N1大火箭早出生了50年,结果就悲剧了
2020-08-01 22:08:35
上世纪50到60年代,在苏联首先发射了人类历史上第一颗人造地球卫星之后,美国自然是非常的着急。在最初的几年里,美国甚至无法发射同样的卫星;随后虽然美国人也终于发射了可以环绕地球轨道飞行的卫星,但是却比苏联的卫星小得多。这种“羞辱”让美国人感到很没面子。于是就开始把有人登月作为下一波的竞争目标。在这一点上,美国人倒是后来居上。想要实现有人登月或者至少是有人环绕月球飞行再安全返回,那么地月转移轨道需要的发射能力至少要30吨以上,有人登月飞船整体则需要超过40吨级。也就是从地球上起飞的大火箭,至少要把35吨到45吨的物体扔到36万公里的地月引力平衡点以外才行。为此布劳恩设计了土星5号大火箭,第一级采用5台F1型煤油液氧大推力发动机,第二级采用F2大推力氢氧机。F1大推力发动机的单台推力高达680吨。
而苏联方面却无法在短时间内设计生产出如此大推力的单体火箭发动机。只好赶鸭子上架式的用多达30个NK15小推力发动机组合成了N1大火箭的第一级。NK15发动机的单台推力是154吨,30台组合的最大推力4620吨,这点上比土星五号大火箭的3400吨的起飞推力还大1000多吨。这个起飞推力其实是显著超标的。多台发动机并联,推力冗余度大,中间如果哪怕失效关闭一两台发动机甚至3到4台发动机,都不影响本级火箭完成任务。但问题是NK15发动机本身的可靠性就不高。任何一台出故障,都不是立即关机熄火那么简单。而是动不动就爆炸,这样坏掉的发动机就在其中扮演“Z队友”的负面角色。另外当时控制火箭的计算机运算速度只有每秒万次以下,和当今的计算机完全无法比。因此对故障发动机的关机和重新形成推力的协调和平衡反应相当迟钝。最终造成屡次误事。
另外N1大火箭进行工程实践时,苏联的火箭天才科罗廖夫已经去世,继任主设计师的工程管理实力远远不如。瀚海狼山(匈奴狼山)认为,这也间接导致N1大火箭除了发动机的可靠性外还有另外一些低级设计错误。1969年2月到1972年11月,N1大火箭发射了4次,全部都以失败告终。第一次发射,部分发动机出现了停机故障,火箭上反应迟钝而且盲目的主计算机,居然把第一级的发动机全部先后对称关机,导致火箭整体坠地失败。第二次发射,一台发动机在点火前0.25秒涡轮泵爆炸,导致第一级连锁反应,最终起飞后十几秒就炸毁在发射台上。第三次发射,难得第一级的30台发动机没有一台出故障,全部正常工作。谁知道这种罕见的全部正常工作推力太猛,居然让N1大火箭高速的自旋起来,陆续甩飞了上面的各级和飞船,导致任务失败。第四表现最好,火箭本身整体飞到了40公里的高空,就在第一第二级分离前7秒,因为内部压力出问题第一级又爆炸了。此时按照美国人的宣传,已经完成了多次有人登月并顺利返回,苏联人心灰意冷,没有把这个项目继续下去。
因为N1大火箭的教训。此后普遍认为过多的小推力发动机强行捆绑,安全效率是不升反降的。于是苏联后来也研发出了RD170这种单发推力超过480吨的大推力液氧煤油机而且成功返销美国,反倒是美国人把当年的F1大推力发动机的技术给搞丢了。私人航天公司居然又用27台小推力的梅林发动机搞出了重型猎鹰,虽然不够有人登月,但近地轨道入轨能力仍然超过60吨。这主要在于当代的火箭主计算机控制协调能力早就今非昔比。N1大火箭也只能感慨自己早生了50年。