新的一期又到了，本期小楼带来的专题是关于载人航天工程。如果说到推进之王，大家会想到什么，小楼第一个反应就是土星五号。说到土星五号运载火箭，首先就是它高达吨的推力，其次就是它也是历史上最大的火箭。不得不说，土星五号的研发制作过程充满了艰辛和惊天奇想，在现在都让人望尘莫及。今天小楼就带大家走进土星5号这个冲天巨箭的制作过程，感受天文科技的魅力。
背景
土星5号的研制，处于20世纪60年代，那时在航天领域，美国离苏联还有着一段距离，苏联人已经发射了第一颗人造卫星史波克尼一号并走向太空，是真正的太空领域领头人。美国为了超越苏联，开启了登月计划由此，土星5号的八年荆棘之路也就此拉开帷幕。这个推力无比的大家伙主要由波音公司、北美人航空公司和道格拉斯还有IBM几家公司承包制作,发动机由洛克达因公司负责。
基础构想
土星5号的基础设计构想源于V-2火箭和木星系列。土星系列火箭首先是土星1号和土星1B号，最后才是土星5号。C1（土星1号）的设想已经足够大胆，其发动机是由八台H-1发动机捆绑在一起形成的（一种不靠谱的感觉），小楼真的在这里的感慨一下当年为了登月的美国人真的是“人有多大胆”的写照。不过，就是这样大胆的家伙们成功了。
但即便是这样，推力也不够。升级版的C-1B（土星C1B)依旧不够。考虑到燃料的选择和需求量以及制造过程等，最终选择了土星5号为登月飞船的运载火箭。土星5号的建造分为三个部分：S-IC（芯一级）、S-II（芯二级）和S-IVB（芯三级）。
研发过程
F-1发动机
基本概况：高5.6米，宽3.7米，海平面推力吨，引擎干重8.4吨，燃料混合比2.27。（小楼列出这个面板，就是想告诉大家，F-1发动机很牛）
F-1发动机是土星5号的第一级发动机，这台发动机的研制可以追溯到年，是美国空军的吨推力发动机计划开始建造的。这个推力级别的发动机放在当下，也是王者存在的。不愧是日后推进之王土星5号的发动机。
F-1初期的研制较顺利，洛克达因公司研制很顺利，短程测试圆满成功，推力可达到.5吨。可能也是初期太顺利，运气被用光了。在长程测试，喷注器首先出现问题。喷注器的喷嘴上有几千个孔，来使得燃料能够充分混合。打孔容易，困难的是，一个拥有如此多空洞的东西，得承受数千度高温、几十个大气压以及剧烈振动，这无疑使设计师头疼。但这个问题在那个计算机不发达的年代，设计师通过缩比模型这样的笨法子成功了。
这只是F-1发动机长程测试多个困难中的一个，说到这里真的得夸夸那些设计师，能够在航空探索阶段如此的坚持不懈。
J-2发动机
J-2发动机是土星5号的第二级和第三级发动机。它的前辈是RL-10发动机，其推力为6.8吨。而J-2就是以其为蓝本来的，但是，J-2的推力可不是6.8吨，美国人直接去掉了小数点，将J-2的推力要求提到68吨，后来甚至提升到90吨。这当真是无比疯狂。能够提出如此巨大的推力跨度，可见NASA对真的是具有无比巨大的信心。
S-IC芯一级
S-IC芯一级是整个火箭最大的部分，采用了液氧-燃煤燃料体系，搭载5个F-1发动机。其实，本来的设计构想是四个发动机再加两根交叉梁来实现承力，但是为了减重，而确定为五个发动机。是的，土星5号这个胖火箭，在整个设计过程都面临减重的问题。S-IC采用双贮箱设计，更加稳妥，毕竟第一级的减重要求没有那么苛刻，其上层是液氧箱，有立方米液氧，下层为煤油箱，贮藏立方米煤油。发动机底部有突起，适配五个发动机的特殊布局，内部藏有多个反冲火箭，让其能快速分离。
S-IVB芯三级
第三级的难度，主要在于液氢系统。在建造初期，承包商道格拉斯公司是信心满满，直接交付了一个放大版的“雷神”（道格拉斯公司制造了“雷神”运载火箭），飞速完成任务。然而，被NASA毫不留情的整个打回去了。打回去的原因呢，大家猜猜看。是的，依旧是太重了。无奈之下，三级也开启了减重任务。这一级的减重主要通过燃料罐，本来一整片的铝合金外壳被削减成网状外壳，厚度也仅有1.9厘米。小伙伴们可以参考易拉罐，对，整个三级芯的外壳厚度和内部空间之比就像一个易拉罐一样。
同时，三级芯采用的的燃料贮存箱也被迫由分开的两个缩减成一个，只在中间设计一个隔板。隔板为一个曲面壳，厚约5厘米，氢箱和氧箱共同使用一个半球形结构壳。这么说如果各位小伙伴觉得模糊不清，可以对比鸳鸯火锅。最后，S-IVB级减重20%。
S-II芯二级
为什么要把芯二级放在最后来讲呢，小楼当然是有道理的，因为，芯二级的建造是最为困难的。首先，如果说芯一级是太大，芯三级是液氢系统，那么芯二级可是无奈两边都不可以抛弃，是的，芯二级承担了最大的减重任务。所以说，夹在中间的最难做啊。
芯二级也是采用了氢氧同箱做隔断的方式，然而，就是这样，依旧达不到减重要求。土星5号运载火箭是为了将载人飞船送上月球，所以载人飞船必须要做严密的安全考虑。但是，载人飞船每重1公斤，就需要在S-IVB上省1公斤，或者在S-II省5公斤，又或者在S-1C上节省14公斤。S-IVB已经开始量产，S-1C节省重量难度太大，综上结果，只能是芯二级扛下所有。最终经过了两次的爆炸，芯二级可算是勉强能上了。后来因为土星五号全线出现了巨大事故才给了芯二级得以完善的时间。
注：本文首发于天文学探索
