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號后來因為多次成功發(fā)射阿波羅載人飛船，為美國的載人登月計劃和天空實驗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。事實上，新星是一項更宏偉的火箭計劃，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)點是可以避免復(fù)雜的軌道交會技術(shù)，缺點是登月飛船高達(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，推力高達(dá)53333千牛，上世紀(jì)80年代研制成功的航天飛機的起飛推力為30802千牛，僅是它的一多半。F-1發(fā)動機高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)動機的體積大一倍的先進發(fā)動機已經(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，推力21333千牛；第三級采用一臺J-2液氫液氧發(fā)動機，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

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現(xiàn)提供了絕好機會。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)的運載火箭。”60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。

▲ 用駁船運輸土星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，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，因為它有可能使肯尼迪航天中心所在的梅里特島沉下去，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，因為需要的時間較長，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。因為火箭太大，當(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角度也拍不出完整的火箭，因為火箭實在太大了。

如同一名優(yōu)秀的運動員，土星5號不光身材魁悟，而且強健有力，是個名副其實的“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、飛機和貨船的裝載量為45噸。

▲ 準(zhǔn)備用飛機運輸土星5號火箭第三級

“大力士”的力氣來自超強的心臟。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，它在全推力狀態(tài)下可以燃燒150秒，消耗的推進劑可供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，比一列機車往返于芝加哥到紐約之間的功率還大。發(fā)動機的部件也很大，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升的液氧送進燃燒室。管路粗得能爬進一個人，10秒鐘的推進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。因為三個龐然大物無法從陸地用卡車或火車運送，所以把它們從工廠運到發(fā)射場時費了很大力氣。體積最小的第三級還好辦一點，用一架專用球形飛機就把它從道格拉斯飛機公司在亨廷頓的制造廠運到了目的地。直徑10多米的第一級和第二級由于實在太笨重，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到卡納維拉爾角的發(fā)射場。

土星5號火箭的研制費用為93億美元，約占阿波羅計劃總費用的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號進行了首次飛行試驗。由于太笨重，發(fā)動機點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飛船、十艘阿波羅載人飛船、一座天空實驗室，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>