El N1/L3 (de Ракета-носитель Raketa-nositel' , "cohete portador"; cirílico: Н 1 ) [3] fue un vehículo de lanzamiento de carga superpesada destinado a entregar cargas útiles más allá de la órbita baja terrestre . El N1 era el homólogo soviético del Saturno V estadounidense y estaba destinado a permitir viajes tripulados a la Luna y más allá, [4] con estudios que comenzaron ya en 1959. [5] Su primera etapa, el Bloque A, fue la etapa de cohete más poderosa jamás volada durante más de 50 años, y el récord se mantuvo hasta la primera prueba de vuelo integrada de Starship . [6] Sin embargo, cada uno de los cuatro intentos de lanzar un N1 falló en vuelo, y el segundo intento resultó en que el vehículo se estrellara contra su plataforma de lanzamiento poco después del despegue. Las características adversas del gran grupo de treinta motores y sus complejos sistemas de alimentación de combustible y oxidante no se revelaron antes en el desarrollo porque no se habían realizado pruebas de encendido estáticas. [7]
La versión N1-L3 fue diseñada para competir con el programa Apollo de los Estados Unidos para aterrizar una persona en la Luna, utilizando un método similar de encuentro en órbita lunar . El vehículo de lanzamiento básico N1 tenía tres etapas, que debían llevar la carga lunar L3 a la órbita baja de la Tierra con dos cosmonautas. El L3 contenía una etapa para la inyección translunar ; otra etapa utilizada para correcciones a mitad de curso, inserción en 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 el regreso a la Tierra.
El N1-L3 comenzó a desarrollarse en octubre de 1965, casi cuatro años después del Saturno V, durante los cuales no contó con los fondos necesarios y se desarrolló a toda prisa. El proyecto se vio gravemente afectado por la muerte de su diseñador jefe, Sergei Korolev, en 1966. 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 URSS estuvo a punto de colapsar en 1989. [8]
En 1967, Estados Unidos y la Unión Soviética competían para ser los primeros en llevar un ser humano a la Luna . El programa N1/L3 recibió la aprobación formal en 1964, lo que requirió el desarrollo del vehículo de lanzamiento N1 , comparable en tamaño al Saturno V estadounidense . [9]
El 25 de noviembre de 1967, menos de tres semanas después del primer vuelo del Saturno V durante la misión Apolo 4 , los soviéticos desplegaron una maqueta del N1 en la recién construida plataforma de lanzamiento 110R en el cosmódromo de Baikonur, en el Kazajstán soviético . Este vehículo de prueba y entrenamiento logístico de sistemas de instalaciones, designado 1M1, fue diseñado para brindar a los ingenieros una valiosa experiencia en las actividades de despliegue, integración en la plataforma de lanzamiento y retroceso, similar a las pruebas del vehículo de integración de instalaciones SA-500F del Saturno V en el Centro Espacial Kennedy en Florida a mediados de 1966. Mientras que el rastreador transportaba al Saturno V a la plataforma verticalmente, el N1 hizo el viaje horizontalmente y luego se elevó a la posición 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 rodado de regreso al edificio de ensamblaje. La maqueta 1M1 se utilizó repetidamente en los años siguientes para pruebas adicionales de integración en 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 regreso al edificio de ensamblaje. El administrador de la NASA, James Webb, tuvo acceso a esta y otra información similar que mostraba que los rusos estaban planeando seriamente misiones lunares tripuladas . Ese conocimiento influyó en varias decisiones clave de EE. UU. en los meses siguientes. Las imágenes satelitales parecían mostrar que la URSS estaba cerca de una prueba de vuelo del N1, pero no revelaron que este cohete en particular era solo una maqueta y que la URSS estaba muchos meses por detrás de EE. UU. en la carrera por aterrizar un humano en la Luna (aunque, al menos, la CIA , la NRO y el presidente Lyndon Johnson sabían que el cohete era una maqueta según la sesión informativa presidencial diaria del 27 de diciembre de 1967 [10] ). Los soviéticos tenían la esperanza de poder llevar a cabo un vuelo de prueba del N1 en la primera mitad de 1968, pero por una variedad de razones técnicas, el intento no ocurrió durante más de un año.
En mayo de 1961, Estados Unidos anunció el objetivo de llevar un hombre a la Luna en 1970. Ese mismo mes, el informe sobre la reconsideración de los planes para vehículos espaciales en la dirección de fines de defensa fijó el primer lanzamiento de prueba del cohete N1 para 1965. En junio, Korolev recibió una pequeña cantidad de fondos para iniciar el desarrollo del N1 entre 1961 y 1963. Al mismo tiempo, Korolev propuso una misión lunar basada en la nueva nave espacial Soyuz utilizando un perfil de encuentro en órbita terrestre . Se utilizarían varios lanzamientos de cohetes Soyuz para construir un paquete completo de misión a la Luna, 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 un ritmo de lanzamiento rápido para ensamblar el complejo antes de que alguno de los componentes se quedara sin consumibles en órbita. Posteriormente, Korolev propuso que se ampliara el N1 para permitir una misión lunar de un solo lanzamiento. En noviembre-diciembre de 1961, Korolev y otros intentaron argumentar que un cohete de carga superpesada podría transportar armas nucleares ultrapesadas, como la recién probada Tsar Bomba , o muchas ojivas (hasta 17) como justificación adicional para el diseño del N1. [11] [12] Korolev no estaba inclinado a utilizar el cohete para usos militares, pero quería cumplir sus ambiciones espaciales y veía el apoyo militar como vital. La respuesta militar fue tibia: pensaban que el N1 tenía poca utilidad militar y les preocupaba que desviara fondos de programas puramente militares. La correspondencia de Korolev con los líderes militares continuó hasta febrero de 1962 con poco progreso.
Mientras tanto, el OKB-52 de Chelomei propuso una misión alternativa con mucho menos riesgo. En lugar de un aterrizaje tripulado, Chelomei propuso una serie de misiones circunlunares para adelantarse a los EE. UU. en la proximidad de la Luna. También propuso un nuevo propulsor para la misión, agrupando cuatro de sus UR-200 existentes (conocidos como SS-10 en Occidente) para producir un único propulsor más grande, el UR-500. [13] Estos planes se abandonaron cuando Glushko ofreció a Chelomei el RD-270, que permitió la construcción del UR-500 en un diseño "monobloque" mucho más simple. También propuso adaptar un diseño de nave espacial existente para la misión circunlunar, el LK-1 de un solo cosmonauta . Chelomei consideró 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 mostraban reacias a apoyar un proyecto con motivaciones políticas y de escasa utilidad militar, pero tanto Korolev como Chelomei presionaron a favor de una misión lunar. Entre 1961 y 1964, se aceptó la propuesta menos agresiva de Chelomei y se le dio una prioridad relativamente alta al desarrollo de su UR-500 y del LK-1.
Valentin Glushko , que entonces tenía casi el monopolio del diseño de motores de cohetes en la Unión Soviética, propuso el motor RD-270 que utilizaba propelentes de dimetilhidrazina asimétrica (UDMH) y tetróxido de nitrógeno (N2O4 ) para impulsar el nuevo diseño ampliado N1. Estos propelentes hipergólicos se encienden al contacto, lo que reduce la complejidad del motor, y se utilizaron ampliamente en los motores existentes de Glushko en varios misiles balísticos intercontinentales . El ciclo de combustión por etapas de flujo completo RD-270 estaba en pruebas antes de la cancelación del programa, logrando un impulso específico más alto que el ciclo de generador de gas Rocketdyne F-1 a pesar del uso de propelentes UDMH/N2O4 con un impulso potencial menor. El motor F- 1 llevaba cinco años de desarrollo en ese momento y todavía experimentaba problemas de estabilidad de combustión. Rocketdyne finalmente resolvió los problemas de inestabilidad del F-1 agregando divisores de cobre como deflectores, [14] pero el RD-270 todavía tenía problemas de inestabilidad sin resolver cuando el programa N1 fue cancelado en 1974, mucho después de que se resolvieran los problemas del F-1. [15]
Glushko señaló que el Titan II GLV estadounidense había logrado llevar a su tripulación a bordo con combustibles hipergólicos similares. Korolev consideró que la naturaleza tóxica de los combustibles y sus emisiones presentaban 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 acabó convirtiéndose en un problema importante que obstaculizó el progreso. [16] [17]
Los problemas personales entre los dos jugaron un papel importante, ya que Korolev responsabilizó a Glushko de su encarcelamiento en el Gulag de Kolyma en la década de 1930 y Glushko consideró que Korolev era arrogante y autocrático con respecto a las cosas que estaban 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/queroseno, y con Korolev en general. Korolev finalmente se dio por vencido y decidió solicitar 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 más tarde 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 ajustadas a diferentes altitudes. Para lograr la cantidad requerida de empuje, se propuso que se utilizarían 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 un 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 refrigeración del motor. La disposición de 30 toberas de motor de cohete en la primera etapa del N1 podría haber sido un intento de crear una versión rudimentaria de un sistema de motor aerospike toroidal ; también se estudiaron motores aerospike más convencionales.
Korolev propuso un N1 más grande combinado con el nuevo paquete lunar L3 basado en el Soyuz 7K-L3 . Las etapas de cohete combinadas L3, el Soyuz modificado y el nuevo módulo de aterrizaje lunar LK se lanzarían con un solo N1 para realizar un aterrizaje lunar. Chelomei respondió con un vehículo derivado del UR-500 en racimo, coronado por la nave espacial LK-1 que ya estaba 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 circunlunar UR-500/LK-1.
Cuando Jruschov 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 7K-L1 de Korolev , también conocida como Zond (literalmente "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 había ganado claramente la discusión, pero el trabajo en el LK-1 continuó de todos modos, así como en el Zond.
En 1964, Korolev presionó a favor de una misión circunlunar tripulada, que al principio fue rechazada, pero se aprobó con la resolución del Comité Central del 3 de agosto de 1964 titulada "Sobre el trabajo que implica el estudio de la Luna y el espacio exterior", con el objetivo de aterrizar un cosmonauta en la Luna en 1967 o 1968. [17]
En enero de 1966, Korolev murió debido a complicaciones de una cirugía para extirpar pólipos intestinales en la que también se descubrió un gran tumor. [18] Su trabajo en N1-L3 fue asumido por su adjunto, Vasily Mishin , que no tenía la astucia política ni la influencia de Korolev, y tenía fama de ser un gran bebedor. Después de unos años de reveses y cuatro lanzamientos fallidos, en mayo de 1974 Mishin fue despedido y reemplazado por Glushko, quien inmediatamente ordenó la cancelación del programa N1 y la misión lunar tripulada en general, a pesar de la afirmación de Mishin de que el cohete estaría completamente operativo en menos de dos años. [19]
Mishin continuó con el proyecto N1F después de la cancelación de los planes para un alunizaje tripulado con la esperanza de que el cohete se utilizara para construir la base lunar Zvezda . El programa se dio por terminado 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 desguazados y sus restos aún se podían encontrar en Baikonur años después, utilizados como refugios y cobertizos de almacenamiento. Los cohetes fueron desmantelados deliberadamente en un intento de encubrir los intentos fallidos de la URSS de llegar a la Luna, que se afirmó públicamente que eran un proyecto en papel para engañar a los EE. UU. y hacerlos creer que se estaba desarrollando una carrera. Esta historia de tapadera duró hasta la glásnost , cuando el hardware restante se vio públicamente en exhibición.
El programa fue seguido por el concepto "Vulkan" para un enorme vehículo de lanzamiento que utilizaba combustibles Syntin / LOX , posteriormente reemplazados por LH2 / LOX en la segunda y tercera etapas. "Vulkan" fue reemplazado por el programa Energia / Buran en 1976. [23] [24]
Alrededor de 150 de los motores modernizados para el N1F escaparon a la destrucción. Aunque el cohete en su conjunto no era fiable, los motores NK-33 y NK-43 son robustos y fiables cuando se utilizan como unidad independiente. A mediados de los años 90, Rusia vendió 36 motores por 1,1 millones de dólares cada uno y una licencia para la producción de nuevos motores a la empresa estadounidense Aerojet General . [25]
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 la empresa finalmente se declaró en quiebra antes de ver un solo lanzamiento. Aerojet también modificó el NK-33 para incorporar la capacidad de control del vector de empuje para el vehículo de lanzamiento Antares de Orbital Science . Antares utilizó dos de estos motores AJ-26 modificados para la propulsión de la primera etapa. Los primeros cuatro lanzamientos del Antares fueron exitosos, 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 pruebas estáticas, 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 su uso futuro. [26]
En Rusia, los motores N1 no se volvieron a utilizar hasta 2004, cuando los 70 motores restantes se incorporaron a un nuevo diseño de cohete, el Soyuz 3. [27] [28] A partir de 2005 [actualizar], el proyecto se congeló debido a la falta de financiación. En su lugar, 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. [29]
El N1 medía 105 metros (344 pies) de alto con su carga útil L3. El N1-L3 constaba de cinco etapas en total: las tres primeras (N1) para la inserción en una órbita baja de estacionamiento terrestre, y otras dos (L3) para la inyección translunar y la inserción en la órbita lunar. Completamente cargado y con combustible, el N1-L3 pesaba 2.750 toneladas (6.060.000 libras). Las tres etapas inferiores estaban diseñadas para producir un único tronco de 17 metros (56 pies) de ancho en la base, [2] mientras que la sección L3 era principalmente cilíndrica, transportada dentro de una cubierta de un ancho estimado de 3,5 metros (11 pies). [30] La forma cónica de las etapas inferiores se debía a la disposición de los tanques en su interior, un tanque de queroseno esférico más pequeño encima del tanque de oxígeno líquido más grande que se encontraba 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 conoció como N1F, pero no voló antes de la cancelación del proyecto.
La primera etapa, Bloque A , estaba propulsada 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 formado por los 6 motores interiores a aproximadamente la mitad del diámetro. [31] El sistema de control se basaba principalmente en la regulación diferencial de los motores del anillo exterior para el cabeceo y la guiñada. El sistema de propulsión central no se utilizaba para el control. [32] El Bloque A también incluía cuatro aletas de rejilla , que más tarde se utilizaron en los diseños de misiles aire-aire soviéticos .
En total, el Bloque A produjo 45.400 kN (10.200.000 lbf) de empuje, la etapa de cohete más potente que haya volado hasta la fecha. [33] : 199 [34] [35] Esto superó el empuje de 33.700 kN (7.600.000 lbf) del Saturno V, [36] y el récord se mantendría durante más de medio siglo, hasta que el SpaceX Super Heavy lo superó en 2023. [37]
El KORD (acrónimo ruso de Kontrol Raketnykh Dvigateley , literalmente "Control (de) Motores Cohete" - Контроль ракетных двигателей ) [38] era el sistema de control automático de motores ideado 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 actitud de cabeceo y guiñada al acelerarlos adecuadamente y también apagaba los motores defectuosos situados uno frente al otro. Esto era para anular el momento de cabeceo o guiñada que generarían los motores diametralmente opuestos en el anillo exterior, manteniendo así el empuje simétrico. El Bloque A podía funcionar nominalmente con dos pares de motores opuestos apagados (motores 26/30). Desafortunadamente, el sistema KORD no pudo reaccionar a procesos que ocurrieron rápidamente, como la explosión de la turbobomba durante el segundo lanzamiento. [33] : 294
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 soviético de guía y control digital, [39] y a diferencia del KORD, que era esencialmente un sistema de control de motores analógico, el S-530 supervisaba todas las tareas de control en el vehículo de lanzamiento y la nave espacial, de los 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 el regreso a la Tierra. [40] [41]
La segunda etapa, el Bloque B , estaba propulsada 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 aéreo y el rendimiento a gran altitud. El Bloque B N1F reemplazó los motores NK-15 con motores NK-43 mejorados .
El bloque B podría soportar el apagado de un par de motores opuestos (6/8 motores). [33] : 294
La etapa superior, Bloque V ( B / V es la tercera letra del alfabeto ruso ), montaba cuatro motores NK-21 más pequeños en forma de cuadrado. El Bloque V del N1F reemplazó los motores NK-21 por motores NK-31.
El bloque V podría funcionar con un motor apagado y tres funcionando correctamente. [33] : 294
El N-1 se montó horizontalmente, luego se trasladó en un transportador hasta la plataforma de lanzamiento y se erigió. Había una torre de servicio/pórtico en la plataforma con conexiones umbilicales para el abastecimiento de combustible líquido. [42]
La compleja red de tuberías necesaria para suministrar combustible y oxidante a la disposición agrupada de los motores del cohete era frágil y fue un factor importante en 2 de los 4 fracasos de lanzamiento. A diferencia del Complejo de Lanzamiento 39 del Centro Espacial Kennedy , no se podía llegar al Cosmódromo 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 lugar de lanzamiento. Esto provocó dificultades en las pruebas que contribuyeron a la falta de éxito del N1.
Los motores NK-15 tenían una serie de válvulas que se activaban por pirotecnia en lugar de medios hidráulicos o mecánicos, siendo esta una medida de ahorro de peso. Una vez cerradas, las válvulas no podían volver a abrirse. [33] : 304 Esto significó que los motores del Bloque A solo se probaron individualmente y el grupo completo de 30 motores nunca se probó estáticamente como una unidad. Sergei Khrushchev afirmó que solo se probaron dos de cada lote de seis motores, y no las unidades realmente destinadas a usarse en el propulsor. Como resultado, los modos vibratorios complejos y destructivos (que destrozaron las líneas de propulsión y las turbinas), así como los problemas de dinámica de fluidos y de columna de escape (que causaban el balanceo del vehículo, cavitación al vacío y otros problemas), en el Bloque A no se descubrieron ni se resolvieron antes del vuelo. [43] Los bloques B y V se probaron estáticamente como unidades completas.
Mientras se buscaba encontrar formas de obtener más rendimiento, se investigó la viabilidad de utilizar un motor aerospike en la primera etapa. Para lograrlo, se reducirían los 30 motores NK15-F iniciales a 24 motores alrededor del borde, dejando libre el centro. Su objetivo era lograr un mejor rendimiento a nivel del mar. Otras ideas querían prescindir de los NK-15F por completo y reemplazarlos por una cámara de combustión anular radical. Esta cámara rodearía el aerospike en su totalidad. Sin embargo, ambas ideas fueron descartadas ya que las ganancias de rendimiento calculadas no compensaban la masa adicional y las complejidades de los diferentes motores. [22]
Debido a sus dificultades técnicas y a la falta de financiación para una campaña de pruebas exhaustiva, el N1 nunca completó un vuelo de prueba. Se planificaron doce vuelos de prueba, de los cuales solo se realizaron cuatro. Los cuatro lanzamientos sin tripulación terminaron en fracaso 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.
El N1-L3, de 105 metros de longitud, era ligeramente más corto que el Apolo estadounidense Saturno V (111 metros). El N-1 tenía un diámetro total menor, pero un diámetro máximo mayor (17 m/56 pies frente a 10 m/33 pies). El N1 producía más empuje en cada una de sus tres primeras etapas que las etapas correspondientes del Saturno V. El N1-L3 producía más impulso total en sus cuatro primeras etapas que el Saturno V en sus tres primeras (véase la tabla siguiente).
El N1 tenía como objetivo colocar la carga útil L3 de aproximadamente 95 t (209 000 lb) en una órbita terrestre baja , [33] : 271 con la cuarta etapa incluida en el complejo L3 destinada a colocar 23,5 t (52 000 lb) en órbita translunar. En comparación, el Saturno V colocó la nave espacial Apolo de aproximadamente 45 t (100 000 lb) más aproximadamente 74,4 t (164 100 lb) de combustible restante en la tercera etapa S-IVB para inyección translunar en una órbita de estacionamiento terrestre similar.
El N1 utilizó combustible para cohetes a base de queroseno en sus tres etapas principales, mientras que el Saturno V utilizó hidrógeno líquido para alimentar su segunda y tercera etapas, lo que produjo una ventaja general en el rendimiento debido al mayor impulso específico . El N1 también desperdició el volumen de propulsor disponible al usar tanques de propulsor esféricos debajo de una piel externa aproximadamente cónica, mientras que el Saturno V utilizó la mayor parte de su volumen de piel cilíndrica disponible para albergar tanques de hidrógeno y oxígeno en forma de cápsula, con mamparos comunes entre los tanques en la segunda [44] y tercera etapas. [45]
El N1-L3 habría sido capaz de convertir sólo el 9,3% de su impulso total de tres etapas en momento de carga útil en órbita terrestre (en comparación con el 12,14% del Saturno V), y sólo el 3,1% de su impulso total de cuatro etapas en momento de carga útil translunar, en comparación con el 6,2% del Saturno V.
El Saturno V tampoco perdió nunca una carga útil en dos lanzamientos de desarrollo y once lanzamientos operativos, mientras que cuatro intentos de lanzamiento del desarrollo del N1 resultaron en fallas catastróficas, con dos pérdidas de carga útil.
21 de febrero de 1969: número de serie 3L – Zond L1S-1 (Soyuz 7K-L1S (Zond-M), modificación de la nave espacial Soyuz 7K-L1 "Zond" ) para el sobrevuelo de la Luna.
A los pocos segundos del despegue, un voltaje transitorio hizo que el KORD apagara el motor n.º 12. Después de que esto sucediera, el KORD apagó el motor n.º 24 para mantener el empuje simétrico. A los 6 segundos T, la oscilación de pogo en el motor n.º 2 arrancó varios componentes de sus soportes y comenzó una fuga de propulsor. [ cita requerida ] A los 25 segundos T, 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 el gas que se escapaba, comenzó un incendio. El fuego luego quemó el cableado de la fuente de alimentación, causando un arco eléctrico que fue detectado 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 a los 68 segundos T del despegue. Esta señal también se transmitió hasta la segunda y tercera etapas, "bloqueándolas" e impidiendo que se enviara un comando manual desde tierra para encender sus motores. La telemetría también mostró que los generadores de energía del N-1 continuaron funcionando hasta el impacto con el suelo en T+183 segundos.
Los investigadores descubrieron los restos del cohete a 52 kilómetros de la plataforma de lanzamiento. Vasily Mishin había culpado inicialmente a los generadores de la avería, ya que no se le ocurría ninguna otra razón por la que los 30 motores se apagaran a la vez, pero esto fue rápidamente desmentido por los datos de telemetría y la recuperación de los generadores del lugar del accidente. Habían sobrevivido en buenas condiciones y fueron enviados de vuelta a la planta de Istra, donde fueron reacondicionados y funcionaron sin problemas en las pruebas de banco. El equipo de investigación no especuló sobre si la primera etapa en llamas podría haber seguido volando si el sistema KORD no la hubiera apagado.
Se descubrió que el KORD tenía varios defectos de diseño graves y una lógica mal programada. Un defecto imprevisto fue que su frecuencia operativa, 1000 Hz, coincidió perfectamente con la vibración generada por el sistema de propulsión, y se cree que el apagado del motor n.º 12 en el despegue se debió a dispositivos pirotécnicos que abrieron una válvula, lo que produjo una oscilación de alta frecuencia que se extendió al cableado adyacente y que el KORD asumió que era una condición de exceso de velocidad en la turbobomba del motor. Se creía que el cableado del motor n.º 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 operativo del sistema aumentó a 25 V en lugar de los 15 V nominales. El cableado de control se reubicó y se cubrió con amianto para hacerlo ignífugo y se cambió la frecuencia operativa. [47] [48] El sistema de escape de lanzamiento se activó e hizo su trabajo correctamente, salvando la maqueta de la nave espacial. Todos los vuelos posteriores tenían extintores de incendios de freón instalados junto a cada motor. [49] [50] Según Sergei Afanasiev , la lógica de la orden de apagar todo el grupo de 30 motores en el Bloque A era incorrecta en ese caso, como reveló la investigación posterior. [33] : 294 [51]
Número de serie 5L – Zond L1S-2 para órbita y sobrevuelo de la Luna y fotografía prevista de posibles sitios de aterrizaje tripulado.
El segundo vehículo N-1 fue lanzado el 3 de julio de 1969 y llevaba una nave espacial L1 Zond modificada y una torre de escape activa. Boris Chertok afirmó que también se transportaba un módulo lunar modelo en masa; sin embargo, la mayoría de las fuentes indican que solo la L1S-2 y las etapas de impulso estaban a bordo del N-1 5L. El lanzamiento tuvo lugar a las 23:18 hora de Moscú desde la plataforma de lanzamiento 110 Este . El vuelo duró solo unos momentos; tan pronto como pasó por la torre, hubo un destello de luz y se pudieron ver escombros cayendo desde el fondo de la primera etapa. Todos los motores se apagaron instantáneamente excepto el motor n.º 18. Esto hizo que el N-1 se inclinara en un ángulo de 45 grados y cayera de nuevo sobre la plataforma. [52] Las casi 2300 toneladas de propulsor a bordo desencadenaron una explosión masiva y una onda de choque que destrozó las ventanas de todo el complejo de lanzamiento y envió escombros volando hasta 10 kilómetros (6 millas) del centro de la explosión. Media hora después del accidente se permitió a los equipos de lanzamiento salir al exterior y se encontraron con gotitas de combustible sin quemar que seguían cayendo del cielo. La mayor parte de la carga de combustible del N-1 no se había consumido en el accidente, y la mayor parte de lo que se había quemado había estado en la primera etapa del cohete. Sin embargo, el peor escenario posible, la mezcla del combustible y el LOX para formar un gel explosivo, no se había producido. La investigación posterior reveló que hasta el 85% del propulsor a bordo del cohete no había detonado, lo que redujo la fuerza de la explosión. [53] El sistema de escape de lanzamiento se había activado en el momento del apagado del motor (T+15 segundos) y sacó la cápsula L1S-2 a un lugar seguro a 2,0 kilómetros (1,2 millas) de distancia. El impacto con la plataforma se produjo a T+23 segundos. El complejo de lanzamiento 110 Este quedó completamente arrasado por la explosión, con la plataforma de hormigón 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 fueron encontradas intactas en el campo de escombros y examinadas.
Se descubrió que la turbobomba LOX del motor n.° 8 había explotado justo antes del despegue (se recuperó la bomba de entre los escombros y se encontraron signos de fuego y derretimiento). La onda expansiva resultante cortó las líneas de propulsión circundantes y provocó un incendio por una fuga de combustible. El fuego había dañado varios componentes de la sección de empuje [33] : 295, 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 una presión y velocidades de bomba anormales. La telemetría no proporcionó ninguna explicación sobre qué apagó los otros motores. El motor n.° 18, que había hecho 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 con exactitud por qué había explotado la turbobomba nº 8. Las teorías en juego eran que se había roto un trozo de un sensor de presión y se había alojado en la bomba, o que las palas del impulsor habían rozado la carcasa metálica, creando una chispa de fricción que había encendido el LOX. El motor nº 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 se había desintegrado un rotor de la bomba, pero Kuznetsov argumentó que los motores NK-15 no tenían ninguna culpa y Mishin, que había defendido el uso de los motores de Kuznetsov dos años antes, no podía salir a desafiarlo públicamente. Kuznetsov consiguió que el comité de investigación posterior al vuelo dictaminara que la causa del fallo del motor había sido la "ingestión de residuos extraños". Después de este vuelo, se instalaron filtros de combustible en los modelos posteriores. [50] Vladimir Barmin, director jefe de las instalaciones de lanzamiento en Baikonur, también argumentó que el KORD debería estar bloqueado durante los primeros 15-20 segundos de vuelo para evitar que se emitiera una orden de apagado hasta que el propulsor hubiera despejado el área de la plataforma. [54] [55] El complejo destruido fue fotografiado por satélites estadounidenses, revelando al mundo occidental que la Unión Soviética había estado construyendo un cohete a la Luna. [50] Se necesitaron 18 meses para reconstruir la plataforma de lanzamiento y se retrasaron los lanzamientos. La explosión había sido visible esa noche a 35 kilómetros (22 millas) de distancia en Leninsk (véase Tyuratam ). [56]
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 giro incontrolado que superó la capacidad del sistema de control para compensar. 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 había sido modificado para evitar que esto sucediera hasta 50 segundos después del lanzamiento. El giro, que inicialmente había sido de 6° por segundo, comenzó a acelerarse rápidamente. En T+39 segundos, el cohete propulsor estaba girando a casi 40° por segundo, lo que provocó que el sistema de guía inercial entrara en bloqueo de cardán y en T+48 segundos, el vehículo se desintegró por las cargas estructurales. La armadura entre la segunda y la tercera etapa se retorció y esta última se separó de la chimenea y en T+50 segundos, el comando de corte a la primera etapa se desbloqueó y los motores se apagaron inmediatamente. Las etapas superiores impactaron a unos 7 kilómetros (4 millas) del complejo de lanzamiento. A pesar del apagado del motor, la primera y la segunda etapa todavía tenían suficiente impulso para viajar cierta distancia antes de caer a la tierra a unos 15 kilómetros (9 millas) del complejo de lanzamiento y abrir un cráter de 15 metros (50 pies) de profundidad en la estepa. [33] : 298 Este N1 tenía etapas superiores ficticias sin el sistema de rescate. [50] [57]
El siguiente y último vehículo contaría con un sistema de estabilización mucho más potente con motores dedicados (en las versiones anteriores la estabilización se hacía dirigiendo los gases de escape de los motores principales). El sistema de control del motor también sería rediseñado, aumentando el número de sensores de 700 a 13.000. [50] [57]
23 de noviembre de 1972: número de serie 7L: Soyuz 7K-LOK normal (Soyuz 7K-LOK No.1) y nave espacial con módulo LK ficticio para sobrevuelo a la Luna [58]
Debut del sistema de control digital S-530 (en la tercera etapa) que sustituyó al sistema analógico KORD. [39] [40] [41]
El arranque y el despegue se realizaron sin problemas. A los 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 suministrar combustible y oxidante al sistema de propulsión central estallaron y se inició un incendio en la cola del propulsor; además, el motor n.º 4 explotó. La primera etapa se rompió a partir de los 107 segundos y todos los datos de telemetría cesaron a los 110 segundos. El sistema de escape de lanzamiento se activó y llevó a la Soyuz 7K-LOK a un lugar seguro. Las etapas superiores fueron expulsadas de la chimenea y se estrellaron en la estepa. Una investigación reveló que el apagado abrupto de los motores provocó fluctuaciones en las columnas de fluido de las tuberías de alimentación, que se rompieron y derramaron combustible y oxidante sobre los motores apagados, pero aún calientes. También se sospechó de un fallo en la turbobomba del motor n.º 4. Se creía que el lanzamiento podría haberse salvado si los controladores de tierra hubieran enviado un comando manual para desechar la primera etapa y comenzar la combustión de la segunda etapa temprano, 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. [59] [33] : 300 [41]
El vehículo con número de serie 8L se preparó para agosto de 1974. Incluía una Soyuz 7K-LOK normal y una nave espacial con módulo LK normal del complejo de expedición lunar L3. Estaba previsto que sobrevolara la Luna y aterrizara sin tripulación como preparación para una futura misión tripulada. Como el programa N1-L3 se canceló en mayo de 1974, este lanzamiento nunca se llevó a cabo. [60] [61]
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 numeral "3". A veces se utilizan ambas formas dentro del mismo sitio web ruso (o incluso el mismo artículo). [47] Las fuentes inglesas solo se refieren 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 (parcialmente realizado en el programa Zond ); la etapa 2 (Л2) fue un rover lunar no tripulado (realizado en Lunokhod ); la etapa 3 (Л3) iba a ser un aterrizaje lunar tripulado; la etapa 4 (Л4) se conceptualizó como una nave espacial tripulada en órbita lunar; y la etapa 5 (Л5) fue conceptualizada como un vehículo lunar tripulado pesado para soportar una tripulación de 3 a 5 personas. [62] [63]
Debido a que la primera etapa era tan grande, se tomó la decisión de renunciar a construir una instalación de prueba separada para ella y, en su lugar, tratar de descubrir cualquier problema con una serie de lanzamientos a toda velocidad. En retrospectiva, esto demostraría ser un error, porque cada uno de los cuatro intentos de lanzamiento del N-1 resultó en un fracaso debido a varios problemas con la primera etapa.
