【转】一代神箭——土星5号
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暂时无法联系上博主“眺望繁星”，再次感谢他收集了如此详细的信息
美国为了载人登月的“阿波罗工程”研制的巨型运载火箭，包括“土星1号”、“土星1B”和“土星5号”3种不同类型的火箭。1957年4月，冯·布劳恩的小组开始为陆军弹道飞弹署开始设计重载火箭，这是“土星计划”的开始。冯·布劳恩建议使用“红石”火箭和“丘比特”（木星）火箭的组成部分，将它们组合在一起产生一个能够达到670万牛推进力的新设计。冯·布劳恩曾经将作为太空运载火箭的“红石”和“木星”火箭称为“丘诺1号”和“丘诺2号”，而将计划中的两者混合的设计称为“丘诺5号”。冯·布劳恩计划将“丘诺5号”设计为研究和开发“主动和被动太空武器”的总运载火箭。预计的用途包括各种军事服务，他还打算使用“丘诺”作为载人月球飞行的基础。“丘诺”火箭每次可以将9,000千克载荷运输到近地轨道。冯·布劳恩建议一共使用它运输15次，然后在地球轨道上组装一个90吨的月球飞船。 他们研究了不同已有的部件的组合。这些设计的共同点在于其第一级都是围绕着“土星”火箭的燃料箱装置八枚“红石”火箭的推进器。燃料箱的底部装有一块推进板，在这块板上装有八枚H-1引擎。H-1火箭初是在发展纳瓦霍火箭时提出的，后来又被用在“雷神”火箭和“土星”的S-3D上。作为第二级他们考虑过使用“宇宙神”火箭或者“大力神1号”火箭。“大力神1号”比较受青睐因为当时“宇宙神”正在大量为美国空军生产，没有多余的生产能力。他们建议将现存的“大力神”改造为3.048米直径，并将它延长为5.08米。作为第三级计划使用估计到1963年可以开始使用的半人马座火箭。这时前两级也应该完成其测试。这个三级设计比后来实用的“土星”设计要高和瘦长。 1957年12月，飞弹署将这个设计提交给美国国防预先研究计划局，按照这个方案这个“快速研制项目”将于1963年推出一个可以完全运行的系统。从1958年至1963年预计的总研制金额为8.5亿美元，其中包括30次研究和发展飞行，其中一些携带载人和不载人负载。但是一直到1958年8月该研制组才获得了继续研制的批准，9月他们与Aerojet公司达成协议研究H-1引擎的改善，这是“土星”项目的正式开始。12月冯·布劳恩向新成立的美国国家航空航天局介绍了他们的设计，并介绍了他计划的月球登陆的设计。同时空军也展示了他们自己的设计。空军的设计包括使用已有的部件进行四级推进。空军的设计中最大的火箭比丘诺大得多，其目的在于使用单次发射直接飞往月球。1959年1月6日，航空航天局选择了冯·布劳恩的设计，为这个设计提供了一个重要的推动。1月末航空航天局完成了其整个发展计划，这个计划包括“织女星”和半人马座上级推进器、“丘诺5号”以及他们自己设计的新星火箭。后来原保密的阿金纳火箭公开后新星火箭被取消，因为阿金纳火箭的功能与原来航空航天局的设计差不多。1959年2月，冯·布劳恩将这个新火箭的名字改为“土星”，因为它“继木星之后”。“木星”是基于“丘诺2号”设计的，冯·布劳恩觉得应该给新设计起一个新名字。“土星”计划得到迅速发展。5月H-1推进器试验点火。6月在卡纳维拉尔角开始建造34号发射台。 空军对于陆军的设计赢得了航空航天局的投标显然非常气愤，他们试图赢得过程管理的合同。国防预先研究计划局后来支持陆军，使得整个事件更加麻烦。1959年12月，计划局提出了将第二级提升为使用四个新的两万磅力液氢液氧作为燃料的推进器的修改要求。同时半人马座火箭也要求相应提升。这显然是要求使得“土星”能够发射X-20试验机。但是由于X-20试验机本来是计划使用3.048米“大力神”火箭来发射的，不需要这么强大的发射功率，因此这个要求的来源当时非常可疑。后来证明这个要求是空军出的一个拖延策略，其目的是使得空军可以迅速设计其自己的、能够与“土星”竞争的火箭。 这些更改本来的目的在于推迟“土星”的研制，但是具有讽刺性的是它们后来导致了“土星”的最终设计。虽然要求中提出的新的两万磅力推进器没有实现，但是为了达到类似的推进能力，设计师使用了六个半人马座引擎，将它们组合在新设计的160英寸第三级上，这样产生了S-IV第二级推进器。后来在S-IVB中这六枚半人马座火箭被单一的J-2发动机取代，使用J-2发动机之后的火箭叫做“土星1B”。这大大提高了“土星”的发射功力，使得它能够发射阿波罗指挥/服务舱，为“阿波罗计划”提供了不可估量的作用。 最后美国国防部决定使用“土星”火箭运载军事任务太大太昂贵。他们也认为“土星”级的大型运载火箭应该由航空航天局负责，因为它们没有急迫的军事用途。1960年7月1日，整个陆军弹道飞弹署转让给了航空航天局。“土星”火箭成为“阿波罗计划”的一部分。国防部将其运输重载的重点转向“大力神”火箭，发展了后来的“大力神3号”和“大力神4号”火箭。“大力神3号”可以运载约与“土星1B”类似的重量，但是其生产和发射的费用比“土星”要低。 “土星”火箭转让给了NASA后，为了适应于各种任务NASA的马歇尔航天中心于1960年到1962年设计了“土星”C-1、C-2、C-3、C-4、C-5。“土星C-1”来源于“土星1”，随着“土星C-1”的设计进程，“土星C-2”很快被放弃，“土星C-3”的第一级采用了2台F-1发动机，第二级采用1台J-2发动机。NASA原本打算用“土星C-3”来完成登月，不过要用到地球轨道交会方式，而且完成一次登月要连续发射4到5次。但是，当时“土星C-4”也在设计中，“土星C-4”的第一级用了4台F-1发动机，运送能力更强，它的出现就宣布了“土星C-3”的设计的弃用。采用“土星C-4”登月只要连续发射2次，并在地球轨道组装就可以完成登月了。1962年1月10日，NASA宣布将建造“土星C-5”，第一级采用5台F-1发动机，第二级采用5台J-2发动机，第三级采用1台J-2发动机。“土星C-5”可以将47吨的载荷送往月球，这样发射一次就能完成登月。1963年，NASA最终选择了“土星C-5”来执行“阿波罗计划”，并重新取名为“土星5号”。而“土星C-1”后来发展为“土星1”和“土星1B”。美国设计的土星系列运载火箭【查看表格时建议切换到宽版】
型号助推级第一级第二级第三级第四级LEO(吨)
早期提议超级丘诺
4×E-12×LR87-31×LR91-3
11
丘诺5-A
8×H-12×LR87-31×LR91-3
10
丘诺5-B
8×H-12×LR87-32×RL10A-1
12.5
土星A-1
8×H-12×LR87-32×RL10A-1
6.5
土星A-2
8×H-14×S-32×RL10A-1
10
土星B-1
8×H-14×LR89-56×RL102×RL10A-113
C系列土星C-1
8×H-16×RL102×RL10A-1
9
土星C-2
8×H-14×J-26×RL10A2×RL10A-121.5
土星C-3
2×F-14×J-26×RL10
36.3
土星C-3B
5×F-15×J-21×J-2
78
土星C-3BN
5×F-15×J-21×Nerva
94
土星C-4
4×F-14×J-21×J-2
99
土星C-4B
5×F-15×J-21×J-2
95
土星C-5
5×F-15×J-21×J-2
120
土星C-5N
5×F-15×J-21×Nerva
155
土星C-8
8×F-18×J-21×J-2
210
土星1系列土星1
8×H-16×RL102×RL10A-1
9
土星1B
8×H-11×J-2
20.8
土星1B- A
8×H-11×J-22×RL10A-3
18.6
土星1B-B
8×H-11×HG-3
22.7
土星1B-C4×民兵18×H-11×J-2
20.4
土星1B-CE
8×H-11×J-22×RL10A-3
22
土星1B-D4×UA12058×H-11×J-2
33
土星INT-05
1×AJ-260-21×J-2
27.2
土星INT-05A
1×AJ-260X1×J-2
43
土星INT-114×UA12074×H-11×J-2
34
土星INT-124×UA12054×H-11×J-2
34
土星INT-132×UA12078×H-11×J-2
36.59
土星INT-144×民兵18×H-11×J-2
23.18
土星INT-158×民兵18×H-11×J-2
26
土星INT-16
5×UA12051×J-2
28
土星INT-27
4×UA1561×J-2
40
土星LCB
1×PF N2041×J-2
39
土星2 土星INT-17
7×HG-3-SL1×J-2
42
土星INT-184×UA12075×J-21×J-2
66.59
土星INT-1912×民兵15×J-21×J-2
34.32
土星5系列土星V
5×F-15×J-21×J-2
118
土星MLV-V-1
5×F-1A5×J-21×J-2
137.25
土星MLV-V-1A
6×F-17×J-21×J-2
145
土星MLV-V-1/J-2T/200K
5×F-1A5×J-2T-200K
土星MLV-V-1/J-2T/250K
5×F-1A5×J-2T-250K
土星MLV-V-2
5×F-1A5×J-21×HG-3
137.25
土星MLV-V-3
5×F-1A5×HG-31×HG-3
160.4
土星MLV-V-4(S)4×UA12055×F-15×J-21×J-2
118
土星MLV-V-4(S)-A4×UA12055×F-15×J-21×J-2
160.8
土星MLV-V-4(S)-B4×UA12075×F-1A5×J-2T-250K
171.99
土星V-ELV4×UA12075×F-17×J-21×J-2
200
土星INT-20
5×F-11×J-2
60
土星INT-21
5×F-15×J-2
115.9
土星V-3B
5×F-1A5×Tor-400k1×Tor-400k
166.6
土星V-4X(U)
4×5×F-1A5×J-2
527.6
土星V/4-2604×AJ-260X5×F-15×HG-3
326.7
土星V-23(L)4×2×F-15×F-15×J-21×J-2
262.67
土星V-24(L)4×2×F-15×F-1A5×J-21×J-2
435.3
土星V-25(S)B4×UA-1565×F-1A5×J-21×J-2
223.5
土星V-25(S)U4×UA-1565×F-1A5×J-21×Nerva
248.663
土星V-A
5×F-11×J-2
60
土星V-B
4×F-11×F-1
22.6
土星V-C4×F-11×F-11×J-2
81.6
土星V-D4×AJ-260X4×F-11×F-15×J-21×J-2326.5
土星V-半人马座
5×F-15×J-21×J-22×RL10A-3118
土星-航天飞机
5×F-1A3×SSME
60.5
注：LR87-3是大力神1号的第一级，LR91-3是大力神1号的第二级，UA1205和UA1207是大力神的固体助推火箭
“土星1号”是两级火箭，仅用于试验，以便为巨型火箭的研制提供经验。1964年，首先研制成功“土星1号”两级火箭。“土星1号”也研制了第三级但是没有使用。“土星1号”的第一级叫做S-I级，它由9个燃料箱、8个尾翼、推进结构、8台H-1火箭发动机和许多其它部分组成。9个燃料箱中包括8个红石火箭燃料箱，其中4个装液氧，涂成白色，4个装煤油，涂成黑色。外部的4台火箭发动机可以转向，由此可以用来控制火箭的推进方向，这使得整个第一级还需要一些更多的部件。第一级高24.48米，直径6.52米，8台H-1火箭发动机，推进高度68千米。第二级叫做S-IV级，是一个液氢/液氧火箭级。它由6台RL-10发动机组成，它们全部能够转向。这个火箭级的燃料箱互相之间全部相通，这减轻了10吨的重量。S-IV级高12.19米，直径5.49米，有6台RL-10发动机，燃烧完毕后推进到450千米的高度。第三级为S-V级，有2台RL-10发动机，在实验飞行中没有用到。在“土星1号”的第五至第十次发射时还装上了仪表组件，其目的在于用来测试下一代“土星5号”仪表组件的设计。一些“土星1号”仪表组件中的部分也被用在“土星1B”。土星1号的发射记录
编码任务发射日期附录
SA-1SA-11961年10月27日首次试飞，仅第一级，亚轨道，最高高度136.5千米。
SA-2SA-21962年4月25日第二次试飞，仅第一级，亚轨道，在最高点145千米处释放了86吨水。
SA-3SA-31962年11月16日第三次试飞，仅第一级，亚轨道，在最高点167千米处释放了86吨水。
SA-4SA-41963年3月28日第四次试飞，仅第一级，亚轨道，载假S-IV第二级，高度129千米。
SA-5SA-51964年1月29日首次第二级测试，轨道远地点760千米，近地点264千米。质量17.55吨。
SA-6A-1011964年5月28日首次阿波罗模版起飞，轨道远地点204千米，近地点179千米，质量17.65吨。
SA-7A-1021964年9月18日第二次阿波罗模版起飞，轨道远地点203千米，近地点178千米，质量16.7吨。
SA-9A-1031965年2月16日首枚飞马座微型卫星，轨道远地点523千米，近地点430千米，质量1.45吨。
SA-8A-1041965年5月25日第二枚飞马座微型卫星，轨道远地点594千米，近地点467千米，质量3.2吨。
SA-10A-1051965年7月30日第三枚飞马座微型卫星，轨道远地点567千米，近地点535千米，重量1.45吨。
“土星1B”运载火箭为“土星1号”运载火箭的升级版，附设一个更强力的第二级推进阶段——S-IVB。和“土星1号”不同，“土星1B”有足够载重量来发射阿波罗指挥/服务舱或登月舱至地球轨道，这令“土星1B”成为测试阿波罗太空船的重要工具（当时能运载太空船至月球的较大型火箭“土星5号”仍在研制阶段）。在阿波罗登月任务结束后“土星1B”被用作载人天空实验室飞行及“阿波罗-联盟测试计划”。最后一批发射的“土星1B”（天空实验室）的第一级推进阶段并没有交替的黑、白色燃料缸，与早期的有所不同。“土星1B”的第一级叫做S-IB，高25.5米，有8台H-1发动机，第二级叫做S-IVB，高17.8米，有1台J-2发动机。第二级上面是仪器舱，高1米，直径6.55米，内装自主式制导系统、控制系统和各种仪表。“土星1B”总高68米，总重589.77吨，低轨道运载能力为15.3吨到22吨。“土星1B”火箭曾用于“阿波罗”飞船某些分系统的试验，如指挥舱再入防热试验、登月舱推进系统试验、指挥舱和服务舱的载人飞行试验等。土星1号和土星1B的详细参数
火箭型号土星1号土星1B
参数类型S-I级S-IV级S-V级(未使用)S-IBS-IVB仪器组件阿波罗太空船
高(米)24.4812.199.1425.517.81.0024
直径(米)6.525.493.056.66.66.63.9
总重(千克)432,68150,57615,600458,107119,9201,98020,788
空重(千克)45,2675,2171,99645,26713,31122514,098
发动机8台H-16台RL102台RL108台H-11台J-2—1台SPS
推力(千牛)7,5824001337,5821,020—97.86
比冲(秒)288410425288421—314
燃烧时间(秒)150482430150470—635
燃料煤油/液氧液氢/液氧液氢/液氧煤油/液氧液氢/液氧—四氧化二氮/联氨
土星1B号的发射记录
编号任务发射日期备注
AS-201AS-2011966年2月26日首次测试飞行。第一次近地轨道指令/服务舱飞行测试。
AS-203AS-2031966年7月5日第二次测试飞行。测试第二级推进器 SIV-B。环绕轨道4周。
AS-202AS-2021966年8月25日第三次测试飞行。第二次近地轨道指令/服务舱飞行测试。
AS-204阿波罗51968年1月22日地球轨道登月舱飞行测试。
AS-205阿波罗71968年10月11日地球轨道飞行测试，环绕轨道163周。最后一次于34号发射台发射。
AS-206天空实验室21973年5月25日第一艘天空实验室乘员飞船。
AS-207天空实验室21973年7月28日第二艘天空实验室乘员飞船。
AS-208天空实验室21973年11月16日第三艘天空实验室乘员飞船。
AS-209天空实验室营救1973年、1974年天空实验室营救任务，没有飞行。
AS-210ASTP1975年7月15日联盟-阿波罗计划。
AS-211未使用
AS-212未使用
AS-213只建造第一级
AS-214只建造第一级
当时，将航天员送上遥远的月球，首先遇到的重大挑战就是用什么运输工具把几十吨重的飞船克服地球的引力送往月球，美国人选择了“土星5号”重型运载火箭，并指定由冯布劳恩领导的马歇尔航天飞行中心全面负责火箭的研制。“土星5号”的研制分三个阶段，第一阶段是研制“土星1号”，主要是做技术准备；第二阶段是研制两级火箭土星1B，以进行试验；第三阶段是研制“土星5号”。“土星5号”火箭是迄今为止世界上最庞大的运载火箭。它由三级组成，最大直径10米，连同尾翼在内共达18米。火箭本身高达86.6米，安装阿波罗飞船和逃逸塔后，总高度达到110.6米，相当于36层楼房。火箭的第一级叫S-IC，高42米，直径10米，到尾段底部直径增大到13米，尾段上装有4个稳定尾翼，翼展约18米，有5台F-1发动机，装有2,075吨液氧/煤油推进剂。一旦发动机点火，2,000多吨的“饮料”，它仅用150秒就可以全部“喝”干，产生的高温气体以2,900米/秒速度喷射，可产生3,4020千牛的推力（约3,400吨力）；第二级叫S-II，直径也是10米，有5台J-2发动机，装有450吨液氢/液氧低温高能推进剂，比冲为421秒，工作时间为360秒，真空总推力达5,000千牛（521吨力）；第三级叫S-IVB，直径6米，采用1台J-2发动机，可产生1,000千牛（100吨力）的推力，比冲为421秒，工作时间为165+335秒（两次点火）。“土星5号”火箭全长110.6米，起飞重量3,038.5吨，采用惯性制导系统。低轨道运载能力为118吨，至月球轨道为47吨。“土星5号”火箭从1967年9月至1972年7月进行12次发射，其中有7次作载人登月飞行，先后将12名航天员送上月球。1973年5月14日，两级型的“土星5号”将天空实验室送入太空。 “土星5号”的零部件计有560万之多，而且还净是一些大“家伙”，它最粗的燃料管道可以爬进一个人，发射时平均1秒钟就可为第一级火箭的5台F-1发动机输送15吨煤油。当火箭巨大的发动机试车时，会产生极为可怕的噪声，一旦风向不对或云层较低，附近建筑的窗户玻璃就会被震碎。为此，每次发动机试验时都不得不进行周密的气象预报，以免带来不必要的损失和周围人们的抱怨。“土星5号”还是个名符其实的“大力士”，它的起飞重量3,038.5吨，起飞推力3,400吨，能够将47吨的有效载荷送上月球，或将118吨的有效载荷送上近地轨道。如此庞然大物的运输也不是等闲之事。每次火箭的总装和试验都需要使用大型轮船和飞机。马歇尔中心为此建立了一个小型舰队，其中包括“长臂虾号”、“猎户座号”和“前途号”驳船，还动用了美国海军舰艇“巴罗角号”和“钢铁执行者号”，另外还有2架大肚子的运输机供其调用。这两架飞机的名字很形象，分别叫“怀孕食蚊鱼号”和“超级食蚊鱼号”，“超级食蚊鱼”作为“怀孕食蚊鱼”的姐姐，是世界上唯一一架能够用其圆鼓鼓的机身运载整个火箭第三级的飞机。“土星5号”是用于载人的火箭，因此它在设计上强调了非常高的可靠性指标，它的每个部件都要在真实的工作环境里，甚至比预期条件还要恶劣的环境里（包括加速度、振动、应力、疲劳载荷、压力、温度、湿度、腐蚀）进行反复的试验。火箭设计师们按“过验证”的可靠性指标，制订了每个部件的评价方法。为了达到0.990（即99%）以上这一可靠性指标，火箭上采用了冗余部件。火箭全箭的可靠性指标是所有各部件可靠性指标的乘积。例如，一个部件的可靠性是99%，另一个部件也是99%，那么这两个部件组合在一起的系统的可靠性只有0.99×0.99＝0.9801，即98.01%。一枚运载火箭有成千上万个部件，因此要使火箭达到99%的高可靠性，必须使每一个部件都有极高的可靠性，这是相当困难的。而在20世纪60年代，“土星5号”的可靠性已达到了99%，这无疑是个奇迹。土星5号的发射记录
编号任务发射日期注释
SA-501阿波罗4号1967年11月9日首次实验飞行。
SA-502阿波罗6号1968年4月4日第二次实验飞行。
SA-503阿波罗8号1968年12月21日土星5号的第一次载人飞行以及首次由载人飞行器环绕月球。
SA-504阿波罗9号1969年3月3日登月舱地球轨道测试。
SA-505阿波罗10号1969年5月18日登月舱月球轨道测试。
SA-506阿波罗11号1969年7月16日人类首次登月。
SA-507阿波罗12号1969年11月14日降落在调查员3号附近。
SA-508阿波罗13号1970年4月11日任务被放弃，成员返回地球。
SA-509阿波罗14号1971年1月31日降落在法拉·毛罗高地附近。
SA-510阿波罗15号1971年7月26日首次使用月球车。
SA-511阿波罗16号1972年4月16日降落在笛卡尔环形山。
SA-512阿波罗17号1972年12月6日唯一一次夜间发射，最后一次阿波罗月球任务。
SA-513天空实验室1号1973年5月14日双级天空实验室版。
SA-514未使用
SA-515未使用
挑几张比较有艺术感的:
发射无人载荷状态的土星1B：
发射载人载荷状态，顶部尖尖的逃逸塔：
爬行者履带运输车运输状态——连同发射塔架一起运送至发射台，20多年后航天飞机也是走了这条飞天路
爬行者很慢，比常人步行速度都慢，不过它可以拐弯：
图挂了看不到。 不错．很详细．
要有点压力才有动力，当年有苏联和东欧共产主义的威胁，美国人也跟毛时代的中国人一样，拼命的搞国防，搞科研，老百姓是吃亏了，但是技术进步却是突飞猛进，如今世界和平，懒惰是人的天性，大家都在忙着搞享受，那些没有回报的科研却全部停滞了，如今，将近50年过去，美国反而无法登月了，太空探索这件耗钱又耗力的技术，直接利益回报又基本为零的投资，美国国会是肯定通不过的，当年，美国投资20亿美元就能登月，如今，恐怕是5000亿都无法重返月球了，哎，人类的太空梦，如果没有切实的威胁，恐怕人类的太空梦将永远都不能实现。 很详细的航天和太空发展史，苏联和美国太空竞争；美国赢得了航天飞机和登月外太空探测器一次一次的成功，苏联的航天飞机的暴风雪号。。。但是在载人空间站技术胜美国一筹，现在美国航天飞机已经退出航天历史舞台。。却要靠联盟号上国际空间站，而且票很贵。和私人航天飞行器上空间站。。。
太空竞争没有结束
美国的外太空探测器特别是火星木星土星的成功；
希望中国的外太空探测器的技术和航天超过国外 土星5号也是一个竞争导致的奇葩 好长，慢慢看:lol 潇洒泪 发表于 2013-1-17 19:36 static/image/common/back.gif
要有点压力才有动力，当年有苏联和东欧共产主义的威胁，美国人也跟毛时代的中国人一样，拼命的搞国防，搞科 ...
当年美国人也没有吃亏，反而以此为豪，上世纪50，60，70直到80年代出生的美国人，很多都以宇航员为偶像崇拜，并希望长大了能当上宇航员到太空去傲游，对科技的崇尚比任何时期都要强烈。而如今他们老去，发现这些辉煌一件件远去，连最后一架航天飞机都养不起，又青黄不接甚至没有替代品。人类摆脱地球摇篮进入太空的活动进入低谷。。。 这些远去的太空探索活动，影响了一大批人，也许就包括我们中的许多人……
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