土星IB火箭的(簡史) 土星IB火箭的(簡史)

土星IB火箭的(簡史)

土星IB火箭的(簡史)

如果將所有載人阿波羅計畫發射的合成影像並排比較,你會很明顯地發現第一次飛行有所不同。除了阿波羅7號之外,所有載人阿波羅飛行都使用標誌性的土星五號火箭發射升空;而阿波羅7號,該計劃的首次載人任務,則使用較小的土星IB火箭發射。土星IB火箭雖然不如土星五號火箭那麼廣為人知,但它在美國的登月計畫中扮演了關鍵角色,它的故事幾乎與阿波羅計畫同時開始。

1961年7月28日,美國國家航空暨太空總署(NASA)副局長休·德萊頓正式宣布,NASA的後續水星計劃將被命名為「阿波羅」計劃,該計劃旨在實現甘迺迪總統提出的十年內載人登月的目標。然而,將國家引向月球並沒有解決登月任務的所有設計難題。一開始,登月飛船的外觀、飛行方式以及發射火箭等問題都尚未明確。

土星IB火箭的示意圖,顯示了其上級。
美國太空總署

但有些零件已經到位,儘管仍處於初步階段。例如C-3火箭。它由馬歇爾太空中心的工程師在沃納·馮·布勞恩的指導下構思,是專為載人登月任務而設計的火箭。顧名思義,它是一枚三級火箭:第一級SI由F-1發動機提供動力,第二級S-II由四台J-2發動機提供動力,第三級S-IV由六台RL-10發動機提供動力。

1961年9月11日,北美航空公司贏得了建造第二級S-II火箭的合約。從一開始,NASA就坦言這將是一項艱鉅的任務。登月火箭的設計仍在不斷變化,任何改變都必然會影響火箭的各個階段。

承諾的改變很快就實現了;馬歇爾航太中心的工程師們早已構思了另一款名為C-4的登月火箭。 C-4比C-3更大,與前代最顯著的差異在於其動力更強勁的上面級。這款火箭沒有使用S-IV上面級,而是採用了升級的S-IVB上面級。馬歇爾太空中心的工程師們最終在第一級上增加了一台發動機,並將火箭更名為C-5。 C-5最後被命名為土星五號(土星是太陽系中距離太陽第二近的行星,因此得名於木星系列火箭)。

1962年10月,一旦決定採用月球軌道交會法登月,很明顯,土星五號火箭是執行這項任務的理想選擇。然而,它距離真正投入飛行仍需數年時間,這意味著NASA必須研發過渡型火箭,作為載人登月任務前的試驗平台。這款過渡型火箭迅速研發完成,並命名為土星IB。

土星IB火箭的第一級與較小的土星I火箭相同,但第二級使用了升級的S-IVB上面級。它與土星V火箭的一些關鍵相似之處使其成為理想的試驗平台。為土星IB火箭設計的200系列S-IVB上面級與為土星V火箭設計的上面級基本相同,只有兩個相對較小的差異。由於IB火箭的第一級較小,200系列上面級沒有喇叭形裙板,也沒有軌道重啟所需的重型空腔推進器。在土星V火箭發射的任務中,S-IVB上面級會在軌道上重啟,將太空人送到月球。而較小的土星I火箭發射的有效載荷不會前往月球,因此不需要軌道重啟能力。

儀器環的示意圖。
美國太空總署

土星IB和土星V火箭的另一個共同特徵是位於S-IVB級和太空船之間的儀器單元。這個由馬歇爾太空中心工程師設計、IBM製造的環狀裝置,高3英尺,直徑21英尺,是火箭的「大腦」。它容納了所有用於引導和控制火箭飛行的電氣和機械設備,並且是一個完全獨立於太空船導引系統的系統。這種設計實現了冗餘:如果儀器單元發生故障,太空船的導引系統可以啟動並接管火箭的升空控制。事實上,正是這種將兩個導引系統分開的設計拯救了阿波羅12號任務。當土星V火箭被閃電擊中,太空船的導引系統失效時,儀器單元的系統卻不受影響。

1964年10月28日,美國國家航空暨太空總署(NASA)正式宣布,阿波羅計畫將按火箭類型劃分為幾個主要階段。首批硬體測試將使用最小的火箭-「小喬二號」(Little Joe II)和「土星一號」(Saturn I)火箭。旨在檢驗飛行硬體的地球軌道載人和無人任務將使用「土星一號B」(Saturn IB)火箭發射。最終任務,即載人登月任務,將使用「土星五號」(Saturn V)火箭。

依照此方案,共進行了四次無人土星IB火箭發射任務。 AS-201和AS-202是Block I指令艙的無人亞軌道飛行;AS-203是對S-IVB指令艙軌道重啟能力的無人測試;阿波羅5號是對登月艙在軌運行的無人測試。

第五次土星IB火箭發射任務是阿波羅7號。這是該任務的首次載人飛行,旨在對Block II指令艙和服務艙進行為期11天的軌道飛行測試。由於阿波羅7號沒有攜帶登月艙,因此只能使用土星IB火箭。之後的飛行任務有效載荷過重,這種較小的火箭無法滿足需求,所以阿波羅7號之後的所有任務都不得不使用土星5火箭。

土星IB火箭的用途遠不止於阿波羅計畫。在最後一枚土星五號火箭將天空實驗室太空站送入軌道後,土星IB火箭又將三次造訪太空站的太空人送入軌道。最後一枚土星IB火箭也發射了阿波羅-聯盟測試計畫中的阿波羅部分。

資料來源:比爾斯坦 (NASA) 的《通往土星的階梯》;布魯克斯、格林伍德和斯文森 (NASA) 的《阿波羅戰車》。