141.1967年:土星五号火箭
在佛罗里达州肯尼迪航天中心发射的阿波罗4号(航天器017/土星501)。
登月(1969年),宇航服(1969年),微处理器(1971年),好奇号火星车(2012年)
土星五号火箭仿佛在尖叫:“工程学!”从它“荒唐”的尺寸,到它“野蛮”的推力,土星五号是人类制造过的最为惊人的火箭。土星五号火箭保持着多项纪录,包括它118吨的近地轨道运载能力。
在当时的技术条件下,工程师是如何制造出这个庞然大物的呢?建造火箭的时候大多数工程师还在使用着计算尺。而且他们是如何如此快速地完成建造的呢?1957年,美国还没有成功向地球轨道发射过任何航天器。但到了1967年,土星五号已经可以轻松地进入近地轨道。
关键点之一是F-1发动机。在美国航空航天局(NASA)成立之前,工程师就已经开始为空军项目(Air Force project)研发F-1发动机。这是一个幸运的巧合,因为它意味着在实际使用之前,发动机就已经经受过测试并可以平稳地运行。F-1是人类曾制造过的最大的单体发动机,推力达到了15000000磅(6.8兆牛顿)。火箭的第一级装有五台F-1发动机,总推力达到了76000000磅。拥有如此强大的推力是好事,因为装满燃料和载荷后,火箭的总重量达到了6500000磅(3000000千克)。在发射时,每台发动机三分钟内就会消耗掉将近1000000磅(450000千克)的煤油和液氧。
第一级火箭分离后,余下的部分轻了5000000磅(2300000千克)。第二级和第三级火箭使用液氢和液氧作为燃料将载荷送入轨道。
在第三级火箭顶部装有一个重要的部件,一台叫仪器组(Instrument Unit)的环形装置,直径差不多22英尺(7米),3英尺(1米)高,重两吨。仪器组包括计算机、无线电系统、监控设备、雷达、电池和其他系统,这些仪器共同控制着第三级火箭的飞行和与地面的通信。当时微处理器还不存在,因此核心设备是由传统方法制造的三重备份的IBM微型计算机。
工程师制造出这个一次性的巨兽是为了将人类送上月球,后来它也被用于发射太空实验室。土星五号火箭是一项真正的工程学奇迹。■ 工程学之书