Carrera espacial: El vector que no llevó a los soviéticos a la Luna

Este cohete no logró poner los soviéticos en la Luna
Por Amy Shira - Popular Science



Era tan frío el 20 de febrero de 1969, que el lanzamiento se retrasó; dado que incluso el más grande de todos los cohetes soviéticos no era inmune a los fríos inviernos en Kazajstán. Las condiciones se habían calentado lo suficiente al día siguiente, y a las 3:18 pm el cohete mamut N-1 abandonaba la Tierra por primera vez. El empuje combinado de los 30 motores con capacidad para la primera etapa sacudió la tierra, y el fuego que brota de la parte inferior del cohete era una vista imponente de las personas que han pasado años con lo que el cohete a la vida. Luego, a sólo 70 segundos más tarde, los 30 motores apagados. El impulso lleva a la N-1 a unas 17 millas antes que la gravedad lo llevó a caer de vuelta a la Tierra. El sistema de escape separa la nave espacial lunar modificado que era su carga útil, enviándolo a 21 millas de distancia de la plataforma de lanzamiento. El resto del cohete cayó a unos 10 millas más. En menos de dos minutos, la última valiente esfuerzo de los soviéticos para vencer a Estados Unidos a la Luna se redujo a montones de metal retorcido y quemado.

Dos N-1 en plataformas de lanzamiento

El cohete N-1 en la plataforma de lanzamiento.

Génesis del Mega Booster

Al igual que muchos programas a gran escala de la era espacial, el cohete N-1 tiene sus raíces antes de la era espacial comenzó formalmente con el lanzamiento del Sputnik. A medida que pasaba en los Estados Unidos a mediados de la década de 1950, los científicos y los planificadores soviéticos comenzaron a dirigir su atención hacia el espacio. En 1954, una misión a consideración era un sobrevuelo tripulado de Marte o Venus, algo más simple que una misión de aterrizaje, pero no una misión que se podía hacer con el cohete R-7 ya existente. Para llegar a nuestros vecinos planetarios, los soviéticos se necesita algo mucho más grande.
Esta necesidad engendró propuestas a los jefes de las oficinas de diseño en las instituciones militares y de investigación en julio de 1957, uno de los cuales era un cohete de carga pesada llamada interplanetaria TMK, una transliteración del ruso para Heavy interplanetaria de la nave. En última instancia, se redujo a la oficina de diseño OKB-1 en el centro de investigación NII-88, que formaba parte del Instituto de Tecnología Espacial, para construir este cohete. A medida que el jefe de diseño y jefe del OKB-1, el programa se redujo específicamente a Sergei Korolev.
Los parámetros de la misión de sobrevuelo de Marte / Venus dictados específicos para los planificadores pensaron rocket.Mission la carga útil mínima para estas misiones sería de 75 toneladas. A sólo 15 toneladas de esa sería la nave espacial interplanetaria; los restantes 60 toneladas serían la masa del cohete. No se olvide: los cohetes tienen que levantar a sí mismos fuera de la Tierra, junto con su carga útil.
Un cohete con esta gran capacidad de elevación iba a necesitar potentes motores, por lo Korolev cuándo el hombre con más experiencia con grandes cohetes: Valentin Glushko, el jefe de la oficina de diseño OKB-456. Glushkó presentó un plan usando ácido nítrico y UDMH en los motores de la primera etapa, y Korolev se negó rotundamente. No quería complicar aún más la ya difícil N-1 mediante el uso de productos químicos tóxicos. Glushko era inquebrantable, y este desacuerdo respecto a los motores comenzó un conflicto de larga data entre los ingenieros y sus oficinas de diseño, así como la campaña de Glushkó para detener la N-1 a partir de volar.
Con Glushkó a cabo, Korolev se volvió hacia OKB-276 con Nikolay Kuznetstov a la cabeza para desarrollar motores de la N-1. Kuznetstov no tenía la experiencia de Glushkó con grandes motores, por lo que su solución era crudo: obtener la energía necesaria mediante el uso de motores más pequeños. La solución adecuada Korolev y la N-1 comenzó el lento proceso de pasar del concepto a la realidad.

De Venus a la Luna

El mega programa de refuerzo de Korolev movido constantemente hacia adelante hasta el año 1964 cuando una decisión soviética extraña de repente descarriló años de trabajo. Para este punto de la carrera espacial, los soviéticos habían estado en el plomo - que había lanzado el primer satélite, el primer animal, el primer hombre en órbita, la primera mujer, y hecho la primera caminata espacial. Sin embargo, Estados Unidos estaba empezando a tirar adelante con las promesas del programa Gemini y Apolo era (metafóricamente) que ya están en su camino a la Luna. La NASA fue, efectivamente, compitiendo contra sí misma a la Luna. Pero luego el 3 de agosto, la Unión Soviética decidió asumir el reto Americana de poner un hombre en la Luna a finales de la década. Tres años después de la America comenzó oficialmente su programa de aterrizaje lunar, el liderazgo soviético respaldó su propio.
Para preservar a la N-1 está cancelando a la luz de esta nueva meta, OKB-1 presentó una propuesta para ir a la Luna con este cohete en lugar de construir uno nuevo. El plan fue finalmente aceptada y en 1965 la carga de la obtención de un astronauta a la Luna antes que los estadounidenses cayó a Korolev y su N-1.
Pero había un problema. La N-1 era lo suficientemente potente como el lanzamiento de una misión de sobrevuelo de Marte o Venus, pero no pudo enviar una misión de aterrizaje a la luna. Una misión de aterrizaje es más pesado que una misión de sobrevuelo, especialmente una misión trayectoria de libre cambio. Con un sobrevuelo, que no es necesario para llevar combustible para una quemadura de inserción en órbita, para una quemadura de inyección transearth, y que sin duda no es necesario un vehículo de aterrizaje con sus propios sistemas de soporte de vida y propulsión complicados. Pero estas son todas las cosas que tienen una necesidad imperiosa en una misión de aterrizaje.
Así que por el diseño de la N-1 era un pobre cohete Luna. Considere como una comparación del Saturno V, que fue perfeccionado por la arquitectura misión de encuentro órbita lunar de Apolo. El Saturno V podría poner 130 toneladas en órbita baja de la Tierra, lo suficiente, incluso para el largo duración misiones Apolo que se llevaron a exploradores a la Luna. La N-1 se limitó a 75 toneladas.
Esto dejó a la oficina de Korolev con una elección: o bien montar la nave espacial en órbita lunar con múltiples lanzamientos o hacer la N-1 más potente. Se optó por la segunda para evitar perder una misión de un fallo en el lanzamiento. La solución consistió en disminuir la temperatura del queroseno y enfríe demasiado el oxígeno líquido para almacenar más en los tanques existentes, actualizar todos los motores de cohetes, y añadir seis más a la primera etapa. Para llegar a la Luna la N-1 tendría 30 motores de alimentación de la primera etapa, pero podría tener todavía sólo 95 toneladas en órbita.

La N-1 móviles a la plataforma de lanzamiento

La laminación en N-1 en dirección a su plataforma de lanzamiento, a punto de pasar por encima de una zanja de llamas.

** Estructura del N-1 **

La disposición final de la N-1 surgió después de esta decisión. En la parte inferior de la pila era de bloque A, la primera etapa impulsado por 30, todos los cuales fueron manejadas por un sistema llamado KORD. Este era un sistema de diagnóstico en tiempo real que supervisa los parámetros cruciales para todos los motores que también era capaz de tomar la decisión de apagar el motor individuo debe mostrar signos de que la espera de un fallo catastrófico. Esto se aprovechó de la redundancia de un cohete con 30; la pérdida de un motor o incluso dos no arruinaría por completo un lanzamiento. Los otros podrían compensar.
Pero el poder no es todo lo que necesita para un lanzamiento. Eso cohete también tiene que ser dirigida en vuelo. Tono y control de desvío en la N-1 se lograron a través de empuje diferencial. En lugar de utilizar un sistema complicado y pesado para girar los motores, se utilizó la N-1 empuje diferencial; menos energía de un lado del cohete se inclinaría en la dirección deseada de vuelo. control de balanceo vino de seis boquillas pequeñas fuera del grupo principal motor podría girar para mover la pila alrededor de su eje vertical. Al igual que el Saturno V, la N-1 era un cohete de múltiples etapas. Hubo dos etapas anteriormente Bloque A. La segunda etapa fue el Bloque B, impulsado por ocho motores. Bloque V era la tercera etapa y Ti fue impulsado por cuatro motores.
En la parte superior del bloque V ha sido la carga, y para la misión lunar este fue el complejo de L-3 consta de cuatro partes. Bloque G sentó justo encima del bloque V, y esta fue la etapa de inyección translunar que enviaría a la tripulación a la Luna. Por encima de eso era el bloque D, el escenario que se realice ninguna quemaduras de medio término de corrección, la quemadura inserción en órbita lunar, y la quemadura para iniciar el descenso de la tripulación a la superficie lunar. Y luego estaban las dos naves espaciales, el orbitador lunar Bloque I LOK y el bloque E del módulo lunar LK.

Dejando la Tierra

Cuando Korolev murió en 1966, el programa N1-L3 se transfirió a su sucesor Vasiliy Mishin, y bajo un nuevo liderazgo que el cohete se preparó para su primer vuelo. Una directiva pidió la N-1 a volar en la segunda mitad de 1967 para seguir el ritmo de los americanos, pero esto resultó imposible. El cohete fue finalmente erigido en la plataforma, en Mayo de 1968, y todo estaba listo en febrero de 1969. En ese momento ya tenía Apolo 8 orbitó la Luna, pero la NASA todavía tenía mucho camino por recorrer antes de intentar el aterrizaje. Había esperanza de que los soviéticos todavía podría vencer a los americanos si esta primera N-1 fue puesta en marcha sin problemas.
N1-3L - el tercer cohete N-1 que no debe confundirse con L-3 como la nave espacial lunar - salió de la Tierra a las 3:18 pm el 21 de febrero de 1969. En T + 70 segundos, todos los motores apagados, y dentro de otro minuto fue en la quema de montones en el suelo.
Los datos preliminares dijeron los motores 12 y 24 hd cerrado, y en vez de disparar más para compensar los 28 restantes habían cerrado todos los principios. La investigación en profundidad para centrarse en KORD. Resultó que la interferencia eléctrica que se manifiesta como una señal errónea de KORD para apagar el motor 12, provocando la parada de su contrario, el motor 24, para retener la simetría. A medida que el cohete voló más alto, vibraciones arrancaron un tubo de medición de presión de gas en la bomba turbo y se rompió una tubería de presión de combustible en el motor número 2. Este keroseno caliente enviado fluye en la base del cohete, lo que provocó un aumento de la temperatura en los motores de 3 , 21, 22, 23, y 14. El fuego destruyó aislamiento que cubre los cables de alimentación. Esto fue interpretado por KORD como impulsos en las bombas turbo, que envió la instrucción de apagar todos los motores. La señal viaja hasta el cohete para congelar los motores de los bloques B y V, también.
Encontrar la raíz del problema no significaba que era fácil de solucionar. KORD personalizado admitieron que podrían provocar un incendio en el envío de comandos KORD defectuosos, y no era una solución fácil. Este equipo fue finalmente dijo que mantuviera este asunto a sí mismos como los soviéticos se apresuraron a preparar un segundo N-1 antes de que América aterrizó en la Luna.

La N-1 toma vuelo

La primera N-1 toma vuelo ... antes de caer de nuevo a la Tierra.

El segundo fracaso

A las 2:18 de la mañana el 4 de julio de 1969, el segundo cohete N-1 fue de la tierra. En un intento de evitar una segunda ronda de cierres prematuros del motor, nuevo aislamiento térmico cubierto cables de KORD y líneas de transmisión fueron aislados el uno del otro para evitar señales erróneas. También hubo más sensores en cada motor, así que más puntos de datos para ingenieros y KORD, para leer.
El cohete comenzó a subir, pero sólo 10,5 segundos más tarde brillantes piezas se podía ver que cae de la sección de cola. La pila parecía flotar, a continuación, mueva, luego cayó de nuevo a la plataforma de lanzamiento y se derrumbó, lo que provocó una serie de explosiones en que se sumió toda la zona en llamas. Fue el mayor desastre en una plataforma de lanzamiento del programa soviético había experimentado, y sorprendentemente no hubo muertos.
La investigación del accidente estudió telemetría, fotografías o película para encontrar que todos los 30 cohetes Blovk A habían estado disparando con el cohete todavía en el pad.Then lanzamiento, una turbobomba suministro de oxígeno líquido al número de motor 8 habían estallado justo antes del despegue. Los otros motores siguieron trabajando, pero sólo 650 pies por encima de los motores de la plataforma de lanzamiento comenzaron a apagarse. Dentro de los 12 segundos, todos los motores, pero el número 18 fue cerrada, y que el motor solitario lanzó el cohete en su lado, enviarlo estrellarse cerca de costado y añadiendo a su poder destructivo.
Parecía escombros en la bomba turbo para el motor 8 era la raíz del problema. Esto causó una explosión, la fuerza de los cuales cortó líneas de alimentación a otro de los motores y comenzó un incendio. Este envía una señal a KORD que la presión y velocidades de rotación turbobomba eran peligrosamente altos en los motores de 7, 19, 20, y 21, y se les cerró, seguido por el resto, excepto 18. escombros, un problema con un sensor de oxígeno, y las señales erróneas de KORD habían llevado otra N-1.

Luna perdida

Mientras que el programa espacial soviético estaba recogiendo las piezas literal y metafórico de la segunda N-1 desastres, Apolo 11 aterrizó en la Luna. El cohete que había sido arrancado de su programa interplanetaria y forzado a una misión lunar era ahora sin aplicación. Pero el programa no se ha cancelado. Se hicieron cambios y la directiva vinieron de la dirección nacional para preparar otra N-1 para el lanzamiento.
Un poco más de dos años después, la tercera N-1 salió de la plataforma de lanzamiento el 27 de junio de 1971. Este cohete se ubicó mejor que cualquier otro lanzamiento, pero desarrolló rápidamente los problemas de estabilización de balanceo. Esto puso a fuerzas de torsión fuertes en el cohete, perjudicial y finalmente destruir el bloque B. A continuación, en el T-51 segundos KORD envía una señal a todos los 30 de la primera etapa a cerrar. El cohete se desintegró en el aire y cayó a la Tierra. El último tramo de la N-1 llegó el 23 de noviembre de 1972. Durante los primeros 77 segundos, el cohete en realidad se comportó como se ha diseñado. Mientras volaba más que cualquiera de sus predecesores, KORD Cierre el clúster central de seis motores justo a tiempo en T + 90 segundos ,. Pero catorce segundos más tarde una explosión estalló en la cola del bloque A, y la misión había terminado.
Este fue el último hurra para el programa N-1. Después de más de una década de desarrollo y ocho años de alta prioridad como un programa de aterrizaje lunar, la N-1 mega de refuerzo se anuló por decreto del Comité Central del Partido Comunista de la Unión Soviética en 1974.

Sistema de transporte interplanetario de SpaceX primera etapa

Los 42 motores de la primera etapa del sistema de transporte interplanetario de SpaceX.

La encarnación del SpaceX

SpaceX anunció recientemente un plan audaz para enviar una tripulación de 100 seres humanos a Marte para iniciar una colonia, y el cohete para lanzar esta misión masiva tiene algunas similitudes sorprendentes con la N-1. Es decir, en el número de motores que accionan su primera etapa. Sistema de transporte interplanetario de SpaceX - exactamente lo que la N-1 comenzó su vida como - tiene 42 motores en su primera etapa. El núcleo es de siete motores gimbaling rodeado por un anillo de 14 motores fijos en el medio y luego otros 21 motores fijos en el anillo exterior.
Obviamente no es exactamente lo mismo. El gimbaling motores internos es algo que el N-1 no podía hacer, y este cohete está diseñado para transportar mucho más masiva en la órbita terrestre baja - 606 toneladas en comparación con 95 toneladas de la N-1 o 130 toneladas de Saturno V. Y hay algo que decir acerca de la redundancia de tantos motores. Con 42 años, el cohete podría llegar a perder uno o posiblemente dos, sin tener el empuje perdido mal afecta su lanzamiento; los otros podrían disparar más largo para compensar.
Sin embargo, una lección aprendida de la N-1 viene a la mente: con 42 motores hay 42 sistemas complejos en los que un pequeño contratiempo puede descomponer todo el escenario. SpaceX, obviamente, no va a utilizar el anticuado sistema de KORD Soviética para gestionar la retroalimentación de todos sus motores. Así que solo nos queda esperar - especialmente los 100 voluntarios para la primera misión! - Que se le ocurre una manera mucho más éxito de la gestión de los datos de que muchos motores que encienden al mismo tiempo. Debido a que los motores 42 es un montón de lugares para que algo vaya mal suficiente para acabar con un cohete.