N1 (fusée) - N1 (rocket)

N1/L3

Maquette au cosmodrome de Baïkonour à la fin de 1967
Fonction	Lunaire equipage véhicule de lancement / super lanceur lourd élévateur
Fabricant	OKB-1
Pays d'origine	URSS
Taille
Hauteur	105,3 mètres (345 pieds)
Diamètre	17,0 mètres (55,8 pieds)
Masse	2 750 tonnes (6 060 000 livres)
Étapes	5
Capacité
Charge utile vers LEO
Masse	95 t (209 000 lb)
Charge utile vers TLI
Masse	23,5 t (52 000 lb)
Historique de lancement
Statut	Échec, annulé
Sites de lancement	LC-110, Baïkonour
Nombre total de lancements	4
Succès	0
Les échecs)	4
Premier vol	21 février 1969
Dernier vol	23 novembre 1972
Première étape – Bloc A
Diamètre	17,0 m (55,8 pi)
Moteurs	30 NK-15
Poussée	45 400 kN (10 200 000 lbf)
Impulsion spécifique	330 secondes (3,2 km/s)
Temps de combustion	125 s
Propergol	RP-1 / LOX
Deuxième étape – Bloc B
Moteurs	8 NK- 15V
Poussée	14 040 kN (3 160 000 lbf)
Impulsion spécifique	346 secondes (3,39 km/s)
Temps de combustion	120 s
Propergol	RP-1 / LOX
Troisième étape – Bloc V
Moteurs	4 NK-21
Poussée	1 610 kN (360 000 lbf)
Impulsion spécifique	353 secondes (3,46 km/s)
Temps de combustion	370 s
Propergol	RP-1 / LOX
Quatrième étape (N1/L3) – Bloc G (Départ de la Terre)
Moteurs	1 NK-19
Poussée	446 kN (100 000 lbf)
Impulsion spécifique	353 secondes (3,46 km/s)
Temps de combustion	443 s
Propergol	RP-1 / LOX

Le N1/L3 (de Ракета-носитель Raketa-nositel' , « Carrier Rocket » ; cyrillique : Н 1 ) était un lanceur super lourd destiné à livrer des charges utiles au-delà de l' orbite terrestre basse . Le N1 était l' équivalent soviétique du Saturn V américain et était destiné à permettre des voyages en équipage vers la Lune et au-delà, avec des études commençant dès 1959. Son premier étage reste l'un des étages de fusée les plus puissants jamais construits, dépassé seulement par le SpaceX Super Heavy premier étage en 2021. Cependant, tous les quatre premiers étages N1 Block A pilotés ont échoué car un manque de tirs d'essai statique signifiait que des problèmes de plomberie et d'autres caractéristiques défavorables avec le grand groupe de trente moteurs et son alimentation complexe en carburant et en oxydant système n'ont pas été révélés plus tôt.

La version N1-L3 a été conçue pour rivaliser avec le programme américain Apollo pour faire atterrir une personne sur la Lune, en utilisant une méthode de rendez-vous en orbite lunaire similaire . Le lanceur de base N1 avait trois étages, qui devaient transporter la charge utile lunaire L3 en orbite terrestre basse avec deux cosmonautes. Le L3 contenait un étage pour l'injection trans-lunaire ; une autre étape utilisée pour les corrections à mi-parcours, l' insertion de l' orbite lunaire et la première partie de la descente vers la surface lunaire ; un vaisseau spatial monopilote LK Lander ; et un vaisseau spatial orbital lunaire Soyouz 7K-LOK à deux pilotes pour le retour sur Terre.

N1-L3 était sous-financé et précipité, commençant le développement en octobre 1965, près de quatre ans après le Saturn V. Le projet a gravement déraillé par la mort de son concepteur en chef Sergei Korolev en 1966. Chacune des quatre tentatives de lancement d'un N1 a échoué, avec la deuxième tentative, le véhicule s'est écrasé sur sa rampe de lancement peu de temps après le décollage et a provoqué l'une des plus grandes explosions artificielles non nucléaires de l'histoire de l'humanité. Le programme N1 a été suspendu en 1974 et officiellement annulé en 1976. Tous les détails des programmes lunaires soviétiques en équipage ont été gardés secrets jusqu'à ce que l' Union soviétique soit sur le point de s'effondrer en 1989.

Histoire

En 1967, les États-Unis et l' Union soviétique étaient dans une course pour être les premiers à faire atterrir un humain sur la Lune . Le programme lunaire humain soviétique a reçu l'approbation officielle du gouvernement en 1964, et l'un des éléments clés de ce programme était la fusée appelée N1, de taille comparable à la fusée américaine Saturn V Moon. Ces tests ont eu des impacts significatifs sur les décisions clés du programme Apollo .

Le 25 novembre 1967, moins de trois semaines après le premier vol de Saturn V lors de la mission Apollo 4 , les Soviétiques ont déployé une fusée N1 vers la nouvelle rampe de lancement 110R du cosmodrome de Baïkonour au Kazakhstan soviétique . Cette fusée particulière, désignée 1M1 et également appelée véhicule d'essai et de formation logistique des systèmes d'installations, était en fait une maquette et conçue pour donner aux ingénieurs une expérience précieuse dans le déploiement, l' intégration de la rampe de lancement et les activités de restauration, rappelant des tests similaires menés avec une maquette Saturn V au Centre spatial Kennedy en Floride à la mi-1966. Alors que le robot transportait le Saturn 5 jusqu'à la plate-forme verticalement, le N1 a fait le voyage horizontalement et a ensuite été élevé à la verticale sur la plate - forme - une pratique standard dans le programme spatial soviétique . Le 11 décembre, après l'achèvement de divers tests, la fusée N1 a été abaissée et ramenée au bâtiment d'assemblage. La maquette 1M1 serait utilisée à plusieurs reprises dans les années à venir pour des tests d'intégration supplémentaires sur la rampe de lancement.

Bien que ce test ait été effectué en secret, un satellite de reconnaissance américain a photographié le N1 sur le pad peu de temps avant son retour au bâtiment d'assemblage. L'administrateur de la NASA, James Webb, avait accès à ce renseignement et à d'autres renseignements similaires qui montraient que les Russes planifiaient sérieusement des missions lunaires habitées . Cette connaissance a influencé plusieurs décisions américaines clés dans les mois à venir. L' imagerie satellite semblait montrer que les Soviétiques étaient proches d'un test en vol du N1, mais ne pouvaient pas révéler si cette fusée en particulier n'était qu'une maquette et que les Soviétiques avaient plusieurs mois de retard sur les États-Unis dans la course pour faire atterrir un humain sur la Lune. . À cette époque, les Soviétiques espéraient pouvoir effectuer un vol d'essai du N1 au cours du premier semestre de 1968, mais pour diverses raisons techniques, la tentative n'aurait pas lieu avant plus d'un an.

Les premiers concepts lunaires soviétiques

Modèle 3D statique de la fusée

En mai 1961, les États-Unis ont annoncé l'objectif d'atterrir une personne sur la Lune d'ici 1970. Au cours du même mois, le rapport Sur la reconsidération des plans pour les véhicules spatiaux dans le sens des objectifs de défense a fixé le premier lancement d'essai de la fusée N1 pour 1965. En juin, Korolev a reçu un petit financement pour démarrer le développement de N1 entre 1961 et 1963. Dans le même temps, Korolev a proposé une mission lunaire basée sur le nouveau vaisseau spatial Soyouz utilisant un profil de rendez-vous en orbite terrestre . Plusieurs lancements de fusées Soyouz seraient utilisés pour constituer un ensemble complet de missions lunaires, dont un pour le vaisseau spatial Soyouz, un autre pour l'atterrisseur lunaire et quelques-uns avec des moteurs cislunaires et du carburant. Cette approche, motivée par la capacité limitée de la fusée Soyouz, signifiait qu'un taux de lancement rapide serait nécessaire pour assembler le complexe avant que l'un des composants ne soit à court de consommables en orbite. Korolev a ensuite proposé que le N1 soit agrandi pour permettre un seul atterrissage lunaire de lancement. En novembre-décembre 1961, Korolev et d'autres ont tenté d'affirmer davantage qu'une fusée super lourde pourrait fournir des armes nucléaires ultra lourdes, telles que la Tsar Bomba qui vient d'être testée , ou de nombreuses ogives (jusqu'à 17) comme justification supplémentaire de la conception N1. Korolev n'était pas enclin à utiliser la fusée à des fins militaires, mais voulait réaliser ses ambitions spatiales et considérait le soutien militaire comme vital. La réponse militaire a été tiède - ils pensaient que le N1 avait peu d'utilité militaire et craignaient qu'il ne détourne des fonds d'usages purement militaires. La correspondance de Korolev avec les chefs militaires s'est poursuivie jusqu'en février 1962 avec peu de progrès.

Pendant ce temps, l' OKB-52 de Chelomei a proposé une mission alternative avec un risque beaucoup plus faible. Au lieu d'un atterrissage en équipage, Chelomei a proposé une série de missions circumlunaires pour battre les États-Unis à proximité de la Lune. Il a également proposé un nouveau booster pour la mission, regroupant trois de ses UR-200 existants (connus sous le nom de SS-10 à l'ouest) pour produire un seul booster plus grand, l'UR-500. Ces plans ont été abandonnés lorsque Glushko a offert à Chelomei le RD-270, qui a permis la construction de l' UR-500 dans une conception "monobloc" beaucoup plus simple. Il a également proposé d'adapter une conception de vaisseau spatial existante pour la mission circumlunaire, le cosmonaute unique LK-1 . Chelomei a estimé que les améliorations apportées aux premières missions UR-500/LK-1 permettraient d'adapter le vaisseau spatial à deux cosmonautes.

Les forces de missiles stratégiques de l'armée soviétique étaient réticentes à soutenir un projet politiquement motivé avec peu d'utilité militaire, mais Korolev et Chelomei ont tous deux poussé pour une mission lunaire. Entre 1961 et 1964, la proposition moins agressive de Chelomei a été acceptée et le développement de son UR-500 et du LK-1 a reçu une priorité relativement élevée.

Début du développement de Lunar N1

Valentin Glushko , qui détenait alors un quasi-monopole sur la conception de moteurs de fusée en Union soviétique, a proposé le moteur RD-270 utilisant des propulseurs dissymétriques de diméthylhydrazine (UDMH) et de tétroxyde d'azote (N ₂ O ₄ ) pour alimenter la conception N1 nouvellement agrandie. Ces propulseurs hypergoliques s'enflamment au contact, réduisant la complexité du moteur, et ont été largement utilisés dans les moteurs existants de Glushko sur divers ICBM . Le cycle de combustion étagée à plein débit RD-270 était en test avant l'annulation du programme, obtenant une impulsion spécifique plus élevée que le cycle de générateur de gaz Rocketdyne F-1 malgré l'utilisation de propulseurs UDMH/N ₂ O ₄ avec une impulsion potentielle plus faible. Le moteur F-1 avait cinq ans de développement à l'époque et connaissait toujours des problèmes de stabilité de combustion.

Glushko a souligné que le US Titan II GLV avait piloté avec succès un équipage avec des propulseurs hypergoliques similaires. Korolev a estimé que la nature toxique des carburants et de leurs gaz d'échappement présentait un risque pour la sécurité des vols spatiaux en équipage, et que le kérosène/LOX était une meilleure solution. Le désaccord entre Korolev et Glushko sur la question des carburants est finalement devenu un problème majeur qui a entravé les progrès.

Des problèmes personnels entre les deux ont joué un rôle, Korolev tenant Glushko pour responsable de son incarcération au Kolyma Goulag dans les années 1930 et Glushko considérant Korolev comme cavalier et autocratique envers les choses hors de sa compétence. La différence d'opinions a conduit à une brouille entre Korolev et Glushko. En 1962, un comité a été nommé pour résoudre le différend et a convenu avec Korolev. Glushko a refusé catégoriquement de travailler sur les moteurs LOX/kérosène, et avec Korolev en général. Korolev a finalement abandonné et a décidé de faire appel à Nikolai Kuznetsov , le concepteur du moteur à réaction OKB-276 , tandis que Glushko s'est associé à d'autres concepteurs de fusées pour construire les très réussies fusées Proton , Zenit et Energia .

Kuznetsov, qui avait une expérience limitée dans la conception de fusées, a répondu avec le NK-15 , un moteur assez petit qui serait livré en plusieurs versions accordées à différentes altitudes. Pour atteindre la quantité de poussée requise, il a été proposé d'utiliser 30 NK-15 dans une configuration groupée. Un anneau extérieur de 24 moteurs et un anneau intérieur de six moteurs seraient séparés par un entrefer, le flux d'air étant fourni via des entrées près du sommet du booster. L'air serait mélangé à l'échappement afin de fournir un certain degré d' augmentation de la poussée , ainsi que le refroidissement du moteur. L'agencement de 30 tuyères de moteur-fusée sur le premier étage du N1 aurait pu être une tentative de création d'une version grossière d'un système de moteur aérospike toroïdal ; des moteurs aérospike plus conventionnels ont également été étudiés.

Complexe lunaire N1-L3

Profil de mission lunaire N-1/L3

Korolev a proposé un N1 plus grand combiné avec le nouveau package lunaire L3 basé sur le Soyouz 7K-L3 . Les étages de fusée combinés L3, le Soyouz modifié et le nouvel atterrisseur lunaire LK devaient être lancés par un seul N1 pour effectuer un atterrissage lunaire. Chelomei a répondu avec un véhicule dérivé de l'UR-500 en cluster, surmonté du vaisseau spatial L1 déjà en cours de développement, et d'un atterrisseur développé par son bureau d'études. La proposition de Korolev a été sélectionnée comme gagnante en août 1964, mais Chelomei a été invité à poursuivre son travail circumlunaire UR-500/L1.

Lorsque Khrouchtchev a été renversé plus tard en 1964, les luttes intestines entre les deux équipes ont recommencé. En octobre 1965, le gouvernement soviétique ordonna un compromis ; la mission circumlunaire serait lancée sur l'UR-500 de Chelomei en utilisant le vaisseau spatial Soyouz de Korolev à la place de leur propre conception Zond ("sonde"), visant un lancement en 1967, le 50e anniversaire de la révolution bolchevique . Korolev, quant à lui, poursuivrait sa proposition initiale N1-L3. Korolev avait clairement gagné l'argument, mais le travail sur la L1 continuait quand même, ainsi que sur le Zond.

En 1966, le projet américain Gemini avait renversé l'avance soviétique dans l'exploration spatiale habitée, Korolev a d'abord fait pression pour une mission circumlunaire en équipage, qui a été rejetée. Il a finalement réussi le 3 août 1964 lorsque le Comité central a finalement adopté une résolution intitulée « Sur les travaux impliquant l'étude de la Lune et de l'espace extra-atmosphérique » avec l'objectif d'atterrir un cosmonaute sur la Lune dans le délai de 1967 à 68, avant les missions américaines Apollo.

Après la mort de Korolev en 1966 en raison de complications après une intervention chirurgicale mineure, les travaux sur N1-L3 ont été repris par son adjoint, Vasily Mishin . Mishin n'avait pas l'astuce ou l'influence politique de Korolev et était réputé pour être un gros buveur. Ces problèmes ont contribué à l'annulation éventuelle du N1 et de la mission lunaire dans son ensemble, tout comme quatre échecs de lancement consécutifs sans succès.

Numéros de série du véhicule N1

N1 photographié par le satellite de reconnaissance américain KH-8 Gambit , 19 septembre 1968

• N1 1L - modèle de test dynamique à grande échelle, chaque étape a été testée individuellement de manière dynamique ; la pile N1 complète n'a été testée qu'à l'échelle 1/4.
• N1 2L (1M1) – Véhicule d'essai et de formation logistique des installations (FSLT et TV) ; deux premiers étages peints en gris, un troisième étage en gris-blanc et L3 en blanc.
• N1 3L – première tentative de lancement, feu moteur, explosé à 12 km.
• N1 4L – Bloquer un réservoir LOX a développé des fissures ; jamais lancé, pièces du bloc A utilisées pour d'autres lanceurs ; reste de la structure de la cellule mis au rebut.
• N1 5L – partiellement peint en gris ; lancement de la première nuit ; l'échec du lancement a détruit le pad 110 Est .
• N1 6L – lancé depuis le deuxième pad 110 Ouest, contrôle de roulis déficient, détruit après 51s.
• N1 7L – tout blanc, dernière tentative de lancement ; la coupure du moteur à 40 kilomètres (22 nmi) a provoqué un martèlement de la ligne de propulsion , brisant le système de carburant.
• N1 8L et 9L - N1F prêts au vol avec des moteurs NK-33 améliorés dans le bloc A, mis au rebut lorsque le programme a été annulé.
• N1 10L – inachevé, mis au rebut avec 8L et 9L.

N1F

Mishin a poursuivi le projet N1F après l'annulation des plans d'alunissage avec équipage dans l'espoir que le propulseur soit utilisé pour construire la base lunaire de Zvezda . Le programme a pris fin en 1974 lorsque Mishin a été remplacé par Glushko. Deux N1F étaient en préparation pour le lancement à l'époque, mais ces plans ont été annulés.

Les deux N1F prêts à voler ont été mis au rebut et leurs restes pouvaient encore être retrouvés autour de Baïkonour des années plus tard, utilisés comme abris et hangars de stockage. Les boosters ont été délibérément détruits dans le but de dissimuler les tentatives infructueuses de l'URSS sur la Lune, ce qui a été publiquement déclaré être un projet sur papier afin de tromper les États-Unis en leur faisant croire qu'il y avait une course en cours. Cette histoire de couverture a duré jusqu'à la glasnost , lorsque le matériel restant a été exposé publiquement.

Conséquences et moteurs

Le programme a été suivi du concept "Vulkan" d'un énorme lanceur utilisant les ergols Syntin / LOX , remplacé plus tard par LH2 / LOX sur les 2ème et 3ème étages. "Vulkan" a été remplacé par le programme Energia / Bourane en 1976.

Environ 150 des moteurs améliorés du N1F ont échappé à la destruction. Bien que la fusée dans son ensemble n'était pas fiable, les moteurs NK-33 et NK-43 sont robustes et fiables lorsqu'ils sont utilisés comme une unité autonome. Au milieu des années 1990, la Russie a vendu 36 moteurs pour $ 1,1 million chacun et une licence pour la production de nouveaux moteurs à la société américaine Aerojet General .

La société américaine Kistler Aerospace a travaillé à l'intégration de ces moteurs dans une nouvelle conception de fusée avec l'intention d'offrir des services de lancement commercial, mais la tentative s'est soldée par une faillite. Aerojet a également modifié le NK-33 à intégrer la capacité de contrôle du vecteur de poussée pour la science orbitale de Antares véhicule de lancement. Antares a utilisé deux de ces moteurs AJ-26 modifiés pour la propulsion du premier étage. Les quatre premiers lancements de l'Antarès ont été couronnés de succès, mais lors du cinquième lancement, la fusée a explosé peu de temps après le lancement. L'analyse préliminaire de la défaillance par Orbital a indiqué une défaillance possible de la turbopompe dans un NK-33/AJ-26. Compte tenu des problèmes antérieurs d'Aerojet avec le moteur NK-33/AJ-26 pendant le programme de modification et d'essai (deux pannes de moteur lors des tirs d'essai statiques, dont l'une a causé des dommages importants au banc d'essai) et la panne ultérieure en vol, Orbital a décidé que le NK-33/AJ-26 n'était pas assez fiable pour une utilisation future.

En Russie, les moteurs N1 n'ont été réutilisés qu'en 2004, lorsque les 70 moteurs restants ont été incorporés dans une nouvelle conception de fusée, le Soyouz 3. En 2005, le projet a été gelé en raison du manque de financement. Au lieu de cela, le NK-33 a été incorporé dans le premier étage d'une variante légère de la fusée Soyouz , qui a été lancée pour la première fois le 28 décembre 2013.

La description

Comparaison des lanceurs super lourds . Les masses indiquées sont la charge utile maximale en orbite terrestre basse en tonnes métriques.

Schéma des étages de fusée (en russe)

Le N1 était une très grande fusée, mesurant 105 mètres (344 pieds) de haut avec sa charge utile L3. Le N1-L3 se composait de cinq étages au total : les trois premiers (N1) pour l'insertion dans une orbite terrestre basse de stationnement, et deux autres (L3) pour l' injection translunaire et l'insertion en orbite lunaire. Entièrement chargé et plein de carburant, le N1-L3 pesait 2 750 tonnes (6 060 000 lb). Les trois étages inférieurs ont été façonnés pour produire un seul tronc de 17 mètres (56 pieds) de large à la base, tandis que la section L3 était principalement cylindrique, transportée à l'intérieur d'un linceul d'une largeur estimée à 3,5 mètres (11 pieds). La forme conique des étages inférieurs était due à la disposition des réservoirs à l'intérieur, un plus petit réservoir de kérosène sphérique au-dessus du plus grand réservoir d'oxygène liquide en dessous.

Au cours de la durée de vie de la N1, une série de moteurs améliorés a été introduit pour remplacer ceux utilisés dans la conception d'origine. Le N1 modifié résultant était connu sous le nom de N1F, mais n'a pas volé avant l'annulation du projet.

Bloc A première étape

Le premier étage, le bloc A , était propulsé par 30 moteurs NK-15 disposés en deux anneaux, l'anneau principal de 24 au bord extérieur du propulseur et le système de propulsion central composé des 6 moteurs internes à environ un demi-diamètre. Le système de contrôle était principalement basé sur l'étranglement différentiel des moteurs de la bague extérieure pour le tangage et le lacet. Le système de propulsion central n'a pas été utilisé pour le contrôle. Le bloc A comprenait également quatre ailerons de grille , qui ont ensuite été utilisés sur les conceptions de missiles air-air soviétiques . Au total, le bloc A produit 45400 kN (10200000 lbf) de poussée et pourrait être considérée comme une véritable Nouvelle - classe première étape (Nova était le nom utilisé par la NASA pour décrire un rappel très important dans les 10-20 millions de livres de gamme de poussée ). Cela dépassait la poussée de 33 700 kN (7 600 000 lbf) du Saturn V.

Système de contrôle du moteur

Le KORD (acronyme russe de KO ntrol R aketnykh D vigateley - littéralement "Contrôle (des) moteurs de fusée" - russe : Контроль ракетных двигателе) était le système de contrôle automatique du moteur conçu pour accélérer, arrêter et surveiller le grand groupe de 30 moteurs dans Bloc A (la première étape). Le système KORD contrôlait la poussée différentielle de l'anneau extérieur de 24 moteurs pour le contrôle d'assiette en tangage et en lacet en les étranglant de manière appropriée et il arrêtait également les moteurs défectueux situés en face l'un de l'autre. Il s'agissait d'annuler le moment de tangage ou de lacet que les moteurs diamétralement opposés dans l'anneau extérieur généreraient, maintenant ainsi une poussée symétrique. Le bloc A pourrait fonctionner nominalement avec deux paires de moteurs opposés arrêtés (moteurs 26/30). Malheureusement, le système KORD n'a pas été en mesure de réagir aux processus rapides tels que l'explosion de la turbopompe lors du deuxième lancement. En raison des déficiences du système KORD, un nouveau système informatique a été développé pour le quatrième et dernier lancement. Le S-530 était le premier système de guidage et de contrôle numérique soviétique, mais contrairement au KORD, qui n'était essentiellement qu'un système de contrôle de moteur analogique, le S-530 supervisait toutes les tâches de contrôle dans le lanceur et le vaisseau spatial, dont le N1 transportait deux , celui situé dans le troisième étage du bloc V qui contrôlait les moteurs des trois premiers étages. Le deuxième S-530 était situé dans le module de commande Soyouz LOK et assurait le contrôle pour le reste de la mission de TLI au survol lunaire et au retour sur Terre.

Bloc B deuxième étage

Le deuxième étage, le bloc B , était propulsé par 8 moteurs NK-15V disposés en un seul anneau. La seule différence majeure entre le NK-15 et le -15V était la cloche du moteur et divers réglages pour le démarrage pneumatique et les performances à haute altitude. Le N1F Block B a remplacé les moteurs NK-15 par des moteurs NK-43 améliorés .

Le bloc B pouvait résister à l'arrêt d'une paire de moteurs opposés (6/8 moteurs).

Bloc V troisième étage

L'étage supérieur, le bloc V ( В / V étant la troisième lettre de l' alphabet russe ), montait quatre moteurs NK-21 plus petits dans un carré. Le N1F Block V a remplacé les moteurs NK-21 par des moteurs NK-31.

Le bloc V pourrait fonctionner avec un moteur arrêté et trois fonctionnant correctement.

Problèmes de développement

La plomberie complexe nécessaire pour alimenter en carburant et en oxydant l'agencement groupé des moteurs de fusée était fragile et un facteur majeur dans 2 des 4 échecs de lancement. Le complexe de lancement de Baïkonour du N1 n'a pas pu être atteint par une barge lourde. Pour permettre le transport par chemin de fer, toutes les étapes devaient être expédiées en morceaux et assemblées sur le site de lancement.

Les moteurs NK-15 avaient un certain nombre de soupapes qui étaient activées par la pyrotechnie plutôt que par des moyens hydrauliques ou mécaniques, ce qui était une mesure d'économie de poids. Une fois fermées, les vannes ne pouvaient pas être rouvertes. Cela signifiait que les moteurs du bloc A n'étaient testés qu'individuellement et que l'ensemble du groupe de 30 moteurs n'avait jamais été testé statiquement en tant qu'unité. Sergei Khrouchtchev a déclaré que seuls deux moteurs sur chaque lot de six ont été testés, et non les unités réellement destinées à être utilisées dans le booster. En conséquence, les modes vibrationnels complexes et destructeurs (qui ont déchiré les lignes de propulsion et les turbines), ainsi que les problèmes de panache d'échappement et de dynamique des fluides (causant le roulis du véhicule, la cavitation sous vide et d'autres problèmes), dans le bloc A n'ont pas été découverts et travaillés. dehors avant le vol. Les blocs B et V ont fait l'objet d'essais statiques tirés en tant qu'unités complètes.

En raison de ses difficultés techniques et du manque de financement pour une campagne d'essais complète, le N1 n'a jamais effectué de vol d'essai. Douze vols d'essai étaient prévus, dont quatre seulement. Les quatre lancements sans équipage se sont soldés par un échec avant la séparation du premier étage. Le vol le plus long a duré 107 secondes, juste avant la séparation du premier étage. Deux lancements d'essai ont eu lieu en 1969, un en 1971 et le dernier en 1972.

Comparaison avec Saturne V

Une comparaison de la fusée américaine Saturn V (à gauche) avec la N1/L3 soviétique. Remarque : l'humain en bas illustre l'échelle

À 105 mètres (344 pieds), le N1-L3 était légèrement plus court que l'Américain Apollo - Saturn V (111 mètres, 363 pieds). Le N-1 avait un diamètre global plus petit mais un diamètre maximum plus grand (17 m/56 ft contre 10 m/33 ft). Le N1 a produit plus de poussée dans chacun de ses trois premiers étages que les étages correspondants du Saturn V. Le N1-L3 a produit plus d' impulsions totales dans ses quatre premiers étages que le Saturn V dans ses trois (voir tableau ci-dessous).

Le N1 était destiné à placer la charge utile L3 d'environ 95 t (209 000 lb) en orbite terrestre basse , le quatrième étage inclus dans le complexe L3 était destiné à placer 23,5 t (52 000 lb) en orbite translunaire. En comparaison, le Saturn V a placé le vaisseau spatial Apollo d'environ 45 t (100 000 lb) plus environ 74,4 t (164 100 lb) de carburant restant dans le troisième étage S-IVB pour l' injection translunaire dans une orbite de stationnement terrestre similaire.

Le N1 utilisait du carburant pour fusée à base de kérosène dans ses trois étages principaux, tandis que le Saturn V utilisait de l'hydrogène liquide pour alimenter ses deuxième et troisième étages, ce qui offrait un avantage de performance global en raison de l' impulsion spécifique plus élevée . Le N1 a également gaspillé le volume de propergol disponible en utilisant des réservoirs de propergol sphériques sous une peau externe à peu près conique, tandis que le Saturn V a utilisé la majeure partie de son volume de peau cylindrique disponible pour abriter des réservoirs d'hydrogène et d'oxygène en forme de capsule, avec des cloisons communes entre les réservoirs dans le second et troisième étapes.

La N1-L3 aurait été en mesure de convertir seulement 9,3% de son impulsion totale en trois étapes dans la charge utile en orbite de la Terre dynamique ( par rapport à 12,14% pour la Saturn V), et seulement 3,1% de son impulsion totale en quatre étapes dans la charge utile translunaire dynamique, contre 6,2 % pour la Saturn V.

Contrairement au complexe de lancement du Centre spatial Kennedy 39 , le complexe de lancement de Baïkonour du N1 ne pouvait pas être atteint par une barge lourde. Pour permettre le transport par chemin de fer, toutes les étapes devaient être expédiées en morceaux et assemblées sur le site de lancement. Cela a conduit à des difficultés dans les tests qui ont contribué au manque de succès de la N1.

Le Saturn V n'a également jamais perdu une charge utile en deux lancements de développement et onze lancements opérationnels, tandis que quatre tentatives de lancement de développement N1 ont tous abouti à un échec catastrophique, avec deux pertes de charge utile.

Historique de lancement

Premier échec, série 3L

21 février 1969 : numéro de série 3L – Zond L1S-1 (modification Soyouz 7K-L1S (Zond-M) du vaisseau spatial Soyouz 7K-L1 "Zond" ) pour le survol de la Lune

Quelques secondes après le lancement, une tension transitoire a provoqué l' arrêt du moteur n°12 du KORD . Après cela, le KORD a coupé le moteur n°24 pour maintenir une poussée symétrique. À T+6 secondes, une oscillation pogo dans le moteur n°2 a arraché plusieurs composants de leurs supports et a déclenché une fuite de propulseur. À T+25 secondes, d'autres vibrations ont rompu une conduite de carburant et provoqué le déversement du RP-1 dans la section arrière du propulseur. Lorsqu'il est entré en contact avec le gaz qui fuyait, un incendie s'est déclaré. L'incendie a alors traversé le câblage de l'alimentation électrique, provoquant un arc électrique qui a été capté par des capteurs et interprété par le KORD comme un problème de pressurisation dans les turbopompes. Le KORD a répondu en émettant une commande générale pour arrêter tout le premier étage à T+68 secondes après le lancement. Ce signal était également transmis jusqu'aux deuxième et troisième étages, les « verrouillant » et empêchant l'envoi d'une commande manuelle au sol pour démarrer leurs moteurs. La télémétrie a également montré que les groupes électrogènes du N-1 ont continué à fonctionner jusqu'à l'impact avec le sol à T+183 secondes.

Les enquêteurs ont découvert les restes de la fusée à 52 kilomètres (32 miles) de la rampe de lancement. Vasily Mishin avait initialement blâmé les générateurs pour l'échec, car il ne pouvait penser à aucune autre raison pour laquelle les 30 moteurs s'arrêteraient en même temps, mais cela a été rapidement démenti par les données de télémétrie et la récupération des générateurs du site de l'accident. Ils avaient survécu en bon état et ont été renvoyés à l'usine d'Istra, où ils ont été remis à neuf et ont fonctionné sans aucun problème lors d'essais au banc. L'équipe d'enquête n'a pas spéculé sur le fait que le premier étage en feu aurait pu continuer à voler si le système KORD ne l'avait pas arrêté.

Le KORD s'est avéré avoir un certain nombre de défauts de conception sérieux et une logique mal programmée. Un défaut imprévu était que sa fréquence de fonctionnement, 1 000 Hz, coïncidait parfaitement avec les vibrations générées par le système de propulsion, et l'arrêt du moteur n° 12 au décollage aurait été causé par des dispositifs pyrotechniques ouvrant une vanne, ce qui produisait une forte -une oscillation de fréquence qui est entrée dans le câblage adjacent et a été considérée par le KORD comme étant une condition de survitesse dans la turbopompe du moteur. On croyait que le câblage du moteur n° 12 était particulièrement vulnérable à cet effet en raison de sa longueur ; cependant, d'autres moteurs avaient un câblage similaire et n'ont pas été affectés. De plus, la tension de fonctionnement du système a augmenté à 25V au lieu des 15V nominaux. Le câblage de commande a été déplacé et recouvert d'amiante pour l'ignifugation et la fréquence de fonctionnement a été modifiée. Le système d'échappement de lancement a été activé et a fait son travail correctement, en sauvant la maquette du vaisseau spatial. Tous les vols suivants avaient des extincteurs au fréon installés à côté de chaque moteur. Selon Sergei Afanasiev , la logique de la commande d'arrêter l'ensemble du groupe de 30 moteurs dans le bloc A était incorrecte dans ce cas, comme l'enquête ultérieure l'a révélé.

Deuxième panne, série 5L

Numéro de série 5L - Zond L1S-2 pour l'orbite et le survol de la Lune et la photographie prévue des sites d'atterrissage possibles en équipage.

Le deuxième véhicule N-1 a été lancé le 3 juillet 1969 et transportait un vaisseau spatial L1 Zond modifié et une tour d'évacuation en direct. Boris Chertok a affirmé qu'un module lunaire de modèle de masse était également transporté; cependant, la plupart des sources indiquent que seuls les étages L1S-2 et boost étaient à bord du N-1 5L. Le lancement a eu lieu à 23h18, heure de Moscou. Pendant quelques instants, la fusée s'est élevée dans le ciel nocturne. Dès qu'il a dégagé la tour, il y a eu un éclair de lumière et des débris ont pu être vus tomber du bas du premier étage. Tous les moteurs se sont arrêtés instantanément à l'exception du moteur #18. Cela a amené le N-1 à se pencher à un angle de 45 degrés et à retomber sur la rampe de lancement 110 Est . Les près de 2 300 tonnes de propergol à bord ont déclenché une explosion massive et une onde de choc qui ont brisé les fenêtres du complexe de lancement et projeté des débris jusqu'à 10 kilomètres (6 miles) du centre de l'explosion. Les équipes de lancement ont été autorisées à sortir une demi-heure après l'accident et ont rencontré des gouttelettes de carburant non brûlé qui pleuvaient encore du ciel. La majorité de la charge propulsive du N-1 n'avait pas été consommée dans l'accident, et la plupart de ce qui avait brûlé se trouvait dans le premier étage de la fusée. Cependant, le pire des cas, le mélange du carburant et du LOX pour former un gel explosif, ne s'était pas produit. L'enquête qui a suivi a révélé que jusqu'à 85 % du propulseur à bord de la fusée n'avait pas explosé, réduisant la force de l'explosion. Le système d'échappement de lancement s'était activé au moment de l'arrêt du moteur (T + 15 secondes) et avait tiré la capsule L1S-2 en sécurité à 2,0 kilomètres (1,2 miles). L'impact avec le pad s'est produit à T+23 secondes. Le complexe de lancement 110 Est a été complètement nivelé par l'explosion, la dalle de béton s'est effondrée et l'une des tours d'éclairage a été renversée et tordue sur elle-même. Malgré la dévastation, la plupart des bandes de télémétrie ont été retrouvées intactes dans le champ de débris et examinées.

Juste avant le décollage, la turbopompe LOX du moteur n°8 a explosé (la pompe a été récupérée dans les débris et a montré des signes d'incendie et de fonte). L'onde de choc qui en a résulté a sectionné les conduites de propulsion environnantes et a déclenché un incendie à cause d'une fuite de carburant. L'incendie a endommagé divers composants de la section de poussée entraînant l'arrêt progressif des moteurs entre T+10 et T+12 secondes. Le KORD avait coupé les moteurs n° 7, n° 19, n° 20 et n° 21 après avoir détecté une pression et des vitesses de pompe anormales. La télémétrie n'a fourni aucune explication sur ce qui a coupé les autres moteurs. Le moteur n° 18, qui avait fait pencher le booster de plus de 45 degrés, a continué à fonctionner jusqu'à l'impact, ce que les ingénieurs n'ont jamais pu expliquer de manière satisfaisante. Il n'a pas été possible de déterminer exactement pourquoi la turbopompe n°8 avait explosé. Les théories de travail étaient que soit un morceau d'un capteur de pression s'était cassé et s'était logé dans la pompe, soit que ses pales de turbine avaient frotté contre le boîtier métallique, créant une étincelle de friction qui a enflammé le LOX. Le moteur n°8 avait fonctionné de manière erratique avant l'arrêt et un capteur de pression a détecté une "force incroyable" dans la pompe. Vasily Mishin croyait qu'un rotor de pompe s'était désintégré, mais Kuznetsov a fait valoir que les moteurs NK-15 étaient tout à fait irréprochables et Mishin, qui avait défendu l'utilisation des moteurs de Kuznetsov deux ans plus tôt, ne pouvait pas sortir publiquement et le défier. Kuznetsov a réussi à faire en sorte que le comité d'enquête après le vol juge la cause de la panne du moteur comme « ingestion de débris étrangers ». Vladimir Barmin, directeur en chef des installations de lancement à Baïkonour, a également fait valoir que le KORD devrait être verrouillé pendant les 15 à 20 premières secondes de vol pour éviter qu'une commande d'arrêt ne soit émise jusqu'à ce que le propulseur ait dégagé la zone de la plateforme. Le complexe détruit a été photographié par des satellites américains, révélant que l'Union soviétique construisait une fusée lunaire. Après ce vol, des filtres à carburant ont été installés dans les modèles ultérieurs. Il a également fallu 18 mois pour reconstruire la rampe de lancement et retarder les lancements. Ce fut l'une des plus grandes explosions artificielles non nucléaires de l'histoire de l'humanité et était visible ce soir-là à 35 kilomètres (22 miles) de Leninsk (Voir Tyuratam ).

Troisième panne, série 6L

26 juin 1971 : numéro de série 6L – mannequin Soyouz 7K-LOK ( Soyouz 7K-L1E No.1) et mannequin LK module-engin spatial

Peu de temps après le décollage, en raison de tourbillons et de contre-courants inattendus à la base du bloc A (le premier étage), le N-1 a subi un roulis incontrôlé au-delà de la capacité du système de contrôle à compenser. L'ordinateur KORD a détecté une situation anormale et a envoyé une commande d'arrêt au premier étage, mais comme indiqué ci-dessus, le programme de guidage a depuis été modifié pour empêcher que cela ne se produise jusqu'à 50 secondes après le lancement. Le roulis, qui était initialement de 6° par seconde, a commencé à accélérer rapidement. A T + 39 secondes, le servomoteur roulait à près de 40 ° par seconde, ce qui provoque le système de guidage inertiel pour aller dans blocage de cardan et à T + 48 secondes, le véhicule désintégré à partir de charges structurales. Le treillis intermédiaire entre le deuxième et le troisième étage s'est déformé et ce dernier s'est séparé de la pile et à T+50 secondes, la commande de coupure du premier étage a été débloquée et les moteurs ont immédiatement été arrêtés. Les étages supérieurs ont touché environ 7 kilomètres (4 miles) du complexe de lancement. Malgré l'arrêt du moteur, les premier et deuxième étages avaient encore assez d'élan pour parcourir une certaine distance avant de tomber à environ 15 kilomètres (9 miles) du complexe de lancement et de faire sauter un cratère de 15 mètres de profondeur (50 pieds) dans le steppe. Ce N1 avait des étages supérieurs factices sans système de sauvetage. Le prochain, dernier véhicule aurait un système de stabilisation beaucoup plus puissant avec des moteurs dédiés (dans les versions précédentes, la stabilisation se faisait en dirigeant les gaz d'échappement des moteurs principaux). Le système de contrôle moteur serait également retravaillé, faisant passer le nombre de capteurs de 700 à 13 000.

Quatrième panne, série 7L

23 novembre 1972 : numéro de série 7L - Soyouz 7K-LOK régulier (Soyouz 7K-LOK No.1) et module-engin spatial factice LK pour le survol de la Lune

Le départ et le décollage se sont bien passés. A T+90 secondes, un arrêt programmé du système de propulsion central (les six moteurs centraux) a été effectué pour réduire les contraintes structurelles sur le booster . En raison de charges dynamiques excessives causées par une onde de choc hydraulique lors de l'arrêt brutal des six moteurs, les conduites d'alimentation en carburant et en oxydant du système de propulsion principal ont éclaté et un incendie s'est déclaré dans la queue de bateau du booster ; de plus, le moteur n°4 a explosé. La première étape s'est interrompue à partir de T+107 secondes et toutes les données de télémétrie ont cessé à T+110 secondes. Le système d'échappement de lancement s'est activé et a mis le Soyouz 7K-LOK en sécurité. Les étages supérieurs ont été éjectés de la pile et se sont écrasés dans la steppe. Une enquête a révélé que l'arrêt brutal des moteurs a entraîné des fluctuations dans les colonnes de fluide des tuyaux d'alimentation, qui se sont rompues et ont déversé du carburant et du comburant sur les moteurs à l'arrêt, mais encore chauds. Une défaillance de la turbopompe du moteur n°4 a également été suspectée. On pensait que le lancement aurait pu être récupéré si les contrôleurs au sol avaient envoyé une commande manuelle pour larguer le premier étage et commencer à brûler le deuxième étage plus tôt car l'étage n'a échoué que 15 secondes avant qu'il ne se sépare à T+125 secondes et qu'il ait atteint la durée de combustion nominale de 110 secondes selon le cyclogramme.

Annulation du cinquième lancement

Le numéro de série du véhicule 8L a été préparé pour août 1974. Il comprenait un 7K-LOK Soyouz 7K-LOK régulier et un module-engin spatial LK régulier du complexe d'expédition lunaire L3. Il était destiné à un survol de la Lune et à un atterrissage sans équipage en vue d'une future mission en équipage. Le programme N1-L3 ayant été annulé en mai 1974, ce lancement n'a jamais eu lieu.

Confusion sur la désignation L3

Il existe une confusion parmi les sources en ligne russes quant à savoir si N1-L3 (russe : Н1-Л3) ou N1-LZ (russe : Н1-ЛЗ) était destiné, en raison de la similitude de la lettre cyrillique Ze pour "Z" et le chiffre "3". Parfois, les deux formulaires sont utilisés au sein du même site Web russe (ou même du même article). Les sources anglaises se réfèrent uniquement à N1-L3. La désignation correcte est L3, représentant l'une des cinq branches de l'exploration lunaire soviétique. L'étape 1 (Л1) était prévue comme un vol circumlunaire en équipage (réalisé en partie dans le programme Zond ); l'étape 2 (Л2) était un rover lunaire sans équipage (réalisé à Lunokhod ); l'étape 3 (Л3) aurait dû être un alunissage en équipage ; l'étape 4 (Л4) a été conceptualisée comme un vaisseau spatial avec équipage en orbite lunaire ; et l'étape 5 (Л5) a été conceptualisée comme un rover lunaire à équipage lourd pour soutenir un équipage de 3 à 5 personnes.

Voir également

• Comparaison des systèmes de lancement orbitaux
• Comparaison des familles de lanceurs orbitaux
• Nova (fusée)
• Système de lancement spatial
• Saturne V

Remarques

Les références

Bibliographie

• "L3" . Encyclopédie Astronautica . Récupéré le 2019-05-07 .
• Matthieu Johnson (2014). N-1 : Pour la Lune et Mars Un guide du Superbooster soviétique . ARA Presse ; Première édition. ISBN 9780989991407.

Liens externes

• Astronautix histoire de la N1
• Statistiques et informations. Modèle interactif.
• Séquence vidéo de l'échec du véhicule N-1 5L avec le système d'abandon du lancement activé
• Raketno-kosmicheskii kompleks N1-L3, livre : Гудилин В.Е., Слабкий Л.И. ( Слабкий Л.И. ) (Gudilin V., Slabkiy L.) "Ракетно-космические системы (История. Развитие. Перспективы)", М., 1996 (en russe)
• Entretien avec Vasily Pavlovich Mishin (en russe)
• Kistler Space Systems, la société américaine développant une fusée basée sur le NK-33
• Dessin