最大的运载火箭土星5号！
正能量守护者2019-01-16 10:16
冯布劳恩在1960年的时候就已经设计了abc3个土星火箭的方案，同一时间新型火箭的方案也设计完成，并且对土星方案带来了很大的挑战。新型火箭也是利用了集群的概念，按照设计的第一集，将会使用八台强力的F1发动机，能够产生6万牛的推进力。过后来到了1962年，登月的策略选择了月球轨道交汇，土星方案的优势就体现出来了。关键就是因为如果按照新型火箭的方案去做的话，一切都需要从头开始。
而土星火箭就充满了灵活性。从这一点也能体现出冯布劳恩的智慧来。他提供了ABC3个方案，都是当时已经熟知的技术和设计方案，只是根据任务作出相应的调整和拼接就可以了。土星火箭的方案除了可以缓解十年之内进行登月的时间压力，某种程度上讲，它也将会降低月球轨道交汇方案的风险。ABC3个方案，除了C系列的C3C4C53种火箭的第一级需要使用到正在研发的F一大推力发动机，其他所有的火箭第一级都只需要使用当时已经比较成熟，但是推力较小的H1发动机。至于火箭的上面级A系列，它的上面级，甚至全部都是当时已经有的火箭，比如A火箭的第二级使用的是钛弹火箭，
第三级是半人马座火箭，A2的第二级呢用的是木星捆绑火箭，第三级使用的仍然是半人马座。后来经过拉萨的航天工程师重新审查和选择，他们认为AB2个系列的火箭是一种快速解决问题的方案，因为都是基于现有技术进行实现。不过要想真的实现登月任务，还是需要C系列，尤其是C5系列。这是土星系列里面唯一一个可以用于实现登月的火箭设计。所以CEO火箭就被选择用来进行最后的登月任务了。后来C5也被重新命名，于是就被改名为现在众所周知的土星5号火箭了。
不过这样也带来了一些问题，因为C5火箭并不像其他的方案，可以有现成的上面级可以使用，他们第一级的发动机也都是现成的。而土星5号的三级火箭基本上还都停留在设计阶段，可是在当时因为有时间的压力，所以必须马上开始进行太空舱等各个方面的测试，不可能等到土星5号完成以后再进行。所以C系列中C火箭的方案就需要被先进行研制出来。C火箭虽然更小，推进力更弱，只能是完成一些地球轨道上面的测试任务，但是它的研发也更快，更加容易。
C火箭呢后来也被改名了，叫做土星一号火箭。其实土星一号火箭的研发早在1959年就已经开始了。第一枚圆形火箭呢它有两级组成，第一集的S1虽然是使用了新的H1发动机，不过火箭推进剂箱使用的还是红石火箭和悟性火箭的八个红十的火箭相捆绑，围绕在一个木星火箭箱周围，为八个H发动机提供燃料，其中有四台捆绑在中央位置，剩下的四台分别在四个角落。土星一号火箭第二季是S4火箭，有六个液氢发动机组成。1961年的第一枚土星一号发射的时候，它只是测试了第一集，当时并没有上面级的S4，直到1964年才进行了第二集的测试。
也是从这个时候开始，S4的上面还增加了一个额外的组块，叫做仪表组。这是一个环状结构，上面安装了计算机和惯性导航系统。有了这样的设备，火箭就可以完成部分的自主导航，在遇到了大气层中的空气影响之后，能够自行的进行修正，减少推力的损失。这部分也将是土星5号的重要组成部分，甚至都被冯布劳恩认为这是土星5号最为重要的一级。1964到1965年，土星一号一共进行了六次测试，到了1966年，新的土星火箭土星1B型火箭就已经开始登上历史舞台了。
它是土星一号的升级版本，有更强大的第二级火箭S4B，就这样土星1B火箭就有了足够的载重可以将阿波罗飞船的指令舱和服务舱，或者是登月舱送入到地球轨道进行测试，这是整个阿波罗计划准备工作的重中之重。尤其是上面级的S4B它就是后来土星5号的第三级，就是他将会把阿波罗飞船推力地球轨道送入月球的。土星1B的第一集和土星一号是一样的，同样有八个H1发动机。第二级的S4B最初也是由六个捆绑的液氢发动机驱动，后来改用了同样是洛克达因公司研发的Z2发动机，只需要一个发动机就可以进行渠道。
之所以把SB称为是可以成功登上月球的关键，是因为它可以进行两次点火。第一次呢是可以推进到太空轨道，第二次点火将会把阿波罗飞船送入月球轨道。正是因为需要两次点火，它又带来了新的问题。第二次点火的时候，火箭已经是处于失重状态了。这样的话，无论是燃料箱还是氧化剂箱，都会出现一部分是液体，一部分是气体的情况。因为是失重的原因，很有可能就出现气体在底部，如果是这样的话，那这样发动机重新启动，推进剂泵将不会吸到液体，而吸到的是气体，这样导致点火的失败。
为了解决这个问题，在S4B火箭的外面还安装了两个小型的固体火箭，这样发动机第二次点火前，他们先进行点火，这样就可以依靠向前的加速度，让液体保持在推进剂箱的底部。这个时候发动机点火，就可以成功地蹦去到液体燃料了。土星1B型火箭非常成功，在1966年就进行了三次发射，在亚轨道测试了阿波罗的指令舱和服务舱。本来当年年末还会进行第四次发射，如果发射的话，那它将会是运载阿波罗一号和三名宇航员进行测试飞行的。
后来因为指令舱出现了问题，进行了延期发射，没想到再后来就发生了指令舱着火事件，三名宇航员全部丧生。后来到了1968年，在土星5号已经运载阿波罗斯号成功之后，土星1B还进行了阿波罗5号测试飞行，甚至阿波罗计划中第一次载人飞行的7号任务也是交由图形1B来完成的。虽然在后来阿波罗计划的主要运载方式就是土星5号火箭了，但是在阿波罗计划结束之后，不论是天空实验室计划，还是后来和苏联合作的阿波罗联盟测试项目，性价比更高的土星1B型都是其中的绝对主力。
接下来就是最关键的土星5号火箭了。如果想要建造一枚土星5号火箭，那需要差不多一年的时间，而它能发挥作用时间却只有短短的几分钟，但是这几分钟却是登月是否可以成功的关键时刻。土星5号的第一级是SEC它将会为火箭贡献最大的功率，他必须能够将300吨重的重量推离地球，并且在非常高速的情况下达到56公里的高空，所以他是在内部捆绑了五台FG发动机，他们点火时每分钟都会消耗掉一个奥运游泳池的燃料。第一集虽然是土星5号三级火箭中规模最大的火箭，不过他所用的技术都比较成熟，所以研发并没有遇到什么特别大的障碍！
这一级火箭遇到了最大问题，几乎全部来自于F1发动机的研发。首先要解决的就是发动机的测试问题。因为F1的体型巨大，只是发动机本身哪个包括推进一箱就差不多有两层楼高，这就需要测试台也有相应的规模才行。而且点火时它会产生3400吨的推理，如果让排出的气体直接冲入地面，那么很快就会让测试台垮掉。所以在测试台的底部用了一个90度的弧形转角，可以让发动机排出的气体从侧面排出，不过即使这样，可是第一次测试的时候还是把附近居民房子的玻璃给震碎了。
很快呢另外一个更大的问题就凸显出来了，那就是在提高了发动机推进剂注入速度的同时，也带了燃烧不稳定的情况。火焰在燃烧，势力燃烧会出现一个每秒2000次的旋转，这样的旋转出现的危害是巨大的。时间稍微长一点就烧毁发动机。1962年测试的时候就烧毁掉了一台发动机，而且还摧毁了测试台。在当时要想找到问题的根源并解决，那是非常困难的。那个时候并没有办法用计算机进行模拟，平时做计算还都是用计算尺，所以最后的方法只能是一次又一次的进行测试。
但是如果每一次都烧掉一台发动机的话，那这个成本就太大了。于是首先解决的问题是找到新的测试方法，可以在发动机烧毁之前就可以迅速关闭发动机。最终呢花了将近三年的时间，到了1965年，这个问题才最终解决。是通过在喷射器的表面增加了一系列的同党板材，遏制住了震荡，避免了火焰的高速旋转。与第一级比起来，土星5号第二级S2它的研发才是最具有挑战的。他的问题不是来自于火箭本身，而是来自于阿波罗飞船。因为在设计的过程中，它的重量在不断的增加，就需要削减火箭本身的重量进行弥补。
而这部分的希望全部都寄托在了第二级的S2上面。因为第一级和第三级火箭当时已经完成了，如果再让他们去减重的话，那成本是非常高的。S2呢是5台这样发动机组成的，他们一起点火，对燃料的需求那还是非常庞大。而这二发动机呢它是以液氢作为燃料液氧化剂，这其实带来的问题就是啊，这两种液体都需要低温保存，而且各自的温度还不一样。叶青需要的温度是零下253℃，氧气需要的温度是零下183℃，中间差了有70度。
正常情况下，两种液体除了各自都有自己独立的箱体进行保存之外，两个箱体之间都会有沉重的圆形舱壁用于隔热，于是这一部分呢就成了工程师们减轻重量的希望来源。是不是可以只有一个箱体？也就是说用一个舱壁在中间进行隔断，用来隔离液氢和液氧，也就是说呀他们会共用一个隔断，那这就对这个隔断的隔热效果要求非常高了。不过这样能够实现的话，不仅可以减轻火箭的重量，还可以减轻火箭的高度。最初的解决方法呢是用一种蜂窝状的绝缘材料作为隔热材料，不过他们却一直的脱落，尝试了各种方法都没有办法很好的解决。
后来还是有人提醒说，可以去南加州的海豹湾，那你就有喜欢冲浪的人用这种蜂窝状的结构来制作冲浪板，他们或许可以有解决这个难题的方法，后来果然在他们的帮助下，最后把这个问题解决了。就是这样减轻的重量仍然是不够的。最后还是通过减少火箭箱体的厚度才达到了要求。最后完成时第二级火箭空载时的重量竟然还不到装满燃料时的10%。再下来就是土星5号的第三级火箭。SB啊和图形1B的第二级是完全一样的。这部分火箭已经在土星一闭上进行了验证，证明它是可靠的。
不过即使是这样，她在最开始测试的时候也出现过严重的问题，甚至都导致了整个S4B的爆炸。后来经过工程师们的用心排查，最后解决了问题。土星5号的顺利完成以及阿波罗11号的登月成功。，之前是说到了阿波罗11号在后续的阿波罗任务中，土星5号仍然是起到关键作用的。
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