N1 (roket)

N1 (Bahasa Rusia: Н1 – dari Носитель:Nositel', "pengangkut") adalah roket angkut berat untuk membawa muatan melampaui orbit bumi rendah, sebagai jawaban Soviet atas roket Saturn V milik NASA. Roket ini mampu mengorbitkan beban sangat berat, dan dirancang untuk membawa awak ke luar orbit. Pengembangan N1 dimulai pada tahun 1959. Tingkat pertamanya adalah tingkatan roket paling kuat yang pernah dibuat.
Versi N1-L3 dikembangkan untuk menyaingi Apollo-Saturn V dari Amerika Serikat untuk mendaratkan manusia di bulan, juga dengan metode pertemuan di orbit bulan. Dasar wahana peluncur N1 memiliki tiga tingkat, untuk membawa muatan pendarat bulan L3 ke orbit bumi rendah dengan dua kosmonot. L3 sendiri terdiri dari satu tingkat pemberangkatan dari bumi; dan satu tingkat lagi digunakan untuk menyesuaikan haluan, memasuki orbit bulan, dan pendaratan di bulan; sebuah pesawat luar angkasa LK berawak satu; dan pesawat ruang angkasa Soyuz 7K-LOK berawak dua untuk mengorbit bulan dan kembali ke bumi. Pesawat luar angkasa Apollo mampu membawa tiga astronot (dua mendarat di bulan), dan tidak membutuhkan tambahan dua tingkat roket.
N1-L3 kekurangan dana dan pengujian, dan baru mulai dikembangkan pada Oktober 1965, hampir empat tahun setelah Saturn V. Proyek itu kacau balau setelah kematian kepala desainernya, Sergei Korolev, tahun 1966. Seluruh empat usaha peluncuran N1 gagal; pada percobaan kedua, roket N1 jatuh kembali ke landasan peluncurannya tak lama setelah terangkat dan meledak, mengakibatkan ledakan non-nuklir buatan manusia terbesar dalam sejarah. Program N1 ditangguhkan tahun 1974, dan resmi dibatalkan tahun 1976. Bersama dengan seluruh program penerbangan berawak ke bulan Soviet, N1 tetap dirahasiakan sampai menjelang runtuhnya Uni Soviet bulan Desember 1991; informasi tentang N1 pertama kali dipublikasikan tahun 1989.

Proyek awal

Pengembangan dimulai di bawah pimpinan Sergei Korolev di Biro Desain OKB-1. Proposal rancangan awalnya adalah muatan seberat 50 ton untuk meluncurkan stasiun luar angkasa militer dan penerbangan berawak melintasi Mars dengan tingkat akhir bertenaga nuklir. N1 adalah yang terbesar dari tiga proposal yang diajukan; N2 agak lebih kecil dan dimaksudkan untuk menyaingi rancangan Vladimir Chelomei, UR-200; dan N3 yang lebih kecil lagi, untuk menggantikan roket "pekerja" Korolev R-7. Sampai tahap ini, seri-N masih di atas kertas.
Bulan Desember 1959, para kepala desainer diundang untuk mengajukan desain terbaru mereka kepada militer. Korolev mengajukan seri-N ditambah beberapa serial modifikasi kecil untuk R-7. Vladimir Chelomei, saingan Korolev, mengajukan seri "Roket Universal", yang menggunakan tingkat bawah biasa dalam berbagai konfigurasi berkelompok untuk memenuhi berbagai kebutuhan mengangkut muatan. Mikhail Yangel, yang paling sukses tapi minim koneksi politik, mengajukan R-26 yang kecil untuk menggantikan R-16, ICBM R-36 yang jauh lebih besar, dan juga SK-100, peluncur luar angkasa berupa sekumpulan besar R-16. Akhirnya militer memilih UR-100 milik Chelomei sebagai ICBM "ringan" yang baru, dan R-36 milik Yangel untuk kelas "berat". Mereka tidak merasa membutuhkan peluncur khusus yang lebih besar, tetapi Korolev tetap diberikan anggaran untuk mengembangkan Molniya (8K78), adaptasi R-7.
Bulan Maret 1961, dalam pertemua di Baikonur, para perancang mendiskusikan desain N1, bersama dengan desain Glushko yang menjadi pesaing, R-20. Bulan Juni, Korolev mendapat anggaran kecil untuk mengembangkan N1 antara tahun 1961 dan1963. Bulan Mei 1961, sebuah laporan pemerintah, Peninjauan Ulang Rencana Wahana Luar Angkasa untuk Kebutuhan Pertahanan, menjadwalkan uji peluncuran roket N1 pada tahun 1965.

Misi ke Bulan

Ketika AS pada bulan Mei 1961 mengumumkan rencana pendaratan manusia di bulan, Korolev mengajukan misi ke bulan dengan pesawat baru, yang kemudian dikenal sebagai Soyuz, yang dirancang untuk pertemuan di orbit bumi. Beberapa peluncuran akan digunakan untuk merakit modul bulan yang lengkap, satu untuk Soyuz, satu untuk pendarat bulan, dan beberapa lagi untuk mesin pembawa ke bulan dan bahan bakarnya. Cara ini meringankan wahana peluncur, karena satu peluncuran hanya membawa sedikit muatan. Tetapi semuanya harus diluncurkan secepat mungkin supaya setiap modul dapat segera disatukan sebelum kehabisan bahan bakar dan kebutuhan lainnya di luar angkasa. Bahkan dengan cara ini, booster pembawa ke bulan dan bahan bakarnya masih terlalu berat untuk roket peluncur Soviet yang tersedia. Korolev lantas mengajukan pengembangan N1 dengan muatan 50 ton – jauh lebih kecil dari desain N1 yang akhirnya dibuat.
Untuk mesinnya, Valentin Glushko, yang nyaris memonopoli semua desain mesin roket Uni Soviet, mengajukan mesin baru, RD-270, berbahan bakar unsymmetrical dimethylhydrazine (UDMH) dan nitrogen tetroksida (N₂O₄). Formula ini hipergolik (langsung terbakar saat bercampur, sehingga tidak memerlukan sistem pembakaran yang rumit), dan banyak dipakai dalam desain Glushko untuk berbagai ICBM. Paduan propelan UDMH/N₂O₄ memiliki impuls spesifik yang lebih rendah dari kerosene/oksigen cair, tetapi karena RD-270 menggunakan siklus pembakaran bertahap, bukan siklus gas-generator seperti mesin roket Amerika F-1, impuls spesifik RD-270 lebih tinggi dari F-1.
Korolev merasa bahan bakar yang beracun itu membahayakan awak pesawat luar angkasa. Glushko mengatakan roket Titan milik AS yang dipakai untuk meluncurkan pesawat Gemini juga memakai propelan yang sama. Amerika yang sudah 5 tahun lebih dahulu mengembangkan mesin F-1 saja masih bermasalah dengan kestabilan pembakaran; Glushko merasa mustahil dan tidak adil jika disuruh mempertaruhkan reputasinya dengan membuat mesin serupa a la "proyek Rara Jonggrang" dengan kocek yang sangat tipis, komputer kuno dan kerosene murahan yang cenderung menyisakan kerak pada suhu tinggi, tidak seperti kerosene berkualitas roket untuk Saturn V.
Keduanya memang punya dendam pribadi. Korolev menuduh Glushko yang membuatnya nyaris mati di Gulag Kolyma sehingga menghancurkan pernikahan pertamanya, dan Glushko menganggap Korolev konglomerat sombong yang bersikap tahu beres terhadap hal-hal yang tidak ia mengerti. Glushko menolak mentah-mentah menggarap mesin LOX/kerosene, apalagi bersama Korolev. Ia kemudian bergabung dengan desainer roket lain untuk membangun roket Proton, Zenit dan Energia yang sangat sukses.
Belakangan, Glushko memang membuat mesin LOX/Kerosene yang lebih kuat dan lebih canggih dari F-1, bernama RD-170. Pengembangannya memakan waktu lebih dari 10 tahun, meskipun dimulai 20 tahun setelah F-1, karena ketertinggalan industri Uni Soviet sebagaimana diramalkan Glushko. Hal inilah yang mungkin membuatnya menolak mengembangkan mesin semacam itu untuk N1.
Perselisihan ini menyebabkan perpecahan antara Korolev dan Glushko. Tahun 1962, sebuah komite yang dibentuk untuk mengurai kemacetan proyek ini berpihak pada Korolev. Karena Glushko menolak mengerjakan desain tersebut, Korolev akhirnya menyerah dan meminta bantuan Nikolai Kuznetsov, desainer mesin jet dari biro OKB-276.
Kuznetsov, yang minim pengalaman mendesain roket, menjawab dengan mesin kecil bernama NK-15, yang akan dibuat dalam beberapa versi tergantung ketinggian operasinya. Agar daya dorong yang dibutuhkan tercapai, diusulkan agar sejumlah besar NK-15 dikelompokkan di tepian booster tingkat bawah. Bagian dalam "cincin" mesin dibiarkan terbuka, di mana udara disemprotkan dari atas booster sehingga bercampur dengan gas buang untuk menambah daya dorong, juga sebagai pembakaran tambahan dengan gas buang yang masih mengandung bahan bakar. Susunan mesin berbentuk cincin tersebut boleh jadi merupakan usaha membuat mesin "aerospike" yang sederhana.
Sementara itu, OKB-52 pimpinan Chelomei mengusulkan misi alternatif yang tidak terlalu riskan. Chelomei mengusulkan beberapa misi mengelilingi bulan (tidak mendarat) yang menurutnya dapat mengalahkan AS. untuk itu ia mengusulkan booster baru, mengelompokkan tiga roket UR-200 (SS-10) untuk membuat satu booster besar, UR-500. Rencana ini dibatalkan ketika Glushko menawarkan Chelomei RD-270, sehingga bisa menggunakan desain tunggal yang lebih sederhanadan juga dinamai UR-500. Ia mengusulkan agar desain pesawat yang sudah ada diadaptasi untuk misi mengelilingi bulan, yaitu LK-1 berawak satu. Chelomei merasa bahwa pengembangan UR-500/LK-1 memungkinkan pesawat itu membawa dua kosmonot.
Militer Soviet, khususnya Angkatan Rudal Strategis, sebenarnya malas mendukung proyek politis yang tidak ada nilai militernya, tetapi baik Korolev maupun Chelomei memaksakan adanya misi ke bulan. Untuk sementara, antara tahun 1961 dan 1964, proposal Chelomei yang tidak terlalu ambisius, dan pengembangan UR-500 dan LK-1 miliknya mendapat prioritas utama.

Perlombaan luar angkasa

Sejak Proyek Gemini AS melampaui keunggulan Soviet dalam penjelajahan luar angkasa oleh manusia tahun 1966, Korolev berhasil membujuk Leonid Brezhnev untuk menjalankan rencana pendaratan di bulan mendahului AS. Untuk itu dibutuhkan booster yang jauh lebih besar.
Korolev mengajukan versi N1 yang lebih besar, digabung dengan modul bulan baru yang bernama L3. L3 menggabungkan mesin ke bulan, pesawat Soyuz yang diadaptasi (LOK) dan pendarat bulan LK yang baru dalam satu paket. Chelomei menjawab dengan wahana berbasis gabungan mesin UR-500, yang mengusung pesawat L1 yang tengah dikembangkan, dan pendarat desain sendiri. Proposal Korolev terpilih sebagai pemenang pada Agustus 1964, sementara Chelomei diminta meneruskan proyek pengorbit bulannya, UR-500/L1.
Ketika Khrushchev disingkirkan akhir tahun 1964, pertengkaran kedua tim berlanjut. Bulan Oktober 1965, pemerintah Soviet memerintahkan kompromi; misi orbit bulan akan diluncurkan dengan roket UR-500 Chelomei dengan pesawat Soyuz Korolev sebagai ganti Zond rancangan sendiri, dengan target peluncuran 1967, bertepatan dengan peringatan 50 tahun Revolusi Bolshevik. Sementara Korolev dapat melanjutkan proposal N1-L3. Korolev jelas menang berdebat, tetapi toh proyek L1 dan Zond jalan terus.
Korolev meninggal tahun 1966 akibat komplikasi pasca operasi kecil, dan pekerjaan dilanjutkan wakilnya, Vasily Mishin. Mishin tidak punya kecakapan atau koneksi politik seperti Korolev, dan akhirnya mengakibatkan kegagalan N1 dan bahkan seluruh misi ke bulan.

Deskripsi

N1 adalah roket yang sangat besar, tingginya 105 meter dengan ditambah muatan L3. N1-L3 terdiri dari lima tingkat: Tiga yang pertama (N1) untuk masuk ke orbit bumi rendah, dan dua lagi (L3) untuk injeksi trans-lunar dan masuk ke orbit bulan. Dengan muatan dan bahan bakar penuh, N1-L3 berbobot 2750 ton. Tiga tingkat terbawah berbentuk seperti corong terbalik dengan lebar 17 meter di dasarnya, sementara bagian L3 berbentuk silindris dengan lebar 3,5 meter. Bentuk mengerucut pada tingkatan bawah itu disebabkan susunan tangki bahan bakar di dalamnya, tangki kerosene bulat kecil di atas tangki oksigen cair yang lebih besar.
Tingkat pertama, Blok A, ditenagai 30 mesin NK-15 yang disusun dalam dua cincin, cincin luar dengan 24 mesin dan cincin dalam dengan 6 mesin. Mesin-mesin ini adalah mesin dengan siklus pembakaran bertahap yang pertama. Sistem kendalinya menggunakan diferensiasi gas buang pada mesin-mesin di cincin luar untuk berbelok dan berputar. Cincin dalam tidak digunakan untuk pengendalian. Blok A memiliki empat sirip jala, yang kemudian digunakan dalam desain rudal udara-ke-udara Soviet. Total, Blok A menghasilkan gaya dorong 45,400 kN (10,200,000 lbf). Lebih besar dari Saturn V (33,700 kN (7,600,000 lbf)). Tetapi Saturn V menggunakan hidrogen cair yang memiliki impuls spesifik lebih tinggi untuk tingkat keda dan ketiga, sehingga mengurangi jumlah tingkatan yang dibutuhkan untuk injeksi trans-lunar, dan membuatnya lebih ringan.
Tingkat kedua, Blok B, ditenagai 8 mesin NK-15V yang disusun dalam satu cincin. Perbedaan utama NK-15 dan -15V adalah corong mesin dan setelan untuk ketinggian tinggi. Tingkat di atasnya, Blok V (В/V adalah huruf ketiga dalam alfabet Rusia), berisi empat mesin kecil NK-21 yang disusun kotak.
Selama masa hidup N1, beberapa penyempurnaan direncanakan untuk menggantikan mesin rancangan aslinya. Tingkat pertama menggunakan adaptasi NK-15 yang bernama NK-33, tingkat kedua juga dimodifikasi menjadi NK-43, dan akhirnya tingkat ketiga menggunakan NK-31. N1 yang dimodifikasi ini dinamai N1F, tetapi tidak pernah meluncur sampai akhirnya proyek dibatalkan.

Sistem kendali

KORD (KOntrol' Raketnykh Dvigateley—"Kendali Mesin Roket"—Bahasa Rusia: Контроль ракетных двигателей) adalah sistem pengendali mesin otomatis untuk menyalakan, mengatur gas, mematikan dan mengawasi 30 mesin di Blok A (tingkat pertama). KORD mengatur diferensiasi semburan gas dari 24 mesin di cincin luar untuk kemudi belok dan berputar dan juga mematikan mesin yang rusak dan saling berseberangan. Maksudnya untuk menetralkan momen dari mesin yang saling berseberangan di cincin luar sehingga gaya dorong tetap simetris. Blok A dapat berfungsi baik dengan dua pasang mesin mati (26/30 mesin), Blok B sepasang mesin mati (6/8 mesin) dan Blok V satu mesin mati (3/4 mesin). Sayangnya sistem KORD tidak beraksi pada proses yang muncul sangat cepat, seperti pompa turbo yang meledak pada peluncuran 5L. Karena kekurangan sistem KORD inilah sebuah komputer baru dikembangkan untuk peluncuran terakhir, wahana 7L, yang disebut S-530. Ini adalah sistem kontrol dan pemandu digital pertama dari Soviet. Sistem telemetri mengirim kembali data dengan kecepatan 9.6 Gb per detik melalui 320,000 saluran di 14 frekuensi. Perintah dapat dikirimkan kepada N1 yang tengah meluncur dengan kecepatan yang sama.

Masalah

Pipa-pipa yang sangat rumit dibutuhkan untuk menyalurkan bahan bakar dan oksigen ke dalam kumpulan mesin roket tersebut. Hal ini menjadi sangat rentan, dan menjadi salah satu penyebab kegagalan peluncuran. Selain itu, kompleks peluncuran Baikonur tidak bisa dicapai dengan kapal tongkang yang berat. Supaya dapat diangkut lewat rel, ketiga tingkatan harus dibongkar dan dirakit ulang. Ke-30 mesin Blok A hanya pernah dites menyala sendiri-sendiri, tidak pernah sekaligus sebagai satu unit. Sergei Khrushchev mengatakan, hanya dua dari setiap enam mesin yang diuji. Akibatnya, getaran yang kompleks dan merusak (yang mengoyak pipa bahan bakar dan turbin) dan juga nyala gas buang dan masalah dinamika fluida (mengakibatkan wahana melintir, kavitasi vakum dan lain-lain) pada Blok A tidak pernah diketahui dan diatasi sebelum peluncuran. Blok B dan V diuji statis sebagai satu kesatuan.
Karena kendala teknis dan kurangnya anggaran untuk uji coba lengkap, uji terbang N1 tidak pernah tuntas. Empat peluncuran tanpa awak dari 12 yang direncanakan semuanya gagal, bahkan sebelum tingkat pertama terpisah. Penerbangan terlama hanya 107 detik, sedikit lagi sebelum tingkat pertama terpisah. Dua uji coba dijalankan tahun 1969, satu pada tahun 1971, dan yang terakhir 1972.
Mishin melanjutkan proyek N1F setelah pembatalan rencana pendaratan manusia di bulan, dengan harapan boosternya dapat digunakan untuk membangun pangkalan di bulan. Program dihentikan tahun 1974 ketika Mishin digantikan oleh Glushko. Dua N1F disiapkan untuk meluncur, tetapi batal.
Program ini diganti dengan konsep wahana peluncur sangat besar bernama "Vulkan" (berbahan bakar Syntin/LOX, tetapi kemudian diganti dengan LH2/LOX untuk tingkat kedua dan ketiga), dan akhirnya tahun 1976, dilanjutkan dengan program Energia/Buran.

Kerancuan kode L3

Ada kerancuan di sumber-sumber internet Rusia perihal apakah yang dimaksud adalah N1-L3 (Rusia: Н1-Л3) atau N1-LZ (Rusia: Н1-ЛЗ), Karena huruf Kiril "Ze" untuk "Z" sangat mirip angka "3". Kadang-kadang keduanya ada di dalam situs Rusia yang sama (bahkan artikel yang sama). Sumber berbahasa Inggris hanya mengacu pada N1-L3 (tiga). Yang benar memang L3, karena mewakili satu dari lima tahap penjelajahan bulan Soviet. Tahap 1 (Л1) misi berawak mengelilingi bulan (hanya sebagian terlaksana); Tahap 2 (Л2) mengirimkan mobil bulan (Lunokhod), tahap 3 (Л3) pendaratan berawak, tahap 4 (Л4) menempatkan wahana berawak di orbit bulan, dan tahap 5 (Л5) membawa kendaraan berat ke bulan untuk mengangkut 3–5 orang.