土星5号,人类火箭巨无霸
因为60年代,美国航天发展最重要的目标是阿波罗登月。正如肯尼迪总统1961年在莱斯大学演讲时说的那样:“我们选择登陆月球,不是因为它简单,而是因为它真的很难”。
当时,为了阿波罗登月,一系列辅助工程上马。
1961-1965年,9个游骑兵(Ranger)任务,全方面获得月球表面情况。
1966-1967年,5个月球轨道器(Lunar Orbiter)任务,重点勘查适合载人登陆的区域并绘制出详细地形地貌图。
阿波罗12号任务时降落地点就在为它做前期准备的测量员附近,也造就了人类两个航天任务在月球表面相遇的神奇纪录
1966-1968年,7个测量员(Surveyor)任务,着陆器直接降落月球,获得未来阿波罗载人登月着陆地区的第一手资料,其中5个任务着陆成功。
1964-1966年,12个双子座(Gemini)载人航天任务,验证了出舱行走、交会对接等核心技术,所有的阿波罗登月宇航员都是这个项目培养出来的。
也就是说,在阿波罗登月之前,NASA(美国国家航空航天局)已经完全了解了月球着陆区的环境、相关的载人航天技术都储备完毕。例如,阿姆斯特朗在双子座8号任务时成为世界首个完成航天器交会对接任务的人,登月第一人的资格足够。
但是,当时还有极其重要的一个环节:怎么过去?火箭怎么办?
登月远比地球附近的载人航天复杂,近地轨道运力几吨、几十吨的火箭远远不够,火箭成为限制载人登月方案的最大因素。
当时总共有四种方案。1.月球直接往返;2.月球表面集合,用重型火箭分两次任务发射;3.地球轨道集合,用大中型火箭多次发射,在地球附近组装后载人登月;4.月球轨道集合,飞船到月球后,一部分登陆,一部分留轨。
选择第4种方案的阿波罗飞船实际上也由4个部分组成
第1种方案要求重达4000-5000吨级别的火箭,实在太难,人类也许在阿波罗登月后100年内都不会造出来。因为我们在登月50年后,连土星5号级别的火箭都还没造出来;第2种,对月球着陆技术要求太高,几乎不可能;第3种,当时交会对接技术还没突破,多次对接风险也特别大。最终,阿波罗载人登月选择了方案4,它需要一枚近地轨道运力达到140吨级、月球转移轨道运力达到45吨级的火箭。
冯·布劳恩站在他的得意作品土星5号“前”
任务最后落到了冯·布劳恩团队头上,这位在二战结束后被“回纹针”绝密行动带回美国的德国火箭专家事后也被证明是人类史上最伟大的火箭科学家、没有之一,他在二战后几乎主导了美国所有火箭的研发。1961年登月计划公布后,他们获得天量的资金。
那时候,钱不是问题,问题是能不能把“问题”解决。冯·布劳恩团队不负众望,在他们此前的研究基础上,最终给出了土星A(Saturn-A1,Saturn-A2)、土星B(Saturn-B1)和土星C(Saturn-C1、Saturn-C2、Saturn-C3、Saturn-C4、Saturn-C5)的庞大土星系列火箭家族。当然,冯·布劳恩还提出了C8这个型号,它理论上可以完成直接登月、直接返回(前文方案1),不过以当时的资源、甚至今天的资源都很难实现。
土星是个庞大的载人火箭家族,只不过土星5号(C5)实在太出名掩盖了其他的光辉
人们常说的土星5号,就是指Saturn-C5这一个型号。
土星5号的很多指标是非常惊人的,它的总重量约为2970吨,最大直径10.1米,高度110.6米,近地轨道运力140吨,地月转移轨道极限运力48.6吨。以中国现役最强火箭长征5号对比而言,长征5号总重量约为867吨,最大直径5米,高度57米,近地轨道运力25吨,地月转移轨道运力8吨。
那个时代孕育了多么恐怖的钢铁巨兽,可见一斑。
火箭第一级总重约2290吨,其中壳体和发动机质量仅为130吨,2160吨都为燃料,为液氧煤油,发动机工作时间标准流程为165秒,发动机总推力达到了惊人的3510吨!第一级平均每一秒燃烧13.1吨燃料,换算成汽油差不多够一辆百公里油耗10升的小 汽车 围绕地球赤道开4圈半!
第二级总重约496吨,其中壳体和发动机质量仅为40吨,456吨都为燃料,为液氧液氢,发动机工作时间标准流程为360秒,发动机总推力为514吨;对于第二级消耗的燃料(液氧液氢能量密度是液氧煤油的1.6倍左右),足够开车绕地球赤道250圈。
第三级总重约123吨,其中壳体和发动机质量仅为13吨,110吨都为燃料,为液氧液氢,发动机工作时间标准流程为两次共计500秒,发动机总推力为100吨。第三级的燃料够开车绕地球60圈。
美丽的《地出》来自阿波罗8号任务,人类首次到月球附近,阿波罗11号时才着陆
更惊人之处在于,这个火箭的可靠性也是很高的。1967年11月9日,阿波罗4号无人测试任务,土星5号成功首飞。但是,1968年的12月11日,它就已经送阿波罗8号乘组前往月球,他们也拍下来载入史册的经典图片《地出》,这是人类首次从月球看地球。从1967年到1973年,土星5号火箭完成了13次发射任务(12次阿波罗,1次天空实验室)。除了阿波罗6号无人测试时出现了发动机技术问题、但并未酿成大祸,其余都是完全成功,运送了24人前往月球,最终12人登陆月球。
这12人也因而被命名为新物种:能生存在地球和月球的生物。
土星5号对比N1(右)
相比较而言,苏联同时代的登月火箭N1却反复遭遇失败,连续4次试射均在升空后不久爆炸,成为人类载入史册的最强人工(非核)爆炸,苏联最终退出登月竞赛,秘密开始载人空间站计划,也就是礼炮1-7号共计9个空间站(7个成功)。礼炮1号在1971年4月19日秘密升空,随后震惊世人,美国在载人空间站领域被苏联超越。
此时,又是土星5号脱颖而出,把天空实验室空间站(Skylab)送入太空。这个空间站的设计逻辑可以这么简化为“来不及了,还设计啥空间站,直接把土星5号的最上级装大量仪器不就行了,做个百吨级的空间站够用么?而且所有仪器你地面都装好,不用蚂蚁搬家往天上运,反正我们能一次发上去!”。至于载人飞船,则使用阿波罗18-20号飞船,这几个原计划登月的任务在后期被取消。
从各方面指标来看,天空实验室都远超礼炮系列空间站
1973年5月14日,天空实验室升空,它由土星5号的第三级S-IVB改造而来,有轨道舱、空间望远镜、对接舱、气闸舱、服务单元、仪器单元等部分,空重77吨,对接阿波罗飞船状态下超过90吨。内部加压空间超过351立方米,相当于一栋巨大的房子飞在空中。载人对接任务时,甚至不需要用巨大的土星5号火箭,用近地轨道运力在20吨的土星IB火箭发射阿波罗飞船即可。
相比较而言,苏联首个空间站礼炮1号重18.4吨、加压空间99立方米。
强大土星5号火箭的存在,使得美国立即又在空间站领域赶上并超过苏联。但是,在70年代后,土星5号还是遗憾退役了。有一系列原因。
首先,它实在太贵了。以1960-1970年代的美元计,土星5号研发费用是64亿美元,一次发射的价格就是1.8亿美元,那个年代的1.8亿美元大概可以等同于今天的12亿美元。
其次,应用需求不再。美国靠着这个火箭,登上月球,在太空竞赛中制霸苏联,在冷战中占据先机,在东西方两大阵营对抗中重夺主动权。但1975年前后,苏美签订了一系列协议,中止太空竞赛,双方砍掉了大量航天项目,尤其是需要重型火箭的任务,土星5号一下失去了需求。
苏联解体后,更没有需求。
土星5号创造了人类火箭天顶 科技 ,那是特殊政治的时代、不计成本的投入、深厚积累的技术等一系列原因共同促成的,如今很难再有机会达到当年那个状态了。
如果刻意追求复现甚至超过土星5号,是极其不明智的决定,时代变了。
NASA在研的新一代重型火箭太空发射系统和猎户座飞船同样昂贵,目前研制花费已经近400亿美元
目前,世界各航天大国都在“慢慢来”,NASA的太空发射系统、SpaceX的大猎鹰火箭、蓝色起源的新阿姆斯特朗、俄罗斯的新联盟和安加拉、中国的长征9号都处在在研或论证阶段,它们的最终设计目标都是达到土星5号的级别,但达到这种成熟版本预计都会在2030年以后。
也就是说,土星5号成功后,60多年内都没有对手。
而要想超过土星5号,例如达到曾经的土星C8级别,就目前的环境来看,阿波罗登月后100周年纪念时能实现就已经是人类航天的新奇迹。
“阿波罗”载人登月需要怎样的推力?
把三位宇航员乘坐的45吨重“阿波罗”宇宙飞船一举送上距离地球约39万千米的月球上,并不是一件轻而易举的事,需要强大推力的运载火箭。美国从1962年5月起,让布劳恩工作组设计运载“阿波罗”飞船用的火箭,这就是闻名世界的大推力“土星5号”火箭。经过5年紧张研制工作,终于在1967年11月9日用三级...
为什么土星五号的火焰刚出喷嘴时是黑的?
那是推动燃料泵的燃气发生器所排放出的废气。火箭发动机的一个非常重要的部件就是燃料泵。土星五号的第一级采用液氧煤油,二者都需要燃料泵来加压推动。那么什么来推动燃料泵呢?燃料本身。一部分液氧和煤油在燃料泵里燃烧,给燃料泵提供能量。问题在于,这个燃烧的温度不能太高,否则会直接把泵烧化。解决...
中国离登月还远吗?
中国的火箭技术的确和美国差距巨大。美国登月用的土星5号巨型火箭,到目前为止仍然是人类投入使用的最大的火箭。但要注意,美国取得载人登月这种巨大成就的背景:那是冷战美苏两强争霸,太空竞赛比拼的时代,双方都是巅峰对决,不计后果不计成本,你追我赶,才创造了令后人惊叹的成就。现在早已不是冷战...
回形针行动与土星5号运载火箭设计者韦恩赫尔·冯·布劳恩
冯·布劳恩,这位出身贵族、对航天充满热情的科学家,被安排在布利斯堡,成为了美国军事基地中与火箭科技紧密相连的关键人物。他不仅是V2火箭总设计师,还为NASA的阿波罗计划带来了突破,尤其是主导了土星5号运载火箭的研发,它象征着人类登月历史上的重大里程碑。冯·布劳恩早年在柏林工业大学师从赫尔曼·奥...
NASA登月巨型火箭,美国即将重返月球吗?-
这个巨型火箭高322英尺,比自由女神像和伦敦的大本钟还高。一般情况下,都是184英尺高的航天飞机火箭,将宇航员送入近地轨道的空间站。尽管SLS比它的前辈要高,但实际上它比美国宇航局最后一枚用于载人进入外太空的火箭土星5号要短一点。虽说阿波罗时代的火箭比它高41英尺。但新火箭显然更强大。SLS将在...
人类登上月球的历史!
航天器本身装有较小的火箭发动机,当它接近月球时,能使航天器减速进入绕月轨道。而且,航天器的一部分——装有火箭发动机的登月舱能脱离航天器,载着宇航员登上月球,并返回绕月轨道与阿波罗航天器结合。工程开始于1961年5月,至1972年12月第6次登月成功结束,历时约11年,耗资255亿美元。在工程高峰...
美国的火箭,都有哪些系列,哪些型号,中国最先进的,相当于人家的哪种...
各型大力神火箭的有效载荷分别是:3A为3.6吨,3B为4.5吨,3C,3D和3E均为15吨。最大的大力神34D长达62米,最大直径5米,发射地球同步转移轨道卫星的运载能力达4.5吨。大力神系列火箭至今已有150多次发射纪录。它主要发射各种军用卫星,也发射了太阳神号,海盗号,旅行者号等行星和行星际探测器。5....
火箭残骸会威胁地面安全吗?随机坠落还是人为控制?
一个典型的火箭重量通常都在数千吨,而且结构非常复杂,包含的部件非常多,但是对我们唯一有用处的只是它头部搭载的卫星、或者是探测器、载人舱、货运飞船等等。它们的重量一般只能占到火箭总重量的1%-1.5%,有效载荷占比非常低,就拿人类历史上最大的火箭土星5号为例;它的总量达到了3000多吨,其中火箭...
高一语文《飞向太空的航程》课文解读
从这一段开始是新闻的主体,作者并没有继续叙述“神舟”五号飞船发射的经过,而是叉开一笔,由这个段落过渡到对中国航天研究史的回顾,叙述我国航天人近半个世纪的努力,交代“神舟5号”成功发射的深层背景。 1957年10月4日,哈萨克大荒原一个小小的角落里,发出一声沉闷的巨响,一枚顶端载着一个直径58厘米铝制圆球的火箭,...
美国哪一年登月成功
美国于1969年登月成功。1969年7月21日,美国“阿波罗11号”宇宙飞船载着三名宇航员成功登上月球。三位执行此任务的宇航员分别为指令长阿姆斯特朗和指令舱驾驶员迈克尔·科林斯以及登月舱驾驶员巴兹·奥尔德林。
锐莺鱼腥: 应该是美国的土星5号运载火箭,或者是前苏联的能源号运载火箭 土星5号火箭是美国专为阿波罗登月和天空实验室研制的液体燃料运载火箭,可称得上是运载巨无霸.它是土星火箭中最大的一位成员,更是迄今使用过的最大、最重、推力最强...
乳源瑶族自治县18754445121: 美国土星5号火箭 - ?
锐莺鱼腥: 土星5号,是美国有史以来推力最大的火箭,用来发射阿波罗飞船,自从美国停止登月活动以后,就再也没有派上过用场.甚至又人怀疑,美国是否真的有过拥有那么大推力的火箭(怀疑阿波罗登月为骗局的那些人). 能源号,现在也不用了,因为普通飞船不需要那么大的推力火箭. 俄罗斯列代火箭:东方号、联盟号、能源号、质子号、旋风号.
乳源瑶族自治县18754445121: 土星5号是指什么? - ?
锐莺鱼腥: 土星5号运载火箭(Saturn V),又译神农五号,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.详系请查看百度百科
乳源瑶族自治县18754445121: 土星5号火箭的资料?
锐莺鱼腥: 1961年4月20日,美国总统提出研制登月火箭的设想,并询问60年代能否把人送上月球.当时布劳恩斩钉截铁地回答:“ 行!”于是,在布劳恩的主持下,开始实施土星巨型登月火箭研制计划.1964年至1967年,相继研制成功土星1,土星1B...
乳源瑶族自治县18754445121: 世界载重最大的火箭是什么 - ?
锐莺鱼腥: 11К25“能源”号运载火箭. 11К25“能源”号运载火箭(俄语:11К25,Энергия)苏联研制的一种超重型运载火箭.截止2019年7月,能源号仍保持运载能力最强的世界纪录. 作为重型一次性使用运载系统以及作为暴风雪号航天飞机的助推器...
乳源瑶族自治县18754445121: 土星五号还是世界上运载量最大的火箭吗? - ?
锐莺鱼腥: 是的 “土星五号”是目前为止人类研制的最大的运载火箭,由美国研制,专门用于“阿波罗”登月计划.它直径为10m,高111m,起飞时重量近3000 t.第一级火箭装有五台发动机,推力超过3000 t,点火后150秒内即可把2000多吨液氧和煤油烧完;第二级火箭装有450 t高能推进剂(液氧和液氢),推力525t;第三级火箭装有106t推进剂,推力100t.“阿波罗”登月飞船就是由它运载并送入轨道的.
乳源瑶族自治县18754445121: "土星五号"一共发射18次(最后一次是发射美国的空天实验室),承载阿波罗1号到阿波罗17号,从未有过失败记录.1969年7月16日上午,巨大的“土星5... - ?
锐莺鱼腥:[答案] 是的“土星五号”是目前为止人类研制的最大的运载火箭,由美国研制,专门用于“阿波罗”登月计划.它直径为10m,高111m,起飞时重量近3000 t.第一级火箭装有五台发动机,推力超过3000 t,点火后150秒内即可把2000多吨液...
乳源瑶族自治县18754445121: 人类登上月球的资料 - ?
锐莺鱼腥: 核实后望给予满意,谢谢!1969年7月16日,巨大的“土星5号”火箭载着“阿波罗11号”飞船从美国肯尼迪角发射场点火升空,开始了人类首次登月的太空征程.美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗、埃德温·奥尔德林、迈克尔·科林斯驾驶着阿波...
乳源瑶族自治县18754445121: 世界上推力最大的火箭是美国的“土星五号”吗??
锐莺鱼腥: 土星5号是历史上、土星号系列运载火箭成员中最大的火箭,高达110.6米,更是目前使用过的最高、发射前最重、推力最强的运载火箭. 它也是世界上公认的推力最强的火箭.只可惜,它连一张技术结构图也没留下. 能源号只执行过两次发射任务,而且第一次发射中,有效载荷没有正常工作.第二次发射层用来发射航天飞机,可见,它不是推力最大的火箭,因为这种级别的火箭美国现在可以轻易造出来. 而自阿波罗探月结束后,美国再也没生产过土星5号火箭. 目前世界上最大推力的火箭——大力神号——也要逊色于土星5号.
乳源瑶族自治县18754445121: 关于土星5号的资料 - ?
锐莺鱼腥: 土星5号火箭的近地轨道运载能力是130吨.曾把50吨重的航天器送入过月球轨道.因为造价太高,现在已经停止使用. 美国1965年实施登月计划的巨型运载火箭“土星5号”.它是三级火箭,长85.6米,直径10.1米,起飞重量2950吨,近地轨道的有效载荷达139吨,飞往月球轨道的运载能力为47吨!