N1 /L3 (от Ракета-носитель Raketa-nositel' , "Carrier Rocket"; кириллица: Н 1 ) [3] была сверхтяжелой ракетой-носителем, предназначенной для доставки полезных грузов за пределы низкой околоземной орбиты . N1 была советским аналогом американской Saturn V и была предназначена для обеспечения возможности пилотируемых путешествий на Луну и дальше, [4] с исследованиями, начатыми еще в 1959 году. [5] Ее первая ступень, Block A, была самой мощной ракетной ступенью, когда-либо запущенной в полете, за более чем 50 лет, с рекордом, державшимся до первого комплексного летного испытания Starship . [6] Однако каждая из четырех попыток запустить N1 потерпела неудачу в полете, а вторая попытка привела к тому, что транспортное средство рухнуло обратно на стартовую площадку вскоре после старта. Неблагоприятные характеристики большого кластера из тридцати двигателей и его сложных систем подачи топлива и окислителя не были выявлены на ранних этапах разработки, поскольку статические испытательные стрельбы не проводились. [7]
Версия N1-L3 была разработана для конкуренции с программой США «Аполлон» по высадке человека на Луну, используя аналогичный метод сближения на лунной орбите . Базовая ракета-носитель N1 имела три ступени, которые должны были доставить лунный груз L3 на низкую околоземную орбиту с двумя космонавтами. L3 содержала одну ступень для транслунного выведения ; другую ступень, используемую для коррекции на середине курса, выхода на лунную орбиту и первой части спуска на лунную поверхность; однопилотный космический корабль LK Lander ; и двухпилотный лунный орбитальный космический корабль «Союз 7К-ЛОК» для возвращения на Землю.
Разработка N1-L3 началась в октябре 1965 года, почти через четыре года после Saturn V, в течение которого она была недостаточно профинансирована и спешила. Проект был серьезно сорван смертью его главного конструктора Сергея Королева в 1966 году. Программа N1 была приостановлена в 1974 году и официально отменена в 1976 году. Все детали советских пилотируемых лунных программ держались в секрете до тех пор, пока СССР не приблизился к распаду в 1989 году. [8]
В 1967 году США и Советский Союз соревновались за право первыми высадить человека на Луну . Программа N1/L3 получила официальное одобрение в 1964 году, что потребовало разработки ракеты-носителя N1 , сопоставимой по размеру с американской ракетой Saturn V. [ 9]
25 ноября 1967 года, менее чем через три недели после первого полета Saturn V во время миссии Apollo 4 , Советы выкатили макет N1 на недавно построенную стартовую площадку 110R на космодроме Байконур в Советском Казахстане . Этот испытательный и учебный аппарат для испытаний систем оборудования, обозначенный как 1M1, был разработан, чтобы дать инженерам ценный опыт в выкатке, интеграции на стартовой площадке и откате, аналогично испытаниям Saturn V Facilities Integration Vehicle SA-500F в Космическом центре Кеннеди во Флориде в середине 1966 года. В то время как гусеничный транспортер транспортировал Saturn V на площадку вертикально, N1 совершал полет горизонтально, а затем был поднят в вертикальное положение на площадке — стандартная практика в советской космической программе . 11 декабря, после завершения различных испытаний, ракета N1 была опущена и откатилась обратно в сборочный корпус. Макет 1M1 неоднократно использовался в последующие годы для дополнительных испытаний интеграции на стартовой площадке.
Хотя это испытание проводилось тайно, разведывательный спутник США сфотографировал N1 на площадке незадолго до его отката в здание сборки. Администратор НАСА Джеймс Уэбб имел доступ к этой и другим подобным разведданным, которые показали, что русские серьезно планировали пилотируемые лунные миссии . Эти знания повлияли на несколько ключевых решений США в ближайшие месяцы. Спутниковые снимки, казалось, показывали, что СССР был близок к летным испытаниям N1, но не показывали, что эта конкретная ракета была всего лишь макетом и что СССР отставал от США на много месяцев в гонке за высадку человека на Луну (хотя, по крайней мере, ЦРУ , NRO и президент Линдон Джонсон знали , что ракета была макетом, согласно ежедневному президентскому брифингу 27 декабря 1967 года [10] ). Советы надеялись, что они смогут провести испытательный полет N1 в первой половине 1968 года, но по ряду технических причин попытка не была осуществлена более года.
В мае 1961 года США объявили о цели высадки человека на Луну к 1970 году. В том же месяце доклад « О пересмотре планов космических аппаратов в направлении оборонных целей» назначил первый испытательный запуск ракеты Н1 на 1965 год. В июне Королеву было предоставлено небольшое финансирование для начала разработки Н1 в период с 1961 по 1963 год. В то же время Королев предложил лунную миссию на основе нового космического корабля «Союз», использующего профиль сближения на околоземной орбите . Несколько запусков ракеты «Союз» будут использованы для создания полного пакета лунной миссии, включая один для космического корабля «Союз», другой для лунного посадочного модуля и несколько с цислунарными двигателями и топливом. Этот подход, обусловленный ограниченной мощностью ракеты «Союз», означал, что для сборки комплекса, прежде чем у любого из компонентов закончатся расходные материалы на орбите, потребуется высокая скорость запуска. Королев впоследствии предложил увеличить Н1, чтобы обеспечить возможность однозапускной лунной миссии. В ноябре-декабре 1961 года Королев и другие пытались далее утверждать, что сверхтяжелая ракета-носитель может доставлять сверхтяжелое ядерное оружие, такое как только что испытанная Царь-бомба , или много боеголовок (до 17) в качестве дополнительного обоснования конструкции Н1. [11] [12] Королев не был склонен использовать ракету в военных целях, но хотел реализовать свои космические амбиции и считал военную поддержку жизненно важной. Военная реакция была вялой — они считали, что Н1 имеет мало военной пользы, и беспокоились, что это отвлечет средства от чисто военных программ. Переписка Королева с военными лидерами продолжалась до февраля 1962 года с небольшим прогрессом.
Тем временем ОКБ -52 Челомея предложило альтернативную миссию с гораздо меньшим риском. Вместо пилотируемой посадки Челомей предложил серию окололунных миссий, чтобы опередить США в приближении к Луне. Он также предложил новый ускоритель для миссии, объединив четыре своих существующих УР-200 (известных на Западе как СС-10 ) для создания одного более крупного ускорителя УР-500. [13] Эти планы были отклонены, когда Глушко предложил Челомею РД-270, который позволял построить УР -500 в гораздо более простой «моноблочной» конструкции. Он также предложил адаптировать существующую конструкцию космического корабля для окололунной миссии, одноместный космонавт ЛК-1 . Челомей считал, что улучшения в ранних миссиях УР-500/ЛК-1 позволят адаптировать космический корабль для двух космонавтов.
Ракетные войска стратегического назначения советской армии не хотели поддерживать политически мотивированный проект с небольшой военной полезностью, но и Королев, и Челомей настаивали на лунной миссии. В период с 1961 по 1964 год было принято менее агрессивное предложение Челомея, и разработкам его УР-500 и ЛК-1 был отдан относительно высокий приоритет.
Валентин Глушко , который тогда был почти монополистом в области проектирования ракетных двигателей в Советском Союзе, предложил двигатель РД-270, использующий несимметричный диметилгидразин (НДМГ) и азотный тетроксид (N 2 O 4 ) в качестве топлива для недавно увеличенной конструкции N1. Эти гиперголические топлива воспламеняются при контакте, что снижает сложность двигателя и широко использовались в существующих двигателях Глушко на различных МБР . Цикл ступенчатого сгорания полного потока РД-270 находился на испытаниях до отмены программы, достигнув более высокого удельного импульса, чем газогенераторный цикл Rocketdyne F-1, несмотря на использование топлива НДМГ/N 2 O 4 с более низким потенциальным импульсом. Двигатель F-1 в то время находился на стадии разработки пять лет и все еще испытывал проблемы со стабильностью горения. В конечном итоге компания Rocketdyne решила проблемы нестабильности F-1, добавив медные разделители в качестве перегородок [14] , но у RD-270 все еще были нерешенные проблемы нестабильности, когда программа N1 была отменена в 1974 году, спустя долгое время после того, как проблемы F-1 были решены. [15]
Глушко указал, что американский GLV Titan II успешно летал с экипажем на похожих гиперголических топливах. Королев считал, что токсичность топлива и его выхлопы представляют риск для безопасности пилотируемых космических полетов, и что керосин/жидкий кислород был лучшим решением. Разногласия между Королевым и Глушко по вопросу о топливе в конечном итоге стали серьезной проблемой, которая препятствовала прогрессу. [16] [17]
Личные разногласия между ними сыграли свою роль: Королев считал Глушко ответственным за свое заключение в Колымском ГУЛАГе в 1930-х годах, а Глушко считал Королева бесцеремонным и самовластным по отношению к вещам, находящимся вне его компетенции. Разница во мнениях привела к ссоре между Королевым и Глушко. В 1962 году был назначен комитет для разрешения спора, который согласился с Королевым. Глушко наотрез отказался работать над жидкокислотными/керосиновыми двигателями и с Королевым в целом. Королев в конце концов сдался и решил заручиться помощью Николая Кузнецова , конструктора реактивных двигателей ОКБ-276 , в то время как Глушко объединился с другими конструкторами ракет, чтобы построить очень успешные ракеты «Протон» , «Зенит» , а затем и «Энергия» .
Кузнецов, имевший ограниченный опыт в проектировании ракет, ответил НК-15 , довольно небольшим двигателем, который должен был поставляться в нескольких версиях, настроенных на разные высоты. Для достижения необходимой величины тяги было предложено использовать 30 НК-15 в кластерной конфигурации. Внешнее кольцо из 24 двигателей и внутреннее кольцо из шести двигателей должны были быть разделены воздушным зазором, а поток воздуха должен был подаваться через входные отверстия вблизи верхней части ускорителя. Воздух должен был смешиваться с выхлопом, чтобы обеспечить некоторую степень увеличения тяги , а также охлаждение двигателя. Расположение 30 сопел ракетного двигателя на первой ступени Н1 могло быть попыткой создания грубой версии тороидальной системы аэроспайкового двигателя ; также изучались более обычные аэроспайковые двигатели.
Королев предложил более крупный Н1, объединенный с новым лунным пакетом Л3 на основе « Союза 7К-Л3» . Объединенные ступени ракеты Л3, модифицированный «Союз » и новый лунный посадочный модуль ЛК должны были запускаться одним Н1 для осуществления посадки на Луну. Челомей ответил кластерным аппаратом на основе УР-500, увенчанным уже разрабатываемым космическим аппаратом ЛК-1 и посадочным модулем, разработанным его конструкторским бюро. Предложение Королева было выбрано победителем в августе 1964 года, но Челомею было приказано продолжить работу над окололунным УР-500/ЛК-1.
Когда Хрущев был свергнут позже в 1964 году, борьба между двумя командами возобновилась. В октябре 1965 года советское правительство приказало пойти на компромисс: окололунная миссия должна была быть запущена на УР-500 Челомея с использованием космического корабля Королева «Союз» «Союз 7К-Л1» , он же Зонд (буквально «зонд»), с целью запуска в 1967 году, в 50-ю годовщину большевистской революции . Королев, тем временем, продолжил свое первоначальное предложение Н1-Л3. Королев явно выиграл спор, но работа над ЛК-1 все равно продолжалась, как и над Зондом.
В 1964 году Королев лоббировал идею пилотируемого полета вокруг Луны, которая сначала была отклонена, но затем была принята постановлением Центрального Комитета от 3 августа 1964 года «О работах по изучению Луны и космического пространства» с целью высадки космонавта на Луну в 1967 или 1968 году. [17]
В январе 1966 года Королев умер из-за осложнений после операции по удалению кишечных полипов, в ходе которой также обнаружилась большая опухоль. [18] Его работу над Н1-Л3 взял на себя его заместитель Василий Мишин , который не обладал политической проницательностью или влиянием Королева и имел репутацию сильного пьяницы. После нескольких лет неудач и четырех неудачных запусков в мае 1974 года Мишин был уволен и заменен Глушко, который немедленно приказал отменить программу Н1 и пилотируемую лунную миссию в целом, несмотря на утверждение Мишина, что ракета будет полностью готова менее чем через два года. [19]
Мишин продолжил проект N1F после отмены планов пилотируемой высадки на Луну в надежде, что ускоритель будет использован для строительства лунной базы «Звезда» . Программа была прекращена в 1974 году, когда Мишина сменил Глушко. В то время к запуску готовились два N1F, но эти планы были отменены.
Два готовых к полету N1F были списаны, и их останки все еще можно было найти вокруг Байконура годы спустя, использовавшиеся в качестве укрытий и складских ангаров. Ускорители были намеренно разобраны в попытке скрыть неудачные попытки СССР покорить Луну, которые публично были объявлены бумажным проектом, чтобы обмануть США, заставив их думать, что идет гонка. Эта история прикрытия просуществовала до гласности , когда оставшееся оборудование было представлено публике.
За программой последовала концепция «Вулкан» для огромной ракеты-носителя, использующей топливо Syntin / LOX , позднее замененное на LH2 / LOX на 2-й и 3-й ступенях. «Вулкан» был заменен программой «Энергия» / «Буран» в 1976 году. [23] [24]
Около 150 модернизированных двигателей для N1F избежали уничтожения. Хотя ракета в целом была ненадежной, двигатели НК-33 и НК-43 прочны и надежны при использовании в качестве автономного блока. В середине 1990-х годов Россия продала 36 двигателей по 1,1 млн долларов за каждый и лицензию на производство новых двигателей американской компании Aerojet General . [25]
Американская компания Kistler Aerospace работала над включением этих двигателей в новую конструкцию ракеты с намерением предлагать коммерческие услуги по запуску, но в конечном итоге компания обанкротилась, не дождавшись ни одного запуска. Aerojet также модифицировала NK-33, включив возможность управления вектором тяги для ракеты- носителя Antares компании Orbital Science . Antares использовала два из этих модифицированных двигателей AJ-26 для движения первой ступени. Первые четыре запуска Antares были успешными, но на пятом запуске ракета взорвалась вскоре после запуска. Предварительный анализ отказов, проведенный Orbital, указал на возможный отказ турбонасоса в одном NK-33/AJ-26. Учитывая предыдущие проблемы Aerojet с двигателем NK-33/AJ-26 во время программы модификации и испытаний (два отказа двигателя при статических испытательных запусках, один из которых привел к серьезному повреждению испытательного стенда) и более позднюю поломку в полете, Orbital решила, что NK-33/AJ-26 недостаточно надежен для будущего использования. [26]
В России двигатели Н1 не использовались до 2004 года, когда оставшиеся около 70 двигателей были включены в новую конструкцию ракеты «Союз-3». [27] [28] В 2005 году [обновлять]проект был заморожен из-за отсутствия финансирования. Вместо этого НК-33 был включен в первую ступень облегченного варианта ракеты «Союз» , которая была впервые запущена 28 декабря 2013 года. [29]
N1 имел высоту 105 метров (344 фута) с полезной нагрузкой L3. N1-L3 состояла из пяти ступеней в общей сложности: первые три (N1) для вывода на низкую околоземную парковочную орбиту и еще две (L3) для транслунной инъекции и вывода на лунную орбиту. Полностью загруженная и заправленная, N1-L3 весила 2750 тонн (6060000 фунтов). Нижние три ступени были сформированы так, чтобы образовывать единый усеченный конус шириной 17 метров (56 футов) у основания, [2] в то время как секция L3 была в основном цилиндрической, находящейся внутри кожуха шириной, по оценкам, 3,5 метра (11 футов). [30] Коническая форма нижних ступеней была обусловлена расположением баков внутри, меньший сферический бак с керосином поверх большего бака с жидким кислородом внизу.
В течение срока службы N1 была введена серия улучшенных двигателей для замены тех, которые использовались в оригинальной конструкции. Получившийся модифицированный N1 был известен как N1F, но не летал до отмены проекта.
Первая ступень, блок А , была оснащена 30 двигателями НК-15, расположенными в два кольца, главное кольцо из 24 на внешнем крае ускорителя и основная двигательная система, состоящая из внутренних 6 двигателей примерно на половине диаметра. [31] Система управления была в основном основана на дифференциальном дросселировании двигателей внешнего кольца для тангажа и рыскания. Основная двигательная система не использовалась для управления. [32] Блок А также включал четыре решетчатых киля , которые позже использовались в советских конструкциях ракет класса «воздух-воздух» .
В общей сложности блок А выработал 45 400 кН (10 200 000 фунтов силы) тяги, что является самой мощной ступенью ракеты, запущенной на сегодняшний день. [33] : 199 [34] [35] Это превысило 33 700 кН (7 600 000 фунтов силы) тяги Сатурна V, [36] и рекорд продержался более полувека, пока SpaceX Super Heavy не превзошла его в 2023 году. [37]
КОРД (русская аббревиатура от Контроль Ракетных Двигателей – буквально «Управление (ракетными) двигателями» – Контроль ракетных двигателей ) [38] была автоматической системой управления двигателем, разработанной для дросселирования, выключения и мониторинга большого кластера из 30 двигателей в блоке А (первая ступень). Система КОРД контролировала дифференциальную тягу внешнего кольца из 24 двигателей для управления тангажем и рысканием путем их соответствующего дросселирования, а также выключала неисправные двигатели, расположенные друг напротив друга. Это должно было нейтрализовать момент тангажа или рыскания , который могли бы генерировать диаметрально противоположные двигатели во внешнем кольце, тем самым поддерживая симметричную тягу. Блок А мог номинально работать с двумя парами выключенных противостоящих двигателей (26/30 двигателей). К сожалению, система КОРД не могла реагировать на быстро происходящие процессы, такие как взрыв турбонасоса во время второго запуска. [33] : 294
Из-за недостатков системы КОРД для четвертого и последнего запуска была разработана новая компьютерная система. С-530 была первой советской цифровой системой наведения и управления, [39] и в отличие от КОРД, которая по сути была просто аналоговой системой управления двигателем, С-530 контролировала все задачи управления в ракете-носителе и космическом корабле, из которых Н1 имела два, один из которых находился в третьей ступени блока V, которая управляла двигателями для первых трех ступеней. Второй С-530 находился в командном модуле ЛОК «Союз» и обеспечивал управление оставшейся частью миссии от TLI до пролета Луны и возвращения на Землю. [40] [41]
Вторая ступень, блок B , была оснащена 8 двигателями NK-15V, расположенными в одно кольцо. Единственным существенным отличием между NK-15 и -15V был колокол двигателя и различные настройки для запуска в воздухе и высотных характеристик. N1F Block B заменил двигатели NK-15 на модернизированные двигатели NK-43 .
Блок B мог выдержать отключение одной пары противоборствующих двигателей (6/8 двигателей). [33] : 294
Верхняя ступень, блок V ( В / V — третья буква русского алфавита ), устанавливала четыре меньших двигателя НК-21, расположенных квадратом. В блоке V N1F двигатели НК-21 были заменены на двигатели НК-31.
Блок V мог функционировать при одном выключенном двигателе и трех исправно работающих двигателях. [33] : 294
Н-1 собирали горизонтально, затем перемещали на транспортере на стартовую площадку и устанавливали. На площадке была башня обслуживания/портал с шлангокабелями для заправки жидким топливом. [42]
Сложная система трубопроводов, необходимая для подачи топлива и окислителя в кластерную компоновку ракетных двигателей, была хрупкой и стала основным фактором 2 из 4 неудачных запусков. В отличие от стартового комплекса 39 Космического центра Кеннеди , до космодрома Байконур, на котором стартовала Н1, нельзя было добраться на тяжелой барже. Чтобы обеспечить транспортировку по железной дороге, все ступени приходилось отправлять по частям и собирать на стартовой площадке. Это приводило к трудностям в испытаниях, что способствовало неудаче Н1.
Двигатели НК-15 имели ряд клапанов, которые активировались пиротехникой, а не гидравлическими или механическими средствами, что было мерой экономии веса. После закрытия клапаны не могли быть открыты снова. [33] : 304 Это означало, что двигатели для блока А были испытаны только по отдельности, и весь кластер из 30 двигателей никогда не был статически испытан как единое целое. Сергей Хрущев заявил, что были испытаны только два из каждой партии из шести двигателей, а не те, которые фактически предназначались для использования в ускорителе. В результате сложные и разрушительные вибрационные режимы (которые разрывали топливные магистрали и турбины), а также проблемы с выхлопным шлейфом и динамикой жидкости (вызывающие крен корабля, вакуумную кавитацию и другие проблемы) в блоке А не были обнаружены и отработаны до полета. [43] Блоки B и V были статически испытаны как целые блоки.
В попытках найти пути для большей производительности были проведены исследования осуществимости использования двигателя аэроспайка на первом этапе. Чтобы достичь этого, они снизили бы начальные 30 двигателей NK15-F до 24 двигателей по ободу, оставив центр свободным. Их целью было достижение лучшей производительности на уровне моря. Дальнейшие идеи хотели вообще отказаться от NK-15F и заменить их радикальной кольцевой камерой сгорания. Эта камера окружала бы аэроспайк целиком. Однако обе идеи были отброшены, поскольку рассчитанный прирост производительности не перевешивал дополнительную массу и сложность различных двигателей. [22]
Из-за технических сложностей и отсутствия финансирования для комплексной испытательной кампании N1 так и не совершил испытательный полет. Было запланировано двенадцать испытательных полетов, из которых было выполнено только четыре. Все четыре беспилотных запуска закончились неудачей до отделения первой ступени. Самый длинный полет длился 107 секунд, как раз перед отделением первой ступени. Два испытательных запуска состоялись в 1969 году, один в 1971 году и последний в 1972 году.
При длине 105 метров (344 фута) N1-L3 был немного короче американского Apollo - Saturn V (111 метров, 363 фута). N-1 имел меньший общий диаметр, но больший максимальный диаметр (17 м/56 футов против 10 м/33 фута). N1 производил больше тяги на каждой из своих первых трех ступеней, чем соответствующие ступени Saturn V. N1-L3 производил больше общего импульса на своих первых четырех ступенях, чем Saturn V на своих трех (см. таблицу ниже).
N1 был предназначен для размещения примерно 95 т (209 000 фунтов) полезной нагрузки L3 на низкой околоземной орбите , [33] : 271 с четвертой ступенью, включенной в комплекс L3, предназначенной для размещения 23,5 т (52 000 фунтов) на транслунной орбите. Для сравнения, Saturn V размещал примерно 45 т (100 000 фунтов) космического корабля Apollo плюс около 74,4 т (164 100 фунтов) топлива, оставшегося в третьей ступени S-IVB для транслунной инъекции на аналогичную околоземную парковочную орбиту.
N1 использовала ракетное топливо на основе керосина во всех трех основных ступенях, в то время как Saturn V использовала жидкий водород для питания второй и третьей ступеней, что давало общее преимущество в производительности из-за более высокого удельного импульса . N1 также тратила доступный объем топлива, используя сферические топливные баки под примерно конической внешней оболочкой, в то время как Saturn V использовала большую часть своего доступного цилиндрического объема оболочки для размещения капсулообразных водородных и кислородных баков с общими переборками между баками на второй [44] и третьей ступенях. [45]
Ракета N1-L3 смогла бы преобразовать лишь 9,3% своего трехступенчатого полного импульса в импульс полезной нагрузки на околоземной орбите (по сравнению с 12,14% у ракеты Saturn V) и лишь 3,1% своего четырехступенчатого полного импульса в импульс полезной нагрузки на транслунной орбите по сравнению с 6,2% у ракеты Saturn V.
Saturn V также не терял полезную нагрузку ни в двух экспериментальных и одиннадцати эксплуатационных запусках, в то время как четыре попытки экспериментального запуска N1 закончились катастрофическими неудачами с двумя потерями полезной нагрузки.
21 февраля 1969 года: заводской номер 3Л — Зонд Л1С-1 (Союз 7К-Л1С (Зонд-М) модификация космического корабля «Союз 7К-Л1 «Зонд» ) для облёта Луны.
Через несколько секунд после запуска переходное напряжение заставило KORD отключить двигатель № 12. После этого KORD отключил двигатель № 24, чтобы сохранить симметричную тягу. В момент T+6 секунд колебания pogo в двигателе № 2 сорвали несколько компонентов с креплений и вызвали утечку топлива. [ требуется ссылка ] В момент T+25 секунд дальнейшие вибрации разорвали топливную магистраль и вызвали пролив RP-1 в кормовую часть ускорителя. Когда он вошел в контакт с вытекающим газом, начался пожар. Затем пожар прожег проводку в источнике питания, вызвав электрическую дугу, которая была обнаружена датчиками и интерпретирована KORD как проблема с наддувом в турбонасосах. KORD отреагировал, выдав общую команду на отключение всей первой ступени в момент T+68 секунд после запуска. Этот сигнал также был передан на вторую и третью ступени, «заблокировав» их и предотвратив отправку ручной команды с земли на запуск их двигателей. Телеметрия также показала, что генераторы энергии в Н-1 продолжали работать до столкновения с землей в момент времени T+183 секунды.
Следователи обнаружили останки ракеты в 52 километрах (32 милях) от стартовой площадки. Василий Мишин изначально обвинил в аварии генераторы, так как не мог придумать никакой другой причины, по которой все 30 двигателей могли бы отключиться одновременно, но это было быстро опровергнуто данными телеметрии и извлечением генераторов с места крушения. Они сохранились в хорошем состоянии и были отправлены обратно на Истринский завод, где были отремонтированы и работали без проблем в ходе стендовых испытаний. Следственная группа не стала строить предположения о том, могла ли горящая первая ступень продолжить полет, если бы система КОРД не отключила ее.
Было обнаружено, что KORD имеет ряд серьезных конструктивных недостатков и плохо запрограммированную логику. Одним из непредвиденных недостатков было то, что его рабочая частота, 1000 Гц, случайно идеально совпала с вибрацией, создаваемой двигательной системой, и отключение двигателя № 12 при старте, как предполагалось, было вызвано пиротехническими устройствами, открывающими клапан, который производил высокочастотные колебания, которые попадали в соседнюю проводку и, как предполагалось KORD, были вызваны состоянием превышения скорости в турбонасосе двигателя. Считалось, что проводка в двигателе № 12 особенно уязвима к этому эффекту из-за ее длины; однако другие двигатели имели похожую проводку и не были затронуты. Кроме того, рабочее напряжение системы возросло до 25 В вместо номинальных 15 В. Проводка управления была перемещена и покрыта асбестом для огнестойкости, а рабочая частота изменена. [47] [48] Система аварийного спасения была активирована и выполнила свою работу должным образом, спасая макет космического корабля. Во всех последующих полетах рядом с каждым двигателем были установлены фреоновые огнетушители. [49] [50] По словам Сергея Афанасьева , логика команды на отключение всего кластера из 30 двигателей в блоке А в данном случае была неверной, как показало последующее расследование. [33] : 294 [51]
Серийный номер 5L – Зонд Л1С-2 для орбитального облета Луны и предполагаемого фотографирования возможных мест посадки экипажа.
Вторая ракета Н-1 была запущена 3 июля 1969 года и несла модифицированный космический аппарат L1 Zond и живую спасательную башню. Борис Черток утверждал, что также несла массовую модель лунного модуля; однако большинство источников указывают, что на борту Н-1 5L находились только L1S-2 и разгонные ступени. Запуск состоялся в 23:18 по московскому времени со стартовой площадки 110 в. д . Полет длился всего несколько мгновений; как только он пролетел над башней, произошла вспышка света, и можно было увидеть обломки, падающие со дна первой ступени. Все двигатели мгновенно отключились, кроме двигателя № 18. Это заставило Н-1 наклониться под углом 45 градусов и упасть обратно на площадку. [52] Почти 2300 тонн топлива на борту вызвали мощный взрыв и ударную волну, которая разбила окна по всему стартовому комплексу и отправила обломки на расстояние до 10 километров (6 миль) от центра взрыва. Команды запуска были допущены наружу через полчаса после аварии и столкнулись с каплями несгоревшего топлива, все еще падавшими с неба. Большая часть топлива Н-1 не была израсходована в аварии, и большая часть того, что сгорело, находилась в первой ступени ракеты. Однако наихудшего сценария — смешивания топлива и LOX с образованием взрывоопасного геля — не произошло. Последующее расследование показало, что до 85% топлива на борту ракеты не сдетонировало, что уменьшило силу взрыва. [53] Система аварийного покидания старта сработала в момент выключения двигателя (T+15 секунд) и вытащила капсулу L1S-2 в безопасное место на расстоянии 2,0 километра (1,2 мили). Столкновение с площадкой произошло в T+23 секунды. Стартовый комплекс 110 East был полностью выровнен взрывом, бетонная площадка обвалилась, а одна из осветительных вышек опрокинулась и скрутилась вокруг себя. Несмотря на разрушения, большая часть телеметрических записей была найдена неповрежденной среди обломков и исследована.
Было обнаружено, что турбонасос LOX в двигателе № 8 взорвался непосредственно перед стартом. (Насос был извлечен из обломков и имел признаки возгорания и плавления). Возникшая в результате ударная волна разорвала окружающие топливные линии и вызвала пожар из-за утечки топлива. Пожар повредил различные компоненты в секции тяги [33] : 295, что привело к постепенному отключению двигателей между T+10 и T+12 секундами. KORD отключил двигатели № 7, № 19, № 20 и № 21 после обнаружения ненормального давления и скорости насоса. Телеметрия не дала никаких объяснений относительно того, что отключило другие двигатели. Двигатель № 18, из-за которого ускоритель наклонился более чем на 45 градусов, продолжал работать до удара, чего инженеры так и не смогли удовлетворительно объяснить.
Почему взорвался турбонасос № 8, точно определить не удалось. Рабочие теории были таковы: либо отломился кусок датчика давления и застрял в насосе, либо лопатки его крыльчатки потерлись о металлический корпус, создав искру трения, которая воспламенила LOX. Двигатель № 8 работал неустойчиво до отключения, и датчик давления обнаружил «невероятную силу» в насосе. Василий Мишин считал, что развалился ротор насоса, но Кузнецов утверждал, что двигатели НК-15 были полностью невиновны, и Мишин, который защищал использование двигателей Кузнецова двумя годами ранее, не мог публично выступить и бросить ему вызов. Кузнецову удалось добиться того, чтобы следственная комиссия после полета признала причиной отказа двигателя «попадание постороннего мусора». После этого полета на более поздних моделях были установлены топливные фильтры. [50] Владимир Бармин, главный директор стартовых комплексов на Байконуре, также утверждал, что КОРД должен быть заблокирован в течение первых 15–20 секунд полета, чтобы предотвратить подачу команды на выключение, пока ускоритель не покинет территорию стартовой площадки. [54] [55] Разрушенный комплекс был сфотографирован американскими спутниками, что раскрыло западному миру, что Советский Союз строил лунную ракету. [50] Потребовалось 18 месяцев, чтобы восстановить стартовую площадку и отложить запуски. Взрыв был виден тем вечером в 35 километрах (22 милях) в Ленинске (см. Тюратам ). [56]
26 июня 1971 г.: серийный номер 6Л – макет корабля «Союз 7К-ЛОК» ( «Союз 7К-Л1Э №1») и макет корабля-модуля ЛК
Вскоре после старта из-за неожиданных завихрений и встречных течений у основания блока А (первая ступень) Н-1 испытал неконтролируемый крен, выходящий за пределы возможностей системы управления компенсировать его. Компьютер КОРД почувствовал нештатную ситуацию и послал команду на отключение первой ступени, но, как отмечалось выше, программа наведения с тех пор была изменена, чтобы предотвратить это до 50 секунд запуска. Крен, который изначально составлял 6° в секунду, начал быстро ускоряться. В момент T+39 секунд ускоритель кренился со скоростью почти 40° в секунду, в результате чего инерциальная система наведения вошла в карданный захват , а в момент T+48 секунд корабль разрушился из-за структурных нагрузок. Межступенчатая ферма между второй и третьей ступенями развернулась, и последняя отделилась от стека, а в момент T+50 секунд команда на отключение первой ступени была разблокирована, и двигатели немедленно выключились. Верхние ступени упали примерно в 7 километрах (4 милях) от стартового комплекса. Несмотря на отключение двигателя, первая и вторая ступени все еще имели достаточный импульс, чтобы пролететь некоторое расстояние, прежде чем упасть на землю примерно в 15 километрах (9 милях) от стартового комплекса и взорвать кратер глубиной 15 метров (50 футов) в степи. [33] : 298 Эта N1 имела фиктивные верхние ступени без системы спасения. [50] [57]
Следующий, последний автомобиль будет иметь гораздо более мощную систему стабилизации с выделенными двигателями (в предыдущих версиях стабилизация осуществлялась путем направления выхлопа от основных двигателей). Система управления двигателем также будет переработана, увеличив количество датчиков с 700 до 13 000. [50] [57]
23 ноября 1972 года: серийный номер 7Л – штатный «Союз 7К-ЛОК» (Союз 7К-ЛОК №1) и макет модуля-корабля ЛК для облёта Луны [58]
Дебют цифровой системы управления С-530 (на третьем этапе), которая заменила аналоговую систему КОРД. [39] [40] [41]
Старт и взлет прошли успешно. В момент времени T+90 было выполнено программное отключение основной двигательной установки (шесть центральных двигателей) для снижения структурных напряжений в ускорителе. Из-за чрезмерных динамических нагрузок, вызванных гидравлической ударной волной при резком отключении шести двигателей, произошел разрыв линий подачи топлива и окислителя в основную двигательную установку, и в хвостовой части ускорителя начался пожар; кроме того, взорвался двигатель № 4. Первая ступень развалилась в момент времени T+107, а все телеметрические данные прекратились в момент времени T+110. Сработала система аварийного покидания старта и вытащила «Союз 7К-ЛОК» в безопасное место. Верхние ступени были выброшены из штабеля и рухнули в степь. Расследование показало, что резкое отключение двигателей привело к колебаниям столбов жидкости в трубопроводах подачи, которые разорвали и вылили топливо и окислитель на выключенные, но еще горячие двигатели. Также предполагалась неисправность турбонасоса двигателя № 4. Считалось, что запуск можно было бы спасти, если бы наземные диспетчеры дали ручную команду на отделение первой ступени и начало работы второй ступени раньше, поскольку ступень вышла из строя всего за 15 секунд до того, как она должна была отделиться в момент времени T+125 секунд, и она достигла номинального времени работы в 110 секунд согласно циклограмме. [59] [33] : 300 [41]
Аппарат с серийным номером 8Л был подготовлен к августу 1974 года. Он включал в себя штатный 7К-ЛОК «Союз 7К-ЛОК » и штатный модуль-корабль ЛК лунного экспедиционного комплекса Л3. Он был предназначен для облета Луны и беспилотной посадки в рамках подготовки к будущей пилотируемой миссии. Поскольку программа Н1-Л3 была отменена в мае 1974 года, этот запуск так и не состоялся. [60] [61]
Среди российских интернет-источников существует путаница относительно того, подразумевался ли N1-L3 (русский: Н1-Л3) или N1-LZ (русский: Н1-ЛЗ), из-за сходства кириллической буквы Ze для « Z » и цифры «3». Иногда обе формы используются на одном и том же русском сайте (или даже в одной и той же статье). [47] Английские источники ссылаются только на N1-L3. Правильное обозначение — L3, представляющее одну из пяти ветвей советского исследования Луны. Этап 1 (Л1) планировался как пилотируемый полет вокруг Луны (частично реализованный в программе «Зонд» ); этап 2 (Л2) был беспилотным лунным вездеходом (реализованным в «Луноходе» ); этап 3 (Л3) должен был быть пилотируемой посадкой на Луну; этап 4 (Л4) был задуман как пилотируемый космический корабль на лунной орбите; а этап 5 (Л5) был задуман как тяжелый пилотируемый лунный вездеход для поддержки экипажа из 3–5 человек. [62] [63]
Поскольку первая ступень была настолько большой, было принято решение отказаться от строительства для нее отдельного испытательного стенда и вместо этого попытаться обнаружить какие-либо проблемы с помощью серии полноценных запусков. Оглядываясь назад, это оказалось ошибкой, поскольку каждая из четырех попыток запуска Н-1 закончилась неудачей из-за различных проблем с первой ступенью.
