Tên lửa tàu sân bay siêu nặng N-1 được đặt biệt danh là "Tên lửa Sa hoàng" vì kích thước lớn của nó (trọng lượng phóng gần 2500 tấn, chiều cao - 110 mét), cũng như các mục tiêu đặt ra trong quá trình làm việc trên nó. Tên lửa được cho là sẽ giúp tăng cường khả năng quốc phòng của nhà nước, thúc đẩy các chương trình khoa học và kinh tế quốc gia, cũng như các chuyến bay liên hành tinh có người lái. Tuy nhiên, giống như những cái tên nổi tiếng của họ - Tsar Bell và Tsar Cannon - sản phẩm thiết kế này không bao giờ được sử dụng đúng mục đích của nó.
Liên Xô bắt đầu nghĩ đến việc tạo ra một siêu tên lửa hạng nặng vào cuối những năm 1950. Ý tưởng và giả định cho sự phát triển của nó đã được tích lũy trong OKB-1 hoàng gia. Trong số các lựa chọn có việc sử dụng dự trữ thiết kế từ tên lửa R-7 đã phóng các vệ tinh đầu tiên của Liên Xô và thậm chí là phát triển hệ thống đẩy hạt nhân. Cuối cùng, vào năm 1962, ủy ban chuyên gia, và sau này là lãnh đạo đất nước, đã chọn một phương án với thiết kế tên lửa thẳng đứng, có thể đưa một tải trọng lên tới 75 tấn vào quỹ đạo (khối lượng của hàng hóa ném lên Mặt trăng là 23 tấn, lên sao Hỏa - 15 tấn). Đồng thời, có thể giới thiệu và phát triển một số lượng lớn các công nghệ độc đáo - máy tính trên tàu, phương pháp hàn mới, cánh mạng, hệ thống cứu hộ khẩn cấp cho phi hành gia và hơn thế nữa.
Ban đầu, tên lửa được dự định phóng một trạm quỹ đạo hạng nặng vào quỹ đạo gần trái đất, với triển vọng sau đó là lắp ráp TMK, một tàu vũ trụ liên hành tinh hạng nặng cho các chuyến bay đến sao Hỏa và sao Kim. Tuy nhiên, sau đó, một quyết định muộn màng đã được đưa ra nhằm đưa Liên Xô vào "cuộc đua mặt trăng" với việc đưa một người lên mặt trăng. Do đó, chương trình chế tạo tên lửa N-1 đã được đẩy nhanh và nó thực sự trở thành một tàu sân bay cho tàu vũ trụ viễn chinh LZ trong khu phức hợp N-1-LZ.
Trước khi quyết định cách bố trí cuối cùng của phương tiện phóng, những người sáng tạo phải đánh giá ít nhất 60 lựa chọn khác nhau, từ đa khối đến đơn khối, cả phân chia song song và tuần tự tên lửa thành các giai đoạn. Đối với mỗi phương án này, các phân tích toàn diện liên quan về cả ưu điểm và nhược điểm đã được thực hiện, bao gồm cả nghiên cứu tính khả thi của dự án.
Trong quá trình nghiên cứu sơ bộ, những người sáng tạo đã buộc phải từ bỏ sơ đồ nhiều khối với sự phân chia song song thành các giai đoạn, mặc dù sơ đồ này đã được thử nghiệm trên R-7 và giúp nó có thể vận chuyển các phần tử đã chế tạo sẵn của phương tiện phóng. (hệ thống đẩy, xe tăng) từ nhà máy đến vũ trụ bằng đường sắt … Tên lửa đã được lắp ráp và kiểm tra tại chỗ. Đề án này đã bị từ chối do sự kết hợp không tối ưu giữa chi phí khối lượng và các kết nối thủy, cơ, khí nén và điện bổ sung giữa các khối tên lửa. Kết quả là, một sơ đồ monoblock ra đời, liên quan đến việc sử dụng động cơ tên lửa đẩy chất lỏng với các máy bơm trước, giúp giảm độ dày thành (và do đó là khối lượng) của xe tăng, cũng như giảm áp suất khí tăng.
Dự án tên lửa N-1 theo nhiều cách khác thường, nhưng đặc điểm nổi bật chính của nó là sơ đồ ban đầu với các thùng lơ lửng hình cầu, cũng như lớp vỏ ngoài chịu lực, được hỗ trợ bởi một bộ động lực (một sơ đồ máy bay của "bán monococks" đã được sử dụng) và sự sắp xếp hình khuyên của động cơ tên lửa đẩy chất lỏng ở mỗi giai đoạn. Nhờ giải pháp kỹ thuật này, như được áp dụng cho giai đoạn đầu tiên của tên lửa trong quá trình phóng và bay lên, không khí từ bầu khí quyển xung quanh đã được các vòi xả LPRE đẩy vào không gian bên trong xe tăng. Kết quả là sự xuất hiện của một động cơ phản lực rất lớn bao gồm toàn bộ phần dưới của cấu trúc giai đoạn 1. Ngay cả khi không có không khí đốt cháy khí thải LPRE, sơ đồ này đã giúp tên lửa tăng đáng kể lực đẩy, làm tăng hiệu quả tổng thể của nó.
Các giai đoạn của tên lửa N-1 được kết nối với nhau bằng các giàn chuyển tiếp đặc biệt, qua đó các khí có thể lưu thông hoàn toàn tự do trong trường hợp động cơ của các giai đoạn tiếp theo khởi động nóng. Tên lửa được điều khiển dọc theo kênh cuộn với sự trợ giúp của các vòi phun điều khiển, khí được nạp vào, xả ở đó sau khi các đơn vị phản lực cánh quạt (TNA), dọc theo các kênh cao độ và hướng nhiên liệu, việc điều khiển được thực hiện bằng cách sử dụng lực đẩy không khớp của động cơ đẩy chất lỏng ngược chiều.
Do không thể vận chuyển các giai đoạn của tên lửa siêu nặng bằng đường sắt, những người sáng tạo đã đề xuất chế tạo vỏ ngoài của N-1 có thể tháo rời và sản xuất thùng nhiên liệu của nó từ các tấm trống ("cánh hoa") đã có trực tiếp tại vũ trụ chính nó. Ban đầu, ý tưởng này không phù hợp với suy nghĩ của các thành viên trong ủy ban chuyên gia. Do đó, sau khi thông qua thiết kế sơ bộ của tên lửa N-1 vào tháng 7 năm 1962, các thành viên của ủy ban đã khuyến nghị rằng các vấn đề về vận chuyển các giai đoạn tên lửa đã lắp ráp phải được giải quyết thêm, chẳng hạn như sử dụng khí cầu.
Trong quá trình bảo vệ thiết kế sơ bộ của tên lửa, ủy ban đã được giới thiệu 2 biến thể của tên lửa: sử dụng AT hoặc oxy lỏng làm chất oxy hóa. Trong trường hợp này, phương án sử dụng oxy lỏng được coi là phương án chính, vì tên lửa sử dụng nhiên liệu AT-NDMG sẽ có các đặc tính thấp hơn. Về mặt giá trị, việc tạo ra động cơ oxy lỏng có vẻ kinh tế hơn. Đồng thời, theo đại diện của OKB-1, trong trường hợp khẩn cấp trên tên lửa, lựa chọn oxy có vẻ an toàn hơn so với lựa chọn sử dụng chất oxy hóa dựa trên AT. Những người tạo ra tên lửa này nhớ lại vụ tai nạn của R-16, xảy ra vào tháng 10 năm 1960 và nghiên cứu các thành phần độc hại tự bốc cháy.
Khi tạo ra phiên bản đa động cơ của tên lửa N-1, trước hết, Sergey Korolev dựa vào khái niệm tăng độ tin cậy của toàn bộ hệ thống đẩy, thông qua việc có thể tắt các động cơ tên lửa bị lỗi trong quá trình bay. Nguyên tắc này đã được ứng dụng trong hệ thống điều khiển động cơ - KORD, được thiết kế để phát hiện và tắt các động cơ bị lỗi.
Korolev nhấn mạnh vào việc lắp đặt động cơ đẩy chất lỏng của động cơ. Thiếu khả năng cơ sở hạ tầng và công nghệ của việc tạo ra các động cơ oxy-hydro năng lượng cao tiên tiến tốn kém và rủi ro và ủng hộ việc sử dụng các động cơ heptyl-amyl độc hại hơn và mạnh mẽ hơn, văn phòng chế tạo động cơ hàng đầu Glushko đã không tham gia vào các động cơ cho H1, sau mà sự phát triển của họ đã được giao cho Kuznetsov KB. Điều đáng chú ý là các chuyên gia của phòng thiết kế này đã quản lý để đạt được sự hoàn thiện về tài nguyên và năng lượng cao nhất cho các loại động cơ ôxy-dầu hỏa. Ở tất cả các giai đoạn của xe phóng, nhiên liệu nằm trong các thùng bi ban đầu, được treo trên vỏ đỡ. Đồng thời, các động cơ của Phòng thiết kế Kuznetsov không đủ mạnh, dẫn đến việc chúng phải được lắp đặt với số lượng lớn, điều này cuối cùng dẫn đến một số tác dụng tiêu cực.
Bộ tài liệu thiết kế cho N-1 đã sẵn sàng vào tháng 3 năm 1964, các cuộc thử nghiệm thiết kế bay (LKI) đã được lên kế hoạch bắt đầu vào năm 1965, nhưng do thiếu kinh phí và nguồn lực cho dự án, điều này đã không xảy ra. Bị ảnh hưởng bởi sự thiếu quan tâm đến dự án này - Bộ Quốc phòng Liên Xô, vì trọng tải của tên lửa và phạm vi nhiệm vụ không được chỉ định cụ thể. Sau đó, Sergei Korolev đã cố gắng thu hút sự quan tâm của giới lãnh đạo chính trị của nhà nước về tên lửa bằng cách đề xuất sử dụng tên lửa trong sứ mệnh mặt trăng. Đề xuất này đã được chấp nhận. Vào ngày 3 tháng 8 năm 1964, một nghị định tương ứng của chính phủ được ban hành, ngày bắt đầu cho LKI trên tên lửa được chuyển sang năm 1967-1968.
Để thực hiện sứ mệnh đưa 2 phi hành gia lên quỹ đạo Mặt Trăng với một trong số họ hạ cánh trên bề mặt, người ta buộc phải nâng sức chở của tên lửa lên 90-100 tấn. Điều này yêu cầu các giải pháp sẽ không dẫn đến những thay đổi cơ bản trong thiết kế dự thảo. Các giải pháp như vậy đã được tìm thấy - lắp đặt thêm 6 động cơ LPRE ở phần trung tâm của đáy khối "A", thay đổi góc phương vị phóng, hạ thấp độ cao của quỹ đạo tham chiếu, tăng lượng đầy bình nhiên liệu bằng cách làm siêu lạnh nhiên liệu và chất oxy hóa. Nhờ đó, khả năng chuyên chở của N-1 được tăng lên 95 tấn và trọng lượng phóng tăng lên 2800-2900 tấn. Bản thiết kế dự thảo của tên lửa N-1-LZ cho chương trình mặt trăng được Korolev ký vào ngày 25 tháng 12 năm 1964.
Năm tiếp theo, kế hoạch tên lửa đã trải qua những thay đổi, nó đã được quyết định từ bỏ việc phóng tên lửa. Luồng không khí đã được đóng lại bằng cách giới thiệu một phần đuôi đặc biệt. Một tính năng đặc biệt của tên lửa là độ giật trọng tải lớn, chỉ có ở tên lửa Liên Xô. Toàn bộ sơ đồ chịu lực đã làm việc cho điều này, trong đó khung và xe tăng không tạo thành một tổng thể duy nhất. Đồng thời, diện tích bố trí khá nhỏ do sử dụng các bồn hình cầu lớn dẫn đến giảm trọng tải, mặt khác đặc tính động cơ cực cao, trọng lượng riêng của bồn cực thấp. và các giải pháp thiết kế độc đáo đã làm tăng nó.
Tất cả các giai đoạn của tên lửa được gọi là các khối "A", "B", "C" (trong phiên bản mặt trăng, chúng được sử dụng để phóng tàu vũ trụ vào quỹ đạo gần trái đất), các khối "G" và "D" nhằm mục đích tăng tốc tàu vũ trụ từ Trái đất và giảm tốc tại Mặt trăng. Sơ đồ độc đáo của tên lửa N-1, tất cả các giai đoạn của chúng đều giống nhau về cấu trúc, có thể chuyển kết quả thử nghiệm của giai đoạn 2 của tên lửa sang giai đoạn 1. Các trường hợp có thể xảy ra mà không thể “bắt gặp” trên mặt đất được cho là đã được làm thủ tục chuyến bay.
Ngày 21 tháng 2 năm 1969, vụ phóng tên lửa đầu tiên diễn ra, sau đó là 3 lần phóng nữa. Tất cả chúng đều không thành công. Mặc dù trong một số thử nghiệm trên băng ghế dự bị, động cơ NK-33 tỏ ra rất đáng tin cậy, hầu hết các vấn đề phát sinh đều liên quan đến chúng. Các vấn đề của H-1 có liên quan đến mô-men xoắn đảo chiều, rung động mạnh, sốc thủy động lực học (khi động cơ được bật), tiếng ồn điện và các tác động khác không thể giải quyết được do hoạt động đồng thời của một số lượng lớn động cơ như vậy (ở giai đoạn đầu - 30) và các kích thước lớn của chính vật mang. …
Những khó khăn này không thể xảy ra trước khi bắt đầu các chuyến bay, vì để tiết kiệm chi phí, các chân đế đắt tiền không được sản xuất để tiến hành các thử nghiệm về cháy và động lực của toàn bộ tàu sân bay hoặc ít nhất là giai đoạn đầu tiên của nó trong bộ sưu tập. Kết quả của việc này là việc thử nghiệm một sản phẩm phức tạp trực tiếp trong chuyến bay. Cách tiếp cận gây tranh cãi này cuối cùng đã dẫn đến một loạt vụ tai nạn xe phóng.
Một số cho rằng sự thất bại của dự án là do nhà nước đã không có một vị trí rõ ràng nhất định ngay từ đầu, giống như cổ phần chiến lược của Kennedy trong sứ mệnh Mặt trăng. Sharakhanya Khrushchev, và sau đó là sự lãnh đạo của Brezhnev liên quan đến các chiến lược và nhiệm vụ hiệu quả của du hành vũ trụ được ghi lại. Vì vậy, một trong những nhà phát triển của "Tên lửa Sa hoàng" Sergei Kryukov lưu ý rằng tổ hợp N-1 chết không quá nhiều vì những khó khăn kỹ thuật, mà vì nó trở thành một con bài mặc cả trong trò chơi tham vọng cá nhân và chính trị.
Một cựu chiến binh khác trong ngành, Vyacheslav Galyaev, tin rằng yếu tố quyết định sự thất bại, ngoài việc thiếu sự quan tâm đúng mức của nhà nước, là do không có khả năng làm việc tầm thường với các đối tượng phức tạp như vậy, trong khi vẫn đạt được sự chấp thuận của các tiêu chí về chất lượng và độ tin cậy, cũng như sự không sẵn sàng của giới khoa học Liên Xô lúc bấy giờ trong việc thực hiện một chương trình quy mô lớn như vậy. Bằng cách này hay cách khác, vào tháng 6 năm 1974, công việc trên khu phức hợp N1-LZ đã bị dừng lại. Các công việc tồn đọng có sẵn trong chương trình này đã bị tiêu hủy và chi phí (với số tiền là 4-6 tỷ rúp theo giá năm 1970) chỉ đơn giản là đã được xóa sổ.
