兩顆火箭“巨星”

文/ 高歌

1967年11月9日，美國的土星5號火箭成功地進(jìn)行了首次發(fā)射，把阿波羅4B無人飛船送入太空，人類歷史上最大的超級火箭從此誕生了。

土星5號后來因?yàn)槎啻纬晒Πl(fā)射阿波羅載人飛船，為美國的載人登月計劃和天空實(shí)驗(yàn)室計劃屢建奇功而舉世聞名。相比之下，美國的另一個超級火箭——“新星”卻鮮為人知。事實(shí)上，新星是一項(xiàng)更宏偉的火箭計劃，它和土星5號一起堪稱火箭星空中兩顆最耀眼的“巨星”。

▲ 新星和土星5號火箭對比示意圖

新星：陸地難以發(fā)射的火箭

“新星”和土星5號一樣，也是美國載人登月計劃的產(chǎn)物。

早在上世紀(jì)60年代初美國總統(tǒng)提出阿波羅登月計劃之前，美國的航天科學(xué)家已經(jīng)開始為怎樣把航天員送上月球大傷腦筋了。當(dāng)時，登月方案層出不窮、五花八門，主要可以歸納為直接登月法、地球軌道交會法和月球軌道交會法三種方式。

直接登月法是三種方式中最簡單的一種，就是用一枚運(yùn)載火箭將載人飛船直接發(fā)射到繞月軌道，然后飛船脫離軌道在月面著陸，航天員完成任務(wù)后乘飛船從月球直接飛回地球。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是可以避免復(fù)雜的軌道交會技術(shù)，缺點(diǎn)是登月飛船高達(dá)30多米，重70多噸，不僅降落在月面時容易傾倒，甚至月面強(qiáng)度都可能承受不起。

新星火箭就是直接登月法的產(chǎn)物。鑒于直接登月使用的火箭需要相當(dāng)大的推力，火箭專家們提出了這種超級火箭方案。

“新星”是一種大得令人生畏的三級運(yùn)載火箭，高85.37米，第一級直徑15.24米，第二級12.19米，第三級6.7米，重達(dá)5000多噸，能把72.6噸的有效載荷直接送上月球軌道，還可以發(fā)射飛往火星和金星的飛船。

新星火箭的第一級采用八臺F-1液氫煤油發(fā)動機(jī)，推力高達(dá)53333千牛，上世紀(jì)80年代研制成功的航天飛機(jī)的起飛推力為30802千牛，僅是它的一多半。F-1發(fā)動機(jī)高5.79米，最大直徑4.57米，重8390千克，單臺推力達(dá)6805千牛?！靶滦恰狈桨赋雠_時，這種如同一輛載重汽車，比當(dāng)時蘇聯(lián)最大的發(fā)動機(jī)的體積大一倍的先進(jìn)發(fā)動機(jī)已經(jīng)開始研制。“新星”的第二級采用四臺M-1液氫液氧發(fā)動機(jī)，推力21333千牛；第三級采用一臺J-2液氫液氧發(fā)動機(jī)，推力888千牛。

▲ 土星5號火箭第一級結(jié)構(gòu)圖

▲ 巨大的F-1發(fā)動機(jī)

新星火箭的設(shè)想充分體現(xiàn)了馮·布勞恩大火箭的觀念。馮·布勞恩博士原是德國的火箭專家，到美國后任馬歇爾航天中心的領(lǐng)導(dǎo)人，他很早就熱衷于建造大火箭，1952年就提出了一種超級火箭的設(shè)想。這種相當(dāng)于一艘輕型驅(qū)逐艦的火箭高80多米，重6350噸，第一級靠51臺發(fā)動機(jī)驅(qū)動，起飛推力達(dá)120000千牛。

▲ 土星5號火箭第二級結(jié)構(gòu)圖

▲ 土星5號火箭第三級結(jié)構(gòu)圖

載人登月計劃的提出為馮·布勞恩超級火箭的實(shí)現(xiàn)提供了絕好機(jī)會。1959年1月，美國宇航局在向總統(tǒng)艾森豪威爾提交的一份報告中指出：“‘新星’將是第一種能完成把人送到月球表面并使他安全返回任務(wù)的運(yùn)載火箭?！?0年代初，當(dāng)美國新任總統(tǒng)肯尼迪發(fā)表登月演說時，新星火箭已經(jīng)出現(xiàn)在火箭設(shè)計師們的制圖板上，從而使直接登月的設(shè)想越來越接近現(xiàn)實(shí)。

▲ 用駁船運(yùn)輸土星5號火箭第二級

新星火箭計劃當(dāng)時得到了美國宇航局許多專家的支持，包括有阿波羅飛船之父之稱的馬克思·費(fèi)格特。作為直接登月的倡導(dǎo)者，他理所應(yīng)當(dāng)?shù)爻蔀樾滦腔鸺裏嵝牡闹С终?。然而，馬歇爾航天中心很多支持地球軌道交會法的人的態(tài)度卻相反，他們認(rèn)為，火箭技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該是一個循序漸進(jìn)的過程，可是從紅石火箭、朱庇特火箭直接到新星火箭的步子邁得太大。地球軌道交會是到達(dá)月球更快更有把握的方法，雖然需要的運(yùn)載火箭也很大，卻比“新星”小得多?；鸺O(shè)計師們的心里很明白，“新星”這種超級火箭太超前了，從技術(shù)角度講很不現(xiàn)實(shí)，在當(dāng)時很難造得出來。即使造得出來，發(fā)射也是個問題，火箭設(shè)計師甚至不能肯定能從陸基發(fā)射臺上發(fā)射，因?yàn)樗锌赡苁箍夏岬虾教熘行乃诘拿防锾貚u沉下去，所以還得考慮把它拿到遠(yuǎn)離卡納維拉爾角海岸的駁船上去發(fā)射。

不僅技術(shù)上存在很大困難，周期也很成問題，因?yàn)樾枰臅r間較長，新星火箭不可能在總統(tǒng)要求的時間內(nèi)造出來。另外還有投資問題，新星火箭的研制費(fèi)用昂貴得嚇人，計劃需要260億到380億美元，而土星5號計劃不過80億美元。

這些多方面的因素使美國宇航局對研制新星火箭舉棋不定。1962年4月，美國宇航局決定推遲對外簽訂新星火箭合同，同年10月正式確定土星5號為發(fā)射阿波羅飛船的運(yùn)載火箭，與此同時“新星”方案最終被放棄了。

新星火箭雖然沒有研制出來，卻對土星5號的問世起到了寶貴的借鑒作用。一位參與阿波羅計劃的高級專家說，如果沒有新星火箭的設(shè)想，建造土星5號是不可能的。為新星火箭配套的F-1發(fā)動機(jī)被保留下來，后來用在了土星5號第一級上。

土星5號：人類的一個奇跡

“新星”未能升起，“土星”光芒四射。

土星5號也是專門為載人登月計劃研制的運(yùn)載火箭，也是迄今為止世界上最龐大且最成功的超級火箭。雖然它是設(shè)計師們在“新星”基礎(chǔ)上把步子放小，量力而行的結(jié)果，卻仍讓人品味到大火箭超強(qiáng)的魅力。

土星5號由300多萬個零部件組成，體積雖然比新星火箭小，可是仍然大得驚人。全箭高86米，安裝阿波羅飛船和救生火箭后高110.6米，相當(dāng)于36層樓房,比自由女神像還高17.7米。因?yàn)榛鸺?，?dāng)年當(dāng)土星5號已經(jīng)制造出來擺在面前時，許多人還固執(zhí)地認(rèn)為，沒有辦法使這么大的火箭發(fā)射升空，甚至發(fā)射成功后還有人覺得成功像夢幻一樣不可思議。

對于這種空前絕后的火箭，如果不是親眼所見很難想象出它大到什么程度。人類登上月球十年后，一個中國代表團(tuán)在美國休斯敦的約翰遜航天中心參觀了一枚完整的土星5號，當(dāng)時代表們很想拍些照片留作紀(jì)念，可是無論怎樣變換照相機(jī)角度也拍不出完整的火箭，因?yàn)榛鸺龑?shí)在太大了。

如同一名優(yōu)秀的運(yùn)動員，土星5號不光身材魁悟，而且強(qiáng)健有力，是個名副其實(shí)的“大力士”?；鸺痫w質(zhì)量2950噸，相當(dāng)于蘇聯(lián)衛(wèi)星號火箭的十倍、中國長征二號捆綁式火箭的六倍。起飛推力達(dá)34029千牛，相當(dāng)于6000架波音707飛機(jī)的推力，它能把50噸的飛船送入月球軌道，或?qū)?27噸的飛船送上地球軌道。127噸相當(dāng)于1500多顆人類第一顆人造地球衛(wèi)星斯普特尼克一號的重量。要知道，當(dāng)時一般大型卡車的裝載量約32噸，火車、飛機(jī)和貨船的裝載量為45噸。

▲ 準(zhǔn)備用飛機(jī)運(yùn)輸土星5號火箭第三級

“大力士”的力氣來自超強(qiáng)的心臟。土星5號第一級火箭裝有五臺洛克達(dá)因公司制造的F-1液氧煤油發(fā)動機(jī)，它在全推力狀態(tài)下可以燃燒150秒，消耗的推進(jìn)劑可供300萬輛汽車行駛同樣的時間；產(chǎn)生的功率等于85個美國亞利桑那州的胡佛水壩，比一列機(jī)車往返于芝加哥到紐約之間的功率還大。發(fā)動機(jī)的部件也很大，閥門像一只大木桶，渦輪泵像一臺電冰箱，一分鐘能同時將71559升的煤油和112791升的液氧送進(jìn)燃燒室。管路粗得能爬進(jìn)一個人，10秒鐘的推進(jìn)劑流量換成水可以灌滿一個家庭游泳池。

異乎尋常的體積和重量給火箭的運(yùn)輸帶來很大困難。土星5號第一級直徑10.06米，長42.06米，凈重131噸；第二級直徑也是10.06米，長24.87米，凈重36噸；第三級直徑6.57米，長18.1米，凈重11噸。因?yàn)槿齻€龐然大物無法從陸地用卡車或火車運(yùn)送，所以把它們從工廠運(yùn)到發(fā)射場時費(fèi)了很大力氣。體積最小的第三級還好辦一點(diǎn)，用一架專用球形飛機(jī)就把它從道格拉斯飛機(jī)公司在亨廷頓的制造廠運(yùn)到了目的地。直徑10多米的第一級和第二級由于實(shí)在太笨重，只能用駁船把第一級從波音公司在路易斯安那州米楚德市的裝配廠，把第二級從北美洛克韋爾公司在加利福尼亞州錫爾比奇的工廠運(yùn)到卡納維拉爾角的發(fā)射場。

土星5號火箭的研制費(fèi)用為93億美元，約占阿波羅計劃總費(fèi)用的38.4%，每枚造價1.85億美元；有8000家公司參加了研制，從1962年開始研制到1967年首次發(fā)射成功僅用了五年時間。

1967年11月9日，土星5號進(jìn)行了首次飛行試驗(yàn)。由于太笨重，發(fā)動機(jī)點(diǎn)火后幾秒鐘過去了它還呆在原地不動，讓許多人看著心驚肉跳。后來成為阿波羅11號航天員的邁克爾·柯林斯當(dāng)時十分害怕，擔(dān)心火箭就這樣一直豎在那里直到爆炸。飛離地面后，土星5號又花了10多秒鐘才越過了發(fā)射架頂端。

發(fā)射爆發(fā)出的轟鳴山崩地裂一樣驚天動地，把發(fā)射場周圍的許多建筑物震得發(fā)出尖厲的怪叫，距離發(fā)射臺4.8公里的記者席甚至像搖椅一樣前后左右猛烈晃動，美聯(lián)社和國際合眾社從來沒有停止過的傳真機(jī)都突然間不響了，見多識廣的記者們從未有過這種經(jīng)歷。哥倫比亞廣播公司的電視轉(zhuǎn)播室被震得劇烈搖晃，著名主持人沃爾特·克朗凱特一邊抓著窗戶保持穩(wěn)定，一邊大喊：“我的上帝！我們的房子在顫抖! 屋頂好像塌下來一樣!”在場的百萬觀眾也被震得痛苦不堪，許多人頭暈耳鳴、心驚肉跳。除了原子彈爆炸之外，歷史上只有兩次自然界的巨響可以與這種恐怖的威力相比，一次是1883年巽他海峽喀拉喀托火山爆發(fā)，另一次是1908年一顆隕石在西伯利亞墜落后引發(fā)的通古斯大爆炸。從這次發(fā)射以后，土星5號每次發(fā)射都采取了消音措施。

土星5號一共制造了15枚，發(fā)射了13枚，先后把兩艘無人試驗(yàn)飛船、十艘阿波羅載人飛船、一座天空實(shí)驗(yàn)室，以及33名航天員送上太空，包括12名成功登上月球的航天員。說來難以置信，土星5號好像有上帝保佑，13次發(fā)射竟然好運(yùn)連連，無一失敗，成功率高達(dá)100%，稱得上一個奇跡。

另外兩枚土星 5號未安排發(fā)射任務(wù)，最后成了世界上最昂貴的展覽品，一枚存放在馬歇爾航天中心，另一枚存放在約翰遜航天中心?！?/p>