简谈N1失败的直接原因
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序
各位观众老爷大家好,这里是ASPT-航天科普小组,我是旋火。今天就来简单讲讲N1火箭的失败的直接原因。
简单介绍下N1火箭,N1火箭是苏联科罗廖夫设计局研制的登月火箭,其研发工作比土星五号晚,不仅投入资金较少,测试不完全,而且四次发射试验都失败了,于是苏联在1976年正式取消了这项工程。
N1高105米,在高度,起飞质量,有效载荷上仅次于目前世界运力第一的火箭土星五号。N1-L3方案采用五级构型,前三级将有效载荷送入近地轨道,后两级用于地月转移和近月制动。
N1火箭以其一级30台NK-15发动机并联闻名于世,很多人声称就是因为N1火箭一级并联了太多发动机导致可靠性下降,甚至直接概括成多台或者较多小发动机并联火箭方案可靠性,不如单台或者较少大发动机并联的火箭方案,然而事实真的如此吗?我们来看看N1火箭四次发射试验失败的报告。
第一次发射
第一次发射发生于1969年2月21日,在火箭起飞后,由于燃气发生器意外地高频振动,一处导管裂开,导致发动机起火,火势蔓延到控制系统电缆。这导致控制系统认为涡轮泵压力异常。于是在发射后68.7秒时,一级所有发动机被控制系统停机,在发射后183秒坠毁在地面上。实际上控制系统不应做出这样的反应。
这次发射开始时虽然一级有两台NK-15未能启动,但由于冗余设计并不影响任务进行,而是发动机控制系统对异常信号的处理有问题,并非发动机并联的可靠性不足导致的。
第二次发射
第二次发射发生在1969年7月3日,8号发动机的燃料泵因吸入异物而爆炸,随后发动机控制系统出现故障,意外关闭了一级火箭上的29台发动机,随后火箭坠毁在发射台上,同时摧毁了整个发射台,也许是火箭应用史上最大规模的爆炸。
这次发射同样也是发动机控制系统的问题,实际上冗余性的设计理论上是能允许这台发动机关机的。
第三次发射
第三次发射发生在1971年6月26日,起飞后火箭就出现了异常的滚转,超出了控制系统能够控制的范围,在发射后39秒控制系统关闭。在发射后50秒,火箭因姿态失控,气动负载过大导致解体。
这次发射则是火箭制导系统的问题,也不是发动机并联导致的。
第四次发射
第四次发射发生在1972年11月23日,在发射后90秒,中央6台发动机按照程序关闭,但是因为关闭得太快导致燃料和氧化剂管路爆炸。实际上一二级在发射后125秒就分离了,如果此时发射控制系统能提前分离一二级,整个任务仍有可能继续,但是发射控制系统并未采取有效行动。火箭在107秒开始解体,最终整个任务失败。
总结
这4次发射有3次是非致命故障应对问题,1次则是制导系统问题,可以说和30台发动机并联并不直接相关。像是第一次发射的高频振动问题,第二次发射的异常情况应对问题,第三次发射的制导系统问题,第四次发射的飞行时序问题,某种程度上可以说都是因为缺乏测试导致的,因为没有对系统进行充分的测试导致无法应对或者说无法规避异常情况。
要知道当时苏联登月计划处在高度保密的状态下,没人知道,更谈不上“面子”,与其说是面子问题,不如说是苏联官方对登月就不是很感兴趣,投入很少,还让切洛梅和科罗廖夫进行竞争,结果就是N1四发四败,而切洛梅的UR-500,也就是后来的质子号,在1965年到1972年间失败率也居高不下。
真正在意面子的是美国,不过越战消耗之下,美国也玩不起撑面子的登月,于是阿波罗计划被尼克松砍掉3个,登月竞赛也戛然而止了。