จรวดบรรทุกหนักพิเศษ N-1 มีชื่อเล่นว่า "จรวดซาร์" เนื่องจากมีขนาดใหญ่ (น้ำหนักเปิดตัวเกือบ 2,500 ตัน สูง - 110 เมตร) รวมถึงเป้าหมายที่ตั้งไว้ระหว่างการทำงาน จรวดดังกล่าวควรช่วยเสริมสร้างความสามารถในการป้องกันของรัฐ ส่งเสริมโครงการทางวิทยาศาสตร์และเศรษฐกิจของประเทศ ตลอดจนเที่ยวบินระหว่างดาวเคราะห์ที่มีคนประจำ อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับชื่อที่มีชื่อเสียงของพวกเขา - Tsar Bell และ Tsar Cannon - ผลิตภัณฑ์ออกแบบนี้ไม่เคยถูกใช้ตามวัตถุประสงค์ที่ตั้งใจไว้
สหภาพโซเวียตเริ่มคิดเกี่ยวกับการสร้างซุปเปอร์จรวดหนักในช่วงปลายทศวรรษ 1950 แนวคิดและข้อสันนิษฐานสำหรับการพัฒนาถูกสะสมไว้ใน OKB-1 ของราชวงศ์ ทางเลือกหนึ่งคือการใช้การออกแบบสำรองจากจรวด R-7 ที่ปล่อยดาวเทียมโซเวียตดวงแรกและแม้แต่การพัฒนาระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์ ในที่สุดในปี 2505 คณะกรรมการผู้เชี่ยวชาญและต่อมาผู้นำของประเทศได้เลือกการจัดเรียงด้วยการออกแบบจรวดแนวตั้งซึ่งสามารถวางน้ำหนักได้มากถึง 75 ตันขึ้นสู่วงโคจร (มวลของสินค้าที่โยนไปยังดวงจันทร์คือ 23 ตัน ถึงดาวอังคาร - 15 ตัน) ในขณะเดียวกัน ก็เป็นไปได้ที่จะแนะนำและพัฒนาเทคโนโลยีที่เป็นเอกลักษณ์จำนวนมาก เช่น คอมพิวเตอร์ออนบอร์ด วิธีการเชื่อมแบบใหม่ ปีกตาข่าย ระบบกู้ภัยฉุกเฉินสำหรับนักบินอวกาศ และอีกมากมาย
ในขั้นต้น จรวดมีจุดมุ่งหมายเพื่อเปิดสถานีโคจรหนักเข้าสู่วงโคจรใกล้โลก โดยคาดว่าจะประกอบ TMK ซึ่งเป็นยานอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ขนาดใหญ่สำหรับเที่ยวบินไปยังดาวอังคารและดาวศุกร์ อย่างไรก็ตาม ในเวลาต่อมา มีการตัดสินใจล่าช้าในการรวมสหภาพโซเวียตใน "การแข่งขันทางจันทรคติ" ด้วยการส่งชายคนหนึ่งไปยังพื้นผิวดวงจันทร์ ดังนั้นโปรแกรมสำหรับการสร้างจรวด N-1 จึงถูกเร่งและกลายเป็นผู้ให้บริการสำหรับยานอวกาศสำรวจ LZ ในคอมเพล็กซ์ N-1-LZ
ก่อนตัดสินใจเลือกเลย์เอาต์สุดท้ายของยานยิง ผู้สร้างต้องประเมินตัวเลือกต่างๆ อย่างน้อย 60 แบบ ตั้งแต่บล็อกหลายบล็อกไปจนถึงโมโนบล็อก ทั้งแบบขนานและแบบต่อเนื่องของจรวดออกเป็นด่าน สำหรับแต่ละตัวเลือกเหล่านี้ ได้ทำการวิเคราะห์ที่ครอบคลุมทั้งข้อดีและข้อเสีย รวมถึงการศึกษาความเป็นไปได้ของโครงการ
ในระหว่างการวิจัยเบื้องต้น ผู้สร้างถูกบังคับให้ละทิ้งโครงร่างหลายบล็อกโดยแบ่งเป็นขั้นตอนขนานกัน แม้ว่าโครงการนี้จะได้รับการทดสอบบน R-7 แล้ว และทำให้สามารถขนส่งองค์ประกอบสำเร็จรูปของยานยิงได้ (ระบบขับเคลื่อนถัง) จากโรงงานสู่คอสโมโดรมโดยราง … จรวดถูกประกอบและตรวจสอบในสถานที่ โครงการนี้ถูกปฏิเสธเนื่องจากการรวมกันที่ไม่เหมาะสมของต้นทุนมวลและการเชื่อมต่อเพิ่มเติมระหว่างพลังน้ำ กลไก นิวแมติก และไฟฟ้าระหว่างบล็อกขีปนาวุธ เป็นผลให้รูปแบบ monoblock มาถึงส่วนหน้าซึ่งเกี่ยวข้องกับการใช้เครื่องยนต์จรวดที่ขับเคลื่อนด้วยของเหลวพร้อมปั๊มล่วงหน้าซึ่งทำให้สามารถลดความหนาของผนัง (และด้วยเหตุนี้มวล) ของถังได้เช่นเดียวกับ ลดแรงดันแก๊สเพิ่ม
โครงการจรวด N-1 นั้นไม่ธรรมดาในหลาย ๆ ด้าน แต่ลักษณะเด่นที่สำคัญของมันคือโครงการดั้งเดิมที่มีรถถังแขวนทรงกลมและผิวหนังด้านนอกที่รับน้ำหนักซึ่งได้รับการสนับสนุนจากชุดพลังงาน (รูปแบบเครื่องบินของ ใช้ "semi-monococks") และการจัดเรียงของเครื่องยนต์จรวดที่ขับเคลื่อนด้วยของเหลวแบบวงแหวนในแต่ละขั้นตอนด้วยวิธีการแก้ปัญหาทางเทคนิคนี้ ซึ่งใช้กับขั้นตอนแรกของจรวดในระหว่างการปล่อยและขึ้น อากาศจากบรรยากาศโดยรอบถูกขับออกสู่พื้นที่ภายในใต้ถังโดยไอพ่นไอเสีย LPRE ผลที่ได้คือรูปร่างหน้าตาของเครื่องยนต์ไอพ่นขนาดใหญ่มากซึ่งรวมส่วนล่างทั้งหมดของโครงสร้างขั้นที่ 1 ไว้ด้วย แม้จะไม่มีอากาศเผาไอเสียของ LPRE ก็ตาม โครงการนี้ทำให้จรวดมีแรงขับเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของจรวด
ขั้นตอนของจรวด N-1 นั้นเชื่อมต่อกันด้วยโครงถักแบบพิเศษซึ่งก๊าซสามารถไหลได้อย่างอิสระอย่างสมบูรณ์ในกรณีที่เครื่องยนต์สตาร์ทในขั้นตอนต่อไป จรวดถูกควบคุมตามช่องม้วนด้วยความช่วยเหลือของหัวฉีดควบคุมซึ่งก๊าซถูกป้อนออกไปที่นั่นหลังจากหน่วยเทอร์โบปั๊ม (TNA) ตามสนามและช่องทางของหลักสูตรการควบคุมได้ดำเนินการโดยใช้แรงขับที่ไม่ตรงกันของ ตรงข้ามกับเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยของเหลว
เนื่องจากเป็นไปไม่ได้ในการขนส่งขั้นตอนของจรวดที่มีน้ำหนักมากเป็นพิเศษโดยทางรถไฟ ผู้สร้างจึงเสนอให้ถอดเปลือกนอกของ N-1 ออกได้ และเพื่อผลิตถังเชื้อเพลิงจากแผ่นเปล่า ("กลีบ") แล้วโดยตรงที่ คอสโมโดรมเอง ในขั้นต้น ความคิดนี้ไม่เข้ากับความคิดของสมาชิกของคณะกรรมการผู้เชี่ยวชาญ ดังนั้น เมื่อนำการออกแบบเบื้องต้นของจรวด N-1 มาใช้ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2505 สมาชิกของคณะกรรมาธิการแนะนำให้แก้ไขปัญหาการส่งมอบขั้นจรวดที่ประกอบขึ้นด้วย เช่น การใช้เรือเหาะ
ในระหว่างการป้องกันการออกแบบเบื้องต้นของจรวด คณะกรรมการได้นำเสนอจรวด 2 แบบ: ใช้ AT หรือออกซิเจนเหลวเป็นตัวออกซิไดเซอร์ ในกรณีนี้ ตัวเลือกที่มีออกซิเจนเหลวถือเป็นตัวเลือกหลัก เนื่องจากจรวดที่ใช้เชื้อเพลิง AT-NDMG จะมีลักษณะที่ต่ำกว่า ในแง่ของมูลค่า การสร้างเครื่องยนต์ออกซิเจนเหลวดูเหมือนจะประหยัดกว่า ในเวลาเดียวกัน ตามที่ตัวแทนของ OKB-1 ระบุ ในกรณีฉุกเฉินบนจรวด ตัวเลือกออกซิเจนก็ดูปลอดภัยกว่าตัวเลือกที่ใช้ตัวออกซิไดเซอร์แบบ AT ผู้สร้างจรวดจำการชนของ R-16 ซึ่งเกิดขึ้นในเดือนตุลาคม 1960 และทำงานกับส่วนประกอบที่เป็นพิษที่จุดไฟได้เอง
เมื่อสร้างจรวด N-1 แบบหลายเครื่องยนต์ Sergey Korolev พึ่งพาแนวคิดในการเพิ่มความน่าเชื่อถือของระบบขับเคลื่อนทั้งหมด ผ่านการดับเครื่องยนต์จรวดที่บกพร่องในระหว่างการบิน หลักการนี้พบการประยุกต์ใช้ในระบบควบคุมเครื่องยนต์ - KORD ซึ่งออกแบบมาเพื่อตรวจจับและปิดเครื่องยนต์ที่ผิดพลาด
Korolev ยืนยันในการติดตั้งเครื่องยนต์ขับเคลื่อนของเหลวของเครื่องยนต์ การขาดความสามารถด้านโครงสร้างพื้นฐานและเทคโนโลยีของการสร้างเครื่องยนต์ออกซิเจนไฮโดรเจนพลังงานสูงขั้นสูงที่มีราคาแพงและมีความเสี่ยง และสนับสนุนการใช้เครื่องยนต์ heptyl-amyl ที่เป็นพิษและทรงพลังมากขึ้น สำนักสร้างเครื่องยนต์ชั้นนำ Glushko ไม่ได้มีส่วนร่วมในเครื่องยนต์สำหรับ H1 หลังจาก ซึ่งการพัฒนาของพวกเขาได้รับมอบหมายให้ Kuznetsov KB เป็นที่น่าสังเกตว่าผู้เชี่ยวชาญของสำนักออกแบบนี้สามารถบรรลุความสมบูรณ์แบบของทรัพยากรและพลังงานสูงสุดสำหรับเครื่องยนต์ประเภทน้ำมันก๊าดออกซิเจน ในทุกขั้นตอนของยานยิง เชื้อเพลิงจะอยู่ในถังลูกเดิมซึ่งถูกระงับจากเปลือกรองรับ ในเวลาเดียวกัน เครื่องยนต์ของสำนักออกแบบ Kuznetsov นั้นไม่มีกำลังเพียงพอ ซึ่งทำให้ต้องติดตั้งในปริมาณมาก ซึ่งท้ายที่สุดก็นำไปสู่ผลเสียหลายประการ
ชุดเอกสารการออกแบบสำหรับ N-1 พร้อมแล้วในเดือนมีนาคม 2507 การทดสอบการออกแบบการบิน (LKI) ได้รับการวางแผนที่จะเริ่มในปี 2508 แต่เนื่องจากขาดเงินทุนและทรัพยากรสำหรับโครงการ สิ่งนี้ไม่เกิดขึ้นได้รับผลกระทบจากการขาดความสนใจในโครงการนี้ - กระทรวงกลาโหมของสหภาพโซเวียตเนื่องจากไม่ได้กำหนดน้ำหนักบรรทุกของจรวดและช่วงของงานโดยเฉพาะ จากนั้น Sergei Korolev พยายามให้ความสนใจความเป็นผู้นำทางการเมืองของรัฐในจรวดโดยเสนอให้ใช้จรวดในภารกิจทางจันทรคติ ข้อเสนอนี้ได้รับการยอมรับ เมื่อวันที่ 3 สิงหาคม พ.ศ. 2507 ได้มีการออกพระราชกฤษฎีกาของรัฐบาลวันที่เริ่มต้นสำหรับ LKI บนจรวดได้เปลี่ยนไปเป็นปีพ. ศ. 2510-2511
เพื่อปฏิบัติภารกิจในการส่งนักบินอวกาศ 2 คนไปยังวงโคจรของดวงจันทร์โดยหนึ่งในนั้นลงจอดบนพื้นผิว จำเป็นต้องเพิ่มความสามารถในการบรรทุกของจรวดเป็น 90-100 ตัน วิธีนี้จำเป็นต้องมีโซลูชันที่จะไม่นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงขั้นพื้นฐานในการออกแบบร่าง พบวิธีแก้ปัญหาดังกล่าว - การติดตั้งเครื่องยนต์ LPRE เพิ่มเติม 6 ตัวในส่วนกลางของด้านล่างของบล็อก "A" เปลี่ยนรัศมีการยิงลดความสูงของวงโคจรอ้างอิงเพิ่มการเติมถังเชื้อเพลิงโดยการทำให้เชื้อเพลิงเย็นลงและตัวออกซิไดเซอร์ ด้วยเหตุนี้ความสามารถในการบรรทุกของ N-1 จึงเพิ่มขึ้นเป็น 95 ตันและน้ำหนักการเปิดตัวเพิ่มขึ้นเป็น 2800-2900 ตัน ร่างการออกแบบจรวด N-1-LZ สำหรับโครงการดวงจันทร์ได้ลงนามโดย Korolev เมื่อวันที่ 25 ธันวาคม 2507
ปีหน้าโครงการจรวดมีการเปลี่ยนแปลงจึงตัดสินใจยกเลิกการขับออก การไหลของอากาศถูกปิดโดยการแนะนำส่วนหางพิเศษ คุณลักษณะที่โดดเด่นของจรวดคือการหดตัวของน้ำหนักบรรทุกจำนวนมาก ซึ่งเป็นเอกลักษณ์เฉพาะของขีปนาวุธของสหภาพโซเวียต โครงการรับน้ำหนักทั้งหมดทำงานเพื่อสิ่งนี้ซึ่งเฟรมและรถถังไม่ได้สร้างทั้งหมด ในเวลาเดียวกัน พื้นที่เลย์เอาต์ที่ค่อนข้างเล็ก เนื่องจากการใช้ถังทรงกลมขนาดใหญ่ ทำให้น้ำหนักบรรทุกลดลง และในทางกลับกัน คุณลักษณะที่สูงมากของเครื่องยนต์ ความถ่วงจำเพาะที่ต่ำมากของรถถัง และโซลูชั่นการออกแบบที่เป็นเอกลักษณ์ก็เพิ่มขึ้น
จรวดทุกขั้นตอนเรียกว่าบล็อก "A", "B", "C" (ในรุ่นดวงจันทร์พวกเขาใช้เพื่อส่งยานอวกาศเข้าสู่วงโคจรใกล้โลก) บล็อก "G" และ "D" มีวัตถุประสงค์เพื่อเร่งความเร็ว ยานอวกาศจากโลกและชะลอตัวลงที่ดวงจันทร์ รูปแบบเฉพาะของจรวด N-1 ซึ่งทุกขั้นตอนมีโครงสร้างคล้ายคลึงกันทำให้สามารถถ่ายโอนผลการทดสอบของจรวดระยะที่ 2 ไปยังที่ 1 ได้ เหตุการณ์ที่อาจเกิดขึ้นซึ่งไม่สามารถ "จับ" ได้บนพื้นควรได้รับการตรวจสอบในเที่ยวบิน
เมื่อวันที่ 21 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2512 การปล่อยจรวดครั้งแรกเกิดขึ้น ตามด้วยการปล่อยจรวดอีก 3 ครั้ง พวกเขาทั้งหมดไม่ประสบความสำเร็จ แม้ว่าในระหว่างการทดสอบบัลลังก์ เครื่องยนต์ NK-33 ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีความน่าเชื่อถือมาก แต่ปัญหาส่วนใหญ่ที่เกิดขึ้นเกี่ยวข้องกับเครื่องยนต์เหล่านี้ ปัญหาของ H-1 เกี่ยวข้องกับแรงบิดถอยหลัง, การสั่นสะเทือนที่รุนแรง, แรงกระแทกทางอุทกพลศาสตร์ (เมื่อเปิดเครื่องยนต์), เสียงไฟฟ้าและผลกระทบอื่น ๆ ที่เกิดจากการทำงานพร้อมกันของเครื่องยนต์จำนวนมาก (ในระยะแรก - 30) และขนาดใหญ่ของตัวพาเอง …
ไม่สามารถสร้างปัญหาเหล่านี้ได้ก่อนเริ่มเที่ยวบินเนื่องจากเพื่อประหยัดเงินไม่ได้ผลิตขาตั้งภาคพื้นดินที่มีราคาแพงสำหรับการทดสอบการยิงและการทดสอบแบบไดนามิกของผู้ให้บริการทั้งหมดหรืออย่างน้อยก็ขั้นตอนที่ 1 ในการรวบรวม ผลที่ได้คือการทดสอบผลิตภัณฑ์ที่ซับซ้อนโดยตรงในเที่ยวบิน แนวทางที่ค่อนข้างขัดแย้งนี้ทำให้เกิดอุบัติเหตุทางรถยนต์หลายครั้งในท้ายที่สุด
คุณลักษณะบางอย่างที่ล้มเหลวของโครงการเนื่องจากรัฐไม่มีจุดยืนที่ชัดเจนตั้งแต่ต้น เช่น สัดส่วนการถือหุ้นเชิงกลยุทธ์ของเคนเนดีในภารกิจทางจันทรคติ Sharakhanya Khrushchev และความเป็นผู้นำของ Brezhnev เกี่ยวกับกลยุทธ์และภารกิจอวกาศที่มีประสิทธิภาพได้รับการบันทึกไว้ ดังนั้นหนึ่งในนักพัฒนาของ "ซาร์ - จรวด" Sergei Kryukov ตั้งข้อสังเกตว่า N-1 คอมเพล็กซ์เสียชีวิตไม่มากเนื่องจากปัญหาทางเทคนิค แต่เพราะมันกลายเป็นชิปต่อรองในเกมของความทะเยอทะยานส่วนตัวและทางการเมือง
Vyacheslav Galyaev ผู้มีประสบการณ์ในอุตสาหกรรมอีกคนหนึ่งเชื่อว่าปัจจัยที่กำหนดของความล้มเหลวนอกเหนือจากการขาดความสนใจจากรัฐคือการไม่สามารถทำงานกับวัตถุที่ซับซ้อนดังกล่าวได้ในขณะที่ได้รับการอนุมัติตามเกณฑ์คุณภาพและความน่าเชื่อถือ เช่นเดียวกับความไม่เต็มใจของวิทยาศาสตร์โซเวียตในขณะนั้นในการดำเนินการตามโปรแกรมขนาดใหญ่ดังกล่าว ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง ในเดือนมิถุนายน 1974 งานในคอมเพล็กซ์ N1-LZ ก็หยุดลง งานในมือที่มีอยู่ภายใต้โปรแกรมนี้ถูกทำลายและค่าใช้จ่าย (จำนวน 4-6 พันล้านรูเบิลในปี 1970 ราคา) ก็ถูกตัดออก
