美國載人登月由于太過領(lǐng)先，因此直到今天仍被質(zhì)疑，其中最大的疑點(diǎn)是土星5號火箭技術(shù)的真實(shí)性。

試想一下，現(xiàn)代的重型火箭只能把20多噸物體運(yùn)到地球同步軌道，而60年前土星5號就能把100多噸載荷送上地球軌道，將40多噸物體運(yùn)到月球，這簡直就是BUG。

19世紀(jì)60年代的土星5號火箭，其性能遠(yuǎn)超目前服役的中、美、俄火箭。

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。第一級采用5臺F-1發(fā)動機(jī)，推進(jìn)劑為液氧和煤油，2個10米直徑的鋁制推進(jìn)劑貯箱用桁條和隔框加強(qiáng)。第二級長25米，直徑10米，采用液氧液氫推進(jìn)劑 ，共用5臺J-2發(fā)動機(jī)。第三級長18.8米，直徑6.6米，1臺J-2發(fā)動機(jī)，推進(jìn)劑為液氧液氫。

土星5號是美國上世紀(jì)60時代的產(chǎn)物，由于運(yùn)載能力十分強(qiáng)大，它擔(dān)任了美國“阿波羅計劃”的重任，并出色地完成了任務(wù)。

土星5號運(yùn)載火箭高度達(dá)到了110.6米，最大直徑10.1米，重3039噸，推力達(dá)到了驚人的3408噸。近地軌道運(yùn)力140噸，地月轉(zhuǎn)移軌道極限運(yùn)力48.6噸。

土星5號火箭的氧化劑是液態(tài)氧，推進(jìn)劑是液態(tài)氫和精煉煤油。這款火箭一共發(fā)射了九次，而且每次都成功了，可以說是人類航天史上最強(qiáng)大的火箭。

而中國現(xiàn)役最強(qiáng)火箭長征5號的總重量約為867噸，最大直徑5米，高度57米，近地軌道運(yùn)力25噸，地月轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)力8噸，各項指標(biāo)都遜于土星5號。

俄羅斯現(xiàn)役大推力運(yùn)載火箭安加拉A5，近地軌道運(yùn)載能力為24.5噸，地球同步軌道運(yùn)載能力為7.5噸，同樣遜于土星5號。

更為奇怪的是就連美國自己的現(xiàn)役火箭也達(dá)不到土星5號的標(biāo)準(zhǔn)。

美國現(xiàn)役運(yùn)力最強(qiáng)的火箭是獵鷹重型火箭，高70米、最大起飛重量達(dá)到了1420噸，近地軌道運(yùn)載能力為63.8噸，地球同步軌道運(yùn)載能力為26.7噸。

盡管獵鷹重型火箭是現(xiàn)役推力最大的運(yùn)載火箭。但仍然沒有達(dá)到其60年前土星5號的水平。

是美國的技術(shù)退步了？還是土星5號的資料丟失了？亦或者土星5號根本不存在？

人們對土星5號的質(zhì)疑也越來越強(qiáng)烈，今天就帶您一起了解一下這款近似于BUG的土星5號。

土星5號是如何研發(fā)成功的？

土星5號研發(fā)背景——太空競賽。

土星5號是太空競賽的產(chǎn)物，當(dāng)時蘇聯(lián)宇航員加加林成為第一個進(jìn)入太空的人，這件事加深了美國對太空競賽中落后的恐懼。

蘇聯(lián)人發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星、第一次載人進(jìn)入太空、第一次發(fā)射衛(wèi)星進(jìn)入月球軌道、第一次實(shí)現(xiàn)航天器月面登陸等一系列成就。

蘇聯(lián)已經(jīng)領(lǐng)先了，如果美國要超越蘇聯(lián)只有“第一個載人登月”這一條路可走。

隨著肯尼迪上臺，雄心勃勃的“阿波羅計劃”得到了批準(zhǔn)。

阿波羅計劃有很多技術(shù)難題需要突破，其中“土星”火箭最為關(guān)鍵，沒有火箭一切都白費(fèi)。

土星號火箭是NASA為阿波羅計劃量身打造的多級可拋式液體燃料火箭，它是在紅石導(dǎo)彈（Redstone）和丘比特導(dǎo)彈（Jupiter）的基礎(chǔ)上研發(fā)的。

土星火箭研制工作有多快呢？1961年上半年還沒確定，但在下半年承包商就定好了。最終僅用了4年就完成了。

土星5號的研制單位也非常強(qiáng)大，波音公司、北美人航空公司、道格拉斯飛行器公司、IBM赫然在列，此外還有許多科研機(jī)構(gòu)、高校也參與其中。

“土星號”研制分兩個階段進(jìn)行：

第一階段：研制土星1號和1B號，獲取大型運(yùn)載火箭的研制經(jīng)驗并進(jìn)行“阿波羅”號飛船的飛行試驗；

第二階段：研制土星5號運(yùn)載火箭，作為飛船登月的運(yùn)載工具。

1961年10月，土星1號首飛成功，之后又連續(xù)9次成功發(fā)射。其中第六、七次試驗了阿波羅號飛船的樣品，最后三次用于發(fā)射人造地球衛(wèi)星。

1966年2月，土星1B號首飛成功，之后又連續(xù)8次成功發(fā)射。其中前五次搭載阿波羅飛船，第六到八次搭載天空實(shí)驗室空間站。

1967年11月，土星5號首飛成功，之后又承擔(dān)了月球軌道飛行、地球軌道飛行等任務(wù)，1969年07月16日，阿波羅11號宇宙飛船搭載土星5號火箭，成功登錄月球，阿姆斯特朗成為第一個踏足月球表面的人類。

阿姆斯特朗的左腳踏上了月球，并說：這是一個人的一小步，卻是人類的一大步。（That's one small step for (a) man, one giant leap for mankind.）

美國登月成功令世界驚嘆，同時也終結(jié)了蘇聯(lián)太空稱霸的夢想。

土星5號火箭，難度最大的依然是發(fā)動機(jī)制造

土星5號第一級發(fā)動機(jī)——F-1：

一個能夠把人送到月球的火箭，它的動力一定是非常強(qiáng)悍的。

土星5號的第一級發(fā)動機(jī)命名為F-1，美國稱其“從立項到研發(fā)成功只用了4年”，是工程力學(xué)的奇跡。

而事實(shí)是，F(xiàn)-1從1955年開始研制，由洛克達(dá)因公司負(fù)責(zé)。1957年時，洛克達(dá)因就完成了相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)的研究，并做出了一些測試部件，其中包括一臺的推力室。

1959年3月，F(xiàn)-1發(fā)動機(jī)正式點(diǎn)火測試，并成功達(dá)到了445噸的推力要求，但時間只有200毫秒。

1960年，NASA就在愛德華空軍基地展示了這臺發(fā)動機(jī)，人們都驚嘆土星5號的進(jìn)展速度，其實(shí)不過是宣傳的過去的成果而已。

1960年3月，F(xiàn)-1燃?xì)獍l(fā)生器建造完成，11月渦輪泵制造完成。

1961年4月，短程試車成功，推力的峰值達(dá)到了729.5噸，此時距離土星1號首飛還有半年時間。

NASA甚至準(zhǔn)備開香檳慶祝了，但發(fā)動機(jī)噴注器突然出現(xiàn)了問題。

F-1發(fā)動機(jī)噴注器：

F-1發(fā)動機(jī)噴注器不是單一噴嘴，而是一組陣列。這個陣列擁有3700個煤油噴嘴，2600個氧化劑噴嘴，32個輻射狀管路。

這個篩子一樣的噴注器，要承受數(shù)千攝氏度的高溫、數(shù)十個大氣壓，并且要確?？锥床荒芏氯?。

這樣的苛刻要求讓項目負(fù)責(zé)人憤怒的說：“沒有一個F-1的噴注器能過動態(tài)測試這一關(guān)?！?/strong>

但是為了“阿波羅計劃”，洛克達(dá)因的工程師只好硬著頭皮解決這個難題。很快他們就想到了方法：

那就是制作縮小模型，再進(jìn)行低壓力燃燒試驗，同時利用高速攝像機(jī)拍攝，然后慢放視頻進(jìn)行分析。

一次、兩次、無數(shù)次，工程師們硬是把合格的噴注器做了出來。這絕對是“大力出奇跡”，堅持就是勝利?。?/p>

正當(dāng)NASA準(zhǔn)備再次慶祝的時候，噴射器出現(xiàn)了新的問題，燃燒不穩(wěn)定，而且這個問題已經(jīng)導(dǎo)致一臺發(fā)動機(jī)爆炸。

“阿波羅計劃”陷入僵局，NASA緊急召開會議，請來了軍隊、企業(yè)、高校、科研中心的顧問共同解決這個問題。

說來也好笑，科研居然像玩游戲一樣，當(dāng)你卡在某一關(guān)過不去的時候，充電錢就OK了。

NASA給洛克達(dá)因公司緊急撥款2000萬美元，幾個月后新的帶擋板的噴注器研發(fā)成功了，發(fā)動機(jī)不再炸機(jī)了。

原來洛克達(dá)因找到了普林斯頓大學(xué)的幾位學(xué)者，給足了銀子，然后經(jīng)過一頓分析計算，學(xué)者們給出了答案：“把噴嘴的直徑適當(dāng)擴(kuò)大一點(diǎn)”。

F-1發(fā)動機(jī)渦輪泵：

渦輪泵是火箭發(fā)動機(jī)的心臟，它負(fù)責(zé)泵出燃料到燃燒室，一旦出現(xiàn)問題，就會導(dǎo)致炸泵事故，如同心梗一樣，極短的時間內(nèi)摧毀整個發(fā)動機(jī)。

F-1發(fā)動機(jī)承載著載人登月任務(wù)，因此其渦輪泵的功率非常大，達(dá)到了41兆瓦，并且其零部件非常繁雜，并且處于極復(fù)雜的環(huán)境中。

發(fā)動機(jī)助燃劑是是液氧，溫度達(dá)到了-183℃，噴射出的火焰高達(dá)3000℃，一邊極冷，一邊極熱，渦輪泵材料達(dá)不到要求。

可能有網(wǎng)友說：“換成鎳合金不就好了”，要知道這可是1961年啊，當(dāng)時我國人均GDP僅為187元，好多人連白面都吃不上，學(xué)都上不起。

洛克達(dá)因的工程師們開始尋找材料，一次又一次的試驗，經(jīng)歷了多次失敗，最后終于找到了合適的材料——高溫鎳基合金。

隨后，又研發(fā)了新的焊接技術(shù)，對焊接技師進(jìn)行了培訓(xùn)，成功解決了渦輪泵的難題。

之后工程師們又解決了發(fā)動機(jī)燃燒室等難題，最終完成了F-1發(fā)動機(jī)的研發(fā)。

第二級、第三級，采用的是液氫-液氧發(fā)動機(jī)：

為了減少火箭的重量，NASA決定采用液氫-液氧為燃料的火箭發(fā)動機(jī)，這種燃料在產(chǎn)生相同能量的前提下,它的體積更小、重量更輕，這樣火箭可以運(yùn)載更多的儀器和設(shè)備。

此外，氫、氧作為燃料，綠色無污染。這類燃料一直使用到今天，號稱“半個世紀(jì)的燃料”。

J-2發(fā)動機(jī)原理如下：

少量液氧和液氫進(jìn)入燃?xì)獍l(fā)生器并燃燒，產(chǎn)生的燃?xì)庖来瓮苿託錅u輪泵和氧渦輪泵，渦輪泵將液氫、液氧泵至燃?xì)獍l(fā)生器作為渦輪泵動力，另一部分液氫可以作為冷卻介質(zhì)，用于降低溫度，實(shí)現(xiàn)高度安全。

J-2發(fā)動機(jī)還有一個特點(diǎn)就是可以再次點(diǎn)火。土星號火箭將阿波羅飛船送入一個近地停泊軌道后。J-2發(fā)動機(jī)可以再次點(diǎn)火，將航天器加速送上月球軌道。

同時J-2火箭發(fā)動機(jī)最大程度遵循了NASA的要求，“高度安全可靠”。

J-2發(fā)動機(jī)研發(fā)時也遇到了困難：

液氫的沸點(diǎn)極低，為-252.8℃，這樣的溫度甚至把液氫管周圍的空氣液化了，因此以液氫為燃料的火箭發(fā)動機(jī)需要做好保溫工作。

除了保溫之外，液態(tài)氫還極易揮發(fā)，試想一下，一個一直揮發(fā)的氫源處于空氣中，這是多么的恐怖。

工程師將所有的液氫管路、連接點(diǎn)、泵進(jìn)行了重新設(shè)計，增加了一層真空隔熱套，最大程度降低液氫蒸發(fā)，效果居然出奇的好。

除了這些較小的改進(jìn)，還有大型升級：將噴管改為拉伐爾噴管、采用塞式噴管等。

1962年，J-2火箭發(fā)動機(jī)安裝完畢，經(jīng)過了多次試車后，于1963年進(jìn)入生產(chǎn)線生產(chǎn)。

隨著火箭發(fā)動機(jī)攻克，土星5號其他部件也完成了制造，1967年11月，土星5號順利地完成了首飛。

土星5號任務(wù)完成，功成名退

土星五號作為航天史上最強(qiáng)大的運(yùn)載火箭，在美國阿波羅登月計劃結(jié)束后，也功成名退了。

19世紀(jì)50年代起，美國和蘇聯(lián)展開了太空拉力賽，大家都想要超過對手。

當(dāng)時，蘇聯(lián)是最早開始太空探索的國家，最早的航天試驗也是在蘇聯(lián)進(jìn)行的，最早的人造衛(wèi)星也是蘇聯(lián)研發(fā)的。

隨著蘇聯(lián)宇航員加加林登上太空，美國慌了，它害怕在太空競賽中落敗，但此時美國要想超越蘇聯(lián)，就只能率先登上月球。

在這樣的背景下，龐大的“阿波羅計劃”開始了，這個計劃不僅僅是NASA的，更是整個美國人的。

美國政府、NASA、高校、科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)共同研發(fā)出了土星5號重型火箭。

土星5號成功發(fā)射了9次，每次任務(wù)都完美完成，它運(yùn)送了24人進(jìn)入太空，有12人成功登月。

為了更好的利用土星5號，NASA還將土星5號火箭的第三級箭體改造為空間站主體。再加上土星5號的強(qiáng)大動力，美國很快發(fā)射了“天空實(shí)驗室空間站”。

而蘇聯(lián)研發(fā)的重型火箭N1接連失敗，最終放棄了登月計劃。

在空間站競爭中，又被美國的天空實(shí)驗室空間站領(lǐng)先，蘇聯(lián)徹底失去了太空爭霸的信心。

1975年后，太空競賽結(jié)束，美國成為了太空第一強(qiáng)國。

美國擁有了太空話語權(quán)后，土星5號火箭也功成名就，逐漸銷聲匿跡。

土星5號就像一個傳說，即便是美國也無法再造一個土星5號了。

土星5號龐大的費(fèi)用，讓人卻步。

土星5號是一個三級推進(jìn)火箭，燃料包括煤油、液氧、液氫，每一級推進(jìn)器都需要消耗大量的燃料，兩級推進(jìn)器就超過了2600噸燃料。

土星5號發(fā)射一次的費(fèi)用為1.8億美元，相當(dāng)于現(xiàn)在的15.7億美元。也就是發(fā)射一次土星5號需要花費(fèi)100多億人民幣。

如果加上研發(fā)、升級、維護(hù)的費(fèi)用，高達(dá)數(shù)百億美元。顯然，如此高昂的費(fèi)用即便是美國也望而卻步了。

數(shù)百億美元可以直接造一個航母艦隊了。（根據(jù)公開資料：福特級航母的造價高達(dá)150億美元，如果算上艦載機(jī)，造價直逼200億美元。）

印度、英國、俄羅斯等一年的軍費(fèi)也不過幾百億美元，這些錢造武器它不香嗎？

我國在航天領(lǐng)域一向是獨(dú)自自主、穩(wěn)扎穩(wěn)打，絕不會貿(mào)然上土星5號這樣的龐然大物的。

因此，土星5號這樣的龐然大物，短時間內(nèi)不會再出現(xiàn)。

火箭逐漸向重復(fù)利用方面發(fā)展

進(jìn)入21世紀(jì)后，世界風(fēng)云變幻，科技日新月異。航天領(lǐng)域，開始了新的競賽，火箭也變得高效、可回收。

目前，絕大部分運(yùn)載火箭都是一次性的，這造成火箭發(fā)射成本居高不下，平均每發(fā)送1kg物體進(jìn)入太空的成本約為1～2萬美元，這大大影響了人類太空活動的進(jìn)程。

但是，有一家公司卻研發(fā)出了可回收火箭技術(shù)，這就是馬斯克創(chuàng)建的SpaceX公司。

SpaceX是美國一家私人航天制造商和太空運(yùn)輸公司，于2002年6月在美國加州建立，其目標(biāo)是降低太空運(yùn)輸?shù)某杀?，并進(jìn)行火星殖民。

2006年時，Space-X開始與美國NASA進(jìn)行商業(yè)運(yùn)輸合作。

2013年10月7日，SpaceX公司將“垂直起飛垂直降落”技術(shù)應(yīng)用于“蚱蜢”火箭上，該火箭在成功升空744米后準(zhǔn)確降落到發(fā)射臺上，標(biāo)志著人類首次制造出可重復(fù)利用的火箭。

2015年12月21日，SpaceX公司發(fā)射獵鷹- 9火箭，成功回收一級火箭，創(chuàng)造了人類太空史的第一。

Space-X的火箭更傾向于經(jīng)濟(jì)型和實(shí)用型，其火箭回收再利用技術(shù)已經(jīng)處于國際領(lǐng)先地位。

Space-X研發(fā)的獵鷹重型運(yùn)載火箭也成為了現(xiàn)役最大推力的火箭。

隨著Space-X可回收火箭技術(shù)的成功，越來越多的航天機(jī)構(gòu)開始向著這一領(lǐng)域進(jìn)軍。

問答總結(jié)

土星5號火箭是特殊時期的特殊產(chǎn)物，可以說是美國舉國之力打造的高科技產(chǎn)品。

土星5號耗資巨大，在當(dāng)時只有美國、蘇聯(lián)擁有這個實(shí)力，其他國家真的望塵莫及。

美國之所以沒有再次制造土星5號理由在以下幾點(diǎn)：

• 土星5號，完成了使命，美國贏得太空競賽，不再需要這樣的龐然大物了；
• 土星5號，耗資巨大，產(chǎn)生的效益不大，就連美國也望而卻步；
• 新型的可回收火箭獵鷹9號研制成功，代替了土星5號。

我是科技銘程，以上是我的回答，希望可以幫到您，如有不妥之處，敬請批評指正！