土星5号运载火箭 百科内容来自于: 百度百科

土星5号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。 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。“土星5号”是有史以来建造的动力最强大的火箭。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。

简介

美国土星5号是截至目前仍是人类历史上使用过的最重、推力最强、安全可靠性最高的运载火箭,高达110.6米,起飞重量3038吨,总推力达3400吨左右,可将127吨的有效载重送上近地轨道。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。
美国的土星5号运载火箭是人类历史上使用过的最高、最重、运载能力最强的运载火箭。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。
火箭主要设计者之一—冯布劳恩

火箭主要设计者之一—冯布劳恩

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。
土星5号(SA-501)摄于阿波罗4号发射前

土星5号(SA-501)摄于阿波罗4号发射前

1967年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。

资金

1964年1973年,土星5号的总拨款高达65亿美元,在1966年达到最高,仅一年中就拨了12亿美元。
阿波罗计划被缩减的主要原因是资金。1966年,美国国家航空航天局的年度政府拨款高达45亿美元,约为当时美国国内生产总值(GDP)的0.5%。同年,国防部的政府拨款为635亿美元,阿波罗计划总共耗资约240亿美元。 ,因此有人认为,资金是美国能够领先一步登陆月球的最大因素。

基本资料

所属国家/组织
美国
生产单位(S-IC)
波音公司
生产单位(S-II)
北美人航空公司
生产单位(S-IVB)
整体组装地点
飞行器装配大楼(Audlo Video Bridging)
首飞
发射场
发射台编号
LC-39A(除阿波罗10号以外)
LC-39B(阿波罗10号)
起飞推力
34020千牛

外型和质量参数

高度
110.6米(搭载阿波罗飞船)
109米(搭载天空实验室)
芯级最大直径
10.1米
13米(含突出的发动机)
18米(含尾翼)
起飞质量
3 038 500千克

第一级

名称
无燃料质量
131吨
满载燃料质量
2300吨
直径
10.1米(不含尾翼)
长度
42.1米
发动机
发动机布置
中央1台,外围4台
推进剂
煤油/液氧
单台推力(海平面)
6700~6909千牛
总推力(海平面)
34020千牛
工作时间
150秒
263秒
点火时间
起飞前8.9秒
中央发动机关机时间
起飞后135秒
外围发动机关机时间
起飞后150秒
分离时高度
68000米
分离时速度
2756米/秒
使用后残骸坠落点
大西洋
一级火箭发动机点火顺序:首先中央发动机点火,随后周围相对的发动机以300毫秒的间隔点火。
一级火箭发动机的五台发动机所需的液氧和煤油分别由一台液氧泵和一台煤油泵提供,其中液氧泵的流量为每秒24 811加仑,煤油泵的流量为每秒15 741加仑。液氧泵的工作温度为-185℃,煤油泵的工作温度为15℃
液氧泵和煤油泵由一台55 000马力的涡轮机提供动力,涡轮泵的工作温度为650℃

第二级

名称
无燃料质量
36吨
满载燃料质量
480吨
直径
10.1米
长度
24.8米
发动机
推进剂
液氢/液氧
单台推力(真空)
880千牛
总推力(真空)
4400千牛
工作时间
360秒
比冲
421秒
分离时高度
170000米
分离时速度
7000米/秒
第三级
名称
无燃料质量
10吨
满载燃料质量
120.8吨
直径
6.6米
长度
18.8米
发动机
1台J-2发动机
推进剂
液氢/液氧
单台推力
1000千牛
工作时间
165 + 335秒(两次点火)
比冲
421秒
第一次关机时间
起飞后700秒(11分40秒)
第一次关机后速度
7.75千米/秒
第一次关机后高度
191.2千米
第二次点火时间
起飞后2小时40分
第二次关机后速度
11.2千米/秒
使用后残骸坠落点
月球

运载能力

近地轨道
119000千克
月球轨道
45000千克
 

发射纪录

序列号
任务
发射日期(世界时)
注释
SA-501
1967年11月09日 12∶00∶01
首次实验飞行
SA-502
1968年04月04日 12∶00∶01
第二次实验飞行
SA-503
1968年12月21日 12∶51∶00
土星5号的第一次载人月球轨道飞行
SA-504
1969年03月03日 16∶00∶00
登月舱地球轨道测试
SA-505
1969年05月18日 16∶49∶00
除月球着陆外的登月全过程的演练飞行
SA-506
1969年07月16日 13∶32∶00
人类首次登月
SA-507
1969年11月14日 16∶22∶00
降落在调查员3(勘察者3号)号附近
SA-508
阿波罗13号
1970年04月11日 19∶13∶00
任务被放弃,成员返回地球
SA-509
1971年01月31日 21∶03∶02
降落在法拉·毛罗高地附近
SA-510
1971年07月26日 13∶34∶00
首次使用月球车
SA-511
1972年04月16日 17∶54∶00
降落在笛卡尔环形山
SA-512
1972年12月07日 05∶33∶00
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05月14日 17∶30∶00
使用第一和第二级火箭发射天空实验室(Skylab)
SA-514、SA-515未使用
土星5号最后一次任务所发射的天空实验室

土星5号最后一次任务所发射的天空实验室

火箭图纸

有一个流行的说法认为土星5号的设计图纸已经丢失了或者是故意的销毁了。实际上设计图纸仍然保存在马歇尔航天飞行中心的微缩胶卷上 。
而F-1火箭发动机的图纸,据生产F-1发动机洛克达因公司声称,他们拥有该发动机的完整资料。

展出

至今为止还有几枚土星5号火箭在美国不同地方展出,展出的地方如下:
一枚火箭在约翰逊航天中心中展览,这枚火箭的第一级推进器来自SA-514,第二级来自SA-515,第三级来自SA-513(SA-513的第三级被替换成了天空实验室)。这些推进器在1977年到1979年间运抵航天中心,一直开放展出,直至2005年在其周围建造保护结构才暂停展出。这也是唯一的一枚展出中的完整的土星5号,其各级推进器都是为发射而制造的。
一枚火箭在肯尼迪航天中心,它由S-IC测试推进器和SA-514的第二级、第三极推进器组成。它已经在室外展出了数十年,1996年,它被封闭起来以进行保护。
两枚火箭保存在亨茨维尔的美国航天火箭中心:
水平展出包括S-IC-D、S-II-F/D 和 S-IVB-D推进器,这些推进器都是用作测试的,而不是用于飞行。这枚火箭在室外展览了数十年,然后重新修复,在戴维森航天探索中心进行展出。
垂直展出的是在1999年建造的复制品。
SA-515的S-IC推进器在路易斯安那州的密乔装配厂展出。
SA-515的S-IVB推进器用作天空实验室的备份,在华盛顿的国家航空航天博物馆进行展出。
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