土星5号(Saturn V,又译农神5号)是NASA在阿波罗计划和天空实验室两项太空计划中使用的运载火箭,为可载人的多级可抛式液态燃料火箭。其同时为土星运载火箭系列中唯一实际运用的3个火箭型号之一。
尽管NASA曾设想过更大的火箭,但土星5号是历史上最大的火箭,高达110.6米,更是目前使用过的最高、最重、推力最强的运载火箭。土星5号由沃纳·冯·布劳恩和阿瑟·鲁道夫以及他们的德国火箭团队担任设计研发的工作,主要的承包商包括波音、北美航空、道格拉斯飞行器公司以及IBM。
1967年至1973年期间NASA在肯尼迪航天中心共发射了13枚土星5号火箭,从来没有过损失有效载荷的事故发生(虽然阿波罗号6和阿波罗13号曾出现过推进器失灵的问题,但机载电脑都能够通过延长剩余推进器燃烧时间的办法以保持飞行)。除了一次例外,所有其他土星5号的发射都有三级:S-IC一级、S-ll二级和S-IVB三级。一般来说,一次发射任务的前20分钟左右由火箭推动。土星5号的主要载荷是阿波罗航天器。最后一次土星5号的发射将天空实验室的空间站送入太空。

研发商:波音,北美航空,道格拉斯
首飞时间:1967
国家:美利坚合众国
高度:110.6m
一级宽度:10.1m
整流罩直径:约8m
质量:3039t
起飞推力:3467t
一级发动机:F-1 *5
二级发动机:J-2 *5
运力:LEO:140t TLI:45t
LEO运载比:4.6%
起飞推重比:1.14
发射费用:约100000w
发射成功率:100%
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1、各级参数
第一节-S-IC
发动机:5 枚F-1火箭发动机
推力:3467t
比冲:263 秒 (2580 N-s/kg)
推进时间:150 秒
燃料:煤油/液氧
第二节-S-II
发动机:5枚 J-2火箭发动机
推力:453.2t
比冲:421 秒 (4130 N-s/kg)
推进时间:360 秒
燃料:液氢/液氧
第三节-S-IVB
发动机:1枚 J-2火箭发动机
推力:102t
比冲:421 秒 (4130 N-s/kg)
推进时间:165 + 335 秒(两次点火)
分级和设备
土星5号共包括三级:第一级S-IC,第二级S-II,和第三级S-IVB,以及设备单元。所有的三级发动机都使用液氧作为氧化剂。第一级使用RP-1煤油作为燃料,第二级和第三级都使用了液氢作为燃料,每一级的上一级都使用了小的固体燃料发动机以将其与下一级分离,同时保证液体推进剂在正确的位置注入泵中。
S-IC 第一级
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。发射时它的两千多吨重量中的绝大部分都是推进剂,也就是RP-1和液氧氧化剂。它的高度达42米,直径10米,可以提供34兆牛顿的推力,可以使火箭上升至61千米高。这一级推进器的净重131吨,装满燃料后重量将达到2300吨。五个F-1发动机排成十字型,中心的发动机位置固定,而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。
S-II 第二级
S-II推进器由位于加利福尼亚州的北美航空建造。这个推进器使用液氢和液氧作为燃料,共有5个J-2火箭发动机。和第一级的S-IC推进器类似,发动机的排列仍呈十字形,外部的发动机可以提供控制能力。S-II推进器有24.9米高,直径与S-IC推进器相同,都是10米。S-II的净重大约36吨,当加满燃料后重达480吨。第二级可以在大气层外为土星5号提供大约360千牛顿的推力。尽管加满燃料以后90%以上的重量都是推进剂,超轻的设计在结构测试中导致了两次失败。在S-IC推进器中,通过内部燃料箱的结构将两个燃料箱完全分开,但是在S-II中没有采用这种方法。S-II推进器的液氧燃料箱的顶部与液氢燃料箱的底部使用了一个共同的箱壁,这个箱壁由中间夹有酚醛树脂的蜂窝状结构的两片铝板构成。这个箱壁需要承受两个燃料箱之间70°C的温度差。共用箱壁的设计节省了3.6吨的重量。S-II和S-IC推进器都是通过海运运抵装配大楼的。
S-IVB 第三级S-IVB推进器由位于加利福尼亚州的道格拉斯飞行器公司建造。它使用了一个J-2火箭发动机,和S-II推进器一样都使用了液氢和液氧作为燃料。S-IVB推进器在两个燃料柜间也使用了共用箱壁。这个推进器有17.85米高,直径6.6米,重量也尽量的减轻了,尽管减轻的程度不如S-II那样大。S-IVB的净重11吨,加满燃料后重119吨。这一级在任务过程中会使用两次,首先在第二级活动及关闭后,S-IVB点火工作2.5分钟,然后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推进器尾部,用来在待机轨道和月球转移阶段控制火箭的高度。这两个辅助推进设备也用作姿态控制以帮助燃料在月球转移轨道上射入点火前处于正确的位置。
S-IVB推进器是土星5号唯一的可以使用空运的的一级。除了级间的调整结构和重启动的能力,这一级推进器几乎和土星1B号的第二级完全一致。
控制设备单元
控制设备单元由IBM制造,放在第三级的顶端。它在位于亨茨维尔的空间系统中心建造。这个计算机控制了火箭从起飞前一直到抛弃S-IVB推进器的操作过程。它包含了为火箭导航和遥测的系统。通过测量加速度和火箭的高度,它可以计算出火箭的位置和速度,同时对偏向做出修正。