11A52
Die flugbereite N1-5L (Vordergrund) und eine Attrappe der N1-1M1 in Baikonur im Jahre 1969

Die N1 (auch Herkules, GRAU-Index 11A52) war eine sowjetische Trägerrakete, die im Rahmen des sowjetischen bemannten Mondprogramms entwickelt wurde.

Inhaltsverzeichnis

Ausgangslage

Nach den frühen Erfolgen der sowjetischen Raumfahrt verfolgte auch die Sowjetunion den „Wettlauf zum Mond“ gegen die USA. Während dort für das Apollo-Programm alle Ressourcen auf die Saturn-Raketen konzentriert wurden, arbeiteten in der UdSSR zwei Teams parallel an neuen Raketenprojekten. Eines davon war das OKB-1 (heute RKK Energija), das ab 1959 unter der Leitung von Sergei Koroljow die Mondrakete N1 entwickelte. Der ursprüngliche Entwurf von Koroljow sah allerdings die militärische Nutzung im Vordergrund. Im Rahmen der Anfang der 1960er Jahre auch durch die UdSSR geplanten Nutzung des Kosmos für militärische Ziele (Regierungserlass 715-296 vom 23. Juni 1960) wurde von ihm die N1 u.a. als Träger für schwere Aufklärungssatelliten, defensive Militärnutzlasten und als offensives Trägermittel für Schläge gegen jeden beliebigen Punkt auf der Erde angeboten.

Als problematisch erwies sich die Entwicklung der benötigten leistungsstarken Raketentriebwerke. Der bisherige Partner für Triebwerksentwicklung von Koroljows OKB-1, das OKB-456 von Walentin Petrowitsch Gluschko, arbeitete jetzt eng mit dem konkurrierenden Konstruktionsbüro OKB-52 von Wladimir Tschelomei zusammen. Koroljow und Gluschko hatten sich hoffnungslos u.a. über die Triebwerkkonstruktion (Einkammer- gegen Vierkammertriebwerk) und die zu verwendende Treibstoffkombination (Kerosin/Sauerstoff gegenüber UDMH/Distickstofftetroxid) zerstritten. Koroljow kooperierte daher mit dem OKB-276 von Nikolai Kusnezow, das bisher vor allem Luftstrahltriebwerke und Propellerturbinen (darunter das weltgrößte Propellerturbinentriebwerk NK-12 mit ca. 11.000 kW) entwickelt hatte. Auf Grund der bis dahin mangelnden Erfahrungen mit Raketentriebwerken lief daher die Entwicklung der Triebwerke mit großen Verzögerungen.

Technik

Schematische Darstellung von Saturn V und N1

Die N1 war mit 105 m Höhe die größte je gebaute sowjetische Rakete und in ihren Abmessungen vergleichbar mit der Saturn V. Sie sollte in ihrer ursprünglichen Version eine Nutzlast von 70 Tonnen in den niedrigen Erdorbit (engl. Low Earth Orbit oder LEO) bringen, später sollten stärkere Triebwerke, das Kühlen des Kerosins in den Tanks und leicht modifizierte Bahnparameter eine Nutzlast von ca. 95 t möglich machen. Die N1 war durch die Triebwerksanordnung, das Treibstoff- und Kontrollsystem hochkomplex und daher störanfällig. Aufgrund des geringen Schubes der verwendeten Kusnezow-NK-15-Triebwerke (je 1,544 MN Vakuumschub) mussten in der ersten Stufe insgesamt 30 Triebwerke eingesetzt werden. Diese waren in einem äußeren Ring mit 24 Triebwerken und einem inneren Ring mit 6 Triebwerken angeordnet. Dabei wurde Luft zwischen den äußeren und inneren Triebwerksringen geführt, dies ergab für die inneren Triebwerke eine Art Aerospikeeffekt mit höherer Treibstoffeffizienz. Allerdings wurden die hochkomplexen Strömungsverhältnisse einer derartigen Konfiguration in dem zu überstreichenden Geschwindigkeitsbereich völlig unterschätzt.

Bei allen Flugerprobungen kamen die Kusnezow-Triebwerke NK-15 (1. Stufe) bzw NK-15V (2. Stufe) zum Einsatz. Diese wurden später zu Kusnezow NK-33 (je 1,5102 bzw. 1,638 MN Meeresniveau/Vakuumschub) weiter entwickelt. Die verbesserten Triebwerke NK-33 (1. Stufe) und NK-43 (2. Stufe) standen ab dem Jahre 1974 zum Einsatz in der Modifikation N1F bereit (LEO-Nutzlast 95 Tonnen), erlebten aber durch den Programmabbruch nie einen Start. Die erste Stufe der N1 produzierte insgesamt einen Startschub von ca. 43,300 MN.

Insgesamt wurden 11 oder 12 Exemplare geplant, darunter Mockups (s/n: N1-1M1) und zehn flugfähige Raketen (N1-3L bis N1F-12L). Die Verwendung der verbesserten Triebwerke NK-33 waren ab dem für August 1974 geplanten Test der N1F-8L (in der verbesserten Version N1F) vorgesehen. Mit der N1F-L10 war die erste bemannte sowjetische Mondlandung für etwa 1976 vorgesehen.

Entwicklung bis Koroljows Tod und die Zeit danach

Am 1. August 1964 wurde durch Erlass des Ministerrates (655-268) das sowjetische bemannte Mondprogramm endgültig in zwei Projekte gespalten. Mit der Bezeichnung LK-1 bzw. später Zond lief im OKB-52 von Tschelomei ein Umrundungsprogramm. Das OKB von Koroljow erhielt mit seinem Projekt N1-L3 den Zuschlag für die Mondlandung. Nach dem Tode Koroljows im Januar 1966 übernahm Wassili Mischin, der maßgeblich am Nachbau der deutschen A4-Rakete und an der Entwicklung der ersten sowjetischen Interkontinentalrakete, der berühmten Semjorka R-7, mitgewirkt hatte, die Leitung des OKB-1. Schnell zeigte sich aber, dass ihm politisches Gespür und Geschick seines Vorgängers fehlten, einer der Gründe für die Verzögerungen und das spätere Scheitern des Projekts.

Aus Zeit- und Kostengründen wurde auf einen Prüfstand für die komplette erste Stufe verzichtet. Da der Baikonur-Komplex nicht von schweren Transportern angefahren werden konnte, musste die N1 zerlegt und vor Ort wieder zusammengesetzt werden. So kam es, dass Vibrationen sowie Strömungsprobleme der Antriebsgase vor dem Flug nicht richtig bewertet wurden. Auch die Lageregelung um die Längsachse beim Betrieb der ersten Stufe erwies sich als mangelhaft. Man verzichtete zu Gunsten von regelbaren Abgasdüsen der Turbopumpen auf Triebwerke. Erst nach dem daraus resultierenden Absturz des dritten Prototypen wurden regelbare Triebwerke zur Rollstabilisierung eingesetzt.

Gescheiterte Testflüge

Die N1 hat schließlich keinen Flug erfolgreich absolviert. Alle vier Testflüge zwischen 1969 und 1972 endeten mit einem Absturz, noch vor dem Zünden der zweiten Stufe bzw. dem unmittelbar danach erfolgenden Brennschluss der ersten Stufe. Ein schon für 1968 geplanter unbemannter Versuch (N1-4L) musste nach dem Aufrichten der Rakete abgesagt werden, da sich Haarrisse im Sauerstofftank der ersten Stufe fanden.

  • Der erste Startversuch (N1-3L) fand dann am 21. Februar 1969 statt. Bereits kurz nach dem Abheben entwickelte sich im Heck der Rakete ein Brand. Das Kontrollsystem der Triebwerke entdeckte diesen Brand (nach ca. 54 s) und schaltete irrtümlich alle Triebwerke nach 68,7 s ab. Als Nutzlast fand eine Modifikation 7K-L1A des für die Mondumrundung entwickelten 7K-L1 Verwendung. Das Rettungssystem trennte das Raumschiff vor der Explosion der N1-3L, es landete sicher am Fallschirm.
  • Der zweite Startversuch (N1-5L) erfolgte am 3. Juli 1969, also nur knapp drei Wochen vor der erfolgreichen Apollo-11-Mondlandung. Bereits während des Abhebens kam es durch einen „Fremdkörper“ (eventuell einen Metallspan), der in eine der Sauerstoffpumpen (Nr. 8) geriet, zu deren Explosion. Die automatische Triebwerkskontrolle schaltete in einer Folge von Fehlern daraufhin nach insgesamt ca. 10 s letztlich 29 der 30 Erststufentriebwerke ab. Die Rakete fiel mit noch einem laufenden Triebwerk in Schräglage aus 200 m Höhe zurück und schlug nach ca. 23 s auf. Bei der Explosion wurden zahlreiche Anlagen am Startplatz zerstört. Daraufhin wurde durch die Leitung des Startkomplexes zu dessen Schutz kategorisch ein seitliches Abschwenken der N-1 unmittelbar nach dem Abheben verlangt. Auch sollten die Triebwerke der ersten Stufe nach dem Abheben in keinem Fall zu zeitig abgeschaltet werden können. Das einzige, was funktionierte, war wiederum das Rettungssystem, ca. 15 s nach dem Abheben beförderte es das Raumschiff 7K-L1S (s/n 5) aus der Gefahrenzone.
  • Für den dritten Start am 26. Juni 1971 wurden die verlangten Modifikationen realisiert. Die N1-6L hob durch asymmetrischen Schub der Haupttriebwerke seitlich ab und ging dann in den Steigflug über. Die aerodynamischen Besonderheiten dieses Manövers (seitliche Anströmung der Rakete und der asymmetrische Abgasstrahl) resultierten in einem durch die Lageregelung nicht mehr beherrschbaren Rollen, das zwischen der 45. und 50. Sekunde nach Abheben zum Kontrollverlust und der beginnenden Desintegration der Struktur führte. Die verwendete zwangsweise Unterdrückung eines automatisierten Abschaltens der Triebwerke endete plangemäß nach 50 s, worauf die Lagekontrolle die Triebwerke in der 51. Sekunde abschaltete. Daraufhin wurde die Rakete durch Funkbefehl zerstört. Die begrenzte Rollstabilisierung der N1 war ursprünglich nicht für ein solch komplexes seitliches Manövrieren gedacht. Zumindest hatten aber bei diesem Versuch alle Triebwerke der ersten Stufe bis zum Abbruch zufriedenstellend gearbeitet. Als Nutzlast fanden Dummys Verwendung, daher verzichtete man auch auf das Rettungssystem.
  • Der vierte Start der weitgehend verbesserten N1-7L am 23. November 1972 lief bis zum Brennschluss der sechs zentralen Erststufentriebwerke problemlos ab. Deren abruptes Abschalten zur Vermeidung einer strukturellen Überbelastung führte zu Verdichtungsstößen im Treibstoffsystem, dem Zerreißen mindestens einer Sauerstoffleitung, der Explosion von Triebwerk Nr. 4 und letztlich dem Absturz der N1-7L nach ca.107 s. Die Explosion erfolgte nur 7 s vor der geplanten Trennung der ersten und zweiten Stufe. Spätere Analysen zeigten, dass bei einer Trennung ca. 2 s vor der Explosion von Triebwerk Nr. 4 die bis dahin erreichte Fluggeschwindigkeit und -höhe eine erfolgreiche Fortsetzung der Mission gestattet hätte. Allerdings war ein solches Szenario vorab nie in Erwägung gezogen worden. Erstmals wurden Mockups des Mondraumschiffes 7K-LOK und des erfolgreich erprobten Landers LK geflogen.

Auswirkungen

Die Pläne für eine bemannte sowjetische Mondlandung wurden daraufhin Schritt um Schritt weiter verschoben und 1974 endgültig abgesagt. Wassili Mischin setzte zwar die Arbeit an der N1 fort, in der Hoffnung, sie u.a. als Trägerrakete für den Transport einer bemannten Raumstation, vergleichbar dem US-amerikanischen Skylab, einsetzen zu können. Das gesamte N1-Programm wurde aber 1974 endgültig beendet, nachdem Gluschko das gesamte OKB-1 übernahm. Dieser Abbruch erfolgte vor einem nach Ansicht der Ingenieure aussichtsreichen weiteren Testflug der mit NK-33 ausgestatteten N1F-8L im letzten Quartal 1974. Zum Zeitpunkt des Programmabbruches war auch die N1F-9L bereits weitgehend fertiggestellt. Beide Missionen hatten unbemannte Landungen des Mondlanders LK zum Ziel.

Technische Daten

  • Dreistufige Flüssigkeitsrakete
  • Entwicklungsbeginn: 1960
  • Erstflug: 21. Februar 1969
  • Letzter Flug: 23. November 1972
  • Anzahl der Starts: 4
  • Fehlstarts: 4
  • Zuverlässigkeit: 0%
  • Höhe: 105,3 m
  • Startmasse: 2750 t
  • Gesamtschub: 43,3 MN
  • Leermasse: 277 t
  • Nutzlast (LEO): 70 t (N1), später 95 t geplant (N1F)
  • Treibstoff: Kerosin/Flüssigsauerstoff

Startliste

Dies ist eine vollständige Startliste der Rakete N1.

Lauf. Nr. Datum (UTC) Typ S/N Startplatz Nutzlast Art der Nutzlast Nutzlast in kg (brutto) Orbit Anmerkungen
1 21. Februar 1969 N-1/Blok-G/Blok-D 3L Ba LC-110R Zond (L1S), L3 Model unbemanntes Mondtestmodul  ?  ? Fehlschlag
Brand der Erststufe, Abschaltung der Triebwerke und Absturz nach 68,7 s
2 3. Juli 1969 N-1/Blok-G/Blok-D 5L Ba LC-110R Zond (L1S), L3 Model unbemanntes Mondtestmodul  ?  ? Fehlschlag
Absturz durch Fremdkörper in einer Sauerstoffleitung mit Zerstörung der Starteinrichtung
3 26. Juni 1971 N-1/Blok-G/Blok-D 6L Ba LC-110L LOK Model, L3 Model unbemanntes Mondtestmodul  ?  ? Fehlschlag
Versagen der Lagestabilisierung, Selbstzerstörung der Rakete nach 50,9 s
4 23. November 1972 N-1/Blok-G/Blok-D 7L Ba LC-110L Zond (LOK), L3 Model unbemanntes Mondtestmodul  ?  ? Fehlschlag
Zerstörung von Treibstoffleitungen nach Brennschluss der 6 zentralen Triebwerke, Explosion von Triebwerk Nr. 4, Absturz nach 106,9 s

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