N1 (ракета) - N1 (rocket)

N1 / L3
Макет Н1 1М1 на стартовой площадке космодрома Байконур в конце 1967 года. Jpg
Макет на космодроме Байконур в конце 1967 года
Функция Лунная ракета-носитель с экипажем / сверхтяжелая ракета-носитель
Производитель ОКБ-1
Страна происхождения СССР
Размер
Рост 105,3 метра (345 футов)
Диаметр 17,0 метров (55,8 футов)
Масса 2750 тонн (6 060 000 фунтов)
Этапы 5
Емкость
Полезная нагрузка на НОО
Масса 95 т (209000 фунтов)
Полезная нагрузка в TLI
Масса 23,5 т (52000 фунтов)
История запуска
Положение дел Не удалось, отменено
Запустить сайты LC-110, Байконур
Всего запусков 4
Успех (а) 0
Отказ (ы) 4
Первый полет 21 февраля 1969 г.
Последний полет 23 ноября 1972 года
Первый этап - Блок А
Диаметр 17,0 м (55,8 футов)
Двигатели 30 НК-15
Толкать 45 400 кН (10 200 000 фунтов-силы)
Удельный импульс 330 секунд (3,2 км / с)
Время горения 125 с
Пропеллент RP-1 / LOX
Второй этап - Блок Б
Двигатели 8 НК-15 В
Толкать 14 040 кН (3 160 000 фунтов-силы)
Удельный импульс 346 секунд (3,39 км / с)
Время горения 120 с
Пропеллент RP-1 / LOX
Третий этап - Блок V
Двигатели 4 НК-21
Толкать 1,610 кН (360,000 фунтов-силы)
Удельный импульс 353 секунды (3,46 км / с)
Время горения 370 с
Пропеллент RP-1 / LOX
Четвертый этап (N1 / L3) - Блок G (вылет на Землю)
Двигатели 1 НК-19
Толкать 446 кН (100000 фунтов-силы)
Удельный импульс 353 секунды (3,46 км / с)
Время горения 443 с
Пропеллент RP-1 / LOX

N1 / L3 (от Ракета-носитель Ракета-Носитель „Ракета - носитель“; кириллицы: Н 1 ) был супер большой грузоподъемности ракеты - носителя предназначены для доставки полезных грузов за пределы околоземной орбиты . N1 был советским аналогом американского Saturn V и был предназначен для обеспечения возможности путешествовать с экипажем на Луну и за ее пределы, исследования начались еще в 1959 году. Его первая ступень остается одной из самых мощных ступеней ракеты, когда-либо построенных, уступая только ракетам. Первая ступень SpaceX Super Heavy в 2021 году. Тем не менее, все четыре пилотируемых первых ступени блока A N1 вышли из строя, поскольку из-за отсутствия статических испытательных зажиганий возникли проблемы с водопроводом и другие неблагоприятные характеристики большого кластера из тридцати двигателей и его сложного устройства подачи топлива и окислителя. системы ранее не обнаруживались.

Версия N1-L3 была разработана, чтобы конкурировать с американской программой Apollo по высадке человека на Луну с использованием аналогичного метода сближения на лунной орбите . Базовая ракета-носитель N1 имела три ступени, которые должны были вывести лунную полезную нагрузку L3 на низкую околоземную орбиту с двумя космонавтами. L3 содержал одну ступень для транслунной инъекции ; еще одна ступень, используемая для коррекции среднего курса, вывода на лунную орбиту и первой части спуска на поверхность Луны; один пилот ЛК Ландер космического аппарата; и двухпилотный лунно-орбитальный космический корабль « Союз 7К-ЛОК» для возвращения на Землю.

N1-L3 недофинансировался и торопился, начав разработку в октябре 1965 года, почти через четыре года после Saturn V. Проект был серьезно сорван из-за смерти его главного конструктора Сергея Королева в 1966 году. Каждая из четырех попыток запустить N1 провалилась. Вторая попытка привела к тому, что вскоре после взлета аппарат снова упал на стартовую площадку и вызвал один из крупнейших искусственных неядерных взрывов в истории человечества. Программа N1 была приостановлена ​​в 1974 году и официально отменена в 1976 году. Все детали советских лунных программ с экипажем держались в секрете до тех пор, пока Советский Союз не приближался к краху в 1989 году.

История

В 1967 году Соединенные Штаты и Советский Союз очень сильно боролись за то, чтобы первыми высадить человека на Луну . Советская лунная программа людей получила официальное одобрение правительства в 1964 году, и один из ключевых компонентов этой программы была ракета под названием N1, сравнимая по размеру с американским Сатурном V ракеты Луны. Эти испытания оказали значительное влияние на ключевые решения программы Apollo .

25 ноября 1967 года, менее чем через три недели после первого полета Saturn V во время миссии Apollo 4 , Советы развернули ракету N1 на недавно построенную стартовую площадку 110R на космодроме Байконур в Советском Казахстане . Эта конкретная ракета, получившая обозначение 1M1 и также называемая транспортным средством для логистических испытаний и обучения систем оборудования, на самом деле была макетом и была разработана, чтобы дать инженерам ценный опыт развертывания, интеграции стартовой площадки и операций отката, напоминающих аналогичные испытания, проведенные с макетом Saturn V. в Космическом центре Кеннеди во Флориде в середине 1966 года. В то время как гусеничный аппарат транспортировал Saturn 5 к планшету вертикально, N1 двигался горизонтально, а затем поднимался в вертикальное положение на платформе - стандартная практика в советской космической программе . 11 декабря после завершения различных испытаний ракету Н1 спустили и откатили в сборочный корпус. Макет 1M1 будет неоднократно использоваться в ближайшие годы для дополнительных тестов интеграции стартовой площадки.

Хотя это испытание проводилось в секрете, разведывательный спутник США сфотографировал N1 ​​на площадке незадолго до его отката к сборочному зданию. Администратор НАСА Джеймс Уэбб имел доступ к этой и другой подобной информации, которая показала, что русские серьезно планировали пилотируемые полеты на Луну . Эти знания повлияли на несколько ключевых решений США в ближайшие месяцы. Спутниковые снимки появились , чтобы показать , что Советы были близки к испытанию полета N1, но не могли выявить , была ли эта конкретная ракета просто макетом и что Советы были много месяцев позади США в гонке , чтобы высадить человек на Луне . В то время Советы надеялись, что им удастся провести испытательный полет N1 в первой половине 1968 года, но по ряду технических причин эта попытка не состоялась больше года.

Ранние советские лунные концепции

Статическая 3D модель ракеты

В мае 1961 года США объявили о цели высадить человека на Луну к 1970 году. В том же месяце в отчете « О пересмотре планов космических аппаратов в оборонных целях» говорится о первом испытательном запуске ракеты N1 для 1965. В июне Королев получил небольшое финансирование для начала разработки N1 в период с 1961 по 1963 год. В то же время Королев предложил полет на Луну на базе нового космического корабля «Союз» с использованием профиля сближения с околоземной орбитой . Несколько запусков ракет " Союз " будут использованы для создания полного пакета миссий на Луну, включая один для космического корабля "Союз", другой для лунного посадочного модуля и несколько с окололунными двигателями и топливом. Такой подход, обусловленный ограниченными возможностями ракеты «Союз», означал, что для сборки комплекса потребуется высокая скорость запуска, прежде чем в каком-либо из компонентов на орбите закончатся расходные материалы. Королев впоследствии предложил увеличить N1, чтобы обеспечить возможность однократной посадки на Луну. В ноябре-декабре 1961 года Королев и другие пытались еще раз доказать, что сверхтяжелая ракета может доставлять сверхтяжелое ядерное оружие, такое как только что испытанная Царь-Бомба , или множество боеголовок (до 17) в качестве дополнительного обоснования конструкции N1. Королев не был склонен использовать ракету в военных целях, но хотел реализовать свои космические амбиции и считал военную поддержку жизненно важной. Военная реакция была вялой - они думали, что N1 имеет небольшую военную полезность, и опасались, что это отвлечет средства от чисто военных целей. Переписка Королева с военачальниками продолжалась до февраля 1962 года без особых успехов.

Между тем ОКБ-52 Челомея предложило альтернативную миссию с гораздо меньшим риском. Вместо посадки с экипажем Челомей предложил серию окололунных миссий, чтобы обойти США в районе Луны. Он также предложил новый ускоритель для миссии, объединив три из его существующих UR-200 (известных как SS-10 на западе), чтобы произвести один более крупный ускоритель, UR-500. Эти планы были отброшены, когда Глушко предложил Челомею РД-270, что позволило построить УР-500 в гораздо более простой «моноблочной» конструкции. Он также предложил адаптировать существующую конструкцию космического корабля для окололунного полета - космического корабля-одиночки ЛК-1 . Челомей считал, что улучшения в ранних миссиях UR-500 / LK-1 позволят приспособить космический корабль для двух космонавтов.

Ракетные войска стратегического назначения советских вооруженных сил не хотели поддерживать политически мотивированный проект, не приносивший большой военной пользы, но и Королев, и Челомей настаивали на миссии на Луну. В период с 1961 по 1964 год менее агрессивное предложение Челомея было принято, и разработка его UR-500 и LK-1 получила относительно высокий приоритет.

Начало разработки Lunar N1

Валентин Глушко , который в то время обладал почти монополией на разработку ракетных двигателей в Советском Союзе, предложил двигатель РД-270, использующий несимметричный диметилгидразин (НДМГ) и тетроксид азота (N 2 O 4 ) для питания недавно увеличенной конструкции N1. Эти гиперголические порохы воспламеняются при контакте, уменьшая сложность двигателя, и широко использовались в существующих двигателях Глушко на различных межконтинентальных баллистических ракетах . Полнопоточный ступенчатый цикл горения РД-270 проходил испытания перед отменой программы, в результате чего был достигнут более высокий удельный импульс, чем у газогенераторного цикла Rocketdyne F-1, несмотря на использование топлива НДМГ / N 2 O 4 с более низким потенциальным импульсом. В то время двигатель F-1 находился в разработке пять лет назад, и все еще испытывал проблемы со стабильностью сгорания.

Глушко отметил, что американский Titan II GLV успешно управлял экипажем с подобным гиперголическим порохом. Королев считал, что токсичность топлива и его выхлопных газов представляет угрозу безопасности пилотируемых космических полетов, и что керосин / LOX был лучшим решением. Разногласия между Королевым и Глушко по вопросу о топливе в конечном итоге стали серьезной проблемой, которая помешала прогрессу.

Личные разногласия между ними сыграли свою роль: Королев считал Глушко ответственным за его заключение в Колымский ГУЛАГ в 1930-х годах, а Глушко считал Королева бесцеремонным и автократичным по отношению к вещам, выходящим за рамки его компетенции. Разница во мнениях привела к ссоре между Королевым и Глушко. В 1962 году для разрешения спора была назначена комиссия, согласованная с Королевым. Глушко наотрез отказался работать над LOX / керосиновыми двигателями и с Королевым в целом. В конце концов Королев сдался и решил заручиться помощью Николая Кузнецова , конструктора реактивных двигателей ОКБ-276 , в то время как Глушко объединился с другими разработчиками ракет для создания очень успешных ракет « Протон» , « Зенит» и « Энергия ».

Кузнецов, имевший ограниченный опыт в разработке ракет, ответил НК-15 , довольно небольшим двигателем, который будет поставляться в нескольких версиях, настроенных на разную высоту. Для достижения необходимой тяги предлагалось использовать 30 НК-15 в кластерной конфигурации. Наружное кольцо из 24 двигателей и внутреннее кольцо из шести двигателей будет разделено воздушным зазором, при этом воздушный поток будет подаваться через входные отверстия в верхней части усилителя. Воздух будет смешиваться с выхлопом, чтобы обеспечить некоторое увеличение тяги , а также охлаждение двигателя. Размещение 30 сопел ракетных двигателей на первой ступени N1 могло быть попыткой создать грубую версию системы тороидального аэро шипового двигателя ; были также изучены более обычные двигатели для аэростатов.

Лунный комплекс N1-L3

Профиль лунной миссии N-1 / L3

Королев предложил более крупный N1 в сочетании с новым лунным пакетом L3 на базе корабля "Союз 7К-Л3" . Комбинированные ступени ракеты L3, модифицированный « Союз» и новый лунный посадочный модуль LK должны были быть запущены одним N1 для выполнения посадки на Луну. Челомей ответил сгруппированным аппаратом на основе UR-500, увенчанным уже разрабатываемым космическим кораблем L1, и посадочным модулем, разработанным его конструкторским бюро. Предложение Королева было выбрано в качестве победителя в августе 1964 года, но Челомею сказали продолжить его окололунные работы UR-500 / L1.

Когда позже в 1964 году Хрущев был свергнут, борьба между двумя командами началась заново. В октябре 1965 года советское правительство приказало пойти на компромисс; окололунный полет будет запущен на "Челомее" UR-500 с использованием космического корабля "Союз" Королева вместо его собственной конструкции " Зонд" ("зонд") с целью запуска в 1967 году, к 50-летию большевистской революции . Королев, тем временем, продолжил свое первоначальное предложение N1-L3. Королев явно выиграл спор, но работа над L1 все равно продолжалась, как и над Zond.

В 1966 году американский проект «Близнецы» полностью изменил советское лидерство в освоении космоса человеком. Первоначально Королев лоббировал окололунную миссию с экипажем, которая была отклонена. В конечном итоге он добился успеха 3 августа 1964 года, когда Центральный комитет, наконец, принял резолюцию под названием «О работах, связанных с изучением Луны и космического пространства» с целью высадки космонавта на Луну в период с 1967 по 68 годы, опережая сроки. американские миссии "Аполлон".

После того, как Королев умер в 1966 году из-за осложнений после небольшой операции, работу над N1-L3 взял на себя его заместитель Василий Мишин . Мишин не обладал политической проницательностью и влиянием Королева и имел репутацию пьяницы. Эти проблемы способствовали окончательной отмене N1 и лунной миссии в целом, как и четыре последовательных неудачных запуска без каких-либо успехов.

Серийные номера автомобилей N1

N1, сделанный разведывательным спутником США KH-8 Gambit , 19 сентября 1968 г.
  • N1 1L - натурная модель динамических испытаний, каждый этап проходил индивидуальные динамические испытания; полный стек N1 был протестирован только в масштабе 1/4.
  • N1 2L (1M1) - испытательная и учебная машина для логистических систем (FSLT & TV); две первые ступени окрашены в серый цвет, третья ступень в серо-белый цвет и L3 в белый цвет.
  • N1 3L - попытка пуска первая, двигатель загорелся, взорвался на 12 км.
  • N1 4L - Блок A резервуар LOX с развитыми трещинами; никогда не запускался, детали из блока А использовались для других пусковых установок; остальная часть конструкции планера утилизирована.
  • N1 5L - частично окрашен в серый цвет; первый ночной запуск; неудачный запуск уничтожил площадку 110 East .
  • N1 6L - запущен со второй площадки 110 з.д., недостаточная управляемость по крену, уничтожен через 51с.
  • N1 7L - все белое, последняя попытка пуска; остановка двигателя на 40 км (22 нм) вызвала удары в топливопроводе и разрыв топливной системы.
  • N1 8L и 9L - готовые к полету N1F с улучшенными двигателями НК-33 в блоке А, списанные после отмены программы.
  • N1 10L - недостроен, сдан в слом вместе с 8L и 9L.

N1F

Мишин продолжил работу над проектом N1F после отмены планов по высадке на Луну с экипажем в надежде, что ракета-носитель будет использована для строительства лунной базы «Звезда» . Программа была прекращена в 1974 году, когда Мишина сменил Глушко. В то время готовились к запуску два N1F, но эти планы были отменены.

Два готовых к полету N1F были списаны, и их останки все еще можно было найти вокруг Байконура, годы спустя, которые использовались в качестве укрытий и складов. Ракеты-носители были намеренно разбиты, чтобы скрыть неудачные попытки СССР на Луну, что было публично заявлено как бумажный проект, чтобы заставить США думать, что идет гонка. Эта история прикрытия длилась до гласности , когда оставшееся оборудование было публично выставлено на обозрение.

Последствия и двигатели

За программой последовала концепция «Вулкан» для огромной ракеты-носителя, использующей топливо Syntin / LOX , позднее замененное на LH2 / LOX на 2-й и 3-й ступенях. В 1976 году на смену "Вулкану" пришла программа " Энергия / Буран" .

Уцелели около 150 модернизированных двигателей для N1F. Несмотря на то, что ракета в целом была ненадежной, двигатели НК-33 и НК-43 прочны и надежны при использовании в автономном режиме. В середине 1990-х годов Россия продала 36 двигателей для $ 1,1 млн каждый и лицензию на производство новых двигателей для американской компании Aerojet General .

Американская компания Kistler Aerospace работала над включением этих двигателей в новую конструкцию ракеты с намерением предложить услуги коммерческого запуска, но попытка закончилась банкротством. Aerojet также модифицировали NK-33 , чтобы включить возможность управления вектором тяги для Orbital Science «s Antares ракеты - носителя. Antares использовал два из этих модифицированных двигателей AJ-26 в качестве силовой установки первой ступени. Первые четыре запуска "Антареса" прошли успешно, но при пятом запуске ракета взорвалась вскоре после запуска. Предварительный анализ отказов, проведенный Orbital, указал на возможный отказ турбонасоса в одном из самолетов NK-33 / AJ-26. Учитывая предыдущие проблемы Aerojet с двигателем NK-33 / AJ-26 во время программы модификации и испытаний (два отказа двигателя при статических испытательных запусках, один из которых нанес серьезный ущерб испытательному стенду) и более поздний отказ в полете, Orbital решила что NK-33 / AJ-26 недостаточно надежен для будущего использования.

В России двигатели N1 не использовались снова до 2004 года, когда оставшиеся около 70 двигателей были включены в конструкцию новой ракеты «Союз 3». По состоянию на 2005 год проект был заморожен из-за отсутствия финансирования. Вместо этого НК-33 был включен в первую ступень легкого варианта ракеты Союз , первый запуск которой состоялся 28 декабря 2013 года.

Описание

Сравнение сверхтяжелых ракет-носителей . Указанная масса представляет собой максимальную полезную нагрузку на околоземную орбиту в метрических тоннах.
Схема ступеней ракеты.

N1 была очень большой ракетой, высотой 105 метров (344 фута) с полезной нагрузкой L3. Всего N1-L3 состоял из пяти ступеней: первые три (N1) для вывода на низкую орбиту парковки вокруг Земли и еще две (L3) для транслунного ввода и вывода на лунную орбиту. Полностью загруженный и заправленный топливом N1-L3 весил 2750 тонн (6 060 000 фунтов). Три нижних ступени были сформированы так, чтобы образовать единую усеченную пирамиду шириной 17 метров (56 футов) в основании, в то время как секция L3 была в основном цилиндрической и находилась внутри кожуха шириной примерно 3,5 метра (11 футов). Коническая форма нижних ступеней была обусловлена ​​расположением резервуаров внутри: меньший сферический резервуар для керосина наверху большего резервуара с жидким кислородом внизу.

В течение всего срока службы N1 был представлен ряд улучшенных двигателей, заменяющих те, которые использовались в оригинальной конструкции. Получившийся модифицированный N1 был известен как N1F, но не летал до отмены проекта.

Блок А первый этап

Первая ступень, Блок А , была оснащена 30 двигателями НК-15, расположенными в двух кольцах, главным кольцом из 24 на внешней кромке ускорителя и основной силовой установкой, состоящей из 6 внутренних двигателей примерно половинного диаметра. Система управления в первую очередь была основана на дифференциальном дросселировании двигателей внешнего кольца по тангажу и рысканью. Ядерная двигательная установка для управления не использовалась. Блок А также включал четыре решетчатых стабилизатора , которые позже использовались в советских ракетах класса «воздух-воздух» . В целом, блок А произведено 45,400 кН (10200000) Lbf тяги и может рассматриваться как истинная Нова класса первой стадии (Нова название , используемое НАСА , чтобы описать очень большой бустера в 10-20 миллионов фунтов диапазона тяги ). Это превышало тягу Сатурна V в 33700 кН (7600000 фунтов силы).

Система управления двигателем

КОРД ​​(русское сокращение от KO ntrol R aketnykh D vigateley - буквально «Контроль ракетных двигателей» - русский: Контроль ракетных двигателей) - это автоматическая система управления двигателем, предназначенная для дросселирования, выключения и контроля большой группы из 30 двигателей в Блок А (первый этап). Система КОРД контролировала дифференциальную тягу внешнего кольца 24 двигателей для управления по тангажу и рысканью, соответствующим образом дросселируя их, а также отключала неисправные двигатели, расположенные друг напротив друга. Это должно было свести на нет на поле или рыскания моментом , диаметрально противоположные двигатели во внешнем кольце будет генерировать, таким образом , поддерживая симметричную тягу. Блок А мог работать номинально при выключенных двух парах противоположных двигателей (двигатели 26/30). К сожалению, система КОРД не смогла отреагировать на быстро происходящие процессы, такие как взрыв турбонасоса во время второго запуска. Из-за недостатков системы КОРД была разработана новая компьютерная система для четвертого и последнего запуска. S-530 был первым советским цифровой системы наведения и управления, но в отличие от KORD, который был по существу только система управления двигателем аналог С-530 под контролем все задачи управления в ракеты - носителя и космического аппарата, из которых N1 осуществляется два , один, расположенный в третьей ступени Блока V, который управлял двигателями первых трех ступеней. Вторая С-530 находилась в командном модуле "Союз ЛОК" и обеспечивала управление остальной частью миссии от TLI до пролета Луны и возвращения на Землю.

Блок Б второй этап

Вторая ступень, Блок Б , оснащалась 8 двигателями НК-15В, расположенными в едином кольце. Единственным существенным отличием НК-15 от -15В был колокол двигателя и различные настройки для воздушного старта и высотных характеристик. N1F Block B заменил двигатели НК-15 модернизированными двигателями НК-43 .

Блок Б выдерживал отключение одной пары встречных двигателей (6/8 двигателей).

Блок V третий этап

На верхней ступени, Блок V ( В / V - третья буква русского алфавита ), были установлены четыре меньших двигателя НК-21 в квадрате. N1F Block V заменил двигатели НК-21 двигателями НК-31.

Блок V мог работать с одним выключенным двигателем и с тремя работающими правильно.

Проблемы развития

Сложная водопроводная система, необходимая для подачи топлива и окислителя в сгруппированную систему ракетных двигателей, была хрупкой и стала основным фактором в двух из четырех неудачных запусков. К стартовому комплексу N1 «Байконур» добраться с тяжелой баржи не удалось. Чтобы обеспечить возможность транспортировки по железной дороге, все ступени нужно было доставить по частям и собрать на стартовой площадке.

Двигатели НК-15 имели ряд клапанов, которые приводились в действие пиротехническими средствами, а не гидравлическими или механическими средствами, что позволяло снизить вес. После закрытия клапаны нельзя было снова открыть. Это означало, что двигатели для блока А тестировались только индивидуально, а вся группа из 30 двигателей никогда не подвергалась статическим испытаниям как единое целое. Сергей Хрущев заявил, что из каждой партии из шести двигателей были испытаны только два, а не блоки, фактически предназначенные для использования в ускорителе. В результате сложные и разрушительные колебательные режимы (которые разрывали топливопроводы и турбины), а также проблемы с выхлопным газом и гидродинамикой (вызывающие крен транспортного средства, вакуумную кавитацию и другие проблемы) в Блоке А не были обнаружены и не работали. перед вылетом. Блоки B и V прошли статические испытания как целые блоки.

Из-за технических трудностей и отсутствия финансирования для всеобъемлющей испытательной кампании N1 так и не выполнил испытательный полет. Было запланировано двенадцать испытательных полетов, из которых выполнено всего четыре. Все четыре беспилотных пуска закончились неудачей до отделения первой ступени. Самый длинный полет длился 107 секунд, как раз перед отрывом первой ступени. Два испытательных пуска произошли в 1969 году, один - в 1971 году, а последний - в 1972 году.

Сравнение с Сатурном V

Сравнение американской ракеты Saturn V (слева) с советской N1 / L3. Примечание: человек внизу показывает масштаб

На высоте 105 метров (344 фута) N1-L3 был немного короче, чем американский Аполлон - Сатурн V (111 метров, 363 фута). N-1 имел меньший общий диаметр, но больший максимальный диаметр (17 м / 56 футов против 10 м / 33 футов). N1 произвел больше тяги на каждой из своих первых трех стадий, чем соответствующие стадии Сатурна V. N1-L3 произвел больше общего импульса на своих первых четырех стадиях, чем Сатурн V сделал на своих трех (см. Таблицу ниже).

N1 предназначался для вывода примерно 95 т (209 000 фунтов) полезной нагрузки L3 на низкую околоземную орбиту , а четвертая ступень, включенная в комплекс L3, была предназначена для вывода 23,5 т (52 000 фунтов) на транслунную орбиту. Для сравнения, Saturn V разместил космический корабль Apollo массой примерно 45 т (100 000 фунтов) плюс около 74,4 т (164 100 фунтов) топлива, оставшегося в третьей ступени S-IVB для транслунного впрыска на аналогичную орбиту стоянки Земли.

N1 использовал ракетное топливо на основе керосина на всех трех основных ступенях, в то время как Saturn V использовал жидкий водород для заправки второй и третьей ступеней, что дало общее преимущество в производительности за счет более высокого удельного импульса . N1 также потратил впустую доступный объем топлива, используя сферические топливные баки под примерно конической внешней обшивкой, в то время как Saturn V использовал большую часть своего доступного цилиндрического объема обшивки для размещения резервуаров для водорода и кислорода в форме капсул с общими переборками между резервуарами во второй части. и третьи этапы.

Н1-Л3 был бы способен преобразовать только 9,3% от его трехступенчатой общего импульса на околоземную орбиту полезной нагрузки импульса ( по сравнению с 12,14% за Сатурн V), и только 3,1% от его четыре стадии полного импульса в translunar полезной нагрузки импульс, по сравнению с 6,2% для Сатурна V.

В отличие от стартового комплекса 39 Космического центра Кеннеди , космодром N1 Байконур не мог быть достигнут тяжелой баржей. Чтобы обеспечить возможность транспортировки по железной дороге, все ступени должны были быть отправлены по частям и собраны на стартовой площадке. Это привело к трудностям в тестировании, что привело к неудачам N1.

Saturn V также ни разу не потерял полезную нагрузку в двух экспериментальных и одиннадцати эксплуатационных запусках, в то время как четыре попытки запуска разработки N1 все закончились катастрофическим отказом с двумя потерями полезной нагрузки.

Аполлон-Сатурн V N1-L3
Диаметр, не более 10 м (33 футов) 17 м (56 футов)
Высота с полезной нагрузкой 111 м (363 футов) 105 м (344 футов)
Общий вес 2,938 т (6,478,000 фунтов) 2750 т (6 060 000 фунтов)
Первая ступень S-IC Блок А
Тяга, SL 33000 кН (7 500 000 фунтов силы) 45 400 кН (10 200 000 фунтов-силы)
Время горения 168 секунд 125 секунд
Вторая стадия S-II Блок Б
Тяга, вакуум 5141 кН (1155800 фунтов силы) 14 040 кН (3 160 000 фунтов-силы)
Время горения 384 секунды 120 секунд
Этап орбитального ввода S-IVB (ожог 1) Блок V
Тяга, вакуум 901 кН (202600 фунтов-силы) 1,610 кН (360,000 фунтов-силы)
Время горения 147 секунд 370 секунд
Общий импульс 7 711 000 килоньютон · секунды (1,733 600 000 фунтов · секунды) 7 956 000 килоньютон · секунды (1,789 000 000 фунтов · секунды)
Орбитальная полезная нагрузка 120200 кг (264900 фунтов) 95000 кг (209000 фунтов)
Скорость впрыска 7,793 м / с (25,568 фут / с) 7,793 м / с (25,570 фут / с)
Импульс полезной нагрузки 936 300 000 килограмм · метров в секунду (210 500 000 пуля · футов в секунду) 740 300 000 килограмм · метров в секунду (166 440 000 снарядов · футов в секунду)
Пропульсивная эффективность 12,14% 9,31%
Стадия ухода с Земли S-IVB (ожог 2) Блок G
Тяга, вакуум 895 кН (201 100 фунтов-силы) 446 кН (100000 фунтов-силы)
Время горения 347 секунд 443 секунды
Общий импульс 8 022 000 килоньютон · секунды (1 803 400 000 фунтов · секунды) 8 153 000 килоньютон · секунды (1,833 000 000 фунтов · секунды)
Транслунная полезная нагрузка 45690 кг (100740 фунтов) 23 500 кг (51 800 фунтов)
Скорость впрыска 10,834 м / с (35,545 фут / с) 10,834 м / с (35,540 фут / с)
Импульс полезной нагрузки 495 000 000 килограмм · метров в секунду (111 290 000 пуля · футов в секунду) 254 600 000 килограмм · метров в секунду (57 240 000 пуля · футов в секунду)
Пропульсивная эффективность 6,17% 3,12%

История запуска

Номер рейса Дата (UTC) Запустить сайт Серийный номер. Полезная нагрузка Исход Замечания
1 21 февраля 1969
09:18:07
Участок Байконур 110/38 3L Зонд Л1С-1 Отказ
2 3 июля 1969
20:18:32
Участок Байконур 110/38 5L Зонд Л1С-2 Отказ Разрушенная стартовая площадка 110 в.д.
3 26 июня 1971
23:15:08
Участок Байконур 110/37 Союз 7К-Л1Э №1 Отказ
4 23 ноября 1972
06:11:55
Участок Байконур 110/37 7L Союз 7К-ЛОК №1 Отказ

Первая неудача, серийный 3Л

21 февраля 1969 г .: заводской номер 3L - Зонд Л1С-1 (модификация Союз 7К-Л1С (Зонд-М) космического корабля Союз 7К-Л1 «Зонд» ) для пролета Луны.

Через несколько секунд в запуск, переходное напряжение вызвали Корд выключить двигатель # 12. После этого КОРД выключил двигатель № 24 для поддержания симметричной тяги. В момент времени T + 6 секунд колебания в двигателе № 2 оторвали несколько компонентов от их опор и привели к утечке топлива. В момент T + 25 секунд дальнейшие колебания привели к разрыву топливопровода и выливанию РП-1 в кормовую секцию ускорителя. Когда он соприкоснулся с утечкой газа, начался пожар. Затем огонь прожег проводку в источнике питания, вызвав электрическую дугу, которая была обнаружена датчиками и интерпретирована KORD как проблема повышения давления в турбонасосах. KORD ответил общей командой на отключение всей первой ступени при T + 68 секунд после запуска. Этот сигнал также передавался на вторую и третью ступени, «блокируя» их и предотвращая отправку ручной команды с земли для запуска их двигателей. Телеметрия также показала, что электрогенераторы в N-1 продолжали работать до удара о землю в T + 183 секунды.

Следователи обнаружили останки ракеты в 52 километрах от стартовой площадки. Первоначально Василий Мишин обвинил генераторы в отказе, так как он не мог придумать другой причины, по которой все 30 двигателей остановятся сразу, но это было быстро опровергнуто данными телеметрии и восстановлением генераторов с места крушения. Они сохранились в хорошем состоянии и были отправлены обратно на завод в Истре, где были отремонтированы и без проблем отработали при стендовых испытаниях. Следственная группа не размышляла о том, могла ли горящая первая ступень продолжать полет, если бы система КОРД не отключила ее.

Было обнаружено, что KORD имеет ряд серьезных недостатков конструкции и плохо запрограммированную логику. Одним из непредвиденных недостатков было то, что его рабочая частота, 1000 Гц, случайно совпала с вибрацией, создаваемой двигательной установкой, и остановка двигателя № 12 при взлете, как полагали, была вызвана пиротехническими устройствами, открывающими клапан, что приводило к высокому давлению. - колебание частоты, которое проникает в соседнюю проводку и было принято KORD как условие превышения скорости в турбонасосе двигателя. Проводка в двигателе № 12 считалась особенно уязвимой к этому эффекту из-за своей длины; однако другие двигатели имели аналогичную проводку и не пострадали. Кроме того, рабочее напряжение системы увеличилось до 25 В вместо номинальных 15 В. Проводка управления была перемещена и покрыта асбестом для защиты от огня, а рабочая частота была изменена. Система аварийного покидания была активирована и исправно справилась со своей задачей, сохранив макет космического корабля. Во всех последующих полетах фреоновые огнетушители устанавливались рядом с каждым двигателем. По словам Сергея Афанасьева , логика команды выключить весь кластер из 30 двигателей в блоке А была неверной в этом случае, как показало последующее расследование.

Второй сбой, серийный 5л

Серийный номер 5L - Зонд L1S-2 для орбиты и облета Луны и предполагаемой фотосъемки возможных мест посадки с экипажем.

Второй аппарат Н-1 был запущен 3 июля 1969 года и нес модифицированный космический корабль L1 Zond и аварийную спасательную вышку. Борис Черток утверждал, что на борту также имелась массовая модель лунного модуля; однако большинство источников указывает, что на борту N-1 5L были только ступени L1S-2 и наддув. Запуск состоялся в 23:18 мск. На несколько мгновений ракета поднялась в ночное небо. Как только он покинул башню, вспыхнула вспышка света, и можно было увидеть обломки, падающие со дна первой ступени. Мгновенно заглохли все двигатели, кроме двигателя №18. Это привело к тому, что N-1 наклонился под углом 45 градусов и упал на стартовую площадку 110 восточной долготы . Почти 2300 тонн топлива на борту вызвали мощный взрыв и ударную волну, которая разбила окна по всему стартовому комплексу и отправила обломки на расстояние до 10 километров (6 миль) от центра взрыва. Спустя полчаса после аварии экипажам разрешили выйти на улицу, и они столкнулись с каплями несгоревшего топлива, которые все еще падали с неба. Большая часть порохового заряда Н-1 не была израсходована в результате аварии, и большая часть того, что сгорело, была на первой ступени ракеты. Однако наихудшего сценария - смешения топлива и LOX с образованием взрывчатого геля - не произошло. Последующее расследование показало, что до 85% топлива на борту ракеты не взорвалось, что снизило силу взрыва. Система аварийного покидания сработала в момент остановки двигателя (T + 15 секунд) и вытащила капсулу L1S-2 в безопасное место на расстоянии 2,0 км (1,2 мили). Удар по подушке произошел при Т + 23 секунды. Стартовый комплекс 110 Восток был полностью выровнен взрывом, бетонная площадка обрушилась, одна из осветительных вышек опрокинулась и закрутилась вокруг себя. Несмотря на разрушения, большинство лент телеметрии были обнаружены целыми в поле обломков и исследованы.

Незадолго до взлета турбонасос LOX в двигателе № 8 взорвался (насос был извлечен из обломков, и на нем были обнаружены признаки возгорания и плавления). Образовавшаяся ударная волна разорвала окружающие трубопроводы пороха и стала причиной возгорания из-за утечки топлива. Огонь повредил различные компоненты в секции тяги, что привело к постепенному отключению двигателей между T + 10 и T + 12 секунд. KORD отключил двигатели №7, №19, №20 и №21 после обнаружения аномального давления и скорости насоса. Телеметрия не дала никаких объяснений относительно того, что отключило другие двигатели. Двигатель № 18, из-за которого ускоритель наклонился более чем на 45 градусов, продолжал работать до удара, что инженеры так и не смогли объяснить. Невозможно было точно определить, почему взорвался турбонасос №8. Рабочие теории заключались в том, что либо часть датчика давления отломилась и застряла в насосе, либо его лопасти рабочего колеса задели металлический корпус, создав искру трения, которая воспламенила LOX. Двигатель №8 до отключения работал с перебоями, и датчик давления обнаружил «невероятную силу» в насосе. Василий Мишин считал, что ротор насоса распался, но Кузнецов утверждал, что двигатели НК-15 были полностью безупречными, и Мишин, который защищал использование двигателей Кузнецова двумя годами ранее, не мог публично выступить и оспорить его. Кузнецову удалось добиться от следственного комитета послеполетного режима, который определил причину отказа двигателя как «попадание посторонних обломков». Владимир Бармин, главный директор пусковых комплексов на Байконуре, также утверждал, что КОРД должен быть заблокирован на первые 15–20 секунд полета, чтобы не дать команду на отключение до тех пор, пока ракета-носитель не освободит площадку. Разрушенный комплекс был сфотографирован американскими спутниками, что показало, что Советский Союз строил лунную ракету. После этого полета на более поздних моделях были установлены топливные фильтры. Также потребовалось 18 месяцев на восстановление стартовой площадки и отложенные запуски. Это был один из крупнейших искусственных неядерных взрывов в истории человечества, который был виден в тот вечер в 35 километрах (22 милях) от Ленинска (см. Тюратам ).

Третий сбой, серийный 6Л

26 июня 1971 г .: заводской номер 6Л - макет корабля Союз 7К-ЛОК ( Союз 7К-Л1Э №1) и макет корабля-модуля ЛК.

Вскоре после взлета из-за неожиданных водоворотов и противотоков в основании блока А (первая ступень) N-1 испытала неконтролируемый крен, который система управления не могла компенсировать. Компьютер KORD обнаружил ненормальную ситуацию и отправил команду выключения на первую ступень, но, как отмечалось выше, с тех пор программа наведения была изменена, чтобы этого не происходило до 50 секунд после запуска. Крен, который первоначально составлял 6 ° в секунду, начал быстро ускоряться. При T + 39 секунд, ракета - носитель была прокатку при почти 40 ° в секунду, в результате чего инерциальную системы наведения , чтобы войти в карданный замок и при Т + 48 секунд, транспортное средство распадалось из структурных нагрузок. Межкаскадная ферма между второй и третьей ступенями откручивалась, и последняя отделялась от штабеля, и при Т + 50 секунд команда отключения первой ступени была разблокирована, и двигатели немедленно остановились. Верхние ступени ударились примерно в 7 км от стартового комплекса. Несмотря на выключение двигателя, первая и вторая ступени все еще имели достаточный импульс для прохождения некоторого расстояния, прежде чем упасть на землю примерно в 15 километрах (9 милях) от стартового комплекса и взорвать кратер глубиной 15 метров (50 футов) в степь. У этого N1 были макеты разгонных блоков без спасательной системы. Следующая, последняя машина должна была иметь гораздо более мощную систему стабилизации с выделенными двигателями (в предыдущих версиях стабилизация осуществлялась путем направления выхлопа основных двигателей). Также будет переработана система управления двигателем, в результате чего количество датчиков увеличится с 700 до 13 000.

Четвертый сбой, серийный 7Л

23 ноября 1972 г .: заводской номер 7Л - обычный корабль «Союз 7К-ЛОК» (Союз 7К-ЛОК №1) и макет корабля-модуля ЛК для пролета Луны.

Старт и отрыв прошли хорошо. В момент T + 90 секунд было выполнено запрограммированное отключение основной двигательной установки (шести центральных двигателей), чтобы уменьшить структурную нагрузку на ускоритель . Из-за чрезмерных динамических нагрузок, вызванных гидравлической ударной волной, когда шесть двигателей были внезапно остановлены, линии подачи топлива и окислителя в основную двигательную установку лопнули, и в хвостовой части ускорителя начался пожар; Вдобавок взорвался двигатель №4. Первый этап прервался, начиная с T + 107 секунд, и все данные телеметрии прекратились в T + 110 секунд. Система аварийного покидания сработала и вывела "Союз 7К-ЛОК" в безопасное место. Верхние ступени вылетели из штабеля и врезались в степь. Расследование показало, что внезапная остановка двигателей привела к колебаниям в столбе жидкости в трубопроводах питателя, что привело к разрыву топлива и окислителя и утечке топлива и окислителя на остановленные, но все еще горячие двигатели. Также подозревалась неисправность турбонасоса двигателя №4. Считалось, что запуск можно было бы спасти, если бы наземные диспетчеры отправили вручную команду на отключение первой ступени и начало зажигания второй ступени раньше, поскольку ступень вышла из строя всего за 15 секунд до того, как должна была отделиться при Т + 125 секунд, и она достигла номинальное время горения 110 секунд по циклограмме.

Отменен пятый запуск

Заводской номер 8Л был подготовлен к августу 1974 года. В его состав входили штатный 7К-ЛОК Союз 7К-ЛОК и штатный космический модуль-модуль ЛК лунного экспедиционного комплекса Л3. Он был предназначен для облета Луны и посадки без экипажа в рамках подготовки к будущей миссии с экипажем. Поскольку программа N1-L3 была отменена в мае 1974 года, этот запуск так и не состоялся.

Путаница в обозначении L3

Существует путаница среди российских интернет - источников , как ли N1-L3 (русский: Н1-Л3) или N1-LZ (русский: Н1-ЛЗ) предназначалась, из - за сходства в кириллической буквы Ze для «Z» и цифрой «3». Иногда обе формы используются на одном российском сайте (или даже в одной статье). Источники на английском языке относятся только к N1-L3. Правильное обозначение - L3, представляющее одно из пяти направлений советского исследования Луны. Этап 1 (Л1) планировался как кругосветный полет с экипажем (частично реализован в программе Zond ); 2 ступень (Л2) - беспилотный луноход (реализован в Луноходе ); этап 3 (Л3) должен был быть высадкой на Луну с экипажем; 4-я ступень (Л4) была задумана как пилотируемый космический корабль на лунной орбите; и ступень 5 (Л5) была задумана как луноход с тяжелым экипажем для поддержки экипажа из 3–5 человек.

Смотрите также

Примечания

использованная литература

Библиография

  • «L3» . Энциклопедия Astronautica . Проверено 7 мая 2019 .
  • Мэттью Джонсон (2014). N-1: На Луну и Марс Путеводитель по советскому супербустеру . ARA Press; Первое издание. ISBN 9780989991407.

внешние ссылки