土星5號運載火箭檢視原始碼討論檢視歷史
| 土星5號運載火箭 |
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中文名： 土星5號運載火箭 外文名： Saturn V 別名： 農神五號、月球火箭 建設單位： 美國國家航空航天局 高度： 110.6米 直徑： 33.0英尺(10米) |
土星5號運載火箭(Saturn V)，又譯農神五號，亦稱為月球火箭，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兩項太空計劃中使用的多級可拋式液體燃料火箭。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。在1967年-1973年間共發射了13枚"土星5號"運載火箭，它們保持着完美的發射記錄。共有9枚"土星5號"運載火箭將載人的"阿波羅"號宇宙飛船送上月球軌道。土星5號"運載火箭的生產線於1970年關閉。"土星5號"的最後一次發射是在1973年，這次發射將"天空實驗室"空間站送入了近地軌道。續任者太空發射系統(SLS系統),號稱史上最強運載火箭系統。[1]
摘要
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台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台J-2發動機。第三級長18.8米，直徑6.6米，1台J-2發動機，推進劑為液氧液氫。
儘管NASA曾設想過更大的火箭(例如新星火箭)，土星5號是歷史上、土星號運載火箭成員中最大的火箭， 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。
除了最後一次發射天空實驗室沒有使用S-IVB(第三級)之外，所有其他土星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。
1967年至1973年期間NASA共發射了13枚土星5號火箭，從來沒有過損失有效載荷的事故發生(雖然阿波羅6號和阿波羅13號曾出現過推進器失靈的問題，但艦載電腦都能夠通過延長剩餘推進器燃燒時間的辦法以保持飛行)。土星5號的主要載荷是載着宇航員成功登月的阿波羅航天器。最後一次土星5號的發射將天空實驗室的空間站送入太空。
背景
20世紀60年代初期，蘇聯在太空競賽領先於其對手美國。1957年蘇聯發射了第一顆人造衛星史潑尼克一號，1961年4月12日，蘇聯宇航員尤里·加加林成為第一個進入太空的人類。為了在太空領域領先蘇聯， 1961年5月25日，肯尼迪總統宣布美國會在1970年之前將宇航員送上月球。那時，美國唯一的一次載人太空任務是艾倫·謝潑德的水星-紅石3號;僅在太空停留了15分鐘，且未進入近地軌道。當時世界上沒有火箭能夠一次運送可登月的航天器。土星1號火箭當時還在研製過程中，但由於其推力遠遠不夠，需要若干次發射才能將登月所需要的各個部件送入軌道。
在登月計劃的計劃階段初期，NASA曾考慮過三個主要的設想:地球軌道交會、直接起飛以及月球軌道交會(LOR)。儘管NASA起初沒有考慮月球軌道集合，因為人類當時連地球軌道集合都沒有執行過，更不用說難度更大的月球軌道集合了。後來，由於能夠使任務時間縮短以及較其他兩種方法簡單，月球軌道集合仍然被採納。
設計與製造
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。首先是土星1號和1B號，最終是土星5號。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 。在他們轉為NASA工作以前，馮·布勞恩的團隊就已經開始進行增加推力、減少操作系統複雜度和設計更好的力學系統的工作了 。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。但是在NASA做出最優登月方式的決定的過程中，他們的這些設計仍然提供了一個基準參考。
土星5號的最終設計有若干個關鍵特徵。工程師們認為，最多好的發動機使用F-1火箭發動機配合新型的稱為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。。
隨着火箭的配置工作的完成，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。這隻火箭的建造過程自頂向下分為三個部分:S-IC、S-II和S-IVB，每一部分都由馮·布勞恩在亨茨維爾設計，由其它合同商負責製造，如波音、北美航空、道格拉斯飛行器公司以及IBM。