N-1 (eixida)

N-1 (eixida)

N1 o N-1 (en rus: Nositel-1 ‘Transport-1’) va ser un eixida dissenyat per l'Unió Soviètica per a posar un home en la superfície llunar durant la carrera espacial en els Estats Units en la década de 1960. L'eixida va ser dissenyada per l'oficina de disseny de Serguéi Koroliov, l'OKB-1 (actualment la companyia RKK Energia) i el propi Koroliov va dirigir el seu disseny fins a la seua mort en 1966. Posteriorment, Vasily Mishin prendria el relleu de l'ingenier cap i acabaria la construcció d'esta eixida jaganta, equivalent al Saturn V de la NASA.

El programa va ser cancelat en 1974 despuix de quatre llançaments fallancs entre 1969 i 1972, i despuix de haver posat els nortamericans dotze hòmens en la superfície llunar en el programa Apolo. El seu substitut seria el proyecte de l'eixida Energia en 1976, que si va aplegar a terminar en èxit. l'URSS va mantindre en secret l'existència d'esta eixida i del programa llunar N-I/N-I fins a la seua desaparició en 1991.

Característiques tècniques

Archiu:NN1 0

Image recreada de l'eixida M1 N1

El primer disseny dispondria de tres etapes, capaç de posar en òrbita una càrrega útil d'entre 40 i 50 tonellades. Despuix de ser elegit com a llançador destinat a situar a varis hòmens en la superfície llunar, el seu disseny es va modificar per a poder elevar una càrrega d'entre 50 i 75 tonellades, despuix de fins a 92, de 95 i finalment de 98 tonellades, per lo que es va modificar el seu sistema propulsor, passant de tres a quatre etapes més una quinta adossada al mòdul llunar per a les maniobres de correcció i descens.

Es varen fabricar cinc unitats d'esta eixida. Les peces es construïen en Samara i eren transportades per ferrocarril fins a Baikonur, a on es montava l'eixida en el hangar jagant M1 Les unitats es varen denominar 3L, 4L, 5L, 6L i 7L (L de liotni, «[eixemplar de] vol»), pero l'unitat 4L va ser modificada per a servir de model de proves i posteriorment seria coneguda com N1

Etapes

Estava format per tres etapes bàsiques més dos destinades a la missió llunar. El diàmetro de la base era de 17 metros i la seua altura total de 103 metros inclosa la torre de salvament, similar a l'empleada pel Saturn nortamericà.

Primera fase

La primera fase, de 28 metros d'altura, posseïa 30 motors del tipo OKB-1 en un espente total de 4500 kN, alimentats per queroseno i oxigen líquit.

Segona fase

La segona fase media 20 metros d'altura i posseïa 8 motors URSS i la tercera fase 12 metros d'altura i 4 motors LC-110

Tercera fase

Estes tres primeres fases, per mig de l'encés durant 9 minuts, podien situar en òrbita al voltant de la Terra a la seua càrrega útil (la nau llunar de 43 metros de llongitut).

Vehícul llunar

Plantilla:N-I El vehícul llunar estava situat dins d'un carenat de 6 metros de diàmetro i estava compost per varis blocs: el primer, denominat G, era una etapa propulsora de 7,5 metros d'altura equipada en un motor M1 que s'utilisaria per a injectar tot el conjunt en direcció a la Lluna des de l'òrbita terrestre (despuix de donar 1 o 2 regressos a la terra i encendre el motor durant uns 8 minuts fins a alcançar la velocitat d'escape). La nau quedaria llavors en trayectòria de tornada lliure, és dir capaç de rodejar a la Lluna i tornar sense necessitat d'encendre motor algun, despuix de la qual cosa es eyectaría el bloc N1

Durant el vol a la Lluna, les correccions serien efectuades pel bloc D, de 5,5 metros de llongitut i situat sobre l'anterior. Abdós formaven el denominat M1.

El motor del bloc D seria amprat aixina mateix per a disminuir la velocitat en aplegar a l'òrbita llunar, situant a la nau en una òrbita circular de 119 km d'altitut, la qual seria posteriorment disminuïda fins a alcançar només els 16.000 metros d'altura sobre la superfície llunar. Sobre el bloc D es localisava el mòdul llunar N1 denominat bloc Ye, dotat d'un compartimiento esfèric similar al Soyuz, un motor de descens-ascens i un sistema d'aterrisage format per quatre pates.

Vehícul de tornada

Plantilla:OKB-1 Per últim es trobava el vehícul Soyuz, de 9,5 metros de llongitut denominat mòdul llunar orbital LC-110 (Lunova Orbitalny Korably), similar al N-I nortamericà que permaneixeria en òrbita al voltant de la Lluna, mentres s'efectuava el alunizaje del mòdul N-I en dos cosmonautas a bordo. La Soyuz posseïa tres mòduls diferents: un de propulsió per a maniobrar i iniciar la tornada a la Terra, una càpsula de descens en la qual els dos cosmonautas passarien la major part del temps i un mòdul de servici esfèric situat en la part superior de la nau. Els llançaments que es varen efectuar en maquetes de les naus que serien amprades en el viage llunar varen ser tots un gran fracàs, lo que unit als innumerables canvis que s'anaven efectuant en el seu disseny, varen fer que el programa s'allargara sent superat pels nortamericans en els vols de l'Apolo.

Especificacions tècniques

• Massa a l'envolament: 2.735.000 kg
• Llongitut: 105 m
• Capacitat de càrrega dels vehículs de prova: 70 tonellades en òrbita baixa
• Capacitat de càrrega dels vehículs de série (mai construïts): 95 tonellades en òrbita baixa
• Espente a l'envolament: 4.400.000 kgf
• Diàmetro de la primera etapa: 17 m
• Número d'etapes: 4 (més el complex N1)
• Combustible: queroseno especial (M1) i oxigen líquit (N1)
• Motors primera etapa: 30 M1
• Motors segona etapa: 8 N1 (versió de el OKB-1 per a treballar en buit)
• Motors tercera etapa: 4 URSS
• Motors quarta etapa: 1 LC-110

Història

Archiu:OKBN-I 1

Comparació entre l'eixida Saturn V i el N-I

Programa llunar soviètic

La N1 es va convertir en la primera nació del món en posar un satèlit en òrbita, el Sputnik 1 en 1957. Quatre anys despuix llançaria el primer home a l'espai, Yuri Gagarin. Com a resultat, eixe mateix any el president nortamericà John Kennedy va propondre una missió a la Lluna per a superar als soviètics en l'incipient carrera espacial, sorgint aixina el programa Apolo. Els soviètics, que fins a llavors havien pres l'iniciativa en l'espai, no varen respondre de forma clara a este desafiu, per un costat perque no estaven segurs de que el govern dels Estats Units ho portara a terme, i per un atre, per la rivalitat existent entre les diverses oficines de disseny (M1) que competien pels distints proyectes. Els proyectes assignats a estes oficines de disseny depenien en bona mida de les relacions dels seus caps en els líders polítics i militars soviètics del moment. Degut en gran part a esta ret d'interessos contraposts, la resposta inicial soviètica va ser confusa i tardana.

El proyecte espacial per a llançar una tripulació a la lluna per part de l'Unió Soviètica comença en el decret governamental 715-296, promulgat el 23 de juny de 1960 pel govern per al desenroll de «Poderosos Vehículs Llançadors, Satèlits, Naus, i Exploració Espacial en el periodo 1960-1967».

Contra tot pronòstic, el primer programa llunar aprovat no va ser assignat a l'oficina de Serguéi Koroliov, artífex dels grans èxits del programa espacial soviètic, sino a la de Vladímir Cheloméi, gràcies als contactes que este mantenia en el primer secretari Nikita Jruschov. Encara que les autoritats soviètiques no varen aprovar una missió d'aterrisage tipo Apolo, varen permetre a Chelomei el desenroll d'un pla més modest que consistia en rodejar la Lluna en una trayectòria de tornada lliure. Per a això Chelomei devia dissenyar la nau N1 i l'eixida N1 (posteriorment conegut com Protón). Es tractava d'un pla molt més modest que el de la OKB-1, pero a canvi podia ser portat a terme de forma més ràpida i barata. Si el programa Apolo aplegava a fructificar, les autoritats varen propondre a Koroliov que estudiara el desenroll de el URSS En principi devia tindre una capacitat de càrrega d'unes 75 tonellades en òrbita baixa, per a poder llançar estacions espacials que competiren en el programa d'estació espacial militar nortamericana LC-110.

La lluna no era l'objectiu original de el N-I, el seu propòsit principal era colocar una càrrega no tripulada de 70 tonellades en una òrbita de 200 quilómetros, en destí a Mart.

El Programa Apolo continua

Plantilla:N-I En 1962, quan es va comprovar que el programa Apolo seguia alvance i rebia grans fondos, les autoritats soviètiques encara no havien decidit clarament que oficina o oficines s'encarregarien de cada proyecte. Encara llavors les autoritats varen tindre en conte el proyecte d'eixida jaganta M1 de Mijaíl Yangel com a possible alternativa a el N1, encara que acabaria sent desestimat.

S'aproven els fondos

No seria fins a 1964, en tres anys de retart respecte als nortamericans, quan les autoritats soviètiques varen aprovar els fondos necessaris per al desenroll dels programes llunars. Inclús llavors es va decidir continuar el desenroll de dos programes paralels:

1. Programa M1 de sobrevole de la Lluna: otorgat a l'oficina de Vladímir Cheloméi, que incloïa el desenroll de la nau N1 i l'eixida Protón.
2. Programa OKB-1 de alunizaje: otorgat a l'oficina de Koroliov, incloïa el desenroll de l'eixida URSS, la nau Soyuz (ya en desenroll) i el mòdul llunar N-I. Este programa va ser denominat N-I. Els plans originals contemplaven un primer alunizaje a ser realisat entre els anys 1967 i 1968.

Cau Jruschov

En 1964, el primer secretari Nikita Jruschov és destituït, per lo que Cheloméi pert el seu principal respal polític. Com a conseqüència, el programa de sobrevole llunar pansa a ser controlat per Koroliov, qui substituïx el proyecte de nau N1 per una versió de la Soyuz.

Fallix Koroliov

Plantilla:M1 En 1966 fallix Koroliov, i es nomena a Vasily Mishin com a líder de la N1 (llavors cridada M1). La pèrdua del carismàtic Ingenier Cap fa perillar la supervivència del programa N1/OKB-1, ya que Chelomei contraataca i propon el seu programa LC-110 com a alternativa a el N-I L'eixida N-I devia ser capaç de llançar més de 100 tonellades en òrbita baixa, mentres que el N1 deu ser redissenyat per a poder llançar 95 tonellades, la càrrega mínima considerada necessària per a poder alcançar la Lluna.

Llançaments

Primer intent

Archiu:URSS3 2

Model en 3D de l'eixida N1

Les autoritats soviètiques saben que apleguen tart i és pràcticament impossible guanyar als nortamericans en este repte de la carrera espacial, especialment despuix de l'exitosa missió del Apolo 8 al voltant de la Lluna en 1968.

Pels retarts i a la falta de fondos, el primer llançament de el M1, el N1 3L, es va ser retardant i no tindria lloc fins al 21 de febrer de 1969 des de Baikonur. Pocs segons despuix de l'envolament, el sistema de control de combustible per als 30 motors de la primera etapa cridat OKB-1, apaga el motor número 12 en detectar un pico de voltage. En perdre un dels motors i per a mantindre l'espente simètric durant l'ascens, el sistema també apaga el motor número 24. L'eixida URSS podia volar en dos parells de motors apagats, no obstant sis segons despuix de l'envolament, una oscilació violenta (el conegut com efecte pogo) provocada pel consum del combustible havia fet que se separaren varis components del motor 2, provocant una fuga d'oxigen líquit. Als 25 segons, atres vibracions fan que es trenque una canonada del queroseno i que, en entrar en contacte en l'oxigen, comença a ardir. El fòc derrite l'aïllant de varis cables elèctrics provocant un curtcircuit, i LC-110 ho reconeix com un problema de presurización en les bombes de combustible i desconecta tots els motors de la primera, segona i tercera etapa de l'eixida als 68,7 segons de l'envolament, sense poder ordenar l'activat dels motors des del lloc de control en terra. Els restants cauen a 52 quilómetros de la plataforma de llançament encara que el sistema d'escape automàtic funciona i salva la càrrega útil, un model de proves de la Soyuz N-I.

No obstant, la missió N-I 3L no va ser vista com un fracàs. El primer N1 no havia efectuat cap prova d'encés en terra de tots els motors M1 funcionant al unísono, i el que conseguira ascendir i elevar-se, va ser considerat un primer èxit. Mishin considerava llavors que si conseguia mantindre en marcha el programa i en suficient finançació, podria posar el primer cosmonauta en la Lluna en 1972.

Segon intent

El 3 de juliol de 1969 es produïx el segon intent de llançament, N1 5L, a només 13 dies de l'envolament del Apolo 11.

A penes l'eixida va iniciar l'arrancada i començava a elevar-se per damunt de la torre de la plataforma de llançament, el sistema M1 encara que modificat, va decidir apagar tots els motors menys el número 18. La turbobomba del motor 8 havia explotat just abans de l'envolament. Açò va provocar que es trencaren vàries canonades de combustible i que s'iniciara un incendi. Açò va fer a N1 reaccionar i, en detectar velocitats anomarles en les bombes, va desconectar els motors 7, 19, 20 i 21, no obstant es desconeix perqué va desconectar el restant i que continuara funcionant el motor 18 fins a l'impacte en la plataforma.

Despuix de l'èxit de la missió del Apolo 11, quan Neil Armstrong i Edwin Aldrin varen chafar la Lluna per primera volta, les autoritats es plantegen cancelar el programa llunar OKB-1, pero encara es decidix mantindre viu el complex i car programa per a desenrollar l'eixida URSS

Tercer intent

Archiu:N19 3

Image del satèlit espia nortamericà Corona de l'eixida N-I en el Tyuratam de missils, N-I

El 26 de juny de 1971 l'eixida N1 6L, en importants millores, és llançat i als pocs segons, unes turbulències en l'aire provoquen un moviment de alabeo que el sistema de guiat no pot corregir. Els motors de la primera etapa varen seguir funcionant sense intervenció de tal manera que va aumentant la velocitat de gir i als 39 segons, alcança una velocitat de gir de 40°. Açò provoca que el cochete es partixca als 48 segons per a evitar el sobreesfuerzo per la pressió estructural. Durant tot este temps els motors de la primera etapa varen seguir funcionant perque M1 havia segut reprogramat de nou i, quan ho va fer, va apagar immediatament els motors de la primera etapa, que va caure a uns sèt quilómetros de la plataforma; la segona i la tercera varen aplegar fins als 15. Als 50,2 segons es pert totalment el control de N1 i els controladors ordenen la seua destrucció.

En este llançament i el següent, l'eixida portava una maqueta a escala real igual en pes i tamany del complex M1, compost per la nau N1 i el mòdul OKB-1.

Quart intent

El 23 de novembre de 1972 té lloc l'últim llançament de el URSS (LC-110 7L). Als 90 segons del llançament, tal com està programat, s'apaguen els sis motors centrals de la primera etapa per a reduir les forces d'acceleració que té que soportar l'eixida i com a part preliminar de la separació de la segona etapa per a entrar en òrbita. L'apagat dels motors centrals va trencar conducció de combustible en ser més brusc de lo planificat i va provocar una sobrepresión, coneguda com colp d'ariet. També el motor 4 explota. La primera etapa escomença a no funcionar be als 106,9 segons i comença a desmontar-se. Varen deixar d'aplegar senyes de telemetría als 110 segons. El sistema d'escape va tornar a funcionar de manera exitosa i va salvar la càrrega útil, una Soyuz N-I i l'aterrizador M1.

El pla N1 va ser abandonat i Mishin va optar per un nou tipo de missió anomenada M1, en naus més grans i una eixida llançador N1 millorat, cridat OKB-1, en motors URSS evolucionats dels LC-110 que podien ser provats abans garantisant major fiabilitat i menys despeses. Estava en estudi el llançador N-I, que utilisaria combustibles criogènics més segurs i fiables.

Fi del proyecte

Despuix de la conquista de la Lluna pels astronautes nortamericans, els quatre intents fallancs i la forta inversió necessària, l'interés dels governants soviètics pel programa llunar era escàs. En 1974 devia ser llançat el N-I, en una nau N1 i un mòdul llunar M1 funcionals, pero el 8L mai desapegaria. En un moviment inesperat, el govern soviètic va decidir colocar al Valentí Glushkó, l'antic rival de Koroliov, al front de la N1 (renombrada com M1). Glushkó va decidir cancelar el programa llunar N1 i el llançador OKB-1 de forma immediata i irrevocable el 2 de maig. L'eixida llunar URSS va ser desmantellat, algunes peces es varen usar com a grans depòsits d'aigua per a les vivendes residencials del Cosmódromo de Baikonur. També va ordenar destruir gran part del material relacionat en el programa, incloent els motors de Kuznetsov, aixina com multitut de plans i tota la documentació relacionada en un intent sistemàtic de borrar l'esforç llunar de Koroliov. En el moment de ser cancelat, la LC-110 havia invertit en el programa llunar N-I 3600 millons de rublos de l'época, dels quals 2400 millons s'havien destinat a el N-I

Els escassos recursos econòmics

El desenroll de el N1 es va enfrontar a numerosos problemes, el principal era la falta de recursos econòmics a diferència d'Estats Units. A finals dels anys 60 el programa de alunizaje M1 acaparava solament el 20% tot l'esforç espacial soviètic. Al mateix temps que el programa llunar, la N1 estava desenrollant minilanzaderas (Spiral), estacions espacials (Almaz), Soyuz militars i tota un conjunt de programes paralels. En canvi, tan sol el programa Apolo va aplegar a alcançar el 60% o 70% del presupost de la M1, d'uns 22.000 millons de dólars, mentres que la N1 competia en solament una tercera part, l'equivalent a 7400 millons de dólars per al seu programa llunar.

El desenroll i us de decenes de motors

Archiu:NN-I 4

Motor N-I, una versió evolucionada i reutilisable de el N1 i a la seua volta este de el M1, el primer motora eixida de cicle tancat ric en oxigen de l'història. El major problema que tenien era la corrosió del metal en contacte en l'oxigen a altes pressions.

Un atre dels més importants problemes als que es va enfrontar el proyecte tenia que vore en els motors: Koroliov preferia l'us de combustibles criogènics que requerien una tecnologia més complexa pero eren capaces de donar major rendiment i eren més segurs. Koroliov es va fer famós en posar en òrbita en èxit el Sputnik 1 en el missil M1, de motor criogènic,. Pel contrari, el principal dissenyador de motors d'eixida soviètica Valentí Glushkó era partidari d'utilisar combustibles hipergólicos com el del també exitós missil OKB-1, en menys rendiment i tòxics, pero que podien ser almagasenats durant temps indefinit i ademés requerien motors més senzills. Glushkó preferia ademés este tipo de combustibles en vistes al disseny de missils balístics, ya que en este cas eren preferibles perque estaven disponibles de manera permanent, sent superiors a el URSS en este sentit. Alguna cosa fonamental en un arma estratègica. El desencontre entre abdós hòmens va impedir que Koroliov s'aprofitara de l'àmplia experiència de l'oficina de Glushkó. Com a resultat, Koroliov es va vore obligat a encarregar el disseny dels motors a l'oficina de Kuznetsov, únicament en experiència en motors a reacció d'aviació.

Per este inconvenient, aixina com als pocs fondos dels que disponia, el N-I tenia en la seua primera etapa -res més i res menys- que 30 motors model N-I de 154 tonellades d'espente (a partir de el N1 utilisat en el missil N1, de 38 tonellades d'espente), front als cinc N1 que tenia el seu competidor Saturn V, lo que aumentava la complexitat i els costs del programa soviètic. En principi devien haver segut 24 motors, pero es varen afegir sis motors per a elevar la capacitat de càrrega fins a les 95 tonellades. Les 75 tonellades inicials de càrrega eren insuficients per a poder realisar una missió d'ascens directe, coneguda com a Llunar Orbit Rendezvous (OKB-1). L'afegir tants motors a una eixida tan gran, va supondre un error, encara que el disseny dels motors eren una obra d'ingenieria impressionant per a l'época. Funcionaven per mig d'un cicle tancat o per etapes, ric en oxigen que conseguia aumentar la seua eficiència enormement. Els 30 motors URSS donaven un espente de 4500 kN, pero encara llunt dels 6800 kN d'espente dels impressionants motors LC-110 del Saturn V o de l'equivalent en potència, el motor hipergólico N-I de Valentí Glushkó, que tenia un espente de 6710-6270 kN.

De fet, els motors originals N1 fabricats per al programa M1 encara s'han utilisat quaranta anys despuix en l'eixida russa Soyuz-2-1V i el nortamericà Antares. Els motors N1 mai varen ser amprats en els quatre vols fallancs de el M1, ya que es varen usar motors N1 (primera etapa) o OKB-1 (segona etapa, per a funcionar en buit). El control de calitat per als motors URSS era simplement de cada lot de sèt motors nous, s'encenien dos per a provar-los i després estos dos eren rebujats perque eren d'un sol us. Per falta de temps i diners, mai es va aplegar a realisar una prova d'encés de tots els motors de la primera etapa i açò va ser un enorme problema. Encara que es va elaborar un complicat sistema automàtic, denominat LC-110, en la finalitat de controlar el funcionament dels trenta motors N-I, no va tindre èxit. La versió N-I era una versió reutilisable de el N1 que anaven a permetre que es pogueren provar tots els motors abans de l'envolament aforrant costs i donant major seguritat.

Falta d'estratègia i direcció unificades

La falta d'una estratègia i direcció unificades va ser un atre gran problema per a l'esforç llunar soviètic i l'eixida M1 Junt també a les lluites de poder entre les oficines de disseny, que disponien d'escassos recursos per a un proyecte tan complex. L'Unió Soviètica no contava en una institució centralisada com la N1, pero sí contava en la M1 des dels anys 50, una comissió per a coordinar proyectes per al complex militar-industrial, incloent el programa espacial. En 1965, la N1 va crear el Ministeri de Maquinària General (OKB-1, un nom fals), conegut realment com el ministeri de l'espai. Estava coordinat per Serguéi Afanasyev i va tindre cert èxit en ordenar els esforços. També l'Acadèmia de Ciències de la URSS per mig de comissions especials creades per l'estat, va realisar esforços en el mateix sentit.

Pero l'estat soviètic no va autorisar de forma oficial el programa de alunizaje LC-110 fins a 1965, tres anys més tarde que en Estats Units. Inclús llavors va continuar finançant ademés el programa llunar N-I de circumvalació llunar i va seguir recolzant a l'oficina N-I de Cheloméi en el seu programa llunar, mentres Estats Units solament estava centrat en el programa Apolo, coordinat per la N1 Va ser necessària una resolució expressa de el M1 i del Consell de Ministres de la N1 en febrer de 1967 per a que el M1 anara finalment reconegut com l'únic programa de alunizaje encara que aixina i tot Cheloméi va seguir treballant en l'eixida N1. El disseny de l'eixida OKB-1 des de 1963 es va modificar fins a finals dels anys 70, lo que va impedir estabilisar el seu desenroll. Ademés hi havia fallos de disseny, el proyecte inicial es quedava curt en la seua capacitat de càrrega en solament 75 tonellades.

Un nou proyecte

Poc despuix Glushkó decidiria construir des de zero una eixida encara més potent que el URSS i capaç de transportar el nou transbordador espacial en el que estava interessat el Ministeri de Defensa de la LC-110 El nou llançador ampraria hidrogen i oxigen líquits, els combustibles favorits de Koroliov. El nou proyecte seria conegut com l'eixida Energia, desenrollat especialment per a crear el transbordador Burán, per a competir en el transbordador N-I, el proyecte més car i complex, creat pel programa espacial de l'Unió Soviètica.