De superzware draagraket N-1 kreeg de bijnaam "Tsar Rocket" vanwege zijn grote afmetingen (lanceringsgewicht van bijna 2500 ton, hoogte - 110 meter), evenals de doelen die tijdens het werk eraan werden gesteld. De raket moest de defensiecapaciteit van de staat helpen versterken, wetenschappelijke en nationale economische programma's bevorderen, evenals bemande interplanetaire vluchten. Net als hun beroemde naamgenoten - Tsar Bell en Tsar Cannon - werd dit designproduct echter nooit gebruikt voor het beoogde doel.
De USSR begon eind jaren vijftig na te denken over de creatie van een zware superraket. Ideeën en aannames voor de ontwikkeling ervan werden verzameld in de koninklijke OKB-1. Een van de opties was het gebruik van een ontwerpreserve van de R-7-raket die de eerste Sovjet-satellieten lanceerde en zelfs de ontwikkeling van een nucleair voortstuwingssysteem. Uiteindelijk, in 1962, koos de commissie van deskundigen, en later de leiding van het land, voor een opstelling met een verticaal raketontwerp, dat een lading met een gewicht tot 75 ton in een baan om de aarde zou kunnen brengen (de massa van de lading die naar de maan wordt gegooid is 23 ton, naar Mars - 15 ton). Tegelijkertijd was het mogelijk om een groot aantal unieke technologieën te introduceren en te ontwikkelen - een boordcomputer, nieuwe lasmethoden, roostervleugels, een noodhulpsysteem voor astronauten en nog veel meer.
Aanvankelijk was de raket bedoeld om een zwaar orbitaal station in een baan om de aarde te lanceren, met het daaropvolgende vooruitzicht om TMK te assembleren, een zwaar interplanetair ruimtevaartuig voor vluchten naar Mars en Venus. Later werd echter een late beslissing genomen om de USSR op te nemen in de "maanrace" met de levering van een man aan het maanoppervlak. Zo werd het programma voor de creatie van de N-1-raket versneld en werd het feitelijk een drager voor het LZ-expeditieruimtevaartuig in het N-1-LZ-complex.
Alvorens te beslissen over de definitieve lay-out van het lanceervoertuig, moesten de makers ten minste 60 verschillende opties evalueren, van multi-block tot monoblock, zowel parallelle als sequentiële verdeling van de raket in fasen. Voor elk van deze opties zijn relevante uitgebreide analyses van zowel voor- als nadelen uitgevoerd, inclusief een haalbaarheidsstudie van het project.
In de loop van voorlopig onderzoek werden de makers gedwongen om het multi-block-schema met parallelle verdeling in fasen te verlaten, hoewel dit schema al op de R-7 was getest en het mogelijk maakte om kant-en-klare elementen van het draagraket te vervoeren (voortstuwingssystemen, tanks) van de fabriek naar de cosmodroom per spoor … De raket werd ter plaatse geassembleerd en gecontroleerd. Dit schema werd afgewezen vanwege de niet-optimale combinatie van massakosten en extra hydro-, mechanische, pneumatische en elektrische verbindingen tussen de raketblokken. Als gevolg hiervan kwam een monoblock-schema op de voorgrond, waarbij gebruik werd gemaakt van raketmotoren met vloeibare stuwstof met voorpompen, waardoor de wanddikte (en dus de massa) van de tanks kon worden verminderd, evenals verlaag de vulgasdruk.
Het project van de N-1-raket was in veel opzichten ongebruikelijk, maar de belangrijkste onderscheidende kenmerken waren het oorspronkelijke schema met bolvormige opgehangen tanks, evenals een dragende buitenhuid, die werd ondersteund door een krachtbron (een vliegtuigschema van "semi-monococks" werd gebruikt) en een ringvormige opstelling van raketmotoren met vloeibare stuwstof in elk van de fasen. Dankzij deze technische oplossing, zoals toegepast op de eerste trap van de raket tijdens de lancering en de opstijging, werd de lucht uit de omringende atmosfeer door de LPRE-uitlaatstralen in de binnenruimte onder de tank uitgeworpen. Het resultaat was een schijn van een zeer grote straalmotor die het gehele onderste deel van de 1e trap structuur omvatte. Zelfs zonder lucht die de LPRE-uitlaat naverbrandde, zorgde dit schema voor een aanzienlijke toename van de stuwkracht van de raket, waardoor de algehele efficiëntie toenam.
De trappen van de N-1-raket waren met elkaar verbonden door speciale overgangsspanten, waardoor gassen absoluut vrij konden stromen in het geval van een warme start van de motoren van de volgende trappen. De raket werd langs het rolkanaal bestuurd met behulp van stuurmondstukken, waarin het gas werd toegevoerd, daar afgevoerd na de turbopompeenheden (TNA), langs de pitch- en koerskanalen, de controle werd uitgevoerd met behulp van de stuwkracht-mismatch van de tegenover vloeibare stuwstofmotoren.
Vanwege de onmogelijkheid om de trappen van de superzware raket per spoor te vervoeren, stelden de makers voor om de buitenste schil van de N-1 afneembaar te maken en de brandstoftanks te produceren uit plaatvormige platen ("bloemblaadjes") die zich al direct bij de kosmodrome zelf. Aanvankelijk paste dit idee niet in de hoofden van de leden van de expertcommissie. Daarom adviseerden de leden van de commissie, nadat ze in juli 1962 het voorlopige ontwerp van de N-1-raket hadden aangenomen, de kwestie van de levering van de geassembleerde rakettrappen verder uit te werken, bijvoorbeeld met behulp van een luchtschip.
Tijdens de verdediging van het voorontwerp van de raket kreeg de commissie 2 varianten van de raket voorgelegd: het gebruik van AT of vloeibare zuurstof als oxidator. In dit geval werd de optie met vloeibare zuurstof als de belangrijkste beschouwd, omdat een raket die AT-NDMG-brandstof gebruikt, lagere kenmerken zou hebben. In termen van waarde leek de creatie van een motor voor vloeibare zuurstof zuiniger. Tegelijkertijd leek de zuurstofoptie volgens vertegenwoordigers van OKB-1 in het geval van een noodgeval aan boord van de raket veiliger dan de optie met een op AT gebaseerde oxidator. De makers van de raket herinnerden zich de crash van de R-16, die plaatsvond in oktober 1960 en werkten aan zelfontbrandende giftige componenten.
Bij het maken van een meermotorige versie van de N-1-raket vertrouwde Sergey Korolev in de eerste plaats op het concept om de betrouwbaarheid van het gehele voortstuwingssysteem te vergroten, door het mogelijk uitschakelen van defecte raketmotoren tijdens de vlucht. Dit principe heeft zijn toepassing gevonden in het motorregelsysteem - KORD, dat is ontworpen om defecte motoren te detecteren en uit te schakelen.
Korolev drong aan op de installatie van de motor met vloeibare stuwstof. Bij gebrek aan de infrastructurele en technologische mogelijkheden van de kostbare en risicovolle creatie van geavanceerde hoogenergetische zuurstof-waterstofmotoren en het pleiten voor het gebruik van giftigere en krachtigere heptyl-amylmotoren, hield het toonaangevende motorbouwbureau Glushko zich niet bezig met motoren voor H1, na waarvan de ontwikkeling werd toevertrouwd aan de Kuznetsov KB. Het is vermeldenswaard dat de specialisten van dit ontwerpbureau erin geslaagd zijn om de hoogste resource- en energieperfectie te bereiken voor motoren van het type zuurstof-kerosine. In alle stadia van het draagraket bevond de brandstof zich in de originele kogeltanks, die aan de ondersteunende schaal waren opgehangen. Tegelijkertijd waren de motoren van het Kuznetsov Design Bureau niet krachtig genoeg, wat ertoe leidde dat ze in grote hoeveelheden moesten worden geïnstalleerd, wat uiteindelijk tot een aantal negatieve effecten leidde.
De set ontwerpdocumentatie voor de N-1 was klaar in maart 1964, de vluchtontwerptests (LKI) waren gepland om in 1965 te beginnen, maar vanwege het gebrek aan financiering en middelen voor het project, is dit niet gebeurd. Beïnvloed door het gebrek aan interesse in dit project - het Ministerie van Defensie van de USSR, omdat de lading van de raket en het takenpakket niet specifiek waren aangewezen. Toen probeerde Sergei Korolev de politieke leiding van de staat te interesseren voor de raket door voor te stellen de raket te gebruiken bij de maanmissie. Dit voorstel werd aanvaard. Op 3 augustus 1964 werd een bijbehorend regeringsbesluit uitgevaardigd, de startdatum voor de LKI op de raket werd verschoven naar 1967-1968.
Om de missie uit te voeren om 2 kosmonauten naar de maanbaan te brengen en een van hen op het oppervlak te laten landen, was het nodig om het draagvermogen van de raket te vergroten tot 90-100 ton. Dit vroeg om oplossingen die niet zouden leiden tot fundamentele wijzigingen in het conceptontwerp. Dergelijke oplossingen werden gevonden - installatie van extra 6 LPRE-motoren in het centrale deel van de onderkant van blok "A", het veranderen van de lanceringsazimut, het verlagen van de hoogte van de referentiebaan, het vergroten van het vullen van brandstoftanks door de brandstof en het oxidatiemiddel te onderkoelen. Hierdoor werd het laadvermogen van de N-1 verhoogd tot 95 ton en het lanceringsgewicht verhoogd tot 2800-2900 ton. Het conceptontwerp van de N-1-LZ-raket voor het maanprogramma werd op 25 december 1964 ondertekend door Korolev.
Het volgende jaar onderging het raketschema veranderingen, er werd besloten de uitwerping te staken. De luchtstroom werd afgesloten door de introductie van een speciaal staartstuk. Een onderscheidend kenmerk van de raket was de enorme terugslag van de lading, die uniek was voor Sovjetraketten. Hiervoor werkte het hele draagschema, waarbij het frame en de tanks niet één geheel vormden. Tegelijkertijd leidde een vrij klein lay-outgebied, vanwege het gebruik van grote bolvormige tanks, tot een afname van het laadvermogen, en aan de andere kant de extreem hoge kenmerken van de motoren, het extreem lage soortelijk gewicht van de tanks en unieke ontwerpoplossingen verhoogden het.
Alle stadia van de raket werden blokken "A", "B", "C" genoemd (in de maanversie werden ze gebruikt om het ruimtevaartuig in een baan om de aarde te lanceren), blokken "G" en "D" waren bedoeld om te versnellen het ruimtevaartuig vanaf de aarde en vertragen bij de maan. Het unieke schema van de N-1-raket, waarvan alle fasen structureel vergelijkbaar waren, maakte het mogelijk om de testresultaten van de 2e trap van de raket over te dragen naar de 1e. Mogelijke onvoorziene gebeurtenissen die niet op de grond konden worden 'gevangen', moesten tijdens de vlucht worden gecontroleerd.
Op 21 februari 1969 vond de eerste raketlancering plaats, gevolgd door nog 3 lanceringen. Ze waren allemaal niet succesvol. Hoewel de NK-33-motoren in de loop van enkele tests op de bank zeer betrouwbaar bleken te zijn, hielden de meeste problemen die zich voordoen daarmee verband. De problemen van de H-1 hielden verband met het omkeerkoppel, sterke trillingen, hydrodynamische schokken (wanneer de motoren werden ingeschakeld), elektrische ruis en andere onverklaarbare effecten die werden veroorzaakt door de gelijktijdige werking van zo'n groot aantal motoren (in de eerste fase - 30) en de grote afmetingen van de drager zelf. …
Deze moeilijkheden konden niet worden vastgesteld vóór het begin van de vluchten, omdat om geld te besparen geen dure grondsteunen werden geproduceerd voor het uitvoeren van brand- en dynamische tests van de hele luchtvaartmaatschappij of op zijn minst de eerste fase in de verzameling. Het resultaat hiervan was het testen van een complex product direct tijdens de vlucht. Deze nogal controversiële benadering leidde uiteindelijk tot een reeks ongevallen met draagraketten.
Sommigen schrijven het mislukken van het project toe aan het feit dat de staat vanaf het begin geen duidelijk duidelijk standpunt had, zoals Kennedy's strategische aandeel in de maanmissie. Sharakhanya Chroesjtsjov en vervolgens het leiderschap van Brezhnev met betrekking tot effectieve strategieën en taken van ruimtevaart zijn gedocumenteerd. Dus een van de ontwikkelaars van "Tsar-Rocket" Sergei Kryukov merkte op dat het N-1-complex niet zozeer stierf vanwege technische problemen, maar omdat het een onderhandelingsfiche werd in het spel van persoonlijke en politieke ambities.
Een andere veteraan van de industrie, Vyacheslav Galyaev, is van mening dat de bepalende factor voor mislukkingen, naast het gebrek aan de nodige aandacht van de staat, het banale onvermogen was om met dergelijke complexe objecten te werken, terwijl de goedkeuring van kwaliteits- en betrouwbaarheidscriteria werd behaald, evenals de onwil van de Sovjetwetenschap in die tijd om een dergelijk grootschalig programma uit te voeren. Op de een of andere manier werden in juni 1974 de werkzaamheden aan het N1-LZ-complex stopgezet. De achterstand die in het kader van dit programma beschikbaar was, werd vernietigd en de kosten (voor een bedrag van 4-6 miljard roebel in prijzen van 1970) werden eenvoudigweg afgeschreven.
