内容简介

使用液氧煤油燃气发生器循环，推力为150万磅的F-1发动机是历史上强大的单推力室液体火箭发动机，其飞行成功率高达100%，以其为动力的土星\号运载火箭，推举阿波罗飞船成功实现了人类载人登月的伟大壮举。本书图文并茂，介绍了土星V号运载火箭构型、载人登月模式和F-1发动机推力量级的演变过程。重点叙述了F-1发动机研制过程的设计、生产和试验验证工作，对如何解决发动机燃烧不稳定的问题作出了比较详细的描述。最后，本书还介绍了98台F-1发动机的用途和归宿，以及F-1发动机的改进型F-1A的研制工作。

前言

推动阿波罗计划和天空实验室计划的强大的土星Ⅴ号运载火箭，需要设计和研制新型液体火箭发动机，其推力几乎是当时世界上服役的任何火箭发动机的4倍。型号称为F1的新型大推力发动机，于1958年开始设计，到1973年年底，先后为13枚土星Ⅴ号运载火箭提供动力，可靠性达100％。通过广泛的文献研究和人物访谈，安东尼·扬搜集了有关F1发动机设计和研制的故事，讲述了F1发动机的历史。安东尼不仅呈现出F1发动机的历史，还对早期NASA和承包商在登月运载火箭中的商业研究有深刻见解。他的故事还包括NASAF1发动机项目管理的作用、波音公司对SIC级的研制过程，以及对土星Ⅴ号运载火箭加工和装配的描述。当然，若不介绍下一代F1发动机，即F1A，F1发动机的历史是不完整的，在土星Ⅴ号运载火箭计划取消前，F1A发动机就进行过海平面推力为180万磅的试验。F1发动机的历史可追溯到20世纪40—50年代，正值美国大力发展导弹和航天运载火箭系统时期，到洛克达因公司研发E1发动机系统时，推力大幅度增大，海平面推力已达40万磅。在20世纪50年代后期，NASA成立之前，空军和洛克达因公司从事多项研究来回答这样一个问题:“需要的火箭发动机最大推力是多少呢?”研究确定，海平面推力为100万磅。有了这个推力目标，空军开始资助洛克达因公司进行研究，并为推力100万磅的单壁推力室设计、生产和试验提供了适量资金。按照建立的字母数字命名体系，洛克达因公司将推力100万磅的发动机命名为F1发动机。与空军签订合同的同时，美国国会成立了一个民用航天机构，1958年10月1日，NASA应运而生。根据该机构章程，F1发动机的任务随即从空军转移到NASA，目标推力也增至150万磅。随后继续研制单壁推力室，当推力室在圣苏珊娜野外实验室试验时，轰鸣声响彻山野，所以用“金刚”来形容该系统。F1发动机在设计和研制过程中，技术人员遇到了诸多挑战，需要克服燃烧不稳定、液氧涡轮泵故障以及诸如小裂缝、侵蚀和泄漏等小问题。由于F1发动机尺寸很大，在生产、试验和发射过程中，需要大量工艺技术和设备来操作、运输和保护。推力室冷却液管束的炉中钎焊，喷管延伸段（裙部）的设计、处理和安装，以及在发射和飞行过程中保护发动机的热防护系统，都需要许多工程创新。F1发动机在洛克达因公司卡诺加园区生产，而发动机整机的试验主要在爱德华兹野外实验室进行。最初在那里构建了3个试验台，但随着试验的增加，1962年NASA宣布新增3个试验台。作为F1发动机装配到SIC及其随后试验的早期参与者，洛克达因公司安排我和我的家人搬到马歇尔航天飞行中心（MSFC）。在随后的3年中，NASA、波音公司和洛克达因公司团队取得了许多令人振奋的成果。在研制过程中洛克达因公司确定了很多改进升级项目（约50项），在发动机交付前的生产过程中，这些改进升级项目还不能安装，而必须在交付到MSFC后，在初始试验发动机和飞行发动机上安装。这些改进是必需的，如在推力室焊接螺柱以固定保温附件，在推力室焊接角撑板以加强对“推力OK”压力开关的支撑等。这些安装由洛克达因公司外场作业团队实施。其他改进，如传感器和线束等，在洛克达因公司现场工程技术团队支持下由NASA的技术人员，或由安排在MSFC的一名洛克达因公司技师来完成。洛克达因公司也在MSFC为NASA经营了一个改装套件和支持硬件的大型仓库，这为F1发动机在MSFC进行成功的安装做出了贡献。在SICT试验时，F1发动机进行了垂直安装，级安装在试验台上。在SICT的前3次试验中，只安装了中心发动机。前两次试验关机过早，第1次为监视器无意中关机，而第2次关机是由于安全电路接线断开。第3次试验按程序成功进行了大约15秒。1965年4月16日，对所有（5台）发动机进行了试验，设定的时间约为7秒。5台F1发动机簇，推力超过750万磅，点火时震撼了阿拉巴马州北部。这是多么令人激动的现场体验啊。我不记得实际的观看距离，但MSFC试验部的控制中心似乎相当接近试验台，在F1发动机簇试验时可以很好地感受其威力。那时的通信，并没有今天的网络顺畅，我不得不通过电话中继，从控制中心将倒计时和首次试验激动人心的气氛传递到卡诺加园区挤满洛克达因公司F1发动机管理人员和工程师的一个房间里。F1发动机项目的圆满成功，归功于NASA和洛克达因公司由计划/项目管理、工程、质量、采购、生产、试验和发射人员组成的强大团队的努力。F1发动机在阿波罗计划和天空实验室计划完成后的剩余产品，安装在SIC级上，今天可以在阿拉巴马州美国太空及火箭中心、佛罗里达州肯尼迪航天中心（KSC）、路易斯安那州米楚德装配厂见到。作为独立展示，也可以在美国和国外的多个博物馆见到。在阿波罗11号登月10周年之际，一台F1发动机傲然屹立在加利福尼亚州洛克达因公司（现普惠洛克达因）卡诺加园区工厂的前面，以献给设计和研制该发动机的人们。文斯·J·惠洛克洛克达因公司野外工程及物流主任（已退休）

目录

第1章 探月火箭的演变1．1 早期的月球研究和计划1．2 肯尼迪的月球决策1．3 登月运载器研究1．4 月球任务模式细化1．5 土星脱颖而出1．6 土星直接上升研究1．7 选择月球轨道交会对接模式第2章 F-1发动机任务的起源及研制过程2．1 E-1发动机2．2 早期的F-1发动机研究2．3 将F-1发动机项目移交给NASA2．4 “金刚”的怒吼2．5 确定发动机起动时序2．6 推力室管束研制2．7 喷注器及燃烧不稳定性2．8 “第一计划2．9 涡轮泵研制2．10 其他组件故障及解决方案2．11 发动机热防护2．12 继续研发和改进第3章 MSFC管理下的F-1发动机项目3．1 应对燃烧不稳定问题3．2 合同谈判及责任3．3 宏观计划管理第4章 F-1发动机及其工作原理4．1 推进剂贮箱增压系统4．2 推进剂供应控制系统4．3 推力室组件4．4 涡轮泵4．5 燃气发生器系统4．6 发动机接口面板4．7 电子系统4．8 液压控制系统4．9 飞行测试系统4．10 发动机的工作过程4．11 发动机关机4．12 发动机的运输第5章 F-1发动机在洛克达因公司的制造过程5．1 20世纪60年代的洛克达因公司5．2 无损检测5．3 F-1发动机推力室5．4 F-1发动机的10#涡轮泵5．5 换热器和涡轮排气集合器5．6 液压管路、软管和线束……第6章 MSFC、波音公司和s-Ic级第7章 F-1发动机及s-Ic级试验第8章 KSC和阿波罗土星计划第9章 F-1A：本应问世的发动机附录