设计和建造土星五号火箭的工程师们知道它是一个庞然大物，但没有人完全准备好亲眼目睹它离开地球。1967 年 11 月 9 日早晨，当阿波罗 4 号的五台 F-1 发动机咆哮着启动时，它震动了大地，震碎了数英里外的窗户。旁观者能够感受到土星五号火箭的发射，即使他们已经为它做好了计划，但这种实际的感受仍然让工程师们惊叹不已。
声音的力量
每次火箭发射都会产生噪音，这种噪音是一种能量；我们不一定经常思考它，但声音是一种我们听到的机械波，因为它会振动介质的分子。正确地说，这被称为“声功率”，在发射火箭的情况下，这是喷射流的机械能，定义为火箭的推力乘以出口速度。这种噪音分布在各种频率范围内，集中在低频到中频范围内，正是这种频率范围的声波会对建筑物造成损坏或伤害人类。
发射火箭的这种声学环境分为两个阶段。第一个阶段是固定阶段，此时所有第一级发动机都在运转，但支撑臂将火箭固定到位，使其产生推力。第二个阶段是升空阶段，此时火箭真正开始飞行。具体情况有所不同，但在这两种情况下，都会对发射塔、地面支持设备，甚至附近的建筑（如控制室）等暴露的设施产生动态载荷。压力波会波动，产生结构振动，这些振动会通过结构甚至大气得到增强或传播。
而在火箭发射时，声波往往集中在低频到中频范围内，这恰好是传输能量和功率造成损坏的理想范围。基本上一切都会晃动，如果一个结构的晃动足够剧烈或频率恰当，就有很大的损坏风险。
在土星五号建造之前很久，工程师们就知道巨大的火箭发射所伴随的强烈声学环境非常显著，不能被忽视。尤其是当火箭直接从地球飞往月球时。
Nova
在 NASA 确定阿波罗计划的月球轨道交会任务模式（该模式将模块化航天器送往月球，使重型的指令服务舱可以留在地球轨道上）之前，该机构曾考虑过直接上升的简单粗暴的方法。正如其名称所示，这种模式是指火箭直接从地球飞往月球，中间不绕任何天体绕行。整个航天器将着陆在月球表面，然后在机组人员完成地面操作后，沿着同一条直接路径返回。
支持这次任务的火箭是一个名为 Nova 的概念，它使土星五号相形见绌。土星五号的第一级有五台 F-1 发动机，在发射时产生 750 万磅的推力。Nova 被设计为使用八台 F-1 发动机，总推力达到 1200 万磅。它如此巨大和强大，以至于当这个概念首次出现时，工程师们非常担心其发射的声学特征。
从陆地或从海洋
在 20 世纪 50 年代末，土星系列火箭刚刚问世，工程师们就开始着手解决如何最好地处理大型火箭发射的声学环境问题。
工程师们从早期阿特拉斯火箭的发射数据中提取数据，并将其放大，以估算土星火箭的声功率。这相当可观。看起来相对较小的土星 C-1 发动机就足以在距离发射台 1000 英尺处产生高达 205 分贝的声级，在距离发射台 10,000 英尺内产生高达 140 分贝的峰值，这已达到疼痛阈值。人们还担心土星火箭会在足够靠近地面的地方产生冲击波，从而损坏周围的居民区。
陆军测试办公室设施部门的一位名叫利文斯顿·韦弗（Livingston Wever）的工程师提出了一个新颖的解决方案。多年来，火箭一直在卡纳维拉尔角发射，但它们都很小。如果从卡纳维拉尔角发射更大的火箭会成问题，为什么不将发射场移到海上，利用海洋来减弱火箭发射的声学特征呢？
韦弗建议使用经过改装的德州塔（Texas Tower）作为海上发射平台，用于发射土星和其他大型火箭，该平台位于卡纳维拉尔角东南 105 英里处，距离大巴哈马岛以北不到 35 英里。其他想法包括填海造陆，建造一个孤岛作为发射场。
这个想法最终在一份提交给库尔特·德布斯（Kurt Debus）的报告中得到了研究，德布斯是卡纳维拉尔角发射业务的负责人，也是肯尼迪航天中心的 au 届主任。调查结果倾向于德州塔。这是一种可以在深水中建造的结构，在那里发射声学不会成为问题。它还将足够偏远，以便将来可以轻松地扩展设施以容纳其他更大型号的火箭。将燃料储存在驳船上而不是陆地设施上有成本效益。
人们对排入海洋的废气会做什么，是否会产生足以损坏发射平台的波浪表示担忧。但最终，更大的担忧是海上建设的高昂成本、海上发射支持的后勤问题，以及发射前组装和处理精密火箭箭体的稳定性问题。还有风暴带来的危险。1961 年，德州塔上的一个美国空军预警系统在一场风暴中被摧毁，造成 28 人死亡。
尽管有这些好处，但海上发射场的想法并没有持续下去。当 NASA 为月球任务选择了比 Nova 更小的土星火箭时，数据显示该火箭的声学特征并没有那么破坏性，以至于在有足够空间的情况下还需要海上发射场。然后，折衷方案是使用梅里特岛（Merritt Island）作为声学缓冲区域。
但这并非如此简单。发射台及附近仍将有需要考虑发射声学因素的结构。 尤其是载具装配大楼（Vehicle Assembly Building）。土星五号发射相关的声压和振动是工程师们必须仔细考虑的问题，因为即使发射综合体距离 VAB 三英里，预计约 145 分贝的声功率也可能损坏结构。解决方案是建造 VAB，使用绝缘铝板固定在钢梁上，以保护它以及内部的任何东西免受发射声学的影响。
重新审视海上发射
海上发射设施作为一种想法并没有完全消失。1989 年太空大会会议记录中的一份报告认为，对于未来火箭可能变得更大更响的情况，这可能是一项有价值的投资。该论点特别指出，肯尼迪航天中心/卡纳维拉尔角空军基地和范登堡空军基地的扩张空间有限。一个深水移动发射平台可以支持各种尺寸的火箭以不同的频率发射，而不会给现有场地带来压力，也不会影响周围的自然环境，或对附近居民构成威胁。当然，这仍然是一个技术挑战，但随着海上石油钻探的成熟，报告认为，海上发射平台的潜在技术也在不断进步。
但海上发射平台的问题基本上已经不重要了，因为自 1973 年土星五号最后一次飞行以来，就没有发射过任何接近其尺寸的火箭。但现在 SpaceX 正提议从 39 号发射场发射星际运输系统，这是土星五号发射阿波罗任务到月球的同一个发射台。这意味着当这枚更大、因此更响亮、声学影响更大的火箭离开地球时，VAB 仍将位于三英里之外。我们将不得不拭目以待，看看对这枚火箭声学特征的研究是否会迫使建立新的发射场，或许是海上发射场。
资料来源：Space.com；NASA；NASA；1989 年太空大会报告；NASA；Motherboard；Benson 和 Faherty 的《Moonport》；NASA 上的 Debus 传记。
