Bauarten
Im zweiten Halbjahr 1959 wurden verschiedene Möglichkeiten untersucht, wie eine neue, sehr starke Rakete zusammengesetzt sein könnte. Der Name Saturn stand dafür bereits fest.
Es gab drei prinzipielle Möglichkeiten, die mehr oder weniger auf existierenden Raketen basierten: Saturn A, Saturn B und Saturn C. Davon gab es noch acht Untertypen: A-1, A-2, B-1 und C-1 bis C-5. Das Entwicklungsteam entschied sich für die Variante C-5 und entwickelte parallel die Version C-1 weiter, die zwar nicht so leistungsfähig war, jedoch schneller zur Verfügung stehen würde. 1962 wurde entschieden, dass eine stärkere Version der C-1 benötigt werden würde, die C-1 B. 1963 wurde das C aus den Bezeichnungen gestrichen und die drei Raketen in Saturn I, Saturn IB und Saturn V umbenannt.
Das bekannteste und größte Mitglied der Familie, die Saturn V, wurde für die Mondlandungen benutzt und ist gleichzeitig eine der größten und stärksten Raketen, die je eingesetzt wurden. Sie bestand aus drei Stufen und trug an der Spitze das Apollo-Raumschiff, bestehend aus Mondlandefähre, Service- und Kommandomodul sowie der Apollo-Rettungsrakete (LES).
Innerhalb der Saturn-Raketenfamilie baute jeweils das nächstgrößere Modell auf der bereits für die Vorgängerversion entwickelten Technik auf und ersetzte einzelne Komponenten durch leistungsfähigere.
Saturn I
Die Saturn I war das Grundmodell, das ursprünglich nur für Testflüge entwickelt wurde. Um Zeit und Entwicklungskosten zu sparen, bestand ihre erste Stufe (S-I genannt) im Zentrum aus einem Tank mit dem Durchmesser einer Jupiter-Rakete, der von acht Tanks umgeben wurde, die den Durchmesser von Redstone-Raketen hatten. Beide Raketentypen waren in den Jahren zuvor von Wernher von Braun für die US Army entwickelt worden. Der zentrale Tank wurde mit Sauerstoff befüllt, die ihn umgebenden Tanks mit geringerem Durchmesser jeweils abwechselnd mit Sauerstoff und der Kerosinart namens RP-1 (Rocket Propellant). Am unteren Ende der ersten Stufe befanden sich sehr große Stabilisierungsflossen. Die Stufe verwendete acht H-1-Triebwerke.
Die zweite Stufe (S-IV) war eine komplette Neuentwicklung. Erstmals wurde die hochenergetische, aber schwierig zu beherrschende Treibstoffkombination Wasserstoff/Sauerstoff (LH2/LOX) verwendet. Wie dies bei heutigen Raketen üblich ist, wurden die beiden Tanks durch einen gut isolierten Zwischenboden getrennt. Die Stufe verwendete das für die Centaur-Oberstufe der Atlas-Centaur vorgesehene Triebwerk RL-10, weil das ursprünglich vorgesehene große J-2-Wasserstoff/Sauerstoff-Triebwerk noch in Entwicklung war. Wegen ihrer im Vergleich zur Centaur enormen Größe verwendete die S-IV-Stufe sechs RL-10 anstatt nur zwei wie bei der damals geplanten Centaur.
Zuerst wurde die erste Stufe nur mit Attrappen der zweiten Stufe im Flug getestet, danach die ganze Rakete. Wider alle Erwartungen waren alle Flüge der Saturn I erfolgreich, so dass es bei den letzten Testflügen an der Rakete nichts mehr zu testen gab. Die letzten Flüge wurden daher als erste Testflüge der Apollo-Raumschiffe (ohne Servicemodule) sowie zum Transport der Pegasus-Satelliten in die Erdumlaufbahn genutzt. Dabei wurde das Apollo-Raumschiff oberhalb des Transportraumes der Pegasus-Satelliten montiert.
Die Saturn I konnte bis zu 9 t Nutzlast in eine niedrige Erdumlaufbahn von 185 km Höhe und 28° Bahnneigung bringen. Bei einem Transport zum Mond wären maximal 2,2 t Nutzlast möglich gewesen.
Saturn IB
Die Saturn IB diente der Erprobung entweder des kompletten Apollo-Raumschiffs oder der Mondlandefähre in der Erdumlaufbahn. Dabei wurden die meisten Testflüge unbemannt durchgeführt. Aufgrund der zu geringen Nutzlastkapazität konnte mit der Saturn IB das Apollo-Raumschiff nicht zusammen mit der Mondlandefähre gestartet werden.
Die erste Stufe der Saturn IB (S-IB) war weitgehend mit der S-I-Erststufe der Saturn I identisch, jedoch hatte sich gezeigt, dass die sehr großen und schweren Stabilisierungsflossen überdimensioniert waren, weshalb sie durch kleinere und leichtere ersetzt wurden, um das Leergewicht der Stufe zu senken. Außerdem verwendete sie eine überarbeitete und stärkere Version der H-1-Triebwerke.
Die zweite Stufe (S-IVB) war eine stark modifizierte Version der S-IV-Zweitstufe der Saturn I. Sie wurde mit einer zusätzlichen Isolierung der Tanks als dritte Stufe der Saturn V verwendet. Der Durchmesser der Stufe stieg von 5,58 m bei der Saturn I auf 6,6 m bei der Saturn IB an. Außerdem war sie wesentlich länger, so dass sich der Treibstoffvorrat stark vergrößerte. Jetzt stand auch das neue, wesentlich stärkere J-2-Wasserstoff/Sauerstoff-Triebwerk zur Verfügung, von dem in jeder S-IVB-Stufe nur eines verwendet wurde.
Nach dem Abschluss des Apollo-Mondprogramms transportierte die Saturn IB noch drei Mal Astronauten zur Raumstation Skylab und startete ein Apollo-Raumschiff mit einem speziellen Kopplungsadapter für das Apollo-Sojus-Projekt.
