愚蠢火箭设计——苏联登月梦想落空

扫街

据国外媒体报道，苏联人虽然率先将卫星(“斯普特尼克”号卫星)送入太空，但第一个登上月球的却是美国人。在与苏联人展开的太空竞赛中，美国人无疑是胜者。美国率先将人类送上月球，除美国外，包括苏联在内的其他任何国家都没有做到这一点。实际上，苏联也制定了登月计划，但最终以失败告终，失败的一个重要原因要归咎于一种令人感到疯狂的火箭——N1火箭。
/ i8 k8 Y/ _1 q: K2 z提到最终以失败告终的苏联登月计划，人们往往将矛头指向拙劣的管理制度或者经济原因，又或者其他因素。正是这些因素导致这个社会主义国家的载人登月梦想最终落空。实际上，苏联人的失败还有一个重要原因，那就是N1火箭。如果你是一个曾在1962年1月监视地球人活动的外星人，你一定会认为苏联人将成为太空竞赛的最终胜利者。之所以得出这一理论是因为苏联人率先将卫星送入太空，率先让动物进行太空飞行。他们的宇航员尤里-加加林不仅是进入太空第一人，同时还乘坐飞船环绕地球飞行。在这些领域，美国人都只能扮演“老二”角色。同一时期，美国人只进行了一次载人太空飞行，由艾伦-谢泼德进行。但确切地说，谢泼德进行的并不是真正意义上的太空飞行，而是亚轨道飞行，飞行时间不到半个小时。
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4 j2 O0 i- y/ c$ q9 S! D3 J& X0 p1969年7月，美国的“阿波罗11”号飞船登上月球，太空竞赛以美国人的胜利宣告结束。为了实施登月任务，苏联人研制了N1 火箭。这种火箭的体积与帮助尼尔-阿姆斯特朗、巴兹-奥尔德林和迈克尔-柯林斯顺利完成登月任务的土星V型火箭相当。虽然长度略短，重量略轻，N1 火箭的推进力更大。N1 火箭安装了大量发动机。
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土星V型火箭只安装了5台大型发动机，相比之下，N1 火箭安装了30台小型发动机。其中24台发动机在Block A(第一级)外部形成一个环，6个安装在中央，提供侧滚控制。苏联工程师认为如果一台发动机无法正常工作，也不会对火箭产生太大影响。不幸的是，他们的这种设计最终遭遇噩梦。
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1 h( W+ R9 S8 m6 E与N1 火箭相比，土星V火箭的设计较为简单，只有600万个零部件。然而，即使只有0.1%的零部件在火箭发射时损坏，也会导致6000多个零部件崩毁，瞬间要了宇航员的命。土星V火箭从未发生致命事故。(“阿波罗1”号宇航员的遇难要归咎于指挥舱供氧系统出现的故障。)苏联人研发的系统向来品质差。将30台发动机安装在第一级并且彼此紧邻，一旦其中一台发生故障，便会引发连锁反应，导致火箭发生大爆炸。N1火箭最终迎来可怕的厄运。
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N1火箭共进行了4次试射，每一次都以失败告终。试射中，N1火箭从发射架发射后不久便坠落地球，变成一堆废铁。其中一次试射中，一个螺丝松动脱落而后被吸入为其中一台发动机输送燃料的氧泵，结果立即引发爆炸，随后触发连锁反应。火箭的爆炸威力相当于7千吨TNT，与一枚小型核弹不相上下。这是人类历史上规模最大的非核爆之一。不久后，美国人便知道苏联人的此次惨败。当时，卫星拍到了发射架残骸的照片。苏联用了18个月时间重建发射架。在后来的N1火箭身上，他们安装了燃料过滤器。
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1972年，N1火箭进行第4次，同时也是最后一次试射，这一次同样以大爆炸宣告结束，事故原因是一种被称之为“纵向耦合振动”的现象。纵向耦合振动是一种上下剧烈振动，不仅能够让人的身体出问题，火箭的身体也不例外。这种现象由不同发动机产生的推进力变化所致，由于安装了30台不靠谱的发动机，所能产生的振动我们可想而知。一旦发生纵向耦合振动，可变加速度会导致燃料泵的压力趋于不稳定，形成更大的可变加速度，最终让振动与火箭的共振频率相匹配，酿成惨剧。

这一次试射中，N1火箭上升到40公里的高度，而后发生致命的纵向耦合振动。出现这种现象后，发动机本应有序关闭。但由于N1火箭设计上存在的缺陷，发动机关闭并没有按计划进行，其中一个液态氧泵发生爆炸，随后引发大爆炸。接二连三的失败最终促使苏联政府放弃载人登月计划。借助于卫星，美国人得知了苏联人的研制计划。但直到1989年，苏联政府才正式承认N1火箭研制计划失败，因为这毕竟是一件十分丢脸的事情。在承认这一惨败之后短短两年，苏联解体，美苏争霸以美国的完胜告终。

点评：
有些东西是天生改不了的，这叫什么来着，民族秉性

xiaokongzhi

貌似 系统的可靠性 研究就是从阿波罗 登月计划来的

949457130

用那么多发动机可能是由于苏联当时在火箭发动机方面没办法制造出像美国那样的单台大推力发动机！要不然谁会放着简单的结构不用，而用那么复杂的结构组合呢！

civiling1204

毛子登月失败，从技术层面可以总结的最大问题就是系统可靠性。科罗廖夫死得早，负责估计这老家伙无论如何都不会同意那30发动机并联的方案的。
按照帽子一贯的设计风格和工程哲学，越简单的东西越可靠，这种理念目前在机械领域依然适用。“简单=可靠”是没有问题的。
但一味追求简单，在航天竞赛那样紧张的氛围当中，毛子是在没有资源和能力去做一些更深入的研究，比如更大的火箭发动机，比如更快的计算机。其实N1的那些小发动机可靠性还是不错的，后来很多都出口给了米国。但当这些发动机一起组成庞大的系统的时候，系统就复杂了。按照毛子的控制水平，根本无法同时处理好各个发动机之间的协调。
反过来，米国的5联发动机要简单的多，而简单的前提，是人家攻克了至今最大发动机的难题。
这其中蕴含的道理应该是什么时候该偷巧，什么时候该攻关的问题

pain

事后诸葛，也只有嘴上聪明

怀念昔日熊猫

没有足够的时间进行技术积累，采用的是急功近利的捆绑多个火箭发动机的方式，风险大大增大。苏联如此，俺们不也一样吗？

海蓝1212

积累啊

bacon1989

这让我想起了《大国重器》，里面有多少是“30台小型发动机”的呢？
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9 a+ `5 _% [6 I) s  e努力缩减零件数——模块化设计

轩辕相濡

civiling1204 发表于 2013-10-22 16:08
毛子登月失败，从技术层面可以总结的最大问题就是系统可靠性。科罗廖夫死得早，负责估计这老家伙无论如何都 ...

串联吧

轩辕相濡

我想知道 万一苏联这台火箭登上月球了 你这篇文章怎么写？