美国载人登月最大的疑点是土星5号火箭技术的真实性,土星5号技术可能没有丢失,对于这个问题都有哪些观点?

美国载人登月由于太过领先,因此直到今天仍被质疑,其中最大的疑点是土星5号火箭技术的真实性。

试想一下,现代的重型火箭只能把20多吨物体运到地球同步轨道,而60年前土星5号就能把100多吨载荷送上地球轨道,将40多吨物体运到月球,这简直就是BUG。

19世纪60年代的土星5号火箭,其性能远超目前服役的中、美、俄火箭。

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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。

土星5号是美国上世纪60时代的产物,由于运载能力十分强大,它担任了美国“阿波罗计划”的重任,并出色地完成了任务。

土星5号运载火箭高度达到了110.6米,最大直径10.1米,重3039吨,推力达到了惊人的3408吨。

近地轨道运力140吨,地月转移轨道极限运力48.6吨。

土星5号火箭的氧化剂是液态氧,推进剂是液态氢和精炼煤油。

这款火箭一共发射了九次,而且每次都成功了,可以说是人类航天史上最强大的火箭。

而中国现役最强火箭长征5号的总重量约为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,各项指标都逊于土星5号。

俄罗斯现役大推力运载火箭安加拉A5,近地轨道运载能力为24.5吨,地球同步轨道运载能力为7.5吨,同样逊于土星5号。

更为奇怪的是就连美国自己的现役火箭也达不到土星5号的标准。

美国现役运力最强的火箭是猎鹰重型火箭,高70米、最大起飞重量达到了1420吨,近地轨道运载能力为63.8吨,地球同步轨道运载能力为26.7吨。

尽管猎鹰重型火箭是现役推力最大的运载火箭。

但仍然没有达到其60年前土星5号的水平。

是美国的技术退步了?

还是土星5号的资料丢失了?

亦或者土星5号根本不存在?

人们对土星5号的质疑也越来越强烈,今天就带您一起了解一下这款近似于BUG的土星5号。

土星5号是如何研发成功的?

土星5号研发背景——太空竞赛。

土星5号是太空竞赛的产物,当时苏联宇航员加加林成为第一个进入太空的人,这件事加深了美国对太空竞赛中落后的恐惧。

苏联人发射了第一颗人造地球卫星、第一次载人进入太空、第一次发射卫星进入月球轨道、第一次实现航天器月面登陆等一系列成就。

苏联已经领先了,如果美国要超越苏联只有“第一个载人登月”这一条路可走。

随着肯尼迪上台,雄心勃勃的“阿波罗计划”得到了批准。

阿波罗计划有很多技术难题需要突破,其中“土星”火箭最为关键,没有火箭一切都白费。

土星号火箭是NASA为阿波罗计划量身打造的多级可抛式液体燃料火箭,它是在红石导弹(Redstone)和丘比特导弹(Jupiter)的基础上研发的。

土星火箭研制工作有多快呢?

1961年上半年还没确定,但在下半年承包商就定好了。

最终仅用了4年就完成了。

土星5号的研制单位也非常强大,波音公司、北美人航空公司、道格拉斯飞行器公司、IBM赫然在列,此外还有许多科研机构、高校也参与其中。

“土星号”研制分两个阶段进行:第一阶段:研制土星1号和1B号,获取大型运载火箭的研制经验并进行“阿波罗”号飞船的飞行试验;第二阶段:研制土星5号运载火箭,作为飞船登月的运载工具。

1961年10月,土星1号首飞成功,之后又连续9次成功发射。

其中第六、七次试验了阿波罗号飞船的样品,最后三次用于发射人造地球卫星。

1966年2月,土星1B号首飞成功,之后又连续8次成功发射。

其中前五次搭载阿波罗飞船,第六到八次搭载天空实验室空间站。

1967年11月,土星5号首飞成功,之后又承担了月球轨道飞行、地球轨道飞行等任务,1969年07月16日,阿波罗11号宇宙飞船搭载土星5号火箭,成功登录月球,阿姆斯特朗成为第一个踏足月球表面的人类。

阿姆斯特朗的左脚踏上了月球,并说:这是一个人的一小步,却是人类的一大步。

(That's one small step for (a) man, one giant leap for mankind.)美国登月成功令世界惊叹,同时也终结了苏联太空称霸的梦想。

土星5号火箭,难度最大的依然是发动机制造土星5号第一级发动机——F-1:一个能够把人送到月球的火箭,它的动力一定是非常强悍的。

土星5号的第一级发动机命名为F-1,美国称其“从立项到研发成功只用了4年”,是工程力学的奇迹。

而事实是,F-1从1955年开始研制,由洛克达因公司负责。

1957年时,洛克达因就完成了相关技术细节的研究,并做出了一些测试部件,其中包括一台的推力室。

1959年3月,F-1发动机正式点火测试,并成功达到了445吨的推力要求,但时间只有200毫秒。

1960年,NASA就在爱德华空军基地展示了这台发动机,人们都惊叹土星5号的进展速度,其实不过是宣传的过去的成果而已。

1960年3月,F-1燃气发生器建造完成,11月涡轮泵制造完成。

1961年4月,短程试车成功,推力的峰值达到了729.5吨,此时距离土星1号首飞还有半年时间。

NASA甚至准备开香槟庆祝了,但发动机喷注器突然出现了问题。

F-1发动机喷注器:F-1发动机喷注器不是单一喷嘴,而是一组阵列。

这个阵列拥有3700个煤油喷嘴,2600个氧化剂喷嘴,32个辐射状管路。

这个筛子一样的喷注器,要承受数千摄氏度的高温、数十个大气压,并且要确保孔洞不能堵塞。

这样的苛刻要求让项目负责人愤怒的说:“没有一个F-1的喷注器能过动态测试这一关。

”但是为了“阿波罗计划”,洛克达因的工程师只好硬着头皮解决这个难题。

很快他们就想到了方法:那就是制作缩小模型,再进行低压力燃烧试验,同时利用高速摄像机拍摄,然后慢放视频进行分析。

一次、两次、无数次,工程师们硬是把合格的喷注器做了出来。

这绝对是“大力出奇迹”,坚持就是胜利啊!正当NASA准备再次庆祝的时候,喷射器出现了新的问题,燃烧不稳定,而且这个问题已经导致一台发动机爆炸。

“阿波罗计划”陷入僵局,NASA紧急召开会议,请来了军队、企业、高校、科研中心的顾问共同解决这个问题。

说来也好笑,科研居然像玩游戏一样,当你卡在某一关过不去的时候,充电钱就OK了。

NASA给洛克达因公司紧急拨款2000万美元,几个月后新的带挡板的喷注器研发成功了,发动机不再炸机了。

原来洛克达因找到了普林斯顿大学的几位学者,给足了银子,然后经过一顿分析计算,学者们给出了答案:“把喷嘴的直径适当扩大一点”。

F-1发动机涡轮泵:涡轮泵是火箭发动机的心脏,它负责泵出燃料到燃烧室,一旦出现问题,就会导致炸泵事故,如同心梗一样,极短的时间内摧毁整个发动机。

F-1发动机承载着载人登月任务,因此其涡轮泵的功率非常大,达到了41兆瓦,并且其零部件非常繁杂,并且处于极复杂的环境中。

发动机助燃剂是是液氧,温度达到了-183℃,喷射出的火焰高达3000℃,一边极冷,一边极热,涡轮泵材料达不到要求。

可能有网友说:“换成镍合金不就好了”,要知道这可是1961年啊,当时我国人均GDP仅为187元,好多人连白面都吃不上,学都上不起。

洛克达因的工程师们开始寻找材料,一次又一次的试验,经历了多次失败,最后终于找到了合适的材料——高温镍基合金。

随后,又研发了新的焊接技术,对焊接技师进行了培训,成功解决了涡轮泵的难题。

之后工程师们又解决了发动机燃烧室等难题,最终完成了F-1发动机的研发。

第二级、第三级,采用的是液氢-液氧发动机:为了减少火箭的重量,NASA决定采用液氢-液氧为燃料的火箭发动机,这种燃料在产生相同能量的前提下,它的体积更小、重量更轻,这样火箭可以运载更多的仪器和设备。

此外,氢、氧作为燃料,绿色无污染。

这类燃料一直使用到今天,号称“半个世纪的燃料”。

J-2发动机原理如下:少量液氧和液氢进入燃气发生器并燃烧,产生的燃气依次推动氢涡轮泵和氧涡轮泵,涡轮泵将液氢、液氧泵至燃气发生器作为涡轮泵动力,另一部分液氢可以作为冷却介质,用于降低温度,实现高度安全。

J-2发动机还有一个特点就是可以再次点火。

土星号火箭将阿波罗飞船送入一个近地停泊轨道后。

J-2发动机可以再次点火,将航天器加速送上月球轨道。

同时J-2火箭发动机最大程度遵循了NASA的要求,“高度安全可靠”。

J-2发动机研发时也遇到了困难:液氢的沸点极低,为-252.8℃,这样的温度甚至把液氢管周围的空气液化了,因此以液氢为燃料的火箭发动机需要做好保温工作。

除了保温之外,液态氢还极易挥发,试想一下,一个一直挥发的氢源处于空气中,这是多么的恐怖。

工程师将所有的液氢管路、连接点、泵进行了重新设计,增加了一层真空隔热套,最大程度降低液氢蒸发,效果居然出奇的好。

除了这些较小的改进,还有大型升级:将喷管改为拉伐尔喷管、采用塞式喷管等。

1962年,J-2火箭发动机安装完毕,经过了多次试车后,于1963年进入生产线生产。

随着火箭发动机攻克,土星5号其他部件也完成了制造,1967年11月,土星5号顺利地完成了首飞。

土星5号任务完成,功成名退土星五号作为航天史上最强大的运载火箭,在美国阿波罗登月计划结束后,也功成名退了。

19世纪50年代起,美国和苏联展开了太空拉力赛,大家都想要超过对手。

当时,苏联是最早开始太空探索的国家,最早的航天试验也是在苏联进行的,最早的人造卫星也是苏联研发的。

随着苏联宇航员加加林登上太空,美国慌了,它害怕在太空竞赛中落败,但此时美国要想超越苏联,就只能率先登上月球。

在这样的背景下,庞大的“阿波罗计划”开始了,这个计划不仅仅是NASA的,更是整个美国人的。

美国政府、NASA、高校、科研机构、企业共同研发出了土星5号重型火箭。

土星5号成功发射了9次,每次任务都完美完成,它运送了24人进入太空,有12人成功登月。

为了更好的利用土星5号,NASA还将土星5号火箭的第三级箭体改造为空间站主体。

再加上土星5号的强大动力,美国很快发射了“天空实验室空间站”。

而苏联研发的重型火箭N1接连失败,最终放弃了登月计划。

在空间站竞争中,又被美国的天空实验室空间站领先,苏联彻底失去了太空争霸的信心。

1975年后,太空竞赛结束,美国成为了太空第一强国。

美国拥有了太空话语权后,土星5号火箭也功成名就,逐渐销声匿迹。

土星5号就像一个传说,即便是美国也无法再造一个土星5号了。

土星5号庞大的费用,让人却步。

土星5号是一个三级推进火箭,燃料包括煤油、液氧、液氢,每一级推进器都需要消耗大量的燃料,两级推进器就超过了2600吨燃料。

土星5号发射一次的费用为1.8亿美元,相当于现在的15.7亿美元。

也就是发射一次土星5号需要花费100多亿人民币。

如果加上研发、升级、维护的费用,高达数百亿美元。

显然,如此高昂的费用即便是美国也望而却步了。

数百亿美元可以直接造一个航母舰队了。

(根据公开资料:福特级航母的造价高达150亿美元,如果算上舰载机,造价直逼200亿美元。

)印度、英国、俄罗斯等一年的军费也不过几百亿美元,这些钱造武器它不香吗?

我国在航天领域一向是独自自主、稳扎稳打,绝不会贸然上土星5号这样的庞然大物的。

因此,土星5号这样的庞然大物,短时间内不会再出现。

火箭逐渐向重复利用方面发展进入21世纪后,世界风云变幻,科技日新月异。

航天领域,开始了新的竞赛,火箭也变得高效、可回收。

目前,绝大部分运载火箭都是一次性的,这造成火箭发射成本居高不下,平均每发送1kg物体进入太空的成本约为1~2万美元,这大大影响了人类太空活动的进程。

但是,有一家公司却研发出了可回收火箭技术,这就是马斯克创建的SpaceX公司。

SpaceX是美国一家私人航天制造商和太空运输公司,于2002年6月在美国加州建立,其目标是降低太空运输的成本,并进行火星殖民。

2006年时,Space-X开始与美国NASA进行商业运输合作。

2013年10月7日,SpaceX公司将“垂直起飞垂直降落”技术应用于“蚱蜢”火箭上,该火箭在成功升空744米后准确降落到发射台上,标志着人类首次制造出可重复利用的火箭。

2015年12月21日,SpaceX公司发射猎鹰- 9火箭,成功回收一级火箭,创造了人类太空史的第一。

Space-X的火箭更倾向于经济型和实用型,其火箭回收再利用技术已经处于国际领先地位。

Space-X研发的猎鹰重型运载火箭也成为了现役最大推力的火箭。

随着Space-X可回收火箭技术的成功,越来越多的航天机构开始向着这一领域进军。

问答总结土星5号火箭是特殊时期的特殊产物,可以说是美国举国之力打造的高科技产品。

土星5号耗资巨大,在当时只有美国、苏联拥有这个实力,其他国家真的望尘莫及。

美国之所以没有再次制造土星5号理由在以下几点:土星5号,完成了使命,美国赢得太空竞赛,不再需要这样的庞然大物了;土星5号,耗资巨大,产生的效益不大,就连美国也望而却步;新型的可回收火箭猎鹰9号研制成功,代替了土星5号。

我是科技铭程,以上是我的回答,希望可以帮到您,如有不妥之处,敬请批评指正!

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