Современные баллистические ракеты

Почти все известные в настоящее время реальные проекты создания космических кораблей и искусственного спутника Земли базируются, как правило, на ракетах, аналогичных современным баллистическим ракетам дальнего действия.

Одной из таких ракет является «Фау-2», в которой немцы реализовали все основные мысли и идеи, впервые высказанные и научно обоснованные К. Э. Циолковским в его гениальных трудах периода 1896 — 1903 годов, а также в последующих работах вплоть до 1935 года — года его смерти.

В настоящее время, т. е. спустя 14 лет после практического боевого использования во второй мировой войне ракеты «Фау-2», на вооружение ряда стран приняты более совершенные ракеты, обладающие значительно большей дальностью полета, увеличенным весом боевого груза и лучшей меткостью.

Баллистическая ракета представляет собой бескрылое сигарообразное тело, в передней заостренной части которого размещается переносимый ракетой полезный груз. У боевых ракет это обычно взрывчатое вещество, атомный или термоядерный заряд, у исследовательских баллистических ракет — приборы или живые существа в соответствующих контейнерах или скафандрах.

Позади полезного груза располагаются приборы управления полетом ракеты, баки с топливом и двигательная установка.

Внешними органами ее стабилизации и управления полетом является оперение, как у современного самолета, с аэродинамическими рулями итак называемыми газовыми рулями, помещаемыми в струе вытекающих из двигателя ракеты нагретых до высокой температуры газов. С помощью газовых рулей ракета может управляться в безвоздушном пространстве. В некоторых конструкциях баллистических ракет вместо газовых рулей и воздушных стабилизаторов используют наклоны двигателя на небольшой угол (5 — 7°) относительно продольной оси ракеты. При этом линия действия реактивной силы не проходит через центр тяжести ракеты, в результате чего создается некоторый момент, поворачивающий ракету в желаемом направлении относительно ее центра тяжести.

Баллистические ракеты, как правило, стартуют вертикально. Получив некоторую поступательную скорость в вертикальном направлении, ракета с помощью специального программного механизма, аппаратуры и органов управления постепенно из вертикального начинает переходить в наклонное положение в сторону цели. К концу работы двигателя продольная ось ракеты приобретает угол наклона, отвечающий наибольшей дальности ее полета, а скорость становится равной строго установленному значению, обеспечивающему эту дальность.

После прекращения работы двигателя весь дальнейший свой полет ракета совершает по инерции, описывая в общем случае почти строго эллиптическую траекторию. На вершине траектории скорость полета ракеты принимает наименьшее свое значение. Верхние участки траектории баллистических ракет обычно находятся на высоте нескольких десятков, а то и сотен километров от поверхности земли, где из-за малой плотности атмосферы почти полностью отсутствует сопротивление воздуха.

На нисходящем участке траектории скорость полета ракеты • за счет потери высоты постепенно увеличивается. При дальнейшем снижении плотные слои атмосферы ракета проходит с огромными скоростями. При этом происходит сильный разогрев обшивки баллистической ракеты, и если не будут приняты необходимые предохранительные меры, то может произойти ее разрушение или даже взрыв боевой части.

В настоящее время двигатели современных баллистических ракет работают преимущественно на жидких топливах. В качестве окислителя применяются жидкий кислород, азотная кислота и т.п., а горючим в этом случае являются различные углеводородные соединения типа спиртов и керосина.

В последнее время за рубежом наметилась тенденция к переводу баллистических ракет на твердое топливо, баллиститные пороха и специальные механические смеси твердых окислителей с углеводородами типа нефтяных битумов, смол и синтетической резины.

Недавно в США была создана ракета «Редстоун» с отделяющейся в полете головной частью. Ракета в данный момент находится в серийном производстве. Эта ракета может переносить атомный боевой заряд. Конструктивную разработку ее производили эмигрировавшие в США немецкие инженеры. Ракета «Редстоун», именуемая теперь ракета «Юпитер А», является дальнейшим развитием ракеты «Фау-2». Двигатель ее работает на жидком кислороде со спиртом, но тяга его увеличена до 32 т. Эта ракета длиннее ракеты «Фау-2» на 4 м, диаметр ее уменьшен с 1,65 до 1,52 м, а дальность полета увеличена с 270 до 320 км. Есть сведения также о том, что дальность полета этой ракеты за счет уменьшения веса боевой части может быть увеличена до 800 км.

Предполагалось на основе этой ракеты создать другую баллистическую ракету — «Юпитер С» так называемой «средней дальности» с дальностью полета до 2400 км.

Наряду с военными ракетами строятся и испытываются также самые разнообразные типы исследовательских ракет. Одни из них предназначаются для достижения больших высот и изучения там физического состояния атмосферы, природы и свойств атмосферы, величины солнечной радиации, интенсивности космического излучения, физики частиц высокой энергии, поведения живых существ в космическом пространстве и т.п.

Другие предназначаются для проверки различных конструктивных узлов ракет дальнего действия, работы аппаратуры управления, механизмов разъединения у многоступенчатых ракет, запуска и работы двигателя в условиях разреженной среды, радиосвязи с Землей и т.п.

Примером такой ракеты может служить исследовательская ракета «Викинг-12» (США). Разработка этих ракет, известных ранее под именем «Нептун», начатая еще в 1947 году, продолжается и поныне. В качестве топлива в них используется, так же как и в ракете «Фау-2», жидкий кислород со спиртом; управление полетом автоматическое. Двигатель для ракеты «Викинг-12» имеет тягу порядка 9,5 т, а время работы его — 105 секунд. Топливо в камеру сгорания подается турбонасосным агрегатом, приводимым в действие парогазом, образующимся при разложении высококонцентрированной перекиси водорода. Подача жидкостей из баков к насосам и работа электропневматических клапанов осуществляются при помощи газообразного гелия, находящегося в ракете под давлением 250 кг/см².

В баках этих ракет вмещается до 5,5 т топлива. Пустой вес конструкции ракеты с двигательной установкой, не считая полезного груза, составляет около 940 кг.

Баки для горючего и окислителя у ракеты «Викинг-12» сделаны несущими, без теплоизоляции. Поэтому при заправке ракеты жидким кислородом на старте бак с окислителем покрывается теплоизолирующим кожухом (рис. 1).

Для спасения части исследовательской аппаратуры в ракете предусмотрено отделение от корпуса ракеты головной части с приборами и спуск ее на парашюте.

Несмотря на это все же большая часть данных, полученных при различных измерениях, передается на Землю непосредственно во время полета с помощью телеметрической радиоустановки.

Рис. 1. Заправка топливом исследовательской ракеты «Викинг-12»

Ракета «Викинг-12» с грузом 450 кг 4 февраля 1955 года поднялась на высоту 232 км, а ее предшественница достигла высоты 254 км с грузом 340 кг.

Элементарные расчеты показывают, что при существующих энергетических возможностях и известных нам в настоящее время топливах и материалах достижение больших скоростей и дальностей полета ракет возможно лишь при переходе от простых, одноступенчатых ракет к составным, многоступенчатым. Об этом условии с исчерпывающей ясностью и убедительностью было в свое время заявлено К. Э. Циолковским. В своих трудах он такие соединения ракет называл «космическими поездами» и предсказывал, что, используя известные ему в то время топлива и материалы, из которых будут строиться ракеты, можно будет достигать подобным способом космических скоростей, позволяющих ракете преодолеть силу земного тяготения и вылететь в межпланетное пространство.

Первыми практическими шагами в этом направлении было создание двухступенчатых и трехступенчатых составных ракет. Создание этого типа ракет потребовало практического разрешения целого ряда сложных проблем, из которых, пожалуй, наиболее сложной являлась проблема своевременного зажигания ракетного двигателя в условиях разреженной атмосферы.

В настоящее время для переброски боевого груза на очень большие расстояния наряду с крылатыми ракетами, или, как их часто называют, самолетами-снарядами, применяются многоступенчатые баллистические ракеты. Их называют также еще и межконтинентальными ракетами, потому что благодаря своей исключительно большой дальности полета, они могут перебрасывать грузы с одного континента земного шара на другой. Внутри корпуса, спереди обычно размещается боевой заряд, который, как правило, теперь представляет собой атомное или термоядерное взрывчатое вещество, затем следует аппаратура системы управления, баки с горючим и окислителем и мощные ракетные двигатели. Чем больше дальность ее полета, тем больше приходится делать габариты и стартовый вес такой ракеты.

Межконтинентальная баллистическая ракета запускается так же, как и одноступенчатая баллистическая ракета, с небольшой стартовой площадки. В течение нескольких первых секунд ракета двигается строго вертикально вверх, а затем система управления плавно поворачивает ее в вертикальной плоскости в сторону цели. После выгорания всего топлива в первой ступени ракеты эта ступень отделяется от основного корпуса ракеты вместе с размещенными на ней двигателями, органами управления и аппаратурой и начинается работа двигателей следующей ступени и так далее. Достигнув заданной скорости полета, выключаются двигатели последней ступени, и ракета, описав на тысячекилометровой высоте эллиптическую траекторию, с огромной скоростью устремляется вниз к цели. При этом скорость полета ее может достигнуть 20 — 25 тыс. км/час.

Следует подчеркнуть, что основная часть траектории полета ракеты проходит в безвоздушном пространстве на очень больших высотах порядка тысячи километров и выше над Землей, где сопротивление воздуха почти неощутимо. С приближением к цели и снижением ракеты воздушная оболочка Земли начинает резко тормозить ее движение. В результате трения о воздух наружной поверхности корпус ракеты сильно нагревается. Поэтому внешняя оболочка ракеты, главным образом ее передняя часть, изготовляется из особых жаростойких материалов или покрывается огнеупорами с плохой теплопроводностью, для того чтобы предохранить разогрев основных силовых узлов ее конструкции.

Вследствие высокой скорости полета нанесение удара межконтинентальной баллистической ракетой производится внезапно.

Другим существенным качеством этой ракеты является большая меткость. По данным печати и на основе соответствующих расчетов, можно полагать, что возможный промах ее лежит в пределах 15 — 20 км. При снаряжении же ракеты термоядерным зарядом такая точность вполне обеспечивает надежное поражение любой цели. Наконец, следует учесть, что пусковые площадки межконтинентальных ракет очень невелики, они легко оборудуются на любой местности и могут быть легко замаскированы. Все сказанное придает межконтинентальным баллистическим paкетам огромную боевую мощь. Как указывалось в сообщении ТАСС от 27 августа 1957 года, в Советском Союзе успешно осуществлен запуск сверхдальней межконтинентальной многоступенчатой баллистической ракеты.

Испытания ракеты прошли успешно. Они полностью подтвердили правильность предварительных расчетов и выбранной конструкции. Полет ракеты происходил на очень большой высоте, какой еще не достигал ни один летательный аппарат. Пройдя в короткое время огромное расстояние, ракета попала в заданный район.

Полученные результаты показали, что имеется возможность пуска ракет в любой район земного шара. Решение проблемы создания межконтинентальных баллистических ракет позволит достичь удаленных районов, не прибегая к стратегической авиации, которая в настоящее время является уязвимой для современных средств противовоздушной обороны.

В создании межконтинентальных многоступенчатых баллистических ракет СССР намного опередил США. Разрекламированные на весь мир американские многоступенчатые ракеты не выдержали испытаний и не оправдали затраченных на них материальных средств и политических надежд некоторых государственных деятелей США.

Повсеместно было отмечено, что советская ракета не имеет себе подобных в мире.

Успешное испытание созданной в СССР межконтинентальной баллистической ракеты явилось не только ударом по атомной стратегии США и их военным планам молниеносной атомной войны и политики создания военно-воздушных баз вокруг нашей страны, но и первым реальным шагом к запуску искусственного спутника Земли, который и был осуществлен спустя месяц.

В сентябре 1956 года на полигоне военно-воздушных сил США во Флориде была пущена трехступенчатая ракета, наименьшая ступень которой достигла дальности 4800 км.

Наибольшей ступенью этой составной ракеты являлась ракета «Редстоун», которую теперь именуют «Юпитером А». Средней ступенью была связка пороховых ракет «Рекрут», а наименьшей ступенью — одна пороховая ракета «Рекрут».

После выгорания всего топлива из ракеты «Редстоун» она отделилась от пороховых ракет и упала на расстоянии 160 км от места старта. Связка пороховых ракет продолжала разгонять одну пороховую ракету дальше, и по выгорании всего ракетного заряда в ней она тоже отделилась от последней, наименьшей ступени и упала на расстоянии 1300 км от места запуска. Последняя пороховая ракета продолжала дальнейший разгон, с помощью собственного двигателя поднялась на высоту порядка 640 км и упала на дистанции 4800 км, причем в печати сообщалось, что головная часть этой ракеты, падая с огромной скоростью (порядка 5 км в секунду), при входе в плотные слои атмосферы не сгорела, подобно метеорам, как это предполагалось ранее.

Если бы такую ракету можно было запустить вертикально, то ее полезный груз в состоянии был бы достигнуть высоты порядка 900 км.

Рис. 2. Стенд для огневых испытаний ракетных двигателей

К началу 1957 года в США были изготовлены опытные образцы межконтинентального снаряда «Атлас SM-65» с начальным весом примерно 110 т и расчетной дальностью полета порядка 8 000 км.

Ракета «Атлас SM-65» является двухступенчатой. При подъеме и разгоне ее работают все имеющиеся у нее три двигательные установки, развивающие в общей сложности тягу порядка 152 т. После выработки топлива вспомогательные стартовые ракеты вместе с освободившимися баками и двигателями отделяются от основного корпуса ракеты, а дальнейший полет продолжается с одной двигательной установкой, развивающей тягу около 61 т. В качестве окислителя в двигателях ракеты используют жидкий кислород, в качестве горючего — диметилгидразин.

Согласно опубликованным в иностранной печати данным состоявшиеся 11 июня 1957 года и 25 сентября 1957 года запуски межконтинентального снаряда «Атлас» закончились неудовлетворительно. В обоих случаях ракеты после старта на высоте 1—2 км взорвались.

Баллистические ракеты США «Тор» и «Юпитер», рассчитанные на дальность полета до 5 000 км в опытных образцах к началу 1957 года на испытаниях показали также неудовлетворительные результаты.

Важнейшим конструктивным звеном всякой многоступенчатой ракеты является силовая установка, состоящая из жидкостных или жидкостных и пороховых ракетных двигателей.

Рис. 3. Специальная телескопическая теодолитная установка, монтированная на одной из промежуточных станций, обслуживающих трассу ракетного полигона

Для практической отработки таких ракетных двигателей, доводки количественных показателей их характеристик до расчетных значений необходимо проводить испытания этих двигателей сначала на Земле в стационарных условиях.

Такие испытания проводятся на специально созданных для этой цели стендах. Если для испытания двигателей ракеты типа «Фау-2» требовались стенды, обеспечивающие проведение огневых испытаний ракетных двигателей, обладающих тягой 25 — 30 т, то в данный момент появилась необходимость иметь стенды, на которых должны испытываться двигатели, обладающие тягой в несколько десятков и даже сотен тонн. 1

Один из современных стендов в действии, позволяющий производить всесторонние исследования работы ракетных двигателей, обладающих тягой до 220 т, показан на рис. 2.

Расположение таких стендов на склонах гор обусловливается тем обстоятельством, что при этом не нужно заботиться об охлаждении потока горячих газов, выходящих из сопла ракеты.

Для испытания в полете межконтинентальных составных ракет требуются очень большие полигоны. Один из таких полигонов построен в 1947 году в Австралии, другой, сравнительно недавно, в районе Атлантического океана.

У первого, английского, полигона стартовая площадка находится на южном побережье Австралии на горе Эба. Трасса полигона тянется в северо-западном направлении. Первая очередь этой трассы, протяженностью 500 км, пролегает над большой австралийской пустыней Виктория; вторая очередь — 1800 км — над территорией Австралии до Индийского океана. Трасса третьей очереди — 3000 км — проходит над Индийским океаном до британского острова Рождества. Ширина этой трассы составляет 320 км.

Трасса другого полигона США начинается в районе мыса Канаверал во Флориде. Направление этой трассы тянется на юго-восток вдоль гряды Багамских островов. К середине 1953 года трасса была освоена до острова Гранд-Терк. Протяженность полигона при этом была равна 1280 км. Намечено было последовательно увеличить длину этого полигона — сначала до Пуэрто-Рико — 1600 км, затем вдоль берегов Гвианы — до 3500 км, вдоль берегов Бразилии — 6000 км, далее через Атлантический океан к южной оконечности Африки до мыса Доброй Надежды — 12 000 км и, наконец, в Антарктику — 20 000 км.

По трассе этого межконтинентального полигона построены промежуточные контрольные станции. Эти станции оборудованы специальными радиолокационными и телескопическими теодолитными установками для наблюдения за полетом снаряда, снабженными специальными киносъемочными аппаратами (рис. 3).

Два таких кинотеодолита, расположенные на расстоянии 80 км друг от друга, могут следить за полетом снаряда с максимальной погрешностью, не превышающей 140 мм на 1 км удаления, в то время как известные радиолокационные системы дают в аналогичных условиях погрешность порядка 1,7 м.

Разрешающая способность телескопических установок такова, что они могут следить за полетом футбольного мяча на расстоянии 13 км.

Район испытаний, занимающий несколько тысяч квадратных километров, находится под постоянным контролем группы наблюдения, расположенной на центральном контрольном пункте.

Эта группа при помощи радиолокаторов и связи непрерывно получает сведения о всех самолетах и кораблях, находящихся в районе испытаний. Автоматическая аппаратура непрерывно вычерчивает траекторию полета ракеты. Если ракета потерпит аварию или собьется с заданного курса, офицер службы безопасности нажатием кнопки немедленно даст сигнал в район ее полета или просто подорвет ее в воздухе.

Далее…