El N1/L3 (de Ракета-носитель Raketa-nositel' , "Carrier Rocket"; cirílico: Н 1 ) [3] 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 Saturn 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 el cohete más poderoso Etapa jamás volada durante más de 50 años, generando 45,4 MN de empuje. [6] Sin embargo, cada uno de los cuatro intentos de lanzar un N1 falló en vuelo, y el segundo intento provocó 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 anteriormente en el desarrollo porque no se habían realizado pruebas estáticas de encendido. [7]
La versión N1-L3 fue diseñada para competir con el programa Apolo de los Estados Unidos para llevar una persona a la Luna, utilizando un método de encuentro en órbita lunar similar . El vehículo de lanzamiento básico N1 tenía tres etapas, que debían transportar la carga lunar L3 a la órbita terrestre baja con dos cosmonautas. El L3 contenía una etapa para inyección translunar ; otra etapa utilizada para correcciones a mitad de camino, 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 regresar a la Tierra.
El N1-L3 comenzó a desarrollarse en octubre de 1965, casi cuatro años después del Saturn V, durante el cual no recibió fondos suficientes y fue apresurado. El proyecto se descarriló gravemente con 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 al borde del colapso en 1989. [8 ]
En 1967, Estados Unidos y la Unión Soviética competían por 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 Saturn V estadounidense . [9]
El 25 de noviembre de 1967, menos de tres semanas después del primer vuelo de Saturno V durante la misión Apolo 4 , los soviéticos desplegaron una maqueta N1 en la recién construida plataforma de lanzamiento 110R en el cosmódromo de Baikonur en el Kazajstán soviético . Este vehículo de entrenamiento y prueba logística de sistemas de instalaciones, designado 1M1, fue diseñado para brindar a los ingenieros una experiencia valiosa en las actividades de implementación, integración de la plataforma de lanzamiento y reversión, similar a las pruebas del vehículo de integración de instalaciones Saturn V SA-500F en el Centro Espacial Kennedy en Florida. a mediados de 1966. Mientras que el rastreador transportaba el Saturn V a la plataforma verticalmente, el N1 hizo el viaje horizontalmente y luego fue elevado a la posición vertical en la plataforma, una práctica estándar en el programa espacial soviético . El 11 de diciembre, tras la finalización de varias pruebas, el cohete N1 fue bajado y devuelto al edificio de montaje. La maqueta 1M1 se utilizó repetidamente en los años siguientes 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 la N1 en la plataforma poco antes de su regreso al edificio de montaje. El administrador de la NASA, James Webb, tuvo acceso a esta y otras informaciones de inteligencia similares que demostraban que los rusos estaban planeando seriamente misiones lunares tripuladas . Ese conocimiento influyó en varias decisiones clave de Estados Unidos 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 sólo una maqueta [a] y que la URSS estaba muchos meses por detrás de los EE.UU. en la carrera por aterrizar un ser humano. en la Luna. 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 produjo durante más de un año. a (aunque, como mínimo, 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 2016)
En mayo de 1961, Estados Unidos anunció el objetivo de llevar un hombre a la Luna para 1970. Durante el mismo mes, el informe Sobre la reconsideración de los planes para vehículos espaciales con fines de defensa fijó el primer lanzamiento de prueba del cohete N1 para 1965. En junio, Korolev recibió una pequeña cantidad de financiación para iniciar el desarrollo de 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 necesitaría un ritmo de lanzamiento rápido para ensamblar el complejo antes de que cualquiera de los componentes se quedara sin consumibles en órbita. Posteriormente, Korolev propuso ampliar el N1 para permitir una misión lunar de un solo lanzamiento. En noviembre-diciembre de 1961, Korolev y otros intentaron argumentar además que un cohete de carga súper pesada podría transportar armas nucleares ultrapesadas, como la recién probada Tsar Bomba , o muchas ojivas (hasta 17) como justificación adicional para el diseño N1. [10] [11] Korolev no estaba dispuesto a utilizar el cohete para usos militares, pero quería cumplir sus ambiciones espaciales y consideraba que el apoyo militar era vital. La respuesta militar fue tibia: pensaban que la N1 tenía poca utilidad militar y temían que pudiera desviar fondos de programas puramente militares. La correspondencia de Korolev con los líderes militares continuó hasta febrero de 1962 con pocos avances.
Mientras tanto, el OKB-52 de Chelomey propuso una misión alternativa con un riesgo mucho menor. En lugar de un aterrizaje tripulado, Chelomei propuso una serie de misiones circunlunares para adelantar a Estados Unidos en su aproximación a la Luna. También propuso un nuevo propulsor para la misión, agrupando tres de sus UR-200 existentes (conocidos como SS-10 en el oeste) para producir un único propulsor más grande, el UR-500. Estos planes fracasaron cuando Glushko le 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 cosmonauta único LK-1 . Chelomei consideró que las mejoras en las primeras misiones UR-500/LK-1 permitirían adaptar la nave espacial para dos cosmonautas.
Las Fuerzas de Misiles Estratégicos del ejército soviético se mostraron reacias a apoyar un proyecto motivado políticamente y con poca utilidad militar, pero tanto Korolev como Chelomei presionaron por 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 el 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 utilizando propulsores asimétricos de dimetilhidrazina (UDMH) y tetróxido de nitrógeno (N 2 O 4 ) para impulsar el diseño N1 recientemente ampliado. Estos propulsores 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 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 todavía experimentaba problemas de estabilidad de la combustión.
Glushko señaló que el Titan II GLV estadounidense había transportado con éxito a una tripulación con propulsores hipergólicos similares. Korolev consideró que la naturaleza tóxica de los combustibles y sus gases de escape presentaba un riesgo para la seguridad de 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 influyeron: Korolev responsabilizó a Glushko de su encarcelamiento en el Kolyma Gulag en la década de 1930 y Glushko consideró a Korolev arrogante y autocrático hacia cosas fuera de su competencia. La diferencia de opiniones provocó un enfrentamiento entre Korolev y Glushko. En 1962, se nombró un comité para resolver la disputa y se llegó a un 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 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 muy exitosos cohetes Proton , Zenit y Energia .
Kuznetsov, que tenía 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, y el flujo de aire se suministraría a través de entradas cerca de la parte superior del propulsor. El aire se mezclaría con el escape para proporcionar cierto grado de aumento del empuje , así como refrigeración del motor. La disposición de 30 boquillas de motor de cohete en la primera etapa del N1 podría haber sido un intento de crear una versión tosca de un sistema de motor de punta toroidal; También se estudiaron motores aerospike más convencionales.
Korolev propuso un N1 más grande combinado con el nuevo paquete lunar L3 basado en la Soyuz 7K-L3 . Las etapas del cohete combinado L3, la Soyuz modificada y el nuevo módulo de aterrizaje lunar LK debían ser lanzados por un solo N1 para realizar un aterrizaje lunar. Chelomei respondió con un vehículo agrupado derivado del UR-500, rematado 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 a Chelomei se le dijo que continuara con su trabajo circunlunar 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 había ganado claramente la discusión, pero de todos modos continuaron los trabajos en la L1, así como en el Zond.
Korolev presionó en 1964 a favor de una misión circunlunar tripulada, que al principio fue rechazada, pero fue aprobada con la resolución del Comité Central del 3 de agosto de 1964 titulada "Sobre el trabajo relacionado con el estudio de la Luna y el espacio exterior", con el objetivo de aterrizar un cosmonauta en la Luna en 1967 o 1968. [13]
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. [14] Su trabajo en N1-L3 fue asumido por su adjunto, Vasily Mishin , que no tenía la astucia o influencia política de Korolev, y tenía fama de ser un gran bebedor. A pesar de la afirmación de Mishin de que la N1 funcionaría plenamente en menos de dos años, fue despedido y reemplazado por Glushko. La nueva gestión y una creciente lista de problemas técnicos contribuyeron a la eventual cancelación de la N1 y de la misión lunar en su conjunto cuando Glushko consolidó el programa, junto con otros, debido a sus cuatro lanzamientos fallidos, su disgusto por Korolev y el programa N1. en general. [15]
Mishin continuó con el proyecto N1F después de la cancelación de los planes para un alunizaje tripulado con la esperanza de que el propulsor se utilizara para construir la base lunar Zvezda . El programa finalizó en 1974 cuando Mishin fue reemplazado por Glushko. En ese momento se estaban preparando para su lanzamiento dos N1F, pero estos planes fueron cancelados.
Los dos N1F listos para volar fueron desguazados y sus restos aún se pueden encontrar en Baikonur años después, utilizados como refugios y cobertizos de almacenamiento. Los propulsores 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 portada duró hasta la glasnost , cuando el hardware restante se vio públicamente en exhibición.
Al programa le siguió el concepto "Vulkan" para un enorme vehículo de lanzamiento que utiliza propulsores Syntin / LOX , posteriormente sustituido por LH2 / LOX en la segunda y tercera etapas. "Vulkan" fue reemplazado por el programa Energia / Buran en 1976. [19] [20]
Aproximadamente 150 de los motores mejorados del N1F escaparon a la destrucción. Aunque el cohete en su conjunto no era fiable, los motores NK-33 y NK-43 son resistentes y fiables cuando se utilizan como unidad independiente. A mediados de los años 1990, 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 . [21]
La empresa estadounidense Kistler Aerospace trabajó en incorporar estos motores en un nuevo diseño de cohete con la intención de ofrecer servicios de lanzamiento comercial, pero el intento acabó en quiebra. 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 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 fallos del motor en disparos de prueba estáticos, uno de los cuales causó daños importantes al banco de pruebas) y el fallo posterior en vuelo, Orbital decidió que el NK-33/AJ-26 no era lo suficientemente fiable para su uso futuro. [22]
En Rusia, los motores N1 no se volvieron a utilizar hasta 2004, cuando los aproximadamente 70 motores restantes se incorporaron a un nuevo diseño de cohete, el Soyuz 3. [23] [24] A partir de 2005 [actualizar], el proyecto quedó congelado debido a la falta de fondos. 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. [25]
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 en la órbita lunar. Completamente cargado y alimentado, el N1-L3 pesaba 2.750 toneladas (6.060.000 lb). Las tres etapas inferiores fueron moldeadas para producir un solo tronco de 17 metros (56 pies) de ancho en la base, [2] mientras que la sección L3 era en su mayor parte cilíndrica, llevada dentro de una cubierta 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 encima del tanque de oxígeno líquido más grande que se encuentra debajo.
Durante la vida del N1, se introdujo 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.
La primera etapa, el 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 que constaba de los 6 motores interiores de aproximadamente la mitad del diámetro. [27] El sistema de control se basaba principalmente en la aceleración diferencial de los motores del anillo exterior para el cabeceo y la guiñada. El sistema de propulsión central no se utilizó para el control. [28] 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 y podría considerarse como una verdadera primera etapa de clase Nova [29] (Nova fue el nombre utilizado por la NASA para describir un propulsor muy grande de entre 10 y 20 millones de libras). del rango de empuje). [30] : 199 [31] [32] Esto superó el empuje de 33.700 kN (7.600.000 lbf) del Saturno V. [33] Sin embargo, esto es sólo dos tercios del empuje de 67,12 MN de la primera etapa del lanzamiento de Starship de SpaceX. vehículo, el propulsor Super Heavy. [34]
El KORD (acrónimo ruso de KO ntrol R aketnykh D vigateley - literalmente "Control (de) motores de cohetes" - ruso: Контроль ракетных двигателей) [35] 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 controlar la actitud de cabeceo y guiñada estrangulándolos adecuadamente y también apagaba los motores que funcionaban mal situados uno frente al otro. Esto fue 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 podría funcionar nominalmente con dos pares de motores opuestos apagados (motores 26/30). Desafortunadamente, el sistema KORD no pudo reaccionar ante procesos que ocurrían rápidamente, como la explosión de la turbobomba durante el segundo lanzamiento. [30] : 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 de control y guía digital soviético [36] y, a diferencia del KORD, que era esencialmente solo 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 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. [37] [38]
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 fue la campana del motor y varios ajustes para el arranque aéreo 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). [30] : 294
La etapa superior, el 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 por motores NK-31.
El bloque V podría funcionar con un motor apagado y tres funcionando correctamente. [30] : 294
El N-1 se ensambló horizontalmente, luego se trasladó en un transportador a la plataforma de lanzamiento y se montó. Había una torre/pórtico de servicio en la plataforma con conexiones umbilicales para abastecimiento de combustible líquido. [39]
Las complejas tuberías necesarias para alimentar el combustible y el oxidante en la disposición agrupada de los motores del cohete eran frágiles y fueron un factor importante en 2 de los 4 lanzamientos fallidos. A diferencia del complejo de lanzamiento del Centro Espacial Kennedy 39 , al cosmódromo de Baikonur N1 no se podía llegar mediante barcazas pesadas. Para permitir el transporte por ferrocarril, todas las etapas tuvieron que enviarse en piezas y montarse en el lugar de lanzamiento. Esto provocó dificultades en las pruebas que contribuyeron a la falta de éxito del N1.
Los motores NK-15 disponían de una serie de válvulas que se activaban mediante pirotecnia en lugar de por medios hidráulicos o mecánicos, siendo esta una medida de ahorro de peso. Una vez cerradas, las válvulas no se podían volver a abrir. [30] : 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. Serguéi Jruschov afirmó que de cada lote de seis motores sólo se probaron dos, y no las unidades realmente previstas para su uso en el propulsor. Como resultado, los modos de vibración complejos y destructivos (que destrozaron las líneas de propulsión y las turbinas), así como la columna de escape y los problemas de dinámica de fluidos (que causan balanceo del vehículo, cavitación de vacío y otros problemas), en el Bloque A no fueron descubiertos ni trabajados. antes del vuelo. [40] Los bloques B y V fueron sometidos a pruebas estáticas como unidades completas.
Mientras se intentaba encontrar formas de aumentar el rendimiento, se llevaron a cabo investigaciones sobre la viabilidad de utilizar un motor aerospike en la primera etapa. Para conseguirlo, reducirían los 30 motores NK15-F iniciales a 24 motores alrededor del aro, dejando libre el centro. Su objetivo era lograr un mejor rendimiento al nivel del mar. Otras ideas querían renunciar por completo a los NK-15F 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. [18]
Debido a sus dificultades técnicas y a la falta de financiación para una campaña de prueba exhaustiva, el N1 nunca completó un vuelo de prueba. Se planearon doce vuelos de prueba, de los cuales sólo 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.
Con 105 metros (344 pies), el N1-L3 era ligeramente más corto que el Apollo - Saturno V estadounidense (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 Saturn V. El N1-L3 produjo más impulso total en sus primeras cuatro etapas que el Saturn 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 órbita terrestre baja , [30] : 271 y la cuarta etapa incluida en el complejo L3 tenía como objetivo colocar 23,5 t (52 000 lb) en órbita translunar. En comparación, el Saturn 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 la 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 Saturn V usó hidrógeno líquido para alimentar su segunda y tercera etapas, lo que produjo una ventaja de rendimiento general debido al mayor impulso específico . El N1 también desperdició el volumen de propulsor disponible al usar tanques de propulsor esféricos debajo de un revestimiento externo aproximadamente cónico, mientras que el Saturn V usó la mayor parte de su volumen de revestimiento cilíndrico disponible para albergar tanques de hidrógeno y oxígeno en forma de cápsula, con mamparos comunes entre los tanques en el segundo. [41] y tercera etapa. [42]
El N1-L3 habría podido convertir sólo el 9,3% de su impulso total de tres etapas en impulso de carga útil en órbita terrestre ( en comparación con el 12,14% del Saturn V), y sólo el 3,1% de su impulso total de cuatro etapas en carga útil translunar. impulso, en comparación con el 6,2% del Saturn V.
El Saturn V tampoco perdió nunca una carga útil en dos lanzamientos de desarrollo y once operativos, mientras que cuatro intentos de lanzamiento de desarrollo N1 resultaron en fallas catastróficas, con dos pérdidas de carga útil.
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 sobrevuelo a la Luna.
Unos segundos después del lanzamiento, un voltaje transitorio provocó que el KORD apagara el motor n.° 12. Después de que esto sucedió, el KORD apagó el motor n.° 24 para mantener el empuje simétrico. En T+6 segundos, la oscilación pogo en el motor n.º 2 arrancó varios componentes de sus soportes y provocó una fuga de propulsor. [ cita necesaria ] En T + 25 segundos, más vibraciones rompieron una línea de combustible y provocaron que RP-1 se derramara en la sección de popa del propulsor. Cuando entró en contacto con el gas que se escapaba, se inició un incendio. Luego, el fuego quemó el cableado de la fuente de alimentación, provocando un arco eléctrico que fue captado por los sensores e interpretado por el KORD como un problema de presurización en las turbobombas. El KORD respondió emitiendo una orden general para cerrar toda la primera etapa a T+68 segundos después del lanzamiento. Esta señal también se transmitió hasta la segunda y tercera etapa, "bloqueándolas" e impidiendo que se enviara un comando manual en tierra 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 culpó a los generadores por el fallo, ya que no se le ocurría ninguna otra razón por la que los 30 motores se apagarían a la vez, pero esto fue rápidamente desmentido por los datos de telemetría y la recuperación de los generadores del lugar del accidente. Se conservaron en buenas condiciones y fueron enviados de regreso a la planta de Istra, donde fueron reacondicionados y trabajaron sin problemas en pruebas en 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 fallo imprevisto fue que su frecuencia de funcionamiento, 1000 Hz, coincidía perfectamente con la vibración generada por el sistema de propulsión, y se creía que el apagado del motor número 12 en el despegue había sido causado por dispositivos pirotécnicos que abrían una válvula, lo que producía una alta -oscilación de frecuencia que entró en el cableado adyacente y que el KORD asumió como una condición de exceso de velocidad en la turbobomba del motor. Se creía que el cableado del motor n.° 12 era particularmente vulnerable a este efecto debido a su longitud; sin embargo, otros motores tenían 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 fue reubicado y recubierto con asbesto para protección contra incendios y se cambió la frecuencia de operación. [44] [45] 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 freón instalados junto a cada motor. [46] [47] Según Sergei Afanasiev , la lógica del comando de apagar todo el grupo de 30 motores en el Bloque A era incorrecta en ese caso, como reveló la investigación posterior. [30] : 294 [48]
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 activa. Boris Chertok afirmó que también se llevaba un módulo lunar modelo de masa; sin embargo, la mayoría de las fuentes indican que sólo el 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 sólo unos momentos; Tan pronto como pasó de 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 apagaron instantáneamente excepto el motor n.° 18. Esto provocó que el N-1 se inclinara en un ángulo de 45 grados y cayera nuevamente sobre la plataforma. [49] Las casi 2300 toneladas de propulsor a bordo provocaron una explosión masiva y una onda de choque que rompió las ventanas en todo el complejo de lanzamiento y envió escombros volando hasta a 10 kilómetros (6 millas) del centro de la explosión. A los equipos de lanzamiento se les permitió salir media hora después del accidente y encontraron gotas de combustible sin quemar que todavía caían del cielo. La mayor parte de la carga propulsora del N-1 no se consumió en el accidente y la mayor parte de lo que se quemó estaba en la primera etapa del cohete. Sin embargo, el peor de los casos, la mezcla del combustible y 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 detonó, reduciendo la fuerza de la explosión. [50] El sistema de escape de lanzamiento se activó en el momento de la parada del motor (T+15 segundos) y llevó 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 derribada y torcida 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 número 8 explotó (la bomba se recuperó de los escombros y se encontró que tenía signos de incendio y derretimiento). La onda de choque resultante cortó las líneas de propulsor circundantes y provocó un incendio por una fuga de combustible. El incendio dañó varios componentes de la sección de empuje [30] : 295 provocando que los motores se apagaran progresivamente entre T+10 y T+12 segundos. El KORD había apagado los motores 7, 19, 20 y 21 después de detectar presión y velocidades de bomba anormales. La telemetría no proporcionó ninguna explicación sobre qué apagó los otros motores. El motor número 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 número 8. Las teorías de trabajo eran que una pieza de un sensor de presión se había roto y se había alojado en la bomba, o que las palas del impulsor habían rozado contra la carcasa metálica, creando una chispa de fricción que encendió el LOX. El motor número 8 había funcionado de manera 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 completamente inocentes y Mishin, que había defendido el uso de los motores de Kuznetsov dos años antes, no podía salir públicamente y desafiarlo. Kuznetsov logró que el comité de investigación posterior al vuelo determinara que la causa del fallo del motor era "ingestión de desechos extraños". Vladimir Barmin, director en jefe de las 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. [51] [52] El complejo destruido fue fotografiado por satélites estadounidenses, revelando que la Unión Soviética estaba construyendo un cohete lunar. [47] Después de este vuelo, se instalaron filtros de combustible en modelos posteriores. [47] También tomó 18 meses reconstruir la plataforma de lanzamiento y retrasar los lanzamientos. La explosión fue visible esa tarde a 35 kilómetros (22 millas) de distancia, en Leninsk (ver Tyuratam ). [53]
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 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 se había modificado desde entonces para evitar que esto sucediera hasta 50 segundos después del lanzamiento. El balanceo, que inicialmente había sido de 6° por segundo, comenzó a acelerarse rápidamente. A T+39 segundos, el propulsor rodaba a casi 40° por segundo, lo que provocó que el sistema de guía inercial se bloqueara y a T+48 segundos, el vehículo se desintegró debido a las cargas estructurales. La armadura entre etapas entre la segunda y tercera etapa se retorció y esta última se separó de la pila 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 una 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 el estepa. [30] : 298 Este N1 tenía etapas superiores ficticias sin el sistema de rescate. [47] [54]
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 rediseñado, aumentando el número de sensores de 700 a 13.000. [47] [54]
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.
Como se señaló anteriormente, el cuarto lanzamiento utilizó el sistema de control digital S-530 (en la tercera etapa) en lugar del sistema analógico KORD. [36] [37] [38]
La salida y el despegue fueron bien. A 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 de alimentación de combustible y oxidante al sistema de propulsión central explotaron y se inició un incendio en la cola del propulsor; Además, el motor número 4 explotó. La primera etapa se interrumpió 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 a 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 brusca de los motores provocaba fluctuaciones en las columnas de fluido de las tuberías de alimentación, que se rompían y derramaban combustible y oxidante sobre los motores apagados, pero aún calientes. También se sospechó de una falla en la turbobomba del motor número 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 a encender la segunda etapa temprano, ya que la etapa falló sólo 15 segundos antes de que se separara en T+125 segundos y hubiera alcanzado el tiempo de combustión nominal de 110 segundos según el ciclograma. [55] [30] : 300 [38]
El vehículo número de serie 8L se preparó para agosto de 1974. Incluía una Soyuz 7K-LOK 7K-LOK normal y una nave espacial módulo LK normal del complejo de expedición lunar L3. Estaba destinado a un sobrevuelo a la Luna y un aterrizaje sin tripulación en preparación para una futura misión tripulada. Como el programa N1-L3 fue cancelado en mayo de 1974, este lanzamiento nunca tuvo lugar. [56] [57]
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 dentro del mismo sitio web ruso (o incluso en el mismo artículo). [44] 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 alunizaje tripulado; la etapa 4 (Л4) se conceptualizó como una nave espacial tripulada en órbita lunar; y la etapa 5 (Л5) se conceptualizó como un vehículo lunar con tripulación pesada para soportar una tripulación de 3 a 5 personas. [58] [59]
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, intentar descubrir cualquier problema con una serie de lanzamientos completos.
En retrospectiva, esto resultaría ser un error, porque cada uno de los cuatro intentos de lanzamiento del N-1 fracasó debido a diversos problemas en la primera etapa.
