载人航天100个标志性航天器（第一个太空时代 1957年–1977年）——​运载火箭

先驱者 1号 （Vanguard 1）

选择一颗民用卫星而不是军用卫星来代表美国首次进入太空，在当时看来是一个明智的决定。艾森豪威尔政府不想利用武装部队的明显候选者--空军的 "阿特拉斯"、陆军的 "红石 "或海军的 "北极星 "弹道导弹--因为为和平目的开发其中任何一个所花费的时间都可能推迟它们对苏联的部署。此外，它符合艾森豪威尔总统的信念，即空间探索应该是一种民事追求，部分是为了掩盖政府平行的、秘密的空间间谍活动计划。因此，当国际地球物理年（IGY）的组织者在1955年宣布开展竞赛，开发能够对地球进行科学观测的卫星时，政府选择了由海军研究实验室项目（NRL）赞助的先驱者（Vanguard）项目。

Vanguard似乎也是一个合乎逻辑的选择，因为NRL正在进行的维京火箭计划是成功的。虽然是海军部的一部分，但实验室和它的一群项目工程师在1945年设想的维京火箭不是作为一种武器，而是作为研究人员进行科学实验和地球观测的一种工具。它由马丁公司和Reaction Motors公司制造，表面上看起来像V-2，但重量减少了三分之二，携带45公斤的有效载荷，并达到类似的高度。从1949年到1955年，"海盗 "号经历了12次发射，开始时达到80公里高度，结束时达到254公里，这是一个单级火箭的高度记录。它的第一个任务是测量高层大气风、温度和压力；第一个拍摄地球高空照片的任务；以及第一个拍摄飓风和热带风暴的任务。此外，维京的发动机万向球系统开创了火箭转向的先河。

在战胜其他竞争者的过程中，NRL让约翰-哈根博士担任领导，米尔顿-罗森担任技术总监。罗森设想 "先驱者 "火箭的第一级是 "海盗 "的延伸版，由美国陆军已停产的赫尔墨斯导弹项目中使用的通用电气液体推进剂发动机提供动力。他选择了海军的Aerobee导弹，与Aerojet液体推进剂发动机相配，作为第二级。项目经理随后增加了一个带有固体推进剂发动机的第三级，球形的 "先驱者 "卫星安装在一个轴上。维京号的有效性记录；罗森对熟悉的、久经考验的成分的偏爱；以及在民用背景下追求它的机会，都肯定了艾森豪威尔政府选择先驱者号来响应IGY的呼吁。

但在作出决定的两年后，NRL的候选人开始显得不那么吸引人了。当详细的工程分析表明需要进行广泛的修改时，罗森所倡导的使用现成部件的优势就不复存在了。原本1200万美元的预算也膨胀到了1亿美元。然而，早期的三次试飞使人们有理由感到乐观。在1956年12月8日、1957年5月1日和1957年10月23日发射，每一次都成功了，但它们只发射了第一级（维京人运载火箭）；没有一次测试了整个可执行任务的试验。这次试验是在1957年12月6日进行的，当时整个飞行器加上完整的制导和控制系统在卡纳维拉尔角的发射台上等待着。它高23米，直径近1.14米，重10,050公斤。

倒计时后带来了灾难。升空时，"先驱者 "号上升了几米，在其第一级失去动力时停下来，落回地面，并在一个巨大的火球中炸毁。

这一壮观的公开失败不仅得到了媒体的报道，而且紧随苏联人造卫星1号和2号（分别于1957年10月4日和11月3日）的历史性成功之后发生。这些事件说服了艾森豪威尔政府，使先驱者号以前的一个对手--陆军的红石（与喷气推进实验室的中士导弹联合）重新焕发生机，该方案首次提出于1955年。1958年1月31日，陆军/喷气推进实验室团队被证明可以用探索者1号卫星送入太空。

尽管如此，在1958年3月17日先驱者1号卫星进入了轨道。虽然只取得了第二名的成绩，但先驱者号在美国火箭上留下了深刻的印记：它的第二级出现在雷神导弹上，它的第三级被用到阿特拉斯导弹上，它的万向节发动机成为土星火箭设计的一部分。

红石 朱诺 1号（Redstone Juno 1）

与不太成熟的 "先驱者 "计划相比，陆军从20世纪50年代初就有一种正在开发的导弹，由德国移民冯-布劳恩（Wernher von Braun）博士和他在亨茨维尔的同事领导（与克莱斯勒公司合作）。红石（以亨茨维尔的陆军红石兵工厂命名）最初是作为一种中程核导弹设计的，能够携带一个3130公斤的弹头飞行约290公里，它享有明显的优势，雇用了许多在二战期间制造V-2火箭的工程师和科学家；事实上，"红石 "直接来自V-2。从1953年到1958年，"红石 "的37次试飞中，65%的试飞成功，但更重要的是，在这五年期间，冯-布劳恩的工程师做出了许多重要的渐进式改进。

随着 "红石 "在阿拉巴马州的进展，喷气推进实验室的火箭专家们设计了更小的单级固体推进剂中士战术核导弹。该导弹始于1955年，于1956年发射。

1957年12月，根据总统的批准，红石和中士导弹小组联合起来，任务是在短短80天内将一颗卫星发射到轨道上。亨茨维尔得到了建造第一级的任务；JPL同意制造第二至第四级、一个通信系统和卫星本身。在帕萨迪纳的主要任务要求工程师们缩小中士固体推进剂火箭发动机的尺寸，并在第二和第三级中分别将其中的11个和3个发动机集中起来。一台中士发动机构成第四级，将有效载荷推入太空。为了将 "红石 "从弹头载体转换为卫星发射器，冯-布劳恩小组将导弹加长了2.4米，以增加燃料箱容量，加强了弹头部分以支持上面各级的重量，并改变了燃料混合物。这种改进后的导弹被命名为 "木星-C"，其中包括除JPL第四级以外的所有部件。

通过在 "木星-C "上增加顶级和有效载荷，组合起来的火箭被称为 "朱诺Juno 1号"，它将美国的第一颗卫星推入轨道。按照二十一世纪的标准，它很小，高21.2米，直径近1.8米，重量刚刚超过29,060公斤，它将六个有效载荷中的三个送入轨道。但是它的第一个航天器探索者1号的成功，即在1958年1月31日升空，在美国引起了宽慰和庆祝，并在苏联的人造卫星1号和2号成功的冲击后恢复了一些乐观的感觉。

朱诺 1号 - 探索者 1号 （Juno I-Explorer 1）

水星 - 红石 （Mercury-Redstone）

水星 - 阿特拉斯（Mercury-Atlas）

在1958年夏天水星计划的初始阶段，国家航空咨询委员会的空间任务小组批准了其一名工程师的建议，即用现成的导弹将第一批美国人送入轨道。航天器设计师马克西姆-法吉特的建议显然不仅在时间上，而且在金钱上都有节省。但法吉特的计划也低估了将一种军事武器转换为民用的难度--一种仍处于发展阶段的武器。

法吉特推荐的阿特拉斯导弹的演变始于1951年1月，当时美国空军（USAF）授予康维尔飞机公司一份合同，研究一种能够将3630公斤的核弹头运到8000公里外的目标的洲际弹道导弹（ICBM）的可行性。两年后，随着氢弹的出现，需求发生了变化。与这种新的热核爆炸物相关的弹头重量大大低于原子弹的重量，减少了阿特拉斯系统所需的有效载荷能力，并且由于其更高的爆炸当量而使准确性变得不那么重要。为了应对这些变化的情况和苏联导弹技术的冲击，国防部在1954年加快了 "阿特拉斯 "计划，将其列为国家最高优先事项。

阿特拉斯导弹的技术难度很大，需要三个主要的创新：可旋转发动机喷口，在到达目标前与导弹分离的鼻锥/整流罩，以及最激进的，为导弹本身设计的全新的内部支撑系统。康维尔公司的工程师查理-博萨特（Charlie Bossart）没有依靠赋予早期火箭强度的重型结构，而是构想了一个系统，其中充满加压氮气的薄壁单壳推进剂罐（被戏称为 "钢气球"）作为阿特拉斯的骨干，基本上使用蒸汽作为主要承重部件。博萨特的技术简化了结构，减少了飞行器的质量。

阿特拉斯A的飞行测试于1957年开始。前两次发射失败，但12月的第三次发射成功了。总的来说，阿特拉斯A只在八次尝试中的三次达到了美国空军的期望。阿特拉斯B做得更好，有五次令人满意的飞行（第一次在1958年8月）和三次事故。六枚阿特拉斯C中的三枚按预期飞行。阿特拉斯D--第一个被部署到发射井的型号--在1959年4月的首次飞行中遇到了问题，但它稳步改进，在117次测试发射中产生了90次满意的结果。

NASA发现自己在火箭发展的这个不确定的磨合阶段将水星舱与阿特拉斯D整合在一起。尽管头疼，阿特拉斯在发射台上看起来令人印象深刻，它长25米，直径3.05米，重量为116,100公斤。

水星-阿特拉斯1号--第一次尝试将太空舱和助推器一起发射--并没有提高任何人的信心。1960年7月29日的飞行在三分钟多一点的时间里就结束了，原因是火箭的蒙皮在太空舱的下方发生了弯曲。康维尔公司和美国宇航局的工程师们通过用一条200毫米的钢带加固助推器/航天器的接口，以及加强连接它们的适配器来解决这个问题。按照这些步骤，水星-阿特拉斯2号在1961年2月获得了成功，在这一结果的鼓舞下，项目管理者将水星-阿特拉斯3号安排在1961年4月25日。这将是第一次无人驾驶的轨道任务。但它也失败了，就在尤里-加加林成为第一个绕地球轨道飞行的人之后13天。

在搭乘宇航员之前，NASA进行了最后一次试飞。1961年11月，水星-阿特拉斯5号将一只18公斤重的黑猩猩伊诺斯送入太空。火箭性能良好，它与航天器的分离是按顺序进行的，环境控制和跟踪系统按计划工作，伊诺斯在两圈轨道飞行和181分钟的失重状态下生存下来，生理状况良好。

因此，尽管水星-阿特拉斯火箭在其职业生涯开始时在美国宇航局的领导人心中引起了合理的担忧，但最终它提供了可靠的发射服务，使美国航天局即使尚未进入苏联对手的射程，也能看到目标。

Mercury-Atlas D

阿吉娜（Agena）

以夜空中最亮的星星之一命名的阿吉娜上级火箭成为美国国家航空航天局太空任务中不可缺少的一部分。与半人马座一样，阿吉娜火箭不是起源于美国航天局，而是起源于美国空军。

苏联在1955年发射人造卫星1号的两年前，美国空军启动了117L武器系统，这是一个巧妙的混合体，后来被称为Agena。一方面，它作为第二级，将卫星升入轨道。但它的设计者也设想它是一颗照片侦察卫星，被建造成在第一级助推器上的亚轨道弧线上，然后通过发射自己的可重新启动的推进器和机动系统分离并进入轨道。在完成飞越任务后，阿吉娜号重新进入大气层并烧毁，但在载有该航天器的照相机和图像的太空舱返回地球之前。空军在1956年授予洛克希德公司Agena的合同。

阿吉娜A为空军的几个侦察目标服务：作为美国最早的间谍卫星，秘密地称为 "日冕"，公开地称为 "发现者"；以及作为阿特拉斯的第二级，在这个角色中它加强了导弹探测和监视（MIDAS）预警系统和卫星和导弹观测系统（SAMOS）电子情报卫星。在其 "日冕 "角色中，阿吉娜作为 "雷神 "中程（射程3219公里）弹道导弹的第二级飞行，由道格拉斯飞机公司为空军开发，主要部署在英国空军基地。从1959年1月到1961年1月，共发射了20枚阿吉娜A级。

阿吉娜B比阿吉娜A有更多的发射次数。它改进的贝尔发动机可以在太空中重新启动，它更长的弹身携带了更多的推进剂，使发射时间增加了一倍，达到240秒，并为轨道机动留下了剩余的燃料。在1960年至1966年间，Agena B在 "雷神 "号上飞行了47次，在阿特拉斯号上飞行了29次。

NASA从 "日冕 "号的发射中发现，Agena B可能能够填补其行星探测器的额外升力的空白--特别是在1960年至1962年的时间范围内--同时它还在等待更强大的半人马座（Centaur）的出现。由于担心如果拖延时间过长，苏联可能会在月球探索中占得先机，NASA将Agena B作为其Ranger月球发射的第二级来使用。航天局发现自己在一段时间内依赖于Agena；Centaur第一次发射实际的航天器（勘测员Surveyor 1），直到1966年才发射。阿吉娜D是一个标准化的阿吉娜B，在其圆锥形的头部可以搭载各种各样的探测器和卫星，成为阿吉娜的主力。从1962年到1987年退役，它进行了269次发射，其中125次在 "雷神 "导弹上，76次在阿特拉斯导弹上，68次在泰坦导弹上。

美国宇航局在双子座计划中从阿吉娜D中获得了最大的利益。它被称为双子座-阿吉娜目标飞行器（GATV），长7.93米，直径近1.52米，重3260公斤。在GATV的基本设计中，其项目工程师增加了一个对接座圈和一个状态面板显示器。GATV不仅作为双子座任务的会合和对接飞行器，而且还发挥了第三个作用：对接后，它保留了足够的燃料作为太空拖船，将双子座太空舱和机组人员运送到更高的地球轨道。

阿吉娜号目标飞行器执行了六次任务。1965年10月的双子座6号，1966年3月的双子座8号，1966年5月的双子座9号，1966年7月的双子座10号，1966年9月的双子座11号，以及1966年11月的双子座12号。尽管它对美国的侦察工作以及美国早期的太空计划做出了许多贡献，但在其超过25年的寿命中，阿吉娜作为GATV获得了最大的知名度，它是双子座宇航员为阿波罗计划进行训练时不可缺少的训练工具。

Agena 上面级

半人马（Centaur）

半人马的名字来自希腊神话中的人物，他有人类的躯干、头部和手臂，而有马的身体，半人马表达了一种双重性：人类的思想与马的力量相结合。

美国空军的阿特拉斯（Atlas）和半人马座（Centaur）都是由美国空军发起的。事实上，在康维尔公司为美国空军制造阿特拉斯系统的同时，它在1957年提交了一份关于半人马座的提案，这是一种强大的第二级助推器，能够将特别重的有效载荷送入太空。认识到它的实用性，空军继续进行该项目，但在1959年将其让给了新成立的美国国家航空航天局。

NASA需要半人马座实现其探索月球和其他星球的计划，但其早期的发展并没有给人以鼓励，因为延迟和试验台的爆炸拖累了该计划。1962年5月，当半人马座在发射后爆炸时，航天局决定采取行动；它授权将该项目从总部转移到位于俄亥俄州克利夫兰的NASA刘易斯（1999年后为格伦）研究中心外地办事处。刘易斯专门研究推进器。

半人马座成为美国宇航局刘易斯研究所最重要的成就之一。它的工程师们自1940年代末以来一直在试验高能液体推进剂。特别是对于半人马座，刘易斯团队配制了一种液态氢/液态氧混合物。通过在俄亥俄州桑达斯基的刘易斯Plumbrook站的地面测试，他们也改进了阿特拉斯的第一级。

有了这些来自刘易斯的创新，康维尔公司开始采用与阿特拉斯相同的革命性技术来制造半人马座：使半人马座的油箱，而不是其支撑物，成为其结构完整性的支柱。每个半人马座由两个薄壁不锈钢罐组成：一个是液氢罐，要求持续温度为摄氏-251度；另一个是液氧罐，要求摄氏-183度。

1963年11月27日阿特拉斯-半人马的飞行标志着世界上首次成功地使用了高能量的液氢和液氧混合，这代表着与所有其他火箭上使用的煤油基碳氢化合物燃料的彻底决裂。半人马的长度为9.1米，直径为3米，燃料重量为15,876公斤。

最后，经过八次实验性飞行--其中一次以1966年5月30日在发射台上的爆炸而告终，阿特拉斯-半人马座达到了预期目的，它将勘测者1号送出了地球轨道，在月球上首次软着陆。在20世纪70年代，美国宇航局的工程师将半人马座与泰坦III导弹相匹配，该导弹的首次飞行在1974年2月失败。但在1975年8月和9月分别发射历史性的维京1号和2号火星任务时，泰坦-半人马导弹证明了它的能力。直到航天飞机时代，NASA的大部分大型行星航天器都依赖于半人马座，包括勘测者号、水手号、先驱者号、维京号和旅行者号探测器，它们访问了月球、水星、金星、火星、木星、土星、天王星和海王星。Centaur还推动了许多著名的欧洲航天局任务，如1995年的太阳日光层观测站和1997年的卡西尼-惠更斯。为了服务所有这些客户，半人马座经历了多年的改进和修改，一直持续到21世纪。总共有八种不同的运载工具--Atlas-Centaur、Atlas G、Atlas I、II、III和IV，以及Titan III和IV--利用了Centaur的非凡助推力。

半人马 Centaur 上面级

双子座-泰坦（Gemini-Titan II）

在其46年的寿命中，泰坦导弹不仅是双子座的运载火箭，而且是太空轨道活动的支柱，也是其主要的核威慑力量之一。然而，它有一个令人惊讶的不吉利的开始。空军将军伯纳德-A-施里弗（Bernard A. Schriever）在担任空军西部发展司司长期间监督了阿特拉斯导弹的测试和部署，他支持泰坦的原因有两个：作为阿特拉斯的代替，以及作为对阿特拉斯的制造商康维尔公司的竞争诱因。马丁公司在1955年赢得了制造泰坦I的合同，空军选择了Aerojet公司来制造发动机。泰坦I于1959年开始运行。

麦克唐纳 McDonnell 双子座 （Gemini）SC 8-12
Agena-D 对接方式

但空军认识到泰坦I的几个弱点，最明显的是要等待15分钟才能将其从地下发射井中升起，装载不稳定的推进剂（液氧）并发射。马丁提出了解决这些问题和其他问题的办法，推出了泰坦II，用更容易处理的可储存的推进剂作为燃料，从发射井内发射。到1960年，康维尔公司公布了泰坦II的特点。长32米（而泰坦I为30米），直径3米，第一级推力为195吨（而泰坦I为136吨）。

将这种基本上是新的导弹转变为双子座的运载火箭，给NASA、马丁公司和Aerojet公司的工程师们带来了很多麻烦。首先，泰坦II早期发射的总体模式还有待改进。在1962年3月至1963年4月的33次试验飞行中，约有9次导致失败或只有部分成功。从NASA的观点来看（如果不是空军的观点），1962年3月16日第一次泰坦II发射时发生了严重的事件。升空后90秒，第一级燃烧室发生纵向振荡。导弹仍然按要求飞行了8000公里并击中了目标区域，但这种所谓的 "振荡"效应只能在弹道导弹上被容忍，而不能在注定要运载宇航员的双子座-泰坦II号运载火箭上容忍。在提出了几个解决方案后，项目工程师们同意采取一些措施，使问题（在泵送过程中燃料管道的部分真空）得到控制：增加燃料箱的压力，用铝制氧化剂管道取代钢制馈电管道，并在馈电管道上增加一个燃料激增室。

然而，要使泰坦II被批准用于载人航天，需要的不仅仅是解决一枚导弹的异常情况。幸运的是，在水星计划期间，已经建立了一个控制零件和关键部件的系统，确保这些单件符合统一性和质量的最高标准。事实上，为水星号制定的程序并不只是以手册的形式传递给双子座；许多最初执行这些准则的人又为双子座做了第二次的工作。

双子座-泰坦II成功的最大贡献者之一涉及故障检测系统（MDS）。与 "水星 "号开创的以自动中止来应对异常情况的系统不同，"双子座 "的MDS提醒宇航员注意问题，并让他们选择解决这些问题。MDS监测的活动包括级的分离、电气系统中的电压变化、转弯率以及推力和推进剂箱中的压力。泰坦II号还包括一个冗余的飞行控制系统，一个由地面计算机操作的无线电控制的第二级制导系统，冗余的电气系统，以及一个将航天器与运载火箭捆绑在一起的前裙组件。

对泰坦的这些修改取得了成果。三十三次研究飞行中的最后十三次成功飞行，以及没有机组人员的双子座1号（1964年4月）和双子座2号（1965年1月），为双子座3至12号任务中的宇航员奠定了基础。

Gemini-Titan II

图例

1 - T = 00:00 发射

2 - T = 02:36 第一级火箭分离

3 - T = 05:56 第二级火箭分离

4 - T = 06:00 180°旋转

5 - T = 06:30 天线和传感器整流罩分离

6 - T = 07:00 太空舱进入轨道

土星 Saturn IB

就像美国早期太空计划所采用的许多火箭（如红石、阿特拉斯、泰坦、半人马和阿吉娜）一样，土星系列运载火箭也是由国防部发起的。1957年，国防部官员找到位于阿拉巴马州亨茨维尔的陆军弹道导弹局--沃纳-冯-布劳恩和他的德国火箭专家团队自1950年以来一直在那里--要求提供一个能够发射大型太空探测器、侦察和气象卫星的大型助推器。第二年，国防部新成立的高级研究计划局（ARPA）开始控制该项目，目标是开发一种能够在第一级产生惊人的680389公斤推力的火箭。

从那时起，亨茨维尔团队在ARPA的指导下，成为土星的领导机构--它以罗马的收获之神命名。同时，1959年10月，军队接到白宫的命令，将ABMA移交给新生的NASA；它于1960年7月作为乔治-C-马歇尔太空飞行中心重新开张。

从实际意义上讲，马歇尔的土星计划包括两个不同的项目：土星1号和1B号，它们起源于前阿波罗太空计划，并作为月球计划的测试平台；以及土星5号，它在很大程度上借鉴了土星I号和IB号，但在其规模和能力上仍然代表了一些激进的新东西。

当ARPA参与土星计划时，它规定了严格的预算，亨茨维尔团队通过为该项目选择成熟的、现成的发动机来进行部分调整。因此，第一级（由克莱斯勒公司制造）的设计依赖于八台Rocketdyne H-1发动机，这是雷神-木星导弹所用发动机的改进版。它的第二级由道格拉斯飞机公司制造，以半人马座为模式，使用液氮/液氧推进剂和普拉特-惠特尼公司的RL10发动机（半人马座使用两个RL10发动机；土星一号使用六个）。土星一号在1961年10月进行了第一次飞行，在1965年7月进行了第十次飞行，几乎都没有发生事故。在最后四次飞行中，它不仅是一个试验台，而且是一个发射器。第七次发射将一个17,690公斤的阿波罗原型飞船送入轨道；第八至第十次发射发射了三颗飞马座卫星，旨在确定后来阿波罗任务中陨石撞击的程度。在身材上，土星一号介于阿特拉斯等早期导弹和强大的土星五号之间：58.3米高（含有效载荷），第一级的最大直径为6.5米。按照最初的计划，第一级提供680,389公斤的推力，第二级推力为40,823公斤。

除了普惠公司进一步加强了H-I发动机外，第1级几乎保持相同。但是第2阶段见证了一场革命。NASA在1959年为土星提出了一个突破性的上面级发动机，并授予罗克韦尔公司合同。随后的J-2是RL10的13倍，比土星一号上所有六个RL10的总和还要强大，代表了新一代的液氢/液氧动力装置。土星IB的外形也比土星一号大得多：高68.3米，最大直径为6.6米。它在第一阶段产生了725,748公斤的推力，在第二阶段则高达102,058公斤。

土星IB的飞行计划允许对阿波罗的关键系统进行彻底的试验。1966年2月的第一次发射，不仅标志着J-2发动机的首次使用，而且使有效载荷--一个有动力的阿波罗航天器--通过它的考验，测试它的结构完整性、通信、分离和指挥舱隔热罩。与这次亚轨道任务相反，1966年7月，土星IB号进行了首次轨道飞行，携带了26,535公斤的混合有效载荷，这是美国迄今为止运输的最重货物。在这次飞行中，按计划对J-2发动机进行了模拟重启。另一次亚轨道飞行任务随后在8月进行，期间指挥舱的隔热罩经历了终极测试：它在返回时上升到1480摄氏度，但舱内温度保持在21摄氏度。

然后，土星IB与悲剧联系在一起，阿波罗1号--第一个载有宇航员的任务，计划于1967年2月21日发射，1月27日在肯尼迪航天中心的34号发射台起火，宇航员格斯-格里索姆、爱德华-怀特和罗杰-查菲丧生。经过长达数月的调查，该计划于1968年10月恢复，阿波罗7号由沃尔特-希拉、沃尔特-坎宁安和唐恩-艾塞尔驾驶。宇航员们测试了指令舱和服务舱的飞行性能，为阿波罗8号计划的环月航行做准备，包括模拟与第二级的交会和对接。土星IB在阿波罗7号上结束了它的登月生涯，但为 "天空实验室 "2号、3号和4号（1973年5月、7月和11月发射）的宇航员提供了运输工具，最后，在1975年7月，载着阿波罗-联盟试验项目的美国机组人员去见他们的苏联同行。

土星 1B - 阿波罗（Saturn 1B-Apollo）

土星5号（Saturn V）

早在1955年，空军就与北美航空的Rocketdyne分部签订了合同，以回答一个简单的问题。液体推进剂发动机的最大推力限制是什么？承包商回答说450吨的推力似乎是可能的，并通过提交初步设计来支持这一说法。空军要求Rocketdyne公司在其加州卡诺加公园的工厂进行进一步的研究和开发，并在其爱德华兹空军基地进行测试。随着NASA的成立，空军将该项目移交给航天局，该局于1959年1月与Rocketdyne公司签订了一份更强大的发动机合同，能够提供680389公斤的推力--尽管当时没有美国火箭能够容纳它。

到1961年春天，Rocketdyne公司静态测试了一个原型发动机，其推力达到了令人难以置信的725,748公斤的推力。它被称为F-1，与其说是推进技术的突破（它使用液氧和煤油作为推进剂），不如说是对早期设计的巨大改进。钟形动力装置的长度为近6米，直径为3.76米。但其巨大的尺寸和功率不可避免地带来了问题：在其开发过程中，F-1经历了20次故障，其中9次是涡轮泵结构的爆炸。

到1961年年底，美国宇航局决定如何应用F-1技术。它致力于一个巨大的运载火箭的第一级，能够达到3,401,943公斤的推力，由五台F-1（四台在外侧，用于转向的万向节；一台在中心）实现。1962年2月与波音公司签署的一份初步合同构成了土星五号火箭的诞生证书，阿波罗的登月旅程。

由于承包商和冯-布劳恩团队之间的管理纠纷，土星五号的第二级被证明比第一级更有问题。尽管它使用了与土星IB相同的新的和强大的J-2发动机，但出现的争议不是关于J-2，而是关于上面一级本身。NASA要求一个长22.5米、直径6.4米、规格严格的结构--换句话说，马歇尔要求的不仅是一个巨大的结构，而且是一个需要在火车头大小的物体上达到瑞士手表的公差。North American-Rocketdyne公司的交货期落后，预算增加，导致马歇尔的工程师和承包商之间爆发了分歧。具有说服力和良好关系的詹姆斯-韦伯运用自己的能力来解决这个问题；他向公司的首席执行官施压，管理层随之发生了变化，到1967年底，第二级的发展成为了焦点。

在土星五号首次发射前，在肯尼迪的39A平台上看到土星五号的旁观者们目睹了一些必须亲眼看到（和听到）才能相信的事情。该火箭高111米，直径10米，升空时重达290.3万公斤，可携带约48,693公斤的月球有效载荷。它的一级到三级，分别产生了3451,838、521,631和104,326公斤的推力；总共4,07795公斤，而土星1B的推力为827,806公斤。

在最初的飞行中，土星五号表现良好，除了F-1发动机发出的一些低水平纵向振荡（一种称为弹簧高跷 "pogo "运动）。然而，在1968年4月的阿波罗6号任务中，就在F-1发动机截止之前，"pogo"效应变得更加严重。此外，在这次任务中，第2级的一台J-2发动机失效，第3级的J-2发动机没有启动。调查这些问题的小组发表了他们的发现，并进行了技术改造。但令人惊讶的是，NASA官员决定不进行另一次试飞。相反，随着实现肯尼迪总统1969年目标的时间越来越短，航天局跳过时间表，于1968年12月将三名宇航员送上阿波罗8号，进行绕月飞行，这是一场大赌注，但却得到了丰厚的回报。土星五号表现可靠，最终搭载21名美国人执行登月任务。这枚巨大的火箭在阿波罗计划期间总共飞行了12次。

在阿波罗计划结束后，土星五号又做出了两项贡献：它在1973年5月将太空舱1号送入轨道，而且它还在太空舱上服务；一枚经过改造的土星五号第二级充当了天空实验室的外壳。

Saturn V – Apollo

R-7

苏联的第一枚火箭--R-1--来自于缴获的德国V-2火箭的设计（以及战后缴获的德国科学家、文件和设备）。R-1在1947年首次飞行，随后苏联发射了R-2（射程是R-1的两倍）、R-5（苏联第一枚能够携带核弹头的导弹）和R-11（一种较小的地对空导弹）。

当一种新的和更强大的火箭从设计局（该局由苏联的传奇工程师和太空先驱谢尔盖-P-科罗廖夫领导）出现时，他的朋友米哈伊尔-季霍纳夫向他提出了一个新的想法。他要求科罗廖夫考虑将新的导弹--即R-7或Semyorka--改装成航天器发射工具的双重角色。在20世纪40年代末和50年代初，随着对科罗廖夫导弹的基础研究的进展，他修改了设计以满足蒂洪罗夫的要求，使其能够运载比最初为R-7设想的弹头更重的有效载荷。

1953年，他又向共产党中央委员会提议，R-7除了作为洲际弹道导弹的主要角色外，还可以作为卫星发射器。苏联国防部在1954年6月批准了R-7（在R-7需要匆忙修改以适应新的热核弹头之后）。然后，在1955年，俄罗斯接受了国际地球物理年（IGY）组织者的挑战，在1957-1958年的时间范围内发射一颗地球卫星。为了加速实现这一目标，苏联当局于1956年将蒂洪罗夫小组归入科罗廖夫的设计局。

1957年10月的头几天，科罗廖夫与季霍纳夫的合作取得了成果，哈萨克斯坦拜科努尔航天发射场的工作人员为R-7的革命任务做准备。技术人员在这次飞行中没有处理任何核材料，只有一个不起眼的、重83.6公斤、直径仅58厘米的抛光铝球。火箭本身的高度为30米，直径为2.99米，升空时重量为26.7万公斤。它依靠煤油和液氧推进剂，进入由一台RD-108发动机组成的第一级，并进入四个助推器，每个助推器有一台RD-107发动机。虽然这次携带的载荷很轻，但它可以将多达500公斤的货物运送到低地球轨道。

1957年10月4日，R-7成功发射了人造卫星1号，引发了带来深远影响的连锁反应：它不仅在美国政治家中激起了近乎恐慌的情绪，并启动了与美国争夺太空霸权的激烈竞争，而且还通过加剧意识形态的竞争为冷战火上浇油，双方都试图向全世界观众证明其政治优势。

更狭义地说，作为一类运载火箭，R-7被证明是非常成功的。它们飞行了50多年，而衍生的联盟号火箭在21世纪继续向国际空间站运送人员和物资。

R-7 – 8K71PS1 (Sputnik 1)

N1

苏联最大的火箭计划开始时有三个障碍：早期资金不足，起步晚，以及失去了指导苏联太空计划的最重要人物。

像许多苏联的努力一样，N1火箭起源于谢尔盖-P-科罗廖夫领导的第一特别设计局。科罗廖夫和他的团队在1959年构思了N1，作为军事发射和载人飞越金星和火星的助推器。1961年，他得到了两年研究的有限资金。同时，科罗廖夫深知美国对登月的野心，他说服了共产党总书记列昂尼德-勃列日涅夫支持射月。但最后的批准姗姗来迟，在1965年10月，即土星五号计划启动近四年后。而就在正式批准的三个月后，科罗廖夫去世。他的副手和继任者瓦西里-米申（Vasily Mishin）缺乏他已故领导的关系和政治敏锐性，因此N1项目一开始就在没有俄罗斯最能干和最有经验的领导人的控制下崩溃了。

在这些巨大的困难之上--此外，科罗廖夫承诺不仅要制造新的火箭，还要制造新的太空舱（联盟7K-LOK）和月球着陆器（LK）--他的工程人员设想了一种苏联人从未尝试过的巨大比例和力量的运载火箭。N1的长度为105米（包括有效载荷），直径为17米，质量为2,750,000公斤的燃料。它可以将多达95,000公斤的货物送入低地球轨道。它的四级共包含43台发动机，由精炼石油-1（煤油）和液氧提供燃料，第一级有30台NK-15，排列成两个环；第二级有8台NK-15V，排列成一个环；第三级有4台NK-21；第四级有1台NK-19。

归根结底，N1是其设计中的缺陷和发射时间表的牺牲品，而这一时间表与其说是由阿波罗的进展决定的，不如说是由技术准备程度决定的。由于决定将其发动机安装在集群中，携带推进剂和氧化剂的管道被证明是过于复杂和脆弱的。此外，N1没有进行试飞，第1阶段的30个引擎也没有作为一个整体进行静态点火。

其结果是灾难性的。幸运的是，所有四次N1飞行都是无人驾驶的，因为在1969年2月21日的第一次飞行中，在发射后6秒内的pogo振荡使一些部件脱离了锚定，并导致推进剂泄漏。第一级在68秒时关闭，N1在183秒时坠落到地面。1969年7月3日的第二次飞行，在最初的10秒内似乎是正常的，当任务控制中心注意到1至12号发动机的压力下降到零。8号发动机的液氧涡轮泵爆炸，引发了一场大火。然后，在10.5秒时，在大约100米的高度，火箭似乎冻结了，向一边倾斜，并倒在发射台上，这时爆发了巨大的红色和黑色的云。一位在现场的军事观察员说："今天......我毫不夸张地看到了世界末日，而且不是在做噩梦，而是在完全清醒的情况下，就站在它旁边。" 他经历了人类历史上最大的非核爆炸之一。

经过近两年的休整（时间表现在可以放松了；阿波罗11号于1969年7月20日着陆），1971年6月26日发射了N1第3号。升空后不久，火箭开始滚动，在48秒后解体。而在1972年11月23日的第4次飞行中，一切似乎都很顺利，直到90秒后，第1级的6台中央引擎的例行关闭造成了过度的动态负荷。这种力量使推进剂管线破裂，引起火灾。第一级在107秒时解体。

N1计划于1974年5月结束。它代表了苏联航天局历史上的一个痛苦的篇章，而就在几年前，这个航天局还因为一个又一个令人震惊的太空第一而受到赞誉。至少部分救赎存在于 "礼炮 "和 "和平 "空间站中，最终当美国和苏联空间机构在20世纪90年代合并他们的才能以构想出国际空间站时，一个新的航天时代来临了。

N1 运载火箭

UR-500 质子（Proton）

如果说联盟号代表了也许是最耐用和最长久的将人们送入太空的航天器系列，那么质子号火箭应该被正确地定性为发射台上的联盟号。50多年前启动的这两个早期太空时代的老兵，在进入21世纪后的近20年里继续他们的工作。

具有讽刺意味的是，世界上最有效的火箭之一开始是对苏联太空计划的一种制衡。在20世纪60年代初，苏联的许多军事领导人认为，尼基塔-赫鲁晓夫总理将太多的国防预算转用于太空活动。因此，1961年5月发布的一项政府法令减少了苏联的太空努力。为了适应当时的气氛，联邦设计局52号（OKB-52）的首席设计师弗拉基米尔-切洛梅（Vladimir Chelomei）提出了一个巨大的、500吨的弹道导弹，能够将100兆吨的超级炸弹送到目标。

赫鲁晓夫在1962年4月批准了这个项目，但随着他在1964年10月下台，切洛梅失去了他的主要保护者，大火箭面临灭顶之灾。斧头没能落下，因为苏联科学院院长姆斯蒂斯拉夫-凯尔迪什在1965年8月主持了一个委员会，决定将其作为俄罗斯提议的LK-1环月舱的助推器来保存。

几乎是意外地，质子号成为俄罗斯最大的有效运载工具，也是该国对美国土星五号的回应。它重达595,490公斤，可搭载8,400公斤有效载荷。UR-500的长度接近46.28米，直径为4.15米。它的第一级有6台11D43发动机（最初为N1火箭设计）；第二级有4台改良的发动机，来自OKB-52的UR-200弹道导弹的第一级。最初的UR-500只飞了4次：1965年7月和11月，1966年3月和7月。每次飞行都试图发射一颗X射线卫星，每颗卫星重8,300公斤，是质子号提升能力的上限。尽管出现了氧化剂泄漏，第1次还是成功了。第2和第4次也发射了他们的有效载荷，但在第3次尝试时（1966年3月24日），第2级故障结束了任务。

质子号故事中最具历史意义的部分是在最初的UR-500之后展开的。从那时起直到现在，它已经被一次又一次地调整为各种各样的任务。它已将行星探测器送往金星、火星和月球，并将卫星放入地球静止轨道。随着第三级的增加（如质子-K和-M），它发射了每一个苏联空间站，此外还有重型运输飞船。在20世纪90年代，质子号承担了商业助推器的角色，在1996年将其第一枚送入太空。第四个质子阶段--被称为Briz-M，于2001年启动--使苏联太空计划能够将货物运到低地球轨道以外。

尽管有挫折和偶尔的失败，UR-500及其衍生产品赢得了坚实的记录。1965年至2016年期间，它们完成了412次发射中的365次，成功率为88.6%。

质子（Proton）运载火箭 (8K82K) Zond 4-8
(Soyuz 7K-L1) 与联盟号太空舱的组合布局