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標題: 愚蠢火箭設計——蘇聯登月夢想落空 [打印本頁]

作者: 掃街 時間: 2013-10-22 12:40
標題: 愚蠢火箭設計——蘇聯登月夢想落空
據國外媒體報道，蘇聯人雖然率先將衛星(“斯普特尼克”號衛星)送入太空，但第一個登上月球的卻是美國人。在與蘇聯人展開的太空競賽中，美國人無疑是勝者。美國率先將人類送上月球，除美國外，包括蘇聯在內的其他任何國家都沒有做到這一點。實際上，蘇聯也制定了登月計劃，但最終以失敗告終，失敗的一個重要原因要歸咎于一種令人感到瘋狂的火箭——N1火箭。
提到最終以失敗告終的蘇聯登月計劃，人們往往將矛頭指向拙劣的管理制度或者經濟原因，又或者其他因素。正是這些因素導致這個社會主義國家的載人登月夢想最終落空。實際上，蘇聯人的失敗還有一個重要原因，那就是N1火箭。如果你是一個曾在1962年1月監視地球人活動的外星人，你一定會認為蘇聯人將成為太空競賽的最終勝利者。之所以得出這一理論是因為蘇聯人率先將衛星送入太空，率先讓動物進行太空飛行。他們的宇航員尤里-加加林不僅是進入太空第一人，同時還乘坐飛船環繞地球飛行。在這些領域，美國人都只能扮演“老二”角色。同一時期，美國人只進行了一次載人太空飛行，由艾倫-謝潑德進行。但確切地說，謝潑德進行的并不是真正意義上的太空飛行，而是亞軌道飛行，飛行時間不到半個小時。

1969年7月，美國的“阿波羅11”號飛船登上月球，太空競賽以美國人的勝利宣告結束。為了實施登月任務，蘇聯人研制了N1 火箭。這種火箭的體積與幫助尼爾-阿姆斯特朗、巴茲-奧爾德林和邁克爾-柯林斯順利完成登月任務的土星V型火箭相當。雖然長度略短，重量略輕，N1 火箭的推進力更大。N1 火箭安裝了大量發動機。

土星V型火箭只安裝了5臺大型發動機，相比之下，N1 火箭安裝了30臺小型發動機。其中24臺發動機在Block A(第一級)外部形成一個環，6個安裝在中央，提供側滾控制。蘇聯工程師認為如果一臺發動機無法正常工作，也不會對火箭產生太大影響。不幸的是，他們的這種設計最終遭遇噩夢。

與N1 火箭相比，土星V火箭的設計較為簡單，只有600萬個零部件。然而，即使只有0.1%的零部件在火箭發射時損壞，也會導致6000多個零部件崩毀，瞬間要了宇航員的命。土星V火箭從未發生致命事故。(“阿波羅1”號宇航員的遇難要歸咎于指揮艙供氧系統出現的故障。)蘇聯人研發的系統向來品質差。將30臺發動機安裝在第一級并且彼此緊鄰，一旦其中一臺發生故障，便會引發連鎖反應，導致火箭發生大爆炸。N1火箭最終迎來可怕的厄運。

N1火箭共進行了4次試射，每一次都以失敗告終。試射中，N1火箭從發射架發射后不久便墜落地球，變成一堆廢鐵。其中一次試射中，一個螺絲松動脫落而后被吸入為其中一臺發動機輸送燃料的氧泵，結果立即引發爆炸，隨后觸發連鎖反應。火箭的爆炸威力相當于7千噸TNT，與一枚小型核彈不相上下。這是人類歷史上規模最大的非核爆之一。不久后，美國人便知道蘇聯人的此次慘敗。當時，衛星拍到了發射架殘骸的照片。蘇聯用了18個月時間重建發射架。在后來的N1火箭身上，他們安裝了燃料過濾器。

1972年，N1火箭進行第4次，同時也是最后一次試射，這一次同樣以大爆炸宣告結束，事故原因是一種被稱之為“縱向耦合振動”的現象。縱向耦合振動是一種上下劇烈振動，不僅能夠讓人的身體出問題，火箭的身體也不例外。這種現象由不同發動機產生的推進力變化所致，由于安裝了30臺不靠譜的發動機，所能產生的振動我們可想而知。一旦發生縱向耦合振動，可變加速度會導致燃料泵的壓力趨于不穩定，形成更大的可變加速度，最終讓振動與火箭的共振頻率相匹配，釀成慘劇。

這一次試射中，N1火箭上升到40公里的高度，而后發生致命的縱向耦合振動。出現這種現象后，發動機本應有序關閉。但由于N1火箭設計上存在的缺陷，發動機關閉并沒有按計劃進行，其中一個液態氧泵發生爆炸，隨后引發大爆炸。接二連三的失敗最終促使蘇聯政府放棄載人登月計劃。借助于衛星，美國人得知了蘇聯人的研制計劃。但直到1989年，蘇聯政府才正式承認N1火箭研制計劃失敗，因為這畢竟是一件十分丟臉的事情。在承認這一慘敗之后短短兩年，蘇聯解體，美蘇爭霸以美國的完勝告終。

點評：
有些東西是天生改不了的，這叫什么來著，民族秉性

作者: xiaokongzhi 時間: 2013-10-22 14:09
貌似系統的可靠性研究就是從阿波羅登月計劃來的

作者: 949457130 時間: 2013-10-22 16:04
用那么多發動機可能是由于蘇聯當時在火箭發動機方面沒辦法制造出像美國那樣的單臺大推力發動機！要不然誰會放著簡單的結構不用，而用那么復雜的結構組合呢！

作者: civiling1204 時間: 2013-10-22 16:08
毛子登月失敗，從技術層面可以總結的最大問題就是系統可靠性。科羅廖夫死得早，負責估計這老家伙無論如何都不會同意那30發動機并聯的方案的。
按照帽子一貫的設計風格和工程哲學，越簡單的東西越可靠，這種理念目前在機械領域依然適用。“簡單=可靠”是沒有問題的。
但一味追求簡單，在航天競賽那樣緊張的氛圍當中，毛子是在沒有資源和能力去做一些更深入的研究，比如更大的火箭發動機，比如更快的計算機。其實N1的那些小發動機可靠性還是不錯的，后來很多都出口給了米國。但當這些發動機一起組成龐大的系統的時候，系統就復雜了。按照毛子的控制水平，根本無法同時處理好各個發動機之間的協調。
反過來，米國的5聯發動機要簡單的多，而簡單的前提，是人家攻克了至今最大發動機的難題。
這其中蘊含的道理應該是什么時候該偷巧，什么時候該攻關的問題

作者: pain 時間: 2013-10-22 16:46
事后諸葛，也只有嘴上聰明

作者: 懷念昔日熊貓 時間: 2013-11-3 14:20
沒有足夠的時間進行技術積累，采用的是急功近利的捆綁多個火箭發動機的方式，風險大大增大。蘇聯如此，俺們不也一樣嗎？

作者: 海藍1212 時間: 2013-11-4 13:29
積累啊

作者: bacon1989 時間: 2013-11-23 20:55
這讓我想起了《大國重器》，里面有多少是“30臺小型發動機”的呢？

努力縮減零件數——模塊化設計

作者: 軒轅相濡 時間: 2014-2-15 18:06

civiling1204 發表于 2013-10-22 16:08
+ t! S; A% F' G8 S5 }5 g A$ I毛子登月失敗，從技術層面可以總結的最大問題就是系統可靠性。科羅廖夫死得早，負責估計這老家伙無論如何都 ...

串聯吧

作者: 軒轅相濡 時間: 2014-2-15 18:07
我想知道萬一蘇聯這臺火箭登上月球了你這篇文章怎么寫？

作者: duyeslin 時間: 2014-8-11 15:47
今天才知道這樣的原因啊

作者: 林霸赫 時間: 2014-12-20 06:56
愚蠢de設計在自己的身邊也有。

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