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3、土星五号是50年前的产物,为何其它国家还没搞出与土星五号性能相当的火箭?
土星五号 为什么不倒
美苏太空争霸
二战结束以后,世界上两个超级大国——美国和苏联,迅速进入冷战状态。这是一个最强大的资本主义国家与一个最强大的社会主义国家所进行的全方位的争霸。为了独一份的傲视全球,美国和苏联各自竭尽全力,使出浑身解数,谁也不甘落后一步。当然,这是两个国家的意识形态不同,也是为了各自的利益。
在军事领域,美国率先研制成功了原子弹,并在日本广岛hé长崎投放了三颗(其中有一个没炸),这直接促使了rì本接受无条件投降。而苏联自然不甘落后,很快也将原子弹研制成功。美国研制出了氢弹,苏联紧跟着将氢弹实用化。美国的洲际弹道导弹试飞成功,苏联在新地岛爆炸了一颗dāng量为5000万吨TNT的超级氢弹——大伊万!双方各不相让,你追我赶。核潜艇、航空母舰都应运而生。
在科技领域,苏联的人造卫星率先发射成功,美国紧跟其后。苏联把空间站sòng入近地轨道,美国开始研制航天飞机。苏联宇航员加加林步入太空,成为全世界第一个进行太空行走的人,美国的宇宙飞船项目立项。苏联的水星探测器进入水星轨道,美国开始探测火星。在太空lǐng域,苏联一开始是占优的,美国感到了压力,肯尼迪总统宣布美国直接登月,要把星条旗插到月球上,为此,美国倾举国之力,启动“阿波罗”载人登月工程,汇集了全国几十万的科学家、工程师、科技人员,200多所院校、500多家企业参与该工程。登月所用的火箭——土星5号,是工程中的关键,国会为此拨款高达65亿美元进行研制。
苏联人闻听美国人开始了登月计划,也不甘落后,随即也开启载人登月的工程。载人登月,关键是拥有大推力超重型火箭。美国后来登月成功,靠的就是超重型登月火箭——土星V号。而苏联研制的登月火箭是——N1火箭。双方誓在太空领域搏个高低。
后来的结果大家都知道了,美国登月成功了,土星5号火箭在几十次的试射中全部成功,无一失败。阿波罗飞船发射了17次,其中第13——17次是登月飞行。美国宇航员共5批12人踏上月球表面,直到今天,全世界也只有这12rén登陆过月球。这些伟大的成功,靠的全是土星5号火箭。而苏联的N1火箭,试射四次,全部失败,其中三枚在空中解体爆炸,一枚倒在发射台边爆炸,造成150多名科技工程人员殉难。接连四次试射失败之后,苏联人心灰意冷,也被凉透了心,终于冷静下来,彻底停止了登月工程,N1火箭也彻底下马,只能眼睁睁地看着美国人把星条旗插在了月球上。
土星V号的成功与N1火箭的失败
那么问题来了,苏联科技实力不弱,在太空领域,也曾一度领先于美国,那为何在载人登月工程上,输美国一大截呢?其实,前文说了,登月能否成功,关键看登月火箭能否发射成功,其他的都是次要的。美国的登月火箭是土星5号大推力超重型运载火箭,苏联的登月火箭N1火箭也是大推力超重型运载火箭。从各项技术参数上看,N1并不次于土星5,甚至比土5还要稍强,那为何N1四次试射全部以失败告终呢?我们先来分别看看这两款火箭的技术参数:
1.土星V号:土星5号由美国波音公司、北美人航空公司、道格拉斯飞行器公司联合制造,由冯·布劳恩领衔担当zǒng设计师,它是全世界迄今为止最大的运载火箭,也是唯一的一款成功的登月火箭。土星5号为三级火箭,全长111米,芯级最大直径13米(包含突出的发动机),起飞总重量3038.5吨。近地轨道运载能力为119吨,月球轨道运载能力为45吨,满足载人登月要求。
土星5号火箭的第一级满载质量2300吨,布局五台F-1煤油液氧发动机,外围四台,中间一台,单台推力6800千牛。工作时间150秒,比冲263秒,分离高度68000米,最大速度每秒2756米。
土星5号第二级满载质量480吨,直径10.1米,长24.8米,设计为五台J-2液氢液氧发动机,单台推力880千牛,总推力4400千牛,工作时间360秒,比冲421秒,分离时高度170千米,最大速度每秒7千米。
土星5号第三级长18.8米,直径6.6米,满载质量121吨,采用一台J-2液氢液氧发动机,推力1000千牛,工作时间500秒,比冲421秒,最大速度每秒7.8千米(接jìn第一宇宙速度),第二次点火时间在起飞后2小时40分,第二次关机时速度每秒11.2千米(第二宇宙速度),使用后的火箭残骸坠落于月球上。
2.N1火箭:总长105米,最大直径17米,起飞总重量2788吨,采用五级设计。近地轨道运载能力95吨,月球转移轨道运载能力23.5吨。它由苏联著名的科学家科罗廖夫领衔设计。从外形上看,N1比土5矮了6米,但第一级比土5粗了不少,N1采用5级设计,越往上越细,像个金字tǎ。
N1的第一级直径达到了令人恐怖的17米,非常的胖、粗,它采用史无前例的30台NK-33煤油液氧引擎,外围24台,中间6台,全部是环绕状围绕。总推力4620吨,比冲330秒,燃烧时间125秒。第二级为8台NK-15V煤油液氧发动机,总推力1434吨,比冲346秒,燃烧时间120秒。第三级布局为4台NK-21煤油液氧发动机,总推力160吨,比冲353秒,燃烧时间370秒。第四级为1台NK-19煤油液氧发动机,推力45吨,比冲353秒,燃烧时间443秒。第五级为1台RD-58煤油液氧发动机,推力8吨,比冲394秒,燃烧时间600秒。
N1火箭的控制系统——KORD很不成熟,屡屡掉链子,实践证明,N1火箭的四次试射失败都跟控制系统有关。这套系统每次都做出错误判断,发出错误指令,不是乱关机就是乱开机,完全不能做出正确判断。且反应迟钝,像个傻瓜一样。这有力地说明,苏联在电子电路方面,与美国还存在不小的差距。
N1火箭四射四败
N1火箭由于立项仓促,研制匆忙,从设计到实射,时间太仓促,发动机连试验都来不及做,或者说是苏联人懒得做,都是直接安装在火箭上。苏联人的傻、大、黑、粗的工作作风和喜欢冒险的个性,在N1火箭上再次体现得淋漓尽致。动力不够,数量来凑,在火箭第一级上布置30台发动机,这在世界火箭史上也是独一份。事实证明,发动机越多,可靠性越差,光是极其复杂的管道线路,就让人看得眼花缭乱。供油管路、控制线路、稳定系统盘根交错,相当地复杂,而苏联人又没有彻底解决共振问题,只是靠关停某个方向的发动机来控制火箭的平衡,这被实践证明是不可行的。因此,从1965年10月到1974年5月,N1火箭共制造了10枚,试射了四次,全部líng空爆炸。
N1火箭总共设计安装了44台发动机,这非常令人恐怖。而土星5号火箭只有11台发动机。土星5号的身材比较匀称,上下差别不大。而N1是下粗上细,像个不匀称的胖子。土星5号采用更先进、比冲更高的液氢液氧发动机,而N1采用的是煤油液氧发动机,差距显而易见。N1火箭的单台发动机推力不够,只能靠增加发动机的数量来提高推力,这无形中就降低了火箭的可靠性。
还有,总设计师科罗廖夫的早逝,也让N1火箭生不逢时,继任的米申难以挑起大梁。N1火箭四次试射全部爆炸,让苏联的航空梦就此止步。苏联在经济上也难以与美国抗衡,登月工程就是烧钱,苏联缺钱,火箭的研制资金也捉襟见肘,这也是一个原因。
69年美国登月后为什么再不用土星-5大推力运载火箭了?
土星5号的最后一次飞行实际是在1973年5月14号,任务是把天空实验室空间站送入地球轨道。
序列号 任务 发射日期 注释
SA-501 阿波罗4号 1967年11月9日 首次实验飞行
SA-502 阿波罗6号 1968年4月4日 第二次实验飞行
SA-503 阿波罗8号 1968年12月21日 土星5号的第一次载人飞行以及首次由载人飞行器环绕月球
SA-504 阿波罗9号 1969年3月3日 登月舱地球轨道测试
SA-505 阿波罗10号 1969年5月18日 登月舱月球轨道测试
SA-506 阿波罗11号 1969年7月16日 人类首次登月
SA-507 阿波罗12号 1969年11月14日 降落在调查员3号附近
SA-508 阿波罗13号 1970年4月11日 任务被放弃,成员返回地球
SA-509 阿波罗14号 1971年1月31日 降落在法拉·毛罗高地附近
SA-510 阿波罗15号 1971年7月26日 首次使用月球车
SA-511 阿波罗16号 1972年4月16日 降落在笛卡尔环形山
SA-512 阿波罗17号 1972年12月6日 唯一一次夜间发射,最后一次阿波罗月球任务
SA-513 天空实yàn室1号 1973年5月14日 双级天空实验室版
SA-514 未使用
SA-515 未使用
自天空实验室(重76.5吨)之后,再也没有如此大的单个有效载荷需要发射(土星5号的低轨道运载能力达119吨,同步轨道能力达45吨),所以作为最巨大、最昂贵的一次性使用运载火箭的土星五号被搁置是完全合理的。
另外,土星五号虽然很成功,但它采用的都是上世纪60年代的技术,总体性能(尤其是经济性)已经远远比不上现在的运载火箭。
土星五号是50年前的产物,为何其它国家还没搞出与土星五号性能相当的火箭?
需求,需求决定了供给。
你会不会整辆6×6装甲车停楼下?价格也不贵。为什么不呢?因为你不需要这东西,有这钱不如买跑车,对吧?
土星5号的产生背景就是美苏太空争霸,由于美国在第一颗人造卫星,第一艘载人飞船,第一次出舱太空行走等等一系列“第一次”上都输给了前苏联,非常的“没面子”,所以肯尼迪才放出豪言一定要在60年代末之前实现登月,为此美国人才开始了土星5号这种“大跃进”式的面子工程。
现实中,土星5号除了进行阿波罗登月计划之外,就是类似于“废wù利用”的发射天空空间实验室(生产线70年就停产了,造多了,总不能报废吧?没辙,73年拖出来去发射实验室。)只要不是登月,就用不上这个大家伙,总不能没事见天的登月吧?钱多,也不能这么烧,是吧?
而美苏的登月争霸以美国大获全胜而告终,之后,再也没有其它国家有登月需求了,连美国自己都没有了,那大家研制这么大的火箭来干嘛?
现在我们有了自己的登月计划,于是比肩甚至超过土星5号的长征9号就提上了议事日程。
当然为了应对我们的计划,美国人也启动了SLS计划,重新开始研制超重型火箭,在技术水平和研制进度上,目前和我们半斤八两。
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