Īpaši smagā nesējraķete N-1 tika saukta par "Cara raķeti", pateicoties tās lielajiem izmēriem (starta svars gandrīz 2500 tonnas, augstums-110 metri), kā arī mērķiem, kas tika izvirzīti, strādājot pie tās. Raķetei vajadzēja palīdzēt stiprināt valsts aizsardzības spējas, veicināt zinātniskās un valsts ekonomiskās programmas, kā arī pilotētus starpplanētu lidojumus. Tomēr, tāpat kā viņu slavenie vārdabrāļi - Tsar Bell un Tsar Cannon - šis dizaina produkts nekad netika izmantots paredzētajam mērķim.
PSRS sāka domāt par smagas superraķetes izveidi jau 50. gadu beigās. Idejas un pieņēmumi tās attīstībai tika uzkrāti karaliskajā OKB-1. Starp variantiem bija dizaina rezerves izmantošana no raķetes R-7, kas palaida pirmos padomju pavadoņus, un pat kodolspēku sistēmas izstrāde. Visbeidzot, līdz 1962. gadam ekspertu komisija un vēlāk arī valsts vadība izvēlējās iekārtu ar vertikālu raķešu konstrukciju, kas varētu orbītā nogādāt līdz 75 tonnām smagu kravu (uz Mēnesi izmesto kravu masa ir 23 tonnas, uz Marsu - 15 tonnas). Tajā pašā laikā bija iespējams ieviest un attīstīt lielu skaitu unikālu tehnoloģiju - borta datoru, jaunas metināšanas metodes, režģa spārnus, avārijas glābšanas sistēmu astronautiem un daudz ko citu.
Sākotnēji raķete bija paredzēta smagas orbītas stacijas palaišanai gandrīz zemes orbītā, un vēlāk tika plānots samontēt TMK-smagu starpplanētu kosmosa kuģi lidojumiem uz Marsu un Venēru. Tomēr vēlāk tika pieņemts novēlots lēmums iekļaut PSRS "Mēness sacīkstēs" ar vīrieša nogādāšanu Mēness virsmā. Tādējādi tika paātrināta programma raķetes N-1 izveidei, un tā faktiski pārvērtās par LZ ekspedīcijas kosmosa kuģa nesēju N-1-LZ kompleksā.
Pirms pieņemt lēmumu par nesējraķetes galīgo izkārtojumu, radītājiem bija jāizvērtē vismaz 60 dažādas iespējas, sākot no vairāku bloku un beidzot ar monobloku, gan paralēlu, gan secīgu raķetes sadalīšanu pa posmiem. Katrai no šīm iespējām tika veikta atbilstoša visaptveroša priekšrocību un trūkumu analīze, ieskaitot projekta priekšizpēti.
Sākotnējās izpētes gaitā radītāji bija spiesti atteikties no vairāku bloku shēmas, paralēli sadalot posmos, lai gan šī shēma jau bija pārbaudīta ar R-7 un ļāva pārvadāt gatavus nesējraķetes elementus. (vilces sistēmas, tvertnes) no iekārtas līdz kosmodromam pa dzelzceļu … Raķete tika samontēta un pārbaudīta uz vietas. Šī shēma tika noraidīta neoptimālās masas izmaksu kombinācijas un papildu hidro, mehānisko, pneimatisko un elektrisko savienojumu starp raķešu blokiem dēļ. Rezultātā priekšplānā izvirzījās monobloku shēma, kas ietvēra šķidro propelentu raķešu dzinēju izmantošanu ar priekšsūkņiem, kas ļāva samazināt tvertņu sieniņu biezumu (un līdz ar to arī masu), kā arī samazināt spiediena palielināšanas gāzes spiedienu.
Raķetes N-1 projekts daudzējādā ziņā bija neparasts, taču tās galvenās atšķirīgās iezīmes bija sākotnējā shēma ar sfēriskām piekārtām tvertnēm, kā arī nesoša ārējā āda, ko atbalstīja spēka komplekts (lidmašīnas shēma "daļēji monococks") un šķidrā degvielas raķešu dzinēju gredzenveida izvietojums katrā no posmiem. Pateicoties šim tehniskajam risinājumam, kas tika piemērots raķetes pirmajai pakāpei palaišanas un pacelšanās laikā, gaiss no apkārtējās atmosfēras tika izvadīts iekšējā telpā zem tvertnes ar LPRE izplūdes strūklu. Rezultāts bija ļoti liela reaktīvā dzinēja līdzība, kas ietvēra visu 1. posma struktūras apakšējo daļu. Pat bez gaisa pēc LPRE izplūdes gāzes sadedzināšanas šī shēma nodrošināja raķetei ievērojamu vilces pieaugumu, palielinot tās kopējo efektivitāti.
Raķetes N-1 posmi bija savstarpēji savienoti ar īpašām pārejas kopnēm, caur kurām gāzes varēja pilnīgi brīvi plūst nākamo posmu dzinēju karstās iedarbināšanas gadījumā. Raķete tika kontrolēta gar ruļļa kanālu, izmantojot vadības sprauslas, kurās tika ievadīta gāze, izvadīta tur pēc turbopumpu vienībām (TNA), pa piķa un kursa kanāliem, kontrole tika veikta, izmantojot vilces neatbilstību pretēji šķidrās degvielas dzinējiem.
Sakarā ar to, ka nav iespējams pārvadāt īpaši smagas raķetes posmus pa dzelzceļu, radītāji ierosināja N-1 ārējo apvalku noņemt un noņemt degvielas tvertnes no lokšņu sagatavēm ("ziedlapiņām") jau tieši pie pats kosmodroms. Sākotnēji šī ideja neiederējās ekspertu komisijas locekļu prātos. Tāpēc, pieņemot 1962. gada jūlijā raķetes N-1 provizorisko dizainu, komisijas locekļi ieteica tālāk risināt samontēto raķešu pakāpju piegādes jautājumus, piemēram, izmantojot dirižabli.
Raķetes sākotnējās konstrukcijas aizstāvēšanas laikā komisijai tika iesniegti 2 raķetes varianti: kā oksidētāju izmantojot AT vai šķidro skābekli. Šajā gadījumā opcija ar šķidro skābekli tika uzskatīta par galveno, jo raķetei, kas izmanto AT-NDMG degvielu, būtu zemākas īpašības. Vērtības ziņā šķidrā skābekļa dzinēja izveide šķita ekonomiskāka. Tajā pašā laikā, pēc OKB-1 pārstāvju domām, avārijas gadījumā uz raķetes klāja skābekļa iespēja šķita drošāka nekā iespēja, izmantojot AT bāzes oksidētāju. Raķetes radītāji atcerējās R-16 avāriju, kas notika 1960. gada oktobrī un strādāja pie pašaizliesmojošiem toksiskiem komponentiem.
Veidojot raķetes N-1 vairāku dzinēju versiju, Sergejs Koroļovs, pirmkārt, paļāvās uz koncepciju palielināt visas vilces sistēmas uzticamību, iespējams, lidojuma laikā izslēdzot raķešu dzinējus ar defektiem. Šis princips ir atradis savu pielietojumu dzinēja vadības sistēmā - KORD, kas bija paredzēta bojātu dzinēju noteikšanai un izslēgšanai.
Koroļovs uzstāja, ka jāuzstāda dzinēju šķidrās degvielas dzinējs. Vadošais dzinēju būves birojs Glushko, pēc tam, kad trūka infrastruktūras un tehnoloģisko iespēju, kas radītu dārgu un riskantu progresīvu augstas enerģijas skābekļa-ūdeņraža dzinēju radīšanu, un aicināja izmantot toksiskākus un jaudīgākus heptil-amildzinējus, pēc tam vadošais dzinēju būves birojs Glushko neiesaistījās H1 dzinējos. kuru izstrāde tika uzticēta Kuzņecova KB. Ir vērts atzīmēt, ka šī projektēšanas biroja speciālistiem izdevās sasniegt visaugstāko resursu un enerģijas pilnību skābekļa petrolejas tipa motoriem. Visos nesējraķetes posmos degviela atradās oriģinālajās lodīšu tvertnēs, kuras bija piekārtas no balsta korpusa. Tajā pašā laikā Kuzņecova projektēšanas biroja dzinēji nebija pietiekami jaudīgi, un tas noveda pie tā, ka tie bija jāuzstāda lielos daudzumos, kas galu galā radīja vairākus negatīvus efektus.
Projektēšanas dokumentācijas komplekts N-1 bija gatavs līdz 1964. gada martam, lidojumu projektēšanas testus (LKI) bija plānots sākt 1965. gadā, taču projekta finansējuma un resursu trūkuma dēļ tas nenotika. To ietekmēja intereses trūkums par šo projektu - PSRS Aizsardzības ministrija, jo raķetes kravnesība un uzdevumu diapazons nebija īpaši noteikti. Tad Sergejs Koroļovs mēģināja ieinteresēt valsts politisko vadību raķetē, ierosinot izmantot raķeti Mēness misijā. Šis priekšlikums tika pieņemts. 1964. gada 3. augustā tika izdots atbilstošs valdības dekrēts, LKI sākuma datums uz raķetes tika pārcelts uz 1967.-1968.
Lai veiktu misiju nogādāt 2 kosmonautus uz Mēness orbītu, vienam no tiem nolaižoties uz virsmas, bija nepieciešams palielināt raķetes kravnesību līdz 90–100 tonnām. Tam bija nepieciešami risinājumi, kas neradītu būtiskas izmaiņas projekta projektā. Tika atrasti šādi risinājumi - papildu 6 LPRE dzinēju uzstādīšana bloka "A" dibena centrālajā daļā, mainot palaišanas azimutu, pazeminot atsauces orbītas augstumu, palielinot degvielas tvertņu uzpildi, pārdzesējot degvielu un oksidētāju. Pateicoties tam, N-1 kravnesība tika palielināta līdz 95 tonnām, un palaišanas svars palielinājās līdz 2800-2900 tonnām. Raķetes N-1-LZ projekta projektu Mēness programmai Koroļovs parakstīja 1964. gada 25. decembrī.
Nākamajā gadā raķešu shēma tika mainīta, tika nolemts atteikties no izmešanas. Gaisa plūsma tika slēgta, ieviešot īpašu astes sekciju. Raķetes īpatnība bija masveida lietderīgās kravas atsitiens, kas bija raksturīgs tikai padomju raķetēm. Tam darbojās visa nesošā shēma, kurā rāmis un tvertnes neveidoja vienu veselumu. Tajā pašā laikā diezgan neliels izkārtojuma laukums, pateicoties lielo sfērisko tvertņu izmantošanai, samazināja lietderīgo slodzi, un, no otras puses, ārkārtīgi augstās dzinēju īpašības, ārkārtīgi zemais tvertņu īpatnējais svars. un unikālie dizaina risinājumi to palielināja.
Visus raķešu posmus sauca par blokiem "A", "B", "C" (Mēness versijā tos izmantoja, lai palaistu kosmosa kuģi gandrīz zemes orbītā), blokiem "G" un "D" bija paredzēts paātrināties kosmosa kuģi no Zemes un palēnina Mēnesi. Raķetes N-1 unikālā shēma, kuras visi posmi bija strukturāli līdzīgi, ļāva pārnest raķetes 2. pakāpes testa rezultātus uz pirmo. Iespējamos neparedzētos gadījumus, kurus nevarēja “noķert” uz zemes, vajadzēja pārbaudīt lidojuma laikā.
1969. gada 21. februārī notika pirmā raķešu palaišana, kam sekoja vēl 3 palaišanas. Visi no tiem bija neveiksmīgi. Lai gan dažu stenda testu laikā NK-33 dzinēji izrādījās ļoti uzticami, lielākā daļa radušos problēmu bija saistītas ar tiem. H-1 problēmas bija saistītas ar atpakaļgaitas griezes momentu, spēcīgu vibrāciju, hidrodinamisko triecienu (kad tika ieslēgti dzinēji), elektrisko troksni un citus faktorus, kas nav ņemti vērā, ja tos izraisīja vienlaicīga tik daudzu dzinēju darbība (pirmajā posmā - 30) un paša nesēja lielie izmēri. …
Šīs grūtības nevarēja konstatēt pirms lidojumu sākuma, jo, lai ietaupītu naudu, netika ražotas dārgas zemes stendi, lai veiktu visa pārvadātāja ugunsgrēka un dinamiskās pārbaudes vai vismaz tā savākšanas pirmo posmu. Rezultāts bija sarežģīta produkta testēšana tieši lidojuma laikā. Šī diezgan pretrunīgā pieeja galu galā izraisīja virkni nesējraķešu negadījumu.
Daži projekta neveiksmi skaidro ar to, ka valstij jau no paša sākuma nebija noteikta skaidra nostāja, piemēram, Kenedija stratēģiskā līdzdalība Mēness misijā. Tiek dokumentēta Sharakhanya Hruščova un pēc tam Brežņeva vadība saistībā ar efektīvām astronautikas stratēģijām un uzdevumiem. Tātad viens no "Cara-Rocket" izstrādātājiem Sergejs Krjukovs atzīmēja, ka N-1 komplekss nomira ne tik daudz tehnisku grūtību dēļ, bet gan tāpēc, ka tas kļuva par sarunu čipu personīgo un politisko ambīciju spēlē.
Cits nozares veterāns Vjačeslavs Gaļajevs uzskata, ka neveiksmju noteicošais faktors papildus valsts pienācīgas uzmanības trūkumam bija banālā nespēja strādāt ar tik sarežģītiem objektiem, vienlaikus panākot kvalitātes un uzticamības kritēriju apstiprināšanu, kā arī padomju zinātnes nevēlēšanās toreiz īstenot tik apjomīgu programmu. Tā vai citādi 1974. gada jūnijā tika pārtraukts darbs pie N1-LZ kompleksa. Šīs programmas ietvaros pieejamais atlikums tika iznīcināts, un izmaksas (4–6 miljardu rubļu apjomā 1970. gada cenās) tika vienkārši norakstītas.
