N1 (foguete) - N1 (rocket)

N1 / L3
Maquete do N1 1M1 na plataforma de lançamento do Cosmódromo de Baikonur no final de 1967.jpg
Maquete no cosmódromo de Baikonur no final de 1967
Função Veículo de lançamento lunar tripulado / veículo de lançamento superpesado
Fabricante OKB-1
País de origem URSS
Tamanho
Altura 105,3 metros (345 pés)
Diâmetro 17,0 metros (55,8 pés)
Massa 2.750 toneladas (6.060.000 lb)
Estágios 5
Capacidade
Carga útil para LEO
Massa 95 t (209.000 lb)
Carga útil para TLI
Massa 23,5 t (52.000 lb)
Histórico de lançamento
Status Falha, cancelado
Sites de lançamento LC-110, Baikonur
Total de lançamentos 4
Sucesso (s) 0
Falha (s) 4
Primeiro voo 21 de fevereiro de 1969
Último voo 23 de novembro de 1972
Primeira fase - Bloco A
Diâmetro 17,0 m (55,8 pés)
Motores 30 NK-15
Impulso 45.400 kN (10.200.000 lbf)
Impulso específico 330 segundos (3,2 km / s)
Tempo de queima 125 s
Propulsor RP-1 / LOX
Segunda etapa - Bloco B
Motores 8 NK-15 V
Impulso 14.040 kN (3.160.000 lbf)
Impulso específico 346 segundos (3,39 km / s)
Tempo de queima 120 s
Propulsor RP-1 / LOX
Terceiro estágio - Bloco V
Motores 4 NK-21
Impulso 1.610 kN (360.000 lbf)
Impulso específico 353 segundos (3,46 km / s)
Tempo de queima 370 s
Propulsor RP-1 / LOX
Quarto estágio (N1 / L3) - Bloco G (partida da Terra)
Motores 1 NK-19
Impulso 446 kN (100.000 lbf)
Impulso específico 353 segundos (3,46 km / s)
Tempo de queima 443 s
Propulsor RP-1 / LOX

O N1 / L3 (de Ракета-носитель Raketa-nositel ' , "Carrier Rocket"; Cirílico: Н 1 ) era um veículo de lançamento superpesado destinado a entregar cargas além da órbita baixa da Terra . O N1 era a contraparte soviética do Saturno V dos Estados Unidos e destinava-se a permitir viagens tripuladas à Lua da Terra e além, com estudos começando em 1959. Seu primeiro estágio continua sendo um dos estágios de foguete mais poderosos já construídos, superado apenas pelo SpaceX Super Heavy primeiro estágio em 2021. No entanto, todos os quatro primeiros estágios do Bloco A do N1 voados falharam porque a falta de disparos de teste estático significava que problemas de encanamento e outras características adversas com o grande aglomerado de trinta motores e seu complexo alimentador de combustível e oxidante sistema não foram revelados antes.

A versão N1-L3 foi projetada para competir com o programa Apollo dos Estados Unidos para pousar uma pessoa na Lua, usando um método de encontro em órbita lunar semelhante . O veículo de lançamento N1 básico tinha três estágios, que deveriam levar a carga lunar L3 para a órbita baixa da Terra com dois cosmonautas. O L3 continha um estágio para injeção translunar ; outro estágio usado para correções de meio curso, inserção da órbita lunar e a primeira parte da descida à superfície lunar; uma nave espacial LK Lander de piloto único ; e uma espaçonave orbital lunar Soyuz 7K-LOK de dois pilotos para retornar à Terra.

N1-L3 foi subfinanciado e apressado, começando o desenvolvimento em outubro de 1965, quase quatro anos após o Saturn V. O projeto foi seriamente descarrilado pela morte de seu designer-chefe, Sergei Korolev, em 1966. Cada uma das quatro tentativas de lançar um N1 falhou, com a segunda tentativa resultando no veículo colidindo de volta em sua plataforma de lançamento logo após a decolagem e causando uma das maiores explosões não nucleares artificiais da história humana. O programa N1 foi suspenso em 1974 e oficialmente cancelado em 1976. Todos os detalhes dos programas lunares tripulados soviéticos foram mantidos em segredo até que a União Soviética estava quase entrando em colapso em 1989.

História

Em 1967, os Estados Unidos e a União Soviética estavam em uma corrida para serem os primeiros a pousar um ser humano na lua . O programa lunar humano soviético recebeu aprovação formal do governo em 1964, e um dos principais componentes desse programa foi o foguete chamado N1, comparável em tamanho ao foguete americano Saturn V Moon. Esses testes tiveram impactos significativos nas principais decisões do Programa Apollo .

Em 25 de novembro de 1967, menos de três semanas após o primeiro voo do Saturn V durante a missão Apollo 4 , os soviéticos lançaram um foguete N1 para a recém-construída plataforma de lançamento 110R no Cosmódromo de Baikonur no Cazaquistão Soviético . Este foguete em particular, designado 1M1 e também chamado de Veículo de Treinamento e Teste Logístico de Sistemas de Instalações, era na verdade uma maquete e projetada para dar aos engenheiros uma experiência valiosa na implementação, integração da plataforma de lançamento e atividades de reversão, uma reminiscência de testes semelhantes conduzidos com uma maquete do Saturn V no Kennedy Space Center, na Flórida, em meados de 1966. Enquanto o rastreador transportava o Saturn 5 para a plataforma verticalmente, o N1 fazia a viagem horizontalmente e era então elevado à vertical na plataforma - uma prática padrão no programa espacial soviético . Em 11 de dezembro, após a conclusão de vários testes, o foguete N1 foi abaixado e rolado de volta para o prédio de montagem. A maquete 1M1 seria usada repetidamente nos próximos anos para testes adicionais de integração da plataforma de lançamento.

Embora esse teste tenha sido realizado em segredo, um satélite de reconhecimento dos Estados Unidos fotografou o N1 na plataforma pouco antes de sua reversão para o prédio de montagem. O administrador da NASA, James Webb, teve acesso a essa e a outras informações semelhantes que mostraram que os russos estavam planejando seriamente missões lunares tripuladas . Esse conhecimento influenciou várias decisões importantes dos EUA nos meses seguintes. As imagens de satélite pareciam mostrar que os soviéticos estavam perto de um teste de vôo do N1, mas não podiam revelar se este foguete em particular era apenas uma maquete e que os soviéticos estavam muitos meses atrás dos EUA na corrida para pousar um humano na Lua . Naquela época, os soviéticos esperavam poder realizar um vôo de teste do N1 no primeiro semestre de 1968, mas por uma série de razões técnicas a tentativa demoraria mais de um ano para ocorrer.

Conceitos lunares da União Soviética

Modelo 3D estático do foguete

Em maio de 1961, os Estados Unidos anunciaram a meta de pousar uma pessoa na Lua até 1970. Durante o mesmo mês, o relatório Sobre a Reconsideração dos Planos para Veículos Espaciais na Direção de Fins de Defesa definiu o primeiro lançamento de teste do foguete N1 para 1965. Em junho, Korolev recebeu uma pequena quantia de financiamento para iniciar o desenvolvimento do N1 entre 1961 e 1963. Ao mesmo tempo, Korolev propôs uma missão lunar baseada na nova espaçonave Soyuz usando um perfil de encontro da órbita terrestre . Vários lançamentos de foguetes Soyuz seriam usados ​​para construir um pacote de missão lunar completo, incluindo um para a espaçonave Soyuz, outro para o módulo lunar e alguns com motores cislunar e combustível. Essa abordagem, impulsionada pela capacidade limitada do foguete Soyuz, significava que uma taxa de lançamento rápida seria necessária para montar o complexo antes que qualquer um dos componentes ficasse sem consumíveis em órbita. Korolev posteriormente propôs que o N1 fosse ampliado para permitir um único lançamento de pouso lunar. Em novembro-dezembro de 1961, Korolev e outros tentaram argumentar ainda que um foguete de levantamento superpesado poderia lançar armas nucleares pesadas, como a recém-testada Tsar Bomba , ou muitas ogivas (até 17) como justificativa adicional para o projeto do N1. Korolev não estava inclinado a usar o foguete para fins militares, mas queria cumprir suas ambições espaciais e viu o apoio militar como vital. A resposta militar foi morna - eles pensaram que o N1 tinha pouca utilidade militar e temiam que ele desviasse fundos de usos puramente militares. A correspondência de Korolev com líderes militares continuou até fevereiro de 1962, com pouco progresso.

Enquanto isso, o OKB-52 de Chelomei propôs uma missão alternativa com risco muito menor. Em vez de um pouso tripulado, Chelomei propôs uma série de missões circunlunares para vencer os EUA nas proximidades da lua. Ele também propôs um novo booster para a missão, agrupando três de seus UR-200s existentes (conhecidos como SS-10 no oeste) para produzir um único booster maior, o UR-500. Esses planos foram abandonados quando a Glushko ofereceu o RD-270 a Chelomei, o que permitiu a construção do UR-500 em um design de "monobloco" muito mais simples. Ele também propôs adaptar um projeto de nave espacial existente para a missão circunlunar, o cosmonauta LK-1 . Chelomei sentiu que as melhorias nas primeiras missões do UR-500 / LK-1 permitiriam que a espaçonave fosse adaptada para dois cosmonautas.

As Forças de Mísseis Estratégicos dos militares soviéticos estavam relutantes em apoiar um projeto com motivação política e pouca utilidade militar, mas Korolev e Chelomei pressionaram por uma missão lunar. Entre 1961 e 1964, a proposta menos agressiva de Chelomei foi aceita, e o desenvolvimento de seu UR-500 e do LK-1 recebeu uma prioridade relativamente alta.

O desenvolvimento do Lunar N1 começa

Valentin Glushko , que então detinha um quase monopólio no projeto de motores de foguete na União Soviética, propôs o motor RD-270 usando propelentes assimétricos de dimetilhidrazina (UDMH) e tetróxido de nitrogênio (N 2 O 4 ) para alimentar o projeto N1 recém-ampliado. Esses propelentes hipergólicos se acendem com o contato, reduzindo a complexidade do motor e foram amplamente usados ​​nos motores existentes da Glushko em vários ICBMs . O ciclo de combustão escalonado de fluxo total RD-270 estava em teste antes do cancelamento do programa, alcançando um impulso específico mais alto do que o ciclo gerador de gás Rocketdyne F-1, apesar do uso de propelentes UDMH / N 2 O 4 com menor impulso potencial. O motor F-1 estava com cinco anos de desenvolvimento na época e ainda apresentava problemas de estabilidade de combustão.

Glushko apontou que o US Titan II GLV voou com sucesso a tripulação com propelentes hipergólicos semelhantes. Korolev sentiu que a natureza tóxica dos combustíveis e seus gases de escape apresentavam um risco à segurança para voos espaciais tripulados, e que querosene / LOX era uma solução melhor. A divergência entre Korolev e Glushko sobre a questão dos combustíveis acabou se tornando uma questão importante que atrapalhou o progresso.

Questões pessoais entre os dois desempenharam um papel, com Korolev responsabilizando Glushko por seu encarceramento no Kolyma Gulag na década de 1930 e Glushko considerando Korolev arrogante e autocrático em relação a coisas fora de sua competência. A diferença de opiniões levou a um desentendimento entre Korolev e Glushko. Em 1962, um comitê foi nomeado para resolver a disputa e concordou com Korolev. Glushko recusou-se abertamente a trabalhar em motores LOX / querosene e com Korolev em geral. Korolev acabou desistindo e decidiu contar com a ajuda de Nikolai Kuznetsov , o projetista de motores a jato OKB-276 , enquanto Glushko se uniu a outros projetistas de foguetes para construir os muito bem-sucedidos foguetes Proton , Zenit e Energia .

Kuznetsov, que tinha experiência limitada no projeto de foguetes, respondeu com o NK-15 , um motor bastante pequeno que seria entregue em várias versões ajustadas para diferentes altitudes. Para atingir a quantidade necessária de empuxo, foi proposto que 30 NK-15s seriam usados ​​em uma configuração em cluster. Um anel externo de 24 motores e um anel interno de seis motores seriam separados por um entreferro, com fluxo de ar fornecido através de entradas próximas ao topo do booster. O ar seria misturado com o escapamento para fornecer algum grau de aumento de empuxo , bem como resfriamento do motor. O arranjo de 30 bicos de motor de foguete no primeiro estágio do N1 poderia ter sido uma tentativa de criar uma versão tosca de um sistema de motor aerospike toroidal ; motores aerospike mais convencionais também foram estudados.

Complexo lunar N1-L3

Perfil de missão lunar N-1 / L3

Korolev propôs um N1 maior combinado com o novo pacote lunar L3 baseado no Soyuz 7K-L3 . Os estágios do foguete L3 combinados, o Soyuz modificado e o novo módulo lunar LK seriam lançados por um único N1 para conduzir um pouso lunar. Chelomei respondeu com um veículo derivado do UR-500 agrupado, encimado pela espaçonave L1 já em desenvolvimento e um módulo de pouso desenvolvido por seu escritório de projetos. A proposta de Korolev foi escolhida como vencedora em agosto de 1964, mas Chelomei foi instruído a continuar com seu trabalho circunlunar UR-500 / L1.

Quando Khrushchev foi deposto no final de 1964, as lutas internas entre as duas equipes começaram de novo. Em outubro de 1965, o governo soviético ordenou um acordo; a missão circunlunar seria lançada no UR-500 de Chelomei usando a espaçonave Soyuz de Korolev no lugar de seu próprio projeto Zond ("sonda"), com o objetivo de ser lançado em 1967, o 50º aniversário da Revolução Bolchevique . Korolev, entretanto, continuaria com sua proposta original N1-L3. Korolev claramente venceu a discussão, mas o trabalho no L1 continuou de qualquer maneira, assim como no Zond.

Em 1966, o Projeto Gemini dos EUA inverteu a liderança soviética na exploração espacial humana. Korolev inicialmente fez lobby por uma missão circunlunar tripulada, que foi rejeitada. Ele acabou tendo sucesso em 3 de agosto de 1964 quando o Comitê Central finalmente aprovou uma resolução intitulada "No trabalho envolvendo o estudo da Lua e do espaço sideral" com o objetivo de pousar um cosmonauta na Lua no período de 1967 a 68, antes de as missões American Apollo.

Depois que Korolev morreu em 1966 devido a complicações após uma pequena cirurgia, o trabalho em N1-L3 foi assumido por seu vice, Vasily Mishin . Mishin não tinha a astúcia ou influência política de Korolev e era conhecido por beber muito. Esses problemas contribuíram para o eventual cancelamento do N1 e da missão lunar como um todo, assim como quatro falhas de lançamento consecutivas sem sucesso.

Números de série do veículo N1

N1 fotografado pelo satélite de reconhecimento US KH-8 Gambit , 19 de setembro de 1968
  • N1 1L - modelo de teste dinâmico em escala real, cada estágio foi testado dinamicamente individualmente; a pilha N1 completa só foi testada em escala 1/4.
  • N1 2L (1M1) - Veículo de Teste e Treinamento Logístico de Sistemas de Instalações (FSLT e TV); dois primeiros estágios pintados de cinza, o terceiro estágio cinza-branco e L3 branco.
  • N1 3L - primeira tentativa de lançamento, incêndio do motor, explodiu a 12 km.
  • N1 4L - O tanque LOX do Bloco A apresentou rachaduras; nunca lançado, peças do Bloco A usadas para outros lançadores; resto da estrutura da fuselagem destruída.
  • N1 5L - parcialmente pintado de cinza; lançamento da primeira noite; falha de lançamento destruiu a plataforma 110 Leste .
  • N1 6L - lançado do segundo pad 110 West, controle de rolagem deficiente, destruído após 51s.
  • N1 7L - todo branco, última tentativa de lançamento; o corte do motor a 40 quilômetros (22 nm) causou o martelamento da linha de propelente , rompendo o sistema de combustível.
  • N1 8L e 9L - N1Fs prontos para voo com motores NK-33 aprimorados no Bloco A, descartados quando o programa foi cancelado.
  • N1 10L - incompleto, descartado junto com 8L e 9L.

N1F

Mishin continuou com o projeto N1F após o cancelamento dos planos para um pouso tripulado na Lua na esperança de que o impulsionador fosse usado para construir a base lunar Zvezda . O programa foi encerrado em 1974, quando Mishin foi substituído por Glushko. Dois N1Fs estavam sendo preparados para lançamento na época, mas esses planos foram cancelados.

Os dois N1Fs prontos para voo foram descartados e seus restos ainda podiam ser encontrados em torno de Baikonur, anos depois, usados ​​como abrigos e galpões de armazenamento. Os propulsores foram deliberadamente desmontados em um esforço para encobrir as tentativas fracassadas da Lua da URSS, que foi publicamente declarado ser um projeto de papel a fim de enganar os EUA fazendo-os pensar que estava acontecendo uma corrida. Esta história de capa durou até a glasnost , quando o hardware restante foi visto publicamente em exibição.

Rescaldo e motores

O programa foi seguido pelo conceito "Vulkan" para um enorme veículo de lançamento usando propelentes Syntin / LOX , mais tarde substituído por LH2 / LOX nos 2o e 3o estágios. O "Vulkan" foi substituído pelo programa Energia / Buran em 1976.

Cerca de 150 dos motores atualizados para o N1F escaparam da destruição. Embora o foguete como um todo não fosse confiável, os motores NK-33 e NK-43 são robustos e confiáveis ​​quando usados ​​como uma unidade independente. Em meados da década de 1990, a Rússia vendeu 36 motores por US $ 1,1 milhão cada e uma licença para a produção de novos motores para a empresa norte-americana Aerojet General .

A empresa norte-americana Kistler Aerospace trabalhou na incorporação desses motores em um novo projeto de foguete com a intenção de oferecer serviços de lançamento comercial, mas a tentativa acabou em falência. Aerojet também modificada a NK-33 ao incorporar a capacidade de controlo do vector de potência para Ciência Orbital 's Antares veículo de lançamento. A Antares usou dois desses motores AJ-26 modificados para a propulsão do primeiro estágio. Os primeiros quatro lançamentos do Antares foram bem-sucedidos, mas no quinto lançamento o foguete explodiu logo após o lançamento. A análise de falha preliminar da Orbital apontou para uma possível falha da turbopump em um NK-33 / AJ-26. Dados os problemas anteriores da Aerojet com o motor NK-33 / AJ-26 durante a modificação e programa de teste (duas falhas de motor em disparos de teste estático, um dos quais causou grandes danos à bancada de teste) e a falha posterior em vôo, Orbital decidiu que o NK-33 / AJ-26 não era confiável o suficiente para uso futuro.

Na Rússia, os motores N1 não foram usados ​​novamente até 2004, quando os cerca de 70 motores restantes foram incorporados a um novo projeto de foguete, o Soyuz 3. Em 2005, o projeto foi congelado devido à falta de financiamento. Em vez disso, o NK-33 foi incorporado ao primeiro estágio de uma variante leve do foguete Soyuz , que foi lançado em 28 de dezembro de 2013.

Descrição

Comparação de veículos de lançamento superpesados . As massas listadas são a carga útil máxima para a órbita terrestre baixa em toneladas métricas.
Esquema das etapas do foguete (em russo)

O N1 era um foguete muito grande, com 105 metros de altura e sua carga útil L3. O N1-L3 consistia em cinco estágios no total: os três primeiros (N1) para inserção em uma órbita de estacionamento baixa da Terra e outros dois (L3) para injeção translunar e inserção na órbita lunar. Totalmente carregado e abastecido, o N1-L3 pesava 2.750 toneladas (6.060.000 lb). Os três estágios inferiores foram moldados para produzir um único tronco de 17 metros (56 pés) de largura na base, enquanto a seção L3 era principalmente cilíndrica, carregada dentro de uma mortalha de aproximadamente 3,5 metros (11 pés) de largura. O formato cônico dos estágios inferiores era devido à disposição dos tanques internos, um tanque esférico menor de querosene em cima do tanque maior de oxigênio líquido abaixo.

Durante a vida útil do N1, uma série de motores aprimorados foi introduzida para substituir aqueles usados ​​no projeto original. O N1 modificado resultante era conhecido como N1F, mas não voou antes do cancelamento do projeto.

Bloco A, primeiro estágio

O primeiro estágio, Bloco A , era movido por 30 motores NK-15 dispostos em dois anéis, o anel principal de 24 na borda externa do booster e o sistema de propulsão central consistindo nos 6 motores internos com cerca de metade do diâmetro. O sistema de controle foi baseado principalmente na aceleração diferencial dos motores do anel externo para inclinação e guinada. O sistema de propulsão central não foi usado para controle. O Bloco A também incluiu quatro aletas de grade , que mais tarde foram usadas em projetos de mísseis ar-ar soviéticos . No total, o bloco A produzido 45,400 kN (10200000 lbf) de impulso e pode ser considerado como um verdadeiro Nova primeira fase classe (Nova foi o nome usado pela NASA para descrever um muito grande reforço nos 10-20 milhões de libras de gama impulso ) Isso excedeu o impulso de 33.700 kN (7.600.000 lbf) do Saturno V.

Sistema de controle do motor

O KORD (acrônimo em russo para KO ntrol R aketnykh D vigateley - literalmente "Control (of) Rocket Engines" - Russo: Контроль ракетных двигателей) era o sistema de controle automático do motor criado para acelerar, desligar e monitorar o grande aglomerado de 30 motores em Bloco A (o primeiro estágio). O sistema KORD controlava o empuxo diferencial do anel externo de 24 motores para controle de atitude de inclinação e guinada , estrangulando-os adequadamente e também desligando motores com defeito situados opostos um ao outro. Isso era para anular o passo ou momento de guinada que os motores diametralmente opostos no anel externo gerariam, mantendo assim o empuxo simétrico. O bloco A poderia funcionar nominalmente com dois pares de motores opostos desligados (motores 26/30). Infelizmente, o sistema KORD não foi capaz de reagir a processos que ocorriam rapidamente, como a explosão da turbo-bomba durante o segundo lançamento. Devido às deficiências do sistema KORD, um novo sistema de computador foi desenvolvido para o quarto e último lançamento. O S-530 foi o primeiro sistema de controle e orientação digital soviético, mas ao contrário do KORD, que era essencialmente apenas um sistema de controle de motor analógico, o S-530 supervisionou todas as tarefas de controle no veículo de lançamento e na espaçonave, dos quais o N1 carregava dois , um localizado no terceiro estágio do Bloco V que controlava os motores para os três primeiros estágios. O segundo S-530 foi localizado no módulo de comando Soyuz LOK e forneceu o controle para o resto da missão de TLI para sobrevôo lunar e retorno à Terra.

Segundo estágio do bloco B

O segundo estágio, Bloco B , era movido por 8 motores NK-15V dispostos em um único anel. A única grande diferença entre o NK-15 e -15V era o sino do motor e vários ajustes para partida aérea e desempenho em alta altitude. O N1F Block B substituiu os motores NK-15 por motores NK-43 atualizados .

O Bloco B poderia resistir ao desligamento de um par de motores opostos (motores 6/8).

Terceiro estágio do Bloco V

O estágio superior, Bloco V ( В / V sendo a terceira letra do alfabeto russo ), montava quatro motores NK-21 menores em um quadrado. O N1F Block V substituiu os motores NK-21 por motores NK-31.

O Bloco V poderia funcionar com um motor desligado e três funcionando corretamente.

Problemas de desenvolvimento

O complexo encanamento necessário para alimentar o combustível e o oxidante no arranjo agrupado dos motores de foguete era frágil e um fator importante em 2 das 4 falhas de lançamento. O complexo de lançamento de Baikonur do N1 não podia ser alcançado por barcaças pesadas. Para permitir o transporte ferroviário, todas as etapas tiveram que ser enviadas em peças e montadas no local de lançamento.

Os motores NK-15 tinham várias válvulas que eram ativadas por pirotecnia em vez de meios hidráulicos ou mecânicos, sendo esta uma medida para economizar peso. Uma vez fechadas, as válvulas não puderam ser reabertas. Isso significava que os motores para o Bloco A foram testados individualmente e todo o cluster de 30 motores nunca foi testado estático como uma unidade. Sergei Khrushchev afirmou que apenas dois em cada lote de seis motores foram testados, e não as unidades realmente destinadas ao uso no propulsor. Como resultado, os modos vibracionais complexos e destrutivos (que separaram as linhas de propelente e turbinas), bem como a pluma de escapamento e os problemas de dinâmica de fluido (causando rolamento do veículo, cavitação a vácuo e outros problemas), no Bloco A não foram descobertos e trabalhados antes do vôo. Os blocos B e V foram testados estáticos como unidades completas.

Por causa de suas dificuldades técnicas e falta de financiamento para uma campanha de teste abrangente, o N1 nunca completou um voo de teste. Doze voos de teste foram planejados, com apenas quatro voados. Todos os quatro lançamentos sem rosca terminaram em fracasso antes da separação do primeiro estágio. O vôo mais longo durou 107 segundos, pouco antes da separação do primeiro estágio. Dois lançamentos de teste ocorreram em 1969, um em 1971 e o final em 1972.

Comparação com Saturno V

Uma comparação do foguete americano Saturn V (à esquerda) com o soviético N1 / L3. Nota: humano na parte inferior ilustra a escala

A 105 metros (344 pés), o N1-L3 era ligeiramente mais curto do que o Apollo americano - Saturn V (111 metros, 363 pés). O N-1 tinha um diâmetro total menor, mas um diâmetro máximo maior (17 m / 56 pés vs. 10 m / 33 pés). O N1 produziu mais impulso em cada um dos três primeiros estágios do que os estágios correspondentes do Saturno V. O N1-L3 produziu mais impulso total em seus primeiros quatro estágios do que o Saturno V nos três (ver tabela abaixo).

O N1 tinha como objetivo colocar a carga útil L3 de aproximadamente 95 t (209.000 lb) em órbita terrestre baixa , com o quarto estágio incluído no complexo L3 destinado a colocar 23,5 t (52.000 lb) em órbita translunar. Em comparação, o Saturn V colocou a espaçonave Apollo de cerca de 45 t (100.000 lb) mais cerca de 74,4 t (164.100 lb) de combustível restante no terceiro estágio S-IVB para injeção translunar em uma órbita de estacionamento semelhante na Terra.

O N1 usava combustível de foguete à base de querosene em todos os três estágios principais, enquanto o Saturn V usava hidrogênio líquido para abastecer seu segundo e terceiro estágios, o que rendeu uma vantagem de desempenho geral devido ao impulso específico mais alto . O N1 também desperdiçou o volume de propelente disponível usando tanques de propelente esféricos sob um revestimento externo aproximadamente cônico, enquanto o Saturn V usava a maior parte de seu volume de revestimento cilíndrico disponível para alojar tanques de hidrogênio e oxigênio em forma de cápsula, com anteparas comuns entre os tanques no segundo e terceiros estágios.

O N1-L3 teria sido capaz de converter apenas 9,3% de seu impulso total de três estágios em momentum de carga útil da órbita da Terra (em comparação com 12,14% para o Saturn V), e apenas 3,1% de seu impulso total de quatro estágios em carga translunar momentum, em comparação com 6,2% para o Saturn V.

Ao contrário do Complexo de Lançamento 39 do Centro Espacial Kennedy , o complexo de lançamento de Baikonur do N1 não podia ser alcançado por barcaças pesadas. Para permitir o transporte ferroviário, todas as etapas tiveram que ser enviadas em peças e montadas no local de lançamento. Isso levou a dificuldades nos testes que contribuíram para a falta de sucesso do N1.

O Saturn V também nunca perdeu uma carga útil em dois desenvolvimentos e onze lançamentos operacionais, enquanto quatro tentativas de lançamento de desenvolvimento N1 resultaram em falha catastrófica, com duas perdas de carga útil.

Apolo-Saturno V N1-L3
Diâmetro, máximo 10 m (33 pés) 17 m (56 pés)
Altura com carga útil 111 m (363 pés) 105 m (344 pés)
Peso bruto 2.938 t (6.478.000 lb) 2.750 t (6.060.000 lb)
Primeira etapa S-IC Bloco A
Thrust, SL 33.000 kN (7.500.000 lbf) 45.400 kN (10.200.000 lbf)
Tempo de queima 168 segundos 125 segundos
Segundo estágio S-II Bloco B
Impulso, vac 5.141 kN (1.155.800 lbf) 14.040 kN (3.160.000 lbf)
Tempo de queima 384 segundos 120 segundos
Estágio de inserção orbital S-IVB (queimar 1) Bloco V
Impulso, vac 901 kN (202.600 lbf) 1.610 kN (360.000 lbf)
Tempo de queima 147 segundos 370 segundos
Impulso total 7.711.000 quilonewton · segundos (1.733.600.000 libras · segundos) 7.956.000 quilonewton · segundos (1.789.000.000 libras · segundos)
Carga útil orbital 120.200 kg (264.900 lb) 95.000 kg (209.000 lb)
Velocidade de injeção 7.793 m / s (25.568 pés / s) 7.793 m / s (25.570 pés / s)
Momento de carga útil 936.300.000 quilogramas · metros por segundo (210.500.000 lesmas · pés por segundo) 740.300.000 quilogramas · metros por segundo (166.440.000 lesmas · pés por segundo)
Eficiência propulsiva 12,14% 9,31%
Estágio de partida da Terra S-IVB (queimar 2) Bloco G
Impulso, vac 895 kN (201.100 lbf) 446 kN (100.000 lbf)
Tempo de queima 347 segundos 443 segundos
Impulso total 8.022.000 quilonewton · segundos (1.803.400.000 libras · segundos) 8.153.000 kilonewton · segundos (1.833.000.000 libras · segundos)
Carga útil translunar 45.690 kg (100.740 lb) 23.500 kg (51.800 lb)
Velocidade de injeção 10.834 m / s (35.545 pés / s) 10.834 m / s (35.540 pés / s)
Momento de carga útil 495.000.000 quilogramas · metros por segundo (111.290.000 lesmas · pés por segundo) 254.600.000 quilogramas · metros por segundo (57.240.000 lesmas · pés por segundo)
Eficiência propulsiva 6,17% 3,12%

Histórico de lançamento

Número do vôo Data (UTC) Local de lançamento Número de série. Carga útil Resultado Observações
1 21 de fevereiro de 1969
09:18:07
Site Baikonur 110/38 3L Zond L1S-1 Fracasso
2 3 de julho de 1969
20:18:32
Site Baikonur 110/38 5L Zond L1S-2 Fracasso Plataforma de lançamento destruída 110 Leste
3 26 de junho de 1971
23:15:08
Site Baikonur 110/37 6L Soyuz 7K-L1E No.1 Fracasso
4 23 de novembro de 1972
06:11:55
Site Baikonur 110/37 7L Soyuz 7K-LOK No.1 Fracasso

Primeira falha, serial 3L

21 de fevereiro de 1969: número de série 3L - Zond L1S-1 (modificação Soyuz 7K-L1S (Zond-M) da espaçonave Soyuz 7K-L1 "Zond" ) para sobrevôo na Lua

Alguns segundos após o lançamento, uma tensão transitória fez com que o KORD desligasse o Motor # 12. Depois que isso aconteceu, o KORD desligou o Motor nº 24 para manter o empuxo simétrico. Em T + 6 segundos, a oscilação do pogo no motor # 2 arrancou vários componentes de seus suportes e iniciou um vazamento de propelente. Em T + 25 segundos, outras vibrações romperam uma linha de combustível e causaram o derramamento de RP-1 na seção de popa do propulsor. Quando entrou em contato com o gás vazando, um incêndio começou. O fogo então queimou através da fiação na fonte de alimentação, causando arco elétrico que foi captado pelos sensores e interpretado pelo KORD como um problema de pressurização nas turbobombas. O KORD respondeu emitindo um comando geral para desligar todo o primeiro estágio em T + 68 segundos após o lançamento. Esse sinal também foi transmitido até o segundo e terceiro estágios, "travando" os mesmos e evitando que um comando manual de solo fosse enviado para dar partida em seus motores. A telemetria também mostrou que os geradores de energia do N-1 continuaram funcionando até o impacto com o solo em T + 183 segundos.

Os investigadores descobriram os restos do foguete a 52 quilômetros da plataforma de lançamento. Vasily Mishin inicialmente culpou os geradores pela falha, já que ele não conseguia pensar em nenhuma outra razão para que todos os 30 motores fossem desligados de uma vez, mas isso foi rapidamente desmentido pelos dados de telemetria e a recuperação dos geradores do local do acidente. Eles sobreviveram em boas condições e foram enviados de volta para a fábrica de Istra, onde foram reformados e trabalharam sem problemas nos testes de bancada. A equipe de investigação não especulou se o primeiro estágio de queima poderia ter continuado voando se o sistema KORD não o tivesse desligado.

Descobriu-se que o KORD tinha várias falhas de projeto sérias e lógica mal programada. Uma falha imprevista foi que sua frequência de operação, 1000 Hz, coincidiu perfeitamente com a vibração gerada pelo sistema de propulsão, e acredita-se que o desligamento do Motor # 12 na decolagem foi causado por dispositivos pirotécnicos abrindo uma válvula, que produziu um alto - oscilação de frequência que entrou na fiação adjacente e foi considerada pelo KORD como uma condição de sobrevelocidade na turbobomba do motor. A fiação no Motor # 12 foi considerada particularmente vulnerável a este efeito devido ao seu comprimento; no entanto, outros motores tinham fiação semelhante e não foram afetados. Além disso, a tensão de operação do sistema aumentou para 25 V em vez dos 15 V nominais. A fiação de controle foi realocada e revestida com amianto para proteção contra fogo e a frequência de operação alterada. O sistema de escape de lançamento foi ativado e fez seu trabalho corretamente, salvando a maquete da espaçonave. Todos os voos subsequentes tiveram extintores de freon instalados ao lado de cada motor. Segundo Sergei Afanasiev , a lógica do comando para desligar todo o cluster de 30 motores do Bloco A estava incorreta naquele caso, como revelou a investigação subsequente.

Segunda falha, serial 5L

Número de série 5L - Zond L1S-2 para órbita lunar e sobrevôo e fotografia pretendida de possíveis locais de pouso com tripulação.

O segundo veículo N-1 foi lançado em 3 de julho de 1969 e carregava uma espaçonave L1 Zond modificada e uma torre de escape viva. Boris Chertok afirmou que um módulo lunar de modelo de massa também foi transportado; entretanto, a maioria das fontes indica que apenas os estágios L1S-2 e boost estavam a bordo do N-1 5L. O lançamento ocorreu às 23h18, horário de Moscou. Por alguns momentos, o foguete ergueu-se no céu noturno. Assim que saiu da torre, houve um flash de luz, e destroços puderam ser vistos caindo da parte inferior do primeiro estágio. Todos os motores desligaram instantaneamente, exceto o motor nº 18. Isso fez com que o N-1 se inclinasse em um ângulo de 45 graus e caísse de volta na plataforma de lançamento 110 Leste . As quase 2.300 toneladas de propelente a bordo desencadearam uma enorme explosão e onda de choque que estilhaçou janelas em todo o complexo de lançamento e enviou destroços a uma distância de até 10 quilômetros (6 milhas) do centro da explosão. As equipes de lançamento tiveram permissão para sair meia hora após o acidente e encontraram gotas de combustível não queimado ainda chovendo do céu. A maior parte da carga propelente do N-1 não havia sido consumida no acidente, e a maior parte do que havia queimado estava no primeiro estágio do foguete. No entanto, o pior cenário, a mistura do combustível e LOX para formar um gel explosivo, não havia ocorrido. A investigação subsequente revelou que até 85% do propelente a bordo do foguete não detonou, reduzindo a força da explosão. O sistema de escape de lançamento foi ativado no momento do desligamento do motor (T + 15 segundos) e puxou a cápsula L1S-2 para segurança a 2,0 quilômetros (1,2 milhas) de distância. O impacto com a almofada ocorreu em T + 23 segundos. O Complexo de Lançamento 110 Leste foi totalmente nivelado pela explosão, com a plataforma de concreto desabada e uma das torres de iluminação derrubada e torcida em torno de si mesma. Apesar da devastação, a maioria das fitas de telemetria foram encontradas intactas no campo de destroços e examinadas.

Pouco antes da decolagem, a bomba turbo LOX no motor # 8 explodiu (a bomba foi recuperada dos escombros e encontrou sinais de fogo e derretimento). A onda de choque resultante cortou as linhas de propelente circundantes e iniciou um incêndio devido ao vazamento de combustível. O incêndio danificou vários componentes na seção de impulso, fazendo com que os motores fossem gradualmente desligados entre T + 10 e T + 12 segundos. O KORD desligou os motores nº 7, nº 19, nº 20 e nº 21 após detectar pressão e velocidades anormais da bomba. A telemetria não forneceu nenhuma explicação sobre o que desligou os outros motores. O motor nº 18, que fez com que o impulsionador se inclinasse mais de 45 graus, continuou operando até o impacto, algo que os engenheiros nunca foram capazes de explicar de forma satisfatória. Não foi possível determinar exatamente por que a bomba turbo # 8 explodiu. As teorias de trabalho diziam que ou um pedaço de um sensor de pressão havia se quebrado e se alojado na bomba, ou que as pás do impulsor haviam esfregado contra a carcaça de metal, criando uma faísca de fricção que acendeu a LOX. O motor # 8 operou erraticamente antes do desligamento e um sensor de pressão detectou uma "força incrível" na bomba. Vasily Mishin acreditava que o rotor de uma bomba havia se desintegrado, mas Kuznetsov argumentou que os motores NK-15 eram totalmente inocentes e Mishin, que havia defendido o uso dos motores de Kuznetsov dois anos antes, não poderia sair publicamente e desafiá-lo. Kuznetsov conseguiu fazer com que o comitê investigativo pós-vôo determinasse a causa da falha do motor como "ingestão de detritos estranhos". Vladimir Barmin, diretor-chefe das instalações de lançamento em Baikonur, também argumentou que o KORD deveria ser bloqueado durante os primeiros 15 a 20 segundos de vôo para evitar que um comando de desligamento fosse emitido até que o propulsor tivesse liberado a área de plataforma. O complexo destruído foi fotografado por satélites americanos, revelando que a União Soviética estava construindo um foguete lunar. Após este vôo, filtros de combustível foram instalados em modelos posteriores. Também levou 18 meses para reconstruir a plataforma de lançamento e lançamentos atrasados. Esta foi uma das maiores explosões não nucleares artificiais da história humana e foi visível naquela noite a 35 quilômetros (22 milhas) de distância em Leninsk (ver Tyuratam ).

Terceira falha, serial 6L

26 de junho de 1971: número de série 6L - manequim Soyuz 7K-LOK ( Soyuz 7K-L1E No.1) e manequim módulo-nave espacial LK

Logo após a decolagem, devido a redemoinhos inesperados e contra-correntes na base do Bloco A (o primeiro estágio), o N-1 experimentou uma rolagem descontrolada além da capacidade de compensação do sistema de controle. O computador KORD detectou uma situação anormal e enviou um comando de desligamento para o primeiro estágio, mas como observado acima, o programa de orientação foi modificado para evitar que isso acontecesse até 50 segundos após o lançamento. A rotação, que inicialmente tinha sido de 6 ° por segundo, começou a acelerar rapidamente. Em T + 39 segundos, o impulsionador estava girando a quase 40 ° por segundo, fazendo com que o sistema de orientação inercial entrasse em bloqueio do cardan e em T + 48 segundos, o veículo se desintegrou das cargas estruturais. A treliça interestágio entre o segundo e terceiro estágios se separou e o último se separou da pilha e em T + 50 segundos, o comando de corte para o primeiro estágio foi desbloqueado e os motores desligados imediatamente. Os estágios superiores impactaram cerca de 7 quilômetros (4 milhas) do complexo de lançamento. Apesar do desligamento do motor, o primeiro e o segundo estágios ainda tiveram impulso suficiente para viajar por alguma distância antes de cair na terra a cerca de 15 quilômetros (9 milhas) do complexo de lançamento e explodir uma cratera de 15 metros de profundidade (50 pés) no estepe. Este N1 tinha estágios superiores simulados sem o sistema de resgate. O próximo, último veículo teria um sistema de estabilização muito mais potente com motores dedicados (nas versões anteriores a estabilização era feita direcionando a exaustão dos motores principais). O sistema de controle do motor também seria retrabalhado, aumentando o número de sensores de 700 para 13.000.

Quarta falha, série 7L

23 de novembro de 1972: número de série 7L - Soyuz 7K-LOK normal (Soyuz 7K-LOK No.1) e nave espacial módulo LK fictícia para sobrevôo na Lua

A largada e a decolagem correram bem. Em T + 90 segundos, um desligamento programado do sistema de propulsão central (os seis motores centrais) foi executado para reduzir o estresse estrutural no booster . Por causa das cargas dinâmicas excessivas causadas por uma onda de choque hidráulico quando os seis motores foram desligados abruptamente, as linhas de alimentação de combustível e oxidante para o sistema de propulsão do núcleo explodiram e um incêndio começou na cauda do booster; além disso, o motor # 4 explodiu. O primeiro estágio foi interrompido a partir de T + 107 segundos e todos os dados de telemetria cessaram em T + 110 segundos. O sistema de escape de lançamento foi ativado e colocou a Soyuz 7K-LOK em segurança. Os estágios superiores foram ejetados da pilha e caíram na estepe. Uma investigação revelou que o desligamento abrupto dos motores levou a flutuações nas colunas de fluido dos tubos de alimentação, que rompiam e derramavam combustível e oxidante nos motores desligados, mas ainda quentes. Suspeitou-se também de uma falha da bomba turbo # 4 do motor. Acreditava-se que o lançamento poderia ter sido recuperado se os controladores de solo tivessem enviado um comando manual para descartar o primeiro estágio e começar a queima do segundo estágio mais cedo, já que o estágio falhou apenas 15 segundos antes de se separar em T + 125 segundos e atingir o tempo de queima nominal de 110 segundos de acordo com o ciclograma.

Quinto lançamento cancelado

O número de série do veículo 8L foi preparado para agosto de 1974. Incluía um 7K-LOK Soyuz 7K-LOK regular e uma nave espacial modular LK regular do complexo de expedição lunar L3. Foi planejado para um sobrevôo na Lua e pouso desengatado em preparação para uma futura missão tripulada. Como o programa N1-L3 foi cancelado em maio de 1974, esse lançamento nunca ocorreu.

Confusão na designação L3

Há confusão entre as fontes on-line russas sobre se N1-L3 (russo: Н1-Л3) ou N1-LZ (russo: Н1-ЛЗ) foi pretendido, devido à semelhança da letra cirílica para "Z" e o numeral "3". Às vezes, os dois formulários são usados ​​no mesmo site russo (ou até no mesmo artigo). As fontes em inglês referem-se apenas a N1-L3. A designação correta é L3, representando um dos cinco ramos da exploração lunar soviética. O estágio 1 (Л1) foi planejado como um vôo circunlunar tripulado (parcialmente realizado no programa Zond ); o estágio 2 (Л2) foi um rover lunar não desenroscado (realizado em Lunokhod ); o estágio 3 (Л3) deveria ter sido um pouso lunar tripulado; o estágio 4 (Л4) foi conceituado como uma espaçonave tripulada em órbita lunar; e o estágio 5 (Л5) foi conceituado como um rover lunar com tripulação pesada para apoiar uma tripulação de 3-5 pessoas.

Veja também

Notas

Referências

Bibliografia

  • "L3" . Encyclopedia Astronautica . Página visitada em 07/05/2019 .
  • Matthew Johnson (2014). N-1: Para a Lua e Marte, um guia para o superbooster soviético . ARA Press; Primeira edição. ISBN 9780989991407.

links externos