最强火箭在51年前升空,人类何时再超越?

(图片来源NASA)

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“1967年11月9号,第一枚'土星5号'升空”

后继的追赶者

51年前,即1967年11月9号,人类使用过的最高、最重、推力最强的运载火箭——土星5号(也叫农神5号),首次发射成功。它是如此的壮观、强大,足以堪称美国的“大国重器”。

土星5号是三级液体燃料运载火箭,由NASA在上世纪六十年代开始研发设计,主要设计者是火箭领域的功勋科学家冯·布劳恩。人类登月需要一款运力强大的火箭,土星5号就是因此而生,建成后也成功把载人的“阿波罗”号宇宙飞船送上月球轨道。

土星5号一级为液氧煤油推进剂,二级和三级都是液氢液氧推进剂。借助于良好的推进剂比例设计和液氢液氧极高的比冲,土星5号至今还保持着火箭最大的运载能力记录,比现役运力最强的猎鹰重型火箭的两倍还多。

从1967年首飞到1973年退役,土星5号的发射从未失败过,不论是前期的不载人试飞,还是后续的载人登月均是如此。

(图片来源:Wikipedia)

其中有三次发射最为令人瞩目:一次是1968年载着阿波罗8号和3名宇航员完成了人类第一次绕月飞行;一次是1969年载着阿波罗11号实现了人类的首次登月(是的,就是阿姆斯特朗踏上月球那一次);最后一次是1973年将美国第一个环绕地球的航天站——天空实验室送入近地轨道。

(图片来源:NASA)

这些在航天史上永久留名的发射记录,已经成为了土星5号的一枚枚勋章,让其成为前无古人、至今仍未有来者的最强运载火箭。

当然,成就土星五号顶级性能的关键因素,是顶级的科研投入支持。在那个特殊的时代里,美苏之间的太空竞争直接促使了人类航天科技的突飞猛进,不计成本的投入、深厚累计的技术、精英领袖人才等等一系列因素共同引发了人类史上最猛烈的航天热潮。

财力投入最简单直接的数据就是:土星5号项目在不到十年间就耗费了65亿美元,相当于现在的近1700亿美元。发射一次的费用是1.8亿美元,相当于现在的47亿美元。这是什么概念呢?美国最新一代航空母舰福特级CVN-78,将成为美国21世纪海上制霸神器,造价约130亿美元,也就是发射土星五号3次的价钱。顶级五代机——F35战斗机,造价在1.5-2.5亿美元,发射一次土星五号能拿下近20架F35。

技术能力的积累也不可或缺。土星5号横空出世之前,美国历经了泰坦、德尔塔、宇宙神三大系列的持续进步和推动,也经历了木星火箭、土星火箭的不断尝试与验证,最终才厚积薄发。在当时美苏太空竞争的紧张氛围之下,土星系列火箭仅仅两年就从土星1B进化成了土星5号。

(1967–1973发射的土星5号,图片来源于Wikipedia)

土星5号的研制和成功,促使人类大规模研制高效的氢氧燃料发动机,并受益至今;其在结构设计领域也给后来的火箭设计提供了重要的参考;还给我们留下了无数话题。不论是军用还是民用方面,土星5号都让人类获益匪浅。

但土星5号毕竟是上个世纪六十年代的科技产物,距离如今的航天需求已经渐行渐远。人类需要新的“神器”登上月球、飞向火星。

后继的追赶者

性能指标

单位:吨

土星5号

猎鹰重型

大猎鹰

长征5号

长征9号

LEO

运载能力

140

63.8

100+

25

140

GTO

运载能力

118

26.7

——

14

100

2018年2月7日,Space X的猎鹰重型火箭发射成功,这是人类现役最强的运载火箭。巧合的是,猎鹰重型的发射地点在佛罗里达肯尼迪航天中心LC-39A发射平台,这个平台见证了人类航空史上的众多里程碑:阿波罗11号登月、天空实验室、航天飞机计划,并且也是土星5号最后一次发射的地方。缘份的奇妙大抵如此,新王在老国王战斗的地方登基。

(图片来源:SpaceX)

SpaceX在2018年又提出了运力更强的火箭:BFR(Big Falcon Rocket)。BFR的LEO运载能力至少有100吨,最大可能达到500吨以上。本身是火箭与飞船的结合体,头部拥有40个独立仓位,总共可运载上百人前往月球或者火星。当然BFR目前还处于论证设计阶段,但不能因此小看SpaceX的雄心。

(图片来源:SpaceX)

未来有可能比肩土星5号的火箭,还有美国的“太空发射系统(Space Launch System,SLS)”火箭。

中国也在加快大火箭的研制步伐,长征5号和长征9号就是中国着力创新发展的大火箭代表。

2016年11月3日,长征5号在中国文昌航天发射场首飞成功,由此成为中国运载能力最强的火箭。中国未来天宫空间站、北斗导航系统的建设,探月三期工程及其它深空探测的实施都将使用该火箭系列。当然,也应该看到,长征5号同土星5号甚至猎鹰重型的运载能力还有一定的差距,但也应该看到中国自主研发能力也在持续进步,未来可期。

(图片来源:中国运载火箭技术研究院)

2018年4月24日,中国官方宣布已全面启动重型运载火箭长征9号关键技术攻关,芯级最大直径为10米级,可构建近地轨道运载能力50吨至140吨、奔月转移轨道运载能力15吨至50吨、奔火转移轨道运载能力12吨至44吨的系列化型谱,未来将用于我国深空探测、载人登月和登火、空间基础设施建设(如空间太阳能电站)等任务。预计长征9号将于2028年左右发射。

(图片来源:中国航天科技集团)

追赶之路从来都不是平坦的康庄大道,路漫漫其修远兮,我们继续加油。

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