El N1 / L3 (de Ракета-носитель Raketa-nositel ' , "Carrier Rocket"; cirílico: Н 1 ) [4] era un vehículo de lanzamiento súper pesado destinado a entregar cargas útiles más allá de la órbita terrestre baja . El N1 era la contraparte soviética del Saturno V estadounidense y estaba destinado a permitir viajes tripulados a la Luna de la Tierra y más allá, [5] con estudios que comenzaron en 1959. [6] Su primera etapa sigue siendo la etapa de cohete más poderosa jamás construida. [7]pero las cuatro primeras etapas voladas del Bloque A del N1 fallaron porque la falta de disparos de prueba estáticos significó que los problemas de plomería y otras características adversas con el gran grupo de treinta motores y su complejo sistema alimentador de combustible y oxidante no se revelaron antes. [8]
Función | Vehículo de lanzamiento lunar con tripulación / Vehículo de lanzamiento súper pesado |
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Fabricante | OKB-1 |
País de origen | URSS |
Tamaño | |
Altura | 105,3 metros (345 pies) [1] |
Diámetro | 17,0 metros (55,8 pies) [2] |
Masa | 2.750 toneladas (6.060.000 libras) |
Etapas | 5 |
Capacidad | |
Carga útil a LEO | |
Masa | 95 t (209.000 libras) [3] |
Carga útil a TLI | |
Masa | 23,5 toneladas (52.000 libras) |
Historial de lanzamiento | |
Estado | Fallido, cancelado |
Sitios de lanzamiento | LC-110, Baikonur |
Lanzamientos totales | 4 |
Éxito (s) | 0 |
Fracaso (s) | 4 |
Primer vuelo | 21 de febrero de 1969 |
Último vuelo | 23 de noviembre de 1972 |
Primera etapa - Bloque A | |
Diámetro | 17,0 m (55,8 pies) |
Motores | 30 NK-15 |
Empuje | 45,400 kN (10,200,000 lbf) |
Impulso específico | 330 segundos (3,2 km / s) |
Quemar tiempo | 125 s |
Propulsor | RP-1 / LOX |
Segunda etapa - Bloque B | |
Motores | 8 NK-15 V |
Empuje | 14.040 kN (3.160.000 lbf) |
Impulso específico | 346 segundos (3,39 km / s) |
Quemar tiempo | 120 s |
Propulsor | RP-1 / LOX |
Tercera etapa - Bloque V | |
Motores | 4 NK-21 |
Empuje | 1,610 kN (360,000 lbf) |
Impulso específico | 353 segundos (3,46 km / s) |
Quemar tiempo | 370 segundos |
Propulsor | RP-1 / LOX |
Cuarta etapa (N1 / L3) - Bloque G (salida de la Tierra) | |
Motores | 1 NK-19 |
Empuje | 446 kN (100.000 libras) |
Impulso específico | 353 segundos (3,46 km / s) |
Quemar tiempo | 443 segundos |
Propulsor | RP-1 / LOX |
La versión N1-L3 fue diseñada para competir con el programa Apollo de Estados Unidos para llevar a una persona a la Luna, utilizando un método similar de encuentro en la órbita lunar . El vehículo de lanzamiento básico N1 tenía tres etapas, que debían llevar la carga útil lunar L3 a la órbita terrestre baja con dos cosmonautas. El L3 contenía una etapa para inyección translunar ; otra etapa utilizada para correcciones de medio curso, inserción de la órbita lunar y la primera parte del descenso a la superficie lunar; una nave espacial LK Lander de un solo piloto ; y una nave espacial orbital lunar Soyuz 7K-LOK de dos pilotos para regresar a la Tierra.
N1-L3 no tenía fondos suficientes y se apresuró, y comenzó a desarrollarse en octubre de 1965, casi cuatro años después del Saturn V. El proyecto se descarriló gravemente por la muerte de su diseñador jefe Sergei Korolev en 1966. Cada uno de los cuatro intentos de lanzar un N1 fracasó. con el segundo intento que resultó en que el vehículo se estrellara contra su plataforma de lanzamiento poco después del despegue y provocara una de las explosiones artificiales no nucleares más grandes de la historia de la humanidad. El programa N1 se suspendió en 1974 y se canceló oficialmente en 1976. Todos los detalles de los programas lunares tripulados soviéticos se mantuvieron en secreto hasta que la Unión Soviética estuvo a punto de colapsar en 1989. [9]
Historia
En 1967, Estados Unidos y la Unión Soviética estaban en una carrera para ser los primeros en llevar un ser humano a la Luna . El programa lunar humano soviético recibió la aprobación formal del gobierno en 1964, y uno de los componentes clave de ese programa fue el cohete llamado N1, comparable en tamaño al cohete estadounidense Saturno 5 Luna. Estas pruebas tuvieron un impacto significativo en las decisiones clave del Programa Apollo .
El 25 de noviembre de 1967, menos de tres semanas después del primer vuelo de Saturno 5 durante la misión Apolo 4 , los soviéticos lanzaron un cohete N1 a la plataforma de lanzamiento 110R recién construida en el cosmódromo de Baikonur en el Kazajstán soviético . Este cohete en particular, designado 1M1 y también llamado Vehículo de Entrenamiento y Prueba Logística de Sistemas de Instalaciones, era en realidad una maqueta y estaba diseñado para brindar a los ingenieros una experiencia valiosa en el despliegue, la integración de la plataforma de lanzamiento y las actividades de retroceso, que recuerda a pruebas similares realizadas con una maqueta Saturn 5 en el Centro Espacial Kennedy en Florida a mediados de 1966. Mientras el rastreador transportaba el Saturn 5 a la plataforma verticalmente, el N1 hizo el viaje horizontalmente y luego fue elevado a la vertical en la plataforma , una práctica estándar en el programa espacial soviético . El 11 de diciembre, después de completar varias pruebas, el cohete N1 fue bajado y trasladado al edificio de ensamblaje. La maqueta 1M1 se usaría repetidamente en los próximos años para pruebas adicionales de integración de la plataforma de lanzamiento.
Aunque esta prueba se llevó a cabo en secreto, un satélite de reconocimiento estadounidense fotografió el N1 en la plataforma poco antes de su retroceso al edificio de montaje. El administrador de la NASA, James Webb, tuvo acceso a esta y otra inteligencia similar que mostraba que los rusos estaban planeando seriamente misiones lunares tripuladas . Ese conocimiento influyó en varias decisiones clave de Estados Unidos en los próximos meses. Las imágenes satelitales parecían mostrar que los soviéticos estaban cerca de una prueba de vuelo del N1, pero no pudieron revelar si este cohete en particular era solo una maqueta y que los soviéticos estaban muchos meses por detrás de los EE. UU. En la carrera por llevar un ser humano a la Luna. . En ese momento, los soviéticos tenían la esperanza de poder realizar un vuelo de prueba del N1 en la primera mitad de 1968, pero por diversas razones técnicas el intento no se produciría hasta dentro de un año.
Conceptos lunares soviéticos tempranos
En mayo de 1961, Estados Unidos anunció el objetivo de llevar a una persona a la Luna para 1970. Durante el mismo mes, el informe Sobre la reconsideración de los planes para vehículos espaciales en la dirección de propósitos de defensa estableció el primer lanzamiento de prueba del cohete N1 para 1965. En junio, Korolev recibió una pequeña cantidad de fondos para comenzar el desarrollo de N1 entre 1961 y 1963. Al mismo tiempo, Korolev propuso una misión lunar basada en la nueva nave espacial Soyuz usando un perfil de encuentro en órbita terrestre . Se utilizarían varios lanzamientos de cohetes Soyuz para construir un paquete completo de misiones lunares, incluido uno para la nave espacial Soyuz, otro para el módulo de aterrizaje lunar y algunos con motores cislunares y combustible. Este enfoque, impulsado por la capacidad limitada del cohete Soyuz, significaba que se requeriría una velocidad de lanzamiento rápida para ensamblar el complejo antes de que cualquiera de los componentes se quedara sin consumibles en órbita. Posteriormente, Korolev propuso que el N1 se ampliara para permitir un aterrizaje lunar de un solo lanzamiento. En noviembre-diciembre de 1961, Korolev y otros intentaron argumentar aún más que un cohete de carga súper pesado podría entregar armas nucleares ultra pesadas, como la recién probada Tsar Bomba , o muchas ojivas (hasta 17) como una justificación adicional para el diseño N1. [10] [11] Korolev no estaba dispuesto a usar el cohete para usos militares, pero quería cumplir sus ambiciones espaciales y consideraba que el apoyo militar era vital. La respuesta militar fue tibia: pensaron que el N1 tenía poca utilidad militar y les preocupaba que desviaría fondos de usos puramente militares. La correspondencia de Korolev con los líderes militares continuó hasta febrero de 1962 con pocos avances.
Mientras tanto, el OKB-52 de Chelomei propuso una misión alternativa con un riesgo mucho menor. En lugar de un aterrizaje con tripulación, Chelomei propuso una serie de misiones circunlunares para vencer a los EE. UU. Hasta las proximidades de la Luna. También propuso un nuevo refuerzo para la misión, agrupando tres de sus UR-200 existentes (conocidos como SS-10 en el oeste) para producir un solo refuerzo más grande, el UR-500. Estos planes se abandonaron cuando Glushko le ofreció a Chelomei el RD-270, que permitió la construcción del UR-500 en un diseño de "monobloque" mucho más simple. También propuso adaptar un diseño de nave espacial existente para la misión circunlunar, el cosmonauta único LK-1 . Chelomei sintió que las mejoras en las primeras misiones UR-500 / LK-1 permitirían que la nave espacial se adaptara para dos cosmonautas.
Las Fuerzas de Misiles Estratégicos del ejército soviético se mostraron reacias a apoyar un proyecto de motivación política con poca utilidad militar, pero tanto Korolev como Chelomei presionaron para una misión lunar. Entre 1961 y 1964, se aceptó la propuesta menos agresiva de Chelomei, y se dio una prioridad relativamente alta al desarrollo de su UR-500 y el LK-1.
Comienza el desarrollo de Lunar N1
Valentin Glushko , quien entonces tenía un casi monopolio en el diseño de motores de cohetes en la Unión Soviética, propuso el motor RD-270 usando dimetilhidrazina asimétrica (UDMH) y propulsores de tetróxido de nitrógeno (N 2 O 4 ) para impulsar el diseño N1 recientemente ampliado. Estos propulsores hipergólicos se encienden al contacto, reduciendo la complejidad del motor, y fueron ampliamente utilizados en los motores existentes de Glushko en varios misiles balísticos intercontinentales . El ciclo de combustión por etapas de flujo completo RD-270 estaba en prueba antes de la cancelación del programa, logrando un impulso específico más alto que el ciclo generador de gas Rocketdyne F-1 a pesar del uso de propulsores UDMH / N 2 O 4 con menor impulso potencial. El motor F-1 llevaba cinco años de desarrollo en ese momento y aún experimentaba problemas de estabilidad de combustión.
Glushko señaló que el US Titan II GLV había volado con éxito a la tripulación con propulsores hipergólicos similares. Korolev consideró que la naturaleza tóxica de los combustibles y su escape presentaba un riesgo de seguridad para los vuelos espaciales tripulados, y que el queroseno / LOX era una mejor solución. El desacuerdo entre Korolev y Glushko sobre la cuestión de los combustibles finalmente se convirtió en un tema importante que obstaculizó el progreso. [12] [13]
Los problemas personales entre los dos jugaron un papel, con Korolev responsabilizando a Glushko de su encarcelamiento en el Kolyma Gulag en la década de 1930 y Glushko considerando que Korolev era arrogante y autocrático hacia cosas fuera de su competencia. La diferencia de opiniones llevó a una pelea entre Korolev y Glushko. En 1962, se nombró un comité para resolver la disputa y estuvo de acuerdo con Korolev. Glushko se negó rotundamente a trabajar en motores LOX / kerosene y con Korolev en general. Korolev finalmente se rindió y decidió contar con la ayuda de Nikolai Kuznetsov , el diseñador del motor a reacción OKB-276 , mientras que Glushko se asoció con otros diseñadores de cohetes para construir los exitosos cohetes Proton , Zenit y Energia .
Kuznetsov, que tenía una experiencia limitada en el diseño de cohetes, respondió con el NK-15 , un motor bastante pequeño que se entregaría en varias versiones adaptadas a diferentes altitudes. Para lograr la cantidad de empuje requerida, se propuso utilizar 30 NK-15 en una configuración agrupada. Un anillo exterior de 24 motores y un anillo interior de seis motores estarían separados por un espacio de aire, con flujo de aire suministrado a través de entradas cerca de la parte superior del propulsor. El aire se mezclaría con el escape para proporcionar cierto grado de aumento de empuje , así como enfriamiento del motor. La disposición de 30 boquillas de motor cohete en la primera etapa del N1 podría haber sido un intento de crear una versión burda de un sistema de motor aerospike toroidal ; También se estudiaron los motores aerospike más convencionales.
Complejo lunar N1-L3
Korolev propuso un N1 más grande combinado con el nuevo paquete lunar L3 basado en el Soyuz 7K-L3 . Las etapas de cohetes combinadas L3, el Soyuz modificado y el nuevo módulo de aterrizaje lunar LK serían lanzados por un solo N1 para realizar un aterrizaje lunar. Chelomei respondió con un vehículo derivado de UR-500 agrupado, coronado con la nave espacial L1 ya en desarrollo, y un módulo de aterrizaje desarrollado por su oficina de diseño. La propuesta de Korolev fue seleccionada como ganadora en agosto de 1964, pero se le dijo a Chelomei que continuara con su trabajo circumlunar UR-500 / L1.
Cuando Khrushchev fue derrocado más tarde en 1964, las luchas internas entre los dos equipos comenzaron de nuevo. En octubre de 1965, el gobierno soviético ordenó un compromiso; la misión circunlunar se lanzaría en el UR-500 de Chelomei utilizando la nave espacial Soyuz de Korolev en lugar de su propio diseño Zond ("sonda"), con el objetivo de un lanzamiento en 1967, el 50 aniversario de la Revolución Bolchevique . Korolev, mientras tanto, continuaría con su propuesta original N1-L3. Korolev claramente había ganado la discusión, pero el trabajo en la L1 continuó de todos modos, así como en la Zond.
En 1966, el Proyecto Gemini de los Estados Unidos había revertido el liderazgo soviético en la exploración espacial humana, Korolev inicialmente presionó para una misión circunlunar tripulada, que fue rechazada. Finalmente tuvo éxito el 3 de agosto de 1964 cuando el Comité Central finalmente aprobó una resolución titulada "Sobre el trabajo que involucra el estudio de la Luna y el espacio exterior" con el objetivo de aterrizar un cosmonauta en la Luna en el período de 1967 a 68, antes de las misiones estadounidenses Apolo. [14]
Después de que Korolev muriera en 1966 debido a complicaciones después de una cirugía menor, el trabajo en N1-L3 fue asumido por su adjunto, Vasily Mishin . Mishin no tenía la astucia ni la influencia política de Korolev y tenía fama de ser un gran bebedor. Estos problemas contribuyeron a la eventual cancelación del N1 y de la misión lunar en su conjunto, al igual que cuatro fallos de lanzamiento consecutivos sin éxito.
Números de serie del vehículo N1
- N1 1L - modelo de prueba dinámica a escala completa, cada etapa se probó dinámicamente individualmente; la pila completa de N1 solo se probó a una escala de 1/4. [15]
- N1 2L (1M1) - Vehículo de entrenamiento y prueba logística de sistemas de instalaciones (FSLT & TV); dos primeros pisos pintados de gris, tercer piso gris-blanco y L3 blanco. [dieciséis]
- N1 3L: primer intento de lanzamiento, incendio del motor, explosión a los 12 km.
- N1 4L - El tanque LOX del bloque A desarrolló grietas; nunca lanzado, partes del Bloque A utilizadas para otros lanzadores; resto de la estructura del fuselaje desguazado. [17]
- N1 5L - parcialmente pintado de gris; lanzamiento de la primera noche; Lanzamiento fallido destruyó la plataforma 110 Este .
- N1 6L: lanzado desde la segunda plataforma 110 West, control de balance deficiente, destruido después de 51 segundos.
- N1 7L - todo blanco, último intento de lanzamiento; El corte del motor a 40 kilómetros (22 millas náuticas) provocó el martilleo de la línea del propulsor , lo que rompió el sistema de combustible.
- N1 8L y 9L: N1F listos para volar con motores NK-33 mejorados en el Bloque A, descartados cuando se canceló el programa.
- N1 10L - sin terminar, desguazado junto con 8L y 9L.
N1F
Mishin continuó con el proyecto N1F después de la cancelación de los planes para un aterrizaje en la Luna tripulado con la esperanza de que el propulsor se usara para construir la base lunar Zvezda . El programa terminó en 1974 cuando Mishin fue reemplazado por Glushko. En ese momento se estaban preparando dos N1F para su lanzamiento, pero estos planes se cancelaron.
Los dos N1F listos para volar fueron desechados y sus restos aún se pueden encontrar alrededor de Baikonur años más tarde utilizados como refugios y cobertizos de almacenamiento. Los impulsores se rompieron deliberadamente en un esfuerzo por encubrir los intentos fallidos de la URSS en la Luna, que se declaró públicamente que era un proyecto en papel para engañar a los EE. UU.Haciéndoles pensar que había una carrera en marcha. Esta historia de portada duró hasta glasnost , cuando el hardware restante se vio públicamente en exhibición.
Consecuencias y motores
El programa fue seguido por el concepto "Vulkan" para un enorme vehículo de lanzamiento que usaba propulsores Syntin / LOX , luego reemplazado por LH2 / LOX en las etapas 2 y 3. "Vulkan" fue reemplazado por el programa Energia / Buran en 1976. [18] [19]
Aproximadamente 150 de los motores mejorados para el N1F escaparon a la destrucción. Aunque el cohete en su conjunto no era confiable, los motores NK-33 y NK-43 son resistentes y confiables cuando se usan como una unidad independiente. A mediados de la década de 1990, Rusia vendió 36 motores de $ 1.1 millón todos y una licencia para la producción de nuevos motores a la compañía estadounidense Aerojet general . [20]
La empresa estadounidense Kistler Aerospace trabajó en la incorporación de estos motores en un nuevo diseño de cohete con la intención de ofrecer servicios de lanzamiento comercial, pero el intento terminó en quiebra. Aerojet también modificó la NK-33 para incorporar la capacidad de control del vector de empuje para Orbital Ciencia 's Antares vehículo de lanzamiento. Antares usó dos de estos motores AJ-26 modificados para la propulsión de la primera etapa. Los primeros cuatro lanzamientos del Antares tuvieron éxito, pero en el quinto lanzamiento el cohete explotó poco después del lanzamiento. El análisis preliminar de fallas realizado por Orbital señaló una posible falla de la turbobomba en un NK-33 / AJ-26. Dados los problemas previos de Aerojet con el motor NK-33 / AJ-26 durante el programa de modificación y prueba (dos fallas de motor en disparos de prueba estática, una de las cuales causó daños importantes al banco de pruebas) y la falla posterior en vuelo, Orbital decidió que el NK-33 / AJ-26 no era lo suficientemente confiable para uso futuro. [21]
En Rusia, los motores N1 no se volvieron a utilizar hasta 2004, cuando los 70 o más motores restantes se incorporaron a un nuevo diseño de cohete, el Soyuz 3. [22] [23] A partir de 2005[actualizar], el proyecto se ha congelado por falta de financiación. En cambio, el NK-33 se incorporó a la primera etapa de una variante ligera del cohete Soyuz , que se lanzó por primera vez el 28 de diciembre de 2013. [24]
Descripción
El N1 era un cohete muy grande, de 105 metros (344 pies) de altura con su carga útil L3. El N1-L3 constaba de cinco etapas en total: las tres primeras (N1) para la inserción en una órbita terrestre baja de estacionamiento, y otras dos (L3) para la inyección translunar y la inserción de la órbita lunar. Completamente cargado y con combustible, el N1-L3 pesaba 2.750 toneladas (6.060.000 libras). Las tres etapas inferiores se formaron para producir un solo tronco de 17 metros (56 pies) de ancho en la base, [25] mientras que la sección L3 era en su mayoría cilíndrica, llevada dentro de un sudario de aproximadamente 3,5 metros (11 pies) de ancho. [26] La forma cónica de las etapas inferiores se debió a la disposición de los tanques en el interior, un tanque de queroseno esférico más pequeño en la parte superior del tanque de oxígeno líquido más grande que se encuentra debajo.
Durante la vida útil del N1, se introdujeron una serie de motores mejorados para reemplazar los utilizados en el diseño original. El N1 modificado resultante se conocía como N1F, pero no voló antes de la cancelación del proyecto.
Bloque A primera etapa
La primera etapa, el Bloque A , estaba impulsada por 30 motores NK-15 dispuestos en dos anillos, el anillo principal de 24 en el borde exterior del propulsor y el sistema de propulsión central que constaba de los 6 motores internos de aproximadamente la mitad del diámetro. [27] El sistema de control se basó principalmente en el estrangulamiento diferencial de los motores del aro exterior para cabeceo y guiñada. El sistema de propulsión central no se utilizó para el control. [28] El Bloque A también incluía cuatro aletas de rejilla , que luego se utilizaron en diseños de misiles aire-aire soviéticos . En total, el Bloque A produjo 45,400 kN (10,200,000 lbf) de empuje y podría considerarse como una verdadera primera etapa de la clase Nova [29] (Nova fue el nombre utilizado por la NASA para describir un propulsor muy grande en los 10-20 millones de libras del rango de empuje). [30] [31] [32] Esto excedió los 33,700 kN (7,600,000 lbf) de empuje del Saturno V. [33]
Sistema de control del motor
El KORD (acrónimo ruso de KO ntrol R aketnykh D vigateley - literalmente "Control (de) motores de cohetes" - Ruso: Контроль ракетных двигателей) [34] era el sistema de control automático del motor diseñado para acelerar, apagar y monitorear el gran grupo de 30 motores en el Bloque A (la primera etapa). El sistema KORD controlaba el empuje diferencial del anillo exterior de 24 motores para el control de la actitud de cabeceo y guiñada estrangulándolos adecuadamente y también apaga los motores que funcionan mal situados uno frente al otro. Esto fue para negar el terreno de juego o de guiñada momento motores diametralmente opuestas en el anillo exterior generaría, manteniendo así empuje simétrica. El bloque A podría funcionar nominalmente con dos pares de motores opuestos apagados (motores 26/30). Desafortunadamente, el sistema KORD no pudo reaccionar a los procesos que ocurren rápidamente, como la explosión de la turbobomba durante el segundo lanzamiento. [35] Debido a las deficiencias del sistema KORD, se desarrolló un nuevo sistema informático para el cuarto y último lanzamiento. El S-530 fue el primer sistema de control y guía digital soviético, [36] pero a diferencia del KORD, que era esencialmente un sistema de control de motor analógico, el S-530 supervisó todas las tareas de control en el vehículo de lanzamiento y la nave espacial, de las cuales el N1 llevaba dos, uno ubicado en la tercera etapa del Bloque V que controlaba los motores de las tres primeras etapas. El segundo S-530 estaba ubicado en el módulo de comando Soyuz LOK y proporcionó control para el resto de la misión desde TLI hasta el sobrevuelo lunar y regreso a la Tierra. [37] [38]
Segunda etapa del bloque B
La segunda etapa, Bloque B , fue impulsada por 8 motores NK-15V dispuestos en un solo anillo. La única diferencia importante entre el NK-15 y el -15V era la campana del motor y varios ajustes para el arranque en aire y el rendimiento a gran altitud. El N1F Block B reemplazó los motores NK-15 con motores NK-43 mejorados .
El bloque B podría soportar la parada de un par de motores opuestos (motores 6/8). [35]
Bloque V tercera etapa
La etapa superior, Bloque V (siendo В / V la tercera letra del alfabeto ruso ), montaba cuatro motores NK-21 más pequeños en un cuadrado. El N1F Block V reemplazó los motores NK-21 con motores NK-31.
El bloque V podría funcionar con un motor apagado y tres funcionando correctamente. [35]
Problemas de desarrollo
La compleja tubería necesaria para alimentar combustible y oxidante en la disposición agrupada de los motores de los cohetes era frágil y un factor importante en 2 de los 4 fallos de lanzamiento. No se podía llegar al complejo de lanzamiento de Baikonur del N1 en barcazas pesadas. Para permitir el transporte por ferrocarril, todas las etapas tuvieron que enviarse en piezas y ensamblarse en el sitio de lanzamiento.
Los motores NK-15 tenían varias válvulas que se activaban por medio de pirotecnia en lugar de por medios hidráulicos o mecánicos, siendo esta una medida de ahorro de peso. Una vez cerradas, las válvulas no se pueden volver a abrir. [39] Esto significó que los motores para el Bloque A solo se probaron individualmente y el grupo completo de 30 motores nunca fue probado estático como una unidad. Sergei Khrushchev declaró que solo se probaron dos de cada lote de seis motores, y no las unidades que realmente estaban destinadas a usarse en el propulsor. Como resultado, los modos vibratorios complejos y destructivos (que destrozaron las líneas de propulsor y las turbinas), así como los problemas de la columna de escape y la dinámica de fluidos (que causan el vuelco del vehículo, la cavitación del vacío y otros problemas), en el Bloque A no se descubrieron ni funcionaron antes del vuelo. [40] Los bloques B y V fueron sometidos a prueba estática como unidades completas.
Debido a sus dificultades técnicas y la falta de fondos para una campaña de prueba integral, el N1 nunca completó un vuelo de prueba. Se planearon doce vuelos de prueba, con solo cuatro. Los cuatro lanzamientos sin tripulación terminaron en falla antes de la separación de la primera etapa. El vuelo más largo duró 107 segundos, justo antes de la separación de la primera etapa. Se realizaron dos lanzamientos de prueba en 1969, uno en 1971 y el último en 1972.
Comparación con Saturno V
Con 105 metros (344 pies), el N1-L3 era un poco más corto que el Apollo americano - Saturno V (111 metros, 363 pies). El N-1 tenía un diámetro total más pequeño pero un diámetro máximo mayor (17 m / 56 pies frente a 10 m / 33 pies). El N1 produjo más empuje en cada una de sus primeras tres etapas que las etapas correspondientes del Saturno V. El N1-L3 produjo más impulso total en sus primeras cuatro etapas que el Saturno V en sus tres (ver tabla a continuación).
El N1 estaba destinado a colocar la carga útil L3 de aproximadamente 95 t (209.000 lb) en la órbita terrestre baja , [41] y la cuarta etapa incluida en el complejo L3 estaba destinada a colocar 23,5 t (52.000 lb) en la órbita translunar. En comparación, el Saturno V colocó la nave espacial Apollo de aproximadamente 45 t (100,000 lb) más aproximadamente 74,4 t (164,100 lb) de combustible restantes en la tercera etapa del S-IVB para inyección translunar en una órbita similar de estacionamiento de la Tierra.
El N1 usó combustible para cohetes a base de queroseno en las tres etapas principales, mientras que el Saturn V usó hidrógeno líquido para alimentar su segunda y tercera etapas, lo que generó una ventaja de rendimiento general debido al mayor impulso específico . El N1 también desperdició el volumen de propulsante disponible mediante el uso de tanques de propulsor esféricos debajo de una piel externa aproximadamente cónica, mientras que el Saturn V utilizó la mayor parte de su volumen de piel cilíndrico disponible para albergar tanques de hidrógeno y oxígeno en forma de cápsula, con mamparos comunes entre los tanques en el segundo. y terceras etapas. [ cita requerida ]
El N1-L3 habría sido capaz de convertir sólo el 9,3% del total de su impulso de tres etapas en la órbita terrestre de carga útil impulso (en comparación con 12,14% para el Saturno V), y sólo el 3,1% de su total de impulso cuatro etapas en la carga útil translunar impulso, en comparación con el 6.2% del Saturno V.
A diferencia del Complejo de Lanzamiento 39 del Centro Espacial Kennedy , el complejo de lanzamiento Baikonur del N1 no podía ser alcanzado por barcazas pesadas. Para permitir el transporte por ferrocarril, todas las etapas tuvieron que enviarse en piezas y ensamblarse en el sitio de lanzamiento. Esto provocó dificultades en las pruebas que contribuyeron a la falta de éxito del N1.
El Saturn V tampoco perdió nunca una carga útil en dos desarrollos y once lanzamientos operativos, mientras que cuatro intentos de lanzamiento de desarrollo N1 resultaron en fallas catastróficas, con dos pérdidas de carga útil.
Apolo-Saturno V [42] | N1-L3 | |
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Diámetro, máximo | 10 m (33 pies) | 17 m (56 pies) |
Altura con carga útil | 111 m (363 pies) | 105 m (344 pies) |
Peso bruto | 2.938 t (6.478.000 libras) | 2.750 t (6.060.000 libras) [30] |
Primera etapa | SIC | Bloque A |
Empuje, SL | 33.000 kN (7.500.000 lbf) | 45,400 kN (10,200,000 lbf) [30] [31] |
Quemar tiempo | 168 segundos | 125 segundos |
Segunda etapa | S-II | Bloque B |
Empuje, vac | 5.141 kN (1.155.800 libras · pie) | 14.040 kN (3.160.000 lbf) |
Quemar tiempo | 384 segundos | 120 segundos |
Etapa de inserción orbitaria | S-IVB (quemadura 1) | Bloque V |
Empuje, vac | 901 kN (202.600 libras · pie) | 1,610 kN (360,000 lbf) |
Quemar tiempo | 147 segundos | 370 segundos |
Impulso total [Nota 1] | 7,711,000 kilonewton · segundos (1,733,600,000 libras · segundos) | 7,956,000 kilonewton · segundos (1,789,000,000 libras · segundos) |
Carga útil orbital | 120.200 kg (264.900 libras) [Nota 2] | 95.000 kg (209.000 libras) |
Velocidad de inyeccion | 7.793 m / s (25.568 pies / s) | 7.793 m / s (25.570 pies / s) [Nota 3] |
Momento de la carga útil | 936,300,000 kilogramos · metros por segundo (210,500,000 slug · pies por segundo) | 740,300,000 kilogramos · metros por segundo (166,440,000 slug · pies por segundo) |
Eficiencia propulsora | 12,14% | 9,31% |
Etapa de salida de la tierra | S-IVB (quemadura 2) | Bloque G |
Empuje, vac | 895 kN (201,100 libras · pie) | 446 kN (100.000 libras) |
Quemar tiempo | 347 segundos | 443 segundos |
Impulso total [Nota 1] | 8.022.000 kilonewton · segundos (1.803.400.000 libras · segundos) | 8.153.000 kilonewton · segundos (1.833.000.000 libras · segundos) |
Carga útil translunar | 45.690 kg (100.740 libras) | 23.500 kg (51.800 libras) |
Velocidad de inyeccion | 10,834 m / s (35,545 pies / s) | 10,834 m / s (35,540 pies / s) [Nota 3] |
Momento de la carga útil | 495,000,000 kilogramos · metros por segundo (111,290,000 slug · pies por segundo) | 254,600,000 kilogramos · metros por segundo (57,240,000 slug · pies por segundo) |
Eficiencia propulsora | 6,17% | 3,12% |
Historial de lanzamiento
Número de vuelo | Fecha (UTC) | Sitio de lanzamiento | Número de serie. | Carga útil | Salir | Observaciones |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 21 de febrero de 1969 09:18:07 | Sitio de Baikonur 110/38 | 3L | Zond L1S-1 | Falla | |
2 | 3 de julio de 1969 20:18:32 | Sitio de Baikonur 110/38 | 5L | Zond L1S-2 | Falla | Plataforma de lanzamiento destruida 110 Este |
3 | 26 de junio de 1971 23:15:08 | Sitio de Baikonur 110/37 | 6L | Soyuz 7K-L1E No.1 | Falla | |
4 | 23 de noviembre de 1972 06:11:55 | Sitio de Baikonur 110/37 | 7L | Soyuz 7K-LOK No.1 | Falla |
Primer fallo, serie 3L
21 de febrero de 1969: número de serie 3L - Zond L1S-1 (modificación Soyuz 7K-L1S (Zond-M) de la nave espacial Soyuz 7K-L1 "Zond" ) para el sobrevuelo de la Luna
Unos segundos después del lanzamiento, un voltaje transitorio hizo que el KORD apagara el motor n. ° 12. Después de que esto sucediera, el KORD apagó el motor n. ° 24 para mantener el empuje simétrico. En T + 6 segundos, la oscilación de pogo en el motor n. ° 2 arrancó varios componentes de sus soportes y comenzó una fuga de propulsor. En T + 25 segundos, más vibraciones rompieron una línea de combustible y causaron que el RP-1 se derramara en la sección de popa del propulsor. Cuando entró en contacto con la fuga de gas, se inició un incendio. Luego, el fuego se quemó a través del cableado en la fuente de alimentación, provocando un arco eléctrico que fue captado por sensores e interpretado por el KORD como un problema de presurización en las turbobombas. El KORD respondió emitiendo un comando general para apagar toda la primera etapa en T + 68 segundos en el lanzamiento. Esta señal también se transmitía hasta la segunda y tercera etapas, "bloqueándolas" e impidiendo que se enviara un comando de tierra manual para arrancar sus motores. La telemetría también mostró que los generadores de energía de la N-1 continuaron funcionando hasta el impacto con el suelo en T + 183 segundos. Los investigadores descubrieron los restos del cohete a 52 kilómetros (32 millas) de la plataforma de lanzamiento. Vasily Mishin inicialmente había culpado a los generadores por la falla, ya que no podía pensar en ninguna otra razón por la que los 30 motores se apagaran a la vez, pero esto fue rápidamente refutado por los datos de telemetría y la recuperación de los generadores del lugar del accidente. Habían sobrevivido en buenas condiciones y fueron enviados de regreso a la planta de Istra, donde fueron reacondicionados y trabajaron sin problemas bajo pruebas de banco. El equipo de investigación no especuló si la primera etapa en llamas podría haber continuado volando si el sistema KORD no la hubiera apagado. Se descubrió que el KORD tiene una serie de fallas de diseño graves y una lógica mal programada. Una falla imprevista fue que su frecuencia de operación, 1000 Hz, coincidió perfectamente con la vibración generada por el sistema de propulsión, y se creía que la parada del motor # 12 en el despegue fue causada por dispositivos pirotécnicos que abrieron una válvula, lo que produjo un alto - Oscilación de frecuencia que entró en el cableado adyacente y fue asumida por el KORD como una condición de exceso de velocidad en la turbobomba del motor. Se creía que el cableado en el motor n. ° 12 era particularmente vulnerable a este efecto debido a su longitud; sin embargo, otros motores tenían un cableado similar y no se vieron afectados. Además, el voltaje de funcionamiento del sistema aumentó a 25 V en lugar de los 15 V nominales. El cableado de control se reubicó y se recubrió con amianto para protección contra incendios y se cambió la frecuencia de funcionamiento. [43] [44] El sistema de escape de lanzamiento se activó e hizo su trabajo correctamente, guardando la maqueta de la nave espacial. Todos los vuelos posteriores tenían extintores de freón instalados junto a cada motor. [45] [46] Según Sergei Afanasiev , la lógica del comando para apagar todo el grupo de 30 motores en el Bloque A era incorrecta en ese caso, como reveló la investigación posterior. [47] [48]
Segundo fallo, serie 5L
Número de serie 5L - Zond L1S-2 para órbita lunar y sobrevuelo y fotografía prevista de posibles lugares de aterrizaje tripulados.
El segundo vehículo N-1 se lanzó el 3 de julio de 1969 y llevaba una nave espacial L1 Zond modificada y una torre de escape en vivo. Boris Chertok afirmó que también se transportó un módulo lunar de modelo de masa; sin embargo, la mayoría de las fuentes indican que solo el L1S-2 y las etapas de refuerzo estaban a bordo del N-1 5L. El lanzamiento tuvo lugar a las 11:18 p.m., hora de Moscú. Por unos momentos, el cohete se elevó hacia el cielo nocturno. Tan pronto como despejó la torre, hubo un destello de luz y se pudieron ver escombros cayendo desde la parte inferior de la primera etapa. Todos los motores se apagan instantáneamente excepto el motor # 18. Esto hizo que la N-1 se inclinara en un ángulo de 45 grados y volviera a caer sobre la plataforma de lanzamiento 110 Este . [49] Las casi 2300 toneladas de propulsor a bordo provocaron una explosión masiva y una onda de choque que rompió las ventanas del complejo de lanzamiento y envió escombros volando hasta 10 kilómetros (6 millas) del centro de la explosión. A las tripulaciones de lanzamiento se les permitió salir media hora después del accidente y encontraron gotas de combustible sin quemar que aún caían del cielo. La mayor parte de la carga propulsora del N-1 no se había consumido en el accidente, y la mayor parte de lo que se había quemado estaba en la primera etapa del cohete. Sin embargo, el peor de los casos, la mezcla de combustible y LOX para formar un gel explosivo, no se había producido. La investigación posterior reveló que hasta un 85% del propulsor a bordo del cohete no detonó, lo que redujo la fuerza de la explosión. [50] El sistema de escape de lanzamiento se había activado en el momento del apagado del motor (T + 15 segundos) y puso la cápsula L1S-2 a un lugar seguro a 2.0 kilómetros (1.2 millas) de distancia. El impacto con la almohadilla se produjo en T + 23 segundos. El Complejo de Lanzamiento 110 Este quedó completamente nivelado por la explosión, con la plataforma de concreto derrumbada y una de las torres de iluminación volcada y retorcida sobre sí misma. A pesar de la devastación, la mayoría de las cintas de telemetría se encontraron intactas en el campo de escombros y se examinaron.
Justo antes del despegue, la turbobomba LOX en el motor # 8 explotó (la bomba se recuperó de los escombros y se encontró que tenía señales de fuego y derretimiento). La onda de choque resultante cortó las líneas de propulsante circundantes y provocó un incendio debido a una fuga de combustible. El fuego dañó varios componentes en la sección de empuje [51], lo que provocó que los motores se apagaran gradualmente entre T + 10 y T + 12 segundos. El KORD había apagado los motores n. ° 7, n. ° 19, n. ° 20 y n. ° 21 después de detectar presiones y velocidades anormales de la bomba. La telemetría no proporcionó ninguna explicación sobre qué apagó los otros motores. El motor n. ° 18, que había provocado que el propulsor se inclinara más de 45 grados, continuó funcionando hasta el impacto, algo que los ingenieros nunca pudieron explicar satisfactoriamente. No se pudo determinar exactamente por qué había explotado la turbobomba n. ° 8. Las teorías de trabajo eran que una pieza de un sensor de presión se había roto y alojado en la bomba, o que las palas del impulsor se habían frotado contra la carcasa de metal, creando una chispa de fricción que encendió el LOX. El motor n. ° 8 había funcionado de forma errática antes de apagarse y un sensor de presión detectó una "fuerza increíble" en la bomba. Vasily Mishin creía que el rotor de una bomba se había desintegrado, pero Kuznetsov argumentó que los motores NK-15 eran totalmente inocentes y Mishin, que había defendido el uso de los motores de Kuznetsov dos años antes, no podía salir a desafiarlo públicamente. Kuznetsov logró que el comité de investigación posterior al vuelo dictaminara la causa de la falla del motor como "ingestión de desechos extraños". Vladimir Barmin, director en jefe de instalaciones de lanzamiento en Baikonur, también argumentó que el KORD debería estar bloqueado durante los primeros 15 a 20 segundos de vuelo para evitar que se emita una orden de apagado hasta que el propulsor haya despejado el área de la plataforma. [52] [53] El complejo destruido fue fotografiado por satélites estadounidenses, revelando que la Unión Soviética estaba construyendo un cohete lunar. [46] Después de este vuelo, se instalaron filtros de combustible en modelos posteriores. [46] También tomó 18 meses reconstruir la plataforma de lanzamiento y retrasó los lanzamientos. Esta fue una de las explosiones artificiales no nucleares más grandes en la historia de la humanidad y fue visible esa noche a 35 kilómetros (22 millas) de distancia en Leninsk (ver Tyuratam ). [54]
Tercer fallo, serie 6L
26 de junio de 1971: número de serie 6L - Soyuz 7K-LOK ficticio ( Soyuz 7K-L1E No.1) y módulo-nave espacial LK ficticio
Poco después del despegue, debido a remolinos y contracorrientes inesperados en la base del Bloque A (la primera etapa), el N-1 experimentó un balanceo incontrolado más allá de la capacidad de compensación del sistema de control. La computadora KORD detectó una situación anormal y envió un comando de apagado a la primera etapa, pero como se señaló anteriormente, el programa de guía se había modificado desde entonces para evitar que esto suceda hasta 50 segundos después del lanzamiento. El balanceo, que inicialmente había sido de 6 ° por segundo, comenzó a acelerarse rápidamente. En T + 39 segundos, el propulsor rodaba a casi 40 ° por segundo, lo que provocó que el sistema de guía inercial entrara en bloqueo del cardán y en T + 48 segundos, el vehículo se desintegró debido a las cargas estructurales. La armadura entre etapas entre la segunda y la tercera etapa se retorció y esta última se separó de la pila y en T + 50 segundos, se desbloqueó el comando de corte a la primera etapa y los motores se apagaron inmediatamente. Las etapas superiores impactaron a unos 7 kilómetros (4 millas) del complejo de lanzamiento. A pesar de la parada del motor, la primera y la segunda etapa todavía tenían suficiente impulso para viajar una cierta distancia antes de caer a la tierra a unos 15 kilómetros (9 millas) del complejo de lanzamiento y explotar un cráter de 15 metros de profundidad (50 pies) en el estepa. [55] Este N1 tenía etapas superiores falsas sin el sistema de rescate. El siguiente y último vehículo tendría un sistema de estabilización mucho más potente con motores dedicados (en las versiones anteriores, la estabilización se realizaba dirigiendo los gases de escape de los motores principales). El sistema de control del motor también sería reelaborado, aumentando el número de sensores de 700 a 13.000. [46] [56]
Cuarto fallo, serie 7L
23 de noviembre de 1972: número de serie 7L - Soyuz 7K-LOK regular (Soyuz 7K-LOK No.1) y módulo-nave espacial ficticia LK para el sobrevuelo de la Luna
La salida y el despegue fueron bien. En T + 90 segundos, se realizó un apagado programado del sistema de propulsión central (los seis motores centrales) para reducir la tensión estructural en el propulsor . Debido a las cargas dinámicas excesivas causadas por una onda de choque hidráulica cuando los seis motores se apagaron abruptamente, las líneas para alimentar combustible y oxidante al sistema de propulsión central explotaron y se inició un incendio en la cola de bote del propulsor; Además, el motor # 4 explotó. La primera etapa se rompió a partir de T + 107 segundos y todos los datos de telemetría cesaron en T + 110 segundos. El sistema de escape de lanzamiento se activó y puso la Soyuz 7K-LOK a un lugar seguro. Las etapas superiores fueron expulsadas de la pila y se estrellaron contra la estepa. Una investigación reveló que la parada abrupta de los motores provocó fluctuaciones en las columnas de fluido de las tuberías de alimentación, que se rompieron y derramaron combustible y oxidante en los motores apagados, pero aún calientes. También se sospechó una falla de la turbobomba del motor # 4. Se creía que el lanzamiento podría haberse salvado si los controladores de tierra hubieran enviado un comando manual para deshacerse de la primera etapa y comenzar la quema de la segunda etapa antes, ya que la etapa falló solo 15 segundos antes de que se separara en T + 125 segundos y había alcanzado el tiempo de combustión nominal de 110 segundos según el ciclograma. [57] [58] [59]
Quinto lanzamiento cancelado
El vehículo número de serie 8L se preparó para agosto de 1974. Incluía un 7K-LOK Soyuz 7K-LOK regular y un módulo-nave espacial LK regular del complejo de expedición lunar L3. Estaba destinado a un sobrevuelo de la Luna y un aterrizaje sin tripulación en preparación para una futura misión con tripulación. Como el programa N1-L3 se canceló en mayo de 1974, este lanzamiento nunca se llevó a cabo. [60] [61]
Confusión en la designación L3
Existe confusión entre las fuentes rusas en línea sobre si se pretendía N1-L3 (ruso: Н1-Л3) o N1-LZ (ruso: Н1-ЛЗ), debido a la similitud de la letra cirílica Ze para "Z" y el número "3". A veces, ambos formularios se utilizan en el mismo sitio web ruso (o incluso en el mismo artículo). [43] Las fuentes en inglés se refieren únicamente a N1-L3. La designación correcta es L3, que representa una de las cinco ramas de la exploración lunar soviética. La etapa 1 (Л1) se planeó como un vuelo circunlunar tripulado (realizado parcialmente en el programa Zond ); la etapa 2 (Л2) era un vehículo lunar sin tripulación (realizado en Lunokhod ); la etapa 3 (Л3) debía haber sido un aterrizaje lunar tripulado; la etapa 4 (Л4) se conceptualizó como una nave espacial tripulada en órbita lunar; y la etapa 5 (Л5) se conceptualizó como un rover lunar con tripulación pesada para soportar una tripulación de 3-5 personas. [62] [63]
Ver también
- Comparación de sistemas de lanzamiento orbital
- Comparación de familias de lanzadores orbitales
- Nova (cohete)
- Sistema de lanzamiento espacial
- Saturno V
Notas
- ^ a b Ignora el aumento de empuje de la primera etapa con la altitud
- ^ Incluye masa de combustible de salida de la Tierra
- ^ a b Supuesto idéntico al valor de Saturno V
Referencias
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enlaces externos
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- Estadísticas e información. Modelo interactivo.
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- Entrevista a Vasily Pavlovich Mishin (en ruso)
- Kistler Space Systems, la empresa estadounidense que desarrolla un cohete basado en NK-33
- Dibujo