M-1火箭發動機

當美國國家航空航天局（NASA）在1958年成立時，就開始計劃登月。他們的阿波羅計劃要求直接着陸月球表面，這需要一枚強大的火箭，將航天器發射到地球低軌道。在NASA接管韋納·馮·布勞恩為美國軍方設計的“土星系列”運載火箭之前，他們沒有自己的超大型火箭設計。於是，他們啓動了一個名為新星火箭的研究計劃。最初，NASA對有效載荷要求相當小。最優秀的新星火箭設計使用了四台F-1發動機作為一級，能運送23,000千克（50,000磅）的有效載荷。這些設計於1959年1月27日提交給德懷特·德森·艾森豪威爾總統。

然而，阿波羅計劃對載荷的要求迅速增長。計劃需要向月球發射三名航天員與一艘4500千克（10,000磅）的航天器，這需要往地球低軌道發射57,000千克（12.5萬磅）的載荷。擁有這種能力的新星火箭需要多達8台F-1發動機作為第一級，還需要更強大的上面級，即需要M-1發動機。因此，在短暫的時間內，M-1發動機被選定用於NASA和空軍的登月計劃。

1961年，肯尼迪總統宣佈，要在十年之內將航天員送往月球。經過短暫的爭論，NASA的計劃獲勝了。然而，製造新星火箭需要NASA當時並不具有的強大的生產能力，而且NASA不清楚在1970年之前能否及時啓動火箭的建造。到1962年，他們決定使用馮·布勞恩的土星系列火箭設計，該設計經歷了重製後，可以在加利福尼亞州和路易斯安那州的現有設施中建造火箭。

在土星系列火箭被選後，M-1發動機就被放棄了。但在不久後，在火星上載人登陸的計劃被提出了。即使用像阿波羅計劃那樣的儘可能輕量化的方案，火星任務也需要大約450噸的低地球軌道運載能力。於是新的新星火箭計劃上馬了。

新設計使用M-1發動機作為其第二級引擎，但還要求更高的運載能力。為了實現這些目標，M-1發動機的推力從5300千牛（120萬磅力）提升到6670千牛（150萬磅力）。設計師加大了渦輪泵的動力，使其能產生8000千牛（180萬磅力）的真空推力，並且有潛力產生高達8900千牛（200萬磅力）的推力。此外，M-1發動機甚至被考慮用於許多其他火箭的第一級，代替F-1火箭發動機或4.6米（180英寸）的固體火箭發動機。

隨着阿波羅計劃的擴大，美國航天局開始為M-1發動機項目削減資金，以便首先完成與土星五號火箭有關的設計。在1965年，NASA提出了土星五號火箭的升級版本，其第二級使用的是五台J-2火箭發動機，而不是M-1發動機。

在阿波羅計劃的後期，NASA關於資金的預期並不樂觀，於是決定終止一部分項目。結果新星火箭項目於1966年下馬，M-1發動機也隨之下馬。關於M-1發動機的設計就此結束。

M-1使用燃氣發生器循環，它的液氫和液氧的渦輪泵完全分開，而不是共用一個渦輪泵。M-1使用的液氫和液氧泵是當時有史以來最強大的，液氫泵的功率為55，000千瓦（7.5萬馬力），液氧泵的功率為20,000千瓦（2700馬力）。

在大多數美式設計中，燃氣發生器發動機從渦輪機中直接排出廢氣。而對於M-1，它的渦輪機廢氣温度相對更低，所以將其引導到發動機裙部下部的冷卻管中。這意味着僅需要在發動機的高熱區域（燃燒室，噴嘴和裙部的上部部分）用液態氫冷卻，從而顯着降低冷卻管線的複雜性。廢氣在約371°C（700°F）進入裙部區域，加熱到約538°C（1000°F），然後通過裙部末端的一系列小噴嘴排出。廢氣產生了120 kN（28,000磅力）的推力。

啓動發動機時，需要使用儲存在單獨的高壓容器中的氦氣驅動泵。之後，燃料流入主燃燒室和燃氣發生器。主燃燒室由電點火點燃，然後火焰延伸到燃燒區域。關閉發動機時，只需簡單地切斷燃氣發生器的燃料供應，渦輪泵就會自身減速，最終關閉主燃燒室。

M-1在設計時，建造了一些渦輪泵和其他組件用於測試。在項目正式施行到下馬的三年中，共建成了八個燃燒室（其中兩個沒有冷卻系統），十一個燃氣發生器，四個液氧泵以及未完成的四個液氫泵。 ^[1]