サターンロケットファミリーは、ヴェルナー・フォン・ブラウン率いるチームとペーネミュンデの 元従業員によって開発され、地球周回軌道およびそれ以降の軌道に大型ペイロードを打ち上げることを目的としていました。サターンロケットファミリーは、上段の燃料として液体水素を使用していました。当初は軍事衛星打ち上げ用として提案されましたが、アポロ月面計画の打ち上げ機として採用されました。中型ロケットのサターンI、大型ロケットのサターンIB、そして超大型ロケットのサターンVの3つのバージョンが製造され、打ち上げられました。

フォン・ブラウンは1958年10月に、ローマ神話の神々の強力な地位とジュピターシリーズの論理的な後継として、サターンという名前を提案した。 ^{[ 1 ]}

1963年、ジョン・F・ケネディ大統領は、スプートニク以来遅れをとっていたアメリカのロケット打ち上げ能力が、サターン1号（SA-5）の打ち上げによってソ連を追い抜くと予測した。彼が最後にこのことに言及したのは、暗殺される前日にサンアントニオのブルックス空軍基地で行った演説であった。 ^{[ 2 ] : 128}

現在までに、サターンV型ロケットはアポロ宇宙計画において、人類を低地球軌道より遠くへ輸送した唯一の打ち上げ機である。 1968年12月から1972年12月までの4年間で、合計24名の人類が月へ飛行した。サターンロケットが飛行中に壊滅的な故障を起こしたことはないが、^{[ 3 ]}アポロ1号の試験飛行中に発射台上で発生した事故では、乗組員モジュールで火災が発生し、全宇宙飛行士が焼死した。^{[ 4 ]}

ここでは、サターン ファミリーのすべてのロケットが、導入日順にリストされています。

1950年代初頭、アメリカ海軍と陸軍は、第二次世界大戦中に成功を収めたV-2ミサイルの開発に携わったドイツのロケット技術者の協力を得て、長距離ミサイルの開発を積極的に進めました。これらのミサイルには、海軍のバイキング、陸軍のコーポラル、ジュピター、レッドストーンなどが含まれます。一方、アメリカ空軍は、アトラスミサイルとタイタンミサイルを開発しましたが、これらはアメリカの技術者に大きく依存していました。

各軍種間の内紛は絶え間なく続き、米国国防総省（DoD）が開発資金の配分先を決定した。1956年11月26日、チャールズ・E・ウィルソン国防長官は、陸軍から射程200マイル（320キロメートル）以上の攻撃ミサイルを剥奪し、ジュピターミサイルを空軍に移管するという覚書を発布した。^{[ 5 ]}この時点から、空軍がミサイル開発の主役となり、特に宇宙打ち上げにも使用可能な二重用途ミサイルの開発が中心となった。^{[ 5 ]}

1956年後半、国防総省は、新しい種類の通信衛星および「その他」の衛星（スパイ衛星計画は極秘）を周回させるための大型ロケットの要件を発表しました。当時非公式だった高等研究計画局（ARPA）によって作成されたこの要件では、9,000～18,000kgの質量を軌道に投入するか、2,700～5,400kgを脱出速度まで加速できるロケットが求められていました。^{[ 6 ]}

ウィルソン覚書は兵器のみを対象としており、宇宙船は対象としていなかったため、陸軍弾道ミサイル局（ABMA）はこれを独自の大型ロケット計画の開発継続の手段と考えた。1957年4月、フォン・ブラウンは将来計画設計部門の責任者であるハインツ＝ヘルマン・ケレに、できるだけ早く建造できる専用の打ち上げ機の設計を研究するよう指示した。ケレは、最大で約1,400kgを軌道に乗せられるが、新型の高エネルギー上段により4,500kgまで拡張できる可能性のある、ミサイル由来の発射機の様々な設計を評価した。いずれにせよ、これらの上段は早くても1961年か1962年まで利用できず、発射機は依然として国防総省の重量物積載要件を満たさないものであった。^{[ 7 ]}

ABMAチームは、10,000 kg以上の積載量に対応するために、約1,500,000 lbf（6,700 kN）の推力を持つブースター（第一段）が必要になると計算しました。これは、既存または計画中のミサイルの推力をはるかに上回るものです。^{[ 8 ]}この役割のために、彼らは既存のミサイルを複数集めて1つの大型ブースターを製造することを提案しました。既存の設計を参考に、ジュピター1基のタンクを中央コアとして組み合わせ、そこにレッドストーン直径のタンクを8基取り付けるという案を検討しました。^{[ 8 ]}この比較的安価な構成により、既存の製造・設計設備を用いてこの「手軽で簡素な」設計を実現できました。^{[ 8 ]}

スーパージュピターの建造には2つのアプローチが検討された。1つは複数のエンジンを用いて1,500,000 lbf（6,700 kN）の推力を達成するもので、もう1つははるかに大型のエンジンを1基使用するものであった。どちらのアプローチにも長所と短所があった。小型エンジンをクラスター化して使用する方法は、既存のシステムから比較的低リスクな方法であるが、システムの重複が必要となり、ステージ故障の可能性が大幅に高まる（エンジンを追加すると、ルッサーの法則によれば、一般的に信頼性が低下する）。大型エンジンを1基だけ使用すれば、推進剤配管やエンジン操舵用の油圧装置といった「デッドウェイト」の重複がなくなるため、信頼性が高く、より高い性能が得られる。短所としては、このサイズのエンジンは過去に例がなく、開発には多額の費用とリスクが伴うことが挙げられる。空軍は当時、後に有名なF-1へと発展するこのようなエンジンに興味を示していたが、当時の目標は1,000,000 lbf（4,400 kN）であり、エンジンの完成は1960年代半ばまで待たなければならなかった。時間と予算の制約の中でこの要件を満たすには、エンジンクラスターが唯一の方法と思われた。^{[ 7 ]}

スーパージュピターは第一段ブースターのみであり、ペイロードを軌道に乗せるには上段の追加が必要であった。ABMAは第二段としてタイタンまたはアトラスのいずれかを使用することを提案した。 ^{[ 9 ]}オプションとして新型のセントー上段ロケットを併用することも提案した。^{[ 10 ]}セントーはジェネラル・ダイナミクス（アストロノーティクス・コーポレーション）がアトラス（これも自社設計）の上段ロケットとして提案したもので、低地球軌道に最大8,500ポンド（3,900kg）の荷物を投入できるロケットを迅速に開発するためであった。^{[ 11 ]}セントーはアトラスと同じ「バルーンタンク」コンセプトに基づき、同じ治具を用いて同じ直径120インチ（3,000mm）で製造された。タイタンも意図的に同じサイズで製造されたため、セントーはどちらのミサイルにも使用可能であった。^[要出典]アトラスは2つのICBMプロジェクトの中で優先度が高く、その生産も十分に計画されていたため、ABMAは「バックアップ」設計であるタイタンに焦点を合わせたが、追加燃料を搭載できるように全長を延長することを提案した。^[要出典]

1957年12月、ABMAは国防総省に「国家統合ミサイルおよび宇宙機開発プログラム」を提案し、クラスター化アプローチの詳細を示した。 ^{[ 12 ]}彼らは、ジュピターミサイルの機体とその周囲をタンクとして機能するレッドストーン8基、底部の推力プレート、および各380,000 lbf (1,700 kN)の推力を持つロケットダインE-1エンジン4基で構成されたブースターを提案した。ABMAチームはまた、設計を比較的小さな変更で済む単一の1,500,000 lbf (6,700 kN)エンジンに拡張できるように残した。上段は延長されたタイタンで、その上にセントールが乗っていた。その結果、最終的に登場したサターンとは全く異なる、非常に背が高く細いロケットが完成した。

各軍種には具体的な用途が想定されており、海軍の航法衛星、陸軍と空軍の偵察・通信・気象衛星、空軍の有人ミッション支援、そして陸軍への最大6400キロメートルの距離における地対地補給などが含まれていた。下段スタックの開発と試験は1963年までに完了する予定で、これはセントールが複合試験に利用可能になるのとほぼ同時期であった。1958年から1963年にかけての総開発費は8億5000万ドルで、30回の研究開発飛行に充てられた。^{[ 13 ]}

スーパージュピター計画が策定されていた一方で、 1957年の国際地球観測年における米国初の衛星打ち上げに向けた準備も進められていた。複雑な政治的理由から、この計画はヴァンガード計画として米国海軍に委ねられた。ヴァンガードのロケットは、バイキングロケットの下段ロケットと、観測ロケットを改造した新型の上段ロケットを組み合わせたものだった。ABMAは、V-2ロケットに関する直接的な知識と誘導システムの開発を通じて、バイキングロケットとヴァンガードロケットの両ロケットに貴重な支援を提供した。ヴァンガードロケットの最初の3回の弾道試験飛行は1956年12月に開始され、滞りなく成功し、1957年後半の打ち上げが計画された。

1957年10月4日、ソ連はスプートニク1号を打ち上げ、世界を驚かせた。ソ連がこの目標に向けて努力していた兆候はいくつかあったものの、米国の軍関係者や科学界では、この努力を真剣に受け止める人はほとんどいなかった。

1954年11月、ソ連が衛星を打ち上げる可能性について問われたウィルソン国防長官は、「打ち上げられても構わない」と答えた。^{[ 14 ]}しかし、国民はそうは受け止めず、この出来事はアメリカにとって大きな広報上の失策となった。ヴァンガードはスプートニクの直後に打ち上げられる予定だったが、度重なる延期により12月に延期され、ロケットは華々しく爆発した。マスコミは厳しい批判をし、この計画を「カプトニク」^{[ 15 ]}あるいは「リアガード計画」と呼んだ。^{[ 14 ]}タイム誌は当時、次 のように記している。

しかし、冷戦のさなか、ヴァンガード計画の冷静な科学的目標は、悲惨なほど控えめなものに終わった。ロシアが先にそこに到達したのだ。スプートニク打ち上げ後、ホワイトハウスは米国がロシアと衛星「競争」をしていないと説明したが、これは単なる事後的な言い訳ではなかった。ハーゲン博士は10ヶ月前にこう述べた。「我々はロシアと競争しようとは全く思っていない」。しかし、世界から見れば、米国は望むと望まざるとにかかわらず、衛星競争をしていた。そして、政権の想像力の欠如という大きな損失によって、ヴァンガード計画は本来実行されるべき時に、計画を停滞させた。スプートニクのビープ音が世界に、米国ではなくロシアの衛星計画こそが先鋒であることを告げた時も、計画は停滞したままだった。^{[ 14 ]}

フォン・ブラウンはスプートニク1号の打ち上げに対し、ゴーサインが出れば90日以内に衛星を軌道に乗せられると主張した。彼の計画は、既存のジュピターCロケット（紛らわしいことに、ジュピターではなくレッドストーンの改造版）とヴァンガードの固体燃料エンジンを組み合わせてジュノー1号を開発することだった。ヴァンガードの打ち上げを待つ間、すぐには反応がなかったが、ヴァンガードの打ち上げが遅れ続け、11月にスプートニク2号が打ち上げられたことで、同月にゴーサインが出た。フォン・ブラウンは約束を守り、1958年2月1日にエクスプローラー1号の打ち上げに成功した。 ^{[ 16 ]}ヴァンガードは最終的に1958年3月17日に打ち上げに成功した。^{[ 17 ]}

ソ連が米国の能力を超えていると思われる技術で米国を驚かせ続けていることを懸念した国防総省は、問題を調査し、主に官僚主義的であるとの結論を下した。軍の各部門が独自の研究開発プログラムを持っていたため、かなりの重複と、資源をめぐる軍種間の争いがあった。さらに悪いことに、国防総省は独自の複雑な調達および契約規則を課し、かなりの経費を追加していた。こうした懸念に対処するため、国防総省は打ち上げロケットに重点を置いた新しい研究開発グループの結成を開始し、従来の陸軍、海軍、空軍の区分を越えた広範な裁量権を与えた。このグループには、出所を問わず、あらゆる技術を用いて、宇宙技術でできるだけ早くソ連に追いつくという任務が与えられた。 1958年2月7日に高等研究計画局（ARPA）として正式に設立されたこのグループは、国防総省の打ち上げロケットの要件を検討し、当時利用可能なさまざまな方法を比較した。

ABMAがスーパー・ジュピターの提案を練っていた頃、空軍はタイタンC構想の検討を進めていました。空軍はロッキードCL-400サンタン偵察機プロジェクトで液体水素の扱いに関する貴重な経験を積んでおり、この揮発性の高い燃料をロケットに使用できるという自信を抱いていました。空軍は既にクラフト・エリクの主張を受け入れており、上段燃料として水素が唯一実用的なものであるとしており、その主張の説得力に基づいてセントール計画を開始しました。タイタンCは水素を燃料とする中間段で、通常はタイタン下段とセントール上段の間に配置され、あるいはダイナソアのような低軌道ミサイルではセントールなしでも使用できました。しかし、水素は当時使用されていた「従来の」燃料、特にケロシンよりもはるかに密度が低いため、十分な燃料を搭載するには上段をかなり大型化する必要がありました。アトラスとタイタンはどちらも直径120インチで建造されたため、タイタンCもこの直径で建造するのが理にかなっていると考えられます。しかし、そうすると扱いにくい細長いロケットになり、強度と安定性に疑問が生じます。そこでタイタンCは、新段階をより大きな直径160インチで建造することを提案しました。これは、全く新しいロケットとなることを意味します。

これに対し、スーパージュピターの設計は、E-1エンジンを除いて既製の部品に基づいていました。高高度ミッションではセントーアエンジンに依存していましたが、低軌道ミッションではセントーアエンジンなしでも使用可能であり、セントーアエンジンに問題が発生した場合にもある程度の柔軟性がありました。ARPAは、ジュノーの提案が必要な期限を満たす可能性が高いことに同意しましたが、E-1エンジンを使用する強い理由はないと判断し、ここでもリスクの低いアプローチを推奨しました。 ABMAは、ジュノーV （ジュノーIおよびジュノーIIシリーズのロケットの継続であり、ジュノーIIIおよびIVはアトラスおよびタイタンから派生した未完成のコンセプト）という新設計でこれに応えた。この設計では、4基のE-1エンジンを8基のH-1エンジンに置き換えた。これは、既にソーおよびジュピターミサイルに使用されている既存のS-3Dエンジンの、より控えめなアップグレードであり、推力を150,000 lbf（670 kN）から188,000 lbf（840 kN）に向上させた。このアプローチにより、開発費を最大6,000万ドル削減し、研究開発期間を最大2年短縮できると推定された。^{[ 18 ]}

再設計の結果に満足した ARPA は、1958 年 8 月 15 日に命令番号 14-59 を発行し、ABMA に対して次のことを要求しました。

既存のロケットエンジン群をベースに、推力約150万ポンドの大型宇宙船用ブースターを開発するプログラムを開始する。このプログラムの当面の目標は、1959年末までに実規模のキャプティブダイナミック燃焼を実証することである。^{[ 19 ]}

1958年9月11日、ロケットダイン社とH-1の開発開始に関する新たな契約が締結された。1958年9月23日、ARPAと陸軍兵器ミサイル司令部（AOMC）は、プログラムの範囲を拡大する追加協定を締結した。協定では、「キャプティブダイナミックファイアリングに加え、このプログラムは1960年9月頃までにこのブースターの推進飛行試験を実施できるよう延長されることに合意する」と述べられていた。さらに、彼らはABMAに対し、3基の追加ブースターの製造を要求し、そのうち最後の2基は「限られたペイロードを軌道上に投入できる」ものとされた。^{[ 20 ]}

この時点で、ABMAグループの多くはすでにこの設計を「土星」と呼んでいました。フォン・ブラウンは木星の次の惑星を指していると説明しました。^{[ 21 ]}名称変更は1959年2月に正式に行われました。^{[ 22 ]}

ARPA に加えて、米国政府内の様々なグループが宇宙探査を扱う民間機関の設立を検討していた。スプートニクの打ち上げ後、これらの取り組みは緊急性を増し、すぐに前進した。NASAは1958 年 7 月 29 日に設立され、直ちに有人宇宙飛行の問題の研究に着手し、ロケットはこの分野で働く必要があった。この初期段階であっても、目標の 1 つは有人月面ミッションだった。当時、NASA の委員会は直接上昇ミッション プロファイルが最良のアプローチだと感じていた。これは、非常に大型の宇宙船 1 機を軌道上に乗せ、月まで飛行し、着陸して地球に帰還する能力を持つというものである。このような大型宇宙船を打ち上げるには、はるかに強力な新しいブースターが必要であり、サターン ブースターでさえ大きさが十分ではなかった。NASA は、 Novaプログラムの下で、いくつかの潜在的なロケット設計の調査を開始した。

有人月面ミッションを研究していたのはNASAだけではなかった。フォン・ブラウンは常にこの目標に興味を示しており、月面ミッションに必要なものを長年研究してきた。ABMAのプロジェクト・ホライズンは、 15回のサターンロケット打ち上げで宇宙船の部品と燃料を運び、軌道上で組み立てて1機の超大型月面探査機を建造することを提案した。この地球軌道ランデブーミッションは、1回の打ち上げで必要なブースター容量が最も少なく、既存のロケット設計で実行可能だった。これは、月面に小規模な有人基地を建設するための第一歩となるが、基地への物資供給には毎月数回のサターンロケット打ち上げが必要となる。

空軍も1958年にルネックス計画を開始しており、これも有人月面基地の建設を目標としていた。NASAと同様、ルネックスは直接上昇モードを採用したため、はるかに大型のブースターが必要となった。計画の一環として、スペース ランチャー システム、または SLS (アルテミス計画のスペース ローンチ システム部分と混同しないこと) と呼ばれるまったく新しいロケット シリーズが設計された。これは、さまざまな打ち上げ重量に対応するため、固体燃料ブースターを複数と、タイタン ミサイルまたは新しいカスタム ブースター ステージを組み合わせたものであった。最小の SLS 機体はタイタンと 2 つの固定式固体燃料ロケットで構成され、タイタン C に近い性能を実現し、ダイナソアの打ち上げ機として利用できた。最大のものでは、直接上昇ミッションのために、はるかに大型の固体ロケットと大幅に大型化されたブースターが使用された。

政府委員会「サターンロケット評価委員会」（通称シルバースタイン委員会）は、NASAが既存の陸軍計画に対して取るべき具体的な方向性を勧告するために設置された。委員会はサターンロケット用の新たな水素燃焼上段の開発を勧告し、既存の技術を多用した非常に低リスクの解決策から、提案された新たな上段を含む未開発のハードウェアに依存する設計まで、8つの異なる重量級ロケット構成を概説した。構成は以下の通りであった。

• A-1 – サターン下段、タイタン第2​​段、ケンタウルス第3段（フォン ブラウンのオリジナル コンセプト）。
• A-2 – 土星の下段、提案されているクラスター化された木星の第 2 段、およびケンタウロスの第 3 段。

• サターンAの派生型
• 
  サターンA-1
• 
  サターンA-2

• B-1 – サターンの下段、提案されているクラスター化されたタイタンの第 2 段、提案されているS-IV の第 3 段、およびケンタウロスの第 4 段。

• C-1 – サターン下段、提案されたS-IV第2段（実際のサターンIに類似）。
• C-2 – サターンの下段、提案されている第2段はS-II、提案されている第3段はS-IV。
• C-3、C-4、C-5はすべて、F-1 エンジンを使用した新しい下段のさまざまなバリエーション、提案された S-II 第二段のバリエーション、および提案された S-IV 第三段に基づいています (C-5 は実際のサターン Vに似ています)。

• サターンCの派生型
• 
  サターンC-1
• 
  サターンC-2
• 
  サターンC-3
• 
  サターンC-4
• 
  サターンC-5

1960年にロケットダイン社に新しい水素燃焼エンジンの開発契約が与えられ、同年に ダグラス社にサターンIV段の開発契約が与えられた。

1961年5月、ジョン・F・ケネディ大統領がNASAに対し、 1960年代末までに宇宙飛行士を月に送り込むという課題を提示したことで、サターン計画は突如として新たな緊急性を帯びることになった。この年は、月に到達するための様々な手段が評価されるなど、活発な活動が展開された。

ノヴァロケットとサターンロケットは設計が似ており、部品の共用も可能であったため、このミッションへの採用が検討されました。しかし、多くの部品が航空輸送可能な設計であったため、サターンロケットの方が生産開始が容易であると判断されました。ノヴァロケットは主要段階すべてに新たな工場を必要とし、期限内に完成しないという深刻な懸念がありました。一方、サターンロケットは、提案された下段のうち最大の段階に新たな工場を1つだけ必要としたため、主にこの点から選定されました。

シルバースタイン委員会が設計した中で最も強力なサターンC-5（後にサターンVと改名）が、最も適切な設計として選定された。当時はミッションモードが未決定だったため、十分な出力を確保するために最も強力なブースター設計が選択された。 ^{[ 24 ]}月周回ランデブー方式を選択したことで、打ち上げ重量要件はノヴァよりもC-5の重量範囲にまで軽減された。

しかし、この時点では3段式ロケットはすべて理論上の存在に過ぎず、実際の月探査機はブースターよりもずっと前に開発され、試験準備が整っている可能性が高いことが認識されました。そのためNASAは、下段が既存の技術（レッドストーンとジュピターの燃料タンク）に基づいており、上段が既に開発中であったため、C-1（後のサターンI）を試験機として開発し続けることを決定しました。これはS-IVの貴重な試験手段となるだけでなく、低地球軌道へのカプセルやその他のコンポーネントの打ち上げプラットフォームとしても機能するはずでした。

実際に製造されたサターンファミリーのメンバーは次のとおりです。

• サターン I – 10 機のロケットが飛行しました。5 回の開発飛行と、定型的なアポロ宇宙船およびペガサス微小隕石衛星の 5 回の打ち上げです。
• サターンIBロケット – 9回の打ち上げ。サターンIロケットの改良版で、より強力な第一段（S-IBと命名）を搭載し、第二段にはサターンVロケットのS-IVBを使用。これらのロケットは、アポロ計画の初代飛行士に加え、スカイラブ3機とアポロ・ソユーズ1機を地球周回軌道に乗せた。
• サターン V – 13 号打ち上げ。アポロ宇宙飛行士を月へ送り、スカイラブ宇宙ステーションを軌道に乗せた月ロケット。

• サターンファミリーの組み立てメンバー
• 
  LC-34からのサターンI（SA-1）打ち上げ
• 
  LC-34からのサターンIB（AS-202）の打ち上げ
• 
  サターンV（アポロ11号）が発射台へと運ばれている

• ビルシュタイン、ロジャー・E.（1996年）『土星への段階：アポロ/サターン打ち上げロケットの技術史』 NASA歴史シリーズ、ワシントン：NASA、ISBN 978-0-16-048909-9。
• キャドバリー、デボラ（2006年）『宇宙開発競争：宇宙の覇権をめぐるアメリカとソビエト連邦の壮大な戦い』ニューヨーク：ハーパーコリンズ出版社。ISBN 978-0-06-084553-7。
• ドーソン, バージニア・P.; ボウルズ, マーク・D. (2004).液体水素の制御：セントー上段ロケット 1958–2002 (PDF) . NASA歴史シリーズ. ワシントン: NASA. ISBN 978-0-16-073085-6。
• ノイフェルド、マイケル・J. (2007). 『フォン・ブラウン：宇宙の夢想家、戦争の技術者』 ニューヨーク：アルフレッド・A・クノップフ. ISBN 978-0-307-26292-9。

• NASA 歴史シリーズの出版物（その多くはオンラインです）