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土星1号运载火箭

土星1号运载火箭,是美国第一枚专门用来将载荷送入地球轨道的运载火箭。美国国家航空航天局共发射了10枚土星1号运载火箭。此后土星1号运载火箭被土星1B号运载火箭所取代。

中文名称土星1号运载火箭研制国家美国
用途仅用于试验火箭高度38.5米
火箭直径6.55米级数2级
首次发射1961年10月27日

研制背景

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。沃纳·冯·布劳恩钉截铁地回答:“ 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”,“土星5”等几种型号。1964年首先研制成功“土星1号”两级火箭。火箭长38.1m,直径5.58m,发射重量502吨,近地轨道的有效载荷为10.2吨。它曾用来试验发射“阿波罗”飞船模型。

研制进程

1957年4月沃纳·冯·布劳恩的小组开始为陆军弹道导弹署开始设计重载火箭,这是土星计划的开始。冯·布劳恩建议使用红石火箭和木星火箭的组成部分,将它们组合在一起产生一个能够达到150万磅力(相当于670万牛顿)推进力的新设计。冯·布劳恩曾经将作为太空运载火箭的红石和木星火箭称为“土星一号”和“土星二号”,而将计划中的两者混合的设计称为“土星五号”。

冯·布劳恩的组计划将土星五号设计为研究和开发“主动和被动太空武器”的总运载火箭。预计的用途包括各种军事服务,比如发射海军的导航卫星、陆军和空军的侦查、通讯和气象卫星、支援空军载人飞行、陆军6400千米以上的物质运输。他觉得这个涉及还可以作为其它推进系统的极好的实验品,比如空军从1955年开始的150万磅力发动机。冯·布劳恩还打算使用土星作为载人月球飞行的基础。土星每次可以将9000千克载荷运输到近地轨道。冯·布劳恩建议一共使用它运输15次,然后在地球轨道上组装一个20万磅力的月球飞船。

他们研究了不同已有的部件的组合。这些设计的共同点在于其第一级都市围绕着土星火箭的燃料箱装置八枚红石火箭的推进器。燃料箱的底部装有一块推进板,在这块板上装有八枚H-1发动机。H-1火箭初是在发展纳瓦霍火箭时提出的,后来又被用在雷神火箭和土星的S-3D上。作为第二级他们考虑过使用宇宙神火箭或者大力神1号火箭。大力神1号比较受青睐因为当时宇宙神正在大量为美国空军生产,没有多余的生产能力。他们建议将现存的大力神改造为120英寸直径,并将它延长为200英尺。作为第三级计划使用估计1963年可以开始使用的半人马座火箭。这时前两级也应该完成其测试。这个三级设计比后来实用的土星设计要高和瘦长。

1957年12月飞弹署将这个设计提交给美国国防先进研究计划局,按照这个方案这个“快速研制项目”将于1963年推出一个可以完全运行的系统。从1958年至1963年预计的总研制金额为8.5亿美元,其中包括30次研究和发展飞行,其中一些携带载人和不载人负载。但是一直到1958年8月该研制组才获得了继续研制的批准,9月他们与Aerojet公司达成协议研究H-1发动机的改善,这是土星项目的正式开始。

12月冯·布劳恩向新成立的美国国家航空航天局介绍了他们的设计,并介绍了他计划的月球登陆的设计。同时空军也展示了他们自己的设计。空军的设计包括使用已有的部件进行四级推进。空军的设计中最大的火箭比朱诺大得多,其目的在于使用单次发射直接飞往月球。1959年1月6日航空航天局选择了冯·布劳恩的设计,为这个设计提供了一个重要的推动。

1月末航空航天局完成了其整个发展计划,这个计划包括织女星和半人马座上级推进器、土星五号以及他们自己设计的新星火箭。后来原保密的阿金纳火箭公开后新星火箭被取消,因为阿金纳火箭的功能与原来航空航天局的设计差不多。

1959年2月冯·布劳恩将这个新火箭的名字改为土星,因为它“继木星之后”。木星是基于木星二号设计的,冯·布劳恩觉得应该给新设计起一个新名字。土星的发展迅速。5月H-1推进器试验点火。6月在卡纳维拉尔角空军基地开始建造34号发射台。

空军对于陆军的设计赢得了航空航天局的投标显然非常气愤,他们试图赢得过程管理的合同。国防预先研究计划局后来支持陆军,使得整个事件更加麻烦。1959年12月计划局提出了将第二级提升为使用四个新的两万磅力液氢液氧作为燃料的推进器的修改要求。同时半人马座火箭也要求相应提升。这显然是要求使得土星能够发射X-20试验机。但是由于X-20试验机本来是计划使用120英寸大力神火箭来发射的,不需要这么强大的发射功率,因此这个要求的来源当时非常可疑。后来证明这个要求实空军出的一个拖延策略,其目的是使得空军可以迅速设计其自己的、能够与土星竞争的火箭。

这些更改本来的目的在于推迟土星的研制,但是具有讽刺性的是它们后来导致了土星的最终设计。虽然要求中提出的新的两万磅力推进器没有实现,但是为了达到类似的推进能力设计师使用了六个半人马座发动机,将它们组合在新设计的160英寸第三级上,这样产生了S-IV第二级推进器。后来在S-IVB中这六枚半人马座火箭被单一的J-2火箭取代。这大大提高了土星的发射功力,使得它能够发射阿波罗指挥/服务舱,为阿波罗计划提供了不可估量的作用。

最后美国国防部决定使用土星火箭运载军事任务太大太昂贵。他们也认为土星级的大型运载火箭应该由航空航天局负责,因为它们没有急迫的军事用途。1960年7月1日整个陆军弹道导弹署被转让给了航空航天局。土星火箭成为阿波罗计划的一部分。国防部将其运输重栽的重点转向大力神火箭,发展了后来的大力神3号大力神4号火箭。大力神3号可以运载约与土星1B号类似的重量,但是其生产和发射的费用比土星要低。

土星1号运载火箭的主要载物是阿波罗飞船。当时也有过用它发射X-20试验机以及双子星座飞船的打算。

火箭制造

土星1号是两级火箭,仅用于试验,以便为巨型火箭的研制提供经验。共制造10枚,分为2组。

第一组4枚,仅试验第一级,上面加配重;第二组6枚,试验第一、二级。从1961年10月至1965年7月共进行10次飞行试验,均成功。第六、七次试验了阿波罗号飞船的样件 ,最后3次用于发射人造地球卫星。

火箭的第一级S-1由8个圆柱形贮箱段捆绑而成,长24.4米,用8台推力为833.5千牛(85吨力)的H-1发动机,推进剂为液氧和煤油。在尾段外面装有8个稳定尾翼。第二级S-4用6台RL-10液氧液氢发动机,每台推力66.7千牛(6.8吨力)。第二级上面是过渡段,内装制导和控制系统。火箭全长38.5米(不包括有效载荷),直径6.55米 ,起飞重量约508吨,起飞推力6668千牛(680吨力)。运载能力约为8吨(500千米高的圆轨道)和2.2吨(逃逸轨道)。

土星1号运载火箭
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最新更新:2015-08-10 19:45
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