병렬로 연결된 30개의 엔진, 역사상 가장 강력한 로켓, 소련 N1 중형 발사체!

1957년 10월 4일 소련은 세계 최초의 인공 지구 위성 발사에 성공하며 인류는 공식적으로 우주 시대를 열었다. 동시에 냉전을 벌이던 미국과 소련도 치열한 우주경쟁을 시작했다. 그 긴박한 시대에 그들은 최초로 위성 발사에 성공해 우주로 진출했다. 처음으로 우주유영을 했고, 달 뒷면 사진을 찍은 소련이 한때 유리했다.

그러나 우주 경쟁에서 소련의 우위가 절대적이지는 않았다. 1969년 7월 21일 미국의 '아폴로 11호' 우주비행사 암스트롱이 '이것은 개인적인 일'이라는 첫발을 내딛는 데 앞장섰다. "인류를 위한 하나의 작은 발걸음, 하나의 거대한 도약" 그렇다면 한때 우주 경쟁에서 우위를 점했던 소련은 왜 유인 달 착륙에서 패했을까?

사실 소련의 유인 달 착륙 프로그램은 미국이 이르면 1958년 케네디가 발표한 '아폴로' 프로그램을 발표한 이후부터 시작되지 않았다. 곧 소련 과학자들은 달 탐사선 발사에 적합하도록 발사체를 개선하기 시작했습니다. 1959년에 Korolev는 중형 발사체를 개발하기 시작했지만 로켓은 원래 무인 중형 탐사선을 발사하도록 설계되었습니다. 화성 준비했습니다.

그러나 미국의 '아폴로' 달 착륙 계획 발표는 소련의 '달 착륙'을 가속화할 수밖에 없었다. 1962년 1월 코롤레프 설계국은 소련의 '달 착륙'을 위한 N1 발사체에 대한 검토를 진행했다. 계획". 그것은 많은 개선을 이루었고 미국보다 먼저 1967-1968년에 최초의 소련인을 달에 보낼 계획을 세웠습니다. Korolev의 지휘하에 N1-L3 발사체가 발사되었습니다.

N1 발사체는 소련의 '달 착륙 계획' 전체의 핵심이라고 할 수 있다. 로켓의 총 높이는 105m(30층 건물 높이에 해당)다. , 최대 직경 약 17m, 전체 모양은 원뿔과 유사하며, 몸체는 최대 발사 질량 약 2,800톤, 최대 추력 약 4,500톤(인간이 설계한 최대 추력을 갖춘 발사체)입니다. N1은 전체적으로 운반부와 상부 스테이지 부분으로 구성되며, 저지구 궤도 운반 능력은 90톤이다. 발사부는 3단 발사체를 포함하고, 상부 스테이지는 달을 포함한다. 궤도선, 달착륙 우주선 등

이중 N1 발사체의 1단 로켓은 전체 높이 약 30m, 밑면 지름 약 17m, 윗면 지름 약 10m로, 2단 로켓 연결 모습. N1 발사체의 1단은 병렬로 연결된 30개의 액체 산소/등유 NK-15 엔진(나중에 NK-33으로 업그레이드, 단일 추력 1,510kN)으로 구성됩니다. 로켓의 회전을 제어하는 ​​것은 피치(pitch)와 요(yaw), 그리고 중앙에 있는 6개의 엔진이다.

N1 로켓의 2단은 길이가 20.5m이고 8개의 NK- 15V 액체 산소/등유 엔진(나중에 NK-33의 개량형인 NK-43으로 변경됨) NK-15V/NK-43 엔진은 기본적으로 NK-15/NK-33 엔진과 동일합니다. N1 로켓의 2단은 진공 환경에서 작동하기 위해 노즐이 커지고 추력이 증가했다(1,754킬로뉴턴).

N1 로켓의 3단은 운반체에서 가장 작은 단이다. 로켓의 일부로 전체 길이는 약 11미터로 4개의 NK-21 액체 산소/등유 로켓 엔진으로 구성됩니다. 이 로켓은 달 궤도 탐사선과 달 우주선을 상부 단으로 보내는 데 사용됩니다. N1 발사체가 지구 궤도에 진입하는 과정 내내 진공 상태에서 작동하는 반면, NK-21은 단일 엔진의 추력이 402kN에 불과합니다.

1967년 11월, 최초의 N1 운반 로켓이 조립 라인에서 출발하여 공동 디버깅 테스트를 위해 발사대에 올려졌고, 성공 후 1968년 5월에 처음으로 공장으로 다시 돌아왔습니다. N1 로켓은 다시 발사대로 끌려갔고, 발사대에서는 첫 발사를 준비 중이었는데, 발사 전 점검실에서 N1 로켓의 껍질에 균열이 발견돼 어쩔 수 없이 공장으로 되돌려졌다. 이후에도 비슷한 사고가 여러 차례 발생해 N1 로켓은 예정대로 발사되지 못했다.

드디어 1969년 1월, 최초의 N1 로켓이 발사대에 세워졌지만, 이때 N1 로켓은 아직 완전히 준비되지 않은 상태였으며, NK-33 엔진 30개는 모두 막 출고된 상태였습니다. 그 중 N1 로켓은 점화 테스트를 거치지 않았습니다(이로 인해 후속 사고에 대한 숨겨진 위험도 있음). 4주 동안 바람과 태양에 노출된 후 N1 로켓은 마침내 발사 당일에 도착했지만 폭우가 쏟아져 발사가 취소되었습니다. . 강제로 일시중지되었습니다.

그러나 이때 소련 고위 관계자들은 기다릴 수 없었다(이때 미국 새턴-5가 여러 차례 발사를 완료했고 이번에는 N1 로켓이 소유즈 7K-L1을 직접 탑재했기 때문이다. 달 착륙 우주선, 필요한 몇 가지 단계 생략), 발사는 하루 이내에 성공해야 합니다. N1 로켓은 1969년 2월 21일에 처음 발사되었습니다. 6초 후에 두 개의 엔진이 정지되었습니다(30개의 엔진에는 전력 중복이 있지만 실제로는 거의 영향을 미치지 않음). 25초 후에 센서는 연소실 압력이 부족하다고 보고했습니다(터보 펌프). 자동으로 출력 증가), 나머지 28개의 NK-33 엔진이 배관 시스템에 과부하를 걸고 66초 후에 고주파 진동이 발생했고, 로켓이 발사된 지 69초 후에 큰 폭발이 일어났습니다. 이때 N1 로켓은 로켓으로 날아갔습니다. 고도 12,200m로 N1 로켓의 첫 발사가 실패했습니다.

1969년 7월 3일, 미국 '아폴로 11호' 발사에 앞서 발사를 완료하려고 두 번째 N1 로켓이 발사대로 끌려갔다. 그러나 점화 6초 만에 나사못이 투입됐다. 연료 펌프(후속 분석을 통해 알아낸 사실), 제어 시스템이 비상 시 엔진 29개를 정지시켰고, N1 로켓이 200m 상공에서 지상으로 떨어져 지상에서 큰 폭발이 일어났다. 실패한.

이후 미국의 '아폴로 11호'가 성공적으로 발사돼 1969년 7월 21일 달 착륙에 성공했다. 미국과 소련의 유인 달 착륙 경쟁에서 미국이 승리했고, 소련도 승리했다. 연합도 이제 진정하고 N1 로켓의 문제점을 주의 깊게 분석할 수 있게 되었다. 이 분석은 2년 동안 지속되었으며 1971년 6월 27일에 세 번째 N1 로켓이 발사되었다. 이번에는 재설계된 전력 시스템이 없었다. 문제는 없었지만 제어 시스템의 오작동으로 인해 3단계 로켓이 자폭 프로그램을 시작하여 로켓 전체가 폭발하게 되었습니다. N1 로켓의 세 번째 발사는 다시 실패했습니다.

1년 후, 소련 과학자들은 N1 로켓에 많은 개선을 가했습니다. 1972년 11월 23일, 소유즈 7K-L3 달 착륙 우주선을 탑재한 네 번째 N1 로켓이 점화되어 발사되었습니다. 로켓 작동 후 처음 90초 동안 내부 링에 있는 6개의 NK-33 엔진이 꺼지도록 프로그래밍되었을 때 파이프라인 시스템이 예상치 못한 압력을 발생시켜 1단계 로켓의 바닥에 불이 붙기 시작했습니다. 화재 N1 로켓이 또다시 폭발을 이어갔습니다.

이때 N1 로켓은 약 10초 만에 1차 로켓과 2차 로켓이 분리되면서 고도 40㎞까지 비행하게 되는데, 이는 N1 로켓의 발사 성공에 가장 가까운 일이기도 하다. 결국 실패하여 N1 로켓의 마지막 발사가 되었습니다.

주관적인 관점에서 보면 N1 로켓의 잦은 고장은 짧은 개발 시간과 수석 설계자의 교체와 관련이 많습니다. N1 로켓은 원래 Korolev가 무거운 화성을 발사하기 위해 설계했습니다. 네, 하지만 미국이 '아폴로' 달 착륙 계획을 발표한 뒤 1962년 유인 달 착륙에 활용하라는 명령을 받았고, 유인 달 착륙을 수행하기 위한 개발 시간은 고작 5년밖에 주어지지 않았습니다. N1 로켓을 만들었습니다. 전반적인 계획은 비교적 성급합니다.

더 중요한 것은 1966년 코롤레프가 사망한 후 디자이너 발리시 미신(Valisy Mishin)이 N1 발사체의 설계를 맡았다는 점입니다. 그는 코롤레프의 설계 개념과 일치하지 않고 N1 로켓의 상부 단계가 심각하게 과체중이라는 사실을 발견했습니다. 그는 팀을 이끌고 N1 로켓에 '마법의 수정'을 가했습니다. 그는 NK-15 엔진을 대폭 수정했을 뿐만 아니라 코로레프가 설계한 N1 로켓의 1단을 병렬로 직접 연결했습니다. 24일부터 30일까지.

객관적으로 말하면, N1 로켓의 처음 2번과 4번의 발사 실패는 여러 엔진의 '병렬 연결'에 의해 발생했습니다. 1단에서 30개의 엔진을 병렬 연결한 것은 로켓의 구조적 설계만 바꾼 것이 아닙니다. N1 로켓은 매우 복잡합니다. 복잡한 엔진 그룹 설계로 인해 추진제 운반을 위한 파이프라인 설계도 복잡해집니다. 동시에 여러 엔진의 "병렬 연결"도 N1 로켓의 전반적인 안정성을 크게 저하시킵니다. 엔진 하나가 고장나면 연쇄 반응이 촉발됩니다.

N1 로켓의 1단 엔진 30개의 '병렬연결' 문제는 확률론적 관점에서 30개 엔진 이후에 한 엔진의 안정성 성능이 99%에 달한다고 가정할 때다. 또한, 여러 엔진의 "병렬 연결"로 인해 커플링 진동 문제가 발생하여 로켓 발사 실패가 더욱 발생하게 됩니다.

또한 N1 로켓의 발사에는 필요한 과학적 테스트 단계도 부족했습니다. N1 로켓이 처음 발사되기 전에는 1단의 30개 엔진이 지상에서 동시에 점화된 적이 없었습니다. 번호는 N1이었습니다. 1L의 첫 번째 N1 로켓이 지상 테스트를 진행 중이었을 때 30개의 1단계 엔진 중 4분의 1만 테스트된 반면, 첫 번째 발사에 사용된 30개의 1단계 엔진 중 대부분은 새 제품이었습니다.

그러나 N1 로켓이 실패한 지 수년이 지난 오늘날에도 머스크의 팔콘 헤비(Falcon Heavy) 발사체는 27개의 엔진을 병렬로 사용하여 성공을 거두었습니다. 이는 또한 여러 엔진을 병렬로 사용하는 발사체가 신뢰할 수 없음을 보여줍니다. ., 성숙한 과학적 테스트를 거친 후 발사체가 여러 엔진을 병렬로 연결하는 것도 가능합니다.

네 번 발사하고 네 번 실패하면 현실은 언제나 너무나 가혹하기 마련이다. N1 중형발사체가 아무리 강력하고 성능이 아무리 뛰어나도 결국엔 종말을 맞이하게 된다. N1 로켓은 소련의 유인 달 착륙 계획 전체의 핵심이었으며, 그 실패는 소련의 달 착륙 계획 실패로 직결됐다. 또한, N1 로켓의 실패는 항공우주 분야에 지름길이 없음을 보여주기도 한다.