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回复:苏联与月球的浪漫史(长期连载)

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下面列出一些N1的基本参数:
第一级A段,由30台NK-15发动机驱动,使用液氧/煤油作为推进剂,发动机排成两个环,外环24台,内环6台。这些发动机都是分级燃烧循环的先例。 控制系统基于发动机的差动节流,外环应付倾斜和偏转,安装在框架内的六个用于应付滚动。A段还装有四个栅格翼,这种平衡装置后来用在了苏联的空空导弹设计上。
NK-15单台推力1513kN(154.72吨),特征比冲3234m/s(330s)。
第二级B段,由8台NK-15V发动机驱动,使用液氧/煤油作为推进剂,也排列成环形。NK-15V与15的区别就是吊钟形涡流室和高空发动机性能。
NK-15V单台推力1755kN(179.08吨),特征比冲3390.8m/s(346s)。
第三级V段,装了4台更小的NK-21发动机,使用液氧/煤油作为推进剂,排列成矩形。
NK-21单台推力402.5kN(41.07吨),特征比冲3626m/s(270s)
第四级G段,安装1台NK-19发动机,使用液氧/煤油作为推进剂。
NK19单台推力446kN(45.51吨),特征比冲3459.4m/s(353s)。
第五级D段,安装1台RD-58发动机。
主要载荷有两个:月球载人着陆器LK,以及月球载人轨道器LOK。
其中,N1的第四级、第五级和LK、LOK共同构成了L3系统。L3系统将负责在N1火箭前三级把载荷送到近地轨道后,继续进行月球着陆返回任务。


IP属地:陕西82楼2021-04-13 19:33
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    那么,N1的有效载荷“L3”又是何方神圣
    L3,是一个由火箭级和航天器组成的四元件组合。它将在N1火箭的前三级将载荷送入近地轨道后,进一步将苏联宇航员送上月球表面。
    L3系统包括:
    Blok G级(N1火箭第四级);
    Blok D级(N1火箭第五级);
    月球载人着陆器,LK,带Blok E推进系统;
    月球载人轨道器,LOK,绰号“洛克”,与Blok I推进系统。
    在290公里的圆形地球停泊轨道上,L3系统的总重量约为70吨。

    L3系统与阿波罗飞船的同等系统的对比。航天器按照比例绘制


    IP属地:陕西83楼2021-04-13 19:37
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      月球载人轨道器LOK(L3绕月飞船)与阿波罗的指令舱和服务舱的对比图。航天器按照比例绘制
      LOK在俄语中代表“月球轨道飞行器”,可以称为联盟号魔改版本。它最多能容纳2人,飞行13天。总长10米,最大直径接近3米。进入月球轨道时的质量大约9850Kg,离开月球时大约7530Kg。
      虽然从外观上看,它看起来像是联盟号原始(7K-OK)版本的加长版,但在内部,LOK有许多升级和独特的系统,这使它能够支持载人月球任务。
      电源:最显著的区别是原来的联盟和LOK的电源系统。与为7K-OK飞船提供电能的太阳能电池板不同,LOK将采用液氢/液氧动力燃料电池EKhG,类似于美国的阿波罗飞船上使用的燃料电池。除了产生电能外,燃料电池还将输出急需的呼吸氧气和饮用水作为副产品,从而大大提高航天器的生命维持能力。
      生命支持系统:LOK飞船也将携带比原来联盟7K-OK更强大的生命支持系统。大约从1964年起,关于循环水的闭环系统的研究就开始了。这可以使人们在太空中停留的时间更长。
      专门针对LOK项目,苏联开发了一个名为Rosa(俄语中“水滴”的意思)的系统。它将从LOK空气中收集空气,分离液体和气体,并过滤掉水中杂质以供饮用。Rosa装置将与从联盟号继承的标准生命支持硬件一起安装在居住舱中。
      在包括绕月飞行在内的无人驾驶测试飞行中,LOK还将携带一个特殊的、模拟人体汗液释放的仪器。该系统旨在测试Rosa系统的性能。
      满怀期待吧,苏联人


      IP属地:陕西84楼2021-04-13 19:43
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        月球载人着陆器LK与阿波罗的登月舱对比图。航天器按照比例绘制
        苏联的月球飞船“月球着陆器”或LK也是L3系统的一部分,将由N1火箭发射升空。
        与美国的阿波罗任务类似,LK被设计成在绕月轨道上与月球轨道器LOK分离。在降落到月球表面,并有望成功“月球漫步”后,宇航员将返回LK,并从月球起飞,再使得两部分对接。在月球漫步者从LK返回LOK后,两位宇航员会抛弃LK,乘坐LOK返回地球。
        然而,与阿波罗不同的是,LOK和LK之间不存在内部通道,因此两艘船之间的太空人来回移动必须穿着宇航服,通过太空行走来实现。同样与阿波罗不同的是,Blok E的推进装置将用于月球表面下降的最后阶段和起飞的全部过程。第一次登月减速将由LK的Blok D火箭实现。Blok D将被抛掷并撞上月球表面,之后才是Blok E发动机接管。
        作为一个系统,LK航天器由登月舱本身和Blok E推进系统组成。然而,在结构上,航天器将被细分为着陆器(Lunnyi Posadochnyi Agregat,LPA)和上升器(Lunnyi Vzletnyi Apparat,LVA)。LPA由一个直径为2.27米的主结构和一个四条腿的登月装置(Lunnoe Posadochnoe Ustroistvo,LPU)组成。在其发射配置中,收起的支架跨度为2.26米。它很可能在N1火箭抛开保护罩后立即部署,为登陆月球轨道做准备。
        Blok E被永久地固定在宇航员舱(结构图的最上面部分)的底部,而LPA/LPU着陆装置通过一套火药切断装置与Blok E相连,这些装置将在从月球起飞时被切断。
        宇航员舱前面的一个圆形剖面上有一个窗户。在着陆时,宇航员可以很好地看到月面。他/她(严谨起见)可以在控制装置的引导下手动进行着陆,以防自动下降程序出现问题。为了节省空间,这间小屋没有座位
        飞行控制系统配备了一台机载计算机,使宇航员能够选择最终着陆点并手动进行着陆。

        在地面测试的LK。两个人都是真的人。


        IP属地:陕西85楼2021-04-13 19:49
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          在为期11-12天的月球远征中,N1-L3系统将会使宇航员在月球表面着陆,并安全返回。其中包括以下步骤:
          第一步:N1火箭将L3系统送入近地轨道,在那里它最多可以停留一天;
          第二步:Blok G启动,加速L3系统至第二宇宙速度以上,将L3系统送向月球;
          第三步:Blok G分离,被抛弃;
          第四步:在地球向月球的3.5天的飞行中,Blok D进行两次轨迹修正;
          第五步:Blok D在靠近月球时完成一个刹车机动,将L3系统插入月球轨道,在那里它可以停留四天;
          第六步:Blok D发动机点火,将L3系统从环绕月球的圆形轨道转移到近心点更低的椭圆轨道;
          第七步:一名宇航员进行太空行走,从LOK轨道器转移到LK着陆器,另一名继续待在LOK轨道器中;
          第八步:Blok D、LK航天器的组合与LOK航天器分离;
          第九步:Blok D引擎启动,使得LK着陆器轨道高度进一步下降,靠近月球表面;
          第十步:Blok D与LK着陆器分离,被抛弃;
          第十一步:LK着陆器上的Blok E发动机启动,实现在月球表面的软着陆;
          第十二步:宇航员在月球表面停留6到24小时(比一般的阿波罗任务长),进行科学考察和玩耍活动;
          第十三步:Blok E发动机点火,LK上升级从月球表面升空并到达原始月球轨道高度;
          第十四步:LOK轨道器与LK着陆器对接;
          第十五步:宇航员进行太空行走,从LK着陆器转移到LOK航天器;
          第十六步:LK着陆器分离,被抛弃;
          第十七步:LOK飞船上的Blok I提供月球逃逸速度,将LOK送向地球;
          第十八步:在3.5天的向地球飞行过程中,LOK航天器上的Block I提供轨道修正;
          第十九步:LOK飞船的返回舱与居住舱、仪表舱分离,然后返回地球大气层并着陆。
          一句话评价:相对19K,非常具有现实主义色彩的设计。看起来是比阿波罗更省钱、更可持续的任务。没准真能成
          是啊,没准就成了呢~~~


          IP属地:陕西86楼2021-04-13 19:55
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            今天时间有限,就先不说这么多。留着第三款载人月球飞船——L1,之后再说
            最后来关注一下N1的第一级,也是它的特色之一:

            N1的第一级尾部由30个NK-15发动机驱动。26台、28台或30台发动机均可使得火箭顺利升空。因此,如果在火箭发射后,其中1台发动机出现故障,诊断控制系统(KORD)会切断故障发动机对称位置上的发动机,以保持平衡。这样的故障还能再出现一次。
            如果工作的发动机少于26台,那么,火箭就危险了。
            现在,有许多火箭设计师对这种发动机并联的思路进行了借鉴。其中较成功的一款如下:

            各位,应该认得出来吧


            IP属地:陕西87楼2021-04-13 20:08
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              今天接着昨天,来说说L1绕月飞船是怎么回事
              1959年12月,在一场汇集了所有主设计师的会议上,设计师各自提出他们最新设计。科罗廖夫提出了N系列以及更保守的R-7。弗拉基米尔·切洛梅(Vladimir Chelomey),科罗廖夫的竞争者,则提出了他的"通用火箭"系列:使用一个通用的下面级搭配不同的模块来满足多种载荷需要。最后,两者都得到了研发火箭的经费。
              在艾美莉卡公布其载人登月计划后,科罗廖夫在N系列的基础上,正式提出了N1-L3方案,同样追求载人登月。切洛梅则在"通用火箭"的基础上,提出一系列绕月飞行计划,他认为这样也能击败艾美莉卡。火箭将使用他领导的设计局OKB-52“将”研发的UR-500,而载人绕月飞船,则是“将”研发的L1。由于L1飞船与“联盟号”(7K)有许多相似之处,这个工程又被称为“7K-L1”。
              当时的苏军尤其是战略missile部队,并不支持探月这种对军事无益的政治工程。而科罗廖夫与切洛梅却极力促成登月计划。1961年至1964年间,切洛梅的保守方案被普遍认同,于是UR-500和“联盟号”7K-L1的研发被提上了日程。


              IP属地:陕西88楼2021-04-14 19:13
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                L1基本上是一个双座的联盟飞船的魔改版本,它的居住舱被拆除,质量降低到了5吨。飞船还缺少一个备用降落伞容器,而用一个入舱口代替了。
                和L1飞船搭配的是火箭的Blok D。与为N1火箭开发的L3飞船的Blok D设计相比,L1的Blok D与之几乎相同。锥体喷口、球形氧气罐再加一个类圆柱形的插入物(仪表舱和下降舱),构成了整个飞船。在发射阶段,它也有一个外部整流罩,以及和宇航员所在下降舱相连的逃逸塔。

                7K-L1航天器及其有效载荷的关键部件:1)7K-L1航天器;2)Blok D;3)有效载荷整流罩;4)运载火箭适配器;5)紧急逃生系统(逃逸塔);6)质子运载火箭;7)支撑锥体。
                7K-L1的开发工作基本与联盟7K-OK飞船平行,因此,工程师有机会将一些新系统集成到L1中,而这些系统在地球轨道上的联盟号飞船中并不存在。例如,L1将装备第一台苏联飞行控制计算机——Argon-11s。
                L1飞船的临时飞行预计将持续8至10天。这是苏联在1963年东方号载人飞船任务期间实现的最大飞行时间长两倍。


                IP属地:陕西89楼2021-04-14 19:18
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                  无人L1测试飞行器的半剖图
                  L1在近地轨道的总质量是19040公斤,长4.796米,飞船(不含太阳帆)的直径是2.183-2.72米(我应该没看错,应该)。在太阳帆展开后,它的跨度大约9米。飞船能搭载2名宇航员,但是,搭载之后,能供活动的空间仅剩2.6m³。也就是说,航天员会在这任务持续的七、八天内几乎动弹不得。
                  如果真有宇航员执行这样的绕月任务的话,他们一定很坚强。


                  IP属地:陕西90楼2021-04-14 19:25
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                    在一次典型的L1任务中,三级UR-500K(又称8K82K火箭,最出名的名字应该是“质子K”)从拜科努尔升空。有效载荷整流罩将在第二级发射期间,借助小型固体推进剂发动机丢弃。
                    第三级分离后,Blok D将进行两次点火中的第一次点火,其11D58发动机持续燃烧140秒,使探测器进入205公里高的停泊轨道,轨道倾角51.5°。
                    在短暂滑行后,Blok D再次启动,将7K-L1航天器插入一条地月转移轨道。然后,7K-L1将在向月球飞去时与Blok D分离。地面在根据计划参数仔细测量飞船的实际轨迹后,飞船将有机会在距离地球约25万公里的地方用自己的发动机进行轨道修正。然后,它将在月球后面以大约2000公里的最小距离经过,进行摄影和遥感实验。
                    该航天器将返回地球,并在距离母星较远的地方进行另两次轨道修正机动。随后,带着宇航员的下降舱将分离,并在发射后的七八天内进行空气动力再入地球大气层,降落在苏联领土上。
                    注意,是降落在苏联领土上。如果不是在苏联领土上,飞船将启动自毁程序,以确保它不会被落入敌手。
                    你可能会问:那么,宇航员怎么办?跟着自毁吗?
                    答案是:设计师还没考虑过宇航员的问题。他们之前都一直在进行无人测试。而所有的无人测试中,自毁装置都是必不可少的。若真有载人任务的话,我想,自毁装置应该会被去除吧。

                    轨道设计:1) 初始轨道插入;2)初始停泊轨道;3)地月转移插入机动;4)地月转移轨道修正;5)绕月飞行;6)月地转移轨道修正;7)月地转移轨道二次修正;8)下降舱与主舱分离;9)再入着陆


                    IP属地:陕西91楼2021-04-14 19:30
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                      在1963年,切洛梅还曾经设想,将L1改造成带有月球着陆器的版本。这相当于与L3,也就是与科罗廖夫,公平竞争、公开叫板。
                      在1964年前,质子-L1与N1-L3两个具有实现可能的载人探月任务一直在平行开发。直到1964年10月,发生了一件令切洛梅感觉不妙的事情:
                      当亲爱的尼基塔在黑海之滨度假时,勃列日涅夫在莫斯科发动了coup,尼基塔“被退休”,从此被迫淡出政坛。
                      相比于科罗廖夫,切洛梅与尼基塔的关系反而更亲密一些。因此,尼基塔的偏爱是切洛梅的方案能够平行进行的一个理由。
                      外部环境也发生了变化。美国的“双子星座”载人任务不断取得成功,土星1号开始试验。尽管美国的“徘徊者”系列着陆器还是一如既往的拉跨,但是,地球周围的举动已经让苏联这只“青蛙”感觉到,水温上升了。
                      第三个个变化来自内部。苏联的“联盟号”载人飞船已经取得了一些成功,它的系统也被证明具有实用性。因此,未来的载人飞船大概率将会基于联盟号进行魔改,而不是另起炉灶。
                      这三个原因一同导致了切洛梅的L1方案逐渐被边缘化。
                      最终,1965年10月,苏联政府宣布:绕月飞行任务将使用切洛梅的UR-500搭配科罗廖夫的联盟号飞船,以代替切洛梅自己的探测器号飞船。而这个基于联盟号飞船魔改的L1,也就成了我们刚才看到的L1。切洛梅的L1不再研发。
                      切洛梅自己的更多小心思,恐怕还需要航天史爱好者去发掘了。
                      此外, 科罗廖夫仍然坚持自己的N1-L3方案研究。加上魔改联盟号为L1飞船的任务,OKB-1在尼基塔倒了的那段时间,非常非常忙碌。

                      尼基塔,倒了


                      IP属地:陕西92楼2021-04-14 19:49
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                        艾美莉卡方面,阿波罗的各个系统几乎都在研发中。可是,对苏联来说,由于之前对月球竞赛一段时间的不上心和军方的耽搁,不管质子-L1还是N1-L3,在1964年都还没有成熟。
                        苏联现在“成熟”的,还是那个不成器的Ye-6无人着陆器。
                        为了掩盖自己的研究底子不足,苏联决定再次发生月球着陆器,争取再拿一个第一回来,再一次打败艾美莉卡。

                        Ye-6:工具性极强


                        IP属地:陕西93楼2021-04-14 19:53
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                          着重补充一下Ye-6的着陆器机制:
                          一个直径为58厘米、质量约为82公斤的略呈蛋形的着陆器。它被一个充气安全气囊系统保护着,以减少着陆的影响(注:这个系统原理上类似于几十年后美国宇航局的机遇号火星探测器的设计)。安全气囊将在反推火箭发射前充气,着陆器在与月球表面接触时将被抛离主舱。着陆器滚动到停止和安全气囊放气后,四个花瓣将通过炸药打开,并使整体稳定。里面是着陆器的发射器、电池和其他设备。其中包括一个简单的传真式摄像机,可以返回着陆器周围的全景图像。
                          Ye-6着陆器具有复杂的结构。当然,它也比美国宇航局研发的、在月球上着陆的徘徊者系列更有科研能力。

                          gif显示了Ye-6着陆器用于缓冲落在月球表面的安全气囊系统的跌落试验。


                          IP属地:陕西94楼2021-04-14 20:00
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                            加上之前Ye-2A的两次失败,截至月球5号任务,科罗廖夫领导的OKB-1在月球无人探测任务上已经连续失败10次。其中,只有两枚Ye-6探测器进入了地月空间。月球4号只实现了月球飞掠,而月球5号虽然实现了月球撞击,但并没有真正着陆。
                            在这一系列失败的影响下,苏联航天工业的幕后发生了重大变化。由于OKB-1用大量资源用于开发联盟号和苏联载人登月计划的L1和L3,1965年4月,科罗廖夫将深空航天器的责任移交给NPO Lavochkin,由首席设计师乔治·巴巴金(Georgi Babakin)领导。这是一个新独立的组织,由OKB-52分拆而来。

                            乔治·巴巴金,为人严谨、严格
                            这也是一个规格严格、功夫到家的设计单位,以其密集的测试和质量严格控制的飞行硬件建造而出名。但即使这样,拉沃契金的工程师们还是需要大量时间来改进Ye-6的设计,并开始生产自己的飞行单元。与此同时,还有5艘Ye-6飞船在OKB-1的生产流水线上等待发射。
                            由于对Ye-6的I-100控制系统的问题(注:实际是没有正常工作过一次)感到失望,从月球5号开始,工程师们决定为运载火箭的上一级安装一个单独的控制系统,就像已经在标准8K78M火箭中使用的那样,而让麻烦的I-100只专注于控制航天器本身。月球5号的成功发射证明了这一安排的正确性,但后续的失去控制也证明,I-100控制系统实在是无法胜任探测任务。


                            IP属地:陕西95楼2021-04-14 20:03
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                              在升级I-100控制系统后,不甘心失败的科罗廖夫领导了下一次Ye-6的发射。
                              1965年6月8日,莫斯科时间10:40:00(世界时7:40:00),8K78M运载火箭搭载Ye-6 No.7从拜科努尔航天发射场成功发射。编号为U103-31的8K78M成功地将Blok L逃逸级及其1442公斤重的Ye-6有效载荷送入167×246公里倾斜64.8°的停放轨道。经过短暂的滑行后,Blok L级点燃,月球6号被成功送上月球转移轨道。
                              初步检查显示,月球6号正在按计划运行,而跟踪显示,着陆目标需要进行中途修正。自发射以来,月球6号共进行了12次通信,在发射后第二天,月球6号被命令自行调整航向,进行中途修正。升级后的KTDU-5A发动机按I-100的指令点火,但未能按计划停机。取而代之的是,发动机继续点火,直到其推进剂供应耗尽,将月球6号推离航道很远。后来调查表明,地面控制系统发送的设置主机停机时间的命令有错误。6月11日,月球6号在驶入太阳轨道时,离月球最近距离为160935公里。
                              再一次,为了确保这次任务不会完全失败,地面控制人员在月球6号上进行了一系列的工程测试。他们成功地执行了着陆程序(除了主发动机点火),包括安全气囊充气和着陆器展开。
                              I-100,七杀
                              苏联的探月任务已经连续失败11次。但是,离成功越来越近了!


                              IP属地:陕西96楼2021-04-14 20:05
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