土星五號強到什麼程度?現役最強火箭的運載能力不足它一半!

2020-12-17 騰訊網

冷戰時期,美國不計成本的在航天領域發力,根本的驅動就是要打雞血般的力壓蘇聯,從而也就不計成本的造就出了土星五號這樣怪獸級別的火箭出來。

土星五號,這枚號稱目前人類所製造出來的最強火箭,它的近地軌道運載能力達到了140噸,而地球同步轉移軌道能力也達到了48.6噸的級別。這是一種什麼樣的概念呢?

相比之下你就知道了,美國現役的最強火箭,重型獵鷹運載火箭的近地軌道運載能力也才63.8噸,連土星5號的一半都不到,而俄羅斯現役最強的火箭,質子號火箭與中國現役最強的長徵五號火箭的近地軌道運載能力也就在22噸到25噸左右的水平,可見土星五號運載能力有多恐怖了吧。

可這枚堪稱是50年前的科技老古董早就已經退役停產了,而退役的根本其實無非就是目前美國,乃至人類還暫時用不上這種級別的火箭而已。

那麼土星五號為什麼可以比其他火箭的強那麼多呢?

土星五號的總重量高達2970噸,足足比我國867噸的長徵5號重了不止三倍,但這個數量級的噸位主要重在了哪裡呢?

土星五號的第一級火箭重達2290噸,且其中燃料就佔據了94.3%以上,第二級火箭重496噸,其中的燃料也達到了456噸,而第三級火箭重123噸,但燃料也同樣重達110噸,其中的殼體跟發動機加起來的重量也不過13噸而已。

這個可能會給很多人一種很直觀的認知,那就是認為火箭運載能力的強弱,根本上無非就是火箭裝載的燃料多少而已,感覺也沒多大的技術含量。

確實,火箭推動的根本是燃料沒錯,但核心技術還是得看火箭發動機的推力的。

土星五號第一級火箭採用的燃料是液氧煤油,它的總推力達到了驚人的3510噸,但這驚人推力的背後所付出的代價就是一秒就得燒掉13.1噸的燃料。

到了第二級第三級火箭所採用的液氫液氧燃料,發動機的總推力也分別達到了514噸跟100噸。

這樣龐大的推力,其實只要有個物理基礎的人應該能夠明白,有多大的推力,那必然至少就得有多大的能量被消耗,而火箭推力本身使用的是燃燒產生的化學能,因此燃料燃燒的速度也就成了火箭推力大小的一個基礎。

那麼火箭的推力是不是可以簡單的這樣去理解?火箭發動機燃燒燃料的速度越快,那就代表著它的推力越大?

如果真是這樣的話,那火箭確實也沒有多大的技術含量了,因為這關鍵就在於燃燒能量的轉化率上,這才是發動機的核心技術所在。

畢竟要是火箭的燃料只是譁啦啦的流出來燃燒,大部分的化學能都轉化成了熱能,沒有推力的轉化,那它跟一個著了火的煤氣罐一樣有什麼區別呢?

土星五號一級火箭強大的推力得益於採用了5個洛克達因公司的F1發動機,這種發動機一個雖然才8.4噸,但是在真空狀態下,理論的推力卻達到了770噸。

用個形象一點的比如,這就好比一個成年人徒手舉起了一輛大貨車一樣,看似不可能,但F1發動機卻又確確實實的做到了。

而這就是發動機核心技術的所在,很多人都知道,其實發動機一直是我國的弱項,長徵五號雖然號稱中國現役最強的火箭,它867噸的體重,但卻需要10個發動機堆在一起才可以把它給推起來,可見這發動機一對比,差距瞬間就一目了然了吧。

可是在現役的火箭中,全球除了美國的重型獵鷹運載火箭跟德爾塔-4重型運載火箭之外,最強的也就是我國的長徵五號了。

而掌握了很多核心技術的歐洲,最強的阿里亞娜5號火箭的近地軌道運載能力也不過20噸而已,而一直號稱成為亞洲第一成功發送探測器探測火星的國家印度,其最強的地球同步衛星運載火箭3型的近地軌道運載能力也更是不過10噸而已。

這也就不難怪為什麼他們的火星探測器的重量僅為1.35噸了,因為火箭的運載能力有限,探測器再重一點的話,可能也就到不了火星了。

當然了,回到土星五號的話題上,它的存在也不可能是一步到位的,畢竟在那個年代,美國有前蘇聯的競爭,人民有打雞血般的熱情,在泰坦、德爾塔、宇宙神以及這三大系列以及土星1B等的技術積累的情況下,他們才可以不計成本的把它造出來。

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