Könnte eine "moderne" N-1-Rakete erfolgreich gebaut und geflogen werden? [abgeschlossen]

Laut Wikipedia wurden die Entwicklungsprobleme bei der N-1 dadurch verschärft, dass die NK-15-Triebwerke

hatte eine Reihe von Ventilen, die durch Pyrotechnik und nicht durch hydraulische oder mechanische Mittel aktiviert wurden, was eine gewichtssparende Maßnahme war. Einmal geschlossen, konnten die Ventile nicht wieder geöffnet werden.

Dies bedeutete, dass einzelne Motoren nur getestet werden konnten, indem sie auf der N-1 geflogen wurden. Nach den ersten Fehlflügen wurde im Zuge der Überarbeitung der Rakete das NK-15 durch das inzwischen bewährte NK-33/43 ersetzt, so dass davon auszugehen ist, dass Probleme mit einzelnen Triebwerken behoben werden konnten . Longitudinale "Pogo" -Oszillationen der Triebwerke zerrissen die Rohrleitungen bei den Testflügen und verursachten verschiedene Brände und Explosionen. Anti-Pogo-Maßnahmen könnten installiert werden, und Sensoren könnten besser kalibriert werden, um vibrierende Motoren abzuschalten, bevor sie etwas losreißen.

Der Artikel erwähnt auch

Abgasfahnen- und Fluiddynamikprobleme (verursacht Fahrzeugrollen, Vakuumkavitation und andere Probleme)

Es ist schwer zu beschreiben, wie viel fortschrittlicher der Stand der Technik in der Softwaresimulation der Strömungsdynamik heute ist als 1969. Ein typischer Desktop-Computer ist heute ungefähr 1000-mal leistungsfähiger als die schnellsten Supercomputer dieser Zeit. Es ist sehr wahrscheinlich, dass diese Probleme (vermutlich aufgrund der Wechselwirkung der Abgasfahnen von 30 Triebwerken mit dem Luftstrom um den Raketenkörper herum) identifiziert werden könnten, aber ihre Lösung könnte eine umfassende Neugestaltung der Schubstruktur der ersten Stufe erfordern – z Beispielsweise könnte sich herausstellen, dass ein oder zwei Triebwerke in der Mittellinie der Rakete die Probleme lösen würden, die durch die Triebwerksanordnung mit konzentrischen Ringen der N-1 verursacht wurden. Was auch immer die Ursache und die mögliche Lösung dieser Probleme sind, sie sind wahrscheinlich die „fundamentalsten“ Konstruktionsfehler des N1.

Die Rollkontrolle des N1 wurde durch Differentialschub von geneigten Triebwerken im äußeren Ring von 24 Triebwerken erreicht, die in 8 Gruppen von 3 Triebwerken angeordnet waren - jede Gruppe bestand aus 2 nach außen geneigten Triebwerken, wobei das mittlere Triebwerk als erste Stufe nicht geneigt war Motoren wurden nicht kardanisch aufgehängt; Die Neigungs- und Giersteuerung erfolgte durch unterschiedliche Drosselung der nicht geneigten Mittelmotoren jeder Gruppe von 3 Motoren. Der Ausfall der Rollsteuerung während des 6L-Starts würde dazu führen, dass 4 dedizierte Rollsteuerungsmotoren an der äußeren Achse von Block A hinzugefügt werden, um das System zu ergänzen. Aerojet hat seitdem seiner Version des NK-33 Kardanringe hinzugefügt, die eine weitaus bessere Rollkontrolle zum Preis von zusätzlichem Gewicht und Komplexität bieten würden.

Eine sekundäre Problemquelle bei den Testflügen war das KORD-Triebwerkssteuerungssystem. Eine der Aufgaben von KORD bestand darin, beim Ausfall eines einzelnen Triebwerks das gegnerische Triebwerk abzuschalten, um einen ausgeglichenen Schub aufrechtzuerhalten. Beim ersten Flug führten vorübergehende Signale von durch Pogo verursachten Schäden dazu, dass KORD die gesamte Bühne abschaltete – nicht ideal, aber die Bühne stand zu diesem Zeitpunkt sowieso in Flammen, also wäre die Rakete wahrscheinlich trotzdem verloren gegangen. Mehr Tests, eine bessere Qualitätskontrolle bei der Sensorinstallation usw. könnten diese Probleme wahrscheinlich ebenfalls entschärfen.

Da alle 4 N1-Testflüge während des ersten Flugabschnitts fehlschlugen, wurde keine der oberen Stufen jemals unter realistischen Bedingungen getestet, und zweifellos hätten sie ihre eigenen Probleme gehabt (obwohl diese Probleme nicht das Überleben von zehn Millionen Pfund beinhalten würden Schub). Ich kann mir nicht vorstellen, dass solche Probleme unüberwindbar wären.

Ich denke, der N1 ist letztendlich gescheitert, weil nicht genug Zeit und Geld investiert wurde und weil die Leute, die die technischen Probleme sehen konnten, nicht die Macht hatten, die Zeitpläne festzulegen. Im Gegensatz dazu war die Entwicklung des Saturn sehr erfolgreich, mit einem fast fehlerfreien ersten Testflug (Apollo 4) und einer sehr guten Bilanz: Ich glaube, 12 von 13 erfolgreichen Starts und keine katastrophalen Ausfälle. Dass Apollo 4 gegenüber dem ursprünglichen Startplan um ein ganzes Jahr verzögert werden konnte, machte dies möglich. Wie Feynman in Bezug auf die Challenger-Katastrophe sagte: „Für eine erfolgreiche Technologie muss die Realität Vorrang vor der Öffentlichkeitsarbeit haben, denn die Natur lässt sich nicht täuschen.“

Es ist erwähnenswert, dass die N-1-Startfehler nicht unerwartet waren . Zu Beginn des Programms wurde entschieden, nicht in Einrichtungen für Bodentests kompletter Stufen zu investieren, da der Bau des Teststands der ersten Stufe 4 Jahre und viel Geld in Anspruch nehmen würde.

Stattdessen war geplant, 12 Teststarts durchzuführen, die alle Boilerplate-Nutzlasten verwenden. Dies war zu dieser Zeit ein gängiger Ansatz bei sowjetischen Raketenprojekten. Die ersten beiden Starts erfolgten kurz hintereinander (Februar und Juli 1969), aber nach Apollo 11 verlor das Programm seine Dringlichkeit, da das Mondrennen verloren ging. Die Arbeiten wurden in einem langsameren Tempo fortgesetzt, wobei der vierte Start 1972 stattfand.

1974 wurde Mishins OBK-1 (verantwortlich für die N-1 und immer noch an einer Mondmission und Verbesserungen an der N-1 arbeitend) mit Glushkos OKB-456 unter Glushkos Führung kombiniert. Er hatte sich von Anfang an gegen die N-1 gestellt und sie sofort abgesagt. Dies geschah im Mai 1974.

Diese Beendigung kam zu einem unglücklichen Zeitpunkt: Die fünfte Rakete mit wiederstartbaren NK-33-Triebwerken wurde für den Start vorbereitet, und weitere Raketen waren in Vorbereitung. Der vierte Start hatte fast die gesamte Dauer des Brennens der ersten Stufe erreicht, also hofften sie, die zweite Stufe beim fünften Flug testen zu können.

(Quelle: N-1 für Mond und Mars, N. Stevens und M. Johnson)

Die Entwicklung des F-1-Raketentriebwerks für die erste Stufe der Saturn V dauerte lange und wurde Jahre vor der Entwicklung der Saturn begonnen. 1955 wurden die ersten Studien für den Motor gestartet. 1958 wurde der erste Auftrag für die Entwicklung erteilt. Der erste Test einer Brennkammer war 1959, dieser Test wurde ohne Turbine und Turbopumpen durchgeführt. Für diesen Bodentest wurden spezielle Hochdrucktanks gebaut, um nur Druckspeisung zu verwenden. 1961, vor Gagarins Flug und Kennedys Rede, wurde die Brennkammer erfolgreich getestet. 2471 Tests wurden mit der F-1 und 1110 Tests für die gesamte Zeit durchgeführt, die für einen Flug der Saurn V benötigt wird. Es gab 34 Tests eines kompletten S-IC. 1966 wurde der Motor für den bemannten Flug zugelassen.

Mit genügend Zeit für die Entwicklung und Tests des N1 und seiner Triebwerke sowie genügend Geld für zahlreiche Bodentests des Triebwerks selbst und einer kompletten ersten Stufe sollte eine moderne Rakete wie die N1 möglich sein. Aber das Zusammenspiel aller 30 Motoren war sehr komplex und schwierig.