Свръх тежката ракета-носител N-1 получи прякора „Царска ракета“заради големите си размери (тегло на пускане почти 2500 тона, височина-110 метра), както и целите, поставени по време на работа по нея. Ракетата е трябвало да спомогне за укрепването на отбранителния капацитет на държавата, да популяризира научни и национални икономически програми, както и междупланетни полети с пилотирани лица. Въпреки това, подобно на известните им съименници - Цар Бел и Цар Оръдие - този дизайнерски продукт никога не е бил използван по предназначение.
СССР започва да мисли за създаването на тежка супер ракета още в края на 50-те години. Идеи и предположения за неговото развитие са натрупани в кралския ОКБ-1. Сред вариантите беше използването на конструктивен резерв от ракетата R-7, която изстреля първите съветски спътници и дори разработването на ядрена задвижваща система. И накрая, до 1962 г. експертната комисия, а по -късно и ръководството на страната, избраха устройство с вертикална ракетна конструкция, което можеше да постави в орбита товар с тегло до 75 тона (масата на товара, хвърлен на Луната, е 23 тона, до Марс - 15 тона). В същото време беше възможно да се въведат и развият голям брой уникални технологии - бордови компютър, нови методи за заваряване, решетъчни крила, аварийна спасителна система за астронавти и много други.
Първоначално ракетата е била предназначена за изстрелване на тежка орбитална станция в околоземна орбита, с последваща перспектива за сглобяване на TMK, тежък междупланетен космически кораб за полети до Марс и Венера. По -късно обаче беше взето закъсняло решение за включване на СССР в „лунната раса“с доставката на човек на лунната повърхност. Така програмата за създаване на ракета N-1 беше ускорена и тя всъщност се превърна в носител за експедиционния космически кораб LZ в комплекса N-1-LZ.
Преди да вземат решение за окончателното оформление на ракетата-носител, създателите трябваше да оценят поне 60 различни варианта, от многоблок до моноблок, както паралелно, така и последователно разделяне на ракетата на етапи. За всяка от тези опции бяха извършени съответни цялостни анализи както на предимствата, така и на недостатъците, включително проучване на осъществимостта на проекта.
В хода на предварителните изследвания създателите бяха принудени да изоставят многоблоковата схема с паралелно разделяне на етапи, въпреки че тази схема вече беше тествана на R-7 и направи възможно транспортирането на готови елементи на ракетата-носител (задвижващи системи, резервоари) от централата до космодрома по железопътен транспорт … Ракетата е сглобена и проверена на място. Тази схема беше отхвърлена поради неоптималната комбинация от масови разходи и допълнителни хидро, механични, пневматични и електрически връзки между ракетните блокове. В резултат на това на преден план излезе моноблокова схема, която включваше използването на ракетни двигатели с течно гориво с предварителни помпи, което направи възможно намаляването на дебелината на стената (а оттам и масата) на резервоарите, както и намаляване на налягането на усилващия газ.
Проектът на ракетата N-1 беше в много отношения необичаен, но основните му отличителни белези бяха оригиналната схема със сферични окачени резервоари, както и носеща външна обвивка, която се поддържаше от набор от мощности (схема на самолет от бяха използвани „полумонокъри“) и пръстеновидно разположение на ракетни двигатели с течно гориво на всеки от етапите. Благодарение на това техническо решение, приложено към първия етап на ракетата по време на изстрелването и нейното изкачване, въздухът от околната атмосфера се изхвърля във вътрешното пространство под резервоара от изпускателните струи LPRE. Резултатът беше прилика на много голям реактивен двигател, който включваше цялата долна част на конструкцията от първи етап. Дори и без изгаряне на въздуха от LPRE, тази схема осигури на ракетата значително увеличение на тягата, увеличавайки общата й ефективност.
Етапите на ракетата N-1 бяха свързани помежду си със специални преходни ферми, през които газовете можеха да текат абсолютно свободно в случай на горещ старт на двигателите на следващите етапи. Ракетата се управляваше по ролковия канал с помощта на контролни дюзи, в които се подаваше газът, изхвърляше се там след турбопомпените агрегати (TNA), по каналите на хода и хода, контролът се осъществяваше с несъответствието на тягата на противоположни двигатели с течно гориво.
Поради невъзможността да се транспортират етапите на свръх тежката ракета по железопътен път, създателите предложиха външната обвивка на N-1 да се разглобява, а резервоарите за гориво да се произвеждат от листови заготовки ("венчелистчета") вече директно на самият космодром. Първоначално тази идея не се вписва в съзнанието на членовете на експертната комисия. Следователно, след като приеха предварителния проект на ракетата N-1 през юли 1962 г., членовете на комисията препоръчаха допълнително да се разработят въпросите за доставката на сглобените ракетни етапи, например с помощта на дирижабъл.
По време на защитата на предварителния проект на ракетата на комисията бяха представени 2 варианта на ракетата: използване на AT или течен кислород като окислител. В този случай вариантът с течен кислород се счита за основен, тъй като ракета, използваща гориво AT-NDMG, ще има по-ниски характеристики. В стойностно отношение създаването на двигател с течен кислород изглеждаше по -икономично. В същото време, според представители на OKB-1, в случай на аварийна ситуация на борда на ракетата, кислородният вариант изглежда по-безопасен от този с използване на окислител на базата на AT. Създателите на ракетата си спомниха катастрофата на R-16, която се случи през октомври 1960 г. и работеха върху самозапалващи се токсични компоненти.
При създаването на многодвигателна версия на ракетата N-1 Сергей Королев разчита преди всичко на концепцията за повишаване на надеждността на цялата задвижваща система, чрез евентуалното спиране на дефектни ракетни двигатели по време на полет. Този принцип намери своето приложение в системата за управление на двигателя - KORD, която е предназначена за откриване и изключване на дефектни двигатели.
Королев настоя за инсталирането на двигател с течно гориво на двигатели. Тъй като липсват инфраструктурните и технологичните възможности на скъпото и рисковано създаване на модерни високоенергийни двигатели с кислород-водород и се застъпва за използването на по-токсични и мощни хептил-амилови двигатели, водещото бюро за строителство на двигатели Глушко не се занимава с двигатели за Н1, след което тяхното развитие е поверено на КБ „Кузнецов“. Заслужава да се отбележи, че специалистите на това конструкторско бюро успяха да постигнат най-високото ресурсно и енергийно съвършенство за двигатели с кислород-керосин. На всички етапи на ракетата -носител горивото се намираше в оригиналните резервоари с топки, които бяха окачени на носещата обвивка. В същото време двигателите на конструкторското бюро на Кузнецов не бяха достатъчно мощни, което доведе до факта, че те трябваше да бъдат инсталирани в големи количества, което в крайна сметка доведе до редица отрицателни ефекти.
Наборът от проектна документация за N-1 беше готов до март 1964 г., през 1965 г. се планираше да започнат изпитания за летателно проектиране (LKI), но поради липсата на финансиране и ресурси за проекта това не се случи. Засегнати от липсата на интерес към този проект - Министерството на отбраната на СССР, тъй като полезният товар на ракетата и обхватът на задачите не бяха конкретно определени. Тогава Сергей Королев се опита да заинтересува политическото ръководство на държавата в ракетата, като предложи да се използва ракетата в лунната мисия. Това предложение беше прието. На 3 август 1964 г. е издадено съответно правителствено постановление, датата на стартиране на LKI на ракетата е изместена на 1967-1968 г.
За изпълнението на мисията за доставяне на 2 космонавти на лунната орбита с един от тях кацане на повърхността, беше необходимо да се увеличи товароносимостта на ракетата до 90-100 тона. Това изискваше решения, които няма да доведат до фундаментални промени в проекта на проекта. Намерени са такива решения - инсталиране на допълнителни 6 двигателя LPRE в централната част на дъното на блок „А“, промяна на азимута на изстрелване, намаляване на височината на референтната орбита, увеличаване на пълненето на резервоарите за гориво чрез преохлаждане на горивото и окислителя. Благодарение на това товароносимостта на N-1 беше увеличена до 95 тона, а стартовото тегло нарасна до 2800-2900 тона. Проектът на ракетата N-1-LZ за лунната програма е подписан от Королев на 25 декември 1964 г.
На следващата година схемата на ракетата претърпя промени, беше решено да се откаже от изхвърлянето. Въздушният поток беше затворен чрез въвеждане на специална опашна част. Отличителна черта на ракетата беше огромното отклонение на полезен товар, което беше уникално за съветските ракети. За това работи цялата носеща схема, при която рамката и резервоарите не образуват едно цяло. В същото време, доста малка площ на оформление, поради използването на големи сферични резервоари, доведе до намаляване на полезния товар, а от друга страна, изключително високите характеристики на двигателите, изключително ниското специфично тегло на резервоарите и уникалните дизайнерски решения го увеличиха.
Всички етапи на ракетата се наричаха блокове „А“, „В“, „С“(в лунната версия те бяха използвани за изстрелване на космическия кораб на околоземна орбита), блоковете „G“и „D“бяха предназначени за ускоряване космическият кораб от Земята и забавяне на Луната. Уникалната схема на ракетата N-1, всички етапи на която бяха структурно сходни, направи възможно прехвърлянето на резултатите от изпитванията на втория етап на ракетата на първия. Евентуалните непредвидени обстоятелства, които не можеха да бъдат „хванати“на земята, трябваше да бъдат проверени по време на полет.
На 21 февруари 1969 г. се извършва първото изстрелване на ракета, последвано от още 3 изстрелвания. Всички те бяха неуспешни. Въпреки че в хода на някои стендови тестове двигателите NK-33 се оказаха много надеждни, повечето от възникващите проблеми бяха свързани с тях. Проблемите на H-1 бяха свързани с въртящ момент, силни вибрации, хидродинамичен удар (когато двигателите бяха включени), електрически шум и други неизвестни ефекти, причинени от едновременната работа на такъв голям брой двигатели (на първия етап - 30) и големите размери на самия носител. …
Тези трудности не можеха да бъдат установени преди началото на полетите, тъй като за да се спестят пари, не бяха произведени скъпи наземни стойки за провеждане на пожарни и динамични тестове на целия превозвач или поне на първия му етап в събирането. Резултатът от това беше тестването на сложен продукт директно в полет. Този доста противоречив подход в крайна сметка доведе до поредица от инциденти с ракета -носител.
Някои приписват провала на проекта на факта, че държавата нямаше определена ясна позиция от самото начало, като стратегическия залог на Кенеди в лунната мисия. Документирани са Шараханя Хрушчов, а след това и ръководството на Брежнев във връзка с ефективни стратегии и задачи на астронавтиката. Така един от разработчиците на "Цар-ракета" Сергей Крюков отбеляза, че комплексът N-1 загина не толкова поради технически трудности, а защото се превърна в разменна монета в играта на лични и политически амбиции.
Друг ветеран от индустрията Вячеслав Галяев смята, че определящият фактор за неуспехите, в допълнение към липсата на необходимото внимание от страна на държавата, е баналната неспособност да се работи с такива сложни обекти, като същевременно се постигне одобрение на критериите за качество и надеждност, както и нежеланието на съветската наука по онова време да изпълнява такава мащабна програма. По един или друг начин през юни 1974 г. работата по комплекса N1-LZ е спряна. Наличните наличности по тази програма бяха унищожени, а разходите (в размер на 4-6 милиарда рубли в цените от 1970 г.) бяха просто отписани.
