土星5号运载火箭
| 土星5号运载火箭 |
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中文名： 土星5号运载火箭 外文名： Saturn V 别名： 农神五号、月球火箭 建设单位： 美国国家航空航天局 高度： 110.6米 直径： 33.0英尺(10米) |
土星5号运载火箭(Saturn V)，又译农神五号，亦称为月球火箭，是美国国家航空航天局(NASA)在阿波罗计划和天空实验室计划两项太空计划中使用的多级可抛式液体燃料火箭。土星5号超重型运载火箭是仅次于苏联能源号运载火箭的推力第二大运载火箭。在1967年-1973年间共发射了13枚"土星5号"运载火箭，它们保持着完美的发射记录。共有9枚"土星5号"运载火箭将载人的"阿波罗"号宇宙飞船送上月球轨道。土星5号"运载火箭的生产线于1970年关闭。"土星5号"的最后一次发射是在1973年，这次发射将"天空实验室"空间站送入了近地轨道。续任者太空发射系统(SLS系统),号称史上最强运载火箭系统。[1]
目录
摘要
美国土星5号是截至目前仍是人类历史上使用过的自重最大的运载火箭，高达110.6米，起飞重量3038.5吨;总推力达3408吨，月球轨道运载能力45吨，近地轨道运载能力118吨。土星5号是三级火箭，由S-1C第一级、S-2第二级、S-4B第三级、仪器舱和有效载荷组成。第一级长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。第一级采用5台F-1发动机，推进剂为液氧和煤油，2个10米直径的铝制推进剂贮箱用桁条和隔框加强。第二级长25米，直径10米，采用液氧液氢推进剂 ，共用5台J-2发动机。第三级长18.8米，直径6.6米，1台J-2发动机，推进剂为液氧液氢。
尽管NASA曾设想过更大的火箭(例如新星火箭)，土星5号是历史上、土星号运载火箭成员中最大的火箭， 土星5号由马歇尔太空飞行中心总指挥沃纳·冯·布劳恩与他的德国火箭团队担任设计研发工作，主要的承包商包括波音公司、北美人航空公司、道格拉斯飞行器公司以及IBM。
除了最后一次发射天空实验室没有使用S-IVB(第三级)之外，所有其他土星5号的发射都有三级:S-IC(一级)、S-II(二级)和S-IVB(三级)。每一级都使用液态氧(LOX)作为氧化剂。第一级使用高精炼煤油(RP-1)作为燃料，其他两级使用液态氢(LH2)作为燃料。一般来说，一次发射任务的前20分钟左右由火箭推动。
1967年至1973年期间NASA共发射了13枚土星5号火箭，从来没有过损失有效载荷的事故发生(虽然阿波罗6号和阿波罗13号曾出现过推进器失灵的问题，但舰载电脑都能够通过延长剩余推进器燃烧时间的办法以保持飞行)。土星5号的主要载荷是载着宇航员成功登月的阿波罗航天器。最后一次土星5号的发射将天空实验室的空间站送入太空。
背景
20世纪60年代初期，苏联在太空竞赛领先于其对手美国。1957年苏联发射了第一颗人造卫星史泼尼克一号，1961年4月12日，苏联宇航员尤里·加加林成为第一个进入太空的人类。为了在太空领域领先苏联， 1961年5月25日，肯尼迪总统宣布美国会在1970年之前将宇航员送上月球。那时，美国唯一的一次载人太空任务是艾伦·谢泼德的水星-红石3号;仅在太空停留了15分钟，且未进入近地轨道。当时世界上没有火箭能够一次运送可登月的航天器。土星1号火箭当时还在研制过程中，但由于其推力远远不够，需要若干次发射才能将登月所需要的各个部件送入轨道。
在登月计划的计划阶段初期，NASA曾考虑过三个主要的设想:地球轨道交会、直接起飞以及月球轨道交会(LOR)。尽管NASA起初没有考虑月球轨道集合，因为人类当时连地球轨道集合都没有执行过，更不用说难度更大的月球轨道集合了。后来，由于能够使任务时间缩短以及较其他两种方法简单，月球轨道集合仍然被采纳。
设计与制造
土星5号的设计起源于V-2火箭和木星系列火箭。由于木星系列火箭的成功，新一代的土星系列火箭开始出现。首先是土星1号和1B号，最终是土星5号。冯·布劳恩在马歇尔航天飞行中心领导了一个团队来建造一个足以将一艘宇宙飞船送上登月轨道的运载火箭 。在他们转为NASA工作以前，冯·布劳恩的团队就已经开始进行增加推力、减少操作系统复杂度和设计更好的力学系统的工作了 。在设计过程中，他们决定抛弃V-2火箭中的单引擎的设计思路，转而设计多级火箭。土星1号和1B号反映了这些设计思想的变化，但是仍不足以将一艘载人宇宙飞船送上月球 ，需要若干次发射才能将登月所需要的各个部件送入轨道。但是在NASA做出最优登月方式的决定的过程中，他们的这些设计仍然提供了一个基准参考。
土星5号的最终设计有若干个关键特征。工程师们认为，最多好的发动机使用F-1火箭发动机配合新型的称为J-2火箭发动机的液氢推进系统，这可以使土星C-5的配置达到最优。1962年，NASA做出了最终计划，决定按照冯·布劳恩的土星设计方案继续研究，而这也为阿波罗计划赢得了时间。。
随着火箭的配置工作的完成，NASA开始考虑选择登月的任务模式。在争论之后，NASA决定采用月球轨道交会的方法。在推进燃料的选择、燃料需求量和火箭制造过程等等问题都得到了解决之后，土星5号被选为登月飞船的运载火箭。这只火箭的建造过程自顶向下分为三个部分:S-IC、S-II和S-IVB，每一部分都由冯·布劳恩在亨茨维尔设计，由其它合同商负责制造，如波音、北美航空、道格拉斯飞行器公司以及IBM。