这枚火箭未能将苏联人送上月球

1969 年 2 月 20 日，天气非常寒冷，发射被推迟；即使是苏联最大的火箭也无法幸免于哈萨克斯坦严寒的冬天。第二天天气变暖，下午 3 点 18 分，巨大的 N-1 火箭首次离开地球。第一级 30 台发动机的综合推力震动了地面，从火箭底部喷涌而出的火焰让那些花了数年时间制造火箭的人惊叹不已。然后，仅仅 70 秒后，所有 30 台发动机都关闭了。动量将 N-1 带到了大约 17 英里的高空，然后重力使它坠落回地球。逃逸系统将作为有效载荷的改装月球飞船分离，将其送至距离发射台约 21 英里的地方。火箭的其余部分在大约 10 英里外着陆。不到两分钟，苏联为抢在美国登月道路上所做的最后一次英勇努力就化为一堆扭曲和烧焦的金属。

巨型助推器的起源

和太空时代的许多大型项目一样，N-1 火箭的起源早于太空时代正式开始之前，当时正值 Sputnik 发射。正如 20 世纪 50 年代中期美国的情况一样，苏联科学家和规划者开始将注意力转向太空。1954 年，苏联正在考虑的一项任务是载人飞越火星或金星，这比登陆任务简单得多，但无法用现有的 R-7 火箭完成。要到达我们的行星邻居，苏联人需要更大的火箭。

这一需求促使各军事和研究机构设计局局长于 1957 年 7 月提出了一些建议，其中之一就是重型星际火箭，即 TMK，这是俄语“重型星际飞船”的音译。最终，这枚火箭的制造权落到了隶属于空间技术研究所的 NII-88 研究中心的 OKB-1 设计局。作为 OKB-1 的首席设计师和负责人，该项目由谢尔盖·科罗廖夫亲自负责。

火星/金星飞越任务参数决定了火箭的具体情况。任务规划人员估计这些任务的最低有效载荷为 75 吨。其中只有 15 吨是星际飞船；其余 60 吨是火箭的质量。别忘了：火箭必须连同其有效载荷一起升空。

具有如此高升力的火箭需要强大的发动机，因此科罗廖夫向最有大型火箭经验的人求助：OKB-456 设计局局长瓦伦丁·格鲁什科。格鲁什科提出了在第一级发动机中使用硝酸和偏二甲肼的计划，但科罗廖夫断然拒绝了。他不想使用有毒化学品使本已颇具挑战性的 N-1 变得更加复杂。格鲁什科态度坚定，这种对发动机的分歧引发了工程师和设计局之间的长期冲突，也引发了格鲁什科阻止 N-1 飞行的运动。

格鲁什科离开后，科罗廖夫转向由尼古拉·库兹涅斯托夫领导的 OKB-276 来开发 N-1 的发动机。库兹涅斯托夫没有格鲁什科开发大型发动机的经验，因此他的解决方案很粗糙：通过使用更多小型发动机来获得必要的动力。这个解决方案很适合科罗廖夫，N-1 开始了从概念到现实的缓慢过程。

从金星到月球

科罗廖夫的巨型助推器计划稳步推进，直到 1964 年，苏联的一项奇怪决定突然使多年的工作脱轨。到目前为止，在太空竞赛中，苏联一直处于领先地位——它发射了第一颗卫星、第一只动物、第一位进入轨道的人类、第一位女性，并进行了首次太空行走。但美国开始凭借双子座计划的承诺领先，阿波罗计划（比喻）已经踏上了登月之路。NASA 实际上是在与自己争夺月球。但随后在 8 月 3 日，苏联决定接受美国的挑战，在 2020 年前将人类送上月球。在美国正式启动登月计划三年后，苏联领导层也批准了自己的登月计划。

为了避免 N-1 因这一新目标而被取消，OKB-1 提出了一项建议，即使用这枚火箭前往月球，而不是建造一枚新火箭。该计划最终被接受，1965 年，在美国人之前将宇航员送上月球的重担落到了科罗廖夫和他的 N-1 身上。

但有一个问题。N-1 的威力足以发射火星或金星飞越任务，但它无法执行月球登陆任务。登陆任务比飞越任务更重，尤其是自由返回轨道任务。飞越任务不需要携带用于轨道插入燃烧和地球外注入燃烧的燃料，当然也不需要带有复杂生命支持和推进系统的着陆器。但这些都是着陆任务中绝对需要的东西。

因此，从设计上来说，N-1 是一款性能较差的月球火箭。我们不妨将土星五号作为比较对象，土星五号是为阿波罗月球轨道交会任务架构而打造的。土星五号可以将 130 吨的载荷送入近地轨道，足以完成将探测器送上月球的长期阿波罗任务。而 N-1 的载荷上限为 75 吨。

这让科罗廖夫的局里面临一个选择：要么通过多次发射在轨道上组装月球飞船，要么让 N-1 更强大。他们选择了后者，以避免因发射失败而失去任务。解决方案是降低煤油温度，过度冷却液氧以在现有油箱中储存更多液氧，升级所有火箭发动机，并在第一级增加六台发动机。要到达月球，N-1 的第一级需要 30 台发动机，但它仍然只能将 95 吨的重量送入轨道。

**N-1 的结构**

在这一决定之后，N-1 的最终安排也随之出炉。最底层是 Block A，第一级由 30 台发动机驱动，所有发动机均由名为 KORD 的系统管理。这是一个实时诊断系统，可监控所有发动机的关键参数，并且能够在某台发动机出现即将发生灾难性故障的迹象时决定关闭该发动机。这充分利用了火箭拥有 30 台发动机的冗余性；失去一台甚至两台发动机不会完全毁掉发射。其他发动机可以弥补。

但发射所需的不仅仅是动力。火箭在飞行过程中也需要控制方向。N-1 的俯仰和偏航控制是通过差动推力实现的。N-1 不使用复杂而笨重的系统来旋转发动机，而是使用差动推力；火箭一侧的动力越小，它就越能朝着所需的飞行方向倾斜。滚转控制来自主发动机组外部的六个小喷嘴，它们可以旋转以围绕垂直轴移动烟囱。与土星五号一样，N-1 是一种多级火箭。A 块上方有两个级。第二级是 B 块，由八个发动机驱动。V 块是第三级，由四个发动机驱动。

Block V 的顶部是有效载荷，对于月球任务来说，这是由四个部分组成的 L-3 综合体。Block G 位于 Block V 的正上方，这是将把机组人员送上月球的月球注入级。Block D 上方是 Block D，该级将执行任何中途修正燃烧、月球轨道插入燃烧以及开始机组人员下降到月球表面的燃烧。然后是两艘航天器，Block I LOK 月球轨道器和 Block E LK 月球着陆器。

离开地球

1966 年科罗廖夫去世后，N1-L3 项目被转交给他的继任者瓦西里·米申，在新的领导下，火箭准备首次飞行。一项指令要求 N-1 在 1967 年下半年发射，以跟上美国人的步伐，但这被证明是不可能的。火箭最终于 1968 年 5 月在发射台上竖立起来，一切终于在 1969 年 2 月准备就绪。此时阿波罗 8 号已经绕月飞行，但 NASA 在尝试着陆之前还有很长的路要走。如果 N-1 的首次发射顺利，人们希望苏联人仍然能够击败美国人。

N1-3L——第三枚 N-1 火箭（不要与月球飞船 L-3 混淆）——于 1969 年 2 月 21 日下午 3 点 18 分离开地球。在 T+70 秒时，所有发动机关闭，几分钟后，它就变成地面上的一堆燃烧物。

初步数据显示，12 号和 24 号发动机关闭，而其余 28 台发动机非但没有延长点火时间以弥补损失，反而全部提前关闭。调查进一步深入，重点关注 KORD。结果发现，电气干扰表现为 KORD 发出的错误信号，要求关闭 12 号发动机，从而触发另一台发动机 24 的关闭以保持对称性。随着火箭飞得更高，振动扯断了涡轮泵中的气体压力测量管，并破坏了 2 号发动机的燃油压力管。这使得热煤油流入火箭底部，导致 3 号、21 号、22 号、23 号和 14 号发动机温度升高。大火烧毁了覆盖电源线的绝缘层。KORD 将此解释为涡轮泵中的脉冲，从而发出关闭所有发动机的命令。信号传到火箭上，也冻结了 B 和 V 块的发动机。

找到问题的根源并不意味着可以轻易解决。KORD 的设计承认，起火可能会导致 KORD 发出错误指令，而这并非易事。最终，该团队被告知不要将此事公开，因为苏联在美国登陆月球之前匆忙准备了第二架 N-1。

第二次失败

1969 年 7 月 4 日凌晨 2:18，第二枚 N-1 火箭离开地球。为了避免第二轮发动机过早关闭，新的隔热材料覆盖了 KORD 的电线，并且传输线彼此隔离以防止错误信号。每个发动机中还有更多传感器，因此工程师和 KORD 可以读取更多数据点。

火箭开始上升，但仅仅 10.5 秒后，就可以看到明亮的碎片从尾部落下。烟囱似乎悬空，然后倾斜，然后落回发射台并倒塌，引发一系列爆炸，整个区域被火焰吞没。这是苏联计划在发射台上经历的最大灾难，令人惊讶的是，没有人丧生。

事故调查人员研究了遥测数据、照片和胶片，发现所有 30 枚 Blovk A 火箭都在发射，火箭仍在发射台上。然后，一个为 8 号发动机提供液氧的涡轮泵在升空前爆炸。其他发动机继续工作，但距离发射台仅 650 英尺的发动机开始关闭。在 12 秒内，除 18 号发动机外的所有发动机都关闭了，而那台孤零零的发动机使火箭侧翻，使其几乎侧翻坠毁，增加了其破坏力。

看来，8 号发动机涡轮泵中的碎片是问题的根源。它引发了爆炸，爆炸力切断了其他发动机的供油管，并引发了火灾。这向 KORD 发出信号，表明 7、19、20 和 21 号发动机的压力和涡轮泵转速过高，处于危险之中，于是 KORD 将这些发动机关闭，随后关闭了除 18 号发动机之外的其他发动机。碎片、氧气传感器问题以及 KORD 发出的错误信号导致另一架 N-1 坠毁。

失落的月亮

当苏联太空计划正在从第二次 N-1 灾难中吸取字面和比喻意义上的教训时，阿波罗 11 号登陆月球。这枚从其星际计划中分离出来并被强行用于登月任务的火箭现在已无人问津。但该计划并未取消。国家领导层做出了改变并下达指令，准备发射另一枚 N-1。

两年多后，第三枚 N-1 于 1971 年 6 月 27 日离开发射台。这枚火箭的启动比任何其他火箭都要好，但很快就出现了滚动稳定性问题。这给火箭带来了强大的扭矩力，损坏并最终摧毁了 Block B。然后在 T-51 秒，KORD 向所有 30 个第一级发动机发出信号，要求其关闭。火箭在空中解体并坠落地球。N-1 的最后一次飞行是在 1972 年 11 月 23 日。在最初的 77 秒内，火箭的表现确实符合设计。由于它比任何前辈都飞得更远，KORD 在 T+90 秒准时关闭了中央的六个发动机组。但十四秒后，Block A 的尾部爆发了爆炸，任务结束了。

这是 N-1 计划的最后一次欢呼。经过十多年的开发和八年的登月计划优先考虑，N-1 巨型助推器于 1974 年根据苏联共产党中央委员会的命令被取消。

SpaceX 的现代化身

SpaceX 最近宣布了一项大胆的计划，将 100 名宇航员送往火星建立殖民地，而用于执行这项大规模任务的火箭与 N-1 有着惊人的相似之处。即第一级发动机的数量。SpaceX 的星际运输系统（与 N-1 的最初设计完全一样）第一级有 42 台发动机。核心是七台万向节发动机，中间有一圈 14 台固定发动机，外圈还有 21 台固定发动机。

显然，这并不完全一样。内发动机万向节是 N-1 无法做到的，而且这枚火箭的设计目的是将更多的重量送入近地轨道——606 吨，而 N-1 为 95 吨，土星五号为 130 吨。而且，这么多发动机的冗余度也是有原因的。火箭有 42 个发动机，即使失去一个或两个发动机，也不会因为失去的推力而严重影响发射；其他发动机可以发射更长时间以进行补偿。

但我们从 N-1 中吸取了一个教训：42 台发动机有 42 个复杂的系统，一个小事故就可能毁掉整个阶段。SpaceX 显然不会使用过时的苏联 KORD 系统来管理所有发动机的反馈。所以我们只能希望——尤其是第一次任务的 100 名志愿者！——它能想出一种更成功的方法来管理这么多发动机同时点火的数据。因为 42 台发动机有很多地方可能出现故障，足以让火箭坠毁。

资料来源：SpaceX；阿西夫·西迪奇 (Asif Siddiqi) 撰写的《苏联与阿波罗的太空竞赛》；美国宇航局；阿纳托利·扎克 (Anatoly Zak) 撰写的《俄罗斯在太空》；俄罗斯太空网。