Roketdyne F-1
Desain

Mesin F-1 adalah mesin roket berbahan bakar cair dengan nosel tunggal terkuat yang pernah diterbangkan. Mesin roket M-1 dirancang untuk memiliki daya dorong lebih besar, tetapi hanya diuji pada tingkat komponen. RD-170 yang dikembangkan kemudian jauh lebih stabil, secara teknologi lebih maju, lebih efisien dan menghasilkan daya dorong lebih besar, tetapi menggunakan empat nosel yang diisi oleh satu pompa. F-1 membakar RP-1 (minyak tanah kelas roket) sebagai bahan bakar dan menggunakan oksigen cair (LOX) sebagai oksidator. Turbopump digunakan untuk menyuntikkan bahan bakar dan oksigen ke dalam ruang pembakaran.
Satu tantangan penting dalam konstruksi F-1 adalah pendinginan regeneratif ruang dorong. Insinyur kimia Dennis "Dan" Brevik dihadapkan dengan tugas untuk memastikan bundel tabung ruang bakar awal dan desain manifold yang diproduksi oleh Al Bokstellar akan berjalan dingin. Intinya, tugas Brevik adalah "memastikannya tidak meleleh." Melalui perhitungan Brevik tentang karakteristik hidrodinamik dan termodinamik F-1, ia dan timnya mampu memperbaiki masalah yang dikenal sebagai 'kelaparan'. Ini terjadi ketika ketidakseimbangan tekanan statis menyebabkan 'titik panas' di manifold. Bahan yang digunakan untuk bundel tabung ruang dorong F-1, pita penguat, dan manifold adalah Inconel-X750, paduan berbasis nikel tahan api yang mampu menahan suhu tinggi.
Jantung mesin adalah ruang dorong, yang mencampur dan membakar bahan bakar dan oksidator untuk menghasilkan daya dorong. Ruang berbentuk kubah di bagian atas mesin berfungsi sebagai manifold yang memasok oksigen cair ke injektor, dan juga berfungsi sebagai dudukan untuk bantalan gimbal yang menyalurkan daya dorong ke badan roket. Di bawah kubah ini terdapat injektor, yang mengarahkan bahan bakar dan oksidator ke dalam ruang dorong dengan cara yang dirancang untuk meningkatkan pencampuran dan pembakaran. Bahan bakar disuplai ke injektor dari manifold terpisah; sebagian bahan bakar pertama-tama mengalir dalam 178 tabung di sepanjang ruang dorong — yang membentuk kira-kira setengah bagian atas nosel pembuangan — dan kembali untuk mendinginkan nosel.
Generator gas digunakan untuk menggerakkan turbin yang menggerakkan pompa bahan bakar dan oksigen terpisah, masing-masing memberi makan rakitan ruang dorong. Turbin digerakkan pada 5.500 RPM, menghasilkan 55.000 tenaga kuda rem (41 MW). Pompa bahan bakar menghasilkan 15.471 galon AS (58.560 liter) RP-1 per menit sementara pompa oksidator menghasilkan 24.811 galon AS (93.920 L) oksigen cair per menit. Secara lingkungan, turbopump diharuskan untuk menahan suhu mulai dari gas input pada 1.500 °F (820 °C) hingga oksigen cair pada −300 °F (−184 °C). Secara struktural, bahan bakar digunakan untuk melumasi dan mendinginkan bantalan turbin.
Di bawah ruang dorong terdapat ekstensi nosel, kira-kira setengah panjang mesin. Ekstensi ini meningkatkan rasio ekspansi mesin dari 10:1 menjadi 16:1. Gas buang dari turbin dialirkan ke ekstensi nosel oleh manifold besar yang meruncing; gas yang relatif dingin ini membentuk lapisan yang melindungi ekstensi nosel dari gas buang panas (5.800 °F (3.200 °C)).
Setiap detik, satu F-1 membakar 5.683 pon (2.578 kg) oksidator dan bahan bakar: 3.945 pon (1.789 kg) oksigen cair dan 1.738 pon (788 kg) RP-1, menghasilkan daya dorong 1.500.000 lbf (6,7 MN; 680 tf). Ini setara dengan laju aliran 671,4 galon AS (2.542 L) per detik; 413,5 galon AS (1.565 L) LOX dan 257,9 galon AS (976 L) RP-1. Selama dua setengah menit beroperasi, lima F-1 mendorong kendaraan Saturn V ke ketinggian 42 mil (222.000 kaki; 68 km) dan kecepatan 6.164 mph (9.920 km/jam). Laju aliran gabungan dari lima F-1 di Saturn V adalah 3.357 galon AS (12.710 L) atau 28.415 lb (12.890 kg) per detik. Setiap mesin F-1 memiliki daya dorong lebih besar daripada tiga Mesin Utama Pesawat Ulang Alik yang digabungkan.