Como sabemos, durante la carrera espacial, Estados Unidos y la Unión Soviética competían ferozmente. Cada uno tratando de superar al otro creando su idea de un cohete lunar. Mientras que el enfoque de los Estados Unidos fue aumentar el tamaño de sus motores (lo que resultó en el motor F-1), la Unión Soviética simplemente decidió agregar más motores a cada etapa.
Cada elección de diseño al principio puede parecer igual, sin embargo, los registros de ambos cohetes dicen lo contrario. Si bien la tasa de éxito y falla del Saturn V fue casi perfecta, el N-1 falló en cada uno de sus cuatro lanzamientos.
Si bien puede ser tentador decir simplemente que el diseño del cohete soviético fue tonto, parece que muchos otros factores prominentes jugaron un papel en el fracaso del programa N-1. Como este extracto de Wikipedia dice:
N1-L3 no contó con fondos suficientes y se apresuró, y comenzó a desarrollarse en octubre de 1965, casi cuatro años después del Saturno V. El proyecto se descarriló gravemente por la muerte de su diseñador principal, Sergei Korolev, en 1966.
Junto con lo anterior, parecía haber conflictos y desacuerdos entre ciertos líderes clave del proyecto, lo que probablemente también causó fricciones en el proyecto. Además, por lo que he leído, los motores utilizados en el N-1 estaban bastante bien diseñados y probados.
En resumen, parece que la falla del cohete N-1 fue el resultado de muchos problemas externos, en lugar de que simplemente tuviera un diseño "tonto".
Esto me lleva a mi pregunta. Si se eliminaran los problemas anteriores y se le diera a un diseño de cohete N-1 la financiación adecuada, investigación y desarrollo, etc., ¿podría construirse y volarse con éxito un cohete N-1 en funcionamiento (o un cohete de diseño similar) hoy? ¿O el N-1 simplemente tiene un mal diseño?
NOTA : mi uso de la palabra "moderno" en el título es un poco diferente de su significado real. Cuando digo "un cohete N-1 moderno", simplemente me refiero a un cohete que se diseñaría, construiría y probaría hoy, sin todos los problemas de diseño anteriores.
Según Wikipedia , los problemas de desarrollo con el N-1 se vieron exacerbados por el hecho de que los motores NK-15
tenía una serie de válvulas que se activaban por pirotecnia en lugar de medios hidráulicos o mecánicos, siendo esta una medida de ahorro de peso. Una vez cerradas, las válvulas no se podían volver a abrir.
Esto significaba que los motores individuales solo podían probarse volándolos en el N-1. Después de los primeros vuelos fallidos, mientras se rediseñaba el cohete, el NK-15 fue reemplazado por el NK-33/43 , que desde entonces ha demostrado ser un motor exitoso, por lo que podemos suponer que los problemas con los motores individuales podrían solucionarse. . Las oscilaciones longitudinales "pogo" de los motores rompieron las tuberías en los vuelos de prueba, provocando varios incendios y explosiones. Se podrían instalar medidas anti-pogo y los sensores podrían calibrarse mejor para apagar los motores que vibran antes de que se suelte algo.
El artículo también menciona
penacho de escape y problemas dinámicos de fluidos (causando el balanceo del vehículo, cavitación por vacío y otros problemas)
Es difícil describir cuánto más avanzado es el estado del arte en simulación de software de dinámica de fluidos ahora que en 1969. Una computadora de escritorio típica hoy en día es unas 1000 veces más poderosa que las supercomputadoras más rápidas de esa era. Es muy probable que estos problemas (presumiblemente debido a la interacción de las columnas de escape de 30 motores con el flujo de aire alrededor del cuerpo del cohete) puedan identificarse, pero resolverlos podría requerir un rediseño extenso de la estructura de empuje de la primera etapa, por ejemplo. Por ejemplo, podría resultar que uno o dos motores en la línea central del cohete resolverían los problemas creados por la disposición del motor de anillos concéntricos del N-1. Cualquiera que sea la causa y la posible solución de estos problemas, probablemente sean los más "fundamentales" de los defectos de diseño del N1.
El control de balanceo en el N1 se logró mediante el empuje diferencial de los motores inclinados en el anillo exterior de 24 motores, dispuestos en 8 grupos de 3 motores; cada grupo consta de 2 motores inclinados hacia afuera, con el motor central sin inclinar, como primera etapa. los motores no estaban cardanizados; El control de cabeceo y guiñada se realizó acelerando diferencialmente los motores intermedios no inclinados de cada grupo de 3 motores. La falla del control de balanceo durante el lanzamiento de 6L daría como resultado que se agregaran 4 motores de control de balanceo dedicados en el eje exterior del Bloque A, para complementar el sistema. Desde entonces, Aerojet ha agregado cardanes a su versión del NK-33, lo que brindaría un control de balanceo mucho mejor al precio de peso y complejidad adicionales.
Una fuente secundaria de problemas en los vuelos de prueba fue el sistema de control del motor KORD. Uno de los trabajos de KORD era, ante la falla de un solo motor, apagar el motor opuesto para mantener el empuje equilibrado. En el primer vuelo, las señales transitorias del daño inducido por pogo hicieron que KORD apagara todo el escenario; no es lo ideal, pero el escenario estaba en llamas en ese momento de todos modos, por lo que es probable que el cohete se hubiera perdido de todos modos. Más pruebas, un mejor control de calidad en la instalación del sensor, etc., probablemente también podrían mitigar estos problemas.
Debido a que los 4 vuelos de prueba N1 fallaron durante la parte del vuelo de la primera etapa, ninguna de las etapas superiores se probó nunca en condiciones realistas, y sin duda habrían tenido sus propios problemas (aunque esos problemas no incluirían sobrevivir diez millones de libras de empuje). No me imagino que tales problemas serían insuperables.
Creo que el N1 finalmente fracasó porque no se gastó suficiente tiempo y dinero, y porque las personas que podían ver los problemas de ingeniería no tenían el poder de establecer los horarios. En contraste, el desarrollo del Saturn fue muy exitoso, con un primer vuelo de prueba casi perfecto (Apolo 4) y un muy buen récord: creo que 12 de 13 lanzamientos exitosos y ninguna falla catastrófica. Permitir que el Apolo 4 se retrase un año completo desde su programa de lanzamiento original lo hizo posible. Como dijo Feynman con respecto al desastre del Challenger, "para una tecnología exitosa, la realidad debe tener prioridad sobre las relaciones públicas, ya que no se puede engañar a la Naturaleza".
Vale la pena señalar que las fallas en el lanzamiento de N-1 no fueron inesperadas . Al principio del programa, se tomó la decisión de no invertir en instalaciones para pruebas en tierra de etapas completas, porque construir el banco de pruebas de la primera etapa llevaría 4 años y mucho dinero.
En cambio, el plan era hacer 12 lanzamientos de prueba, todos usando cargas útiles repetitivas. Este era un enfoque común en los proyectos de cohetes soviéticos en ese momento. Los primeros 2 lanzamientos se realizaron en rápida sucesión (febrero y julio de 1969), pero después del Apolo 11, el programa perdió su urgencia al perderse la carrera lunar. El trabajo continuó a un ritmo más lento, con el cuarto lanzamiento en 1972.
En 1974, el OBK-1 de Mishin (a cargo del N-1, y todavía trabajando en una misión a la Luna y mejoras al N-1) se combinó con el OKB-456 de Glushko bajo el liderazgo de Glushko. Se había opuesto a la N-1 desde el principio y la canceló inmediatamente. Esto sucedió en mayo de 1974.
Esta terminación se produjo en un momento desafortunado: el quinto cohete, con motores NK-33 reiniciables, se estaba preparando para el lanzamiento, y había más cohetes en preparación. El cuarto lanzamiento estuvo cerca de hacer un encendido completo de la primera etapa, por lo que esperaban poder probar la segunda etapa en el quinto vuelo.
(fuente: N-1 para la Luna y Marte, N. Stevens y M. Johnson)
El desarrollo del motor cohete F-1 para la primera etapa del Saturno V tomó mucho tiempo y se inició años antes del desarrollo del Saturno. En 1955 se iniciaron los primeros estudios del motor. En 1958 se dio el primer contrato para el desarrollo. La primera prueba de una cámara de combustión fue en 1959, esta prueba se realizó sin la turbina y las turbobombas. Se construyeron tanques especiales de alta presión para esta prueba en tierra para usar solo alimentación a presión. 1961, antes del vuelo de Gagarin y del discurso de Kennedy, se probó con éxito la cámara de combustión. Se realizaron 2471 pruebas con el F-1 y 1110 pruebas durante todo el tiempo necesario para un vuelo del Saurn V. Hubo 34 pruebas de un S-IC completo. 1966 el motor fue certificado para vuelo tripulado.
Con suficiente tiempo para el desarrollo y las pruebas del N1 y sus motores, así como suficiente dinero para numerosas pruebas en tierra del propio motor y una primera etapa completa, un cohete moderno como el N1 debería ser posible. Pero la interacción de los 30 motores fue muy compleja y difícil.
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russell borogove
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