nand1 推力不够数量凑？承载前苏联太空梦的N-1火箭有多奇葩？

发布时间 : 2024-11-24

作者 : 小编

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推力不够数量凑？承载前苏联太空梦的N-1火箭有多奇葩？

火箭简介

N-1运载火箭是苏联登月计划的核心，其在高度、质量和有效负载上仅次于世界第一的土星五号。N1-L3方案采用五级推进，前三级将飞船送入地球轨道，其余两级用于地月推进。其是亦被西方人称为 G-1e 或 SL-15 的火箭，而N1就是俄语носитель（运载器）的缩写。N-1火箭是一个不择不扣的“怪物”，它的高度达到105米，相当于30层高的楼；满载重量接近2800吨，相当于一艘小型护卫舰的排水量；其五级推进段使用了多达44台的大推力发动机（仅第一级同时安装30台Nk-15火箭发动机），是苏联“傻大黑粗”思想的典型代表。

时间紧迫，方案仓促

N-1火箭的研发是1959年在谢尔盖·科罗廖夫（Sergey Korolyov）的带领下，在他的科罗廖夫设计局（OKB-1）展开的，在科罗廖夫的设计原稿中，N-1的第一级火箭是24台发动机并联。在科罗廖夫因病去世后，设计师瓦西里•米申接手了他的工作，他发现原计划配套的苏联登月飞船“联盟7K-LOK”和LK登月舱比预计的要重，由于没有美国阿波罗飞船和登月舱先进的材料技术和设计理念的支持，使得最终建造完成的苏联登月飞船和登月舱比原计划整整重了二十吨，这已经远远超出了N-1火箭原本的运载能力。

阿波罗飞船和登月舱（左）和“联盟7K-LOK”和LK登月舱（中）

由于苏联政府的不断施压，时间紧迫已经不允许米申和他的团队重新设计运载火箭，于是他们不得不在N-1的基础上进行“魔改”，其中包括使用超低温液氧技术提升了每台Nk-15发动机2%的推力极限，但是这样做依然达不到要求，因此不得不在一级燃料罐下又加了6台发动机。简言之，N-1的发动机设计完全是临时“抱佛脚”的产物，没有经过系统而充分的理论论证和模拟测试，这也为后来一连串的事故埋下了隐患。

发射四次，失败四次

1969年2月21日，序列号为N1-3L的火箭携带了联盟7K-L1登月飞船进行了第一次发射，由于发动机燃料管道泄露引发了火灾，完全失去动力的N-1火箭在空中滑翔，发射后183秒在距离发射塔52公里处坠毁。

1969年7月3日，序列号N1-5L，携带联盟号飞船进行了第二次发射，但是由于发动机的涡轮泵爆炸，爆炸引发的强烈冲击波切断了周围的推进剂输送管道并导致第一级内部燃起大火，最终导致火箭发射23秒后发生爆炸，其内部装载的2300吨推进剂虽然只有15%发生了爆炸，但是这次爆炸的威力依然堪比小型核爆，发射中心周围的窗户全部炸碎，碎片被喷射到10公里之外，东侧发射阵地被彻底炸毁，混凝土结构塌陷，附近的一个照明塔倒塌并被扭曲成麻花状。

1971年6月26日，序列号N1-6L，携带了联盟7K-LOK登月飞船和登月舱进行了第三次发射，在两年的时间里，苏联科学家对N-1火箭燃料供应管道进行了优化，改进了计算机控制系统，并对第一级的整个发动机控制系统进行了大量的改进和测试，可以说这次已经有了很大把握，然而就在一级火箭三十台发动机同时工作时，其产生的废气使火箭发生了意外的轴向翻转，这已经超过了火箭自身的补偿能力，最终导致了火箭坠毁。

1972年11月23日，序列号N1-7L，携带联盟7K-L3型登月飞船进行了第四次也是最后一次发射，在一年多的时间里，苏联科学家们对N-1火箭进行了许多改进，旨在消除已发现的缺陷并增加输出有效载荷的质量。包括在飞行控制计算机内部署了全新的陀螺仪平台；修改了火箭的气动外形，第一级底部被重新修改为圆柱形样式，直径减小了1m；’整个火箭的所有空气动力学整流罩由钝头型替换为尖头型。同时安装了氟利昂防火系统，在发动机周围飞行时形成了保护性气体环境。遥测方面采用了全新设计的数字制导控制系统。总共有超过13,000个传感器安装在这个火箭上。然而在其发射107秒后，火箭还是在四十公里的高空爆炸（原因是在发射后90秒对内环6个发动机进行程序性关机时，产生的压力波动比预期强得多，导致发动机供给管道大量爆裂，第一级底部开始着火。火灾在发生后104秒时诱爆了4号发动机，并在连锁反应下在引爆了整个一级火箭）。

左为土星五号，右为N-1

问题何在？

N-1火箭问题频发，其实跟火箭发动机没有多大关系，相反N-1火箭的核心Nk-15煤油液氧发动机（下图标示为Soviet N-1）的比冲值（下图横坐标）领先于当时绝大多数煤油液氧发动机，甚至碾压了土星5号第一级的F-1引擎，就连苏联自己也只在20年后的RD-170赶超。由于该发动机使用了富氧分级循环技术，大幅度提升了推进剂的利用效率，Nk-15在当年可是神器一般的存在，美国直到冷战结束都不相信苏联有此等技术。

那么问题到底在哪呢？正如上文所说，N-1火箭因为登月舱超重问题进行了魔改，但是其没有像土星五号一样采用储罐共底减重技术（美国土星五号也存在超重问题），即改进第二级和第三级来完成减重，但是让两个温度差在80摄氏度的液体仅通过一层罐子底隔开，这对于材料工业基础薄弱的苏联是一个巨大挑战，同时由于军用优先的原则，苏联的燃料罐研发集中在弹道导弹常用的强腐蚀性偏二甲肼和四氧化二氮的抗腐蚀高分子材料上，这也就意味着N-1火箭从一开始就没有储罐共底减重这条“捷径”可走。

共底储箱结构示意动图

再加上煤油液氧的组合在真空中比冲大幅度落后于液氢液氧的组合，因而还不能指望燃料利用率低的二级三级携带更多燃料来弥补运力，因此克服超重问题的重任就落在了剩余空间最多的一级火箭的“肩上”，这进一步增加了事故发生的概率 （第三次发射就是因为在额外的6台发动机点火后，在火箭底部造成预料外的不稳定气流漩涡，导致火箭失控撞地爆炸）。

土星5号第二级的液氢液氧共底设计

这些仅仅是能看见的缺陷，而火箭内部那些未经充分验证就临时修改的设计则更为致命，其中最为突出的就是N-1火箭的飞行控制系统。由于故障导致发动机熄火会使火箭推力不平衡，因而N-1第一级采用全对称设计，引擎称圆形排列在火箭底部外缘，单台引擎故障只需关闭对称位置的引擎便可保证平衡，也就是说N-1理论最多可在三分之一引擎熄火下依然完成发射。

不过说的容易做起来难，负责管理引擎推力平衡的飞控电脑KORD（俄语“引擎运行控制”首字母简写）却有着诸多设计问题和程序逻辑漏洞 （第一次发射时KORD错把燃料泄露引发的火灾判断成火箭失控，直接在起飞后68秒关闭了所有引擎并锁死了一二级分离机构，这使得没有推力的火箭直接砸毁在距离发射塔大约52千米处。第二次发射起飞前发动机液氧泵爆炸，KORD又错误地在起飞后12秒关闭了所有引擎，而关闭讯号却没有被发动机接收到，直接导致N-1火箭推力不均以倾斜45的姿态砸回了发射台上，近2300吨燃料和氧化剂的巨大爆炸几乎摧毁了整个发射台。针对两次发射苏联工程师禁止KORD在发射后50秒内关闭所有引擎和锁死一二级分离机构，但这却又莫名其妙的导致KORD在第四次发射时未能分离点火完毕的第一级），苏联电子工业的弱势在此展露无遗。

总结来说

虽然N-1火箭一级助推段三十台发动机并联的设计在这几十年间已被人拿出“鞭尸”无数次了，但是这并不是该火箭的真正问题，N-1火箭的设计理念与土星五号类似，然而苏联的软件（与设计理念配套）较美国来说差了一大截，同时在没有进行充分的测试论证的人情况下就急于进行发射，这根本就是赶鸭子上架的决定，而苏联薄弱的轻工业和电子工业，外加上来自太空竞赛政治需求上的压力导致研发测试时间严重不足，才是N-1火箭失败的真正原因。

航天计划本就是个烧钱的无底洞，为了缩小与美国的差距，苏联不惜重金研制飞船，却没有耐心给足其时间进行调整测试，在航空航天领域是没有捷径可走的，最终N-1火箭百分之零的发射成功率也说明了这一点，而每一次失败都是对苏联国力的损耗（就算成功了依然损耗国力，太空竞赛本就是美苏两国之间的“面子之争”）。

外媒曝光：金士顿 NV1 固态硬盘混用主控芯片、QLC TLC 闪存

IT之家 12 月 30 日消息，金士顿 NV1 固态硬盘定位入门级别，采用 PCIe 3.0 界面，1TB 容量售价 589 元。外媒 techpowerup 发现，这款固态硬盘最新批次采用的主控芯片与之前不同，产品混用了慧荣和群联的主控，不同容量的版本也混用 QLC、TLC 闪存。

外媒买到了一条 1TB 容量 NV1 SSD，揭开标签后发现产品使用了慧荣 SM2263XT 主控，闪存芯片为美光 96 层堆叠的 QLC NAND。

▲ 不同的 NV1 硬盘实拍对比

其它几家评测机构的金士顿 NV1 固态硬盘，采用了群联 PS5013-E13 主控芯片，有着 QLC、TLC 不同的闪存。群联和慧荣这两款主控芯片均兼容 TLC、QLC 闪存，但是具体哪种容量采用 TLC 则未知。

根据目前网络上的评测结果，金士顿 NV1 固态硬盘顺序写入速度约为 2200MB / s，顺序读取速度约为 1700MB / s。目前没有证据表明，金士顿 NV1 固态硬盘混用主控的做法，会使得产品性能受到影响。

IT之家了解到，目前金士顿 NV1 SSD 提供 250GB 至 2TB 容量可选，2TB 版本售价 1179 元。官方标称的产品寿命符合 QLC 闪存的特点，官方提供三年有限保固服务，具体的条件也根据剩余寿命进行判断。