土星5號火箭除了登月真的就沒其它實用價值嗎?
當然不止僅僅是登陸月球了,當時土星5號在1967年至1973年期間NASA共發射了13枚土星5號火箭,因為從來就沒有過損失有效載荷的主要事故發生(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,但箭載電腦都能夠通過延長剩余推進器燃燒時間的辦法以保持飛行)。土星5號的主要載荷是載著一些宇航員成功登月的阿波羅航天器。最后一次土星5號的發射將天空實驗室的空間站直接送入太空。
土星5號在20世紀60年代初期,蘇聯在太空競賽領先于其對手美國。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。為了能夠在太空的領域領先蘇聯,1961年的5月25日,肯尼迪總統宣布美國會在1970年之前將宇航員最先送上月球。
那時,美國是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,且未直接進入近地軌道。當時世界上沒有火箭能夠一次運送可登月的航天器。因為土星1號火箭當時還在研制過程當中,但由于其推力遠遠不夠,需要分若干次發射才能將登月所需要的各個部件直接送入軌道。
土星5號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)。盡管NASA起初沒有完全考慮月球軌道集合,因為人類當時連地球軌道的集合都沒有執行過,更不用說難度更大的月球軌道集合了。后來,由于能夠使任務時間縮短以及較其他兩種方法更為簡單,因此月球軌道的集合仍然會被采納。
土星5號從1964年至1973年,土星5號的總撥款高達65億美元,在1966年則達到最高,僅一年當中就撥了12億美元。阿波羅計劃被縮減的主要原因還是資金。在1966年,美國國家航空航天局的年度政府的撥款竟高達45億美元,約為當時美國國內生產總值(GDP)的0.5%。同年,國防部的一些政府撥款為635億美元。土星5號運載火箭(Saturn V),又譯為農神五號,亦稱為月球火箭,它是美國的國家航空航天局(NASA)在阿波羅計劃和天空實驗室計劃等兩項太空計劃中使用的一個多級可拋式液體的燃料火箭。是僅次于蘇聯能源號運載火箭的重大推力的第二大運載火箭。
土星5號則是三級火箭,由S-1C第一級、S-2第二級、S-4B第三級、儀器艙和有效載荷所組成。第一級長42米,直徑10米,到尾段的底部直徑增大到13米。尾段上裝有4個穩定的尾翼,翼展約18米。第一級采用5臺F-1發動機,推進劑為一些液氧和煤油,2個10米直徑的鋁制推進劑貯箱用桁條和隔框加強。第二級長25米,直徑10米,采用一些液氧液氫推進劑 ,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,推進劑主要為液氧液氫。
土星5號是在人類歷史上所使用過的最重、推力最強的一個運載火箭,它高達110.6米,起飛的重量3038噸,總推力達3400噸左右,同時可將127噸的有效載重送上近地軌道。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、儀器艙和有效載荷所組成。第一級長42米,直徑10米,到尾段底部直徑同時增大到13米。
尾段上裝有4個穩定尾翼,翼展約18米。第一級采用5臺F-1發動機,推進劑為一些液氧和煤油,2個10米直徑的鋁制推進劑貯箱用桁條和隔框加強。第二級長25米,直徑10米,采用液氧液氫推進劑 ,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號運載火箭是在人類歷史上使用過的最高、最重、運載能力最強的運載火箭。盡管NASA曾設想過一個更大的火箭(例如新星火箭),土星5號是歷史上、土星號運載火箭成員當中最大的一個火箭,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進行設計和研發的主要工作,它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。
土星5號除了最后一次發射天空實驗室沒有使用過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)作為一種氧化劑。第一級所使用的高精煉煤油(RP-1)作為主要燃料,其他兩級使用液態氫(LH2)作為主要燃料。一般來說,一次發射任務的前20分鐘左右都是由火箭在推動。成功登上月球的“鷹”載人登陸艙
眾所周知,二戰之后美國和蘇聯便展開了爭霸,爭霸主要集中體現在兩個方面,首先是武器裝備,而另一個制高點就是太空探索,其中載人登月便是重中之重。從60年代中后期開始,雙方的載人登月便進入了實質階段,雙方投入了大量的人力物力,僅僅是為了將宇航員送上月球。
采用30臺發動機的N1火箭第一級
美國方面則是以土星5號巨型運載火箭為主,采用服務艙、指令艙和鷹式月球登陸艙三艙布局,整個登月計劃代號“阿波羅”。1969年7月21日,首個載人登月艙順利登上月球,標志著載人登月的成功,阿姆斯特朗成為登上月球第一人。而蘇聯方面則是因為N1火箭的發射接連失敗,最終徹底放棄了載人登月,轉而占領空間站領域制高點。
很多人疑惑為何蘇聯最終沒能在載人登月方面繼續下去,其主要原因有兩點。首先對于當時來說,載人登月僅僅只是政治任務,除了能夠向世界展示美蘇兩個國家的強大以外并沒有任何實際意義。載人登月項目需要的投入十分龐大,整個阿波羅登月計劃美國耗費了數百億美元,這對于六十年代末來說簡直就是天文數字,要知道1969年美國經濟總量才1萬億美元,所以在載人登月失敗后蘇聯立即放棄了這個費錢的項目。
重型獵鷹火箭也采用了發動機并聯技術
第二點,蘇聯在N1火箭方面失敗的很徹底,由于沒有推力巨大的發動機,N1只能采用小推力發動機并機的方案,和馬斯克的重型獵鷹火箭方案一樣。但是受制于當時的技術影響,N1火箭無法解決發動機來帶的共振問題,而短時間內又拿不出推力更大的火箭發動機,在已經落后美國的情況下最終只能放棄登月計劃。可以說在載人登月方面蘇聯失敗的非常徹底。
土星5號運載火箭
在美國完成阿波羅登月計劃后的五十余年時間內,美國沒有任何載人登月的計劃。實際上這非常好理解,當時的阿波羅計劃純粹就是政治產物,其土星5號最大130噸的近地軌道運載能力雖然十分強悍,但是以當時的技術條件來說,土星5號用在除了載人登月的任何其他方面都是一種嚴重的浪費,因此在隨后的漫長時間里美國沒有建造這一巨型火箭。
除此之外,載人登月雖然美國成功領先,但是以當前的技術條件來說,雖然月球上的礦產物資極為豐富,但是沒有任何利用的可能,因此阿波羅計劃的象征意義遠大于實際意義。不過近年來隨著大型空間站的建設以及月球科研基地建設的設想,使得巨型運載火箭開始吃香,和當年的政治任務不同,如今的探月工程才是可持續科學探索的起步,于是世界主要航天強國展開了新一輪巨型火箭的研發浪潮。