土星5號(hào)是指由火箭專家布勞恩設(shè)計(jì)的Saturn-C5火箭,它的各項(xiàng)指標(biāo)都可以秒殺現(xiàn)在任何一款火箭:該火箭總重量2970噸,最大直徑10.1米,高度110.6米,近地軌道運(yùn)力140噸,地月轉(zhuǎn)移軌道極限運(yùn)力48.6噸。相比而言,中國現(xiàn)役最強(qiáng)火箭長(zhǎng)征5號(hào)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(xiàng)指標(biāo)都遜色不少。
更奇怪的是,即使是造成土星5號(hào)的美國,最新研制的現(xiàn)役最強(qiáng)火箭重型獵鷹火箭近地軌道載荷也只有63.8噸,地月轉(zhuǎn)移軌道載荷26.7噸,還沒達(dá)到當(dāng)年土星5號(hào)一半的運(yùn)力。
那么,是什么原因?qū)е旅绹鸺夹g(shù)“退步”了呢?難道歷史上的土星5號(hào)是虛構(gòu)的嗎?或者說土星5號(hào)的圖紙丟失了?
這篇文章,站長(zhǎng)就帶大家聊聊土星5號(hào)的前世今生。
土星5號(hào)的前世今生
關(guān)于美國登月,很多人說這其實(shí)是在攝影棚中拍攝的畫面,用以誘導(dǎo)蘇聯(lián)進(jìn)行費(fèi)用不菲的登月計(jì)劃,而用于美國登月計(jì)劃的土星5號(hào)火箭,也僅僅是一個(gè)巨大的火箭模型。
關(guān)于這種說法,站長(zhǎng)表示,大家圖個(gè)一樂就好,千萬不要當(dāng)真。
土星5號(hào)火箭的研究背景很簡(jiǎn)單:在美蘇爭(zhēng)霸的60年代,載人登月計(jì)劃成為兩國太空競(jìng)賽的關(guān)鍵點(diǎn),而火箭運(yùn)載能力已經(jīng)成為限制美國航天發(fā)展的最核心因素。
在這種背景下,為了阿波羅登月計(jì)劃,一攬子登月輔助工程上馬。
不過在美國人登月之前,他們必須搞清楚月球表面是什么地形特征,所以他們先開發(fā)了月球車,讓月球車傳回月球特征,這一時(shí)間段對(duì)應(yīng)的是咱們國家的嫦娥2號(hào)~嫦娥4號(hào)階段。
在這個(gè)階段,也就是1966-1968年,美國陸續(xù)發(fā)射了7個(gè)著陸器降落月球,獲得未來阿波羅載人登月著陸地區(qū)的第一手資料,其中有5個(gè)任務(wù)著陸成功。
通過這一階段的月球車探測(cè),美國人完全了解了月球著陸區(qū)的環(huán)境、相關(guān)的載人航天技術(shù)都儲(chǔ)備完畢。
然后,美國的登月計(jì)劃進(jìn)入到下一階段,載人登月??墒?,載人登月遠(yuǎn)比地球附近的載人航天復(fù)雜,近地軌道運(yùn)力幾噸、幾十噸的火箭遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,火箭成為限制載人登月方案的最大因素。
當(dāng)時(shí)科學(xué)家總共提出了四種方案:
方案1:月球直接往返。
不過通過發(fā)射一次火箭實(shí)現(xiàn)往返的話,火箭噸位最少要4000-5000噸級(jí)別,已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人類的科技水平。
方案2:月球表面集合,用重型火箭分兩次任務(wù)發(fā)射。
這個(gè)方案對(duì)月球著陸技術(shù)要求太高,也幾乎不可能。
方案3:地球軌道集合,用大中型火箭多次發(fā)射,在地球附近組裝后載人登月。
當(dāng)時(shí)交會(huì)對(duì)接技術(shù)還沒突破,多次對(duì)接風(fēng)險(xiǎn)也特別大。
方案4:月球軌道集合,飛船到月球后,一部分登陸,一部分留軌。
美國人最終選擇的方案是第4個(gè),這個(gè)方案只需要一個(gè)近地軌道運(yùn)力達(dá)到140噸級(jí)、月球轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)力達(dá)到45噸級(jí)的火箭,這也就是本文所講的土星5號(hào)火箭。
確定了載人登月的實(shí)施方案,美國人就集中了全國科研骨干進(jìn)行了攻關(guān),而這些科學(xué)家中負(fù)責(zé)整體設(shè)計(jì)的就是著名的火箭大王馮·布勞恩,這位大佬可是在二戰(zhàn)后德國解體后秘密押送至美國服務(wù)的,他在二戰(zhàn)后幾乎主導(dǎo)了美國所有火箭的研發(fā),成為了火箭領(lǐng)域的最強(qiáng)大腦,沒有之一。
最終,馮·布勞恩團(tuán)隊(duì)不負(fù)眾望,根據(jù)不用的運(yùn)力需求,最終給出了土星A(Saturn-A1,Saturn-A2)、土星B(Saturn-B1)和土星C(Saturn-C1、Saturn-C2、Saturn-C3、Saturn-C4、Saturn-C5)的龐大土星系列火箭家族。
人們常說的土星5號(hào),就是指Saturn-C5這一個(gè)型號(hào)。
而土星5的指標(biāo),我們?cè)陂_頭就已經(jīng)介紹過了:它的總重量約為2970噸,最大直徑10.1米,高度110.6米,近地軌道運(yùn)力140噸,地月轉(zhuǎn)移軌道極限運(yùn)力48.6噸,是人類至今以來設(shè)計(jì)出的最強(qiáng)火箭。
這枚火箭第一級(jí)總重約2290噸,其中殼體和發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量?jī)H為130噸,2160噸都為燃料,每一秒燃燒13.1噸燃料,這使得發(fā)動(dòng)機(jī)總推力達(dá)到了驚人的3510噸。
第二級(jí)總重約496噸,其中殼體和發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量?jī)H為40噸,456噸都為燃料,發(fā)動(dòng)機(jī)總推力為514噸。
第三級(jí)總重約123噸,其中殼體和發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量?jī)H為13噸,110噸都為燃料,發(fā)動(dòng)機(jī)總推力為100噸。
靠著土星5號(hào)火箭,從1967年到1973年,美國人完成了12次阿波羅發(fā)射任務(wù),1次天空實(shí)驗(yàn)室發(fā)射任務(wù),運(yùn)送了24人前往月球,最終12人登陸月球。
顯然,在這場(chǎng)與蘇聯(lián)人的登月競(jìng)賽中,靠著土星5號(hào)大推力火箭的研制成功,美國人取得了最終的勝利。
土星5號(hào)為什么不再研制了?
在美國贏得了載人登月競(jìng)賽的勝利后,在70年代后,土星5號(hào)還是遺憾退役了。
至于土星5號(hào)退役的原因,大概有以下幾個(gè)方面:
原因1,價(jià)格實(shí)在太貴了。
以1960-1970年代的美元計(jì),土星五號(hào)研發(fā)費(fèi)用是64億美元,來一發(fā)的價(jià)格是1.8億美元。
這是個(gè)什么概念呢?
那個(gè)年代的1.8億美元大概可以等同于今天的12億美元。
集齊7顆就可以召喚神龍,把美國剛下水的最新一代核動(dòng)力航母造出來一艘,人家這個(gè)航母可是打算造出來制霸整個(gè)21世紀(jì)的。
而這還是發(fā)射一次的費(fèi)用,如果把研發(fā)神馬的都算在一起,夠把美國現(xiàn)役航母在內(nèi)的大大小小軍艦重造一遍差不多了。
有哪個(gè)國家能扛得住這燒錢方式???
要不你先造十分之一個(gè)美國海軍試試?
原因2,應(yīng)用需求不再。
1975年前后,蘇美簽訂了一系列協(xié)議,中止太空競(jìng)賽,雙方砍掉了大量航天項(xiàng)目,尤其是需要重型火箭的任務(wù),土星5號(hào)一下失去了需求。此后,蘇聯(lián)正式解體,土星5號(hào)更沒有了需求。
原因3,人才斷層問題
你能想象的出,美國在航天技術(shù)領(lǐng)域,也出現(xiàn)過嚴(yán)重的技術(shù)斷層嗎?
土星五號(hào)研制的背景是美蘇爭(zhēng)霸時(shí)期,當(dāng)時(shí)無論是蘇聯(lián)還是美國,最精英的人才幾乎都被投入到了航天和軍工領(lǐng)域。
土星5號(hào)研制的同時(shí),美國集中了精英人才在泰坦、德爾塔、宇宙神、土星1B、C1-C3、水星計(jì)劃、雙子座計(jì)劃、月球徘徊者計(jì)劃、月球勘探者計(jì)劃、月球軌道計(jì)劃這一系列的研制計(jì)劃當(dāng)中,所研制的火箭型號(hào)及飛船達(dá)到了100個(gè)之多,技術(shù)氛圍十分濃厚。
而在美蘇爭(zhēng)霸結(jié)束后,這些項(xiàng)目因?yàn)闆]有了國家的資金支持而不得不中斷,人才也在不斷流失。
到了今天,美國已經(jīng)沒有了對(duì)火箭技術(shù)的狂熱,要想短時(shí)間內(nèi)做出諸如土星5號(hào)的火箭,幾乎是不可能實(shí)現(xiàn)的。
土星5號(hào)是特殊時(shí)期真實(shí)存在的航天奇跡
土星5號(hào)創(chuàng)造了人類火箭天頂科技,但那是特殊政治的時(shí)代、不計(jì)成本的投入、深厚積累的技術(shù)等一系列原因共同促成的,如今很難再有機(jī)會(huì)達(dá)到當(dāng)年那個(gè)狀態(tài)了。
如今,無論是SpaceX的大獵鷹火箭、藍(lán)色起源的新阿姆斯特朗、俄羅斯的新聯(lián)盟和安加拉、中國的長(zhǎng)征9號(hào)都處在在研或論證階段,它們的最終設(shè)計(jì)目標(biāo)都是達(dá)到土星5號(hào)的級(jí)別,但達(dá)到這種成熟版本預(yù)計(jì)都會(huì)在2030年以后。
也就是說,土星5號(hào)成功后,60多年內(nèi)都沒有對(duì)手。而要想超過土星5號(hào),對(duì)于現(xiàn)在的科學(xué)來講簡(jiǎn)直就是個(gè)奇跡。
這里是科學(xué)驛站,我是站長(zhǎng),華中科技大學(xué)物理學(xué)博士,是一名熱愛科學(xué)、熱愛分享的科普答主,同時(shí)也是科學(xué)領(lǐng)域優(yōu)質(zhì)創(chuàng)作者、今日頭條青云獲獎(jiǎng)?wù)撸绻业奈恼掠袔椭侥?,歡迎點(diǎn)贊和關(guān)注哦。