蘇聯的N1火箭和美國的土星五號不設計固體助推器是出於什麼原因?

鄧繼敏

美國的土星五號和蘇聯的N1火箭雖然都是用來登月的,但技術水平不是一回事,不能相提並論,謝謝。

土星五號不用助推器的原因,是F1發動機即使放到現在也是神器,推力太強大,而且可靠性很高。一般來說,在芯級推力不足的情況下,才會使用助推器,而且助推器並不是越多越好。

圖一:美國土星五號發動機推力夠強,不需要裝助推器。

順帶提一嘴,美國並不是認為助推器一定沒有用,而是該用的時候可以用,美國的新星火星,跟土星五號一脈相承,實際上是加裝了助推器的,只不過是那麼強大的火箭沒啥東西好射,所以無疾而終。土星五號一級用了五臺F1發動機,而新星火箭的一級用了八臺F1發動機。

人類設計登月火箭,無非是幾個路數,第一個路子是美國的土星五號,設計出推力逆天的F1發動機,單機推力達到680噸,這個指標到今天也是不可思議的數字。一級裝五個,總推力接近3500噸,推個上百噸的登月組合艙毫無壓力。幾乎可以說,土星五號的推力是過剩的。這麼強大的火箭,何必再另外加幾個助推器呢?

圖二:蘇聯N1火箭,密密麻麻的發動機能發射成功才叫見鬼。

第二個路子就是蘇聯的N1火箭,發動機推力不夠,數量來湊。蘇聯當時搞不定大推力發動機,只能用小推力發動機來湊數。所以N1火箭長得跟蜂窩煤差不多,一級佈置了30臺NK-15發動機。在當年是解決不了可靠性的問題,所以N1火箭發射一次炸一次,沒有成功的記錄,蘇聯登月計劃無疾而終。

蘇聯的大推力發動機出現得太晚,RD-170一直到1985年左右才勉強搞定。RD-170也是不遜於F1發動機的神器。如果能提前20年搞定,蘇聯的N1火箭肯定不會造成蜂窩煤樣子,必然長得跟土星五號差不多,光溜溜又粗又長一大條,沒有助推器。

圖三:中國的長征九號有助推器。這是因為搞不定F1和RD170這種神器。

另外馬斯克的獵鷹重型火箭,也是採用了這個路子,用一堆小的發動機代替一個大的發動機。但是現在的技術進步了,一是自診斷技術和冗餘技術容許一臺或兩臺小的發動機失效,仍然不危及整枚火箭的飛行員。二是用若干小發動機組成一個模塊,幾個模塊拼成芯一級,模塊化設計的本身也隔離了風險。

第三個路子就是中國的長征九號火箭。中國登月不可能走蘇聯N1失敗的老路子,顯然不可能在芯一級佈置30個小發動機,但也搞不定F1這樣的發動機怪獸。所以中國搞的是折衷的辦法,500噸級的發動機也湊和夠用,但是指望4臺500噸裸奔上月球不太現實,所以需要助推器來湊。這個路子在技術難度和技術風險上做了權衡。


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