Что такое баллистическая ракета
Баллистическими ракетами (в 50-х годах использовался термин «баллистические снаряды») называют такие ракеты, у которых траектория полета (за исключением начального участка, который ракета проходит с работающим двигателем) представляет собой траекторию свободно брошенного тела. После выключения двигателя ракета не управляется и движется подобно обычному артиллерийскому снаряду, а ее траектория зависит только от силы тяжести и аэродинамических сил и представляет собой так называемую «баллистическую кривую».
Баллистические ракеты обычно запускаются вертикально вверх или под углами, близкими к 90 градусам, что делает необходимым применение системы управления для вывода ракеты на расчетную траекторию поражения цели.
Чтобы баллистическая ракета могла пролететь сотни и тысячи километров, ей надо сообщить очень высокую скорость полета. Однако и при этом условии получить большую дальность было бы невозможно, если бы ракета совершала полет в плотных слоях атмосферы. Сопротивление воздуха быстро погасило бы ее скорость. Поэтому стратегические баллистические ракеты основной участок своей траектории проходят на очень большой высоте, где плотность воздуха мала, т. е. практически в безвоздушном пространстве.
Вертикальный запуск ракеты позволяет сократить время ее движения в плотных слоях атмосферы и тем самым уменьшить расход энергии на преодоление силы сопротивления воздуха. Через несколько секунд вертикального подъема траектория ракеты искривляется в сторону цели и переходит в наклонную. За счет работы двигателя скорость ракеты непрерывно возрастает вплоть до полного израсходования топлива или выключения (отсечки) двигателя. С этого момента и до падения на землю ракета движется по траектории свободно брошенного тела. Таким образом, траектория баллистической ракеты имеет два участка: активный — от начала взлета до прекращения работы двигателей и пассивный — от момента прекращения работы двигателей до достижения поверхности земли.
#doc2fb_image_02000003.jpg
Ракеты А-4 на стартовой позиции
Активный участок может быть в свою очередь разделен на отрезки. Баллистическая ракета дальнего действия стартует вертикально с пускового устройства и в течение нескольких секунд движется прямо вверх. Этот участок полета назван стартовым. Далее начинается выведение ракеты на траекторию. Ракета отклоняется от вертикали и, описывая дугу на участке выведения, выходит на последний наклонный участок (участок выключения), на котором происходит отсечка двигателей. Дальнейшая траектория ее полета определяется кинетической энергией, запасенной на активном участке, и может быть точно рассчитана.
Описав эллиптическую дугу вне атмосферы, баллистическая ракета или отделившаяся головная часть ракеты вновь входит в атмосферу, имея практически ту же кинетическую энергию и тот же угол наклона траектории к горизонту, что и при выходе из нее.
После этого начинается последний этап пассивного участка движения — наклонное падение в атмосфере, сопровождающееся некоторой потерей кинетической энергии и весьма значительным нагревом.
Первые баллистические ракеты
В начале 30-х годов в Советском Союзе вопросами создания баллистических ракет на жидком топливе занимались специалисты ГИРД (группы изучения реактивного движения) и Ленинградской государственной газодинамической лаборатории. Видную роль в этих работах играли Ф. А. Цандер, С. П. Королев, М. К. Тихонравов, Ю. А. Победоносцев. Основной тематикой работ было создание ракеты на жидком топливе, способной решать задачи исследования космического пространства. Но в то время воплотить эту идею с технической стороны было невозможно, несмотря на определенный успех в создании двигателей на жидком топливе (ОР-2, ОРМ-1, ОРМ-2) конструкции Цандера и Глушко.
Работы велись с большим напряжением. Но создать боевую ракету на жидком топливе до начала Великой Отечественной войны не удалось, чему в немалой степени способствовали репрессии среди ведущих специалистов-ракетчиков.
Интенсивные работы по созданию ракет на жидком топливе также велись в Германии. С приходом к власти Гитлера ракетная тематика приняла ярко выраженную военную направленность. Был создан армейский ракетный испытательный полигон, размещенный в интересах соблюдения строгой тайны работ в центре Германии — в Кумерсдорфе. Однако вскоре стало ясно, что полигон не позволяет проводить летные испытания ракет. В 1936 году был создан новый армейский исследовательский центр в Пенемюнде, располагавшийся на островах Узедом (близ Штетинского пролива) и Грейфсвальдер-Ойе (восточнее острова Рюген в Балтийском море). С начала 1937 года его возглавил технический директор Вернер фон Браун, а всего в центре работало около 15 тыс. человек.
Уже осенью 1938 года состоялись первые пуски ракет на жидком топливе. Все испытательные пуски проводились в сторону Швеции. Слежение за полетом ракет осуществлялось радиолокатором. К началу Второй мировой войны немецким конструкторам удалось создать удачную ракету с двигателями на жидком топливе А-3, дальность полета которой составляла 17 км. Ее схему взяли за основу для разработки более совершенной ракеты, которой присвоили обозначение А-4.
После серии различных испытаний на стендах 13 июня 1942 года состоялся первый пуск ракеты А-4, закончившийся неудачей. Второй пуск (16.08.42 г.) завершился взрывом ракеты. 3 октября 1942 года был проведен третий пуск, который признан успешным. Ракета пролетела 190 км. Об этом поспешили доложить Гитлеру, который дал указание принять ее на вооружение под названием ФАУ-2.
Ракета А-4 представляла собой одноступенчатую баллистическую ракету с жидкостным реактивным двигателем, работающим на этиловом спирте и жидком кислороде. Корпус ракеты состоял из каркаса с наружной обшивкой, внутри которого подвешивались баки горючего и окислителя. Горючее (спирт, запас составлял 3770 кг) подавалось к двигателю по специальному трубопроводу, размещенному внутри бака окислителя, запас которого достигал 5000 кг.
Компоненты топлива подавались в камеру сгорания турбонасосным агрегатом. Его турбина раскручивалась перекисью водорода, хранившейся в специальном баке. Для воспламенения основного горючего применялось специальное пусковое топливо. Жидкостный ракетный двигатель развивал тягу 25,4 т у земли. Его камера сгорания охлаждалась спиртом, пропускавшимся через специальные трубки. Время работы двигателя колебалось в интервале 60-65 секунд.
Ракета имела автономную программную гироскопическую систему наведения. В ее состав входили гирогоризонт, гиро- вертикант, усилительно-преобразовательные блоки и рулевые машинки, связанные с рулями ракеты. В качестве исполнительных устройств системы управления использовались четыре газовых руля, выполненных из графита и установленных на пути истекающих из камеры сгорания газов, и четыре воздушных руля, которые играли вспомогательную роль. При обратном входе в атмосферу они стабилизировали корпус ракеты. Ракета оснащалась неотделяемой в полете головной частью с зарядом взрывчатки массой в 910 кг.
Немецкая промышленность довольно быстро освоила выпуск ракет А-4, что позволило развернуть боевые части и подразделения. Ввиду невысокой точности попадания для ракет выбрали крупную площадную цель — Лондон. Главным источником ошибок была сама гироскопическая система управления. Дело в том, что она не реагировала на параллельный снос ракеты. Другим источником ошибок явились погрешности в работе интегратора — прибора, определяющего скорость ракеты и момент выключения двигателя.
Первый боевой пуск ракет А-4 состоялся 8 сентября 1944 года с территории Голландии. Ракета перевозилась к месту старта транспортером-установщиком, а всего в комплекс стартовых средств входило около 30 транспортных и специальных машин и агрегатов. Предстартовая подготовка занимала почти 4 часа.
Первое боевое применение ракет со всей остротой поставило практически неразрешимую в то время проблему борьбы с ними. Стало ясно, что создано новое оружие, способное причинять значительный урон противнику. Англичане так и не смогли решить задачу борьбы с ракетами А-4. Лондон мог бы быть полностью разрушен, если бы техническая надежность ракет была выше. Так, из 4320 ракет А-4, запущенных по Лондону, в городе упали только 1050. Остальные либо взорвались при запуске, либо отклонились от цели.
Немецкие конструкторы активно работали над улучшением боевых свойств ракеты А-4. К концу войны им удалось значительно усовершенствовать систему управления. Для учета бокового сноса создали прибор «кверинтегратор» (т. е. интегратор перемещений), который определял боковой снос ракеты путем двойного интегрирования ускорений бокового сноса. Этот прибор крепился на специальной горизонтальной стабилизированной площадке, получившей название «стабиплан». Помещенная в третье кольцо карданного подвеса площадка стабилизировалась в пространстве тремя сравнительно большими гироскопами, оси вращения которых были расположены перпендикулярно к осям карданного подвеса. Стабилизация такой площадки оказалась чрезвычайно точной.
Была также доработана система выключения двигателя при достижении ракетой определенной скорости, что значительно влияло на точность ракеты по дальности. Были созданы два варианта системы измерения скорости ракеты: радиокомандный, использовавший метод радиолокации, и автономный метод, основанный на интегрировании ускорения ее центра тяжести. Эти методы были разработаны в Германии к концу Второй мировой войны. Новой системой управления было оборудовано лишь небольшое число ракет, выпущенных главным образом по гавани Антверпена в 1945 году.
#doc2fb_image_02000004.jpg
БР А-9/А-10 (Германия) 1944г.(проект)
К концу войны немцы разработали несколько проектов ракет, рассчитанных на полет по планирующей траектории и имеющих значительно большую дальность по сравнению с ракетой А-4. Ракета, получившая обозначение А-4В, представляла собой крылатый вариант своей предшественницы. Дальность ее полета должна была составлять около 600 км, а время полета- около 17 минут. Однако завершить летные испытания этой ракеты немцам было не суждено. В марте 1945 года авиация англо-американцев почти полностью уничтожила испытательный полигон в Пенемюнде, да и советские войска подошли вплотную к устью реки Одер.
Немецкие конструкторы работали и над двухступенчатыми ракетами, способными поражать цели на Атлантическом побережье США. Этим работам особое значение придавал Гитлер, мечтавший нанести чувствительный удар по престижу американцев. Был разработан проект двухступенчатой ракеты А-9/А-10, первая ступень которой представляла собой мощный стартовый двигатель А-10, а вторая — один из крылатых вариантов ракеты А-4, имевший обозначение А-9. Предполагалось, что при движении по планирующей траектории ракета сможет пролететь расстояние до 4800 км. Общее время полета ракеты на такую дальность должно было составить приблизительно 45 минут. Испытания этой ракеты в полете не проводились, но огневые испытания ускорителя А-10 были завершены. В целом следует признать, что к концу Второй мировой войны немцы располагали современной ракетостроительной промышленностью, опытными кадрами конструкторов- ракетчиков и ракетами, доводка которых в будущем сулила успех.
Еще гремели сражения заключительного периода войны в Европе, когда руководители стран-союзниц по антигитлеровской коалиции, по достоинству оценившие возможности ракетного оружия, дали указания своим военным создать специальные команды, главной задачей которых должна была стать охота за немецкими ракетными секретами.
Немецкие ракетчики, рассудив, что они могут пригодиться новым хозяевам, стали переходить на американскую сторону. При этом они передавали им техническую и конструкторскую документацию, а заодно и готовые ракеты. Уже после окончания боевых действий в Европе американцы вывезли из района города Нордхаузен (эта территория Германии должна была быть занята советскими войсками по условиям Потсдамской конференции), где находился подземный завод «Миттельверк» по сборке ракет, в свою зону оккупации все ценные материалы, касающиеся производства ракет, серийные и опытные ракеты, лабораторное оборудование, а также специалистов-ракетчиков во главе с главным конструктором Вернером фон Брауном.
Советскую специальную группу возглавил выпущенный из мест заключения С. П. Королев. По этому случаю ему было присвоено воинское звание полковник. Осмотрев руины ракетного полигона и сборочных заводов, группа смогла собрать в основном разрозненные части ракет. Позднее, в августе 1946 года, на территории Германии работал советский ракетный институт, получивший обозначение «Нордхаузен», занимавшийся изучением немецкого ракетного наследия (закрыт в марте 1947 года).
На базе завода имени Калинина, располагавшегося в подмосковном Калининграде, была создана головная организация по разработке ракет на жидком топливе – Государственный НИИ ракетного вооружения №88. В его рамках были созданы специальное конструкторское бюро, состоящее из тематических отделов (отдел по проектированию ракет дальнего действия возглавил С. П. Королев), опытный завод и научные подразделения: отделы материаловедения, двигателей, топлива, аэродинамики и др.
Вместе с НИИ-88 в разработку ракетной техники включился еще целый ряд вновь созданных или перепрофилированных предприятий страны. Для координации всех работ был создан Государственный комитет по ракетной технике. Большое внимание ракетной проблеме уделял и глава государства — И. В. Сталин.
Перед конструкторами стояла задача в короткие сроки создать на базе немецких наработок свою ракету. Ей присвоили индекс Р-1. В создании первой ракеты непосредственно участвовали 35 НИИ и КБ, 18 заводов. Учитывая, что большинство из них имели различную ведомственную подчиненность, С. П. Королев создал Совет главных конструкторов для оперативного решения всех принципиальных научно-технических вопросов. В его состав вошли В. Глушко, В. Бармин, В. Кузнецов, Н. Пилюгин, М. Рязанский. В сложных условиях послевоенной разрухи конструкторам удалось в короткие сроки подготовить ракету к испытаниям.
#doc2fb_image_02000005.jpg
БР Р-2 (СССР) 1951 г.
#doc2fb_image_02000006.jpg
Ракета Р-2 в момент старта
#doc2fb_image_02000007.jpg
Ракета Р-2А в полете
Главную сложность вызвала двигательная установка. Работы по ЖРД для ракет дальнего действия были поручены ОКБ-456, сформированному в июле 1944 г. при авиазаводе № 16 в Казани, коллективу конструкторов под руководством В. Глушко. В течение одного года им удалось воспроизвести конструкцию двигателя ракеты А-4 (РД-100). А уже через год они создали форсированную модификацию РД-101 с тягой 35 т, а затем РД-103 с тягой 44 т.
В качестве горючего использовался 75-процентный этиловый спирт, а окислителя — жидкий кислород. Горючее использовалось также для охлаждения ДУ. Для работы турбонасосного агрегата применялись два компонента: перекись водорода и раствор перманганата натрия, что существенно осложняло эксплуатацию ракеты. Конструктивно одноступенчатая ракета Р-1 состояла из головной части, приборного отсека с приборами системы управления, средней и хвостовой частей. Запас компонентов топлива обеспечивал максимальную дальность полета в 270 км.
Разработка системы управления была поручена конструкторскому коллективу НИИ-885 под руководством Пилюгина, радиотехнических систем управления и измерения – коллективу под руководством М. Рязанского, комплекса командных приборов — подразделению главного конструктора В. Кузнецова, входившего в состав МНИИ-1 Минсудпрома СССР.
На ракете была применена автономная система управления. Основные приборы были сгруппированы в двух автоматах — стабилизации и управления дальностью. В качестве чувствительных приборов СУ использовались гирогоризонт и гировертикант, а в качестве исполнительных органов — газоструйные рули, выполненные из графита. Дополнительная устойчивость обеспечивалась хвостовыми стабилизаторами. Ракета имела неотделяющуюся в полете головную часть, снабженную обычным взрывчатым веществом весом 785 кг. Стартовый вес ракеты достигал 13,4 т.
Для проведения летных испытаний был создан 4-й Государственный центральный полигон в районе села Капустин Яр, первым начальником которого был назначен генерал-лейтенант В. Вознюк. Именно там 10 октября 1948 года был произведен успешный пуск ракеты Р-1, полностью изготовленной по собственным чертежам на советских заводах из отечественных материалов. В первой серии летных испытаний Р-1 было запущено девять ракет. Все полеты завершились успешно.
Для эксплуатации ракетного комплекса в составе вооруженных сил были созданы специальные части — бригады особого назначения Резерва Верховного Главнокомандования. Командиром 1-й бригады был назначен гвардии генерал-майор артиллерии А. Тверецкий.
Комплекс считался мобильным, хотя ракета запускалась со специального пускового устройства. Важной частью ракетного комплекса являлись агрегаты, образующие системы наземного оборудования, общим числом более 20 транспортных единиц различного назначения. Главным конструктором комплекса наземных средств был В. Бармин.
Однако всем было ясно, что ракету Р-1 надо совершенствовать. Требовалось оружие, способное поражать объекты на всю оперативную глубину обороны противника. Полученный в процессе создания ракеты Р-1 опыт конструирования, испытаний и эксплуатации послужил основой для дальнейшего развития конструкции. Ракета Р-2, разработанная под руководством С. П. Королева, внешне отличалась от нее только увеличенными размерами. Однако по боевым свойствам и конструктивным решениям она была значительно совершеннее своей предшественницы.
Р-2 имела герметичный приборный отсек, несущий бак горючего и отделяющуюся после выгорания топлива головную часть. На ракету устанавливался ЖРД РД-101 (модификация РД-100) с тягой 37 т. Двигатель работал на жидком кислороде и 92-процентном этиловом спирте. Система управления была дополнена системой боковой радиокоррекции, что значительно уменьшило рассеивание точек падения головных частей по направлению. Дальность полета ракеты Р-2 достигала 600 км. Она несла боевой заряд массой 1008 кг.
После серии летных испытаний, проведенных на полигоне Капустин Яр, 27 ноября 1951 года ракетный комплекс с ракетой Р-2 был принят на вооружение. Для эксплуатации нового РК были созданы четыре бригады РВГК, получившие название инженерных.
С. П. Королев думал не только о военном применении ракет. В 1949-1955 годах на базе ракеты Р-1 была создана серия геофизических ракет Р-1 А,( Б, В, Д, Е). Ракеты предназначались для исследования верхних слоев атмосферы по программе АН СССР. 25 мая 1949 года состоялся первый полет ракеты Р-1 А, на которой были установлены два отделяемых на высоте контейнера с научно- исследовательской аппаратурой. Контейнеры снабжались парашютами, которые раскрывались на высоте 20 км. Всего было проведено 18 успешных пусков. За счет совершенствования ракет этой серии полезный груз увеличился со 170 кг на первой ракете до 1160-1819 кг на последующих модификациях.
В 1954 году на базе ракеты Р-2 создана геофизическая ракета Р-2А. В 1957-1960 годах проведено 11 успешных пусков ракет Р-2А на высоты около 200 км с целью исследования химического состава и давления атмосферы, а также жизнедеятельности животных, которые запускались в герметичных контейнерах. Хотя боевая ценность ракет Р-1 и Р- 2 была не высока, они сыграли заметную роль в становлении ракетостроения в СССР.
А как поступили американцы с доставшимся им немецким ракетным наследством? Первоначальный интерес был быстро удовлетворен. Провели испытания вывезенных ракет, убедились в их невысоких возможностях.
А так как применения военные специалисты им не нашли, было решено данные ракеты не производить. К тому же американские политики и военное руководство делали ставку на монопольное владение ядерной бомбой. Большая часть бюджетных средств, выделенных Пентагону, направлялась на финансирование программ строительства новых стратегических бомбардировщиков В-36 и В-50, способных доставлять бомбовую нагрузку в десятки тонн на тысячи километров. Они же являлись носителями ядерного оружия.
#doc2fb_image_02000008.jpg
Ракета «Редстоун» в момент старта
Но уже в 1950 году, в самый разгар войны в Корее, американские военные умы вынуждены были вспомнить о ракетах. Это решение было вызвано большими потерями стратегических бомбардировщиков от огня советских МиГ-15.
Вот когда пригодились немецкие ракетчики. В 1950 году Вернер фон Браун и его команда в количестве 130 инженеров, а также 500 человек американского персонала и несколько сотен рабочих приступили к интенсивной работе над совершенствованием конструкции ракеты А-4 с дальностью полета в 800 км. Ракетный центр обосновался в городе Форт Блис на арсенале «Редстоун».
Вскоре последовали заказы на ракеты. В 1951 году командование армии США заказало ракету, пригодную для использования в войсковых частях. Ракета должна была быть мобильной, нести ядерную головную часть и иметь дальность полета 200 миль( 320 км).
После напряженной двухлетней работы ракета под индексом М8 была представлена на испытания. Первый пуск состоялся 20 августа 1953 года с мыса Канаверал, где в 1950 года был построен Восточный испытательный полигон. После серии пусков ракету передали на войсковые испытания. Для этой цели была сформирована специальная войсковая часть – 40-я ракетная группа полевой артиллерии, которая до мая 1958 года провела 36 испытательных пусков. Наконец, в мае 1958 года было решено принять ракету на вооружение армии США под названием «Редстоун». Но ее решили производить небольшой серией. Она поступила на вооружение все той же 40-й ракетной группы, которую передислоцировали на территорию Западной Германии.
Хотя основой для ракеты послужила конструкция немецкой А-4, «Редстоун» мало походила на нее. Она была тяжелее и больше. Был разработан новый двигатель марки А-6, работающий на жидком кислороде и спирте, с турбонасосной подачей компонентов топлива и системой отсечки тяги.
#doc2fb_image_02000009.jpg
БР «Редстоун» (США) 1958 г.
Полетом ракеты управляла инерциальная система управления, сконструированная специалистами фирмы «Форд инструмент», с воздушным подвесом гироскопов. Исполнительные органы системы управления такие же, как и на А-4 —газоструйные и аэродинамические рули.
Головная часть имела ядерный заряд и отделялась в полете от корпуса после прекращения работы маршевого двигателя. При входе в плотные слои атмосферы ее полет управлялся клиновидными рулями, размещенными на задней юбке корпуса головной части.
Ракетный комплекс был размещен на подвижных средствах фирмы «Крайслер». Главным недостатком ракеты считалось большое время предстартовой подготовки к боевому применению. Ракета устанавливалась на пусковое устройство (пусковой стол) специальным краном. После чего ее заправляли компонентами топлива, производили прицеливание и только потом – запуск. Стартовую позицию приходилось выбирать с учетом возможности расстановки тяжелых и громоздких специальных агрегатов. Ракета «Редстоун» сыграла заметную роль в накоплении необходимого опыта для создания следующего поколения баллистических ракет.
Первые баллистические ракеты создавались для решения стратегических задач, несмотря на то, что они имели дальность полета менее 600 км (по современным классификациям, принятым в странах
НАТО и в России, ракеты имеющие такую дальность полета, относятся к оперативно-тактическим). Всем этим ракетам были присущи общие недостатки. К ним следует отнести невысокую точность попадания, использование в качестве компонентов топлива горючего с малой энергоотдачей.
Ракетные комплексы считались мобильными, но это скорее относится к способу транспортировки ракет на стартовые позиции, так как все они запускались с наземных пусковых устройств. Большое время подготовки к пуску, исчисляемое несколькими часами, не позволяло использовать ракеты по целям, критичным к времени их поражения. Значительное число специальной техники, передвигающееся по дорогам в одном направлении, позволяло разведке противника своевременно предупредить свое командование об угрозе ракетного нападения. Техническая надежность этих ракет оставляла желать лучшего.
Все это предопределило их ограниченное применение в войсках, за исключением немецкой А-4, более известной под обозначением ФАУ-2. И тем не менее роль этих ракет в становлении ракетной техники велика. Они позволили конструкторам проверить на практике теоретические разработки в этой области, наработать определенный задел для создания последующего поколения баллистических ракет, ставших грозным оружием. Первый, самый трудный, шаг был сделан. И сделан успешно.
Конструктивные особенности современных ракет
Сегодня существует много различных типов ракет. Большинство из них снабжены системой управления, которая обеспечивает полет по требуемой траектории. Среди управляемых ракет большую группу составляют баллистические ракеты, движение которых, за исключением сравнительно небольшого участка управляемого полета с работающими ДУ, происходит по траектории свободно брошенного тела (баллистической траектории). К этой группе относятся оперативно-тактические и стратегические боевые ракеты класса «земля-земля» и «корабль-земля» с дальностью полета от сотен до нескольких тысяч километров.
По числу ступеней ракеты делятся на одноступенчатые и составные (многоступенчатые). Одноступенчатая баллистическая ракета состоит из полезного груза (ГЧ) и ракетного блока, образованного в общем случае из ракетной двигательной установки с топливным отсеком с запасом ракетного топлива, системы подачи топлива, системы управления и силовых элементов конструкции. Основная характеристика баллистической ракеты – идеальная скорость, которая может быть достигнута в конце активного участка полета при движении по прямой (вне атмосферы и поля земного тяготения) под действием только силы тяги ракетного двигателя.
Составные ракеты могут быть различных конструктивных схем. Различают конструктивные схемы с поперечным делением (ракетные блоки ступеней расположены последовательно по высоте ракеты и также последовательно вступают в работу), с продольным делением (так называемая пакетная схема, допускающая одновременную работу блоков различных ступеней) и комбинированную, сочетающую особенности первых двух.
Конструкция ракет существенным образом зависит от ее назначения и типа используемых ракетных двигателей. Большинство современных боевых ракет снабжаются РДТТ. Ракетам более ранних разработок присущи ЖРД с насосной подачей топлива, в том числе с дожиганием генераторного газа, вращающего турбину турбонасосного агрегата. Для ракетных блоков первых ступеней ракет характерны многокамерные ракетные двигатели, имеющие на две или четыре камеры сгорания один общий мощный ТНА, что позволяет уменьшить высоту ДУ.
Основные силовые элементы конструкции ракеты выполняются в виде тонкостенных оболочек из высокопрочных легких сплавов или композиционных материалов. В ракетном блоке с ЖРД большую часть объема занимает топливный отсек с жидким ракетным топливом, состоящий из баков с окислителем и горючим. Баки связаны с ЖРД магистральными трубопроводами и снабжены устройствами для заправки и слива компонентов и контроля их уровня. В баках могут быть установлены перегородки для демпфирования продольных и поперечных колебаний топлива во время полета.
Наиболее экономичной и распространенной является силовая схема топливного отсека с несущими баками, стенки которых одновременно выполняют роль оболочки корпуса ракеты. Создавая в таких баках сравнительно небольшое внутреннее давление наддува, можно исключить опасную для тонкостенных оболочек потерю устойчивости и одновременно способствовать бескавитационной работе насосов ТНА. Длина топливного отсека несколько сокращается, если он выполняется в виде единой оболочки, объем которой делится на полости горючего и окислителя герметичной перегородкой. Для стабилизации ракеты промежуточная перегородка может разделять пополам полость, занятую одним и тем же компонентом, причем компонент сначала расходуется из нижней части бака, а затем – из верхней.
В схеме топливного отсека с подвесными баками (которые могут иметь цилиндрическую, сферическую, торообраз- ную или иную более сложную форму) они крепятся силовыми узлами к несущему корпусу. С другими отсеками такой корпус соединяется также торцевыми шпангоутами. Аналогичную конструкцию имеет хвостовой отсек, в котором размещаются ЖРД и некоторые элементы арматуры системы подачи топлива.
Разделение ракетных блоков может происходить как до включения ЖРД блока последующей ступени путем торможения блока предшествующей ступени вспомогательными ракетными двигателями («холодное» деление), так и при работающем ракетном двигателе на участке спада тяги («горячее» деление).
Управление вектором тяги современных ЖРД, необходимое для полета ракеты по заданной программе, осуществляется поворотом камеры РД с помощью управляющих ракетных двигателей малой тяги, вдувом части газа за критическую часть сопла и другими способами. В случае многокамерной ДУ управляющий момент можно также создать рассогласованием тяг неподвижных камер, тяга каждой из которых регулируется в определенных пределах.
В ракетном блоке с РДТТ роль топливного отсека с запасом твердого топлива выполняет корпус РД, а в хвостовом отсеке размещается сопловой блок и оборудование, необходимое для управления вектором тяги. Управление осуществляется либо поворотом одного или нескольких сопел, либо боковым вдувом газа в основной поток продуктов сгорания в зоне расширяющейся части сопла, что приводит к газодинамической асимметрии потока и перераспределению давления на стенки раструба, создавая результирующий управляющий момент относительно центра масс ракеты.
Тяга, развиваемая РДТТ, передается на последующие отсеки или ракетные блоки (в составной ракете поперечного деления) с помощью переходной стержневой фермы или подкрепленной стрингерами оболочки. Чтобы иметь возможность выключить РД до полного выгорания топлива и отделить корпус РДТТ от головной части боевой ракеты, на его переднем днище могут быть предусмотрены наклонные сопла обратной тяги. При достижении определенного сочетания значения скорости полета, ее направления и координат ракеты по специальной команде системы управления эти сопла открываются и направляют газовый поток из камеры сгорания через переднее днище корпуса, создавая обратную тягу, обеспечивающую разделение.
Система управления ракеты предназначена для получения параметров движения в конечной точке участка выведения, необходимых для выполнения поставленной перед ракетой задачи. Одновременно СУ должна обеспечивать решение задачи устойчивости движения и снижения внешних нагрузок на корпус ракеты. В простейшем случае траектория выведения ракеты задается заранее. В более сложном применяется терминальная система управления, которая не приводит траекторию к заданной, а допускает существенные отклонения от нее, следя, однако, за тем, чтобы кинематические параметры в конце активного участка были расчетными. Последний метод требует применения мощных цифровых ЭВМ.
Способы получения управляющих усилий
#doc2fb_image_0200000A.jpg
Применение газодинамических и вспомогательных аэродинамических рулей малой площади
#doc2fb_image_0200000B.jpg
Метод впрыска в закритическую часть сопла жидкого газа
#doc2fb_image_0200000C.jpg
Применение газоотк лоняющих пластин
#doc2fb_image_0200000D.jpg
Поворот камеры сгорания
#doc2fb_image_0200000E.jpg
Применение отклоняемого сопла камеры сгорания
#doc2fb_image_0200000F.jpg
Применение управляющего соплового дефлектора
#doc2fb_image_02000010.jpg
Применение верньерных или струйных двигателей
СУ состоит из датчиков, преобразующих устройств и рулевых машин. В качестве датчиков обычно используются гироскопические стабилизированные платформы, сохраняющие свое положение относительно неподвижных звезд неизменным и позволяющие измерять углы отклонения корпуса ракеты относительно связанной с такими платформами системы координат. На ГСП устанавливаются приборы, реагирующие на линейные ускорения в продольном и двух поперечных направлениях. Интегрируя нужное число раз сигналы, снимаемые с этих приборов, можно получить полное представление о кинематике движения ракеты, в частности о скоростях и сносах в поперечных к траектории направлениях.
Рулевые машины являются сложным электромеханическим (гидравлическим) приводом для поворотов основного РД или специальных рулевых РД в соответствии с сигналами, вырабатываемыми преобразующими устройствами. Помимо основных задач СУ выполняет и другие функции: подачу питания на нужные приборы, программно-логическое управление работой систем ракеты при подготовке и старте ракеты, взведение взрыва- тельных устройств. Высокие требования, которые предъявляются к надежности СУ, приводят к необходимости дублирования и резервирования наиболее ответственных контуров управления.
Обеспечивает работу системы управления бортовая цифровая вычислительная машина. Она предназначена для решения на борту движущегося объекта (ракеты) задач управления движением и стабилизацией, автономной и инерциальной навигации, программного управления и т. д. Различают специализированные и универсальные БЦВМ.