并联30台发动机,史上推力最大的火箭—苏联N1重型运载火箭!

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1957年10月4日,苏联成功发射了全球第一颗人造地球卫星,此后人类正式拉开了航天时代的序幕。与此同时,正处于暗斗时代的美苏两国也起头了白热化的太空角逐,在谁人剑拔弩张的时代,第一次成功发射卫星、第一次进入外太空、第一次太空信步、第一次拍到月球背部照片的苏联曾一度占尽优势。

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月球上人类的脚迹

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不外,苏联的在太空角逐中的优势并不是绝对的,1969年7月21日美国“阿波罗11号”航天员阿姆斯特朗在月球上率先踏出了“这是小我的一小步、倒是人类的一大步”,那为安在太空角逐中曾一度占尽优势的苏联人,最终在载人登月中败下阵来,苏联的载人登月火箭又在哪里?

研发配景

其实,苏联的载人登月规划并不是在美国发布“阿波罗”规划(肯尼迪于1961年公布)后才起头的,早在1958年第一颗人造地球卫星方才发射不久,苏联科学家就起头对运载火箭进行改善,使之适合发射月球探测器;1959年,科罗廖夫就起头着手重型运载火箭的研发,不外该火箭最初是为了向火星发射无人重型探测器预备的。

图纸上上N1火箭

然而,美国“阿波罗”登月规划的公布不得不让苏联人加速速度,1962年1月份,科罗廖夫设计局针对苏联的“登月规划”对N1运载火箭进行了多次改善,并规划在1967-1968年间赶在美国之前,由科罗廖夫负责的N1-L3运载火箭将第一个苏联人奉上月球。

N1火箭的参数和构造

N1运载火箭能够说是苏联整个“登月规划”的焦点,该火箭全高105米(相当于30层楼的高度)、最大直径约为17米,整体外形雷同一个圆锥体,最大发射质量约为2800吨,最大推力约为4500吨(是人类汗青上设计推力最大的运载火箭)、低地球轨道的运载能力为90吨;N1整体由运载部门和上面级部门组成,而运载部门包罗三级运载火箭,上面级则包罗月球轨道器、登月飞船等。

分化后的N1火箭CG图

个中,N1运载火箭运载部门的第一级火箭全高约30米,底部直径17米、顶部直径约为10米,并用于二级火箭的保持。N1运载火箭的第一级是由30台液氧/石油NK-15动员机(后来升级为NK-33,单台推力1510千牛)并联而来的,个中外环的24台动员机用于掌握火箭的俯仰和偏航、中央6台动员机则用来掌握火箭的转;

第一级火箭底部30台动员机

而N1火箭的二级火箭全长为20.5米,由8台NK-15V液氧/石油动员机组成(后改为NK-33的改善版NK-43),NK-15V/NK-43动员机在焦点上本就与NK-15/NK-33沟通,只是N1火箭的第二级是在真空情况中工作的,为此扩大了喷口、增加了推力(1754千牛);

N1火箭的第二级

N1火箭的第三级是该火箭运载部门中最小的一级,全长约为11米,由4台NK-21液氧/石油火箭动员机组成,该级火箭是用于将N1运载火箭的上面级里的月球轨道探测器、月球飞船送入地球轨道,全程在真空中工作,而NK-21动员机的单台推力只有402千牛。

四次发射、四次失败

1967年11月份第一枚N1运载火箭就下线到发射平台进行了联调测试,成功后又拉回厂房;1968年5月份,第一枚N1火箭又被拉到发射台,预备进行第一次发射,但在发射前的搜检工作室时,N1火箭被发现外壳显现裂痕,被迫拉回厂房推迟发射;之后,又发生了几回雷同的事变,导致N1火箭一向未能如期发射。

N1火箭的运载部门

终于在1969年1月份,第一枚N1火箭被屹立在了发射台,但此时的N1火箭其实仍没有完全预备好,悉数30台NK-33动员机都是刚出厂大多未进行过焚烧测试的(这也为后来的事变埋下了隐患),在经由了4个礼拜的风吹日晒后,N1火箭终于迎来了发射的日子,却碰到了大雨,发射被迫暂停。

竖起中的N1火箭

但此时苏联高层却等不及了(因为此时的美国的土星-5号已经完成了多次发射,并且此次N1火箭直接携带了联盟7K-L1登月飞船,跳过了一些需要的步伐),要求一天之内必需发射成功。1969年2月21日N1火箭第一次发射,6秒后2台动员机熄火(30台动员机有动力冗余,其实影响不大)、25秒传感器传来燃烧室压力不足(涡轮泵主动增大功率)、66秒剩余28台NK-33动员机功率过载管路系统显现高频振动、69秒火箭发射大爆炸,此时N1火箭飞到了12200米高空,N1火箭第一次发射宣告失败。

发射台上的N1火箭CG图

1969年7月3日,第二枚N1火箭被拉到了发射台,意图在美国“阿波罗11号”之前完成发射,可是在焚烧后的第6秒,一枚螺丝钉被引入了油料泵中(事后剖析得知的),掌握系统紧要封闭29台动员机,N1火箭从200米坠入地面在地面引起了大爆炸,N1火箭第二次发射宣告失败。

N1火箭第二次发射发生爆炸

之后,美国“阿波罗11号”成功发射并在1969年7月21日登上月球,美国人博得了美苏两国的载人登月角逐,苏联也起头能稍微静下心卖力剖析N1火箭的问题了,这一剖析就是2年的时间,1971年6月27日第三枚N1火箭发射,这一次经由从新设计后的动力系统没有再显现问题,而是掌握系统故障导致第三级火箭启动自毁法式,整个火箭发生爆炸,N1火箭第三次发射再次宣告失败。

联盟7K-LOK和LK登月舱(中)

又经由1年的时间,苏联科学家对N1火箭进行了多项改善,1972年11月23日第四枚N1火箭携带联盟7K-L3登月飞船焚烧发射,在第一级火箭工作的前90秒时间内一切正常,在对内环6台NK-33动员机进行法式性封闭时,管路系统发生了超乎预期压力并起头碎裂,第一级火箭底部着火,经由大火持续的炙烤N1火箭再次发生爆炸。

N1火箭的图纸

此时N1火箭已经飞到40千米处的高空,再过10秒摆布的时间一二级火箭就该进行星散了,这也是N1火箭最接近成功的一次发射,但最终照样失败了,并成为N1火箭的最后一次发射。

失败的原因

从主观上来说,N1火箭的频仍失败与研发时间短、总设计师换人等有着很大的关系,N1火箭本是科罗廖夫设计用来发射重型火星探测器的,但在美国公布“阿波罗”登月规划后,1962年临危受命拿来用于载人登月,而且只给出了5年的研发时间就要进行载人登月,时间紧迫使得N1火箭的整体方案都对照急急。

土星5号(左)和N1火箭(中)

更主要的是,1966年科罗廖夫作古,设计师瓦里西·米申接办了N1运载火箭的设计工作,他与科罗廖夫的设计理念纷歧致并发现了N1火箭的上面级部门严重超重,所以他率领团队对N1火箭的进行了“魔改”,不光大改了NK-15动员机,还直接将科罗廖夫设计的N1火箭的第一级并联的24台动员机增加到了30台。

即将发射的N1火箭

从客观上来说,N1火箭的前两次和第四发射失败都是由“并联”多台动员机造成的,第一级30台动员机并联不光让N1火箭的构造设计变得非常复杂,复杂的动员机群设计也导致输送推进剂的管道设计也很复杂,同时多台动员机“并联”也大大降低了N1火箭整体的不乱性,因为一台动员机发生故障便会激发连锁回响。

N1火箭再全球中的地位(右2为N1火箭)

就N1火箭第一级“并联”30台动员机这一问题,从概率论的偏向来看,假设一台动员机的不乱机能达到99%,30台动员机“并联”之后,其整体靠得住性也就降到了74%,这也就大幅度增加火箭发生非常的情形;此外,多台动员机“并联”也会导致耦合共振的问题,进一步诱爆发箭发射故障。

N1火箭图解

此外,N1火箭的发射也贫乏需要科学试验步伐,在N1火箭第一次发射前,第一级的30台动员机在地面从未进行过同步焚烧测试,序列号N1-1L的第一枚N1火箭在进行地面测试时,只对第一级30台动员机中的四分之一进行了测试,而第一次发射时使用的第一级的30台动员机大多数都是极新的。

重型猎鹰运载火箭的29台动员机

不外,N1火箭失败多年今后的今天,马斯克的重型猎鹰运载火箭并联27台动员机依然取得了成功,这也解说并联多台动员机的运载火箭并不是都不靠谱,经由成熟的科学试验后,运载火箭并联多台动员机动员机也是能够的。

结语

四次发射,四次失败,实际老是那么残暴,N1重型运载火箭即使有着再壮大的推力、再进步的机能,它最终照样走向了终结。而N1火箭作为苏联整个载人登月规划的焦点,它的失败也直接导致了苏联登月规划的无疾而终。此外,N1火箭的失败,也解说了航空航天范畴是没有捷径可走。

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