土星5号运载火箭

土星5号，人类火箭巨无霸

土星5号火箭的研究背景很简单：60年代，火箭运载能力已经成为限制美国航天发展的最核心因素。

因为60年代，美国航天发展最重要的目标是阿波罗登月。正如肯尼迪总统1961年在莱斯大学演讲时说的那样：“我们选择登陆月球，不是因为它简单，而是因为它真的很难”。

当时，为了阿波罗登月，一系列辅助工程上马。

1961-1965年，9个游骑兵（Ranger）任务，全方面获得月球表面情况。

1966-1967年，5个月球轨道器（Lunar Orbiter）任务，重点勘查适合载人登陆的区域并绘制出详细地形地貌图。



阿波罗12号任务时降落地点就在为它做前期准备的测量员附近，也造就了人类两个航天任务在月球表面相遇的神奇纪录




1966-1968年，7个测量员（Surveyor）任务，着陆器直接降落月球，获得未来阿波罗载人登月着陆地区的第一手资料，其中5个任务着陆成功。

1964-1966年，12个双子座（Gemini）载人航天任务，验证了出舱行走、交会对接等核心技术，所有的阿波罗登月宇航员都是这个项目培养出来的。

也就是说，在阿波罗登月之前，NASA（美国国家航空航天局）已经完全了解了月球着陆区的环境、相关的载人航天技术都储备完毕。例如，阿姆斯特朗在双子座8号任务时成为世界首个完成航天器交会对接任务的人，登月第一人的资格足够。

但是，当时还有极其重要的一个环节：怎么过去？火箭怎么办？

登月远比地球附近的载人航天复杂，近地轨道运力几吨、几十吨的火箭远远不够，火箭成为限制载人登月方案的最大因素。

当时总共有四种方案。1.月球直接往返；2.月球表面集合，用重型火箭分两次任务发射；3.地球轨道集合，用大中型火箭多次发射，在地球附近组装后载人登月；4.月球轨道集合，飞船到月球后，一部分登陆，一部分留轨。



选择第4种方案的阿波罗飞船实际上也由4个部分组成




第1种方案要求重达4000-5000吨级别的火箭，实在太难，人类也许在阿波罗登月后100年内都不会造出来。因为我们在登月50年后，连土星5号级别的火箭都还没造出来；第2种，对月球着陆技术要求太高，几乎不可能；第3种，当时交会对接技术还没突破，多次对接风险也特别大。最终，阿波罗载人登月选择了方案4，它需要一枚近地轨道运力达到140吨级、月球转移轨道运力达到45吨级的火箭。



冯·布劳恩站在他的得意作品土星5号“前”




任务最后落到了冯·布劳恩团队头上，这位在二战结束后被“回纹针”绝密行动带回美国的德国火箭专家事后也被证明是人类史上最伟大的火箭科学家、没有之一，他在二战后几乎主导了美国所有火箭的研发。1961年登月计划公布后，他们获得天量的资金。

那时候，钱不是问题，问题是能不能把“问题”解决。冯·布劳恩团队不负众望，在他们此前的研究基础上，最终给出了土星A（Saturn-A1，Saturn-A2）、土星B（Saturn-B1）和土星C（Saturn-C1、Saturn-C2、Saturn-C3、Saturn-C4、Saturn-C5）的庞大土星系列火箭家族。当然，冯·布劳恩还提出了C8这个型号，它理论上可以完成直接登月、直接返回（前文方案1），不过以当时的资源、甚至今天的资源都很难实现。



土星是个庞大的载人火箭家族，只不过土星5号（C5）实在太出名掩盖了其他的光辉




人们常说的土星5号，就是指Saturn-C5这一个型号。

土星5号的很多指标是非常惊人的，它的总重量约为2970吨，最大直径10.1米，高度110.6米，近地轨道运力140吨，地月转移轨道极限运力48.6吨。以中国现役最强火箭长征5号对比而言，长征5号总重量约为867吨，最大直径5米，高度57米，近地轨道运力25吨，地月转移轨道运力8吨。

那个时代孕育了多么恐怖的钢铁巨兽，可见一斑。

火箭第一级总重约2290吨，其中壳体和发动机质量仅为130吨，2160吨都为燃料，为液氧煤油，发动机工作时间标准流程为165秒，发动机总推力达到了惊人的3510吨！第一级平均每一秒燃烧13.1吨燃料，换算成汽油差不多够一辆百公里油耗10升的小 汽车 围绕地球赤道开4圈半！

第二级总重约496吨，其中壳体和发动机质量仅为40吨，456吨都为燃料，为液氧液氢，发动机工作时间标准流程为360秒，发动机总推力为514吨；对于第二级消耗的燃料（液氧液氢能量密度是液氧煤油的1.6倍左右），足够开车绕地球赤道250圈。

第三级总重约123吨，其中壳体和发动机质量仅为13吨，110吨都为燃料，为液氧液氢，发动机工作时间标准流程为两次共计500秒，发动机总推力为100吨。第三级的燃料够开车绕地球60圈。



美丽的《地出》来自阿波罗8号任务，人类首次到月球附近，阿波罗11号时才着陆




更惊人之处在于，这个火箭的可靠性也是很高的。1967年11月9日，阿波罗4号无人测试任务，土星5号成功首飞。但是，1968年的12月11日，它就已经送阿波罗8号乘组前往月球，他们也拍下来载入史册的经典图片《地出》，这是人类首次从月球看地球。从1967年到1973年，土星5号火箭完成了13次发射任务（12次阿波罗，1次天空实验室）。除了阿波罗6号无人测试时出现了发动机技术问题、但并未酿成大祸，其余都是完全成功，运送了24人前往月球，最终12人登陆月球。

这12人也因而被命名为新物种：能生存在地球和月球的生物。



土星5号对比N1（右）




相比较而言，苏联同时代的登月火箭N1却反复遭遇失败，连续4次试射均在升空后不久爆炸，成为人类载入史册的最强人工（非核）爆炸，苏联最终退出登月竞赛，秘密开始载人空间站计划，也就是礼炮1-7号共计9个空间站（7个成功）。礼炮1号在1971年4月19日秘密升空，随后震惊世人，美国在载人空间站领域被苏联超越。

此时，又是土星5号脱颖而出，把天空实验室空间站（Skylab）送入太空。这个空间站的设计逻辑可以这么简化为“来不及了，还设计啥空间站，直接把土星5号的最上级装大量仪器不就行了，做个百吨级的空间站够用么？而且所有仪器你地面都装好，不用蚂蚁搬家往天上运，反正我们能一次发上去！”。至于载人飞船，则使用阿波罗18-20号飞船，这几个原计划登月的任务在后期被取消。



从各方面指标来看，天空实验室都远超礼炮系列空间站




1973年5月14日，天空实验室升空，它由土星5号的第三级S-IVB改造而来，有轨道舱、空间望远镜、对接舱、气闸舱、服务单元、仪器单元等部分，空重77吨，对接阿波罗飞船状态下超过90吨。内部加压空间超过351立方米，相当于一栋巨大的房子飞在空中。载人对接任务时，甚至不需要用巨大的土星5号火箭，用近地轨道运力在20吨的土星IB火箭发射阿波罗飞船即可。

相比较而言，苏联首个空间站礼炮1号重18.4吨、加压空间99立方米。

强大土星5号火箭的存在，使得美国立即又在空间站领域赶上并超过苏联。但是，在70年代后，土星5号还是遗憾退役了。有一系列原因。

首先，它实在太贵了。以1960-1970年代的美元计，土星5号研发费用是64亿美元，一次发射的价格就是1.8亿美元，那个年代的1.8亿美元大概可以等同于今天的12亿美元。

其次，应用需求不再。美国靠着这个火箭，登上月球，在太空竞赛中制霸苏联，在冷战中占据先机，在东西方两大阵营对抗中重夺主动权。但1975年前后，苏美签订了一系列协议，中止太空竞赛，双方砍掉了大量航天项目，尤其是需要重型火箭的任务，土星5号一下失去了需求。

苏联解体后，更没有需求。

土星5号创造了人类火箭天顶 科技 ，那是特殊政治的时代、不计成本的投入、深厚积累的技术等一系列原因共同促成的，如今很难再有机会达到当年那个状态了。

如果刻意追求复现甚至超过土星5号，是极其不明智的决定，时代变了。



NASA在研的新一代重型火箭太空发射系统和猎户座飞船同样昂贵，目前研制花费已经近400亿美元

目前，世界各航天大国都在“慢慢来”，NASA的太空发射系统、SpaceX的大猎鹰火箭、蓝色起源的新阿姆斯特朗、俄罗斯的新联盟和安加拉、中国的长征9号都处在在研或论证阶段，它们的最终设计目标都是达到土星5号的级别，但达到这种成熟版本预计都会在2030年以后。

也就是说，土星5号成功后，60多年内都没有对手。

而要想超过土星5号，例如达到曾经的土星C8级别，就目前的环境来看，阿波罗登月后100周年纪念时能实现就已经是人类航天的新奇迹。

土星5号火箭

土星5号火箭，为“阿波罗登月计划”而生，为何成为绝唱相隔半个多世纪了，美国却无法弄出来类似土星5号的火箭了，所谓重返月球还有希望吗？在上个世纪的冷战时期，美国和苏联之间为了赢得对抗胜利，在各方面展开激烈竞争，从而推动航天等各领域快速发展。正是在此环境下，美国设计了土星5号这款全球最厉害的火箭，以便于称霸太空。要知道的是，在那个时代，苏联在全球首次发射了卫星并让航天器成功登月，这给美国造成巨大压力。基于此，美国人这才提出了庞大的“阿波罗登月计划”。为实现这一宏伟计划，美国人需要解决火箭的问题。于是，美国宇航局持续加强同各高校等机构和集团的合作，竟然在4年内打造了土星5号火箭。据悉，这款火箭重达3039吨，拥有3408吨的强大推力，具备将140吨重量的物体送入近地轨道的强大能力。借助这款火箭，阿姆斯特朗这才得以登陆月球。猎鹰重型火箭是美国最强火箭，其拥有70米高度和1420吨最大起飞承载力，两项指标都远远落后于土星5号。在外界分析看来，可能是因为丢失图纸，这才导致无法继续研制土星5号的。当然，也有人表示这方面美国根本没有搞出土星5号。不过更真实解读理由是，美国无法继续设计土星5号，主要是由于资金、技术以及环境等因素所致。首先是资金困境。当时，美国是按照“堆燃料”方法来发射土星5号的，其中花费1.8亿美元给其中的两级推进器提供燃料，这笔资金等于11亿美元。当然，这还不包括其他成本费用，如果整体加在一起可能高达上百亿。其次就是技术问题。当时美国集结了国内众多企业，攻克了大量技术难题，已不具备这种条件了。另外，还有外部环境等因素影响。美国没有了当年那种应对挑战的强大动力，而且更加关注实用性。国际空间站即将结束历史使命，而我国将成为唯一拥有空间站的国家，不知道这会不会因此刺激美国重启新的航天计划？

土星五号为什么不用了

土星五号不用是因为性价比太低和费用问题。
1、性价比太低。美苏太空竞赛倾全国之力，不计成本造出的土星五号，除了获得首次登上月球的名誉之外，并没什么实际收益。所以美国就把研发重心转向国际空间站和各种卫星，放弃了土星五号。
2、费用问题。以1960到1970年代的美元计算，土星五号研发费用是60多亿美元，消费太高。
扩展资料：
土星5号超重型运载火箭是仅次于苏联能源号运载火箭的推力第二大运载火箭。在1967年-1973年间共发射了13枚“土星5号”运载火箭，它们保持着完美的发射记录。共有9枚“土星5号”运载火箭将载人的“阿波罗”号宇宙飞船送上月球轨道。
土星5号”运载火箭的生产线于1970年关闭。“土星5号”的最后一次发射是在1973年，这次发射将“天空实验室”空间站送入了近地轨道。续任者太空发射系统（SLS系统），号称史上最强运载火箭系统。

土星五号为什么不用了

因为土星五号的性价比太低，土星五号除了获得首次登上月球的名誉之外，并没什么实际收益。所以美国就把研发重心转向国际空间站和各种卫星，于是就放弃了土星五号。
“土星5号”运载火箭的生产线于1970年关闭。“土星5号”的最后一次发射是在1973年，这次发射将“天空实验室”空间站送入了近地轨道。续任者太空发射系统（SLS系统），号称史上最强运载火箭系统。

世界上推力最大的火箭是美国的“土星五号”吗？

土星5号是历史上、土星号系列运载火箭成员中最大的火箭，高达110.6米，更是目前使用过的最高、发射前最重、推力最强的运载火箭。
它也是世界上公认的推力最强的火箭。只可惜，它连一张技术结构图也没留下。

能源号只执行过两次发射任务，而且第一次发射中，有效载荷没有正常工作。第二次发射层用来发射航天飞机，可见，它不是推力最大的火箭，因为这种级别的火箭美国现在可以轻易造出来。
而自阿波罗探月结束后，美国再也没生产过土星5号火箭。

目前世界上最大推力的火箭——大力神号——也要逊色于土星5号。

为了实现结构减重,重型运载火箭土星五号才用了什么技术

“土星五号”早已完成了历史使命，不可能复活！“土星五号”高110米，直径为10米，能够将140吨的有效载荷送入近地轨道。到目前，“土星五号”仍旧是人类研发出的最大运载火箭。“土星五号”一共发射了12艘“阿波罗飞船”，而且在1969年帮助人类实现了首次登月。然而，随着美国宇航局在上世纪70年代停止了登月项目，庞大的“土星五号”也失去了存在价值，停止建造【摘要】
为了实现结构减重,重型运载火箭土星五号才用了什么技术【提问】
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“土星五号”早已完成了历史使命，不可能复活！“土星五号”高110米，直径为10米，能够将140吨的有效载荷送入近地轨道。到目前，“土星五号”仍旧是人类研发出的最大运载火箭。“土星五号”一共发射了12艘“阿波罗飞船”，而且在1969年帮助人类实现了首次登月。然而，随着美国宇航局在上世纪70年代停止了登月项目，庞大的“土星五号”也失去了存在价值，停止建造【回答】

土星5号火箭运载能力是127吨，有比“土星一5号"运载能力更大的火箭吗？叫什么？

这个不能这么简单比较。
首先，土星5号不仅是美国的神器，更是人类史上的神器，要挑战神器你得具备美国的实力，否则简单的比较没有意义，毕竟登月的只有美国。
其次，土星5号是巨型火箭，专门在50年前为了运送100多吨的阿波罗飞船登月而设计，所以必然运载力彪悍，否则就没有登月的成功。但是一般的航天任务根本用不到如此的载荷能力，一般的卫星10多吨的都是庞然大物，土星5号130吨的近地轨道运载能力完全是浪费，因此登月任务结束后就退役了，实在消耗不起。美国现在的运载火箭无论是宇宙神系列还是德尔塔系列，最大近地轨道载荷29吨，这点载荷还显过剩，更不用说巨型火箭了。
最后，我们的运载火箭载荷满足我们现在的航天需求，但是今后就不好说了。也必须客观承认，与美国比较，其他任何国家在航天上都有很大差距。我们的长征5号已经是很大的进步了。

土星5号运载火箭的基本资料

所属国家/组织 美国 生产单位（S-IC） 波音公司 生产单位（S-II） 北美人航空公司 生产单位（S-IVB） 道格拉斯飞行器公司 整体组装地点 飞行器装配大楼（Audlo Video Bridging） 首飞 1967年11月9日 发射场 肯尼迪航天中心 发射台编号 LC-39A（除阿波罗10号以外） LC-39B（阿波罗10号） 起飞推力 34020千牛 名称 S-IC 无燃料质量 131吨 满载燃料质量 2300吨 直径 10.1米（不含尾翼） 长度 42.1米 发动机 5台F-1火箭发动机 发动机布置 中央1台，外围4台 推进剂 煤油/液氧 单台推力（海平面） 6700~6909千牛 总推力（海平面） 34020千牛 工作时间 150秒 比冲 263秒 点火时间 起飞前8.9秒 中央发动机关机时间 起飞后135秒 外围发动机关机时间 起飞后150秒 分离时高度 68000米 分离时速度 2756米/秒 使用后残骸坠落点 大西洋 一级火箭发动机点火顺序：首先中央发动机点火，随后周围相对的发动机以300毫秒的间隔点火。一级火箭发动机的五台发动机所需的液氧和煤油分别由一台液氧泵和一台煤油泵提供，其中液氧泵的流量为每秒24 811加仑，煤油泵的流量为每秒15 741加仑。液氧泵的工作温度为-185℃，煤油泵的工作温度为15℃液氧泵和煤油泵由一台55 000马力的涡轮机提供动力，涡轮泵的工作温度为650℃ 近地轨道 119000千克 月球轨道 45000千克

美国土星5号运载火箭浅析

导读： 土星5号运载火箭（英文：Saturn V），译农神五号，亦称为月球火箭，是美国国家航空航天局（NASA）在阿波罗计划和天空实验室计划两项太空计划中使用的多级可抛式液体燃料火箭。 一、 土星运载火箭简介 土星5号运载火箭是土星运载火箭系列的一个型号。土星运载火箭是在红石导弹（Redstone）和丘辟特导弹（Jupiter）的基础上开始研究的，包括土星1号、土星1B号和土星5号三个型号，由马歇尔太空飞行中心总指挥沃纳•冯•布劳恩与他的火箭团队设计研发。 起初，马歇尔太空飞行中心为执行不同的航天任务而设计了不同的几种火箭，其中C-1火箭是土星1号运载火箭的原型，C-2、C-3和C-4火箭都终止于设计阶段。直到1961年下半年，C-5火箭的构型得到确认。1963年，NASA确认选择C-5火箭作为阿波罗计划的运载火箭，同时给了这枚火箭一个新的名字——土星5号。 二、 土星运载火箭发动机 1、H-1发动机 土星1号和土星1B号的第一级均采用8台H-1发动机。H-1是一种液氧/煤油火箭发动机，源自于纳瓦霍导弹，能产生20万磅力(约90吨)推力。后来发动机推力增加到20.5万磅力(约93吨)。 2、RL10发动机 土星1号第二级采用6台RL10发动机。RL10发动机是美国研制的第一种液氢燃料火箭发动机，其改进版被用于多种运载器。该发动机第一次地面试车是在1959年，成品的第一次飞行是在1963年11月。RL10发动机发展出了众多的型号，包括RL10A-1、RL10A-3、RL10A-3A、RL10A-4、RL10A-4-1、RL10A-4-2、RL10A-5、RL10A-5KA、RL10B-2、RL10C等；目前应用较为广泛的型号是RL10B-2，用于德尔塔3型和德尔塔4型火箭的第二级。 在NASA于2005年宣布的猎户座宇宙飞船计划中，月球着陆舱(LSAM)采用四台RL10为下降段提供主动力，这能为NASA在登月项目上节约大量资金。另外，通用可扩展低温发动机（CECE）正是依据RL10发动机设计制造的。 3、F-1发动机 与土星1号和土星1B号不同的是，土星5号第一级放弃了H-1发动机，而是采用了推力更大的F-1发动机。 F-1发动机研制过程 F-1发动机（以下简称F-1）是在美国航宇局和马歇尔太空飞行中心领导下于1958-1967年由洛克达因公司研制和生产的。发动机在1967到1973年服役。F-1最早的研制时间可以再上溯到1955年美国空军提出的445吨推力发动机计划。经过两年的技术攻关，参与计划的工程师们完成了各种技术细节的研究，做出了包括一台全尺寸的推力室在内的一些测试部件。1959年3月，原型机开始正式点火测试，成功达到了445吨的推力要求。 1959年1月，NASA与洛克达因公司签订了F-1的设计和研制合同，随即开始了F-1的研制。1959年初，做出使用InconelX管制成再生冷却推力室的决定（InconelX系列的合金后来还用到了X-15验证机、SpaceX的火箭、F1方程式赛车、特斯拉的ModelS等产品上面）。 为了将管束固紧在一起，美国修建了最大的燃气钎焊炉，并成功研制了钎焊法，第一台燃烧室于1961年8月17日钎焊成功。其他主要工程均于计划开始后三个月内展开。1959年2月，开始建造爱德华基地，建设三个试车台和地面设备。 1960年3月，全尺寸燃气发生器建造完成，同年11月，涡轮泵制造并组装完成。1961年4月，安装了以上两个部件的系统首次短程试车成功，峰值推力达到729.5吨。1961年7月整台F-1于100万磅（453吨）推力下首次通过短程热试车。 1961年11月，F-1涡轮泵首次以全功率(6万马力)工作时间进行了试验。6个月后，F-1以150万磅（680吨）全推力在大约2.5分钟飞行时间下进行了试车。在不到2个月后，NASA宣布批准洛克达因公司生产55台F-1的合同，并继续进行研究直到1966年。 1964年12月16日，F-1完成了飞行额定试验。NASA宣布准备并联试验和飞行试验。这些试验仅在一个月内就完成了，而通常需二到三个月才能完成。F-1组合件试验于1966年初夏完成。最后的鉴定试验于1966年9月完成。发动机首次飞行是在1967年11月9日进行的。 F-1发动机结构与性能 F-1发动机以燃气发生器循环为基础，在燃气发生器内燃烧一小部分燃料，产生燃气以驱动涡轮泵将燃料和氧化剂泵入主燃室，燃料和氧化剂混合并燃烧产生推力。发动机顶部是一个半球形小室，小室之下是喷射器，用来混合燃料和氧化剂。 一部分燃料进入喷射器，另一部分燃料通过178根管道直接通入推力室。盘旋的管道形成了推力室的上半部分，管道里面流过的低温燃料可以起到给推力室降温的作用，同时又充分预热了燃料自身。 燃料和液氧由不同的泵泵入，但泵由同一个涡轮驱动。涡轮转速为5500RPM，可产生55000制动马力(41MW)。在此功率下，每分钟可泵入58564升煤油和93920升液氧。涡轮泵可以应付严酷的温度环境：煤气的温度高达816℃，而液氧的温度低至-184℃。一些燃料煤油被用作涡轮的润滑剂和冷却剂。 推力室下方是喷嘴的延伸，大致延伸到发动机的一半长度位置。延伸部分将发动机的膨胀比从10:1提高到16:1。涡轮机排出的低温气体通过锥形歧管进入延伸部分，保护喷嘴在高温(3200℃)下不受损坏。 随着任务的进展，土星5号火箭的负荷逐渐增大，每次任务对发动机的性能要求略有差异。 洛克达因公司在F-1基础上开发出了新款的F-1A发动机。F-1A比F-1更轻，且推力更大（达到927吨），然而随着土星5号生产线的停产，F-1A发动机从未使用过。从上世纪70年代开始，不断有各种关于使用F-1来开发新型火箭的意见，但都未能成行。F-1一直保持着最强单燃烧室液体火箭发动机的地位。 4、J-2发动机 J-2发动机概况 J-2发动机由洛克达因公司制造，发动机最初的设计可以追溯到1959年Silverstein委员会的建议。洛克达因公司在1960年6月获得了研发J-2发动机的许可，初次飞行在1966年2月26日进行。 J-2发动机以低温液氢(LH2)和液氧(LOX)为推进剂，是美国在RS-25发动机之前曾生产的最大的液氢燃料火箭发动机，每台发动机在真空中能产生105吨的推力。J-2真空比冲为421秒，海平面比冲为200秒，质量约为1788kg。除了土星5号，曾有在其他大型火箭的上面级上使用多台J-2发动机的提议，例如Nova火箭。 J-2发动机工作原理如下：少量氧和氢进入燃气发生器并燃烧，产生的燃气依次推动氢涡轮泵和氧涡轮泵，最后将燃气注入喷管作为气膜冷却。液氢由氢泵加压后，先全部用于冷却喷管，然后大部分进入燃烧室作为燃料，小部分进入燃气发生器。液氧由氧泵加压后大部分直接进入燃烧室，小部分进入燃气发生器。J-2只有主泵，没有预压泵。 J-2发动机用于土星5号的S-IVB级时，能在关机之后再次点火。第一次点火持续约2分钟，将阿波罗飞船送入一个近地停泊轨道。在乘员确认飞船运转一切正常之后，J-2发动机重新点火，将航天器组合体加速送上奔月轨道。 J-2发动机在它的 历史 中进行了数次较小的改进，以提高发动机的性能。此外还有2次大型升级计划，包括采用拉伐尔喷管的J-2S和采用塞式喷管的J-2T，但两者在阿波罗计划结束后都被取消了。 J-2S 1964年，洛克达因公司为了改进J-2的性能而研发了这个试验版本，最主要的改动是将燃气发生器循环换成抽气循环，即通过燃烧室上的管道供应热气体，而不是通过独立的燃烧器。这些改动除了要移除发动机上部分结构，还降低了发动机启动的难度并妥善地协调了各燃烧室的关系。 其他的改动还包括节流系统、可变的燃料混合系统。还有一个新的“空闲模式”，它提供很少的推力，可用于在轨机动，或在再次燃烧之前稳定燃料箱。 试验中，洛克达因公司生产了六台样机，命名为J-2S。从1965到1972年，这些样机总共试车30858秒。1972年，美国当局决定不再生产土星5号，该发动机的研制也告一段落。而NASA考虑将J-2S用于其他用途，在众多航天飞机方案中，其中就有用五台J-2S来驱动的方案。 J-2T J-2T是给J-2S加装一个新的塞式喷管，这会显著提高发动机的性能。试验用的两台发动机，J-2T-200k达到了20万磅力(90吨)的推力，J-2T-250k达到了25万磅力（113吨）。J-2T的研制工作也随着阿波罗计划的停止而停止。 J-2X J-2X是J-2的一个新版本，它曾被计划用于已经取消的 星座 计划和奥赖恩载人飞船。原先的计划是使用两台J-2X来驱动地球出发级（EDS），每台J-2X将提供29.4万磅力（133吨）。J-2X将比J-2效率更高且更简单，但比航天飞机发动机成本低。J-2X的研究工作持续到2013年，目前已暂停。 三、 星5号火箭一级（S-IC级） 土星5号第一级（S-IC级）的两个箭体试制件由马歇尔太空飞行中心制造，并分别在阿波罗4号和阿波罗6号中得到验证。1961年12月，波音公司拿到了S-IC级的生产合同，S-IC推进器在位于路易斯安那州新奥尔良的波音公司密乔装配厂中建造。这家工厂也负责建造航天飞机外部燃料箱。 S-IC级推进器的高度达42米，直径10米（不包含尾翼），净重131吨，装满燃料后重量将近2300吨。五个F-1发动机排成十字型，中心的发动机位置固定，周围的四个发动机可以通过液压转向以控制火箭。 在飞行中，中央的发动机要比周围的发动机早关闭26秒，以限制加速度。在发射中，S-IC推进器将工作168秒钟（升空7秒前点火），随后发动机关闭。此时火箭的高度大约是68千米，而火箭大约飞行了93千米，速度达到2390米/秒。 在发射时，5台F-1火箭发动机产生3405吨的推力，这么大的推力需要坚固的承力结构。S-IC级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。 S-IC级的结构设计反映了F-1发动机、推进剂、控制、仪器和连接系统的要求，结构的主要材料为铝合金。主要包括：前裙、氧化剂箱、箱间段、燃料箱和推力结构。 前裙 前裙连接氧化剂箱与S-II级，包括前脱落插头连接板、电气和电子仪器盒、液氧箱和级间段的排气系统。前裙的外蒙皮用7075-T6铝合金制成，并用隔框和桁条进行了加强。 氧化剂箱 氧化剂箱的容量约136万升，箱壁由经机械铣成的T形剖面整体加筋加强，加筋上连接环形隔板。箱底上安装的十字形板用来防晃和消旋。贮箱为一个2219-T87铝合金的圆筒，上、下有两个半椭球形的箱底。氧化剂箱蒙皮厚度不等，后段厚0.25英寸，前段厚0.19英寸，分八段逐渐变薄。 箱间段 箱间段结构用来保持液氧箱和燃料箱之间的连续性，内部有与箱间脱落插头连接的液氧加注和排泄接头。蒙皮壁板和环框全部用7075-T6铝合金制成。 燃料箱 燃料箱容量约817649升，上、下有两个半椭球形的箱底，贮箱内壁上安装防晃板，箱底有十字形消旋板。由液氧箱引出的五条输送管穿过燃料箱，通到F-1发动机。箱底内部粘一层轻质泡沫填料，作为燃料吸除器，使贮箱中残留的无用燃料减到最少。贮箱蒙皮用2219-T87铝合金制成，后段厚0.193英寸，前段厚0.17英寸，分四段逐渐变薄。 推力结构 推力结构是发动机及其附件、底部热防护板、发动机整流罩和尾翼、推进剂管路、反推火箭以及环境控制管路的支撑结构，把五台发动机的集中载荷分散成均匀载荷。推力结构的外蒙皮由7075-T6铝合金制成。 位于S-IC级底部发动机摆动平面前部的热防护板，在飞行时对发动机的关键组件和底部结构进行热防护。热防护板是一种蜂窝结构壁板，由15-7PH不锈钢箔制成的蜂窝芯板和厚0.254毫米的面板钎焊而成。每台外围F-1发动机外部都用锥形整流罩保护着，以防止气动加载。整流罩内部有反推火箭和发动机作动器的支架。 四、 星5号火箭二级（S-II级） 土星5号第二级（S-II级）由北美航空公司（北美航空公司作为洛克维尔国际的一部分于1996年被波音公司收购）制造。S-II级使用液氢和液氧作为燃料，共有5个J-2火箭发动机。S-II级发动机的排列也呈十字形，外部的发动机可以提供控制能力。 S-II级有24.8米高，直径与S-IC级相同，都是10米。S-II的净重大约36吨，加满燃料后重达490吨。S-II级两个低温储箱（液氢储箱和液氧储箱）之间只用了一层板子相隔，这个隔板中间采用了苯酚蜂窝夹层结构，两侧用铝箔覆盖，需要承受两个燃料箱之间70℃的温度差。 S-II级可以在大气层外为土星5号提供大约36吨的推力。这级火箭的箭体主要用7075系的铝合金制成。 S-II级结构由壳体(包括前裙、后裙和级间段)、推进剂箱(包括液氢箱和液氧箱)和推力结构组成。壳体结构传递第一、第二级的助推载荷(轴向载荷、剪切和弯矩)以及相邻级、推进剂箱和推力结构之间的壳体弯曲和纵向力。 推进剂箱内装液氢和液氧推进剂，也是前裙和后裙之间的结构支撑。推力结构把五台J-2发动机的推力传给壳体结构，承受发动机推力产生的压缩载荷和承受发动机不工作时发动机重量产生的拉伸载荷以及S-II级助推时发动机重量产生的悬臂载荷。 壳体结构 壳体结构部件的结构形式相同，其中后裙和级间段因受力较大，故为较重型结构（前裙蒙皮厚度为0.04英寸，后裙和级间段为0.071英寸）。每段均为半硬壳式简壳，由7075号铝合金制成，外部用帽形截面桁条加强，内部用隔框增加稳定性。 推力结构 推力结构也是半硬壳式结构，但其形状为截锥形，锥的下底直径为18英尺，上底直径33英尺。推力结构同样用隔框和帽形截面的桁条加强。四对推力纵梁(在每台外围发动机处有两条)和一个中心发动机十字形支撑梁承受和分散J-2发动机的推力载荷。推力结构用7075铝合金制成，结构下部安装有玻璃纤维蜂窝夹层热防护板。推力结构还用来安装S-II级携带的大部分系统组件。 推进剂箱结构 液氢箱由圆筒形箱壁和上、下两个椭球形箱底组成，箱壁由六个短筒组成，各段用纵向和环向加强件加强。箱壁和箱底均由2014铝合金材料制成，并用熔焊方法焊接在一起。 贮箱共底（液氢箱的下底也是液氧箱的上底）为一种粘接的蜂窝夹层结构，这种结构可有助于保持液氢和液氧的低温特性。夹层结构的面板用2014铝合金板制成，为椭球形壳；中间的蜂窝夹芯用玻璃纤维/酚醛材料制成，夹芯的厚度不等，顶端厚约5英寸，周边厚0.008英寸。 液氧箱由上、下两个半椭形底组成，箱底由瓜瓣形板拼成，内表面铣成网格形。贮箱内部安装的三块环形防晃板抑制液氧晃动和液面扰动；贮箱下底液氧出口处安装了十字形消漩板，以消除液氧箱出口处产生的漩涡和使贮箱中推进剂剩余量最少。 系统隧道管 半圆形的系统隧道管安装在S-II级外部，从后裙部通到前裙段，内装有电缆、增压管路和贮箱推进剂消散用的火工品。S-IC级与仪器舱连接的电缆也通过这条隧道管。 五、 土星5号火箭三级（S-IVB级） 土星5号第三级（S-IVB级）由道格拉斯飞行器公司(于1967年与麦克唐纳公司合并，1997年一同并入波音公司)制造。除了级间的调整结构和重启动的能力，这一级几乎和土星1B号第二级完全一致。S-IVB级高18米，直径6.6米，净重11吨，加满燃料后重114吨。它使用了一个J-2火箭发动机，在两个燃料柜间也使用了共享箱壁。 S-IVB级在任务过程中会使用两次，在S-II级关闭后点火工作2.5分钟，在月球转移轨道射入阶段点火大约6分钟。两个加满液体燃料的辅助推进设备装在S-IVB级尾部，用来在待机轨道和月球转移阶段控制火箭的高度。 S-IVB级的基本结构组成：前裙、推进剂箱、后裙、推力结构和后级间段。除推进剂箱外，其他部分全为蒙皮桁条铝合金结构。 前裙段 前裙为液氢箱和仪器舱之间的支撑结构，由仪器舱上的检修门（参见仪器舱照片）可以检查前裙中的设备。前裙内有五块环境调节板，用来支撑各种电子组件，并对它们进行热调节。前裙外面安装了前脱落插头连接板、天线、液氢箱排气口和遂道管整流罩等。 推进剂箱 推进剂箱是一个圆筒状容器，两端有半球形底。中间的共底为半球形蜂窝夹层结构，夹层结构的上、下两个半球形面板由2014-T6铝合金制成，玻璃纤维/酚醛材料制成的蜂窝夹芯粘接在两块面板中间，液氢箱的内表面铣成网格形，网格形的内壁粘有聚氨酯泡沫瓦，瓦上用涂了密封胶的玻璃纤维布覆盖。 贮箱的箱壁承受前裙对接面前部的所有载荷，并把发动机的推力传给有效载荷。液氢箱内部有一个34英尺长的连续电容传感器、9个冷氦气瓶、温度和液位传感器、预冷泵、防晃板、防晃致偏器，以及加注、增压与排气管等。液氧箱内部有防晃板、预冷泵、13.5英尺长的连续电容传感器、温度和液位传感器，以及加注、增压与排气管等。 推力结构 推力结构是一个倒置的截锥壳，连接液氧箱后底与发动机支座。它为发动机提供连接点，并把发动机的推力均匀地传给整个贮箱的周边。推力结构外部安装发动机的导管、电缆和对接板、氦气瓶、液压系统、氧/氢燃烧器，以及某些发动机和液氧箱的仪器。 后裙部 圆筒形的后裙是液氢箱与后级间段中间的承力结构。一个易断的张紧连接件在S-II级分离时断开，使后裙与级间段分离。 后级间段 后级间段是一个截锥形壳体，是S-IVB级与S-II级之间的承力结构，也是S-II级和S-IVB级之间所需要的电气和机械连接的会合处。S-II级的反推火箭安装在级间段上，分离时级间段仍与S-II级连接。 六、 土星5号仪器舱 仪器舱由IBM制造，是装在土星5号S-IVB级顶部的一个圆筒形结构。它的内壁分布着土星5号火箭的弹道计算机、姿态稳定系统等关键部件，是整枚火箭的大脑。 仪器舱的基本结构是一个由铝合金蜂窝夹层材料制成的短圆筒，这是由三块长度相等的蜂窝夹层板拼成的，前后端框由挤压成的特制铝型材制成，型材粘接到蜂窝夹层上。之所以用此种结构，是因为它具有较高的强度重量比、良好的隔音和热传导特性。仪器舱的三块弧形板分别是检修壁板(Fin-A)、飞行控制计算机壁板(Fin-B)和惯性导航平台壁板(Fin-C)。 在上图中，左下方有一个检修门，这附近就是Fin-A。检修门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，是用来控制土星5号大脑温度的环境控制管路。黑色管子下面藏着一个2.7升的小气瓶，内有高纯氨气。黑色管子右侧的圆柱形罐子是储水箱。水箱左侧的红色盒子是D-30电池系统。 水箱右侧是弹载计算机和弹载数据记录仪。图片正下方（记录仪右侧）的盒子里是控制指令分配器和遥测遥控指令译码器。这个盒子右边的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、PCMCCS天线等。 图片右侧的那个大球就是存放氨气的地方，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。 图片右上方的大方盒子为土星5号火箭的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。 七、 星5号运载火箭应用情况 八、 土星5号之后美国重型运载火箭的发展