第二次世界大战期间，世界上最主要的火箭研究中心既不是在美国，也不是在前苏联，而是在德国波罗的海沿岸的佩内明德。这块不引人注目的地方，诞生了现代火箭。

当时的佩内明德集中了全德最优秀的火箭专家，代表了当时的世界水平。他们首先发展了一种V-1型火箭，严格地说它是一种带着炸弹的自杀性飞机。它有飞机一样的翅膀，能装载1874千克的炸药，甚至可以由飞行员驾驶。在它飞临目标上空时，飞行员将它对准要袭击的目标后，便跳伞离开，V-1便向目标俯冲下去加以摧毁。第二次世界大战中，德国向英国发射了1万多枚这种导弹。这种武器使用空气助燃的发动机，只能在大气层内飞行，速度也不快，因而还不能算真正的火箭。

真正具有威胁的是由冯·布劳恩设计的V-2火箭，它是现代火箭的鼻祖。首先，它在发射升空后以很快的速度穿过大气层，达到离地球表面9万多米的高度，然后在大气层外飞行一段以后，以很快的速度进入大气层，落向目标。这种长达14米的火箭，可以飞行320千米，足以飞过英吉利海峡，袭击英国首都伦敦。

V-2火箭

由于这种火箭落地时速度很快，即使是不装任何弹药，直接落地，也能将地面砸出一个13米深、36米宽的大坑，如果装上几吨炸药，这种武器的威力便可想而知了。

希特勒为挽回战场上的失败，曾对V-2火箭寄予了极大的希望。他曾经在1941年6月视察了佩内明德火箭基地，要求尽快研制出V-2火箭，准备在10月份用5000枚这种火箭袭击伦敦，将伦敦夷为平地。然而，V-2火箭的计划被英国特工人员侦察到了。为防患于未然，当时的英国首相丘吉尔下令开始实行轰炸佩内明德的“九头蛇”行动。

1943年8月17日的夜晚，凄厉的警报声响彻柏林的上空，大批的英国蚊式轰炸机飞向柏林。德国的高炮组成了密集的火力网，不断有英国的飞机被击落。然而，德国人万万没有料到，就在英国飞机大闹柏林的同时，一大批轰炸机低空飞过北海，避开德国的海岸雷达网，飞向佩内明德，开始了旨在摧毁德国火箭基地的“九头蛇”军事行动。等到德国人发现目标飞向佩内明德时，那里已在英国人的轮番轰炸之下，成为一片火海。炸弹引爆了生产线上的火箭，生产研究设备全部被炸毁，一大批工程技术人员丧生，而布劳恩却奇迹般地活了下来。袭击伦敦的计划受到严重的挫折，希特勒暴跳如雷，仍不甘心放弃袭击伦敦的计划，下令把V-2火箭的生产基地转移到盟军飞机飞不到的波兰境内，继续研制这种火箭。

直到1944年6月，盟军在法国的诺曼底登陆后，德国才向英国伦敦发射了第一枚V-2火箭，总共才发射了4枚，而不是希特勒先前希望的5000枚。

V-2火箭比我们现在常看到的现代火箭要落后许多，无论是射程还是命中的精确度，都远远无法跟现代火箭相比，但现代火箭的许多设计，大都是从V-2火箭发展而来的。

现代火箭之父冯·布劳恩

希特勒失败后，美国人捷足先登，将冯·布劳恩和其他一批杰出的科学家带到了美国，让他们继续从事火箭技术的研究。

20世纪50年代，布劳恩领导一个研制小组对“丘比特”火箭进行了认真的研究，后来，美国人用“丘比特”火箭将第一颗人造卫星——“探险者1”号送上了太空。

由于前苏联发射的卫星比美国的重量大，而且早一年发射，美国人的自尊心受到了极大的打击。当时前苏联部长会议主席赫鲁晓夫将美国的卫星（147千克）戏称为“葡萄柚”卫星，这极大地刺激了美国人。为赶超前苏联，美国总统肯尼迪在1961年5月25日宣布，美国人将在1970年登上月球。

冯·布劳恩领导了登月火箭的研制工作。首先，研制出了“土星lB”运载火箭，此后，又研制出三级大推力火箭“土星5”，这枚大型火箭可以产生2930吨的推力。1969年7月20日，美国人利用“土星5”运载火箭实现了将人类送上月球的“阿波罗”登月计划。

由于冯·布劳恩对美国航天事业的巨大贡献，1970年他被任命为美国国家航空航天局的副主任。今天的航天飞机就是他在任期间努力发展起来的。他希望人类能在空间建造大型的环绕地球飞行的空间站，然而，他没有看到这一计划的实现，1977年他离开了人世。他是20世纪人类征服太空的英雄和先驱。

知识点

蝙蝠与雷达

雷达在航运、军事、气象等领域所起的作用非常大，是现在科技成果中最成功的发明之一。谁又能想到这种高精密仪器的发明灵感竟然来自蝙蝠呢？

蝙蝠能在漆黑的夜里飞行自如。它一边飞，一边从嘴里发出一种声音。这种声音叫做超声波，人的耳朵是听不见的，蝙蝠的耳朵却能听见。超声波像波浪一样向前推进，遇到障碍物就反射回来，传到蝙蝠的耳朵里，蝙蝠立刻改变飞行的方向。

雷达就是在这个原理下发明的。雷达通过天线发出无线电波，无线电波遇到障碍物就反射回来，显示在荧光屏上。驾驶员从雷达的荧光屏上，能够看清楚前方有没有障碍物，所以飞机、大型轮船在夜里航行也十分安全。

被尊称为“美国火箭之父”的罗伯特·哥达德于1882年出生于美国马萨诸塞州。与齐奥尔科夫斯基一样，他从小就对天文学表现出浓厚的兴趣。

1919年，他在美国的克拉克大学获得了理学学士的学位，并于同年开始研究火箭。起初，哥达德像前人一样把研究重点放在使用固体燃料的火箭上，不过很快他就发现了固体推进剂本身存在的那些几乎是难以克服的缺点。这个时候，齐奥尔科夫斯基那篇著名的《利用火箭仪器研究宇宙空间》的论文已经正式发表，哥达德深受启发，毅然放弃了以往错误的研究方向，转而成为液体火箭理论的坚定支持者。他不但郑重指出只有应用液体燃料的火箭才能获得足够大的推动力，而且还明确提出了多级火箭的设计思想。他认为将几级火箭串联起来依次点燃，可以达到单级火箭所不能达到的高度。

1919年，哥达德发表了题为《达到极大高度的方法》的论文，系统地论述了火箭运动的基本原理。就在这篇论文里，哥达德在严密的理论推导和数学计算的基础上提出了一个大胆而惊人的假设：人们只要制造一枚质量为598千克的液体燃料火箭，就可以将09千克的镁成功地送上月球的土地。点燃这些镁，那么地球上的人们将通过天文望远镜看见月球上由这些镁燃烧所发出的动人心魄的闪光。

1923年，哥达德完成了用汽油作燃料、用液态氧作氧化剂的液体燃料发动机的实验，这是世界上第一次将液体燃料用于火箭发动机的实验。这次实验获得成功后，哥达德马不停蹄地开始了制造液体发动机火箭的尝试。

1926年3月16日，这是人类火箭发展史上值得纪念的一天。在这天，哥达德在马萨诸塞州的奥巴恩田野里试验了人类历史上第一枚液体发动机火箭。这枚火箭最高飞到了128米，直线飞行距离约为56米。的确，与以后几十年中出现的重达数十吨、长十几米甚至几十米的火箭比起来，这枚重不到10千克的小火箭无论从身材还是从射程看都是那么微不足道，然而它却开启了人类利用火箭的新纪元。 此后，哥达德继续对液体火箭的研究。在首次试飞之后不到10年的时间里，哥达德的火箭已经能够达到900千米的时速，可以飞到25千米高的空中去了。哥达德还获得过2002项有关火箭、航空技术方面的专利，为现代火箭的发展作出了巨大的贡献，因而被称为“美国火箭之父”。

知识点

射电天文望远镜

宇宙间许多天体发射无线电波的能力比发射光波的能力大得多。天鹅座A射电源发射无线电波的能力比太阳强100亿亿倍。宇宙间的尘埃使天体的光线减弱，而天体发出的无线电波却很少受到影响。 射电天文望远镜不同于光学天文望远镜，它能把天体发出的无线电波汇集起来，因而能发现更遥远、更微弱的天体。

1926年3月16日，美国的（罗伯特 戈达德）在马萨诸塞州沃德农场成功发射了世界上第一枚（液体燃料助推）火箭。

1930年德国的（瓦尔特·罗伯特·多恩伯格）也发射了（米拉克一号）火箭。

古式火箭解释

1古代用引火物附在弓箭头上，然后射到敌人身上引起焚烧的一种箭矢。《三国志·魏书·明帝纪》“ 诸葛亮围 陈仓 ， 曹真 遣将军 费曜 等拒之”裴松之注引 三国 魏 鱼豢 《魏略》：“ 昭 （郝昭）于是以火箭逆射其云梯，梯燃，梯上人皆烧死。” 宋司马光《涑水记闻》卷十二：“知州 苗继宣 ，拍泥以涂藳，积备火箭射贼。”清顾炎武《汝州知州钱君行状》：“贼以火箭射城上，城上发礮应之。”

现代火箭解释

2现代火箭利用反冲力推进的飞行装置。用以发射人造卫星、人造行星、宇宙飞船等，也可装上弹头制成导弹。在一般用语中，火箭也作为火箭发动机的简称。1926年3月16日，美国火箭专家戈达德在马萨诸塞州沃德农场发射了世界上第一枚现代液体火箭。美国是现代火箭技术真正起步的地方。

火箭这个词在公元三世纪的三国时代就已出现，是当时的郝昭发明的。在公元228年的三国时期，魏国第一次在射出的箭上装上火把，当时蜀国丞相诸葛亮率军进攻陈仓今陕西宝鸡东时，魏国守将郝昭就用火箭焚烧了蜀军攻城的云梯，守住了陈仓；现代火箭是戈达德发明的；1926年3月16日，美国火箭专家戈达德在马萨诸塞州沃德农场发射了世界上第一枚现代液体火箭。美国是现代火箭技术真正起步的地方；火箭有很多种，原始的火箭是用引火物附在弓箭头上，然后射到敌人身上引起焚烧的一种箭矢。起初只是用于过年过节放烟火使用。现代的火箭是以热气流高速向后喷出，利用产生的反作用力向前运动的喷气推进装置。它自身携带燃烧剂与氧化剂，不依赖空气中的氧助燃，既可在大气中，又可在外层空间飞行。现代火箭可作为快速远距离运输工具，可以用来发射卫星和投送武器。

КE齐奥尔科夫斯基提出设计原理，R H戈达德试飞了第一枚火箭。

1903年，俄国的КE齐奥尔科夫斯基提出了制造大型液体火箭的设想和设计原理。1926年3月16日美国的火箭专家、物理学家R H戈达德试飞了第一枚液体火箭。

20世纪50年代以来，火箭技术得到了迅速发展和广泛应用，其中尤以各类可控火箭武器（导弹）和空间运载火箭发展最为迅速。从火箭弹到反坦克导弹、反飞机导弹和反舰导弹以及攻击地面固定目标的各类战术导弹和战略导弹。

各类火箭武器正在继续向提高命中精度、抗干扰能力、突防能力和生存能力的方向发展。此外，反导弹、反卫星等火箭武器也正在研制和发展之中，在地地弹道导弹基础上发展起来的运载火箭，已广泛用于发射卫星、载人飞船和其他航天器等。

扩展资料：

中国古代火箭有箭头、箭杆、箭羽和火药筒四大部分。火药筒外壳用竹筒或硬纸筒制作，里面填充火药，筒上端封闭，下端开口，筒侧小孔引出导火线。点火后，火药在筒中燃烧，产生大量气体，高速向后喷射，产生向前推力。

其实这就是现代火箭的雏形。火药筒相当于现代火箭的推进系统。锋利的箭头具有穿透人体的杀伤力，相当于现代火箭的战斗部。尾端安装的箭羽在飞行中起稳定作用，相当于现代火箭的稳定系统。而箭杆相当于现代火箭的箭体结构。中国古代火箭外形图，首次记载于公元1621年茅元仪编著的《武备志》中。

火箭出现后，在中国被迅速地用于军事行动和民间娱乐中。10～13世纪，在宋、金、元的战争中，已应用了火枪、飞火炮、震天雷炮等火药武器。那时的飞火炮和现代的火焰喷射器相似，是一种原始的火箭武器。

北宋后期，在民间盛行的烟火戏中，人们利用火药燃气的反作用力，制成了能够高飞和升空的“流星”（或称“起火”）、"爆竹"为节日增添了喜庆的气氛。从工作原理看，流星、爆竹已具有火箭的特点。

参考资料：

-火箭

朝以前，中国始终是世界上最早使用火箭和火箭技术最高的国家，甚至在明朝时期一度是世界上唯一掌握火箭武器技术和大规模应用火箭技术的国家，大约在南宋时期，人们用球状火药包装在箭头杆附近，点着引线之后，用弓箭射出去杀伤敌人，这就是后来的“万人敌”。后来，人们将火药装填在竹筒里，火药背后装着细小的“定向棒”点燃引火管上的火硝，引起筒里火药迅速燃烧，产生向前的推力，使之飞向敌阵爆炸，这就是世界上第一种火药火箭。

万户－－第一个利用火箭飞行的人

火箭是现代发射人造卫星和宇宙飞船的运载工具，是我们祖先首先发明的。起初，只是用于过年过节放烟火时使用，到13世纪，人们把火箭用作战争武器，以后传入欧洲。 第一个想到利用火箭飞天的人是聪明的中国人－－明朝的万户。14世纪末期，明朝的士大夫万户把47个自制的火箭绑在椅子上，自己坐在椅子上，双手举着大风筝。设想利用火箭的推力，加上风筝的力量飞起。不幸火箭爆炸，万户也为此献出了生命。 目前，只有火箭才能把人送上太空。以此为标准，最早的载人航天应是约600年前的万户飞天。西方学者考证，万户是“世界上第一个想利用火箭飞行的人。” 万户考虑到加上风筝的上升的力量飞向前方，这是很少有人能想到的。为纪念万户，月球上的一座环形山以这位古代的中国人命名。

之后真正火箭开始研发在

罗伯特·戈达德(Doddard,Robet Hutchings)，是美国最早的火箭发动机发明家，被公认为现代火箭技术之父。

戈达德出生于美国马萨诸塞州，他从1909年开始进行火箭动力学方面的理论研究，三年后点燃了一枚放在真空玻璃容器内的固体燃料火箭，证明火箭在真空中能够工作。他从1920年开始研究液体火箭，1926年3月16日在马萨诸塞州沃德农场成功发射了世界上第一枚液体火箭。

美国人戈达德在他17岁的时候就向往火星之旅了。十年以后戈达德认识到，唯一能达到这个目的的运载工具就是火箭。从那时起，他就决定将自己献身于火箭事业。童年的时候，戈达德就显示出对科学幻想和机械的特殊兴趣和能力。那时候他常迷恋于威尔士的科幻小说，如《星球大战》等，也醉心于阅读凡尔纳的《从地球到月球》等作品。在他的自传中，他承认这些小说大大激发了他的热情和想象。他认为，这些小说“完全抓住了我的想象力。威尔士的奇妙的真实的心理描写使事情变得十分生动，而其所提出的面对奇迹的可能途径总是让我想个不停”。24岁从渥切斯特技术学院毕业后进入克拉克大学攻读博士学位。这两所院校都在他的家乡马萨诸塞州。1911年他取得博士学位后留校任教。在此期间，他认识到液氢和液氧是理想的火箭推进剂，在随后的几年里，他进一步确信用他的方法一定会把人送入太空。他在实验室里第一次证明了在真空中可存在推力，并首先从数学上探讨包括液氧和液氢在内的各种燃料的能量和推力与其重量的比值。1919年发表经典性论文<<到达极高空的方法>>,开创了航天飞行和人类飞向其他行星的时代。他最先研制用液态燃料(液氧和汽油)的火箭发动机，1925年在他的实验室旁的小屋里,一台液体推进剂的火箭发动机进行了静力试验，1926年成功地进行了世界第一次液体火箭发动机的飞行。在马萨诸塞州的奥本，冰雪覆盖的草原上，戈达德发射了人类历史上第一枚液体火箭。火箭长约34米，发射时重量为46公斤，空重为26公斤。飞行延续了约25秒，最大高度为125米，飞行距离为56米。这是一次了不起的成功，它的意义正如戈达德所说：“昨日的梦的确是今天的希望，也将是明天的现实。”

戈达德于1929年又发射了一枚较大的火箭，这枚火箭比第一枚飞得又快又高，更重要的是它带有一只气压计一只温度计和一架来拍摄飞行全过程的照相机，这是第一枚载有仪器的火箭。

1935年发射的一枚液体火箭第一次超过了声速;此外，还获得火箭飞行器变轨装置和用多级火箭增大发射高度的专利，并研制了火箭发动机燃料泵、自冷式火箭发动机和其他部件。他设计的小推力火箭发动机是现代登月小火箭的原型，曾成功地升空到约2千米的高度。他一共获得过214项专利。

戈达德的研究极端缺少经费，而且挑剔的舆论界也不放过这位严谨的教授。《纽约时报》的记者们嘲笑他甚至连高中的基本物理常识都不懂，而整天幻想着去月球旅行。他们称戈达德为“月亮人”。为新闻界左右的公众也对这位科学家的工作表示怀疑和不理解，但这都不能撼动顽强的戈达德。最好的办法是走自己的路，继续自己的研究，而对公众的反应保持沉默，因为他很清楚这种讥讽是不会持久的。

报界的注意力再次集中到他身上，至少这次有些赞扬的话语了。意想不到的是报界的报导引起了美国航空界先驱人物之一林白的注意。在亲自考察了戈达德的试验和计划之后，他立即设法从格根海姆基金会为戈达德筹得5万美元。这对于极端缺少资金而又迫切需要进行实验设计的戈达德真是雪中送炭。这时马萨诸塞州对于戈达德的计划就显得太拥挤了，于是在1930年他的全家和四个助手迁到新墨西哥州的罗斯威尔建立他的发射场。到1941年，除了短暂的中断之外，他在这里从事了在科技史上最令人瞩目的个人研究计划。

戈达德的研究终于受到政府的重视。在他死后，他获得的荣誉达到了顶峰。他被追授了第一枚刘易斯·希尔航天勋章，而国家宇航总局的一个主要基地以他的名字命名为戈达德航天中心。

戈达德虽然成功地发射了世界上第一枚液体火箭，但最初并没有引起美国政府的重视和支持，所以到他逝世时美国的火箭技术还远远落后于德国。直到1961年苏联宇航员加加林上天后，美国才发表了戈达德30年来研究液体火箭的全部报告。后来，他被誉为美国的"火箭之父"，美国宇航局的一座空间飞行中心被命名为"戈达德空间研究中心"。

但他的一生却是孤独而不被人理解的。勇敢的戈达德毫不气馁，在理论和实践上做了很多工作，向怀疑他的设想的人们表明未来的整个航天事业都将建基于火箭技术之上。他也因此而当之无愧地被称为“现代火箭之父”。

戈达德的一生是坎坷而英勇的一生。他所留下的报告、文章和大量笔记是一笔巨大的财富。对于他的工作，冯·布劳恩曾这样评价过：“在火箭发展史上，戈达德博士是无所匹敌的，在液体火箭的设计、建造和发射上，他走在了每一个人的前面，而正是液体火箭铺平了探索空间的道路。当戈达德在完成他那些最伟大的工作的时候，我们这些火箭和空间事业上的后来者，才仅仅开始蹒跚学步。”

太空探索是人类对未知世界的好奇心与探究精神的体现。在太空探索的过程中，运载火箭是不可或缺的利器。各国为了能够更好地探索太空，都研制了自己的著名运载火箭，本文将介绍几款著名的运载火箭。

美国猎鹰重型火箭

美国猎鹰重型火箭是由SpaceX公司研制的一款运载火箭，于2018年2月6日首次发射。猎鹰重型火箭是目前最强大的运载火箭之一，能够将超过60吨的货物送入地球轨道，或将37吨的货物送入火星轨道。下面是猎鹰重型火箭的操作步骤：

1火箭在发射前需要进行预先检查和测试，确保各个部分都正常工作。

2火箭发射前需要进行加注燃料，这个过程需要非常谨慎，因为燃料是非常危险的。

3火箭发射后，首先会点燃第一级引擎，将火箭送入大气层之外。

4火箭在大气层外时，会逐渐点燃第二级引擎，将火箭送入轨道。

5火箭在轨道上时，会将货物释放出来，完成任务。

俄罗斯联盟号火箭

俄罗斯联盟号火箭是由俄罗斯国家航天集团研制的一款运载火箭，于1971年首次发射。联盟号火箭是目前运载人员最多的运载火箭之一，它能够将3名宇航员送入太空。下面是联盟号火箭的操作步骤：

1火箭在发射前需要进行预先检查和测试，确保各个部分都正常工作。

2火箭发射前需要进行加注燃料，这个过程需要非常谨慎，因为燃料是非常危险的。

3火箭发射后，首先会点燃第一级引擎，将火箭送入大气层之外。

4火箭在大气层外时，会逐渐点燃第二级引擎，将火箭送入轨道。

5火箭在轨道上时，会将宇航员送入太空，完成任务。

中国长征五号火箭

中国长征五号火箭是由中国航天科技集团研制的一款运载火箭，于2016年11月首次发射。长征五号火箭是目前中国最强大的运载火箭之一，它能够将25吨的货物送入地球轨道。下面是长征五号火箭的操作步骤：

1火箭在发射前需要进行预先检查和测试，确保各个部分都正常工作。

2火箭发射前需要进行加注燃料，这个过程需要非常谨慎，因为燃料是非常危险的。

3火箭发射后，首先会点燃第一级引擎，将火箭送入大气层之外。

4火箭在大气层外时，会逐渐点燃第二级引擎，将火箭送入轨道。

5火箭在轨道上时，会将货物释放出来，完成任务。

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205万磅力(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7295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25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294万磅力（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025英寸，前段厚019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0193英寸，前段厚017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0254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248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004英寸，后裙和级间段为0071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0008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66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25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、135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27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。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。

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。

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