超级军网土星5号【53楼有新内容】
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/04/29 18:44:06
1961年4月12日，苏联宇航员尤里·加加林成为了首个进入太空的人类，这是人类星际远征迈出的第一步。然而，在冷战时期，苏联的这项成就无疑加深了美国对于自己在太空竞赛中落后的恐惧。于是，那个叫做“阿波罗”的计划诞生了。
小火箭在这里不再赘述冷战时期美苏在宇宙探索领域的争霸的是非成败，也不仅仅只在表面描述在那个时代诞生的土星5号。而是要撇开政治因素，单纯从总体设计的角度来分析土星5号，毕竟这才是小火箭写这些东西的初衷。
上世纪60年代初期，时任美国总统约翰·肯尼迪在国会、莱斯大学等地多次发表演讲，正式启动了阿波罗计划。【计划的主要内容可以用他的话来概括】
我相信这个民族能够齐聚一心全力以赴达成这个目标，即在1970年以前，人类将乘坐宇宙飞船登陆月球并且安全返回。没有任何一个太空项目能够超越它对人类的影响，超越它对宇宙远程空间探索的重大作用，也没有一个太空项目开发如此困难而且花费如此昂贵。
阿波罗计划稳步推进，虽然阿波罗1号出现了致命的火灾事故，但是在技术人员的坚持下，无论是火箭还是飞船都逐步满足了工程需要，并最终在公元1969年7月21日凌晨2点56分（UTC）让宇航员尼尔·阿姆斯特朗的左脚踏上了月球。
上图为由尼尔·阿姆斯特朗拍摄的巴兹·奥尔德林，在奥尔德林的宇航服面罩上反射出了阿姆斯特朗和登月舱。
这一切，都有着一个推力强大的幕后英雄在做着贡献，这就是土星5号。
用于阿波罗计划的土星5号全高110.6米，直径10.1米，发射质量3039吨。
3039吨的发射质量相当于什么呢？小火箭在这里放出来一张美国二战时期的巴格里级驱逐舰的照片，可以感受一下，土星5号的发射质量居然和这么大的一艘军舰一样啊！先别惊叹，实际上，土星5号的发射质量相当于这样的两艘驱逐舰的标准排水量。
土星5号的110.6米的高度是什么概念呢？上世纪60年代，有人画了一张这样的海报，可见该火箭比自由女神像和她的基座加起来的高度还要高不少。
1967年11月9日，阿波罗4号任务正在进行中，这是土星5号的首次发射，同时也是专门为这种世界上最大的运载火箭建造的39号发射台的首次启用，是S-IC第一级火箭和S-II第二级火箭的首次发射，是S-IVB第三级火箭首次在地球轨道上进行二次点火，也是阿波罗飞船首次以接近月球返回轨道速度的速度返回地球大气层。这次任务中，飞船里没有坐人，飞船和火箭上搭载了4098件测量仪器。
1968年10月9日，土星5号被拖入位于卡纳维拉尔角的39A发射台，准备为该系列火箭的首次载人发射进行测试（阿波罗8号任务）。
1968年12月21日，准备发射阿波罗8号的土星5号刚刚完成低温燃料加注，准备发射。（注意，照片中的那道弯月是为了烘托艺术效果而进行的二次曝光，除了最后一次阿波罗任务之外，所有的阿波罗计划都是在大白天发射的）
土星5号是一枚三级火箭，其设计思路明晰，而每级火箭都有十分值得细说的东西，小火箭从第一级开始说起吧。
土星5号的第一级
土星5号的第一级的箭体试制件（S-1C-1和S-1C-2）由马歇尔航天中心制造，并分别于1967年11月9日和1968年4月4日在阿波罗4号和阿波罗6号计划中得到了验证。从阿波罗8号计划开始，所有的土星5号第一级都转由波音公司制造。
1961年12月15日，波音公司拿到了S-IC（土星5号第一级的内部编号）的生产合同，与此同时美国宇航局马歇尔航天飞行中心（MSFC）的工程师们则正在紧锣密鼓地选定新的总工程师。第一级火箭的生产与总工程师的选任几乎同时进行，这表明了美国宇航局对波音公司的充分信任。图为波音公司的技术工人正在第一级的燃料储箱中进行装配工作，储箱里安装十字板，用来减缓发射过程中的液体晃动和旋转，材质用的是2219-T87铝合金。他们放脚的位置是很有讲究的，要踩到规定的地方，如果踩到悬空的铝合金板子上是会出问题的，因为第一级的储箱最厚的地方也只有6.35毫米，薄的地方只有4.8毫米厚。（从下到上，分为8段，逐段减薄）
波音显然是把这第一级火箭当成飞机来造了，他们没有一个接一个地生产，而是很快就实现了批量化。并且，他们对第一级火箭的箭体进行了总体设计优化，减轻了560千克的质量，代入到三级火箭的动力学方程中，我们可以发现，这样的优化相当于增加了36千克的有效载荷。图为躺在米丘德总装厂房内的三枚一级火箭，从左至右：S-1C-10、S-1C-11和S-1C-9（其中10和9都已经安装上了5台F-1火箭发动机）。这三枚一级火箭将会在3年后，分别用在阿波罗14、15和16号任务中（在1971年1月到1972年4月的3次密集发射）。考虑到在阿波罗17号的任务中，人类将最后一次登上月球，这里躺着的3枚一级火箭代表了人类登月之前的科技，米丘德总装厂房现在还在，而且波音和NASA正在这里联手总装新的SLS重型火箭，这种火箭将接替土星5号成为人类最大的火箭，这就是后话了。
摆弄土星5号的第一级是件很不容易的事情，这一级高42米，直径10米，灌满燃料的第一级火箭有2280吨重，比当时的很多驱逐舰都要重，空壳子重280吨左右。
在发射时，5台F-1火箭发动机将产生34000千牛的推力，在150秒左右的时间内将火箭推到6万4千米的高空。这么大的推力，需要坚固的承力结构，土星5号的第一级上有着整个火箭上最大的零件：5台主发动机的承力支架主梁，重21吨。另外，第一级上面有4个重816千克的铝制件，这是当时美国能够加工的最大规格的铝制零件。
当年看完土星5号设计图纸的发射系统的工程师们，默默地回到肯尼迪航天中心，开始琢磨怎样才能弄得动这样的大家伙，于是就有了这样的场面。
肯尼迪航天中心正在施工中的厂房，旁边是重型吊车，这些都是为迎接土星5号专门设计制造的。
1969年7月16日，阿波罗11号任务中的土星5号正在进行一二级分离，指令长尼尔·阿姆斯特朗、指令舱驾驶员迈克尔·科林斯与登月舱驾驶员巴兹·奥尔德林正在里面的阿波罗11号飞船中向月球进发，此时他们处于6万4千米的高空，并且正在经受一个短暂的3.87g的峰值过载，按小火箭之前的弹道计算，此时他们的速度应该为2.7千米/秒左右，是步枪子弹出膛速度的3倍。
F-1火箭发动机是美国洛克达因公司设计制造的一款液氧煤油发动机，专为土星5号的第一级打造。F-1火箭发动机是有史以来人类制造的推力最大的单燃烧室液体火箭发动机，也是推力仅次于俄罗斯RD-170的世界第二大推力的液体火箭发动机。F-1以燃气发生器循环为基础，在预燃烧室里燃烧一小部分燃料，以燃气驱动涡轮泵将燃料和氧化剂泵入主燃烧室，图为1960年1月1日，F-1发动机在美国爱德华空军基地进行点火试验，试验台压制住了F-1发动机6.7兆牛顿的推力（换算以“吨”为单位的推力的话，约为680.39吨），后期型号的推力略有增加。（注意试车台上面的两个球罐，里面装的是火箭发动机的燃料和氧化剂，左侧略小的那个是RP-1高纯度煤油储罐，右侧较大的那个是液态氧储罐）
1965年3月1日，马歇尔飞行测试中心的工程师们正在准备将一台F-1火箭发动机连接到土星5号第一级火箭的箭体上，进行静力测试，每台F-1火箭发动机的净重为8.353吨。注意中间的发动机顶端那个人头顶上的是承力连接件，连接件左侧为液氧和煤油的两条输送管路。
土星5号第一级尾部近照，注意火箭底部的防热板，这是由标号为15-7PH的不锈钢制成的。
洛克达因公司的F-1火箭发动机图纸，图纸编号1111-4193，注意美国比较独特的坐标系定义方式，这一点通常会让同时学习俄式坐标系和美式坐标系的人感到困惑，不过习惯了也还好。
霸气十足的冯·布劳恩与他的得意之作土星5号的合影，注意巨大的F-1火箭发动机喷口。
土星5号与拆下来的一台F-1火箭发动机，注意火箭上的那块弹翼，蒙皮是钛合金做的。
土星5号的第二级
土星5号的第二级由北美航空制造。对，就是那个研制了P-51、F-86、B-25和X-15的公司。
1967年1月1日，在上文提到的那个肯尼迪航天中心的厂房内，为阿波罗6号任务准备的土星5号正在吊装第二级火箭。这级火箭的箭体主要用7075系的铝合金制成。
土星5号第二级的内部编号为S-II，高24.9米，直径10米，装满燃料后总质量480吨，空壳子重36.2吨。（嗯，第二级火箭92.29%的质量是燃料）
北美航空在这间位于加利福尼亚州海豹滩的厂房内总装土星5号的第二级。
土星5号的第二级采用了5台J-2液氢液氧火箭发动机，该发动机由洛克达因公司研制，海平面推力486.2千牛，真空推力1033.1千牛。
土星5号的5台J-2火箭发动机连接在第二级底部的承力结构上，其中中间1台是固定的，周围4台可在液压作动器的控制下自由转动，以便控制火箭姿态和飞行方向。
S-II级之所以能够做到让燃料占比达到92%以上，是因为这一级的两个低温储箱之间只用了一层板子相隔。因为液态氢是很难对付的，而液态氧也不好弄，关键是这两种低温液体有较大的温差，而且万万不可让液氢的储箱贴上液氧的（液氢的沸点为−252.87 °C，液氧的凝固点为-222.65 °C，沸点-182.96 °C），液氢的极低温会把液氧给活活冻成冰坨子。
土星5号的第二级里面采用了一种神奇的隔板来避免液氧被冻住的情况出现，这个隔板中间采用了苯酚蜂窝夹层结构，两侧用铝箔覆盖，挡在了液氢储箱和液氧储箱之间，这样的一块板子硬是顶住了两侧高达70℃的温差。（比采用传统隔离结构的火箭节省了3.6吨的质量，这块板子成了土星5号性能出众的关键）
正在密西西比测试中心进行测试的土星5号第二级。
土星5号的第二级尾部有摄像机，可以将一二级分离的影像传回地面控制中心。
土星5号的第三级
土星5号的第三级由道格拉斯公司制造。嗯，就是那个研制了DC-3运输机、DC-8、DC-10客机的道格拉斯。
土星5号的第三级内部编号为S-IVB，高17.8米，直径6.6米，采用1台洛克达因的J-2液氢液氧火箭发动机。
土星5号的第三级，注意上面的那些圆球是用来给低温燃料储罐进行加压的氦气罐。
阿波罗7号任务中的土星5号第三级。
阿波罗8号任务中的土星5号第三级，注意上面的船箭接口设计。另外，周围那些亮亮的不是星星，而是箭体外壳碎片脱落后形成的漂浮物。
冯·布劳恩博士与土星5号的合影。
1972年11月21日，最后一枚用于发射阿波罗飞船的土星5号矗立在肯尼迪航天中心第39号发射台上。傍晚的霞光，在为阿波罗计划送别。
注意，这张照片中的中间部位的两条黑色块标记的地方为土星5号第一级和第二级的连接处，往上开始收窄的地方为第二级和第三级的连接处。
第三级火箭上面的那个黑色条带代表什么呢？那就是土星5号大脑所在的地方。
小火箭要详细说说那个黑色条带下的环状结构，它的内壁分布着土星5号的弹道计算机和姿态稳定系统等关键部件，是整枚火箭的大脑。
这个环由3块120°的弧形蜂窝夹层板拼接而成，这3块板拼起来正好是一个环，它们各司其职，分别叫做：检修壁板（Fin-A）、飞行控制计算机壁板（Fin-B）和惯性导航平台壁板（Fin-C）。
如果我们以上图中的-X标记处为手表的12点位置的话，8点钟方向有一个检修门，这附近就是Fin-A，7点钟与8点钟之间为脱落插头触点。
1969年7月16日当地时间上午9点32分，搭载了阿波罗11号的土星5号起飞，注意看脐带塔与土星5号相连的结构，这个位置对应着脱落插头。
继续说这个环形大脑：8点钟方向旁边有个黑色的管子，这管子和上面的整个环形的管路是连在一起的，这是用来控制土星5号大脑温度的环境控制管路，用于冷却的工质是按照质量比例3:2配置的甲醇和水的混合液。黑色管子下面藏着一个2.7升的小气瓶，内有高纯氮气，黑色管子挨着的白色细管是冷却剂控制管线，下面有两个压力传感器，还有一个手动启闭阀门。7点钟方向的亮亮的圆柱形罐子是储水箱，水箱旁边的红色盒子是传说中的D-30电池系统。
6点到7点方向之间的，为弹载计算机和弹载数据记录仪，6点钟的盒子里是控制指令分配器和遥测遥控指令译码器。
5点钟那些盒子是遥测天线对应的电子器件盒，包括VHF遥测天线、C波段天线、PCM/CCS天线等。
2点钟方向的大方盒子为土星5号的ST-124-M3惯性导航陀螺稳定平台的控制电路，平台旁边是加速度计信号调节器和专门供给导航系统用的56伏电源。另外的电源系统还有28伏直流电源，供小负载的电气系统使用，另有5伏直流电源供传感器使用。
土星5号的控制系统中的轴承不是一般的机械轴承，而是由高压氮气托起来的气垫轴承。4点钟方向的那个大球就是存放氮气的地方，供气压力为703吨/平方米，大球旁边是ST-124-M3惯性导航陀螺仪。
ST-124-M3惯性导航陀螺仪长这个样子。
IBM的电脑工程师小哥儿抱着的，是土星5号的弹载计算机，它的主频（CPU内核工作的时钟频率）为2.048MHz。嗯，你没看错，是MHz。小火箭现在写这篇文章用的家用电脑的主频为3.60GHz（这不禁让我感慨万千，当年就是2.048MHz主频的电脑把人类送上绕月轨道），这计算机的主频还不到大家常用的智能手机的主频的1/1024，咱们手机有这么强大的计算能力，却主要用来玩游戏和刷朋友圈了。
1966年3月10日，冯·布劳恩博士在检视一台土星5号的弹载计算机。这计算机长76.2厘米，宽26.67厘米，高31.75厘米，重36.287千克。不知道他能不能想象得到如今的计算机是怎样的，会不会梦到手机和互联网+时代的出现。
土星5号弹载计算机的内存模块长这个样子，每个模块能够存储4096个指令字，土星5号的计算机里有8组内存模块，因此总共可以存储32768个指令字。
用于发射阿波罗12号的土星5号，注意该火箭的大脑刚刚被吊装上来。
不过，阿波罗飞船自己还有一套计算机，用于登月和从月面返回，型号是 IBM System/360 M75。注意登月舱前面的方程组：月面上升段动力学方程、绕月轨道动力学方程、速度增量方程等。
土星5号带着阿波罗11号飞船正在飞行。
准备发射阿波罗4号无人飞船的土星5号。
1966年，土星5号第一次公开露面时的样子。
用于发射天空实验室的土星5号（第三级火箭被天空实验室所取代），注意右侧的大型液氧储罐。
虽然没有了第三级，但是仅靠第一级和第二级把68.2吨重的天空实验室送入近地轨道还是没问题的。
发射近地轨道的天空实验室是不是背离了其设计初衷？小火箭认为并没有。【有冯·布劳恩博士的手稿为证】
这张由冯·布劳恩博士在1964年11月29日绘制的草稿，表明了他在那个时候就开始设想用土星5号发射空间站了。
最后，送上土星5号所有的（13次）发射离地瞬间的照片。
http://toutiao.com/i6288662205583852033
1961年4月12日，苏联宇航员尤里·加加林成为了首个进入太空的人类，这是人类星际远征迈出的第一步。然而，在冷战时期，苏联的这项成就无疑加深了美国对于自己在太空竞赛中落后的恐惧。于是，那个叫做“阿波罗”的计划诞生了。
小火箭在这里不再赘述冷战时期美苏在宇宙探索领域的争霸的是非成败，也不仅仅只在表面描述在那个时代诞生的土星5号。而是要撇开政治因素，单纯从总体设计的角度来分析土星5号，毕竟这才是小火箭写这些东西的初衷。
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上世纪60年代初期，时任美国总统约翰·肯尼迪在国会、莱斯大学等地多次发表演讲，正式启动了阿波罗计划。【计划的主要内容可以用他的话来概括】
我相信这个民族能够齐聚一心全力以赴达成这个目标，即在1970年以前，人类将乘坐宇宙飞船登陆月球并且安全返回。没有任何一个太空项目能够超越它对人类的影响，超越它对宇宙远程空间探索的重大作用，也没有一个太空项目开发如此困难而且花费如此昂贵。
阿波罗计划稳步推进，虽然阿波罗1号出现了致命的火灾事故，但是在技术人员的坚持下，无论是火箭还是飞船都逐步满足了工程需要，并最终在公元1969年7月21日凌晨2点56分（UTC）让宇航员尼尔·阿姆斯特朗的左脚踏上了月球。
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上图为由尼尔·阿姆斯特朗拍摄的巴兹·奥尔德林，在奥尔德林的宇航服面罩上反射出了阿姆斯特朗和登月舱。
这一切，都有着一个推力强大的幕后英雄在做着贡献，这就是土星5号。
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用于阿波罗计划的土星5号全高110.6米，直径10.1米，发射质量3039吨。
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3039吨的发射质量相当于什么呢？小火箭在这里放出来一张美国二战时期的巴格里级驱逐舰的照片，可以感受一下，土星5号的发射质量居然和这么大的一艘军舰一样啊！先别惊叹，实际上，土星5号的发射质量相当于这样的两艘驱逐舰的标准排水量。
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土星5号的110.6米的高度是什么概念呢？上世纪60年代，有人画了一张这样的海报，可见该火箭比自由女神像和她的基座加起来的高度还要高不少。
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1967年11月9日，阿波罗4号任务正在进行中，这是土星5号的首次发射，同时也是专门为这种世界上最大的运载火箭建造的39号发射台的首次启用，是S-IC第一级火箭和S-II第二级火箭的首次发射，是S-IVB第三级火箭首次在地球轨道上进行二次点火，也是阿波罗飞船首次以接近月球返回轨道速度的速度返回地球大气层。这次任务中，飞船里没有坐人，飞船和火箭上搭载了4098件测量仪器。
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1968年10月9日，土星5号被拖入位于卡纳维拉尔角的39A发射台，准备为该系列火箭的首次载人发射进行测试（阿波罗8号任务）。
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1968年12月21日，准备发射阿波罗8号的土星5号刚刚完成低温燃料加注，准备发射。（注意，照片中的那道弯月是为了烘托艺术效果而进行的二次曝光，除了最后一次阿波罗任务之外，所有的阿波罗计划都是在大白天发射的）
土星5号是一枚三级火箭，其设计思路明晰，而每级火箭都有十分值得细说的东西，小火箭从第一级开始说起吧。
土星5号的第一级
土星5号的第一级的箭体试制件（S-1C-1和S-1C-2）由马歇尔航天中心制造，并分别于1967年11月9日和1968年4月4日在阿波罗4号和阿波罗6号计划中得到了验证。从阿波罗8号计划开始，所有的土星5号第一级都转由波音公司制造。
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1961年12月15日，波音公司拿到了S-IC（土星5号第一级的内部编号）的生产合同，与此同时美国宇航局马歇尔航天飞行中心（MSFC）的工程师们则正在紧锣密鼓地选定新的总工程师。第一级火箭的生产与总工程师的选任几乎同时进行，这表明了美国宇航局对波音公司的充分信任。图为波音公司的技术工人正在第一级的燃料储箱中进行装配工作，储箱里安装十字板，用来减缓发射过程中的液体晃动和旋转，材质用的是2219-T87铝合金。他们放脚的位置是很有讲究的，要踩到规定的地方，如果踩到悬空的铝合金板子上是会出问题的，因为第一级的储箱最厚的地方也只有6.35毫米，薄的地方只有4.8毫米厚。（从下到上，分为8段，逐段减薄）
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波音显然是把这第一级火箭当成飞机来造了，他们没有一个接一个地生产，而是很快就实现了批量化。并且，他们对第一级火箭的箭体进行了总体设计优化，减轻了560千克的质量，代入到三级火箭的动力学方程中，我们可以发现，这样的优化相当于增加了36千克的有效载荷。图为躺在米丘德总装厂房内的三枚一级火箭，从左至右：S-1C-10、S-1C-11和S-1C-9（其中10和9都已经安装上了5台F-1火箭发动机）。这三枚一级火箭将会在3年后，分别用在阿波罗14、15和16号任务中（在1971年1月到1972年4月的3次密集发射）。考虑到在阿波罗17号的任务中，人类将最后一次登上月球，这里躺着的3枚一级火箭代表了人类登月之前的科技，米丘德总装厂房现在还在，而且波音和NASA正在这里联手总装新的SLS重型火箭，这种火箭将接替土星5号成为人类最大的火箭，这就是后话了。
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摆弄土星5号的第一级是件很不容易的事情，这一级高42米，直径10米，灌满燃料的第一级火箭有2280吨重，比当时的很多驱逐舰都要重，空壳子重280吨左右。
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在发射时，5台F-1火箭发动机将产生34000千牛的推力，在150秒左右的时间内将火箭推到6万4千米的高空。这么大的推力，需要坚固的承力结构，土星5号的第一级上有着整个火箭上最大的零件：5台主发动机的承力支架主梁，重21吨。另外，第一级上面有4个重816千克的铝制件，这是当时美国能够加工的最大规格的铝制零件。
当年看完土星5号设计图纸的发射系统的工程师们，默默地回到肯尼迪航天中心，开始琢磨怎样才能弄得动这样的大家伙，于是就有了这样的场面。
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肯尼迪航天中心正在施工中的厂房，旁边是重型吊车，这些都是为迎接土星5号专门设计制造的。
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1969年7月16日，阿波罗11号任务中的土星5号正在进行一二级分离，指令长尼尔·阿姆斯特朗、指令舱驾驶员迈克尔·科林斯与登月舱驾驶员巴兹·奥尔德林正在里面的阿波罗11号飞船中向月球进发，此时他们处于6万4千米的高空，并且正在经受一个短暂的3.87g的峰值过载，按小火箭之前的弹道计算，此时他们的速度应该为2.7千米/秒左右，是步枪子弹出膛速度的3倍。
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F-1火箭发动机是美国洛克达因公司设计制造的一款液氧煤油发动机，专为土星5号的第一级打造。F-1火箭发动机是有史以来人类制造的推力最大的单燃烧室液体火箭发动机，也是推力仅次于俄罗斯RD-170的世界第二大推力的液体火箭发动机。F-1以燃气发生器循环为基础，在预燃烧室里燃烧一小部分燃料，以燃气驱动涡轮泵将燃料和氧化剂泵入主燃烧室，图为1960年1月1日，F-1发动机在美国爱德华空军基地进行点火试验，试验台压制住了F-1发动机6.7兆牛顿的推力（换算以“吨”为单位的推力的话，约为680.39吨），后期型号的推力略有增加。（注意试车台上面的两个球罐，里面装的是火箭发动机的燃料和氧化剂，左侧略小的那个是RP-1高纯度煤油储罐，右侧较大的那个是液态氧储罐）
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1965年3月1日，马歇尔飞行测试中心的工程师们正在准备将一台F-1火箭发动机连接到土星5号第一级火箭的箭体上，进行静力测试，每台F-1火箭发动机的净重为8.353吨。注意中间的发动机顶端那个人头顶上的是承力连接件，连接件左侧为液氧和煤油的两条输送管路。
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土星5号第一级尾部近照，注意火箭底部的防热板，这是由标号为15-7PH的不锈钢制成的。
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洛克达因公司的F-1火箭发动机图纸，图纸编号1111-4193，注意美国比较独特的坐标系定义方式，这一点通常会让同时学习俄式坐标系和美式坐标系的人感到困惑，不过习惯了也还好。
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霸气十足的冯·布劳恩与他的得意之作土星5号的合影，注意巨大的F-1火箭发动机喷口。
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土星5号与拆下来的一台F-1火箭发动机，注意火箭上的那块弹翼，蒙皮是钛合金做的。
土星5号的第二级
土星5号的第二级由北美航空制造。对，就是那个研制了P-51、F-86、B-25和X-15的公司。
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1967年1月1日，在上文提到的那个肯尼迪航天中心的厂房内，为阿波罗6号任务准备的土星5号正在吊装第二级火箭。这级火箭的箭体主要用7075系的铝合金制成。
土星5号第二级的内部编号为S-II，高24.9米，直径10米，装满燃料后总质量480吨，空壳子重36.2吨。（嗯，第二级火箭92.29%的质量是燃料）
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北美航空在这间位于加利福尼亚州海豹滩的厂房内总装土星5号的第二级。
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土星5号的第二级采用了5台J-2液氢液氧火箭发动机，该发动机由洛克达因公司研制，海平面推力486.2千牛，真空推力1033.1千牛。
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土星5号的5台J-2火箭发动机连接在第二级底部的承力结构上，其中中间1台是固定的，周围4台可在液压作动器的控制下自由转动，以便控制火箭姿态和飞行方向。
S-II级之所以能够做到让燃料占比达到92%以上，是因为这一级的两个低温储箱之间只用了一层板子相隔。因为液态氢是很难对付的，而液态氧也不好弄，关键是这两种低温液体有较大的温差，而且万万不可让液氢的储箱贴上液氧的（液氢的沸点为−252.87 °C，液氧的凝固点为-222.65 °C，沸点-182.96 °C），液氢的极低温会把液氧给活活冻成冰坨子。
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土星5号的第二级里面采用了一种神奇的隔板来避免液氧被冻住的情况出现，这个隔板中间采用了苯酚蜂窝夹层结构，两侧用铝箔覆盖，挡在了液氢储箱和液氧储箱之间，这样的一块板子硬是顶住了两侧高达70℃的温差。（比采用传统隔离结构的火箭节省了3.6吨的质量，这块板子成了土星5号性能出众的关键）
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正在密西西比测试中心进行测试的土星5号第二级。
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土星5号的第二级尾部有摄像机，可以将一二级分离的影像传回地面控制中心。
土星5号的第三级
土星5号的第三级由道格拉斯公司制造。嗯，就是那个研制了DC-3运输机、DC-8、DC-10客机的道格拉斯。
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土星5号的第三级内部编号为S-IVB，高17.8米，直径6.6米，采用1台洛克达因的J-2液氢液氧火箭发动机。
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土星5号的第三级，注意上面的那些圆球是用来给低温燃料储罐进行加压的氦气罐。
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阿波罗7号任务中的土星5号第三级。
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阿波罗8号任务中的土星5号第三级，注意上面的船箭接口设计。另外，周围那些亮亮的不是星星，而是箭体外壳碎片脱落后形成的漂浮物。
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冯·布劳恩博士与土星5号的合影。
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1972年11月21日，最后一枚用于发射阿波罗飞船的土星5号矗立在肯尼迪航天中心第39号发射台上。傍晚的霞光，在为阿波罗计划送别。
注意，这张照片中的中间部位的两条黑色块标记的地方为土星5号第一级和第二级的连接处，往上开始收窄的地方为第二级和第三级的连接处。
第三级火箭上面的那个黑色条带代表什么呢？那就是土星5号大脑所在的地方。
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小火箭要详细说说那个黑色条带下的环状结构，它的内壁分布着土星5号的弹道计算机和姿态稳定系统等关键部件，是整枚火箭的大脑。
这个环由3块120°的弧形蜂窝夹层板拼接而成，这3块板拼起来正好是一个环，它们各司其职，分别叫做：检修壁板（Fin-A）、飞行控制计算机壁板（Fin-B）和惯性导航平台壁板（Fin-C）。
如果我们以上图中的-X标记处为手表的12点位置的话，8点钟方向有一个检修门，这附近就是Fin-A，7点钟与8点钟之间为脱落插头触点。
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1969年7月16日当地时间上午9点32分，搭载了阿波罗11号的土星5号起飞，注意看脐带塔与土星5号相连的结构，这个位置对应着脱落插头。
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继续说这个环形大脑：8点钟方向旁边有个黑色的管子，这管子和上面的整个环形的管路是连在一起的，这是用来控制土星5号大脑温度的环境控制管路，用于冷却的工质是按照质量比例3:2配置的甲醇和水的混合液。黑色管子下面藏着一个2.7升的小气瓶，内有高纯氮气，黑色管子挨着的白色细管是冷却剂控制管线，下面有两个压力传感器，还有一个手动启闭阀门。7点钟方向的亮亮的圆柱形罐子是储水箱，水箱旁边的红色盒子是传说中的D-30电池系统。
6点到7点方向之间的，为弹载计算机和弹载数据记录仪，6点钟的盒子里是控制指令分配器和遥测遥控指令译码器。
5点钟那些盒子是遥测天线对应的电子器件盒，包括VHF遥测天线、C波段天线、PCM/CCS天线等。
2点钟方向的大方盒子为土星5号的ST-124-M3惯性导航陀螺稳定平台的控制电路，平台旁边是加速度计信号调节器和专门供给导航系统用的56伏电源。另外的电源系统还有28伏直流电源，供小负载的电气系统使用，另有5伏直流电源供传感器使用。
土星5号的控制系统中的轴承不是一般的机械轴承，而是由高压氮气托起来的气垫轴承。4点钟方向的那个大球就是存放氮气的地方，供气压力为703吨/平方米，大球旁边是ST-124-M3惯性导航陀螺仪。
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ST-124-M3惯性导航陀螺仪长这个样子。
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IBM的电脑工程师小哥儿抱着的，是土星5号的弹载计算机，它的主频（CPU内核工作的时钟频率）为2.048MHz。嗯，你没看错，是MHz。小火箭现在写这篇文章用的家用电脑的主频为3.60GHz（这不禁让我感慨万千，当年就是2.048MHz主频的电脑把人类送上绕月轨道），这计算机的主频还不到大家常用的智能手机的主频的1/1024，咱们手机有这么强大的计算能力，却主要用来玩游戏和刷朋友圈了。
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1966年3月10日，冯·布劳恩博士在检视一台土星5号的弹载计算机。这计算机长76.2厘米，宽26.67厘米，高31.75厘米，重36.287千克。不知道他能不能想象得到如今的计算机是怎样的，会不会梦到手机和互联网+时代的出现。
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土星5号弹载计算机的内存模块长这个样子，每个模块能够存储4096个指令字，土星5号的计算机里有8组内存模块，因此总共可以存储32768个指令字。
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用于发射阿波罗12号的土星5号，注意该火箭的大脑刚刚被吊装上来。
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不过，阿波罗飞船自己还有一套计算机，用于登月和从月面返回，型号是 IBM System/360 M75。注意登月舱前面的方程组：月面上升段动力学方程、绕月轨道动力学方程、速度增量方程等。
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土星5号带着阿波罗11号飞船正在飞行。
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准备发射阿波罗4号无人飞船的土星5号。
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1966年，土星5号第一次公开露面时的样子。
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用于发射天空实验室的土星5号（第三级火箭被天空实验室所取代），注意右侧的大型液氧储罐。
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虽然没有了第三级，但是仅靠第一级和第二级把68.2吨重的天空实验室送入近地轨道还是没问题的。
发射近地轨道的天空实验室是不是背离了其设计初衷？小火箭认为并没有。【有冯·布劳恩博士的手稿为证】
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这张由冯·布劳恩博士在1964年11月29日绘制的草稿，表明了他在那个时候就开始设想用土星5号发射空间站了。
最后，送上土星5号所有的（13次）发射离地瞬间的照片。
http://toutiao.com/i6288662205583852033
2016-5-28 14:08 上传
前无古人，后无来者的火箭，确实是工程的奇迹。
苏联当时为登月准备的火箭，虽然没有成功，但和这个也有的一比。
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好文章，收藏了。
还是第一次知道一级分离时速度为2.7千米/秒左右。
好文章，收藏了。
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长知识了，学习中，多谢楼主！
内容很充实，收藏了
好文，原来火箭发射时的推重比还不到1.2，是不是超过1就可以起飞
很震撼，字数补丁紫薯补丁
好文，原来火箭发射时的推重比还不到1.2，是不是超过1就可以起飞
美系运载火箭都是1.18的起飞推重比
美系运载火箭都是1.18的起飞推重比
美系运载火箭都是1.18的起飞推重比
有什么讲究吗，是不是1.18是最优比值
有什么讲究吗，是不是1.18是最优比值
leon68 发表于 2016-5-28 17:25
有什么讲究吗，是不是1.18是最优比值
理论上应该是1.2，天朝低于1.2的都要加尾翼。这个1.18怎么来的我也不知道……
有什么讲究吗，是不是1.18是最优比值
理论上应该是1.2，天朝低于1.2的都要加尾翼。这个1.18怎么来的我也不知道……
好文，收藏了
好东西，顶楼主
美国有史以来最佳科幻片，然后是星球大战计划，再然后是911，傲视全球。
前几天就在微信公众号看到这篇文章了。
土星五号就是神一样的纯在
瀚海百丈冰 发表于 2016-5-28 14:55
好文章，收藏了。
还是第一次知道一级分离时速度为2.7千米/秒左右。
不一定，土星五的一级工作时间很短，所以速度也偏低一点。
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不一定，土星五的一级工作时间很短，所以速度也偏低一点。
土星五号的实质低轨运力，可能仅有80吨。
leon68 发表于 2016-5-28 16:37
好文，原来火箭发射时的推重比还不到1.2，是不是超过1就可以起飞
如果条件够，实际上推重比越大越好。
推重比小，加速到入轨速度的时间就长，这样地球引力对火箭的冲量就越大，也就是所谓的重力损失就越大。
火箭选择1.2左右是现在人类技术实力综合考虑的结果，并不是说它是最优值。
好文，原来火箭发射时的推重比还不到1.2，是不是超过1就可以起飞
如果条件够，实际上推重比越大越好。
推重比小，加速到入轨速度的时间就长，这样地球引力对火箭的冲量就越大，也就是所谓的重力损失就越大。
火箭选择1.2左右是现在人类技术实力综合考虑的结果，并不是说它是最优值。
0骑着苍蝇飞0 发表于 2016-5-28 19:59
土星五号的实质低轨运力，可能仅有80吨。
打天空实验室是去掉第三级的，比完整版的土星5号运力自然要低。长三乙打近地轨道最大也有12吨的运力，没有第三级的长征-2F就只有9吨了。
土星五号的实质低轨运力，可能仅有80吨。
打天空实验室是去掉第三级的，比完整版的土星5号运力自然要低。长三乙打近地轨道最大也有12吨的运力，没有第三级的长征-2F就只有9吨了。
灰常幸福的刑强博士。
每一位从事飞行器设计专业的人，都是幸福的。
这是人类最伟大的事业。
每一位从事飞行器设计专业的人，都是幸福的。
这是人类最伟大的事业。
楼主辛苦！土星五号确实是人类制造的奇迹，可奇怪的是为啥现在连美帝都制造不出土星五了。
oaki911 发表于 2016-5-28 14:09
资料不错。
我国搞个这么大的重型空天飞机，就算带动科技发展了：
RKSP已经推出云霄塔MOD了，
不过我只将其作为靶机，作为起飞机场东部洋面上区域防空大驱的靶标，因为我不太喜欢英国佬
资料不错。
我国搞个这么大的重型空天飞机，就算带动科技发展了：
RKSP已经推出云霄塔MOD了，
不过我只将其作为靶机，作为起飞机场东部洋面上区域防空大驱的靶标，因为我不太喜欢英国佬
hdllmx 发表于 2016-5-28 20:32
楼主辛苦！土星五号确实是人类制造的奇迹，可奇怪的是为啥现在连美帝都制造不出土星五了。
没钱谁给造？
楼主辛苦！土星五号确实是人类制造的奇迹，可奇怪的是为啥现在连美帝都制造不出土星五了。
没钱谁给造？
RKSP也有搞零件MOD和材料MOD的想法，让玩家具体到零件和材料的研发开始，没有现成的储箱和发动机，结果发现，可玩性急剧降低作罢了。
所以此好文力顶，尽管多次使用阿波罗MOD在RKSP上复现了美帝登月。
所以此好文力顶，尽管多次使用阿波罗MOD在RKSP上复现了美帝登月。
hdllmx 发表于 2016-5-28 20:32
楼主辛苦！土星五号确实是人类制造的奇迹，可奇怪的是为啥现在连美帝都制造不出土星五了。
航天飞机的规模可不次于土星5，至11年退役航天飞机可是成功发射了134次
我这里还是要重复一下几年前说过的那句话，也许再过几年阴谋论者就要炒作航天飞机造假了，“人类怎么可能制造出入轨重量过百吨的可重复使用航天器呢”
楼主辛苦！土星五号确实是人类制造的奇迹，可奇怪的是为啥现在连美帝都制造不出土星五了。
航天飞机的规模可不次于土星5，至11年退役航天飞机可是成功发射了134次
我这里还是要重复一下几年前说过的那句话，也许再过几年阴谋论者就要炒作航天飞机造假了，“人类怎么可能制造出入轨重量过百吨的可重复使用航天器呢”
航天飞机的规模可不次于土星5，至11年退役航天飞机可是成功发射了134次
我这里还是要重复一下几 ...
我没说航天飞机规模、技术不大啊。可美帝要重返月球航天飞机不行啊！
我这里还是要重复一下几 ...
我没说航天飞机规模、技术不大啊。可美帝要重返月球航天飞机不行啊！
没钱谁给造？
现在美帝要重返月球，还要花重金研制新的重型运载火箭，何不使用几十年前就研制出来并且取得极大成功的东西呢？研制新的重型运载火箭不需要钱？
现在美帝要重返月球，还要花重金研制新的重型运载火箭，何不使用几十年前就研制出来并且取得极大成功的东西呢？研制新的重型运载火箭不需要钱？
先标记一下，待会用电脑看~
0骑着苍蝇飞0 发表于 2016-5-28 19:59
土星五号的实质低轨运力，可能仅有80吨。
哦，这样啊，请继续解毒。
土星五号的实质低轨运力，可能仅有80吨。
哦，这样啊，请继续解毒。
hdllmx 发表于 2016-5-28 20:54
现在美帝要重返月球，还要花重金研制新的重型运载火箭，何不使用几十年前就研制出来并且取得极大成功的东 ...
晕，现在土五技术老旧，对技术提升毫无意义，重启生产线耗费资金也远高于研发新火箭。
谁会怎么做，这是不可能的
现在美帝要重返月球，还要花重金研制新的重型运载火箭，何不使用几十年前就研制出来并且取得极大成功的东 ...
晕，现在土五技术老旧，对技术提升毫无意义，重启生产线耗费资金也远高于研发新火箭。
谁会怎么做，这是不可能的
0骑着苍蝇飞0 发表于 2016-5-28 19:59
土星五号的实质低轨运力，可能仅有80吨。
这是不加三级的，二级壳子大死重一直带到入轨。
土星五号的实质低轨运力，可能仅有80吨。
这是不加三级的，二级壳子大死重一直带到入轨。
hdllmx 发表于 2016-5-28 20:54
现在美帝要重返月球，还要花重金研制新的重型运载火箭，何不使用几十年前就研制出来并且取得极大成功的东 ...
正在研制的SLS就是几十年前就研制出来并且取得极大成功的东西。哎，几十年前的航天飞机。
现在美帝要重返月球，还要花重金研制新的重型运载火箭，何不使用几十年前就研制出来并且取得极大成功的东 ...
正在研制的SLS就是几十年前就研制出来并且取得极大成功的东西。哎，几十年前的航天飞机。
hdllmx 发表于 2016-5-28 20:54
现在美帝要重返月球，还要花重金研制新的重型运载火箭，何不使用几十年前就研制出来并且取得极大成功的东 ...
新的SLS就是把航天飞机的发动机装储箱上，再搞个类似土星1用过的S-IV上面级的EUS上面级
现成的生产线和上下游企业，连发动机助和推器都是现成的
现在美帝要重返月球，还要花重金研制新的重型运载火箭，何不使用几十年前就研制出来并且取得极大成功的东 ...
新的SLS就是把航天飞机的发动机装储箱上，再搞个类似土星1用过的S-IV上面级的EUS上面级
现成的生产线和上下游企业，连发动机助和推器都是现成的
SaturnV 发表于 2016-5-28 20:58
哦，这样啊，请继续解毒。
土星-5 实际用到的 LTO 为 50 吨上下，但并没有用到极限，所以有人估为接近 60 吨；
而一般、笼统来说，LTO 大约为 LEO 的一半，由此倒推土星-5 三级 LEO 理论值 118 吨。
然而要承载重型载荷，第三级可能要做结构加强，占用重量；
然而每增加一吨自重，就至少要少运一吨载荷；
如果因为增加自重而导致燃料携带量减少，那么少一吨燃料就可能少两三吨载荷……
用第三级加固版打 LEO ，载荷应该在 118 吨和 68 吨之间。
哦，这样啊，请继续解毒。
土星-5 实际用到的 LTO 为 50 吨上下，但并没有用到极限，所以有人估为接近 60 吨；
而一般、笼统来说，LTO 大约为 LEO 的一半，由此倒推土星-5 三级 LEO 理论值 118 吨。
然而要承载重型载荷，第三级可能要做结构加强，占用重量；
然而每增加一吨自重，就至少要少运一吨载荷；
如果因为增加自重而导致燃料携带量减少，那么少一吨燃料就可能少两三吨载荷……
用第三级加固版打 LEO ，载荷应该在 118 吨和 68 吨之间。
自由狼-台风 发表于 2016-5-28 21:14
土星5号实际用到的LTO为50吨上下，但并没有用到极限，所以有人估为接近60吨
用第三级加固版打 LEO，载荷应该在118吨和68吨之间
从来就没听说过土星5号有【第三级加固版】这么个东西
这是2级结构的运力数据，注意看右下角的255，你应该明白是什么意思
阿波罗17号LTO为116000磅，你换算一下
自由狼-台风 发表于 2016-5-28 21:14
土星5号实际用到的LTO为50吨上下，但并没有用到极限，所以有人估为接近60吨
用第三级加固版打 LEO，载荷应该在118吨和68吨之间
从来就没听说过土星5号有【第三级加固版】这么个东西
这是2级结构的运力数据，注意看右下角的255，你应该明白是什么意思
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阿波罗17号LTO为116000磅，你换算一下
关键是这个时间，1961年到1969年，神速啊，说搞就开工，资金就不说了，似乎没有什么技术困难，完全是一气呵成。
如果钱管够，不考虑经济效益，美帝重返月球最短要多久？10年?也许5年就够了吧。
好文章。就是每次读到笔者昵称代称都造成混乱。
潜艇1号 发表于 2016-5-28 22:21
如果钱管够，不考虑经济效益，美帝重返月球最短要多久？10年?也许5年就够了吧。
钱管够最快后年就可以了吧……最大的问题是登月舱，SLS和猎户座都接近完成，EUS连发动机都订了……
如果钱管够，不考虑经济效益，美帝重返月球最短要多久？10年?也许5年就够了吧。
钱管够最快后年就可以了吧……最大的问题是登月舱，SLS和猎户座都接近完成，EUS连发动机都订了……