N1 (raket) - N1 (rocket)

N1/L3

Mockup på Baikonur Cosmodrome i slutningen af ​​1967
Fungere	Besætning af månens lanceringskøretøj / Super tunglift -lanceringskøretøj
Fabrikant	OKB-1
Oprindelsesland	USSR
Størrelse
Højde	105,3 meter (345 fod)
Diameter	17,0 meter (55,8 fod)
Masse	2.750 tons (6.060.000 lb)
Niveauer	5
Kapacitet
Nyttelast til LEO
Masse	95 t (209.000 lb)
Nyttelast til TLI
Masse	23,5 t (52.000 lb)
Lancering historik
Status	Mislykkedes, annulleret
Start websteder	LC-110, Baikonur
I alt lanceringer	4
Succes (er)	0
Fejl	4
Første fly	21. februar 1969
Sidste flyvning	23. november 1972
Første etape - Blok A
Diameter	17,0 m (55,8 fod)
Motorer	30 NK-15
Skub	45.400 kN (10.200.000 lbf)
Specifik impuls	330 sekunder (3,2 km/s)
Brændetid	125 sek
Drivmiddel	RP-1 / LOX
Anden fase - Blok B
Motorer	8 NK-15 V
Skub	14.040 kN (3.160.000 lbf)
Specifik impuls	346 sekunder (3,39 km/s)
Brændetid	120 s
Drivmiddel	RP-1 / LOX
Tredje etape - Blok V
Motorer	4 NK-21
Skub	1.610 kN (360.000 lbf)
Specifik impuls	353 sekunder (3,46 km/s)
Brændetid	370 s
Drivmiddel	RP-1 / LOX
Fjerde etape (N1/L3) - Blok G (jordafgang)
Motorer	1 NK-19
Skub	446 kN (100.000 lbf)
Specifik impuls	353 sekunder (3,46 km/s)
Brændetid	443 s
Drivmiddel	RP-1 / LOX

Den N1 / L3 (fra Ракета-носитель Raketa-nositel' , "Carrier Rocket" kyrillisk: Н 1 ) var en super heavy-lift løfteraket til formål at levere nyttelast ud over lav kredsløb om Jorden . N1 var den sovjetiske pendant til den amerikanske Saturn V og var beregnet til at muliggøre besætningsrejser til Jordens måne og videre med undersøgelser, der begyndte allerede i 1959. Dens første etape er fortsat en af ​​de mest kraftfulde raketfaser, der nogensinde er bygget, kun overgået af SpaceX Super Heavy første etape i 2021. Alle de fire fløjede N1 Block A første etaper mislykkedes imidlertid, fordi mangel på statiske testfyringer betød, at der var problemer med VVS og andre negative egenskaber med den store klynge på tredive motorer og dens komplekse brændstof- og oxidationsføder system blev ikke afsløret tidligere.

Den N1-L3 -versionen er designet til at konkurrere med USA Apollo-programmet til at lande en person på Månen, ved hjælp af en lignende månens bane rendezvous metode. Det grundlæggende N1 -startkøretøj havde tre faser, som skulle transportere månens nyttelast L3 til en lav jordbane med to kosmonauter. L3 indeholdt et trin til trans-månens injektion ; et andet trin, der bruges til midtvejskorrektioner, indsættelse af månens kredsløb og den første del af nedstigningen til månens overflade; et enkeltpilot LK Lander rumfartøj; og et to-pilot Soyuz 7K-LOK månens orbitale rumfartøj til tilbagevenden til Jorden.

N1-L3 blev underfinansieret og skyndte sig og startede udviklingen i oktober 1965, næsten fire år efter Saturn V. Projektet blev dårligt afsporet af dens chefdesigner Sergei Korolevs død i 1966. Hvert af de fire forsøg på at starte en N1 mislykkedes, med det andet forsøg, der resulterede i, at køretøjet styrtede tilbage på affyringsrampen kort efter løft og forårsagede en af ​​de største kunstige ikke-nukleare eksplosioner i menneskets historie. N1 -programmet blev suspenderet i 1974 og officielt annulleret i 1976. Alle detaljer om de sovjetiske besatte måneprogrammer blev holdt hemmelige, indtil Sovjetunionen var ved at kollapse i 1989.

Historie

I 1967 var USA og Sovjetunionen meget i et kapløb om at blive de første til at lande et menneske på månen . Det sovjetiske menneskelige måneprogram modtog formel regeringsgodkendelse i 1964, og en af ​​nøglekomponenterne i dette program var raketten kaldet N1, der kan sammenlignes i størrelse med den amerikanske Saturn V Moon -raket. Disse tests havde betydelig indflydelse på vigtige Apollo -programbeslutninger .

Den 25. november 1967, mindre end tre uger efter den første Saturn V -flyvning under Apollo 4 -missionen, rullede Sovjet en N1 -raket ud til den nybyggede affyringsrampe 110R ved Baikonur Cosmodrome i Sovjetisk Kasakhstan . Denne særlige raket, betegnet 1M1 og også kaldet Facilities Systems Logistic Test and Training Vehicle, var faktisk en mockup og designet til at give ingeniører værdifuld erfaring med udrulning, lanceringspladeintegration og tilbagekaldelsesaktiviteter, der minder om lignende tests udført med en mockup Saturn V på Kennedy Space Center i Florida i midten af ​​1966. Mens crawlen transporterede Saturn 5 til puden lodret, foretog N1 turen vandret og blev derefter hævet til lodret ved puden - en standardpraksis i det sovjetiske rumprogram . Den 11. december, efter at forskellige tests var afsluttet, blev N1 -raketten sænket og rullet tilbage til forsamlingsbygningen. 1M1 -modellen vil blive brugt gentagne gange i de kommende år til yderligere lanceringstestintegrationstest.

Selvom denne test blev udført i hemmelighed, fotograferede en amerikansk rekognosceringssatellit N1 på puden kort før dens tilbageslag til forsamlingsbygningen. NASA -administrator James Webb havde adgang til denne og andre lignende efterretninger, der viste, at russerne for alvor planlagde bemandede månemissioner . Denne viden påvirkede flere vigtige amerikanske beslutninger i de kommende måneder. Den satellit billedsprog syntes at vise Sovjet var tæt på en flyvning test af N1, men kunne ikke afsløre, om denne særlige raket var bare en mockup, og at Sovjet var mange måneder bag USA i kapløbet at lande et menneske på Månen . På dette tidspunkt var Sovjet håbefulde om, at de kunne gennemføre en testflyvning af N1 i første halvdel af 1968, men af ​​forskellige tekniske årsager ville forsøget ikke finde sted i mere end et år.

Tidlige sovjetiske månekoncepter

Statisk 3D -model af raketten

I maj 1961 meddelte USA målet om at lande en person på månen i 1970. I løbet af samme måned satte rapporten On Reconsideration of Plans for Space Vehicles in the Direction of Defense Purposes den første testopskydning af N1 -raketten til 1965. I juni fik Korolev et lille beløb til at starte N1 -udviklingen mellem 1961 og 1963. Samtidig foreslog Korolev en månemission baseret på det nye Soyuz -rumfartøj ved hjælp af en jordbane -rendez -profil. Flere Soyuz -raketopskydninger ville blive brugt til at opbygge en komplet Moon -missionspakke, herunder en til Soyuz -rumfartøjet, en anden til månelanderen og et par stykker med cislunar -motorer og brændstof. Denne fremgangsmåde, drevet af den begrænsede kapacitet i Soyuz-raketten, betød, at der ville kræves en hurtig opsendelseshastighed for at samle komplekset, før nogen af ​​komponenterne løb tør for forbrugsstoffer i kredsløb. Korolev foreslog efterfølgende, at N1 blev udvidet for at muliggøre en enkelt lanceringsmånelanding. I november-december 1961 forsøgte Korolev og andre yderligere at argumentere for, at en super tung lift raket kunne levere ultratunge atomvåben, såsom den netop testede tsar Bomba , eller mange sprænghoveder (op til 17) som yderligere begrundelse for N1-designet. Korolev var ikke tilbøjelig til at bruge raketten til militær brug, men ønskede at opfylde sine rumambitioner og så militær støtte som vital. Den militære reaktion var lunken - de troede, at N1 havde lidt militær nytteværdi og var bekymrede for, at den ville aflede midler fra ren militær anvendelse. Korolevs korrespondance med militære ledere fortsatte indtil februar 1962 med få fremskridt.

I mellemtiden foreslog Chelomeis OKB-52 en alternativ mission med meget lavere risiko. I stedet for en besætningslanding foreslog Chelomei en række omgåelsesmissioner for at slå USA til Månens nærhed. Han foreslog også en ny booster til missionen, der samlede tre af hans eksisterende UR-200'er (kendt som SS-10 i vest) for at producere en enkelt større booster, UR-500. Disse planer blev droppet, da Glushko tilbød Chelomei RD-270, hvilket tillod konstruktionen af UR-500 i et meget enklere "monoblock" -design. Han foreslog også at tilpasse et eksisterende rumfartøjsdesign til den cirkulære mission, den enkelt-kosmonaut LK-1 . Chelomei mente, at forbedringer i tidlige UR-500/LK-1-missioner ville tillade rumfartøjet at blive tilpasset til to kosmonauter.

Det sovjetiske militærs strategiske missilstyrker var tilbageholdende med at støtte et politisk motiveret projekt med lidt militær nytte, men både Korolev og Chelomei pressede på for en månemission. Mellem 1961 og 1964 blev Chelomeis mindre aggressive forslag accepteret, og udviklingen af ​​hans UR-500 og LK-1 fik en relativt høj prioritet.

Lunar N1 -udviklingen starter

Valentin Glushko , der derefter havde et næsten monopol på raketmotordesign i Sovjetunionen, foreslog RD-270- motoren ved hjælp af usymmetrisk dimethylhydrazin (UDMH) og nitrogentetroxid (N ₂ O ₄ ) drivmidler til at drive det nyligt forstørrede N1-design. Disse hypergoliske drivmidler antændes ved kontakt, hvilket reducerer motorens kompleksitet og blev meget udbredt i Glushkos eksisterende motorer på forskellige ICBM'er . Forbrændingscyklussen RD-270 med fuld gennemstrømning var under afprøvning før programafbrydelse og opnåede en højere specifik impuls end gasgeneratorcyklussen Rocketdyne F-1 trods brugen af ​​UDMH/N ₂ O ₄ drivmidler med lavere potentiel impuls. F-1-motoren var dengang fem år inde i dens udvikling og oplevede stadig problemer med forbrændingsstabilitet.

Glushko påpegede, at den amerikanske Titan II GLV med succes havde fløjet besætning med lignende hypergoliske drivmidler. Korolev mente, at brændstoffernes toksiske karakter og deres udstødning udgjorde en sikkerhedsrisiko for besætning med rumfart, og at petroleum/LOX var en bedre løsning. Uenigheden mellem Korolev og Glushko om spørgsmålet om brændstoffer blev i sidste ende et stort problem, der hæmmede fremskridt.

Personlige spørgsmål mellem de to spillede en rolle, idet Korolev holdt Glushko ansvarlig for hans fængsling ved Kolyma Gulag i 1930'erne, og Glushko anså Korolev for at være kavalier og enevældig over for ting uden for hans kompetence. Meningsforskellene førte til et fald mellem Korolev og Glushko. I 1962 blev der nedsat et udvalg til at løse tvisten og blev enig med Korolev. Glushko nægtede direkte at arbejde på LOX/petroleumsmotorer og generelt med Korolev. Korolev opgav til sidst og besluttede at få hjælp fra Nikolai Kuznetsov , jetmotordesigneren OKB-276 , mens Glushko gik sammen med andre raketdesignere om at bygge de meget succesrige Proton- , Zenit- og Energia- raketter.

Kuznetsov, der havde begrænset erfaring med raketdesign, reagerede med NK-15 , en temmelig lille motor, der ville blive leveret i flere versioner indstillet til forskellige højder. For at opnå den krævede mængde tryk blev det foreslået, at 30 NK-15'er ville blive brugt i en klynge-konfiguration. En ydre ring på 24 motorer og en indre ring på seks motorer ville blive adskilt af et luftspalte, med luftstrøm tilført via indløb nær toppen af ​​forstærkeren. Luften ville blive blandet med udstødningen for at give en vis grad af trykforøgelse samt motorkøling. Arrangementet af 30 raketmotordyser på N1's første etape kunne have været et forsøg på at skabe en rå version af et toroidalt aerospike -motorsystem ; mere konventionelle aerospike -motorer blev også undersøgt.

N1-L3 månekompleks

N-1/L3 månens missionsprofil

Korolev foreslog en større N1 kombineret med den nye L3 månepakke baseret på Soyuz 7K-L3 . L3 -kombinerede raketfaser, den modificerede Soyuz og den nye LK -månelander skulle opsendes af en enkelt N1 for at gennemføre en månelanding. Chelomei reagerede med et klynget UR-500-afledt køretøj, toppet med L1-rumfartøjet, der allerede er under udvikling, og en lander udviklet af hans designbureau. Korolevs forslag blev valgt som vinder i august 1964, men Chelomei fik besked på at fortsætte med sit cirkulære UR-500/L1-arbejde.

Da Khrusjtjov blev styrtet senere i 1964, begyndte slagsmål mellem de to hold forfra. I oktober 1965 beordrede den sovjetiske regering et kompromis; omkredsmissionen ville blive lanceret på Chelomeis UR-500 ved hjælp af Korolevs Soyuz-rumfartøj i stedet for deres eget Zond ("sonde") -design, der sigter mod en opsendelse i 1967, 50-årsdagen for den bolsjevikiske revolution . Korolev ville i mellemtiden fortsætte med sit originale N1-L3-forslag. Korolev havde klart vundet argumentet, men arbejdet med L1 fortsatte alligevel såvel som Zond.

I 1966 havde det amerikanske projekt Gemini vendt den sovjetiske ledelse inden for menneskelig rumforskning, Korolev begyndte i første omgang at lobbyere for en besætning på en jordomrejse, som blev afvist. Han fik til sidst succes den 3. august 1964, da centralkomiteen endelig vedtog en beslutning med titlen "Om arbejde, der involverer undersøgelse af månen og det ydre rum" med det formål at lande en kosmonaut på månen i tidsrummet 1967 til 68, forud for de amerikanske Apollo -missioner.

Efter at Korolev døde i 1966 på grund af komplikationer efter mindre operation, blev arbejdet på N1-L3 overtaget af hans stedfortræder, Vasily Mishin . Mishin havde ikke Korolevs politiske skarphed eller indflydelse og blev anset for at være en stor drikker. Disse problemer bidrog til den endelige annullering af N1 og månemissionen som helhed, ligesom fire på hinanden følgende affyringsfejl uden succes.

N1 køretøjets serienumre

N1 afbildet af den amerikanske KH-8 Gambit rekognosceringssatellit, 19. september 1968

• N1 1L - dynamisk testmodel i fuld skala, hvert trin blev individuelt testet dynamisk; hele N1 -stakken blev kun testet i 1/4 skala.
• N1 2L (1M1) - Logistiktest- og træningskøretøj (FSLT & TV) for anlægssystemer; to første trin malet grå, tredje etape gråhvid og L3 hvid.
• N1 3L - første lanceringsforsøg, motorbrand, eksploderede 12 km.
• N1 4L - Block A LOX tank udviklede revner; aldrig lanceret, dele fra blok A brugt til andre løfteraketter; resten af ​​flyskrogkonstruktionen skrottet.
• N1 5L - delvist malet grå; første nat lancering; lanceringsfejl ødelagt pad 110 East .
• N1 6L - lanceret fra den anden pude 110 West, mangelfuld rullestyring, ødelagt efter 51'erne.
• N1 7L - helt hvidt, sidste lanceringsforsøg; motorafbrydelse ved 40 kilometer (22 nmi) forårsagede, at drivlinjen hamrede og brændte brændstofsystemet.
• N1 8L og 9L-flyveparate N1F'er med forbedrede NK-33-motorer i blok A, skrottet, da programmet blev aflyst.
• N1 10L - uafsluttet, skrottet sammen med 8L og 9L.

N1F

Mishin fortsatte med N1F -projektet efter annullering af planer for en besat månelanding i håb om, at booster ville blive brugt til at bygge Zvezda -månebasen . Programmet blev afsluttet i 1974, da Mishin blev erstattet af Glushko. To N1F'er blev klargjort til lancering på det tidspunkt, men disse planer blev annulleret.

De to flyveparate N1F'er blev skrottet, og deres rester kunne stadig findes omkring Baikonur år senere brugt som krisecentre og opbevaringsskure. Boosterne blev bevidst brudt op i et forsøg på at dække over Sovjetunionens mislykkede måneforsøg, som offentligt blev erklæret for at være et papirprojekt for at narre USA til at tro, at der var et løb i gang. Denne coverhistorie varede indtil glasnost , da den resterende hardware blev set offentligt udstillet.

Eftervirkninger og motorer

Programmet blev fulgt op af "Vulkan" -konceptet for et kæmpe lanceringsbil med Syntin / LOX drivmidler, senere erstattet af LH2 / LOX på 2. og 3. etape. "Vulkan" blev afløst af Energia / Buran -programmet i 1976.

Omkring 150 af de opgraderede motorer til N1F undslap ødelæggelse. Selvom raketten som helhed var upålidelig, er NK-33 og NK-43 motorerne robuste og pålidelige, når de bruges som en selvstændig enhed. I midten af 1990'erne, Rusland solgt 36 motorer til $ 1,1 millioner om og en licens til produktion af nye motorer til den amerikanske virksomhed Aerojet Generelt .

Det amerikanske firma Kistler Aerospace arbejdede på at inkorporere disse motorer i et nyt raketdesign med den hensigt at tilbyde kommercielle lanceringstjenester, men forsøget endte i konkurs. Aerojet ændrede også NK-33 til at inkorporere trykvektorstyringskapacitet til Orbital Science 's Antares- affyringsvogn. Antares brugte to af disse modificerede AJ-26 motorer til fremdrift i første etape. De første fire opsendelser af Antares var vellykkede, men ved den femte opsendelse eksploderede raketten kort efter opsendelsen. Foreløbig fejlanalyse fra Orbital pegede på en mulig turbopumpefejl i en NK-33/AJ-26. I betragtning af Aerojets tidligere problemer med NK-33/AJ-26-motoren under modifikations- og testprogrammet (to motorfejl ved statiske testfyringer, hvoraf den ene forårsagede store skader på teststanden) og den senere fejl under flyvningen, besluttede Orbital at NK-33/AJ-26 ikke var pålidelig nok til fremtidig brug.

I Rusland blev N1 -motorer ikke brugt igen før i 2004, hvor de omkring 70 motorer blev inkorporeret i et nyt raketdesign, Soyuz 3. Fra 2005 er projektet blevet frosset på grund af manglende finansiering. I stedet blev NK-33 indarbejdet i den første etape af en let variant af Soyuz-raketten , som blev lanceret første gang den 28. december 2013.

Beskrivelse

Sammenligning af super tunge løftebiler . Opførte masser er den maksimale nyttelast til lav jordbane i metriske tons.

Plan for raketfaser (på russisk)

N1 var en meget stor raket, der stod 105 meter (344 fod) høj med sin L3 nyttelast. N1-L3 bestod af fem faser i alt: de tre første (N1) til indsættelse i en lav parkeringsbane i jorden og yderligere to (L3) til translunarinjektion og indsættelse af månens kredsløb. Fuldt lastet og drevet af N1-L3 vejede 2.750 tons (6.060.000 lb). De tre nederste etaper blev formet til at producere en enkelt frustum 17 meter bred ved basen, mens L3 -sektionen for det meste var cylindrisk, båret inde i et ligklæde, der anslås til 3,5 meter (11 fod) bredt. Den koniske formning af de nederste trin skyldtes anbringelsen af ​​tankene indeni, en mindre sfærisk petroleumstank oven på den større flydende ilttank nedenfor.

I løbet af N1s levetid blev der introduceret en række forbedrede motorer for at erstatte dem, der blev brugt i det originale design. Den resulterende modificerede N1 var kendt som N1F, men fløj ikke før projektets aflysning.

Blok A første etape

Det første trin, blok A , blev drevet af 30 NK-15-motorer arrangeret i to ringe, hovedringen på 24 ved boosterens ydre kant og kernefremdrivningssystemet, der består af de indre 6 motorer med cirka en halv diameter. Kontrolsystemet var primært baseret på differentiel gasregulering af motorerne i den ydre ring til pitch og yaw. Kernedriftssystemet blev ikke brugt til kontrol. Blokken A omfattede også fire netfinner , som senere blev brugt på sovjetiske luft-til-luft-missildesign . I alt producerede blok A 45.400 kN (10.200.000 lbf) fremdrift og kunne betragtes som en ægte Nova -klasse første etape (Nova var navnet, der blev brugt af NASA til at beskrive en meget stor forstærker i 10-20 millioner pund fremdriftsområdet ). Dette oversteg 33.700 kN (7.600.000 lbf) tryk fra Saturn V.

Motorstyringssystem

KORD (russisk akronym for KO ntrol R aketnykh D vigateley - bogstaveligt talt "Control (of) Rocket Engines" - russisk: Контроль ракетных двигателей) var det automatiske motorstyringssystem, der var beregnet til at drosle, lukke og overvåge den store klynge på 30 motorer i Blok A (første etape). KORD -systemet kontrollerede differentialtrykket i den ydre ring på 24 motorer til pitch- og yaw -holdningskontrol ved at drosle dem korrekt, og det lukkede også fejlfunktionsmotorer placeret overfor hinanden. Dette var for at negere tonehøjde eller yaw moment diametralt modsatrettede motorer i den ydre ring ville generere, og dermed opretholde symmetrisk tryk. Blok A kunne udføre nominelt med to par modsatrettede motorer slukket (26/30 motorer). Desværre var KORD-systemet ude af stand til at reagere på hurtigt forekommende processer såsom den eksploderende turbopumpe under den anden lancering. På grund af manglerne ved KORD -systemet blev der udviklet et nyt computersystem til den fjerde og sidste lancering. Den S-530 var den første sovjetiske digitale vejledning og kontrolsystem, men i modsætning til KORD, som i det væsentlige var bare en analog motor kontrolsystem, S-530 overvåget alle styringsopgaver i løfteraket og rumfartøjer, hvoraf N1 gennemført to , en placeret i Block V tredje fase, der kontrollerede motorerne i de første tre etaper. Den anden S-530 var placeret i Soyuz LOK-kommandomodulet og gav kontrol til resten af ​​missionen fra TLI til månens flyby og retur til Jorden.

Blok B anden etape

Den anden fase, blok B , blev drevet af 8 NK-15V motorer arrangeret i en enkelt ring. Den eneste store forskel mellem NK-15 og -15V var motorklokken og forskellige indstillinger til luftstart og højhøjde. N1F Block B erstattede NK-15 motorerne med opgraderede NK-43 motorer.

Blok B kunne modstå nedlukning af et par modstående motorer (6/8 motorer).

Blok V tredje etape

Den øverste etape, blok V ( В / V er det tredje bogstav i det russiske alfabet ), monterede fire mindre NK-21 motorer i en firkant. N1F Block V erstattede NK-21 motorerne med NK-31 motorer.

Blok V kunne fungere med én motor slukket og tre fungerer korrekt.

Udviklingsproblemer

Det komplekse VVS, der var nødvendigt for at føre brændstof og oxidationsmiddel ind i det klyngede arrangement af raketmotorer, var skrøbeligt og en vigtig faktor i 2 af de 4 affyringsfejl. N1s Baikonur -affyringskompleks kunne ikke nås med tunge pram. For at tillade transport med jernbane skulle alle etaper sendes i stykker og samles på opsendelsesstedet.

NK-15-motorerne havde et antal ventiler, der blev aktiveret af pyroteknik frem for hydrauliske eller mekaniske midler, hvilket var en vægtbesparende foranstaltning. Når ventilerne var lukket, kunne de ikke åbnes igen. Dette betød, at motorerne til blok A kun blev testfyret individuelt, og hele klyngen på 30 motorer blev aldrig statiske testfyret som en enhed. Sergej Khrusjtjov udtalte, at kun to ud af hver batch på seks motorer blev testet, og ikke de enheder, der faktisk var beregnet til brug i booster. Som følge heraf blev de komplekse og ødelæggende vibrationstilstande (som flåede drivlinjer og møller fra hinanden), samt udstødningsrør og væskedynamiske problemer (forårsager valsning af bilen, vakuumkavitation og andre problemer) i blok A ikke opdaget og arbejdet ud før flyvning. Blokke B og V blev statiske test affyret som komplette enheder.

På grund af sine tekniske vanskeligheder og mangel på finansiering til en omfattende testkampagne gennemførte N1 aldrig en testflyvning. Tolv testflyvninger var planlagt, med kun fire fløjet. Alle fire ubemandede opsendelser endte med fiasko før adskillelse i første etape. Den længste flyvning varede 107 sekunder, lige før adskillelse i første etape. To testlanceringer fandt sted i 1969, en i 1971 og den sidste i 1972.

Sammenligning med Saturn V

En sammenligning af den amerikanske Saturn V -raket (til venstre) med den sovjetiske N1/L3. Bemærk: mennesket nederst illustrerer skalaen

På 105 meter (344 fod) var N1 -L3 lidt kortere end den amerikanske Apollo - Saturn V (111 meter, 363 fod). N-1 havde en mindre samlet diameter, men en større maksimal diameter (17 m/56 fod vs. 10 m/33 fod). N1 producerede mere kraft i hvert af sine første tre faser end de tilsvarende faser af Saturn V. N1-L3 producerede mere total impuls i sine fire første faser, end Saturn V gjorde i sine tre (se tabellen nedenfor).

N1 var beregnet til at placere den cirka 95 t (209.000 lb) L3 nyttelast i lav jordbane , med den fjerde etape inkluderet i L3 -komplekset var beregnet til at placere 23,5 t (52.000 lb) i translunar kredsløb. Til sammenligning placerede Saturn V det cirka 45 t (100.000 lb) Apollo-rumfartøj plus omkring 74,4 t (164.100 lb) brændstof, der var tilbage i S-IVB tredje fase til translunarinjektion i en lignende jordpark .

N1 brugte petroleumbaseret raketbrændstof i alle sine tre hovedfaser, mens Saturn V brugte flydende brint til at brænde sit andet og tredje trin, hvilket gav en samlet ydelsesfordel på grund af den højere specifikke impuls . N1 spildte også tilgængelig drivmængde ved at bruge sfæriske drivgassbeholdere under en groft konisk ydre hud, mens Saturn V brugte det meste af sin tilgængelige cylindriske hudvolumen til at huse kapselformede brint- og ilttanke med fælles skotter mellem tankene i den anden og tredje etape.

Den N1-L3 ville have været i stand til at konvertere kun 9,3% af sin tre-trins samlede impuls i kredsløb om Jorden nyttelast momentum (sammenlignet med 12,14% for Saturn V), og kun 3,1% af dens fire-trins samlede impuls i translunar nyttelast momentum sammenlignet med 6,2% for Saturn V.

I modsætning til Kennedy Space Center Launch Complex 39 kunne N1s Baikonur -affyringskompleks ikke nås med tung pram. For at tillade transport med jernbane skulle alle etaper sendes i stykker og samles på opsendelsesstedet. Dette førte til vanskeligheder med at teste, der bidrog til N1's manglende succes.

Saturn V tabte heller aldrig en nyttelast ved to udviklings- og elleve operationelle opsendelser, mens fire N1 -udviklingsstartforsøg alle resulterede i katastrofale fejl med to nyttelast.

Lancering historik

Første fejl, serie 3L

21. februar 1969: serienummer 3L-Zond L1S-1 (Soyuz 7K-L1S (Zond-M) ændring af Soyuz 7K-L1 "Zond" rumfartøj) til Moon flyby

Et par sekunder inde lanceringen, en forbigående spænding forårsaget KORD at lukke Engine # 12. Efter dette skete, lukkede KORD motor #24 for at opretholde symmetrisk tryk. Ved T+6 sekunder rev pogo -oscillation i #2 -motoren flere komponenter af deres beslag og startede en drivlækage. Ved T+25 sekunder sprængte yderligere vibrationer en brændstofledning og fik RP-1 til at spilde ind i forstærkerens bageste sektion. Da den kom i kontakt med den utæt gas, startede en brand. Branden brændte derefter gennem ledninger i strømforsyningen og forårsagede elektriske lysbuer, der blev taget op af sensorer og fortolket af KORD som et trykproblem i turbopumperne. KORD reagerede med at udstede en generel kommando om at lukke hele den første fase ved T+68 sekunder efter lanceringen. Dette signal blev også transmitteret op til anden og tredje etape, "låst" dem og forhindret en manuel jordkommando i at blive sendt for at starte deres motorer. Telemetri viste også, at kraftgeneratorerne i N-1 fortsatte med at fungere indtil stødet med jorden ved T+183 sekunder.

Efterforskerne opdagede resterne af raketten 52 kilometer fra affyringsrampen. Vasily Mishin havde i første omgang bebrejdet generatorerne for fejlen, da han ikke kunne tænke på nogen anden grund til, at alle 30 motorer ville lukke ned på en gang, men dette blev hurtigt modbevist af telemetredata og genopretning af generatorerne fra styrtstedet. De havde overlevet i god stand og blev sendt tilbage til Istra -fabrikken, hvor de blev renoveret og arbejdet uden problemer under bænketest. Efterforskningsholdet spekulerede ikke i, om den brændende første etape kunne have fortsat med at flyve, hvis KORD -systemet ikke havde lukket det ned.

KORD viste sig at have en række alvorlige designfejl og dårligt programmeret logik. En uforudsete fejl var, at dens driftsfrekvens, 1000 Hz, tilfældigvis faldt perfekt sammen med vibrationer genereret af fremdriftssystemet, og nedlukning af motor nr. 12 ved løftning blev antaget at være forårsaget af pyrotekniske anordninger, der åbnede en ventil, hvilket frembragte en høj -frekvensoscillation, der gik ind i tilstødende ledninger og blev antaget af KORD for at være en hastighed i motorens turbopumpe. Ledningerne i motor nr. 12 antages at være særligt sårbare over for denne effekt på grund af dens længde; andre motorer havde imidlertid lignende ledninger og var upåvirkede. Systemets driftsspænding steg også til 25V i stedet for den nominelle 15V. Kontrolledningerne blev flyttet og belagt med asbest til brandsikring, og driftsfrekvensen blev ændret. Det Lanceringen flugt-systemet blev aktiveret og gjorde sit arbejde ordentligt, hvilket sparer mockup af rumfartøjet. Alle efterfølgende flyvninger havde freon -ildslukkere installeret ved siden af ​​hver motor. Ifølge Sergei Afanasiev var logikken i kommandoen om at lukke hele klyngen på 30 motorer i blok A forkert i dette tilfælde, som den efterfølgende undersøgelse afslørede.

Anden fejl, serie 5L

Serienummer 5L- Zond L1S-2 til månens bane og flyby og tiltænkt fotografering af mulige besætningslandingssteder.

Det andet N-1-køretøj blev lanceret den 3. juli 1969 og bar et modificeret L1 Zond-rumfartøj og et levende flugtårn. Boris Chertok hævdede, at der også blev båret et massemodel månemodul; de fleste kilder indikerer imidlertid, at kun L1S-2 og boost-stadierne var om bord på N-1 5L. Lanceringen fandt sted klokken 23:18 Moskva -tid. I et øjeblik løftede raketten ind i nattehimlen. Så snart det ryddede tårnet, var der et lysglimt, og snavs kunne ses falde ned fra bunden af ​​den første etape. Alle motorer slukker øjeblikkeligt undtagen motor nr. 18. Dette fik N-1 til at læne sig over i en 45-graders vinkel og falde tilbage på affyringsrampe 110 øst . De næsten 2300 tons drivmiddel om bord udløste en massiv eksplosion og stødbølge, der knuste ruder hen over affyringskomplekset og sendte affald flyvende så langt som 10 kilometer fra eksplosionens centrum. Lanceringsbesætninger var tilladt uden for en halv time efter ulykken og stødte på dråber uforbrændt brændstof, der stadig regnede ned fra himlen. Størstedelen af ​​N-1's drivmængde var ikke blevet forbrugt ved ulykken, og det meste af det, der havde brændt, var i den første fase af raketten. Imidlertid var det værst tænkelige scenario, blanding af brændstoffet og LOX for at danne en eksplosiv gel, ikke forekommet. Den efterfølgende undersøgelse viste, at op til 85% af drivmidlet ombord på raketten ikke detonerede, hvilket reducerede kraften i eksplosionen. Lanceringsflugtsystemet havde aktiveret sig på tidspunktet for motorstop (T+15 sekunder) og trak L1S-2-kapslen i sikkerhed 2,0 kilometer (1,2 miles) væk. Slag med puden skete ved T+23 sekunder. Lanceringskompleks 110 øst blev grundigt udjævnet af sprængningen, med betonpuden kastet ind og et af belysningstårnene væltet og snoet rundt om sig selv. På trods af ødelæggelserne blev de fleste telemetribånd fundet intakte i affaldsområdet og undersøgt.

Lige før liftoff eksploderede LOX turbopumpen i #8 -motoren (pumpen blev genvundet fra affaldet og viste sig at have tegn på brand og smeltning). Den resulterende stødbølge afbrød de omgivende drivledninger og startede en brand på grund af lækage af brændstof. Branden beskadigede forskellige komponenter i trykafsnittet, hvilket førte til, at motorerne gradvist blev standset mellem T+10 og T+12 sekunder. KORD havde slukket motorer #7, #19, #20 og #21 efter at have registreret unormalt tryk og pumpehastigheder. Telemetri gav ingen forklaring på, hvad der slukkede de andre motorer. Motor nr. 18, som havde fået booster til at læne sig over 45 grader, fortsatte med at køre indtil stød, noget ingeniører aldrig kunne tilfredsstillende forklare. Det kunne ikke fastslås præcis, hvorfor #8 turbopumpen var eksploderet. Arbejdsteorier var, at enten et stykke af en trykføler var brudt af og lå fast i pumpen, eller at dets løberblade havde gniddet mod metalhuset, hvilket skabte en friktionsgnist, der antændte LOX. #8 -motoren havde kørt uregelmæssigt inden nedlukning, og en trykføler registrerede "utrolig kraft" i pumpen. Vasily Mishin mente, at en pumprotor var gået i opløsning, men Kuznetsov argumenterede for, at NK-15-motorerne var helt skyldfrie, og Mishin, der havde forsvaret brugen af ​​Kuznetsovs motorer to år tidligere, kunne ikke offentligt komme ud og udfordre ham. Det lykkedes Kuznetsov at få efterforskningsudvalget efter flyvningen til at bestemme årsagen til motorfejl som "indtagelse af fremmed snavs". Vladimir Barmin, chefdirektør for opsendelsesfaciliteter i Baikonur, argumenterede også for, at KORD'en skulle være låst i de første 15-20 sekunder af flyvningen for at forhindre, at der blev udsendt en nedlukningskommando, indtil boosteren havde ryddet pad -området. Det ødelagte kompleks blev fotograferet af amerikanske satellitter og afslørede, at Sovjetunionen byggede en måneraket. Efter denne flyvning blev brændstoffiltre installeret i senere modeller. Det tog også 18 måneder at genopbygge affyringsrampen og forsinkede lanceringer. Dette var en af ​​de største kunstige ikke-nukleare eksplosioner i menneskets historie og var synlig den aften 35 kilometer væk ved Leninsk (Se Tyuratam ).

Tredje fejl, seriel 6L

26. juni 1971: serienummer 6L-dummy Soyuz 7K-LOK ( Soyuz 7K-L1E No.1) og dummy LK- modul-rumfartøjer

Kort efter lift-off, på grund af uventede hvirvler og modstrømme i bunden af ​​blok A (første etape), oplevede N-1 en ukontrolleret rulle ud over kontrolsystemets evne til at kompensere. KORD -computeren registrerede en unormal situation og sendte en nedlukningskommando til den første fase, men som nævnt ovenfor var vejledningsprogrammet siden blevet ændret for at forhindre dette i at ske indtil 50 sekunder efter lanceringen. Rullen, der oprindeligt havde været 6 ° i sekundet, begyndte hurtigt at accelerere. Ved T+39 sekunder rullede boosteren med næsten 40 ° i sekundet, hvilket fik inertialføringssystemet til at gå i gimbal -lås, og ved T+48 sekunder gik bilen i opløsning fra strukturelle belastninger. Mellemtrinnet mellem den anden og den tredje etape snoede sig fra hinanden, og sidstnævnte adskilt fra stakken og ved T+50 sekunder blev afbrydelseskommandoen til den første etape blokeret, og motorerne blev straks standset. De øvre etaper påvirkede omkring 7 kilometer fra affyringskomplekset. På trods af motorstop havde den første og anden etape stadig nok momentum til at rejse et stykke, før de faldt til jorden cirka 15 kilometer fra affyringskomplekset og sprængte et 15 meter dybt (50 fod) krater i steppe. Denne N1 havde dummy øvre etaper uden redningssystemet. Det næste, sidste køretøj ville have et meget mere kraftfuldt stabiliseringssystem med dedikerede motorer (i de tidligere versioner blev stabiliseringen udført ved at styre udstødningen fra hovedmotorerne). Motorstyringssystemet ville også blive omarbejdet og øge antallet af sensorer fra 700 til 13.000.

Fjerde fejl, seriel 7L

23. november 1972: serienummer 7L-almindeligt Soyuz 7K-LOK (Soyuz 7K-LOK No.1) og dummy LK- modul-rumfartøj til Moon flyby

Start og lift-off gik godt. Ved T+90 sekunder blev en programmeret nedlukning af kernefremdrivningssystemet (de seks centermotorer) udført for at reducere strukturel belastning af booster . På grund af overdrevne dynamiske belastninger forårsaget af en hydraulisk stødbølge, da de seks motorer brat blev standset, sprængte ledninger til fodring af brændstof og oxidator til kernefremdrivningssystemet og en brand startede i boosterens boailhale; derudover eksploderede #4 -motoren. Den første fase brød op fra T+107 sekunder, og alle telemetredata ophørte ved T+110 sekunder. Lanceringsflugtsystemet aktiverede og trak Soyuz 7K-LOK i sikkerhed. De øverste etaper blev skubbet ud af stakken og styrtede ned i steppen. En undersøgelse viste, at den pludselige nedlukning af motorerne førte til udsving i væskesøjlerne i føderørene, som sprængte og spildte brændstof og oxidator på de nedlukkede, men stadig varme motorer. Der var også mistanke om fejl på turbopumpe nr. 4. Det blev antaget, at lanceringen kunne have været reddet, hvis jordkontrollere havde sendt en manuel kommando for at skubbe første etape og begynde at brænde anden etape tidligt, da etapen kun mislykkedes 15 sekunder, før den skulle adskilles ved T+125 sekunder, og den havde nået den nominelle brændetid på 110 sekunder ifølge cyclogrammet.

Annulleret femte lancering

Køretøjets serienummer 8L blev udarbejdet til august 1974. Det omfattede et almindeligt 7K-LOK Soyuz 7K-LOK og et almindeligt LK-modul-rumfartøj i L3-måneekspeditionskomplekset. Det var beregnet til en måneflyby og ubemandet landing som forberedelse til en fremtidig besætningsmission. Da N1-L3- programmet blev aflyst i maj 1974, fandt denne lancering aldrig sted.

Forvirring omkring L3 -betegnelse

Der er forvirring blandt russiske onlinekilder om, hvorvidt N1-L3 (russisk: Н1-Л3) eller N1-LZ (russisk: Н1-ЛЗ) var tiltænkt på grund af ligheden mellem det kyrilliske bogstav Ze for "Z" og tallet "3". Nogle gange bruges begge formularer inden for det samme russiske websted (eller endda den samme artikel). Engelske kilder refererer kun til N1-L3. Den korrekte betegnelse er L3, der repræsenterer en af ​​de fem grene af sovjetisk måneforsøg. Etape 1 (Л1) var planlagt som en besætningsomskredende flyvning (delvist realiseret i Zond -programmet ); trin 2 (Л2) var en ubemandet månens rover (realiseret i Lunokhod ); trin 3 (Л3) skulle have været en besat månelanding; trin 4 (Л4) blev konceptualiseret som et besat rumfartøj i månens kredsløb; og etape 5 (Л5) blev konceptualiseret som en tung besat månens rover for at understøtte et besætning på 3-5 mennesker.

Se også

• Sammenligning af kredsløbssystemer
• Sammenligning af kredsløbsfamilier
• Nova (raket)
• Space Launch System
• Saturn V.

Noter

Referencer

Bibliografi

• "L3" . Encyclopedia Astronautica . Hentet 2019-05-07 .
• Matthew Johnson (2014). N-1: For månen og Mars En guide til den sovjetiske superbooster . ARA Press; Første udgave. ISBN 9780989991407.

eksterne links

• Astronautix historie af N1
• Statistik og information. Interaktiv model.
• Videooptagelser af N-1-køretøjets 5L-fejl med lanceringsafbrydelsessystem aktiveret
• Raketno-kosmicheskii kompleks N1-L3, bog: Гудилин В.Е., Слабкий Л.И. ( Слабкий Л.И. ) (Gudilin V., Slabkiy L.) "Ракетно-космические системы (История. Развитие. Перспективы)", М., 1996 (på russisk)
• Interview med Vasily Pavlovich Mishin (på russisk)
• Kistler Space Systems, det amerikanske selskab, der udvikler en NK-33-baseret raket
• Tegning