土星五號不用是因為性價比太低和費用問題。

1、性價比太低。美蘇太空競賽傾全國之力，不計成本造出的土星五號，除了獲得首次登上月球的名譽之外，并沒什么實際收益。所以美國就把研發重心轉向國際空間站和各種衛星，放棄了土星五號。

2、費用問題。以1960到1970年代的美元計算，土星五號研發費用是60多億美元，消費太高。

擴展資料：

土星5號超重型運載火箭是僅次于蘇聯能源號運載火箭的推力第二大運載火箭。在1967年-1973年間共發射了13枚“土星5號”運載火箭，它們保持著完美的發射記錄。共有9枚“土星5號”運載火箭將載人的“阿波羅”號宇宙飛船送上月球軌道。

土星5號”運載火箭的生產線于1970年關閉。“土星5號”的最后一次發射是在1973年，這次發射將“天空實驗室”空間站送入了近地軌道。續任者太空發射系統（SLS系統），號稱史上最強運載火箭系統。

土星5號運載火箭（Saturn V），又譯農神五號，亦稱為月球火箭，是美國國家航空航天局（NASA）在阿波羅計劃和天空實驗室計劃兩項太空計劃中使用的多級可拋式液體燃料火箭。土星5號運載火箭是僅次于蘇聯能源號運載火箭的推力第二大運載火箭。在1967年-1973年間共發射了13枚“土星5號”運載火箭，它們保持著完美的發射記錄。共有9枚“土星5號”運載火箭將載人的“阿波羅”號宇宙飛船送上月球軌道。土星5號”運載火箭的生產線于1970年關閉。“土星5號”的最后一次發射是在1973年，這次發射將“天空實驗室”空間站送入了近地軌道。

基本資料：

所屬國家/組織：美國

生產單位（S-IC）：波音公司

生產單位（S-II）：北美人航空公司

生產單位（S-IVB）：道格拉斯飛行器公司

整體組裝地點：飛行器裝配大樓（Audlo Video Bridging）

首飛：1967年11月9日

發射場：肯尼迪航天中心

發射臺編號：LC-39A（除阿波羅10號以外）、LC-39B（阿波羅10號）

起飛推力：34020千牛

參數列表

第一級

一級火箭發動機點火順序：首先中央發動機點火，隨后周圍相對的發動機以300毫秒的間隔點火。

一級火箭發動機的五臺發動機所需的液氧和煤油分別由一臺液氧泵和一臺煤油泵提供，其中液氧泵的流量為每秒24 811加侖，煤油泵的流量為每秒15 741加侖。液氧泵的工作溫度為-185℃，煤油泵的工作溫度為15℃

液氧泵和煤油泵由一臺55 000馬力的渦輪機提供動力，渦輪泵的工作溫度為650℃

第二級

第三級

運載能力

近地軌道：119000千克

月球軌道：45000千克

發射紀錄

土星5號火箭的研究背景很簡單：60年代，火箭運載能力已經成為限制美國航天發展的最核心因素。

因為60年代，美國航天發展最重要的目標是阿波羅登月。正如肯尼迪總統1961年在萊斯大學演講時說的那樣：“我們選擇登陸月球，不是因為它簡單，而是因為它真的很難”。

當時，為了阿波羅登月，一系列輔助工程上馬。

1961-1965年，9個游騎兵（Ranger）任務，全方面獲得月球表面情況。

1966-1967年，5個月球軌道器（Lunar Orbiter）任務，重點勘查適合載人登陸的區域并繪制出詳細地形地貌圖。

阿波羅12號任務時降落地點就在為它做前期準備的測量員附近，也造就了人類兩個航天任務在月球表面相遇的神奇紀錄

1966-1968年，7個測量員（Surveyor）任務，著陸器直接降落月球，獲得未來阿波羅載人登月著陸地區的第一手資料，其中5個任務著陸成功。

1964-1966年，12個雙子座（Gemini）載人航天任務，驗證了出艙行走、交會對接等核心技術，所有的阿波羅登月宇航員都是這個項目培養出來的。

也就是說，在阿波羅登月之前，NASA（美國國家航空航天局）已經完全了解了月球著陸區的環境、相關的載人航天技術都儲備完畢。例如，阿姆斯特朗在雙子座8號任務時成為世界首個完成航天器交會對接任務的人，登月第一人的資格足夠。

但是，當時還有極其重要的一個環節：怎么過去？火箭怎么辦？

登月遠比地球附近的載人航天復雜，近地軌道運力幾噸、幾十噸的火箭遠遠不夠，火箭成為限制載人登月方案的最大因素。

當時總共有四種方案。1.月球直接往返；2.月球表面集合，用重型火箭分兩次任務發射；3.地球軌道集合，用大中型火箭多次發射，在地球附近組裝后載人登月；4.月球軌道集合，飛船到月球后，一部分登陸，一部分留軌。

選擇第4種方案的阿波羅飛船實際上也由4個部分組成

第1種方案要求重達4000-5000噸級別的火箭，實在太難，人類也許在阿波羅登月后100年內都不會造出來。因為我們在登月50年后，連土星5號級別的火箭都還沒造出來；第2種，對月球著陸技術要求太高，幾乎不可能；第3種，當時交會對接技術還沒突破，多次對接風險也特別大。最終，阿波羅載人登月選擇了方案4，它需要一枚近地軌道運力達到140噸級、月球轉移軌道運力達到45噸級的火箭。

馮·布勞恩站在他的得意作品土星5號“前”

任務最后落到了馮·布勞恩團隊頭上，這位在二戰結束后被“回紋針”絕密行動帶回美國的德國火箭專家事后也被證明是人類史上最偉大的火箭科學家、沒有之一，他在二戰后幾乎主導了美國所有火箭的研發。1961年登月計劃公布后，他們獲得天量的資金。

那時候，錢不是問題，問題是能不能把“問題”解決。馮·布勞恩團隊不負眾望，在他們此前的研究基礎上，最終給出了土星A（Saturn-A1，Saturn-A2）、土星B（Saturn-B1）和土星C（Saturn-C1、Saturn-C2、Saturn-C3、Saturn-C4、Saturn-C5）的龐大土星系列火箭家族。當然，馮·布勞恩還提出了C8這個型號，它理論上可以完成直接登月、直接返回（前文方案1），不過以當時的資源、甚至今天的資源都很難實現。

土星是個龐大的載人火箭家族，只不過土星5號（C5）實在太出名掩蓋了其他的光輝

人們常說的土星5號，就是指Saturn-C5這一個型號。

土星5號的很多指標是非常驚人的，它的總重量約為2970噸，最大直徑10.1米，高度110.6米，近地軌道運力140噸，地月轉移軌道極限運力48.6噸。以中國現役最強火箭長征5號對比而言，長征5號總重量約為867噸，最大直徑5米，高度57米，近地軌道運力25噸，地月轉移軌道運力8噸。

那個時代孕育了多么恐怖的鋼鐵巨獸，可見一斑。

火箭第一級總重約2290噸，其中殼體和發動機質量僅為130噸，2160噸都為燃料，為液氧煤油，發動機工作時間標準流程為165秒，發動機總推力達到了驚人的3510噸！第一級平均每一秒燃燒13.1噸燃料，換算成汽油差不多夠一輛百公里油耗10升的小 汽車 圍繞地球赤道開4圈半！

第二級總重約496噸，其中殼體和發動機質量僅為40噸，456噸都為燃料，為液氧液氫，發動機工作時間標準流程為360秒，發動機總推力為514噸；對于第二級消耗的燃料（液氧液氫能量密度是液氧煤油的1.6倍左右），足夠開車繞地球赤道250圈。

第三級總重約123噸，其中殼體和發動機質量僅為13噸，110噸都為燃料，為液氧液氫，發動機工作時間標準流程為兩次共計500秒，發動機總推力為100噸。第三級的燃料夠開車繞地球60圈。

美麗的《地出》來自阿波羅8號任務，人類首次到月球附近，阿波羅11號時才著陸

更驚人之處在于，這個火箭的可靠性也是很高的。1967年11月9日，阿波羅4號無人測試任務，土星5號成功首飛。但是，1968年的12月11日，它就已經送阿波羅8號乘組前往月球，他們也拍下來載入史冊的經典圖片《地出》，這是人類首次從月球看地球。從1967年到1973年，土星5號火箭完成了13次發射任務（12次阿波羅，1次天空實驗室）。除了阿波羅6號無人測試時出現了發動機技術問題、但并未釀成大禍，其余都是完全成功，運送了24人前往月球，最終12人登陸月球。

這12人也因而被命名為新物種：能生存在地球和月球的生物。

土星5號對比N1（右）

相比較而言，蘇聯同時代的登月火箭N1卻反復遭遇失敗，連續4次試射均在升空后不久爆炸，成為人類載入史冊的最強人工（非核）爆炸，蘇聯最終退出登月競賽，秘密開始載人空間站計劃，也就是禮炮1-7號共計9個空間站（7個成功）。禮炮1號在1971年4月19日秘密升空，隨后震驚世人，美國在載人空間站領域被蘇聯超越。

此時，又是土星5號脫穎而出，把天空實驗室空間站（Skylab）送入太空。這個空間站的設計邏輯可以這么簡化為“來不及了，還設計啥空間站，直接把土星5號的最上級裝大量儀器不就行了，做個百噸級的空間站夠用么？而且所有儀器你地面都裝好，不用螞蟻搬家往天上運，反正我們能一次發上去！”。至于載人飛船，則使用阿波羅18-20號飛船，這幾個原計劃登月的任務在后期被取消。

從各方面指標來看，天空實驗室都遠超禮炮系列空間站

1973年5月14日，天空實驗室升空，它由土星5號的第三級S-IVB改造而來，有軌道艙、空間望遠鏡、對接艙、氣閘艙、服務單元、儀器單元等部分，空重77噸，對接阿波羅飛船狀態下超過90噸。內部加壓空間超過351立方米，相當于一棟巨大的房子飛在空中。載人對接任務時，甚至不需要用巨大的土星5號火箭，用近地軌道運力在20噸的土星IB火箭發射阿波羅飛船即可。

相比較而言，蘇聯首個空間站禮炮1號重18.4噸、加壓空間99立方米。

強大土星5號火箭的存在，使得美國立即又在空間站領域趕上并超過蘇聯。但是，在70年代后，土星5號還是遺憾退役了。有一系列原因。

首先，它實在太貴了。以1960-1970年代的美元計，土星5號研發費用是64億美元，一次發射的價格就是1.8億美元，那個年代的1.8億美元大概可以等同于今天的12億美元。

其次，應用需求不再。美國靠著這個火箭，登上月球，在太空競賽中制霸蘇聯，在冷戰中占據先機，在東西方兩大陣營對抗中重奪主動權。但1975年前后，蘇美簽訂了一系列協議，中止太空競賽，雙方砍掉了大量航天項目，尤其是需要重型火箭的任務，土星5號一下失去了需求。

蘇聯解體后，更沒有需求。

土星5號創造了人類火箭天頂 科技 ，那是特殊政治的時代、不計成本的投入、深厚積累的技術等一系列原因共同促成的，如今很難再有機會達到當年那個狀態了。

如果刻意追求復現甚至超過土星5號，是極其不明智的決定，時代變了。

NASA在研的新一代重型火箭太空發射系統和獵戶座飛船同樣昂貴，目前研制花費已經近400億美元

目前，世界各航天大國都在“慢慢來”，NASA的太空發射系統、SpaceX的大獵鷹火箭、藍色起源的新阿姆斯特朗、俄羅斯的新聯盟和安加拉、中國的長征9號都處在在研或論證階段，它們的最終設計目標都是達到土星5號的級別，但達到這種成熟版本預計都會在2030年以后。

也就是說，土星5號成功后，60多年內都沒有對手。

而要想超過土星5號，例如達到曾經的土星C8級別，就目前的環境來看，阿波羅登月后100周年紀念時能實現就已經是人類航天的新奇跡。

導讀： 土星5號運載火箭（英文：Saturn V），譯農神五號，亦稱為月球火箭，是美國國家航空航天局（NASA）在阿波羅計劃和天空實驗室計劃兩項太空計劃中使用的多級可拋式液體燃料火箭。

一、

土星運載火箭簡介

土星5號運載火箭是土星運載火箭系列的一個型號。土星運載火箭是在紅石導彈（Redstone）和丘辟特導彈（Jupiter）的基礎上開始研究的，包括土星1號、土星1B號和土星5號三個型號，由馬歇爾太空飛行中心總指揮沃納?馮?布勞恩與他的火箭團隊設計研發。

起初，馬歇爾太空飛行中心為執行不同的航天任務而設計了不同的幾種火箭，其中C-1火箭是土星1號運載火箭的原型，C-2、C-3和C-4火箭都終止于設計階段。直到1961年下半年，C-5火箭的構型得到確認。1963年，NASA確認選擇C-5火箭作為阿波羅計劃的運載火箭，同時給了這枚火箭一個新的名字——土星5號。

二、

土星運載火箭發動機

1、H-1發動機

土星1號和土星1B號的第一級均采用8臺H-1發動機。H-1是一種液氧/煤油火箭發動機，源自于納瓦霍導彈，能產生20萬磅力(約90噸)推力。后來發動機推力增加到20.5萬磅力(約93噸)。

2、RL10發動機

土星1號第二級采用6臺RL10發動機。RL10發動機是美國研制的第一種液氫燃料火箭發動機，其改進版被用于多種運載器。該發動機第一次地面試車是在1959年，成品的第一次飛行是在1963年11月。RL10發動機發展出了眾多的型號，包括RL10A-1、RL10A-3、RL10A-3A、RL10A-4、RL10A-4-1、RL10A-4-2、RL10A-5、RL10A-5KA、RL10B-2、RL10C等；目前應用較為廣泛的型號是RL10B-2，用于德爾塔3型和德爾塔4型火箭的第二級。

在NASA于2005年宣布的獵戶座宇宙飛船計劃中，月球著陸艙(LSAM)采用四臺RL10為下降段提供主動力，這能為NASA在登月項目上節約大量資金。另外，通用可擴展低溫發動機（CECE）正是依據RL10發動機設計制造的。

3、F-1發動機

與土星1號和土星1B號不同的是，土星5號第一級放棄了H-1發動機，而是采用了推力更大的F-1發動機。

F-1發動機研制過程

F-1發動機（以下簡稱F-1）是在美國航宇局和馬歇爾太空飛行中心領導下于1958-1967年由洛克達因公司研制和生產的。發動機在1967到1973年服役。F-1最早的研制時間可以再上溯到1955年美國空軍提出的445噸推力發動機計劃。經過兩年的技術攻關，參與計劃的工程師們完成了各種技術細節的研究，做出了包括一臺全尺寸的推力室在內的一些測試部件。1959年3月，原型機開始正式點火測試，成功達到了445噸的推力要求。

1959年1月，NASA與洛克達因公司簽訂了F-1的設計和研制合同，隨即開始了F-1的研制。1959年初，做出使用InconelX管制成再生冷卻推力室的決定（InconelX系列的合金后來還用到了X-15驗證機、SpaceX的火箭、F1方程式賽車、特斯拉的ModelS等產品上面）。

為了將管束固緊在一起，美國修建了最大的燃氣釬焊爐，并成功研制了釬焊法，第一臺燃燒室于1961年8月17日釬焊成功。其他主要工程均于計劃開始后三個月內展開。1959年2月，開始建造愛德華基地，建設三個試車臺和地面設備。

1960年3月，全尺寸燃氣發生器建造完成，同年11月，渦輪泵制造并組裝完成。1961年4月，安裝了以上兩個部件的系統首次短程試車成功，峰值推力達到729.5噸。1961年7月整臺F-1于100萬磅（453噸）推力下首次通過短程熱試車。

1961年11月，F-1渦輪泵首次以全功率(6萬馬力)工作時間進行了試驗。6個月后，F-1以150萬磅（680噸）全推力在大約2.5分鐘飛行時間下進行了試車。在不到2個月后，NASA宣布批準洛克達因公司生產55臺F-1的合同，并繼續進行研究直到1966年。

1964年12月16日，F-1完成了飛行額定試驗。NASA宣布準備并聯試驗和飛行試驗。這些試驗僅在一個月內就完成了，而通常需二到三個月才能完成。F-1組合件試驗于1966年初夏完成。最后的鑒定試驗于1966年9月完成。發動機首次飛行是在1967年11月9日進行的。

F-1發動機結構與性能

F-1發動機以燃氣發生器循環為基礎，在燃氣發生器內燃燒一小部分燃料，產生燃氣以驅動渦輪泵將燃料和氧化劑泵入主燃室，燃料和氧化劑混合并燃燒產生推力。發動機頂部是一個半球形小室，小室之下是噴射器，用來混合燃料和氧化劑。

一部分燃料進入噴射器，另一部分燃料通過178根管道直接通入推力室。盤旋的管道形成了推力室的上半部分，管道里面流過的低溫燃料可以起到給推力室降溫的作用，同時又充分預熱了燃料自身。

燃料和液氧由不同的泵泵入，但泵由同一個渦輪驅動。渦輪轉速為5500RPM，可產生55000制動馬力(41MW)。在此功率下，每分鐘可泵入58564升煤油和93920升液氧。渦輪泵可以應付嚴酷的溫度環境：煤氣的溫度高達816℃，而液氧的溫度低至-184℃。一些燃料煤油被用作渦輪的潤滑劑和冷卻劑。

推力室下方是噴嘴的延伸，大致延伸到發動機的一半長度位置。延伸部分將發動機的膨脹比從10:1提高到16:1。渦輪機排出的低溫氣體通過錐形歧管進入延伸部分，保護噴嘴在高溫(3200℃)下不受損壞。

隨著任務的進展，土星5號火箭的負荷逐漸增大，每次任務對發動機的性能要求略有差異。

洛克達因公司在F-1基礎上開發出了新款的F-1A發動機。F-1A比F-1更輕，且推力更大（達到927噸），然而隨著土星5號生產線的停產，F-1A發動機從未使用過。從上世紀70年代開始，不斷有各種關于使用F-1來開發新型火箭的意見，但都未能成行。F-1一直保持著最強單燃燒室液體火箭發動機的地位。

4、J-2發動機

J-2發動機概況

J-2發動機由洛克達因公司制造，發動機最初的設計可以追溯到1959年Silverstein委員會的建議。洛克達因公司在1960年6月獲得了研發J-2發動機的許可，初次飛行在1966年2月26日進行。

J-2發動機以低溫液氫(LH2)和液氧(LOX)為推進劑，是美國在RS-25發動機之前曾生產的最大的液氫燃料火箭發動機，每臺發動機在真空中能產生105噸的推力。J-2真空比沖為421秒，海平面比沖為200秒，質量約為1788kg。除了土星5號，曾有在其他大型火箭的上面級上使用多臺J-2發動機的提議，例如Nova火箭。

J-2發動機工作原理如下：少量氧和氫進入燃氣發生器并燃燒，產生的燃氣依次推動氫渦輪泵和氧渦輪泵，最后將燃氣注入噴管作為氣膜冷卻。液氫由氫泵加壓后，先全部用于冷卻噴管，然后大部分進入燃燒室作為燃料，小部分進入燃氣發生器。液氧由氧泵加壓后大部分直接進入燃燒室，小部分進入燃氣發生器。J-2只有主泵，沒有預壓泵。

J-2發動機用于土星5號的S-IVB級時，能在關機之后再次點火。第一次點火持續約2分鐘，將阿波羅飛船送入一個近地停泊軌道。在乘員確認飛船運轉一切正常之后，J-2發動機重新點火，將航天器組合體加速送上奔月軌道。

J-2發動機在它的 歷史 中進行了數次較小的改進，以提高發動機的性能。此外還有2次大型升級計劃，包括采用拉伐爾噴管的J-2S和采用塞式噴管的J-2T，但兩者在阿波羅計劃結束后都被取消了。

J-2S

1964年，洛克達因公司為了改進J-2的性能而研發了這個試驗版本，最主要的改動是將燃氣發生器循環換成抽氣循環，即通過燃燒室上的管道供應熱氣體，而不是通過獨立的燃燒器。這些改動除了要移除發動機上部分結構，還降低了發動機啟動的難度并妥善地協調了各燃燒室的關系。

其他的改動還包括節流系統、可變的燃料混合系統。還有一個新的“空閑模式”，它提供很少的推力，可用于在軌機動，或在再次燃燒之前穩定燃料箱。

試驗中，洛克達因公司生產了六臺樣機，命名為J-2S。從1965到1972年，這些樣機總共試車30858秒。1972年，美國當局決定不再生產土星5號，該發動機的研制也告一段落。而NASA考慮將J-2S用于其他用途，在眾多航天飛機方案中，其中就有用五臺J-2S來驅動的方案。

J-2T

J-2T是給J-2S加裝一個新的塞式噴管，這會顯著提高發動機的性能。試驗用的兩臺發動機，J-2T-200k達到了20萬磅力(90噸)的推力，J-2T-250k達到了25萬磅力（113噸）。J-2T的研制工作也隨著阿波羅計劃的停止而停止。

J-2X

J-2X是J-2的一個新版本，它曾被計劃用于已經取消的 星座 計劃和奧賴恩載人飛船。原先的計劃是使用兩臺J-2X來驅動地球出發級（EDS），每臺J-2X將提供29.4萬磅力（133噸）。J-2X將比J-2效率更高且更簡單，但比航天飛機發動機成本低。J-2X的研究工作持續到2013年，目前已暫停。

三、

星5號火箭一級（S-IC級）

土星5號第一級（S-IC級）的兩個箭體試制件由馬歇爾太空飛行中心制造，并分別在阿波羅4號和阿波羅6號中得到驗證。1961年12月，波音公司拿到了S-IC級的生產合同，S-IC推進器在位于路易斯安那州新奧爾良的波音公司密喬裝配廠中建造。這家工廠也負責建造航天飛機外部燃料箱。

S-IC級推進器的高度達42米，直徑10米（不包含尾翼），凈重131噸，裝滿燃料后重量將近2300噸。五個F-1發動機排成十字型，中心的發動機位置固定，周圍的四個發動機可以通過液壓轉向以控制火箭。

在飛行中，中央的發動機要比周圍的發動機早關閉26秒，以限制加速度。在發射中，S-IC推進器將工作168秒鐘（升空7秒前點火），隨后發動機關閉。此時火箭的高度大約是68千米，而火箭大約飛行了93千米，速度達到2390米/秒。

在發射時，5臺F-1火箭發動機產生3405噸的推力，這么大的推力需要堅固的承力結構。S-IC級有著整個火箭上最大的零件：5臺主發動機的承力支架主梁，重21噸。

S-IC級的結構設計反映了F-1發動機、推進劑、控制、儀器和連接系統的要求，結構的主要材料為鋁合金。主要包括：前裙、氧化劑箱、箱間段、燃料箱和推力結構。

前裙

前裙連接氧化劑箱與S-II級，包括前脫落插頭連接板、電氣和電子儀器盒、液氧箱和級間段的排氣系統。前裙的外蒙皮用7075-T6鋁合金制成，并用隔框和桁條進行了加強。

氧化劑箱

氧化劑箱的容量約136萬升，箱壁由經機械銑成的T形剖面整體加筋加強，加筋上連接環形隔板。箱底上安裝的十字形板用來防晃和消旋。貯箱為一個2219-T87鋁合金的圓筒，上、下有兩個半橢球形的箱底。氧化劑箱蒙皮厚度不等，后段厚0.25英寸，前段厚0.19英寸，分八段逐漸變薄。

箱間段

箱間段結構用來保持液氧箱和燃料箱之間的連續性，內部有與箱間脫落插頭連接的液氧加注和排泄接頭。蒙皮壁板和環框全部用7075-T6鋁合金制成。

燃料箱

燃料箱容量約817649升，上、下有兩個半橢球形的箱底，貯箱內壁上安裝防晃板，箱底有十字形消旋板。由液氧箱引出的五條輸送管穿過燃料箱，通到F-1發動機。箱底內部粘一層輕質泡沫填料，作為燃料吸除器，使貯箱中殘留的無用燃料減到最少。貯箱蒙皮用2219-T87鋁合金制成，后段厚0.193英寸，前段厚0.17英寸，分四段逐漸變薄。

推力結構

推力結構是發動機及其附件、底部熱防護板、發動機整流罩和尾翼、推進劑管路、反推火箭以及環境控制管路的支撐結構，把五臺發動機的集中載荷分散成均勻載荷。推力結構的外蒙皮由7075-T6鋁合金制成。

位于S-IC級底部發動機擺動平面前部的熱防護板，在飛行時對發動機的關鍵組件和底部結構進行熱防護。熱防護板是一種蜂窩結構壁板，由15-7PH不銹鋼箔制成的蜂窩芯板和厚0.254毫米的面板釬焊而成。每臺外圍F-1發動機外部都用錐形整流罩保護著，以防止氣動加載。整流罩內部有反推火箭和發動機作動器的支架。

四、

星5號火箭二級（S-II級）

土星5號第二級（S-II級）由北美航空公司（北美航空公司作為洛克維爾國際的一部分于1996年被波音公司收購）制造。S-II級使用液氫和液氧作為燃料，共有5個J-2火箭發動機。S-II級發動機的排列也呈十字形，外部的發動機可以提供控制能力。

S-II級有24.8米高，直徑與S-IC級相同，都是10米。S-II的凈重大約36噸，加滿燃料后重達490噸。S-II級兩個低溫儲箱（液氫儲箱和液氧儲箱）之間只用了一層板子相隔，這個隔板中間采用了苯酚蜂窩夾層結構，兩側用鋁箔覆蓋，需要承受兩個燃料箱之間70℃的溫度差。

S-II級可以在大氣層外為土星5號提供大約36噸的推力。這級火箭的箭體主要用7075系的鋁合金制成。

S-II級結構由殼體(包括前裙、后裙和級間段)、推進劑箱(包括液氫箱和液氧箱)和推力結構組成。殼體結構傳遞第一、第二級的助推載荷(軸向載荷、剪切和彎矩)以及相鄰級、推進劑箱和推力結構之間的殼體彎曲和縱向力。

推進劑箱內裝液氫和液氧推進劑，也是前裙和后裙之間的結構支撐。推力結構把五臺J-2發動機的推力傳給殼體結構，承受發動機推力產生的壓縮載荷和承受發動機不工作時發動機重量產生的拉伸載荷以及S-II級助推時發動機重量產生的懸臂載荷。

殼體結構

殼體結構部件的結構形式相同，其中后裙和級間段因受力較大，故為較重型結構（前裙蒙皮厚度為0.04英寸，后裙和級間段為0.071英寸）。每段均為半硬殼式簡殼，由7075號鋁合金制成，外部用帽形截面桁條加強，內部用隔框增加穩定性。

推力結構

推力結構也是半硬殼式結構，但其形狀為截錐形，錐的下底直徑為18英尺，上底直徑33英尺。推力結構同樣用隔框和帽形截面的桁條加強。四對推力縱梁(在每臺外圍發動機處有兩條)和一個中心發動機十字形支撐梁承受和分散J-2發動機的推力載荷。推力結構用7075鋁合金制成，結構下部安裝有玻璃纖維蜂窩夾層熱防護板。推力結構還用來安裝S-II級攜帶的大部分系統組件。

推進劑箱結構

液氫箱由圓筒形箱壁和上、下兩個橢球形箱底組成，箱壁由六個短筒組成，各段用縱向和環向加強件加強。箱壁和箱底均由2014鋁合金材料制成，并用熔焊方法焊接在一起。

貯箱共底（液氫箱的下底也是液氧箱的上底）為一種粘接的蜂窩夾層結構，這種結構可有助于保持液氫和液氧的低溫特性。夾層結構的面板用2014鋁合金板制成，為橢球形殼；中間的蜂窩夾芯用玻璃纖維/酚醛材料制成，夾芯的厚度不等，頂端厚約5英寸，周邊厚0.008英寸。

液氧箱由上、下兩個半橢形底組成，箱底由瓜瓣形板拼成，內表面銑成網格形。貯箱內部安裝的三塊環形防晃板抑制液氧晃動和液面擾動；貯箱下底液氧出口處安裝了十字形消漩板，以消除液氧箱出口處產生的漩渦和使貯箱中推進劑剩余量最少。

系統隧道管

半圓形的系統隧道管安裝在S-II級外部，從后裙部通到前裙段，內裝有電纜、增壓管路和貯箱推進劑消散用的火工品。S-IC級與儀器艙連接的電纜也通過這條隧道管。

五、

土星5號火箭三級（S-IVB級）

土星5號第三級（S-IVB級）由道格拉斯飛行器公司(于1967年與麥克唐納公司合并，1997年一同并入波音公司)制造。除了級間的調整結構和重啟動的能力，這一級幾乎和土星1B號第二級完全一致。S-IVB級高18米，直徑6.6米，凈重11噸，加滿燃料后重114噸。它使用了一個J-2火箭發動機，在兩個燃料柜間也使用了共享箱壁。

S-IVB級在任務過程中會使用兩次，在S-II級關閉后點火工作2.5分鐘，在月球轉移軌道射入階段點火大約6分鐘。兩個加滿液體燃料的輔助推進設備裝在S-IVB級尾部，用來在待機軌道和月球轉移階段控制火箭的高度。

S-IVB級的基本結構組成：前裙、推進劑箱、后裙、推力結構和后級間段。除推進劑箱外，其他部分全為蒙皮桁條鋁合金結構。

前裙段

前裙為液氫箱和儀器艙之間的支撐結構，由儀器艙上的檢修門（參見儀器艙照片）可以檢查前裙中的設備。前裙內有五塊環境調節板，用來支撐各種電子組件，并對它們進行熱調節。前裙外面安裝了前脫落插頭連接板、天線、液氫箱排氣口和遂道管整流罩等。

推進劑箱

推進劑箱是一個圓筒狀容器，兩端有半球形底。中間的共底為半球形蜂窩夾層結構，夾層結構的上、下兩個半球形面板由2014-T6鋁合金制成，玻璃纖維/酚醛材料制成的蜂窩夾芯粘接在兩塊面板中間，液氫箱的內表面銑成網格形，網格形的內壁粘有聚氨酯泡沫瓦，瓦上用涂了密封膠的玻璃纖維布覆蓋。

貯箱的箱壁承受前裙對接面前部的所有載荷，并把發動機的推力傳給有效載荷。液氫箱內部有一個34英尺長的連續電容傳感器、9個冷氦氣瓶、溫度和液位傳感器、預冷泵、防晃板、防晃致偏器，以及加注、增壓與排氣管等。液氧箱內部有防晃板、預冷泵、13.5英尺長的連續電容傳感器、溫度和液位傳感器，以及加注、增壓與排氣管等。

推力結構

推力結構是一個倒置的截錐殼，連接液氧箱后底與發動機支座。它為發動機提供連接點，并把發動機的推力均勻地傳給整個貯箱的周邊。推力結構外部安裝發動機的導管、電纜和對接板、氦氣瓶、液壓系統、氧/氫燃燒器，以及某些發動機和液氧箱的儀器。

后裙部

圓筒形的后裙是液氫箱與后級間段中間的承力結構。一個易斷的張緊連接件在S-II級分離時斷開，使后裙與級間段分離。

后級間段

后級間段是一個截錐形殼體，是S-IVB級與S-II級之間的承力結構，也是S-II級和S-IVB級之間所需要的電氣和機械連接的會合處。S-II級的反推火箭安裝在級間段上，分離時級間段仍與S-II級連接。

六、

土星5號儀器艙

儀器艙由IBM制造，是裝在土星5號S-IVB級頂部的一個圓筒形結構。它的內壁分布著土星5號火箭的彈道計算機、姿態穩定系統等關鍵部件，是整枚火箭的大腦。

儀器艙的基本結構是一個由鋁合金蜂窩夾層材料制成的短圓筒，這是由三塊長度相等的蜂窩夾層板拼成的，前后端框由擠壓成的特制鋁型材制成，型材粘接到蜂窩夾層上。之所以用此種結構，是因為它具有較高的強度重量比、良好的隔音和熱傳導特性。儀器艙的三塊弧形板分別是檢修壁板(Fin-A)、飛行控制計算機壁板(Fin-B)和慣性導航平臺壁板(Fin-C)。

在上圖中，左下方有一個檢修門，這附近就是Fin-A。檢修門旁邊有個黑色的管子，這管子和上面的整個環形的管路是連在一起的，是用來控制土星5號大腦溫度的環境控制管路。黑色管子下面藏著一個2.7升的小氣瓶，內有高純氨氣。黑色管子右側的圓柱形罐子是儲水箱。水箱左側的紅色盒子是D-30電池系統。

水箱右側是彈載計算機和彈載數據記錄儀。圖片正下方（記錄儀右側）的盒子里是控制指令分配器和遙測遙控指令譯碼器。這個盒子右邊的那些盒子是遙測天線對應的電子器件盒，包括VHF遙測天線、c波段天線、PCMCCS天線等。

圖片右側的那個大球就是存放氨氣的地方，供氣壓力為703噸/平方米。大球旁邊是ST-124-M3慣性導航陀螺儀。

圖片右上方的大方盒子為土星5號火箭的ST-124-M3慣性導航陀螺穩定平臺的控制電路。平臺旁邊是加速度計信號調節器和專門供給導航系統用的56伏電源。另外的電源系統還有28伏直流電源，供小負載的電氣系統使用，另有5伏直流電源供傳感器使用。

七、

星5號運載火箭應用情況

八、

土星5號之后美國重型運載火箭的發展

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