N1-L3 (11A52)

N1-L3 é o nome do conjunto formado pelo foguetão N1 (índice GRAU 11A52, designação Sheldon G-1-e, SL-15 para o Departamento de Defesa dos EUA) e pelo complexo lunar L3 que devia transportar. Era a resposta soviética ao Apollo: uma alunagem tripulada por encontro em órbita lunar, com dois cosmonautas a bordo e apenas um a descer à superfície. O N1 propriamente dito tinha três andares, os Blocks A, B e V, destinados a colocar o L3 numa órbita baixa de estacionamento; o L3 acrescentava mais dois, o Block G para a injeção translunar e o Block D para as correções a meio do trajeto, a inserção em órbita lunar e o início da descida, além do módulo de alunagem monolugar LK e do orbitador biplace Soyuz 7K-LOK para o regresso. É por isso que algumas fontes lhe chamam foguetão de três andares e outras de cinco. As letras são L3, não «LZ»: o Ze cirílico e o algarismo 3 confundem-se em algumas fontes russas, mas L3 foi o terceiro dos cinco ramos do programa lunar soviético, o da alunagem tripulada.

Koroliov propôs um N1 maior combinado com o novo conjunto L3, e o seu projeto venceu em agosto de 1964 a alternativa de Chelomei baseada no UR-500. A resolução de 3 de agosto de 1964 fixou o objetivo de pôr um cosmonauta na Lua em 1967 ou 1968. O anteprojeto de 1964 previa 2.750 toneladas à descolagem e 95 toneladas em órbita baixa; para lá chegar, acrescentou-se um núcleo de seis motores ao anel de 24 motores do projeto de 1962. Mesmo assim, o Estado só reconheceu o N1-L3 como único programa de alunagem numa resolução de fevereiro de 1967. Koroliov morreu em janeiro de 1966 e o projeto passou para o seu adjunto, Vasily Mishin.

Media 105 metros com a carga L3 e 17 metros de largura na base. Os três andares inferiores formavam um único tronco de cone porque, dentro de cada um, um depósito esférico de querosene mais pequeno assentava sobre um depósito de oxigénio líquido maior; o L3 ia dentro de uma carenagem com cerca de 3,5 metros de largura. O Block A levava 30 motores NK-15: 24 em volta da borda exterior e 6 no núcleo, a cerca de metade do diâmetro. A arfagem e a guinada controlavam-se regulando de forma diferencial a potência dos motores do anel exterior; o núcleo não intervinha no controlo. Tinha quatro lemes de grelha, um tempo de combustão previsto de 125 segundos e uma massa em seco de 180,8 toneladas. O seu empuxo total, 45.400 kN no texto da enciclopédia (a caixa de dados indica 45.780 kN ao nível do mar e 46.320 kN no vácuo), superava os 33.700 kN do Saturn V e só foi batido pelo Super Heavy da SpaceX em 2023. O Block B montava 8 motores NK-15V, versões do NK-15 com outra tubeira e afinação para ignição em altitude, que davam 14.064 kN, uma combustão de 120 segundos e 52,2 toneladas em seco. O Block V levava 4 motores NK-21 (a caixa informativa da Wikipédia em inglês indica NK-19), 1.800 kN, uma combustão de 370 segundos e 13,7 toneladas em seco. Previram-se margens de avaria de motores: o Block A podia voar com dois pares de motores opostos desligados (26 de 30), o Block B com um par (6 de 8) e o Block V com três dos seus quatro motores.

As cifras de massa e de carga útil dependem de qual N1 se tem em mente. A Astronautix afirma que os veículos de ensaio que voaram não excediam as 2.735 toneladas à descolagem nem as 70 toneladas de capacidade de carga em órbita terrestre, porque nunca usaram a carga de propelentes super-arrefecidos prevista no anteprojeto. A Wikipédia em espanhol dá igualmente 70 toneladas em órbita baixa para os veículos de ensaio e reserva as 95 toneladas para os veículos de série que nunca chegaram a construir-se. A RussianSpaceWeb atribui ao N1 (11A52) 82 toneladas de carga útil, 2.825 toneladas à descolagem e 281 toneladas em seco, e dá ao sistema N1/L3 entre 2.783 e 2.825 toneladas à descolagem, com 1.780 toneladas de oxigénio líquido e 680 toneladas de querosene nos três andares.

Fazer funcionar 30 motores exigia um sistema dedicado, o KORD («controlo dos motores do foguetão»), que desligava um motor avariado e o seu oposto para manter simétrico o empuxo do anel exterior. Revelou-se um dos pontos fracos do foguetão: tinha graves falhas de conceção, uma lógica mal programada e uma frequência de funcionamento de 1.000 Hz que coincidia com as vibrações do veículo, e não conseguia reagir a acontecimentos muito rápidos, como a explosão de uma turbobomba. Para o último voo foi melhorado e acompanhado pelo S-530, o primeiro sistema digital soviético de guiamento e controlo: uma unidade no Block V para os três primeiros andares e outra no Soyuz LOK para o resto da missão. O controlo de qualidade também era escasso: de cada lote de sete NK-15 (seis, segundo Serguei Khrushchov na Wikipédia em inglês), dois eram acendidos e descartados, e o primeiro andar completo nunca chegou a ser testado em bancada com ignição.

O veículo 3L descolou a 21 de fevereiro de 1969 do Site 110 de Baikonur com um Zond L1S-1. Em poucos segundos o KORD desligou o motor 12 depois de um transitório de tensão, e o motor 24 por simetria; o pogo soltou componentes, uma fuga de combustível provocou um incêndio na cauda e o KORD desligou todo o primeiro andar aos 68 segundos (68,7 segundo a RussianSpaceWeb). Os destroços caíram a 52 quilómetros da plataforma.

O veículo 5L foi lançado a 3 de julho de 1969 às 23:18 hora de Moscovo da plataforma 110 Este com o L1S-2. A turbobomba de oxigénio líquido do motor 8 tinha explodido pouco antes da descolagem; todos os motores, exceto o número 18, desligaram-se, o foguetão inclinou-se 45 graus e caiu sobre a plataforma aos 23 segundos. Quase 2.300 toneladas de propelente arrasaram o complexo, embora até 85 % nunca tenha detonado; a torre de escape salvou a cápsula. A reconstrução da plataforma demorou 18 meses, e depois foram montados filtros de combustível.

O veículo 6L voou a 26 de junho de 1971 (27 de junho segundo a RussianSpaceWeb) da plataforma 110 Oeste com naves LOK e LK simuladas. Uma rotação descontrolada de 6 graus por segundo chegou a quase 40 aos 39 segundos; o foguetão desintegrou-se aos 48 segundos e o primeiro andar desligou-se aos 50 (50,1 segundo a RussianSpaceWeb), quando se desbloqueou a ordem de corte. Para o voo seguinte acrescentaram-se motores de estabilização dedicados e os sensores passaram de 700 para 13.000.

O veículo 7L descolou a 23 de novembro de 1972 com um Soyuz 7K-LOK real e um LK simulado. Aos 90 segundos os seis motores do núcleo foram desligados como previsto; o golpe hidráulico resultante rebentou condutas de alimentação, o motor 4 explodiu e o primeiro andar começou a desintegrar-se aos 107 segundos, 15 segundos antes da separação prevista. A torre de escape salvou o LOK.

Nenhum N1-L3 chegou alguma vez à órbita. Em maio de 1974 Mishin foi destituído e Valentin Glushko cancelou o N1 e a alunagem tripulada. A versão melhorada com motores NK-33, o N1F, nunca chegou a voar.