并联30台发动机，史上推力最大的火箭—苏联N1运载火箭！
天下布武2020-03-27 10:47
1957年10月4日，苏联成功发射了全球第一颗人造地球卫星，从此人类正式拉开了航天时代的序幕。与此同时，正处于冷战期间的美苏两国也开始了白热化的太空竞赛，在那个剑拔弩张的时代，第一次成功发射卫星、第一次进入外太空、第一次太空漫步、第一次拍到月球背部照片的苏联曾一度占尽优势。
个人的一小步不过，苏联的在太空竞赛中的优势并不是绝对的，1969年7月21日美国“阿波罗11号”航天员阿姆斯特朗在月球上率先踏出了“这是个人的一小步、却是人类的一大步”，那为何在太空竞赛中曾一度占尽优势的苏联人，最终在载人登月中败下阵来，苏联的载人登月火箭又在哪里？
研发背景
其实，苏联的载人登月并不是在美国公布“阿波罗”计划（肯尼迪于1961年宣布）后才开始的，早在1958年第一颗人造地球卫星卫星刚刚发射不久，苏联科学家就开始对运载火箭进行改进，使之适合发射月球探测器；1959年，科罗廖夫就开始着手重型运载火箭的研发，不过该火箭最初是为了向火星发射无人重型探测器准备的。
图纸上上N1火箭然而，美国“阿波罗”登月计划的宣布不得不让苏联人加快速度，1962年1月份，科罗廖夫设计局针对苏联的“登月计划”对N1运载火箭进行了多次改进，并计划在1967-1968年间赶在美国之前，由科罗廖夫负责的N1－L3运载火箭将第一个苏联人送上月球。
N1火箭的参数和结构
N1运载火箭可以说是苏联整个“登月计划”的核心，该火箭全高105米（相当于30层楼的高度）、最大直径约为17米，整体外形类似一个圆锥体，最大发射质量约为2800吨，最大推力约为4500吨（是人类历史上设计推力最大的运载火箭）、低地球轨道的运载能力为90吨；N1整体由运载部分和上面级部分构成，而运载部分包括三级运载火箭，上面级则包括月球轨道器、登月飞船等。
分解后的N1火箭CG图其中，N1运载火箭运载部分的第一级火箭全高约30米，底部直径17米、顶部直径约为10米，并用于二级火箭的连接。N1运载火箭的第一级是由30台液氧/煤油NK-15发动机（后来升级为NK-33，单台推力1510千牛）并联而来的，其中外环的24台发动机用于控制火箭的俯仰和偏航、中间6台发动机则用来控制火箭的转；
底部30台发动机而N1火箭的二级火箭全长为20.5米，由8台NK-15V液氧/煤油发动机构成（后改为NK-33的改进版NK-43），NK-15V/NK-43发动机在核心上本就与NK-15/NK-33相同，只是N1火箭的第二级是在真空环境中工作的，扩大了喷口、增加了推力（1754千牛）；
N1火箭的第二级N1火箭的第三级是该火箭运载部分中最小的一级，全长约为11米，由4台NK-21液氧/煤油火箭发动机构成，该级火箭是用于将N1运载火箭的上面级里的月球轨道探测器、月球飞船送入地球轨道，全程在真空中工作，而NK-21发动机的单台推力只有402千牛。
四次发射、四次失败
1967年11月份第一枚N1运载火箭就下线到发射平台进行了联调测试，成功后又拉回厂房；1968年5月份，第一枚N1火箭又被拉到发射台，准备进行第一次发射，但在发射前的检查工作室时，N1火箭被发现外壳出现裂痕，被迫拉回厂房推迟发射；之后，又发生了几次类似的事故，导致N1火箭一直未能如期发射。
N1火箭的运载部分终于在1969年1月份，第一枚N1火箭被矗立在了发射台，但此时的N1火箭其实仍没有完全准备好，全部30台NK-33发动机都是刚出厂大多未进行过点火测试的（这也为后来的事故埋下了隐患），在经过了4个星期的风吹日晒后，N1火箭终于迎来了发射的日子，却遇到了大雨，发射被迫暂停。
竖起中的N1火箭但此时苏联高层却等不及了（因为此时的美国的土星-5号已经完成了多次发射，而且此次N1火箭直接携带了联盟7K-L1登月飞船，跳过了一些必要的步奏），要求一天之内必须发射成功。1969年2月21日N1火箭第一次发射，6秒后2台发动机熄火（30台发动机有动力冗余，其实影响不大）、25秒传感器传来燃烧室压力不足（涡轮泵自动增大功率）、66秒剩余28台NK-33发动机功率过载管路系统出现高频振动、69秒火箭发射大爆炸，此时N1火箭飞到了12200米高空，N1火箭第一次发射宣告失败。
发射台上的N1火箭CG图1969年7月3日，第二枚N1火箭被拉到了发射台，意图在美国“阿波罗11号”之前完成发射，在点火后的第6秒，一枚螺丝钉被引入了油料泵中（事后分析得知的），控制系统紧急关闭29台发动机，N1火箭从200米坠入地面在地面引起了大爆炸，N1火箭第二次发射宣告失败。
N1火箭第二次发射发生爆炸之后，美国“阿波罗11号”成功发射并在1969年7月21日登上月球，美国人赢得了美苏两国的载人登月竞赛，苏联也开始能稍微静下心认真分析N1火箭的问题了，这一分析就是2年的时间，1971年6月27日第三枚N1火箭发射，这一次经过重新设计后的动力系统没有再出现问题，而是控制系统故障导致第三级火箭启动自毁程序，整个火箭发生爆炸，N1火箭第三次发射再次宣告失败。
阿波罗飞船和登月舱（左）和“联盟7K-L又经过1年的时间，苏联科学家对N1火箭进行了多项改进，1972年11月23日第四枚N1火箭携带联盟7K-L3登月飞船点火发射，在第一级火箭工作的前90秒时间内一切正常，在对内环6台NK-33发动机进行程序性关闭时，管路系统产生了超乎预期压力并开始破裂，第一级火箭底部着火，经过大火持续的炙烤N1火箭再次发生爆炸。
N1火箭图纸此时N1火箭已经飞到40千米处的高空，再过10秒左右的时间一二级火箭就该进行分离了，这也是N1火箭最接近成功的一次发射，但最终还是失败了，并成为N1火箭的最后一次发射。
失败的原因
从主观上来说，N1火箭的频繁失败与研发时间短、总设计师换人有着很大的关系，N1火箭本是科罗廖夫设计用来发射重型火星探测器的，但在美国宣布“阿波罗”登月计划后，1962年临危受命拿来用于载人登月，并且只给出了5年的研发时间就要进行载人登月，时间紧迫使得N1火箭的整体方案都比较仓促。
土星5号（左）和N1火箭（中）更重要的是，1966年科罗廖夫去世，设计师瓦里西·米申接手了N1运载火箭的设计工作，他与科罗廖夫的设计理念不一致并发现了N1火箭的上面级部分严重超重，所以他带领团队对N1火箭的进行了“魔改”，不仅大改了NK-15发动机，还直接将科罗廖夫设计的N1火箭的第一级24台发动机增加到了30台。
即将发射的N1火箭从客观上来说，N1火箭的前两次和第四发射失败都是由“并联”多台发动机造成的，第一级30台发动机并联不仅让N1火箭的结构设计变得非常复杂，复杂的发动机群设计也导致输送推进剂的管道设计也很复杂，同时多台发动机“并联”也大大降低了N1火箭整体的稳定性，因为一台发动机发生故障便会引发连锁反应。
右2为N1火箭就N1火箭第一级“并联”30台发动机这一问题，从概率论的方向来看，假设一台发动机的稳定性能达到99%，30台发动机“并联”之后，其整体可靠性也就降到了74%，这也就大幅度增加火箭发生异常的情况；另外，多台发动机“并联”也会导致耦合共振的问题，进一步诱发火箭发射故障。
此外，N1火箭的发射也缺少必要科学试验步骤，在N1火箭第一次发射前，第一级的30台发动机在地面从未进行过同步点火测试，序列号N1-1L的第一枚N1火箭在进行地面测试时，只对第一级30台发动机中的四分之一进行了测试，而第一次发射时使用的第一级的30台发动机大多数都是崭新的。
重型猎鹰运载火箭的29台发动机不过，N1火箭失败多年以后的今天，马斯克的重型猎鹰运载火箭并联27台发动机依然取得了成功，这也说明并联多台发动机的运载火箭并不是都不靠谱，经过成熟的科学试验后，运载火箭并联多台发动机发动机也是可以的。
结语
四次发射，四次失败，现实总是那么残酷，N1重型运载火箭纵然有着再强大的推力、再先进的性能，它最终还是走向了终结。而N1火箭作为苏联整个载人登月计划的核心，它的失败也直接导致了苏联登月计划的无疾而终。N1火箭的失败，也说明了航空航天领域没有捷径可走。
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