このロケットはソ連を月面に到達させることに失敗した

1969 年 2 月 20 日は寒さが厳しかったため、打ち上げは延期された。ソ連のロケットの中で最大のものでも、カザフスタンの極寒の冬には耐えられなかった。翌日には気温が十分に上昇し、午後 3 時 18 分、巨大な N-1 ロケットが初めて地球を離れた。第 1 段を動かす 30 基のエンジンの総合推力が地面を揺るがし、ロケットの底から噴き出す炎は、このロケットを何年もかけて動かしてきた人々にとって畏敬の念を抱かせる光景だった。そして、わずか 70 秒後、30 基のエンジンすべてが停止した。勢いのまま N-1 ロケットは高度約 17 マイルまで上昇したが、重力によって地球に墜落した。脱出システムにより、搭載されていた改造された月探査機が切り離され、発射台から約 21 マイル離れた地点に打ち上げられた。ロケットの残りの部分はさらに約 10 マイル離れた場所に着陸した。わずか2分足らずで、アメリカに先んじて月に到達しようとするソ連の最後の勇敢な努力は、ねじれて焼けた金属の山と化した。

メガブースターの誕生

宇宙時代の多くの大規模計画と同様に、N-1 ロケットの起源は、スプートニクの打ち上げで宇宙時代が正式に始まる以前からありました。1950 年代半ばに米国で起こっていたように、ソ連の科学者や計画者も宇宙に目を向け始めていました。1954 年、検討対象となったミッションの 1 つは、火星または金星への有人フライバイでした。これは着陸ミッションよりも簡単ですが、既存の R-7 ロケットでは実行できないミッションでした。ソ連は、隣の惑星に到達するために、もっと大きなものを必要としていました。

この必要性から、1957 年 7 月に軍と研究機関の設計局長に提案が出された。その 1 つが、ロシア語で「Heavy Interplanetary Ship (重い惑星間船)」の音訳である TMK と呼ばれる重量物運搬惑星間ロケットだった。最終的にこのロケットの製造は、宇宙技術研究所の一部である NII-88 研究センターの OKB-1 設計局に委ねられた。OKB-1 の主任設計者兼責任者として、このプログラムはセルゲイ コロリョフに委ねられた。

火星/金星フライバイミッションのパラメータによって、ロケットの詳細が決まりました。ミッションプランナーは、これらのミッションの最小ペイロードは 75 トンになると見積もっていました。そのうち 15 トンだけが惑星間宇宙船で、残りの 60 トンがロケットの質量です。忘れないでください。ロケットはペイロードとともに地球から離陸しなければなりません。

これほどの揚力を持つロケットには強力なエンジンが必要だったため、コロリョフは大型ロケットの経験豊富な人物、OKB-456 設計局長のヴァレンティン・グルシコにその案を持ちかけた。グルシコは第 1 段エンジンに硝酸と UDMH を使用する案を提示したが、コロリョフはきっぱりと拒否した。毒性化学物質を使用することで、すでに困難な N-1 をさらに複雑にしたくなかったのだ。グルシコは揺るぎなく、このエンジンに関する意見の相違が技術者と設計局の間の長きにわたる対立の始まりとなり、またグルシコは N-1 の飛行を阻止するキャンペーンも開始した。

グルシコが退任した後、コロリョフはニコライ・クズネツォフをリーダーとする OKB-276 に N-1 のエンジン開発を依頼した。クズネツォフはグルシコのような大型エンジンの経験がなかったため、彼の解決策は粗雑なものだった。つまり、小型エンジンをもっと使って必要なパワーを得るというものだ。この解決策はコロリョフに合っており、N-1 は構想から現実へとゆっくりと移行し始めた。

金星から月へ

コロリョフの巨大ブースター計画は、1964年にソ連の奇妙な決定により、長年にわたる作業が突然頓挫するまで、着実に前進していた。宇宙開発競争のこの時点では、ソ連がリードしていた。ソ連は、最初の衛星、最初の動物、最初の人類を軌道に乗せた最初の人、最初の女性を打ち上げ、最初の宇宙遊泳を行った。しかし、米国はジェミニ計画の約束により先行し始めており、アポロは（比喩的に）すでに月に向かっていた。NASAは、事実上、月を目指して自らと競争していた。しかし、8月3日、ソ連は、10年末までに人類を月に着陸させるという米国の挑戦に挑むことを決定した。米国が正式に月面着陸計画を開始した3年後、ソ連指導部は独自の計画を承認した。

この新たな目標を考慮して N-1 がキャンセルされることを回避するために、OKB-1 は新しいロケットを建造するのではなく、このロケットで月に行くという提案を提出しました。この計画は最終的に承認され、1965 年に、米国より先に宇宙飛行士を月に送るという重荷はコロリョフと彼の N-1 に委ねられました。

しかし、問題がありました。N-1 は火星や金星へのフライバイ ミッションの打ち上げには十分なパワーがありましたが、月への着陸ミッションを送ることはできませんでした。着陸ミッションはフライバイ ミッションよりも重く、特に自由帰還軌道ミッションでは重くなります。フライバイでは、軌道投入燃焼や地球横断噴射燃焼用の燃料を運ぶ必要はなく、複雑な生命維持システムや推進システムを備えた着陸機ももちろん必要ありません。しかし、これらはすべて着陸ミッションに絶対に必要なものです。

つまり、設計上、N-1 は月ロケットとしては不十分だった。比較対象として、アポロの月周回軌道ランデブー ミッション アーキテクチャ用に改良されたサターン V を考えてみよう。サターン V は 130 トンを低地球軌道に投入することができ、月まで探査機を運ぶ長期アポロ ミッションにも十分な量だった。N-1 は 75 トンに制限されていた。

これにより、コロリョフ局には選択が残された。複数回の打ち上げで月探査機を軌道上で組み立てるか、N-1 をより強力にするかだ。打ち上げ失敗によるミッションの失敗を避けるために、局は後者を選択した。解決策は、ケロシンの温度を下げて液体酸素を過冷却し、既存のタンクにさらに貯蔵し、すべてのロケット エンジンをアップグレードし、第 1 段にさらに 6 基追加することだった。月に到達するには、N-1 は第 1 段に 30 基のエンジンを搭載することになるが、それでも軌道に乗せられるのは 95 トンだけだった。

**N-1の構造**

この決定の後、N-1 の最終的な配置が決定されました。スタックの最下部にはブロック A があり、30 基のエンジンで駆動する第 1 段で、これらはすべて KORD と呼ばれるシステムによって管理されていました。これは、すべてのエンジンの重要なパラメータを監視するリアルタイム診断システムであり、また、個々のエンジンが壊滅的な故障の兆候を示した場合に停止する決定を下すこともできます。これは、30 基のエンジンを搭載したロケットの冗長性を活用したものであり、1 基または 2 基のエンジンが失われても、打ち上げが完全に失敗することはありません。他のエンジンで補うことができます。

しかし、打ち上げに必要なのはパワーだけではありません。ロケットは飛行中に方向も決めなければなりません。N-1 のピッチとヨーの制御は差動推力によって実現されました。複雑で重いシステムを使用してエンジンを旋回させるのではなく、N-1 では差動推力を使用しました。ロケットの片側からのパワーを少なくすると、希望する飛行方向にロケットが傾きます。ロール制御は、メイン エンジン クラスターの外側にある 6 つの小さなノズルで行われ、スタックを垂直軸を中心に回転させることができます。サターン V と同様に、N-1 は多段式ロケットでした。ブロック A の上には 2 つのステージがありました。2 番目のステージはブロック B で、8 つのエンジンで駆動されていました。ブロック V は 3 番目のステージで、4 つのエンジンで駆動されていました。

ブロック V の上にはペイロードがあり、月面ミッションでは 4 つの部分から成る L-3 複合体でした。ブロック G はブロック V の真上に位置し、乗組員を月に送り込む月周回軌道投入ステージでした。その上にはブロック D があり、中間軌道修正噴射、月周回軌道投入噴射、乗組員の月面降下を開始するための噴射を実行するステージでした。そして、2 つの宇宙船、ブロック I LOK 月周回機とブロック E LK 月面着陸機がありました。

地球を離れる

1966 年にコロリョフが亡くなると、N1-L3 プログラムは後継者のワシリー・ミシンに引き継がれ、新しい指揮の下、ロケットは初飛行の準備を整えました。指令では、米国に遅れを取らないように N-1 を 1967 年後半に飛行させるよう指示されていましたが、これは不可能であることが判明しました。ロケットは最終的に 1968 年 5 月に発射台に設置され、1969 年 2 月にようやく準備が完了しました。この時点で、アポロ 8 号はすでに月を周回していましたが、NASA が着陸を試みるまでにはまだまだ道のりが残っていました。この最初の N-1 打ち上げがトラブルなしで完了すれば、ソ連が米国に勝つことができるという希望がありました。

N1-3L（3番目のN-1ロケット、月探査機のL-3と混同しないでください）は、1969年2月21日午後3時18分に地球を離れました。T+70秒ですべてのエンジンが停止し、さらに数分以内に地上で燃える残骸となりました。

予備データによると、エンジン12と24が停止し、それを補うためにさらに点火する代わりに、残りの28は早めに停止した。調査は深まり、KORDに焦点が当てられた。電気干渉により、KORDからエンジン12を停止する誤った信号が送信され、対称性を保つために反対側のエンジン24も停止したことが判明した。ロケットがより高く飛ぶと、振動によってターボポンプのガス圧測定パイプが剥がれ、エンジン2の燃料圧力パイプが破損した。これにより、高温の灯油がロケットの基部に流れ込み、エンジン3、21、22、23、および14の温度上昇を引き起こした。火災により、電源ケーブルを覆う絶縁体が破壊された。KORDはこれをターボポンプのパルスと解釈し、すべてのエンジンを停止するコマンドを送信した。信号はロケットを上って、ブロックBとVのエンジンも停止した。

問題の根本原因が見つかったからといって、簡単に解決できるわけではありません。KORD の設計者は、火災によって KORD が誤ったコマンドを送信する可能性があること、そしてそれが簡単に解決できないことを認めました。ソ連はアメリカが月面に着陸する前に 2 番目の N-1 を急いで準備していたため、このチームは結局この問題を秘密にしておくよう指示されました。

二度目の失敗

1969 年 7 月 4 日午前 2 時 18 分、2 機目の N-1 ロケットが地球を離れました。2 度目のエンジンの早期停止を回避するため、KORD の配線は新しい断熱材で覆われ、伝送ラインは相互に分離され、誤った信号が送信されないようにしました。また、各エンジンのセンサーの数が増えたため、エンジニアや KORD が読み取るデータ ポイントも増えました。

ロケットは上昇し始めたが、わずか 10.5 秒後に尾部から光る破片が落ちてくるのが見えた。ロケットのスタックは浮遊しているように見え、その後傾き、発射台に落下して崩壊し、一連の爆発を引き起こし、その一帯を炎で包み込んだ。これはソ連の計画が経験した発射台での最大の災害であったが、驚くべきことに死者は出なかった。

事故調査ではテレメトリ、写真、フィルムを調べた結果、ロケットがまだ発射台にある状態で、30 基の Blovk A ロケットがすべて点火していたことが判明しました。その後、エンジン 8 に液体酸素を供給していたターボポンプが打ち上げ直前に爆発しました。他のエンジンは作動し続けましたが、発射台のわずか 650 フィート上空でエンジンが停止し始めました。12 秒以内に、エンジン 18 を除くすべてのエンジンが停止し、そのエンジン 1 基のせいでロケットは横に傾き、ほぼ横向きで墜落し、破壊力が増しました。

どうやら、エンジン 8 のターボ ポンプの破片が問題の根本だったようです。それが爆発を引き起こし、その衝撃で他のエンジンへの供給ラインが切断され、火災が発生しました。これにより、エンジン 7、19、20、21 の圧力とターボ ポンプの回転速度が危険なほど高いという信号が KORD に送信され、エンジンが停止し、続いて 18 を除く残りのエンジンも停止しました。破片、酸素センサーの問題、および KORD からの誤った信号が、別の N-1 の墜落を引き起こしました。

失われた月

ソ連の宇宙計画が第 2 次 N-1 号の惨事の文字通りの、そして比喩的な破片を拾い集めている間に、アポロ 11 号は月面に着陸した。惑星間計画から外され、月面ミッションに押し込まれたロケットは、今や用途がなくなった。しかし、計画は中止されなかった。変更が行われ、国家指導部から別の N-1 号の打ち上げ準備の指示が出された。

それから2年ちょっと経った1971年6月27日、3機目のN-1ロケットが発射台から飛び立った。このロケットは他のどのロケットよりも順調な滑り出しを見せたが、すぐにロール安定化の問題が発生してしまった。そのためロケットに強いトルクがかかり、ブロックBが損傷し、最終的には破壊された。その後、T-51秒にKORDは30基の第1段エンジンすべてに停止信号を送り、ロケットは空中で分解し、地球に墜落した。N-1の最終飛行は1972年11月23日だった。最初の77秒間、ロケットは実際に設計通りに動作した。これまでのどのロケットよりも遠くまで飛行したため、KORDはT+90秒にちょうどいいタイミングで6基のエンジンの中央クラスターを停止した。しかし、14秒後にブロックAの尾部で爆発が起こり、ミッションは終了した。

これは N-1 計画の最後の盛り上がりでした。10 年以上の開発期間と、月面着陸計画として 8 年間の優先度の高さを経た N-1 メガ ブースターは、1974 年にソ連共産党中央委員会の法令により中止されました。

SpaceXの現代版

SpaceX は最近、100 人の乗組員を火星に送り、植民地を建設するという大胆な計画を発表しましたが、この大規模なミッションを開始するロケットは N-1 と驚くほど類似しています。具体的には、第 1 段を動かすエンジンの数です。SpaceX の惑星間輸送システム (N-1 の原型) の第 1 段には 42 基のエンジンがあります。中心となるのは 7 基のジンバル エンジンで、その周囲を中央の 14 基の固定エンジンのリングが囲み、さらに外側のリングに 21 基の固定エンジンが配置されています。

まったく同じではないのは明らかだ。内部エンジンのジンバルは N-1 ではできなかったことであり、このロケットははるかに大きな質量を低軌道に運ぶように設計されている。N-1 の 95 トンやサターン V の 130 トンに比べて 606 トンだ。そして、これほど多くのエンジンを冗長化していることには意味がある。42 基のエンジンがあれば、ロケットは 1 基、あるいは 2 基を失っても、失われた推力が打ち上げに悪影響を及ぼすことはない。残りのエンジンは、それを補うためにより長く噴射できる。

しかし、N-1 から学んだ教訓が頭に浮かびます。42 基のエンジンには 42 の複雑なシステムがあり、小さな事故が 1 つあるだけでステージ全体が故障する可能性があります。SpaceX がすべてのエンジンからのフィードバックを管理するために、時代遅れのソビエト KORD システムを使用することはないのは明らかです。したがって、特に最初のミッションに参加した 100 人のボランティアの皆さんには、同時に作動する多数のエンジンからのデータを管理するはるかに効果的な方法が考案されることを願うしかありません。42 基のエンジンは、ロケットを墜落させるほどの故障が発生する場所が多すぎるからです。

出典: SpaceX、Asif Siddiqi 著「ソビエトのアポロ宇宙開発競争」、NASA、Anatoly Zak 著「宇宙におけるロシア」、Russian Space Web。