美国土星5号是美国在阿波罗计划和天空实验室计划中使用的超重型运载火箭，是人类历史上建造的动力最强大、运载能力最高的火箭之一，完美完成了载人登月等重大航天任务。
土星5号运载火箭（Saturn V）由冯·布劳恩团队主导研制，为三级液体燃料火箭，第一级采用5台F-1液氧煤油发动机，总海平面推力达34020千牛，第二级和第三级采用J-2液氢液氧发动机。1967年至1973年间共发射13枚，保持零失败记录，承担了阿波罗载人登月飞船及天空实验室空间站的发射任务，是人类航天史上的标志性运载工具。
运载参数和应用场景
SATURN-5_2ST是土星5号运载火箭的两级衍生改型，属于重型液体燃料运载火箭，专门用于大质量近地轨道载荷投送，其核心运载参数如下：
| 参数类别 | 具体指标 |
|---|---|
| 火箭全称 | 土星5号两级改型运载火箭（SATURN-5_2ST） |
| 全长 | 110.6米 |
| 起飞重量 | 3038.5吨 |
| 起飞总推力 | 3408吨 |
| 近地轨道运载能力 | 118吨 |
| 级数 | 2级（取消标准土星5号的S-IVB第三级） |
| 氧化剂 | 液氧（全箭通用） |
| 一级燃料 | RP-1精炼煤油 |
| 二级燃料 | 液氢 |
| 研制单位 | 马歇尔航天飞行中心牵头，波音负责S-IC一级、北美人航空公司负责S-II二级 |
| 所属国家 | 美国 |
该型号火箭的应用场景高度聚焦：它是NASA为发射美国首个空间站“天空实验室”专门改进的构型。标准三级构型土星5号主要服务于阿波罗登月任务，需要将载荷送入地月转移轨道，而两级改型取消了第三级，把原本三级的载荷空间全部用于容纳重型空间站舱段，近地轨道运载能力比三级构型提升约10吨，是20世纪70年代全球唯一具备单次发射百吨级空间站能力的运载工具。除天空实验室任务外，该构型未承担其他发射任务，其技术验证的重型近地轨道投送方案，为后续航天飞机、重型猎鹰等运载系统的设计提供了参考。
技术特点
SATURN-5_2ST继承了土星5号系列的成熟设计，同时针对近地轨道重型载荷需求做了针对性优化，核心技术特点如下：
| 子系统 | 技术参数与特性 |
|---|---|
| S-IC一级 | 长度42米，直径10米，尾段翼展18米；配备5台F-1液氧煤油发动机，单台海平面推力680吨，总推力3408吨；推进剂加注量约2160吨，工作时间165秒，起飞后150秒左右达到68公里高度，完成一级分离 |
| S-II二级 | 长度25米，直径10米；配备5台J-2液氧液氢发动机，单台真空推力103吨，总推力515吨；推进剂加注量约450吨，工作时间380秒，可将载荷直接送入近地轨道 |
| 结构设计 | 采用全箭共底贮箱设计，一级煤油箱与液氧箱共用隔框，减少结构重量；箭体主体采用2219铝合金焊接结构，结构系数仅0.05，即结构重量仅占起飞重量的5%，是同期重型火箭中结构效率最高的型号 |
| 制导系统 | 采用IBM研制的三轴稳定数字制导系统，配备惯性测量单元与箭载计算机，入轨精度优于1公里，满足空间站精准入轨需求 |
| 可靠性设计 | 发动机具备推力冗余能力，若单台发动机故障，剩余发动机可延长燃烧时间补偿推力损失，继承了土星5号系列“无有效载荷损失”的高可靠性记录 |
该型号最独特的技术改进是取消了S-IVB第三级，将二级顶部的仪器舱与载荷整流罩整合，载荷容纳空间直径达到6.6米、长度超过20米，足以容纳完整的天空实验室舱段，避免了多次发射、轨道组装的复杂风险。同时，两级构型的发射流程比三级简化约30%，发射准备周期缩短2周，进一步降低了单次发射的复杂度。
发射历史和重要任务
SATURN-5_2ST构型仅执行过1次发射任务，是土星5号系列的最后一次飞行，具体发射记录如下：
| 发射基本信息 | 详情 |
|---|---|
| 发射代码 | 1973-027 |
| 发射时间 | 1973年5月14日 |
| 发射场 | 美国空军东部试验靶场（AFETR，现肯尼迪航天中心LC-39发射台） |
| 载荷 | 天空实验室1号（Skylab 1，国际编号1973-027A） |
| 发射结果 | 成功 |
| 入轨卫星数 | 1颗 |
| 累计发射成功率 | 100% |
本次发射携带的天空实验室1号是美国首个空间站，轨道参数为近心点427公里、远心点439公里、轨道倾角50°，属于近地轨道空间站。该空间站空载质量76.3吨，加压空间368立方米，可容纳3名宇航员长期驻留。虽然发射过程中空间站的微流星防护板与一侧太阳翼被气流撕裂，但后续宇航员通过出舱维修完成了修复，在6年2个月的服役周期内，先后接待3批共9名宇航员，完成了包括太阳耀斑观测、科豪特克彗星拍摄、微重力生物实验在内的多项科研任务，累计获得7.5万张太阳观测照片与大量微重力实验数据，为美国后续空间站技术积累了核心经验。
本次发射后，SATURN-5_2ST构型随着阿波罗计划结束、NASA预算缩减而退役，其全部技术资料与生产工装被封存，该型号也成为人类航天史上唯一一款单次发射即完成核心任务的重型运载火箭，代表了20世纪航天运载能力的巅峰水平。
