desgasificaría rápidamente, y presumiblemente esa mezcla de gas ardería con una llama amarilla.

La quema parece ser después del incendio de los 5 motores J-2 en la segunda etapa. Cada J-2 tiene alrededor de 230 KLbs de empuje para más de un millón de libras de empuje agregado.

CUALQUIER COSA expuesta a 1 millón de libras de empuje LOX/LH es muy probable que se queme. Sin duda, pasaron algo de oxígeno e hidrógeno a través de los motores para preenfriarlos antes de encenderlos (como lo hace el SSME, como la mayoría de los motores), por lo que probablemente hubo un entorno local sin vacío durante un corto período de tiempo.

Algo así como la ventilación de hidrógeno de un Delta-4 Heavy para el preacondicionamiento del motor cuelga lo suficiente como para prender fuego al exterior. Solo que con menos oxígeno en el caso del Saturno V.

Además, creo que está viendo pequeños motores de estilo vacío que se encienden para forzar una caída en la etapa intermedia para un reingreso más destructivo. Wikipedia dice que eran cohetes sólidos:

Ocho pequeños motores de separación de combustible sólido respaldaron al S-IC desde la etapa intermedia a una altitud de aproximadamente 67 kilómetros (42 millas).

Supongo que se debe principalmente al bombeo criogénico, los propulsores criogénicos en la licuefacción y la solidificación de los gases atmosféricos entre etapas, entre los cuales el oxígeno, debido a que las temperaturas del propulsor de hidrógeno líquido son lo suficientemente bajas como para licuar el aire atmosférico en contacto cuando Saturno V todavía estaba en la plataforma de lanzamiento. (pero con combustible), por lo que todo el anillo entre etapas se aferró a él y proporcionó oxidante para el exceso de hidrógeno (mezcla baja de oxidante y combustible) en el escape de la etapa superior. Observe los trozos de hielo que caen de la etapa intermedia (y de la etapa superior) al separarse.

Primero veamos de qué estamos hablando aquí. De la hoja de datos de la segunda etapa de Saturno V (PDF):

entre etapas

La etapa intermedia, fabricada en la planta de Tulsa de NAA, es una estructura semimonocasco. Semimonocasco significa que la piel tiene un marco interno mínimo. La interestatal tiene un poco más de 18 pies de altura y 33 pies de diámetro. La estructura tiene marcos de soporte circunferenciales internos y secciones de sombrero externas colocadas verticalmente para proporcionar rigidez estructural.

Después del agotamiento de la primera etapa y la separación inicial, se disparan ocho motores de cohete conectados equidistantemente alrededor de la etapa intermedia durante aproximadamente 4 segundos. Estos motores, llamados motores de vacío (un antiguo término cervecero que se refiere a la zona gaseosa en un tanque por encima del líquido), proporcionan una aceleración positiva y, por lo tanto, presión para forzar a los propulsores de la etapa a entrar en las líneas de alimentación de los motores J-2. Esto se llama la maniobra de ullage. La etapa intermedia se separa de la segunda etapa aproximadamente 30 segundos después de separarse de la primera etapa. La separación en dos pasos de la interetapa se denomina separación en dos planos.

Esto significa que la quemadura que ve después de la separación entre etapas no puede deberse a los motores vacíos, porque se encienden para proporcionar aceleración a los propulsores de la segunda etapa antes de la separación entre etapas y el video al que se vincula muestra que el motor de la segunda etapa ya ha sido encendido. Además, los motores de vacío disparan externamente a la etapa intermedia, y el video muestra claramente la quema también dentro del anillo entre etapas, quizás más que la quemadura externa. La etapa intermedia de la segunda etapa también separó los tanques LOX de la primera etapa y la segunda etapa del Saturn V, por lo que la etapa intermedia proporciona una ruta de fuga para el LOX.oxidante criogénico, y parte de él se derretiría al entrar en contacto con la etapa intermedia y formaría trozos de hielo, mezclando el oxidante criogénico filtrado, el aire atmosférico y el gas nitrógeno utilizado para purgar el exceso de gases en la etapa intermedia. Debido a la purga de nitrógeno, no habría mucho y, de hecho, no hay como se ve en el video, pero claramente hay algo.

En pocas palabras, la etapa intermedia trajo consigo trozos de hielo de la atmósfera de la Tierra que facilitaron la quema con su oxígeno donde realmente no lo esperaría, una vez que comenzaron a desgasificarse debido a la sublimación en el vacío duro y al calor del escape de la etapa superior. Parte del oxígeno requerido también podría haber sido proporcionado por la pintura blanca de dióxido de titanio en la etapa intermedia misma, con oxígeno liberado de ellos a las temperaturas del escape de la etapa superior, o materiales de aislamiento térmico utilizados en el lado interior y empapados en propulsores criogénicos ( ingestión criogénica de propulsores filtrados mezclados con nitrógeno utilizado para purgarlos de la etapa intermedia) incendiándose.

Analizo el criobombeo y la crioingestión con más detalle en mi respuesta a ¿Por qué el tanque LOX del transbordador estaba encima del tanque LH2, ya que eso lo hace más pesado en la parte superior?