最重最大的火箭,推力世界第二,將12艘阿波羅登月飛船送上天!

2020-12-01 澎湃新聞

土星5號運載火箭是美國國家航空航天局(NASA)在阿波羅計劃和天空實驗室計劃中使用的重要運載工具。土星5號超重型運載火箭是僅次於蘇聯能源號運載火箭的推力第二大運載火箭。

1967年到1973年間，13枚土星5號陸續送了12個阿波羅登月飛船（含12名太空人），和一個天空實驗室1號升空，保持著完美的發射記錄。

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美國土星5號是截至目前仍是人類歷史上使用過的自重最大的運載火箭，高達110.6米，起飛重量3038.5噸；總推力達3408噸，月球軌道運載能力45噸，近地軌道運載能力118噸。

土星5號是三級火箭，由S-1C第一級、S-2第二級、S-4B第三級、儀器艙和有效載荷組成。第一級長42米，直徑10米，到尾段底部直徑增大到13米。尾段上裝有4個穩定尾翼，翼展約18米。

第一級採用5臺F-1發動機，推進劑為液氧和煤油，2個10米直徑的鋁製推進劑貯箱用桁條和隔框加強。第二級長25米，直徑10米，採用液氧液氫推進劑 ，共用5臺J-2發動機。第三級長18.8米，直徑6.6米，1臺J-2發動機，推進劑為液氧液氫。

土星5號由馬歇爾太空飛行中心總指揮沃納·馮·布勞恩與他的德國火箭團隊擔任設計研發工作，主要的承包商包括波音公司、北美人航空公司、道格拉斯飛行器公司以及IBM。

▲馮·布勞恩和自己設計的土星五號合影

土星5號的發射都有三級：S-IC(一級)、S-II(二級)和S-IVB(三級)。每一級都使用液態氧(LOX)作為氧化劑。第一級使用高精煉煤油(RP-1)作為燃料，其他兩級使用液態氫(LH2)作為燃料。一般來說，一次發射任務的前20分鐘左右由火箭推動。

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土星5號的設計起源於V-2火箭和木星系列火箭。由於木星系列火箭的成功，新一代的土星系列火箭開始出現。馮·布勞恩在馬歇爾航天飛行中心領導了一個團隊來建造一個足以將一艘宇宙飛船送上登月軌道的運載火箭，團隊先開始進行增加推力、減少作業系統複雜度和設計更好的力學系統工作 。

在設計過程中，他們決定拋棄V-2火箭中的單引擎的設計思路，轉而設計多級火箭。土星1號和1B號反映了這些設計思想的變化，但是仍不足以將一艘載人宇宙飛船送上月球 ，需要若干次發射才能將登月所需要的各個部件送入軌道。

工程師們認為，最好使用F-1火箭發動機配合新型J-2火箭發動機的液氫推進系統，這可以使土星C-5的配置達到最優。1962年，NASA做出了最終計劃，決定按照馮·布勞恩的土星設計方案繼續研究，而這也為阿波羅計劃贏得了時間。

▲F-1火箭發動機

隨著火箭配置工作的完成，NASA開始考慮選擇登月的任務模式。在爭論之後，NASA決定採用月球軌道交會的方法。在推進燃料的選擇、燃料需求量和火箭製造過程等等問題都得到了解決之後，土星5號被選為登月飛船的運載火箭。

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土星5號是三級火箭，由S-1C第一級、S-2第二級、S-4B第三級、儀器艙和有效載荷組成。

土星5號第一級長42米，直徑10米，到尾段底部直徑增大到13米。尾段上裝有4個穩定尾翼，翼展約18米。第一級採用5臺F-1發動機，推進劑為液氧和煤油，2個10米直徑的鋁製推進劑貯箱用桁條和隔框加強。

▲S-1C第一級

土星5號第二級長25米，直徑10米，採用液氧液氫推進劑 ，共用5臺J-2發動機。

▲S-2第二級

土星5號第三級長18.8米，直徑6.6米，1臺J-2發動機，推進劑為液氧液氫。

▲S-4B第三級

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從1964年至1973年，土星5號的總撥款高達65億美元，在1966年達到最高，僅一年中就撥了12億美元。

阿波羅計劃被縮減的主要原因是資金。1966年，美國國家航空航天局的年度政府撥款高達45億美元，約為當時美國國內生產總值(GDP)的0.5%。同年，國防部的政府撥款為635億美元，阿波羅計劃總共耗資約240億美元。

一枚土星5號火箭在詹森航天中心展覽，它的第一級推進器來自SA-514，第二級來自SA-515，第三級來自SA-513。這也是唯一一枚展出中的完整土星5號火箭。

目前馬斯克的BFR超級火箭（總質量4400噸），NASA的SLS空間發射系統（總質量2497噸）正在研發當中，準備在即將到來的二三十年代載人走向深空，並最終登陸火星，新一輪的太空探索熱潮正在興起，或許這一次我們不能再落後了。

本文轉載自公眾號：瘋狂機械控

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