土星5號火箭：超級太空推進器

蘇聯1957年10月4日將史潑尼克（Sputnik）人造衛星送入地球軌道，不僅開啟了人類探索太空的新紀元，也拉開了美蘇之間長達十幾年的“太空競賽”的帷幕。

1961年4月12日，傳來了一個讓美國人更加沮喪和懊惱的消息，蘇聯宇航員加加林乘坐東方一號宇宙飛船，進行了1小時48分的地球軌道繞行。美國在一個月后做出回應，5月5日，宇航員謝潑德成為第一個進入太空的美國人，但他并沒有進入地球軌道，而且在地球上空的停留時間也比加加林要短，只有15分鐘。

1961年5月25日下午，美國總統肯尼迪在國會聯席會議上發表演講。在講話快結束時，他宣布美國的太空計劃即將開拓新的邊疆，并提出了登月的遠大目標：“我認為，我們的國家應當在這個十年結束之前，實現把人類送上月球并使其安全返回地球的目標。這個時期內，不可能有哪一項空間計劃會比這更激動人心，比這對人類更具有影響力，或比這對宇宙的遠距離探測更為重要，沒有任何任務比完成這項使命更為困難和昂貴。”

在這次慷慨激昂的講話之后，美國便開始著手實施阿波羅登月計劃。這個計劃簡單易懂，因為人人都知道月亮是什么，誰登上了月球誰沒有，這是顯而易見的。最終，人類登上月球的時間被定格在1969年7月20日，乘坐“阿波羅11號”登月的宇航員阿姆斯特朗在月球上留下了人類的第一個腳印。在阿波羅登月計劃成功實施的背后，有數十萬人默默無聞地付出，他們的工作為登月計劃提供了航天設備、供給品和各種儀器。由于阿波羅飛船以及宇航員所乘坐的登月艙擁有極其巨大的質量，因此需要一個擁有巨大推力的火箭來完成推送任務。阿波羅號的運載火箭——土星5號火箭最終被設計出來，并成為登月計劃中的關鍵一環。

起源：從戰爭武器到航天利器

土星5號火箭的起源可以追溯到二戰之前德國的一家業余火箭俱樂部。這個名叫太空旅行協會（VfR）的俱樂部，在1927年由一群火箭愛好者創立。創立之初，俱樂部的章程便明確指出了兩大目標：一是推廣火箭航向月球及其他星球的觀念，二是從事火箭推進發展的嚴謹實驗。德國天才火箭工程師沃納·馮·布勞恩（Wernher von Braun）是太空旅行協會的創始人之一。

二戰爆發后，德國準備入侵歐洲。由于受到《凡爾賽條約》的制約，德軍無法使用遠程大炮，因此，他們對太空旅行協會的研究產生了興趣，并且打算將新的火箭技術應用到戰爭中去。在德國東北部烏瑟多姆島上的佩內明德基地，馮·布勞恩和他的工程師團隊研發出A-4火箭。到了二戰末期，常規彈頭被安裝在A-4火箭的頂部，并且被德國宣傳部門更名為V-2火箭，也就是復仇者2號。

1944年9月8日在倫敦克伊斯維克的爆炸，標志著V-2火箭作為威懾武器首次使用。得知V-2火箭襲擊倫敦后，馮·布勞恩將這天稱為自己生命中最黑暗的日子，他說：“我們的火箭表現出色，只是它在一個完全錯誤的星球上著陸。”

在1945年二戰即將結束的最后時刻，盟軍派出了多支情報專家小組搜尋實用的軍事技術。馮·布勞恩和他的團隊也在搜尋名單之上。馮·布勞恩和他的團隊最后時刻選擇向美國投降，于是美國不費吹灰之力便得到了如此重要的“戰利品”。到達美國后，馮·布勞恩被任命為美國陸軍彈道導彈署發展部主管。

雖然在美國從事導彈研發工作，但是馮·布勞恩始終不忘自己的太空理想，他進行演講，出版書籍，向公眾宣傳人類飛向太空的可能性。1954年，《科利爾》雜志邀請了一些專家對太空探索進行討論，并且將討論內容分8次發表。《科利爾》雜志將這些報道視為科學，而非科幻。馮·布勞恩為太空船及其發射設備提供了真實的描述。這一系列報道傳遞的信息是，太空探索是可行的，并且即將發生。盡管推進技術仍然有很多困難需要克服，但在馮·布勞恩看來，解決這些問題的時間并不會太遙遠。

迪斯尼讀了《科利爾》雜志的報道后，對太空探索產生了極大的興趣，他決定在自己的電視節目中，設立一個有關太空的主題，取名為“明日世界”。馮·布勞恩給“明日世界”這個節目提供了很多有用的建議，他也因此受到大眾更多的關注，甚至有人曾經在新年前夜給他打電話，希望得到一張前往月球的入場券。

研發：從“木星”到“土星”

在1957年蘇聯發射第一顆人造衛星后，美國陷入一片慌亂。馮·布勞恩在這場慌亂中卻保持了足夠的冷靜。他對媒體說，美國并不缺乏火箭競賽所需的天才。馮·布勞恩還表示，單靠一個天才獨自解決所有問題的時代一去不復返了，現代科學錯綜復雜，越來越需要一群專家共同協作，團隊工作十分重要。

美國政府決定發射一顆衛星來回應蘇聯的太空行動，但他們沒有選擇馮·布勞恩及其團隊研發的紅石火箭，而是選擇海軍研發的尚未進行過試驗的“先鋒號”（Vanguard）運載火箭進行衛星發射。這次回應不僅是冒險的，而且也是失敗的。不成熟的“先鋒號”在發射途中出現故障，墜落的火箭點燃了整個發射區，讓艾森豪威爾政府十分尷尬。這次衛星發射失敗后，馮·布勞恩的火箭小組獲得了機會。1958年1月31日，馮·布勞恩研發的木星C火箭將探索者一號人造衛星送入太空，在太空競賽中為美國扳回一局。

在登月成為一個明確的而且必須完成的計劃之后，美國宇航局（NASA）的管理層便開始決策如何完成登月旅程。作為登月的重要環節，一個巨大無比的火箭是必須的。早在1952年，馮·布勞恩就曾經在一篇公開發表的文章中畫過一幅有關大型火箭的插圖，第一級大火箭有51臺發動機，起飛推力達2800萬磅。在擁有超級推力的F-1液體火箭發動機被發明出來后，建造一個巨大無比的火箭成為可能。

在轉向研發航天專用的重型運載火箭后，馮·布勞恩與他的團隊最初研發了超級丘比特火箭，該火箭由多個發動機捆在一起，以獲得巨大的推力，這一方案逐漸演變成“土星”火箭。在馮·布勞恩的繪圖板上的土星系列火箭中，有一個體型巨大的C5火箭，大約有36層樓那么高，這種火箭最后改名為土星5號火箭。

馮·布勞恩最初打算制造一個完整的運載火箭系列，但最終只研制了三個型號的土星火箭。最早研制的是土星1號火箭，它驗證了通過捆綁多個發動機以提高推力的設想。

土星1B號火箭則是土星1號火箭的升級版，使用了由麥道公司制造的新型高效火箭級S-4B。S-4B也是土星5號火箭的第三級，為所有載人飛船提供最后的推力。在土星1B號火箭中，S-4B是載人級運載火箭的第二級，它將指令艙或登月艙送入地球軌道。

馮·布勞恩曾經在圖紙上設計了土星1號之后的三個火箭方案，但隨著NASA早期計劃的變更，這三個方案沒有實現，而是直接研制了土星5號。

土星5號火箭是一個高110米、直徑10米、起飛重量達3000噸的龐然大物。分為三級，每一級的制造都通過嚴格投標，承包給不同的公司，產品的每一個部件都有NASA的工程師進行嚴密監督。第一級S-1C由波音公司制造，5個F1發動機捆在S-1C底部，托起土星5號3000噸的重量。盡管S-1C在土星5號的飛行中起主導作用，但它在起飛兩分半多一點時間后便脫離。S-2級是土星5號的第二級，很像大號的S-4B，安裝了5個不可重啟的J-2發動機，可以產生相當于520噸的合成推力。土星5號火箭的第三級S-4B是土星5號火箭中最小的一級。由于它也是土星1B火箭的第二級，因此幾乎不需要改進便完美地與土星5號火箭的其余部分一同工作。

關于土星5號火箭還有一些東西是定量描述無法表達的。這枚苗條、光滑、潔白的火箭直指蒼穹，空前絕后。它就像美國的登月計劃一樣，充滿了人類的冒險精神。

從地球抵達月球的路徑也一直懸而未決。最初有兩種登月方案被提出來。有人提出了直接上升式的方案，該方案不需要在地球軌道停留，由火箭直接將飛船送到月球。如果采用這種方案，阿波羅飛船將攜帶完成登月并返回地球的所有裝備。同時，這個方案需要一種新型的新星火箭，如果將這枚火箭制造出來，體積將十分驚人。在研發過程中，有工程師抱怨說，這個大東西都快把航天中心所在的梅里特島壓沉了。

馮·布勞恩不贊同直接抵達月球這樣簡單卻十分冒險的方案，他認為地球軌道交匯的發射方案更容易實現。該方案需要在短期內發射多枚較小的土星火箭，將飛船送入地球軌道，然后這些組件在那里被組裝起來，再飛往月球。

另一個研究小組在研究前往月球的可能軌道時，發現了一種新的可行性方案，即與月球軌道交匯的發射方案。在月球軌道停泊可以節省很大重量，只需要一枚土星5號火箭便可以完成任務。最終，這種大膽高效的方案成為了阿波羅號的奔月途徑。

起航：下一站，月球

第一枚土星火箭——土星1號在1961年10月27日發射升空，發射高度到達了136千米，是一次近乎完美的試射。1967年11月9日，第一枚土星5號火箭進行了首次飛行，在肯尼迪太空中心將阿波羅4號發射升空。

一年后，載人的土星5號火箭也首次升空。那是1968年12月21日的阿波羅8號發射任務，弗蘭克·博爾曼、比爾·安德斯、吉姆·洛弗爾三名宇航員乘坐土星5號火箭離開地球。阿波羅8號是第一次脫離地球軌道飛向月球的太空船，三名宇航員在長達三天的奔月飛行中，需要練習通過觀察地球、月亮和星星來檢測飛船的飛行軌跡。1968年12月24日，就在地球上的人們歡度圣誕前夜的時候，阿波羅8號進入了月球軌道，開始繞月10圈的旅程，宇航員觀察了登月著陸的位置，并演練繞月導航技術。他們在月球軌道上傳回了聲音和影像，并且拍到了第一張地球升起的照片。

1969年7月16日清晨，阿波羅11號即將從肯尼迪航天中心啟程。39號發射臺上，龐大的土星5號火箭身披白色優雅的外殼，聳立在發射臺上面巨大的鋼架之中，肩負著人類的登月使命。尼爾·阿姆斯特朗、埃德溫·布茲·奧爾德林、米歇爾·柯林斯三位宇航員準備就緒，等待點火時刻的到來。倒計時后，土星5號底部的引擎噴射出巨大的火焰，火箭緩緩升空。據說當時有超過100萬人聚集在發射場周圍，在土星5號成功升空后，幾乎所有人都松了一口氣。

1969年7月20日，阿姆斯特朗和埃德溫爬進老鷹號登月艇，與指揮艙脫離，前往月球準備著陸。之后，休斯頓指揮中心收到了那條讓人激動的訊息：“休斯頓中心，老鷹號已經著陸。”在阿姆斯特朗踏上月球表面之后，人類終于第一次到達地球之外的地方。

尾聲：寂寞的結局

1972年12月7日發射的阿波羅17號成為美國登月計劃的尾聲。1973年5月14日，土星5號火箭成功將天空實驗室發射升空。天空實驗室重達77噸，有三批宇航員分別在上面工作了1個月、2個月和3個月。1975年，作為阿波羅-聯盟測試計劃（ASTP）的一部分，土星1B火箭將一艘美國的阿波羅飛船送入地球軌道，并且與一艘蘇聯的“聯盟”飛船在太空交匯聯接，成為兩國的太空競賽差強人意的尾聲。

盡管美國人的登月行動在今天頗有爭議，但大多數人對于登月的歷史意義仍舊持頌揚態度并滿懷期望。美國科幻小說家雷·布拉德伯利說：“我愿預測距今一萬年后，未來的人們回顧起來會說，1969年7月是人類歷史上最偉大的月份和最偉大的日子。這絕不會改變，因為在那一天，人類掙脫了地球引力的束縛，數百萬年來我們一直束縛在地球上，期待某一天能夠登上月球。我們生活在洞穴時代的時候就夢想著這一天。最后，我們沖破束縛，獲得自由，人類的精英在那晚飛進太空，并將永遠不會停止繼續往前飛翔。”

至于土星5號火箭，美國人的確從它那里學到不少東西。美國一些研制公司將土星火箭的經驗用到了其他系列火箭上，比如宇宙神、德爾它和大力神系列的改進型。然而，這些火箭用了30多年的時間，才能與土星1B火箭的推力相當，而土星1B火箭的功率，僅僅相當于土星5號火箭底部的一個F1發動機的推力。

太空競賽結束后，土星5號火箭的結局稍顯落寞。剩下的土星5號火箭各級部件成為了各個博物館中的展覽品，也有的被放在各地的NASA中心的草坪上作為裝飾。精心制造的F-1和J-2發動機，也裸露在佛羅里達州的室外接受風吹雨淋，同時接受眾多好奇游客的觸摸和擺弄。