说到载人登月，尼尔·阿姆斯特朗在公元1969年7月21日凌晨2点56分（UTC）说的那句话：

　　然而，实际上，苏联人同样有着载人登月的梦想，而且他们同样为此付出了汗水、鲜血甚至是生命。在苏联那样的制度下，保密工作的优先级别高于一切，这导致了有关苏联载人登月计划的细节至今仍少为人知。

　　不过，有梦想并为之奋斗终生的人是始终都需要有人来进行纪念的。那些为了苏联乃至全人类的太空探索事业献出了青春和生命的人有权利获得后人的赞赏。更何况，那段波澜壮阔的历史，那份挑战地球引力的豪情本身，也足以让处于信息时代的我们感慨不已。

　　这就是苏联人准备用来发射载人登月飞船的N-1重型运载火箭。注意火箭奇特的外形设计和火箭底部的人员。在105米高的火箭脚下，工程技术人员的身形显得格外渺小。或许，在当时的管理者眼中，这些人的生命、尊严、自由与伟大的事业相比，真的是无比渺小的。与前面的系列文章一样，本文仍然会努力抛开政治与军事相关的因素，试着从技术角度还原N-1重型运载火箭的诞生过程与总体设计方案。

　　1961年4月12日，苏联宇航员尤里·加加林成为了首次进入太空的人类，加深了美国对在太空竞赛中落后的恐惧。这直接促使原本对探索月球热情不高的约翰·肯尼迪总统改变了主意。

　　1961年5月25日，肯尼迪在参、众两院特别会议中宣布了阿波罗计划的蓝图，其中心思想可以用一句线年之前把美国人送上月球。

　　谢尔盖·帕夫洛维奇·科罗廖夫，1907年1月12日出生在乌克兰日托米尔的一个农民家庭。18岁考入基辅工学院空气动力学专业，2年后转学到莫斯科国立技术大学。毕业后，进入图波列夫飞机设计局，任飞机设计师与试飞员。1930年，结识齐奥尔科夫斯基，并立刻参与到大型火箭的研究当中，1932年成为火箭小组负责人。同时以《火箭发动机》和《火箭飞行》等著作成为后人公认的科学研究与科学普及双料大师。

　　носитель对应的拉丁拼写Nossitel，是运载器的意思。当时N系列运载火箭有3款型号，从大到小依次命名为N-1、N-2和N-3，准备采用核发动机，为未来的空间站和登月、登陆火星等任务提供运载力量。

　　小火箭的微信公众号文章《土星5号：最高最重推力最大的火箭》（实际上，N-1火箭的起飞推力比土星5号的要大，可惜没能成功执行过任何任务，不能真正进入火箭推力排名序列。）

　　全高105米（比土星5号火箭稍矮），整体呈圆柱体与圆锥体的结合状，这种气动外形在火箭中并不多见，小火箭会在下文详述造成这种构型的原因。最大直径17米（实际为16.876米），起飞重量为2735吨。

　　高30.09米，最大直径16.876米，顶部直径10.3米。火箭发动机喷出伸出一级火箭底部平台1.78米。一级火箭上面的那个框架格栅结构为一级火箭与二级火箭相连的部分，高6.325米，镂空的结构方便二级火箭点火的时候向外喷出火箭燃气。这种结构设计大家或许会感觉很面熟。有兴趣的小火箭好友可以用结构力学的方法计算一下该结构中每根杆的受力情况，计算结果可在微信中给小火箭留言进行讨论。

　　30台发动机！这些发动机分为内外两环，外环为紧挨在一起的24台发动机，内环为呈60°中心角均布的6台发动机。

　　古舒高提出了设计一款推力强大的火箭发动机的方案：RD-270。该发动机的设计方案于1962年6月26日提出。这款燃烧室压力高达26.1MPa的发动机性能不错，其海平面推力6270千牛。（美国土星5号火箭的第一级采用5台F-1发动机，总推力33400千牛，每台F-1火箭发动机的海平面推力为6770千牛的，有关F-1火箭发动机的详细介绍，参见小火箭的公众号文章《F-1:史上最强的单燃烧室液体火箭发动机》）。

　　3039吨，N-1火箭的发射重量为2735吨。土星5号火箭与N-1火箭的第一级的设计工作时间均为150秒量级。因此，可以说，N-1运载火箭可以采用5台RD-270火箭发动机并联的方式。这样，N-1火箭的第一级因为发动机数量的大幅减小，其外形就不会有如此明显的锥度，总体构型就会与土星5号非常相似了。

　　。RD-270火箭发动机的推力虽大，但是其燃料体系为偏二甲肼/四氧化二氮。虽然这种常温推进剂能够非常可靠地工作，并且有着不错的性能。但是，科罗廖夫早就对这种火箭发动机表现出了不满的情绪。偏二甲肼为剧毒燃料，而且从比冲和未来更大推力的火箭发动机的需求的角度来看，液氧煤油火箭发动机取代偏二甲肼/四氧化二氮火箭发动机是个可以预见的趋势。

　　RD-170，详见小火箭的微信公众号文章《RD-170：世界上推力最大的液体火箭发动机》，但这已经是十几年后的事情了）。

　　于是，为了满足N-1火箭总体设计中需要的推力，最终，选用NK-33火箭发动机的N-1火箭的第一级采用了30台发动机。（原本只需5台RD-270，但是因推力太小，NK-33需要4倍的推力，于是增加到20台。但是，增加的发动机带来了附加的发动机干重、管路系统重量等结构重量，为弥补这些，发动机数量增加到26台。）

　　11A52工程中几乎要被确定下来的数目。但是，那时候，N-1火箭的载荷仅是50吨。后来，苏联人发现美国人或许线年之前登月，就改变了自己的策略。

　　原本，苏联人采取了循序渐进的方案：先送宇航员做近地轨道飞行，然后是绕月飞行不登陆，最后是登陆月球与返回。现在，他们决定直接执行送宇航员上月球的新方案。于是，N-1火箭的第一个版本就得是考虑登月舱的大载荷版。其有效载荷重量一再追加，由50吨变为75吨，到1964年的学术会议上，92吨已成为工程师们的共识。然后，到1965年初，科罗廖夫设计局已经开始以95吨为设计指标了。他去世后，米申牵头，最终将有效载荷定为98吨。然后米申说了一句：再也不能追加载荷了。算是了结了这件事情。

　　50吨的载荷追加到98吨，N-1火箭的第一级发动机的数量也就从26台增加到了30台。（这简直是验算火箭动力学方程的完美算例。有兴趣的小火箭好友可以自己计算，复现当年的发动机数量确定过程。）

　　N-1火箭有了自己的独门绝技：不摆动喷管也能控制火箭的飞行方向。（这个听起来就像是不张嘴也能说话的腹语术一样神奇）

　　当火箭需要向左转弯的时候，底部位于右侧的发动机们保持较大推力，而坐侧的火箭发动机们适当减小推力，这样就形成了左右的推力差（苏联人将其称作推力差动转弯）。向右转弯则情况相反。这让小火箭想起了履带式拖拉机的转弯方式。

　　14.75万公里，仅次于美国；其中电气化铁路里程居世界首位，总长5.38万公里，占全国铁路营业里程的36.5%；复线万公里，同样占全国铁路营业里程的36.5%。苏联铁路以仅占全世界12%的营业里程，承担世界铁路运输的53%货物周转量和25%的旅客周转量。

　　N-1火箭的30台NK-33并联而成的一级火箭发动机从来就没有进行过同步点火测试。因为苏联当时已经没有时间建造那么巨大的发动机试车台了。这为之后的事故埋下了伏笔。

　　1968年9月19日拍摄到的N-1火矗立在发射台山的样子。你能否从这张照片感受到苏联人的奔月梦想呢？

　　所有的NK-33发动机都是出厂状态，从未进行过任何一次点火测试！这是正常的火箭发动机研制流程所不允许的。而且，这枚试验箭实际上是任务箭！这枚火箭的上面级里面放了一艘线飞船。这飞船可是要绕着月球飞上一圈然后返回地球的。也就是说，苏联人要跳过所有的近地轨道测试步骤，直接绕月了！

　　公元1969年2月21日，莫斯科时间下午12点18分07秒，地动山摇的轰鸣声宣告N-1火箭挣脱地球怀抱的时候来了！

　　从自动控制原理的角度来说，管路控制系统遇到了比较严重的“超调”。65.8秒时，28台火箭发动机的功率全部超过最大允许值。整个管路系统出现了严重的高频振动。66秒时，1台NK-33火箭发动机的液氧输送管路爆炸！

　　L-1飞船在逃逸塔的帮助下，飞离了危险区域。后来，在爆炸平息后，降落在距离发射架22千米的地方。

　　1969年7月16日）越来越近了。苏联人没时间进行设计大改了。实际上，留给他们测试的时间都几乎没有了。

　　一枚螺丝钉松动后，被强大的煤油喷流冲到了燃料泵里）N-1火箭的故障控制系统立刻关闭了传感器指示出的那台发动机。然而，令人不解的是，故障控制系统没有停下关闭指令，而是开始接连关闭发动机，用了3秒钟的时间，关闭了第一级火箭30台发动机中的29台。（只剩下第18号发动机还在工作）

　　在巨大的固体火箭发动机的拉动下，绕月飞船像是被猫妈妈叼住后脖子的小猫一样，被叼出1公里后，平稳着陆。

　　公元1971年6月27日莫斯科时间凌晨2点15分07秒，第3枚N-1火箭点火。前10秒，火箭发动机工作正常。毕竟，30台发动机的联合点火在前两次发射中算是做了测试。而且，工程技术人员对第一级火箭的动力系统进行了上千次的模拟和演练，已经有了较大把握。

　　通过8个月的努力，我们现在拥有了一套全新的制导控制系统。其中，一条控制逻辑是：在起飞50秒的时间内，不准关闭任何一台发动机。

　　按照预案，弹载计算机自动关闭了一级火箭内环的6台发动机。（此时接近一二级分离的关键控制点，要保证火箭的俯仰与偏航姿态，因此最好不要关闭外环发动机。）

　　4次发射，4次失败。从后来解密的资料中，我们能够惊奇地发现，实际上还有第5枚和第6枚N-1火箭的存在。

　　彻底废止N-1火箭相关的所有项目。不久，古舒高的RD-170火箭发动机、能源号运载火箭、暴风雪航天飞机和质子号运载火箭等一系列项目立项。N-1火箭甚至连更多详细的纪录都没能留下。

　　后来的人或许已经不能够理解生产一枚火箭的不易。N-1火箭项目废弃后，大量珍贵的合金也被搁置了。其中就有镍镁合金。镍镁合金是金属镍和金属镁通过高温熔炼手段得到的合金。镍的熔点是1452℃，镁的熔点为650℃，相差甚远。而且金属镁还具有蒸汽压高，不感应等特点，实际生产难度非常大。冶炼工人是冒着引发火灾、烟雾甚至爆炸的风险来进行线火箭的灵魂还在

　　虽然人们对N-1火箭的30台NK-33发动机并联的一级印象深刻且评论常带讥讽，但是，NK-33火箭发动机本身是非常优秀的。

　　苏联解体后，美国航空喷气公司迫不及待地设法采购到了一批NK-33发动机。（以每台110万美元的价格购得36台）。如今，该公司已将NK-33和NK-43分别重命名为

　　和AJ26-59。上图为AJ26-58（本名NK-33）发动机在美国约翰·斯坦尼斯航天中心的试车台上。

　　NK-33发动机的推重比为137:1，线s。这样的性能傲视所有同类同级别的火箭发动机。即使是上图这个SpaceX公司为之骄傲的梅林1-D发动机，也仅仅是在性能上接近NK-33（线s），还没能做到与上世纪60年代的NK-33老家伙的性能相平。更不用说其他火箭发动机了。

　　），煤油的秒流量为319磅（合144.70千克）。由此算来，液氧储箱的容积应为煤油储箱的2.586倍。实际上，小火箭通过测算资料中的和后来找到的照片中的液氧储箱和煤油储箱的样子，反推了一下两个储箱的容积。其实就是以

　　的火箭最大直径（这个数据来之不易，通常的资料给出的都是17米的数据，后来通过米申本人的日记中的残缺片段，刚好看到N-1火箭尾裙最大直径为16.876米！）为参考，通过描点和测量，用一般的几何方法得到的。小火箭推测的N-1火箭的液氧储箱容积为2146.69立方米，煤油储箱的容积为1000立方米。这样一来小火箭账号公众号，N-1火箭的液氧与煤油的比不到2.147。小火箭在这里提出疑问：为什么N-1火箭的第一级的液氧与煤油的比例有问题呢？难道采用多台发动机进行配置的时候，单台发动机的喷气中会有剩余的部分煤油燃料，会有其他的氧气来源么？

　　2012年10月1日，美国安塔瑞斯运载火箭的第一级在运输过程中。注意，两台NK-33火箭发动机的喷管。

　　安塔瑞斯运载火箭（Antares）在早期发展阶段则又被称为金牛座Ⅱ号运载火箭（Taurus II），是由美国轨道科学公司所研发的一种一次性使用运载系统，可以发射5吨的有效载荷进入近地轨道，于2013年4月21日首次飞行测试成功。安塔瑞斯运载火箭为轨道科学公司所发展过最大型的火箭，并且负责发射向国际太空站进行商业补给服务的载运飞船天鹅座飞船。

　　无论N-1火箭的结局如何，其奋力拼搏，敢为理想努力的精神还是为其赢得了尊重。如今，在纪念那段太空竞赛往事的博物馆中，N-1火箭与土星5号火箭并排站立，一起诉说着过往的光荣与梦想。