洛克達因公司在 F-1 的後續研究中，嘗試開發的 F-1A 引擎和 F-1 引擎之間的主要技術差異包括以下幾點：

1. **重量與推力**：F-1A 引擎比 F-1 更輕，且推力更大，能夠滿足後期農神五號的需求。這樣的改進意味著在相同的火箭載重下，可以進一步提升運載能力或減少燃料消耗。

2. **設計改進**：雖然具體的設計細節未有深入說明，但通常這種新型號引擎會在效率、可靠性和製造工藝上進行優化，以期在實際使用中達到更好的表現。

如果當時對 F-1A 的開發持續下去，可能對美國的航天計畫造成以下影響：

1. **增強運載能力**：F-1A 引擎的推力增強可能使得美國能夠發射更重的載荷，甚至更大規模的太空任務，這對未來的探測任務或人類登陸水星、火星等計畫可能有所助益。

2. **延續阿波羅計畫的技術路線**：若 F-1A 的開發成功，可能會促進更長期的阿波羅計畫或其他太空任務的執行，讓美國在太空探索領域保持領先地位。

3. **降低成本**：若能利用更輕、更高效的引擎，可能會降低每次發射的成本，從而使得太空探索更具經濟效益，吸引更多的私人或商業機構參與。

4. **影響國際競爭**：強化的火箭技術可能讓美國在國際航天領域中佔據更加主導的地位，對抗其他國家（如蘇聯）在太空競賽中的挑戰。

總而言之，F-1A 的開發若能持續，可能會極大地改變美國的航天發展路徑及其在全球航天事業中的影響力。
洛克達因公司在 F-1 的後續研究中嘗試開發的 F-1A 引擎與 F-1 的主要技術差異為何？如果當時對 F-1A 的開發持續下去，可能對美國的航天計畫造成什麼影響？
**F-1 火箭引擎**（以下簡稱 F-1）是美國洛克達因公司設計製造的一款煤油液氧引擎，用於農神 5 號運載火箭的第一級。F-1 是投入使用過的推力最大的單噴嘴（單燃燒室）液體火箭引擎，也是僅次於俄羅斯 RD-170 的推力最大的液體引擎（RD-170 引擎有 4 個燃燒室，一台渦輪泵和 2 個預燃室）。

## 歷史

洛克達因最初設計 F-1 隻是出於美國空軍在 1955 年提出的製造超大型火箭引擎的要求。公司最後設計出兩個版本，一個 E-1，一個更大的 F-1。E-1 雖然在靜態點火試驗中取得成功，但很快這款引擎被視為沒有後續價值，而且有更強大的 F-1 存在，E-1 計劃被中止了。然而美國空軍發現沒有使用如此強大的引擎的必要，F-1 的研究計劃也隨之中止。剛剛成立的 NASA 看中了這款引擎，並與洛克達因簽約，要求儘快完成研發。1957 年，引擎進行了局部試驗，而整機的靜態點火試驗也在 1959 年 3 月取得成功。

F-1 在隨後七年的測試中，其燃燒不穩定性逐漸暴露出來，並可能導致災難性事故。攻克這個技術難題的工作最初進展十分緩慢，因為這種故障的發生是不可預知的。最終，工程師們想出了解決辦法，他們將少量的爆轟炸藥放在燃燒室中，並在引擎運轉時引爆炸藥，以此測試燃燒室在壓力變化時將作何反應。設計師隨後測試了幾種不同的燃料噴射器，並得到了最佳匹配方案。這個問題從 1959 年一直拖到 1961 年才算告一段落。

## 設計細節

F-1 以燃氣發生器循環為基礎。即在爐外燃燒室里燃燒一小部分燃料，以燃氣驅動渦輪泵將燃料和氧化劑泵入主燃室。引擎的核心組件是推力室，燃料和氧化劑混合併燃燒產生推力。引擎頂部是一個半球形小室，即做輸送液氧的歧管，也做萬向軸承的支撐架，連接引擎和火箭箭體。小室之下是噴射器，用來混合燃料和氧化劑。一部分燃料從另一個歧管進入噴射器，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，還可以起到給推力室降溫的作用。

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 5,500 RPM，產生 55,000 煞車馬力（41 MW）。在此功率下，工作泵每分鐘可以泵入 15,471 加侖（58,564 升）煤油和 24,811 加侖（93,920 升）液氧。渦輪泵被設計得可以應付嚴酷的溫度環境：煤氣的溫度高達 1,500 °F (816 °C)，而液氧的溫度低至 - 300 °F (-184 °C)。一些燃料煤油被充作渦輪的潤滑劑和冷卻劑。

推力室下方是噴嘴的延伸，大致延伸到引擎的一半長度位置。延伸部分將引擎的膨脹比從 10:1 提高到 16:1。渦輪機排除的低溫氣體通過錐形歧管進入延伸部分，保護噴嘴在高溫（5,800 °F, 3,200 °C）下不受損壞。

F-1 每秒消耗 3,945 磅（1,789 kg）液氧，1,738 磅（788 kg）煤油，產生 1,500,000 磅力（6.7 MN）的推力。在兩分半鐘的運轉中，農神五號憑藉 F-1 上升 42 英里（68 km）高度，達到 6,164 英里每小時（9,920 km/h）的速度。農神五號每秒的推進劑流量是 12,710 升，可以在 8.9 秒內清空一個容量 110,000 升的游泳池。每台 F-1 引擎的推力都比太空梭上三台引擎總和還多。

### 參數

來源：

## 阿波羅任務期間的改進

F-1 在阿波羅 8 號（SA-503）和阿波羅 17 號（SA-512）任務期間得到改進。因為隨著任務的進展，農神五號的負荷也逐漸增大。每次任務對引擎的性能要求都略有差異，用於阿波羅 15 號的 F-1 引擎性能為：

* 每台平均海平面推力：1,553,200 磅力（6.909 MN）
* 燃燒時間：159 s
* 比衝：264.72 s
* 混合比：2.2674
* S-IC 級總海平面推力：7,766,000 磅力（34.54 MN）

引擎推力實測值與標稱值有差異，阿波羅 15 號所用的引擎其起飛推力為 7,823,000 磅力（34.80 MN），而 F-1 的平均值是 1,565,000 磅力（6.96 MN）。

## 阿波羅任務之後的歸宿

60 年代，洛克達因在對 F-1 的持續研究之後，曾試圖開發 F-1A 引擎，雖然二者外觀相似，但 F-1A 比 F-1 更輕，且推力更大，可以滿足阿波羅計畫之後時期的農神五號需求，然而隨著農神五號生產線的停產，研究終止。

當時有提議在諾瓦火箭的第一級使用八個 F-1，從 70 年代至今，還不斷有各種關於使用 F-1 來開發新型火箭的意見，但都未能成行。

F-1 一直保持著最大推力液態引擎的地位，直到蘇聯的 RD-170 出現，但 F-1 在單噴嘴引擎領域的第一的位置依然沒有動搖。

## 參考

* 阿波羅 15 號宣傳資料（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Saturn V Launch Vehicle, Flight Evaluation Report, AS-510, MSFC-MPR-SAT-FE-71-2, October 28, 1971
* 農神五號資料
* F-1 說明書，December 1968

## 注釋

## 外部連結

* 宇航百科的 E-1 頁
* 宇航百科的 F-1 頁
* 宇航百科的 F-1A 頁
* NASA 關於農神五號的介紹（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
**普萊特和惠特尼洛克達因**公司（**Pratt & Whitney Rocketdyne, Inc.**，以下簡稱**洛克達因**）是美國的一家主要從事液體燃料火箭引擎設計研發的公司。洛克達因總部位於加利福尼亞州卡諾伽園，公司是聯合技術公司全資子公司普惠旗下的一個部門。 其試驗基地位於西棕櫚灘、漢茨維爾、甘迺迪太空中心和斯坦尼斯太空中心。 ## 歷史

公司最早由北美航空組建，1967 年，北美航空，洛克達因公司和洛克維爾公司合併組成了北美航空洛克維爾公司，隨後，成為了洛克維爾公司的一部分。數十年之後的 1996 年，洛克維爾公司的航太部門被波音公司買下，2005 年 2 月，波音公司與普惠公司達成協議，出售當時稱為洛克達因推進動力公司。交接事務於同年 8 月 2 日全部完成。

二戰剛剛結束，北美航空就成立了洛克達因公司來研究德國的 V2 火箭，並試圖改造飛彈的引擎，使之服務於汽車工程師協會（SAE）。洛克達因也用同樣的研究方法將火箭的燃燒室分離出來，並為納瓦霍飛彈計劃設計了尺寸更大的引擎。在 1940 年代，這項研究被普遍認為沒有用處，因而只得到很少資金支持，直到韓戰的爆發才改變了局面。然而納瓦霍飛彈的研製一連遇到很多難題，以致該計劃在 50 年代後期被迫取消。取而代之的是紅石飛彈的研製（實際上是尺寸更大的 V2 火箭）。然而洛克達因的 A-5 或 NAA75-110 引擎比專為紅石飛彈研製的引擎更可靠，於是紅石飛彈計劃顧不得射程縮短而採用 A-5 引擎並重頭設計。當飛彈投入生產後，北美航空在 1955 年將洛克達因公司分離出去。 ## 設計細節

F-1 以燃氣發生器循環為基礎。即在爐外燃燒室里燃燒一小部分燃料，以燃氣驅動渦輪泵將燃料和氧化劑泵入主燃室。引擎的核心組件是推力室，燃料和氧化劑混合併燃燒產生推力。引擎頂部是一個半球形小室，即做輸送液氧的歧管，也做萬向軸承的支撐架，連接引擎和火箭箭體。小室之下是噴射器，用來混合燃料和氧化劑。一部分燃料從另一個歧管進入噴射器，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，還可以起到給推力室降溫的作用。

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 5,500 RPM，產生 55,000 煞車馬力（41 MW）。在此功率下，工作泵每分鐘可以泵入 15,471 加侖（58,564 升）煤油和 24,811 加侖（93,920 升）液氧。渦輪泵被設計得可以應付嚴酷的溫度環境：煤氣的溫度高達 1,500 °F (816 °C)，而液氧的溫度低至 - 300 °F (-184 °C)。一些燃料煤油被充作渦輪的潤滑劑和冷卻劑。 **F-1 火箭引擎**（以下簡稱 F-1）是美國洛克達因公司設計製造的一款煤油液氧引擎，用於農神 5 號運載火箭的第一級。F-1 是投入使用過的推力最大的單噴嘴（單燃燒室）液體火箭引擎，也是僅次於俄羅斯 RD-170 的推力最大的液體引擎（RD-170 引擎有 4 個燃燒室，一台渦輪泵和 2 個預燃室）。

## 歷史

洛克達因最初設計 F-1 隻是出於美國空軍在 1955 年提出的製造超大型火箭引擎的要求。公司最後設計出兩個版本，一個 E-1，一個更大的 F-1。E-1 雖然在靜態點火試驗中取得成功，但很快這款引擎被視為沒有後續價值，而且有更強大的 F-1 存在，E-1 計劃被中止了。然而美國空軍發現沒有使用如此強大的引擎的必要，F-1 的研究計劃也隨之中止。剛剛成立的 NASA 看中了這款引擎，並與洛克達因簽約，要求儘快完成研發。1957 年，引擎進行了局部試驗，而整機的靜態點火試驗也在 1959 年 3 月取得成功。

F-1 在隨後七年的測試中，其燃燒不穩定性逐漸暴露出來，並可能導致災難性事故。攻克這個技術難題的工作最初進展十分緩慢，因為這種故障的發生是不可預知的。最終，工程師們想出了解決辦法，他們將少量的爆轟炸藥放在燃燒室中，並在引擎運轉時引爆炸藥，以此測試燃燒室在壓力變化時將作何反應。設計師隨後測試了幾種不同的燃料噴射器，並得到了最佳匹配方案。這個問題從 1959 年一直拖到 1961 年才算告一段落。