Кто изобрел баллистическую ракету. Получается, Северная Корея теперь в «ядерном клубе»? Ракетные комплексы и установки заграничной оборонной промышленности

Межконтинентальная баллистическая ракета - впечатляющее творение человека. Огромные размеры, термоядерная мощь, столб пламени, рев двигателей и грозный рокот пуска… Однако все это существует лишь на земле и в первые минуты запуска. По их истечении ракета прекращает существовать. Дальше в полет и на выполнение боевой задачи уходит лишь то, что остается от ракеты после разгона - ее полезная нагрузка.

При больших дальностях пуска полезная нагрузка межконтинентальной баллистической ракеты уходит в космическую высоту на многие сотни километров. Поднимается в слой низкоорбитальных спутников, на 1000−1200 км над Землей, и ненадолго располагается среди них, лишь слегка отставая от их общего бега. А затем по эллиптической траектории начинает скатываться вниз…

Что это, собственно, за нагрузка?

Баллистическая ракета состоит из двух главных частей - разгоняющей части и другой, ради которой затеян разгон. Разгоняющая часть - это пара или тройка больших многотонных ступеней, под завязку набитых топливом и с двигателями снизу. Они придают необходимую скорость и направление движению другой главной части ракеты - головной. Разгонные ступени, сменяя друг друга в эстафете пуска, ускоряют эту головную часть в направлении района ее будущего падения.

Головная часть ракеты - это сложный груз из многих элементов. Он содержит боеголовку (одну или несколько), платформу, на которой эти боеголовки размещены вместе со всем остальным хозяйством (вроде средств обмана радаров и противоракет противника), и обтекатель. Еще в головной части есть топливо и сжатые газы. Вся головная часть к цели не полетит. Она, как ранее и сама баллистическая ракета, разделится на много элементов и просто перестанет существовать как одно целое. Обтекатель от нее отделится еще неподалеку от района пуска, при работе второй ступени, и где-то там по дороге и упадет. Платформа развалится при входе в воздух района падения. Сквозь атмосферу до цели дойдут элементы только одного типа. Боеголовки.

Вблизи боеголовка выглядит как вытянутый конус длиною метр или полтора, в основании толщиной с туловище человека. Нос конуса заостренный либо немного затупленный. Конус этот - специальный летательный аппарат, задача которого - доставка оружия к цели. Мы вернемся к боеголовкам позже и познакомимся с ними ближе.

Голова «Миротворца»
На снимках - ступени разведения американской тяжелой МБР LGM0118A Peacekeeper, также известной как MX. Ракета была оснащена десятью разделяющимися боеголовками по 300 кт. Ракета снята с вооружения в 2005 году.

Тянуть или толкать?

В ракете все боеголовки расположены на так называемой ступени разведения, или в «автобусе». Почему автобус? Потому что, освободившись сначала от обтекателя, а затем от последней разгонной ступени, ступень разведения развозит боеголовки, как пассажиров по заданным остановкам, по своим траекториям, по которым смертоносные конусы разойдутся к своим целям.

Еще «автобус» называют боевой ступенью, потому что ее работа определяет точность наведения боеголовки в точку цели, а значит, и боевую эффективность. Ступень разведения и ее работа - один из самых больших секретов в ракете. Но мы все же слегка, схематично, взглянем на эту таинственную ступень и на ее непростой танец в космосе.

Ступень разведения имеет разные формы. Чаще всего она похожа на круглый пенек или на широкий каравай хлеба, на котором сверху установлены боеголовки остриями вперед, каждая на своем пружинном толкателе. Боеголовки заранее расположены под точными углами отделения (на ракетной базе, вручную, с помощью теодолитов) и смотрят в разные стороны, как пучок морковок, как иголки у ежика. Ощетинившаяся боеголовками платформа занимает в полете заданное, гиростабилизированное в пространстве положение. И в нужные моменты с нее поодиночке выталкиваются боеголовки. Выталкиваются сразу после завершения разгона и отделения от последней разгонной ступени. Пока (мало ли что?) не сбили противоракетным оружием весь этот неразведенный улей или не отказало что-либо на борту ступени разведения.

Но так было раньше, на заре разделяющихся головных частей. Сейчас разведение представляет собой совсем другую картину. Если раньше боеголовки «торчали» вперед, то теперь впереди по ходу находится сама ступень, а боеголовки висят снизу, вершинами назад, перевернутые, как летучие мыши. Сам «автобус» в некоторых ракетах тоже лежит в перевернутом состоянии, в специальной выемке в верхней ступени ракеты. Теперь после отделения ступень разведения не толкает, а тащит боеголовки за собой. Причем тащит, упираясь крестообразно расставленными четырьмя «лапами», развернутыми впереди. На концах этих металлических лап находятся направленные назад тяговые сопла ступени разведения. После отделения от разгонной ступени «автобус» очень точно, прецизионно выставляет свое движение в начинающемся космосе с помощью собственной мощной системы наведения. Сам занимает точную тропу очередной боеголовки - ее индивидуальную тропу.

Затем размыкаются специальные безынерционные замки, державшие очередную отделяемую боеголовку. И даже не отделенная, а просто теперь уже ничем не связанная со ступенью боеголовка остается неподвижно висеть здесь же, в полной невесомости. Начались и потекли мгновенья ее собственного полета. Словно одна отдельная ягода рядом с гроздью винограда с другими виноградинами-боеголовками, еще не сорванными со ступени процессом разведения.

Огненная десятка
К-551 «Владимир Мономах» - российская атомная подводная лодка стратегического назначения (проект 955 «Борей»), вооруженная 16 твердотопливными МБР «Булава» с десятью разделяющимися боевыми блоками.

Деликатные движения

Теперь задача ступени - отползти от боеголовки как можно деликатнее, не нарушив ее точно выставленного (нацеленного) движения газовыми струями своих сопел. Если сверхзвуковая струя сопла попадет по отделенной боеголовке, то неминуемо внесет свою добавку в параметры ее движения. За последующее время полета (а это полчаса - минут пятьдесят, в зависимости от дальности пуска) боеголовка продрейфует от этого выхлопного «шлепка» струи на полкилометра-километр вбок от цели, а то и дальше. Продрейфует без преград: там же космос, шлепнули - поплыла, ничем не удерживаясь. Но разве километр вбок - это точность сегодня?

Чтобы избежать таких эффектов, как раз и нужны разнесенные в стороны четыре верхние «лапы» с двигателями. Ступень как бы подтягивается на них вперед, чтобы струи выхлопов шли по сторонам и не могли зацепить отделяемую брюшком ступени боеголовку. Вся тяга разделена между четырьмя соплами, что снижает мощность каждой отдельной струи. Есть и другие особенности. Например, если на бубликообразной ступени разведения (с пустотой посередине - этим отверстием она надета на разгонную ступень ракеты, как обручальное кольцо на палец) ракеты «Трайдент-II D5» система управления определяет, что отделенная боеголовка все же попадает под выхлоп одного из сопел, то система управления это сопло отключает. Делает «тишину» над боеголовкой.

Ступень нежно, как мать от колыбельки уснувшего дитяти, боясь нарушить его покой, на цыпочках отходит в пространстве на трех оставшихся соплах в режиме малой тяги, а боеголовка остается на прицельной траектории. Затем «бублик» ступени с крестовиной тяговых сопел проворачивается вокруг оси, чтобы боеголовка вышла из-под зоны факела выключенного сопла. Теперь ступень отходит от оставляемой боеголовки уже на всех четырех соплах, но пока тоже на малом газу. При достижении достаточного расстояния включается основная тяга, и ступень энергично перемещается в область прицельной траектории следующей боеголовки. Там расчетно тормозится и снова очень точно устанавливает параметры своего движения, после чего отделяет от себя очередную боеголовку. И так - пока не высадит каждую боеголовку на ее траекторию. Процесс этот быстр, гораздо быстрее, чем вы читаете о нем. За полторы-две минуты боевая ступень разводит десяток боеголовок.

Бездны математики

Сказанного выше вполне достаточно для понимания, как начинается собственный путь боеголовки. Но если приоткрыть дверь чуть шире и бросить взгляд чуть глубже, можно заметить, что сегодня разворот в пространстве ступени разведения, несущей боеголовки, - это область применения кватернионного исчисления, где бортовая система ориентации обрабатывает измеряемые параметры своего движения с непрерывным построением на борту кватерниона ориентации. Кватернион - это такое комплексное число (над полем комплексных чисел лежит плоское тело кватернионов, как сказали бы математики на своем точном языке определений). Но не с обычными двумя частями, действительной и мнимой, а с одной действительной и тремя мнимыми. Итого у кватерниона четыре части, о чем, собственно, и говорит латинский корень quatro.

Ступень разведения выполняет свою работу довольно низко, сразу после выключения разгонных ступеней. То есть на высоте 100−150 км. А там еще сказывается влияние гравитационных аномалий поверхности Земли, разнородностей в ровном поле тяготения, окружающем Землю. Откуда они? Из неровностей рельефа, горных систем, залегания пород разной плотности, океанических впадин. Гравитационные аномалии либо притягивают к себе ступень добавочным притяжением, либо, наоборот, слегка отпускают ее от Земли.

В таких неоднородностях, сложной ряби местного гравитационного поля, ступень разведения должна расставить боеголовки с прецизионной точностью. Для этого пришлось создать более детальную карту гравитационного поля Земли. «Излагать» особенности реального поля лучше в системах дифференциальных уравнений, описывающих точное баллистическое движение. Это большие, емкие (для включения подробностей) системы из нескольких тысяч дифференциальных уравнений, с несколькими десятками тысяч чисел-констант. А само гравитационное поле на низких высотах, в непосредственной околоземной области, рассматривают как совместное притяжение нескольких сотен точечных масс разного «веса», расположенных около центра Земли в определенном порядке. Так достигается более точное моделирование реального поля тяготения Земли на трассе полета ракеты. И более точная работа с ним системы управления полетом. А еще… но полно! - не будем заглядывать дальше и закроем дверь; нам вполне хватит и сказанного.

Полет без боеголовок

Ступень разведения, разогнанная ракетой в сторону того же географического района, куда должны упасть боеголовки, продолжает свой полет вместе с ними. Ведь отстать она не может, да и зачем? После разведения боеголовок ступень срочно занимается другими делами. Она отходит в сторону от боеголовок, заранее зная, что будет лететь немного не так, как боеголовки, и не желая их потревожить. Все свои дальнейшие действия ступень разведения тоже посвящает боеголовкам. Это материнское желание всячески оберегать полет своих «деток» продолжается всю ее оставшуюся недолгую жизнь.

Недолгую, но насыщенную.

Космос ненадолго
Полезная нагрузка межконтинентальной баллистической ракеты большую часть полета проводит в режиме космического объекта, поднимаясь на высоту, в три раза больше высоты МКС. Огромной длины траектория должна быть просчитана с особой точностью.

После отделенных боеголовок наступает черед других подопечных. В стороны от ступени начинают разлетаться самые забавные штуковины. Словно фокусник, выпускает она в пространство множество надувающихся воздушных шариков, какие-то металлические штучки, напоминающие раскрытые ножницы, и предметы всяких прочих форм. Прочные воздушные шарики ярко сверкают в космическом солнце ртутным блеском металлизированной поверхности. Они довольно большие, некоторые по форме напоминают боеголовки, летящие неподалеку. Их поверхность, покрытая алюминиевым напылением, отражает радиосигнал радара издали почти так же, как и корпус боеголовки. Наземные радары противника воспримут эти надувные боеголовки наравне с реальными. Разумеется, в первые же мгновения входа в атмосферу эти шарики отстанут и немедленно лопнут. Но до этого они будут отвлекать на себя и загружать вычислительные мощности наземных радаров - и дальнего обнаружения, и наведения противоракетных комплексов. На языке перехватчиков баллистических ракет это называется «осложнять текущую баллистическую обстановку». А всё небесное воинство, неумолимо движущееся к району падения, включая боевые блоки настоящие и ложные, надувные шарики, дипольные и уголковые отражатели, вся эта разношерстная стая называется «множественные баллистические цели в осложненной баллистической обстановке».

Металлические ножницы раскрываются и становятся электрическими дипольными отражателями - их множество, и они хорошо отражают радиосигнал ощупывающего их луча радара дальнего противоракетного обнаружения. Вместо десяти искомых жирных уток радар видит огромную размытую стаю маленьких воробьев, в которой трудно что-то разобрать. Устройства всяких форм и размеров отражают разные длины волн.

Кроме всей этой мишуры, ступень теоретически может сама испускать радиосигналы, которые мешают наводиться противоракетам противника. Или отвлекать их на себя. В конце концов, мало ли чем она может быть занята - ведь летит целая ступень, большая и сложная, почему бы не нагрузить ее хорошей сольной программой?

Дом для «Булавы»
Подводные лодки проекта 955 «Борей» - серия российских атомных подводных лодок класса «ракетный подводный крейсер стратегического назначения» четвертого поколения. Первоначально проект создавался под ракету «Барк», ей на смену пришла «Булава».

Последний отрезок

Однако с точки зрения аэродинамики ступень не боеголовка. Если та - маленькая и тяжеленькая узкая морковка, то ступень - пустое обширное ведро, с гулкими опустевшими топливными баками, большим необтекаемым корпусом и отсутствием ориентации в начинающем набегать потоке. Своим широким телом с приличной парусностью ступень гораздо раньше отзывается на первые дуновения встречного потока. Боеголовки к тому же разворачиваются вдоль потока, с наименьшим аэродинамическим сопротивлением пробивая атмосферу. Ступень же наваливается на воздух своими обширными боками и днищами как придется. Бороться с тормозящей силой потока она не может. Ее баллистический коэффициент - «сплав» массивности и компактности - гораздо хуже боеголовочного. Сразу и сильно начинает она замедляться и отставать от боеголовок. Но силы потока нарастают неумолимо, одновременно и температура прогревает тонкий незащищенный металл, лишая его прочности. Остатки топлива весело кипят в раскаляющихся баках. Наконец, происходит потеря устойчивости конструкции корпуса под обжавшей ее аэродинамической нагрузкой. Перегрузка помогает крушить переборки внутри. Крак! Хрясь! Смявшееся тело тут же охватывают гиперзвуковые ударные волны, разрывая ступень на части и разбрасывая их. Пролетев немного в уплотняющемся воздухе, куски снова разламываются на более мелкие фрагменты. Остатки топлива реагируют мгновенно. Разлетающиеся осколки конструктивных элементов из магниевых сплавов зажигаются раскаленным воздухом и мгновенно сгорают с ослепительной вспышкой, похожей на вспышку фотоаппарата - недаром в первых фотовспышках поджигали магний!

Подводный меч Америки
Американские подводные лодки класса «Огайо» - единственный тип ракетоносцев, находящийся на вооружении США. Несет на борту 24 баллистических ракеты с РГЧ Trident-II (D5). Количество боевых блоков (в зависимости от мощности) - 8 или 16.

Все сейчас горит огнем, все обтянуто раскаленной плазмой и хорошо светит вокруг оранжевым цветом углей из костра. Более плотные части уходят тормозиться вперед, более легкие и парусные сдуваются в хвост, растягивающийся по небу. Все горящие компоненты дают плотные дымовые шлейфы, хотя на таких скоростях этих самых плотных шлейфов быть не может из-за чудовищного разбавления потоком. Но издали их видно прекрасно. Выброшенные частицы дыма растягиваются по следу полета этого каравана кусков и кусочков, наполняя атмосферу широким белым следом. Ударная ионизация порождает ночное зеленоватое свечение этого шлейфа. Из-за неправильной формы фрагментов их торможение стремительно: все, что не сгорело, быстро теряет скорость, а с ней и горячительное действие воздуха. Сверхзвук - сильнейший тормоз! Став в небе, словно разваливающийся на путях поезд, и тут же охладившись высотным морозным дозвуком, полоса фрагментов становится визуально неразличимой, теряет свою форму и строй и переходит в долгое, минут на двадцать, тихое хаотичное рассеивание в воздухе. Если оказаться в нужном месте, можно услышать, как тихо звякнет об ствол березы маленький обгорелый кусочек дюраля. Вот ты и прибыла. Прощай, ступень разведения!

Морской трезубец
На фото - пуск межконтинентальной ракеты Trident II (США) с подводной лодки. В настоящий момент Trident («Трезубец») - единственное семейство МБР, ракеты которого устанавливаются на американских подводных лодках. Максимальный забрасываемый вес - 2800 кг.

60 лет назад, 21 августа 1957 года, с космодрома Байконур была успешно запущена первая в мире межконтинентальная баллистическая ракета (МБР) Р-7. Это детище ОКБ-1 Сергея Королёва легло в основу целого семейства советских ракет-носителей, получившего прозвище «семёрка». Появление Р-7 позволило СССР разработать оружие сдерживания США и запустить первый искусственный спутник Земли. RT рассказывает об истории создания и значении первой в мире МБР.

Необходимость создания межконтинентальной баллистической ракеты была вызвана отставанием СССР в ядерной гонке. После победы во Второй мировой войне главной угрозой безопасности Советского Союза стала американская ракетно-ядерная программа.

В первой половине 1940-х годов США обзавелись не только атомной бомбой, но и стратегическими бомбардировщиками, способными её доставлять. На вооружении Штатов находился B-29 Superfortress (который сбросил бомбы на Хиросиму и Нагасаки), а в 1952 году появился B-52 Stratofortress, который мог долететь до любой точки СССР.

В середине 1950-х годов Советский Союз создал эффективный на тот момент носитель ядерного боезаряда. Параллельно с работой по проектированию первого стратегического бомбардировщика (Ту-16) усилия конструкторов были сосредоточены на разработке межконтинентальной баллистической ракеты. ОКБ-1 под руководством Сергея Королёва и другим институтам СССР удалось достичь на этом пути значительных успехов. Очень быстро советская конструкторская мысль отошла от копирования немецкой баллистической ракеты «Фау-2» и начала создавать уникальные образцы.

Испытанная 60 лет назад Р-7 стала своеобразным итогом более 10 лет напряжённого труда учёных и предметом гордости советских граждан. «Семёрка» стала технологическим фундаментом для появления ракет-носителей «Восток», «Восход», «Молния» и «Союз».

Невероятная задача

Конструирование ракеты Р-7 началось в ОКБ-1 в 1953 году, хотя постановление ЦК КПСС и Совета министров СССР о начале работ было опубликовано 20 мая 1954 года.

Королёву поручили создать МБР, способную нести термоядерный заряд на расстояние до 10 тыс. км.

12 апреля 1961 года Королёв вместе со своим коллективом осуществил успешный запуск космического корабля «Восток-1» с космонавтом Юрием Гагариным на борту.

12 апреля 1961 года Королёв вместе со своим коллективом осуществил успешный запуск космического корабля «Восток-1» с космонавтом Юрием Гагариным на борту

РИА Новости

Для испытаний Р-7 было необходимо создавать новую инфраструктуру. В 1955 году в казахстанских степях под руководством генерала Георгия Шубникова началось строительство Научно-исследовательского испытательного полигона №5, который позже превратится в космодром Байконур.

В середине 1956 года на Опытном заводе №88 в подмосковных Подлипках (сейчас - Королёв) были изготовлены три макета Р-7, а в декабре 1956 года - первое лётное изделие 8К71.

15 мая 1957 года произошло первое испытание Р-7. Спустя 98 секунд полёта ракета начала стремительно терять высоту и, преодолев около 300 км, упала. После серии неудачных тестов конструкторам удалось исправить недостатки.

Ракета Р-7, 1957 год / Официальный сайт РКК "Энергия" им. С. П. Королева

21 августа в 15:25 в небо поднялся образец Р-7, ракета пролетела 6 314 км. Это означало, что Советский Союз создал первую в мире МБР.

По общепринятой классификации, баллистическую ракету считают межконтинентальной, если её дальность превышает 5,5 тыс. км.

Образец Р-7 долетел до испытательного полигона «Кура» на Камчатке, но на высоте 10 км его головная часть разрушилась от термодинамических нагрузок. К концу 1958 года в конструкцию Р-7 было внесено свыше 95 изменений, которые позволили устранить все технические проблемы.

На вооружении

Серийное производство Р-7 стартовало в 1958 году на авиационном заводе №1 имени Сталина. Процесс принятия на вооружение ракеты затянулся из-за начавшегося строительства стартовой станции вблизи Плесецка (Архангельская область), на месте которой сейчас расположен космодром.

Длина Р-7 составляла 31,4 м. Масса ракеты превышала 280 тонн, при этом 250 тонн приходилось на топливо, 5,4 тонны - на головную часть. Заявленная дальность МБР - 8 тыс. км.

Сигналы с летящей ракеты принимались наземной станцией. Главный пункт радиоуправления «семёркой» состоял из двух больших павильонов и 17 грузовых автомобилей. Данные о боковом движении, скорости удаления МБР автоматически обрабатывались ЭВМ, которая посылала ракете команды.

Ракета доставлялась на полигон по железнодорожным путям в виде разобранных блоков. Время подготовки к запуску столь массивной конструкции могло превышать 24 часа. Усовершенствованные варианты Р-7 позволили сократить время подготовки к запуску, улучшить точность и повысить дальность до 12 тыс. км.

Основное достоинство Р-7 заключалось в её универсальности. Первая в мире МБР легла в основу конструкции множества ракет-носителей. Практически все отечественные ракеты, которые используются для запуска в космос, относятся к семейству Р-7 - королёвской «семёрке».

Сложно переоценить историческое значение первой межконтинентальной баллистической ракеты. Р-7 произвела настоящую научно-техническую революцию, плодами которой пользуется современная Россия.

4 октября 1957 года облегчённый вариант МБР вывел на орбиту первый искусственный спутник Земли.

3 ноября 1957 года Р-7 вывела на орбиту первое живое существо - собаку Лайку. А 12 апреля 1961 ракета-носитель «Восток» запустила в космос корабль «Восток-1», на борту которого находился Юрий Гагарин.

Введение

Механика (греч. μηχανική – искусство построения машин) – раздел физики, наука, изучающая движение материальных тел и взаимодействие между ними; при этом движением в механике называют изменение во времени взаимного положения тел или их частей в пространстве.

«Механикой в широком смысле этого слова называется наука, посвящённая решению любых задач, связанных с изучением движения или равновесия тех или иных материальных тел и происходящих при этом взаимодействий между телами. Теоретическая механика представляет собою часть механики, в которой изучаются общие законы движения и взаимодействия материальных тел, то есть те законы, которые, например, справедливы и для движения Земли вокруг Солнца, и для полёта ракеты или артиллерийского снаряда и т.п. Другую часть механики составляют различные общие и специальные технические дисциплины, посвящённые проектированию и расчёту всевозможных конкретных сооружений, двигателей, механизмов и машин или их частей (деталей)». 1

К специальным техническим дисциплинам можно отнести и предлагаемую вам для изучения Механику полета [баллистических ракет (БР), ракет-носителей (РН) и космических летательных аппаратов (КА)]. РАКЕТА – летательный аппарат, движущийся вследствие отбрасывания высокоскоростных горячих газов, создаваемых реактивным (ракетным) двигателем. В большинстве случаев энергия для движения ракеты получается при сгорании двух или более химических компонентов (горючее и окислитель, которые вместе образуют ракетное топливо) или при разложении одного высокоэнергетического химического вещества 2 .

Основной математический аппарат классической механики: дифференциальное и интегральное исчисление, разработанное специально для этого Ньютоном и Лейбницем. К современному математическому аппарату классической механики относятся, прежде всего, теория дифференциальных уравнений, дифференциальная геометрия, функциональный анализ и др. В классической формулировке механика базируется на трёх законах Ньютона. Решение многих задач механики упрощается, если уравнения движения допускают возможность формулировки законов сохранения (импульса, энергии, момента импульса и других динамических переменных).

Задача исследования полета беспилотного ЛА в общем случае очень сложная, т.к. например, ЛА с фиксированными (неподвижными) рулями, как всякое твердое тело имеет 6 степеней свободы и его движение в пространстве описывается 12 дифференциальными уравнениями I-го порядка. Траектория полета реального ЛА описывается значительно большим количеством уравнений.

Ввиду чрезвычайной сложности исследования траектории полета реального ЛА, обычно ее разбивают на ряд этапов и исследуют каждый этап в отдельности, переходя от простых к сложным.

На первом этапе исследования можно рассмотреть движение ЛА, как движение материальной точки. Известно, что движение твердого тела в пространстве можно разделить на поступательное движение центра масс и вращательное движение твердого тела вокруг собственного центра масс.

Для изучения общей закономерности полета ЛА в некоторых случаях при определенных условиях можно не рассматривать вращательное движение. Тогда движение ЛА можно рассматривать, как движение материальной точки, масса которой равна массе ЛА и к которой приложены сила тяги, тяжести и аэродинамического сопротивления.

Следует заметить, что даже при такой упрощенной постановке задачи в ряде случаев приходится учитывать моменты сил, действующих на ЛА и потребные углы отклонения органов управления, т.к. в противном случае невозможно установить однозначную зависимость, например, между подъемной силой и углом атаки; между боковой силой и углом скольжения.

На втором этапе исследуются уравнения движения ЛА с учетом его вращения вокруг собственного центра масс.

Задачей является исследование и изучение динамических свойств ЛА, рассматриваемого как элемент системы уравнений, при этом главным образом интересуются реакцией ЛА на отклонение органов управления и влияние на ЛА различных внешних воздействий.

На третьем этапе (наиболее сложном) проводят исследование динамики замкнутой системы управления, которая включает в себя наряду с другими элементами и сам ЛА.

Одной из основных задач является исследование точности полета. Точность характеризуется величиной и вероятностью отклонения от требуемой траектории. Для изучения вопросов точности управления движением ЛА необходимо составить систему дифференциальных уравнений, которая бы учитывала все силы и моменты. действующие на ЛА, и случайные возмущения. В результате получают систему дифференциальных уравнений высокого порядка, которые могут быть нелинейными, с правильными частями, зависящими от времени, со случайными функциями в правых частях.

Классификация ракет

Ракеты обычно классифицируются по типу траектории полёта, по месту и направленности запуска, по дальности полёта, по типу двигателя, по типу боеголовки, по типу систем управления и наведения.

В зависимости от типа траектории полёта различают:

– Крылатые ракеты. Крылатые ракеты - это беспилотные управляемые (до момента поражения цели) летательные аппараты, которые поддерживаются в воздухе большую часть своего полёта за счёт аэродинамической подъёмной силы. Главной целью крылатых ракет является доставка боевого заряда к цели. Они движутся в атмосфере Земли, используя реактивные двигатели.

Межконтинентальные баллистические крылатые ракеты могут подразделяться в зависимости от их размера, скорости (дозвуковая или сверхзвуковая), дальности полёта и места запуска: с земли, воздуха, поверхности корабля или подводной лодки.

В зависимости от скорости полёта ракеты подразделяются на:

1) Дозвуковые крылатые ракеты

2) Сверхзвуковые крылатые ракеты

3) Гиперзвуковые крылатые ракеты

Дозвуковая крылатая ракета движется со скоростью ниже скорости звука. Она развивает скорость, соответствующую числу Маха М = 0,8 … 0,9. Широко известной дозвуковой ракетой является американская крылатая ракета ’Томагавк". Ниже приведены схемы двух российских дозвуковых крылатых ракет, стоящих на вооружении.

Х-35 Уран – Россия

Сверхзвуковая крылатая ракета движется со скоростью около М=2 …3, то есть преодолевает за секунду расстояние приблизительно в 1 километр. Модульная конструкция ракеты и её способность запускаться под различным углом наклона, позволяют запускать ее с различных носителей: военные корабли, подводные лодки, различные типы самолётов, мобильные автономные установки и пусковые шахты. Сверхзвуковая скорость и масса боеголовки обеспечивает ей высокую кинетическую энергию удара (например, Оникс (Россия) она же Яхонт – экспортный вариант; П-1000 Вулкан; П-270 Москит; П-700 Гранит)

П-270 Москит – Россия

П-700 Гранит – Россия

Гиперзвуковая крылатая ракета движется со скоростью М > 5. Многие страны работают над созданием гиперзвуковых крылатых ракет.

– Баллистические ракеты . Баллистическая ракета – это ракета, имеющая баллистическую траекторию на большей части пути её полета.

Баллистические ракеты подразделяются по дальности полёта. Максимальная дальность полёта измеряется по кривой вдоль поверхности земли от места запуска и до точки нанесения удара последним элементом боевого заряда. Баллистические ракеты могут запускаться с морских и наземных носителей.

Место старта и направленность запуска определяют класс ракеты:

Ракеты класса "земля-земля". Ракета класса "земля-земля"– это управляемый снаряд, который можно запускать с рук, транспортного средства, мобильной или стационарной установки. Она приводится в движение ракетным двигателем или иногда, если используется стационарная пусковая установка, выстреливается при помощи порохового заряда.

В России (и ранее в СССР) ракеты класса «земля-земля» разделяют также по назначению на тактические, оперативно-тактические и стратегические. В других странах по назначению ракеты класса «земля-земля» делят на тактические и стратегические.

Ракеты класса "земля-воздух". Ракета класса "земля-воздух" запускается с поверхности земли. Предназначена для поражения воздушных целей, таких, как самолёты, вертолёты и даже баллистические ракеты. Эти ракеты обычно входят в систему ПВО, так как они отражают любой вид воздушной атаки.

Ракеты класса "земля-море". Ракета класса "поверхность (земля) -море" предназначена для запуска с земли для поражения кораблей противника.

Ракеты класса "воздух-воздух". Ракета класса "воздух-воздух" запускается с авиационных носителей и предназначена для поражения воздушных целей. Такие ракеты имеют скорость до М = 4.

Ракеты класса "воздух-поверхность (земля, вода)". Ракета класса "воздух-поверхность" предназначена для запуска с авиационных носителей для удара, как по наземным, так и по надводным целям.

Ракеты класса "море-море". Ракета класса "море-море" предназначена для запуска с кораблей для поражения кораблей противника.

Ракеты класса "море-земля (побережье)". Ракета класса "море-земля (прибрежная зона)" предназначена для запуска с кораблей по наземным целям.

Противотанковые ракеты. Противотанковая ракета предназначена главным образом для поражения тяжёлобронированных танков и другой бронетехники. Противотанковые ракеты могут запускаться с самолётов, вертолётов, танков, а также с устанавливаемых на плечо пусковых установок.

По дальности полёта баллистические ракеты разделяют на:

ракеты ближнего радиуса действия;

ракеты среднего радиуса действия;

баллистические ракеты средней дальности;

межконтинентальные баллистические ракеты.

В международных соглашениях с 1987 года применяется другая классификация ракет по дальности полета, хотя никакой общепринятой стандартной классификации ракет по дальности нет. Различные государства и неправительственные эксперты применяют разные классификации дальностей ракет. Так в договоре о ликвидации ракет средней и малой дальности принята следующая классификация:

баллистические ракеты малой дальности (от 500 до 1000 километров).

баллистические ракеты средней дальности (от 1000 до 5500 километров).

межконтинентальные баллистические ракеты (свыше 5500 километров).

По типу двигателя от вида топлива:

твёрдотопливный двигатель или ракетные двигатели твердого топлива;

жидкостный двигатель;

гибридный двигатель – химический ракетный двигатель. Использует компоненты ракетного топлива в разных агрегатных состояниях – жидком и твёрдом. В твердом состоянии может находиться как окислитель, так и горючее.

прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД);

ПВРД со сверхзвуковым горением;

криогенный двигатель – использует криогенное топливо (это сжиженные газы, хранящиеся при очень низкой температуре, чаще всего жидкий водород, используемый в качестве топлива, и жидкий кислород, используемый в качестве окислителя).

Тип боеголовки:

Обычная боеголовка. Обычная боеголовка наполняется химическими взрывчатыми веществами, взрыв которых происходит от детонации. Дополнительным поражающим фактором являются осколки металлической обшивки ракеты.

Ядерная боеголовка.

Межконтинентальные ракеты и ракеты средней дальности часто используют в качестве стратегических, их оснащают ядерными боеголовками. Их преимуществом перед самолётами является малое время подлёта (менее получаса при межконтинентальной дальности) и большая скорость головной части, что сильно затрудняет их перехват даже современной системой ПРО.

Системы наведения:

Электродистанционное наведение. Эта система в целом похожа на радиоуправление, но менее восприимчива к электронным средствам противодействия. Командные сигналы подаются по проводам. После запуска ракеты связь ее с командным пунктом прекращается.

Командное наведение. Командное наведение включает в себя слежение за ракетой с места запуска или носителя и передачу команд по радио, через радар или лазер или по тончайшим проводам и оптическим волокнам. Слежение может осуществляться при помощи радара или оптических устройств с места запуска или через радарное или телевизионное изображение, передаваемое с ракеты.

Наведение по наземным ориентирам. Система корреляционного наведения по наземным ориентирам (или по карте местности) применяется исключительно в отношении крылатых ракет. Система использует чувствительные высотомеры, при помощи которых отслеживается профиль рельефа местности, непосредственно находящийся под ракетой, и который сравнивается с "картой", заложенной в памяти ракеты.

Геофизическое наведение. Система постоянно измеряет угловое положение ЛА по отношению к звёздам и сравнивает его с запрограммированным углом движения ракеты по предполагаемой траектории. Система наведения даёт информацию системе управления, всякий раз, когда требуется внести коррективы в траекторию полёта.

Инерциальное наведение. Система запрограммирована до старта и полностью хранится в «памяти» ракеты. Три акселерометра, установленные на подставке, стабилизированной в пространстве гироскопами, производят замеры ускорений по трём взаимно перпендикулярным осям. Эти ускорения затем дважды интегрируются: первое интегрирование определяет скорость ракеты, а второе – её положение. Система управления настроена на сохранение заранее заданной траектории полета. Эти системы используются в ракетах класса "поверхность-поверхность (земля, вода)" и крылатых ракетах.

Наведение по лучу. Используется наземная или располагающаяся на корабле радарная станция, которая сопровождает своим лучом объект поражения. Информация об объекте поступает в систему наведения ракеты, которая при необходимости корректирует угол наведения в соответствии с движением объекта в пространстве.

Лазерное наведение. При лазерном наведении лазерный луч фокусируется на цели, отражается от неё и рассеивается. В ракете находится лазерная головка самонаведения, которая способна определить даже незначительный источник излучения. Головка самонаведения задаёт направление по отражённому и рассеянному лазерному лучу системе наведения. Ракета запускается в направлении цели, головка самонаведения ищет лазерное отражение, а система наведения направляет ракету к источнику лазерного отражения, который и является целью.

Боевое ракетное оружие принято классифицировать по следующим параметрам:

принадлежности к видам ВС – сухопутные войска, морские войска, воздушные силы;

дальности полета (от места применения до цели) – межконтинентальное (дальность пуска - более 5500 км), средней дальности (1000–5500 км), оперативно-тактической дальности (300-1000 км), тактической дальности (менее 300 км);

физической среде применения – от места старта (земля, воздух, надводное, подводное, подледное);

способу базирования – стационарное, подвижное (мобильное);

характеру полёта – баллистическое, аэробаллистическое (с крыльями), подводное;

среде полета – воздушное, подводное, космическое;

типу управления – управляемое, неуправляемое;

целевому назначению – противотанковое (противотанковые ракеты), противосамолетное (зенитная ракета), противокорабельное, противорадиолокационное, противокосмическое, противолодочное (против подводных лодок).

Классификация ракет-носителей

В отличие от некоторых горизонтально-стартующих авиационно-космических систем (АКС), ракеты-носители используют вертикальный тип старта и (много реже) воздушный старт.

Количество ступеней.

Одноступенчатых ракет-носителей, выводящих полезную нагрузку в космос, до настоящего времени не создано, хотя имеются проекты различной степени проработки («КОРОНА», HEAT-1X и другие). В некоторых случаях как одноступенчатая может классифицироваться ракета, имеющая в качестве первой ступени воздушный носитель либо использующая в качестве таковой ускорители. Среди баллистических ракет, способных достичь космического пространства, немало одноступенчатых, в том числе и первая баллистическая ракета «Фау-2»; однако ни одна из них не способна выйти на орбиту искусственного спутника Земли.

Расположение ступеней (компоновка). Конструктивное исполнение ракет-носителей может быть следующим:

продольная компоновка (тандемная), у которой ступени расположены одна за другой и работают в полёте поочерёдно (РН «Зенит-2», «Протон», «Дельта-4»);

параллельная компоновка (пакетная), при которой несколько блоков, расположенных параллельно и относящихся к разным ступеням, работают в полёте одновременно (РН «Союз»);

условно-пакетная компоновка (т. н. полутораступенчатая схема), в которой используются общие топливные баки для всех ступеней, от которых питаются стартовые и маршевые двигатели, запускающиеся и работающие одновременно; по завершении работы стартовых двигателей сбрасываются только они.

комбинированная продольно-поперечная компоновка.

Используемые двигатели. В качестве маршевых двигателей могут использоваться:

жидкостные ракетные двигатели;

твёрдотопливные ракетные двигатели;

различные комбинации на разных ступенях.

Масса полезной нагрузки. В зависимости от массы полезного груза ракеты-носители делятся на следующие классы:

ракеты сверхтяжёлого класса (больше 50 тонн);

ракеты тяжелого класса (до 30 тонн);

ракеты среднего класса (до 15 тонн);

ракеты лёгкого класса (до 2-4 тонн);

ракеты сверхлёгкого класса (до 300-400 кг).

Конкретные границы классов меняются с развитием техники и являются достаточно условными, в настоящее время лёгким классом считаются ракеты, выводящие на низкую опорную орбитугруз массой до 5 т, средними - от 5 до 20 т, тяжёлыми - от 20 до 100 тонн, сверхтяжёлыми - свыше 100 т. Появляется также новый класс так называемых «нано-носителей» (полезная нагрузка – до нескольких десятков кг).

Повторное использование. Наибольшее распространение получили одноразовые многоступенчатые ракеты, как пакетной, так и продольной компоновки. Одноразовые ракеты отличаются высокой надёжностью благодаря максимальному упрощению всех элементов. Следует уточнить, что одноступенчатой ракете для достижения орбитальной скорости теоретически необходимо иметь конечную массу не более 7-10 % от стартовой, что при даже существующих технологиях делает их труднореализуемыми и экономически неэффективными из-за низкой массы полезного груза. В истории мировой космонавтики одноступенчатые ракеты-носители практически не создавались –существовали только т. н. полутораступенчатые модификации (например, американской РН «Атлас» со сбрасываемыми дополнительными стартовыми двигателями). Наличие нескольких ступеней позволяет существенно увеличить отношение массы выводимой полезной нагрузки к начальной массе ракеты. В то же время многоступенчатые ракеты требуют отчуждения территорий для падения промежуточных ступеней.

Ввиду необходимости применения высокоэффективных сложных технологий (прежде всего, в области двигательных установок и теплозащиты), полностью многоразовых ракет-носителей пока не существует, несмотря на постоянный интерес к этой технологии и периодически открывающиеся проекты разработки многоразовых носителей (за период 1990-2000-х годов – такие, как: ROTON, Kistler K-1, АКС VentureStar и др.). Частично многоразовой являлась широко использовавшаяся американская многоразовая транспортная космическая система (МТКС)-АКС «Спейс шаттл» («Космический челнок») и закрытая советская программа МТКС «Энергия –Буран», разработанная, но так и не использованная в прикладной практике, а также ряд нереализованных бывших (например, «Спираль», МАКС и др. АКС) и вновь разрабатываемых (например, «Байкал-Ангара») проектов. Вопреки ожиданиям, «Спейс шаттл» не смог обеспечить снижение стоимости доставки грузов на орбиту; кроме того, пилотируемые МТКС характеризуются сложным и длительным этапом предстартовой подготовки (из-за повышенных требований по надёжности и безопасности при наличии экипажа).

Присутствие человека. Ракеты для пилотируемых полётов должны обладать большей надёжностью (также на них устанавливается система аварийного спасения); допустимые перегрузки для них ограничены (обычно не более 3-4,5 единиц). При этом сама ракета-носитель является полностью автоматической системой, выводящей в космическое пространство аппарат с людьми на борту (это могут быть как пилоты, способные осуществлять непосредственное управление аппаратом, так и так называемые «космические туристы»).

За свою почти тысячелетнюю историю развития ракетная техника прошла гигантский путь от примитивных «огненных стрел» до мощнейших современных ракет-носителей, способных выводить на орбиту многотонные космические аппараты. Изобретена же ракета была в Китае. Первые документальные сведения о ее боевом применении связаны с осадой монголами китайского города Пиен-Кинга в 1232 году. Китайские ракеты, запускавшиеся тогда из крепости и наводившие страх на монгольскую конницу, представляли собой небольшие мешочки, набитые порохом и привязанные к стреле обычного лука.

Вслед за китайцами зажигательные ракеты начали использовать индийцы и арабы, но с распространением огнестрельного оружия ракеты потеряли свое значение и на много веков были вытеснены из широкого военного употребления.

Вновь интерес к ракете как к боевому оружию пробудился в XIX веке. В 1804 году значительные усовершенствования в конструкцию ракеты внес английский офицер Уильям Конгрев, который впервые в Европе сумел наладить массовое производство боевых ракет. Масса его реактивных снарядов достигала 20 кг, а дальность полета - 3 км. При надлежащей сноровке ими можно было поражать цели на расстоянии до 1000 м. В 1807 году англичане широко применили это оружие при бомбардировке Копенгагена. В короткий срок по городу было выпущено более 25 тысяч ракет, в результате чего город был почти полностью сожжен. Но вскоре развитие нарезного огнестрельного оружия сделало применение ракет малоэффективным. Во второй половине XIX века они были сняты с вооружения в большинстве государств. Вновь почти на сто лет ракета получила отставку.

Впрочем, различные проекты использования реактивной тяги уже в то время появлялись то у одного, то у другого изобретателя. В 1903 году вышла работа «Исследование космических пространств реактивными приборами» русского ученого Константина Циолковского. В ней Циолковский не только предсказал, что ракета станет когда-нибудь тем транспортным средством, которое выведет человека в космос, но и впервые разработал принципиальную схему нового жидкостного реактивного двигателя. Вслед за тем в 1909 году американский ученый Роберт Годдард впервые высказал идею о создании и использовании многоступенчатой ракеты. В 1914 году он взял патент на эту конструкцию.

Преимущество использования нескольких ступеней заключается в том, что после полного израсходования топлива из баков ступени она отбрасывается. Тем самым уменьшается масса, которую необходимо разогнать до еще более высоких скоростей. В 1921 году Годдард провел первые испытания своего жидкостного реактивного двигателя, который работал на жидком кислороде и эфире. В 1926 году он произвел первый публичный запуск ракеты с жидкостным двигателем, которая, правда, поднялась всего на 12, 5 м. В дальнейшем Годдард уделял много внимания устойчивости и управляемости ракет. В 1932 году он впервые запустил ракету с гироскопическими рулями.

В конечном итоге его ракеты, имея стартовый вес до 350 кг, поднимались на высоту до 3 км. В 30-е годы интенсивные работы по совершенствованию ракет велись уже в нескольких странах.

Принцип работы жидкостного реактивного двигателя в общих чертах очень прост. Топливо и окислитель находятся в отдельных баках. Под высоким давлением они подаются в камеру сгорания, где интенсивно перемешиваются, испаряются, вступают в реакцию и воспламеняются. Образующиеся при этом горячие газы с большой силой выбрасываются назад через сопло, что приводит к появлению реактивной тяги.

Однако реальное воплощение этих простых принципов наталкивалось на большие технические трудности, с которыми и столкнулись первые конструкторы. Наиболее острыми из них оказались проблемы обеспечения устойчивого горения топлива в камере сгорания и охлаждения самого двигателя. Очень непростыми были также вопросы о высокоэнергетическом горючем для ракетного двигателя и о способах подачи компонентов топлива в камеру сгорания, поскольку для полного сгорания с выделением максимального количества тепла они должны были хорошо распыляться и равномерно перемешиваться между собой во всем объеме камеры. Кроме того, требовалось разработать надежные системы, регулирующие работу двигателя и управление ракетой. Понадобилось множество экспериментов, ошибок и неудач, прежде чем все эти трудности были благополучно преодолены.

Вообще говоря, жидкостные двигатели могут работать и на однокомпонентном, так называемом унитарном, топливе. В качестве такового могут выступать, например, концентрированная перекись водорода или гидразин. При соединении с катализатором перекись водорода H2O2 с большим выделением тепла разлагается на кислород и воду. Гидразин N2H4 в этих условиях разлагается на водород, азот и аммиак. Но многочисленные испытания показали, что более эффективными являются двигатели, работающие на двух отдельных компонентах, один из которых является горючим, а другой окислителем. Хорошими окислителями оказались жидкий кислород O2, азотная кислота HNO3, различные окислы азота, а также жидкий фтор F2.

В качестве горючего мог применяться керосин, жидкий водород H2, (в соединении с жидким кислородом он является чрезвычайно эффективным горючим), гидразин и его производные. На начальных этапах развития ракетной техники в качестве горючего часто использовался этиловый или метиловый спирт.

Для лучшего распыления и перемешивания топлива (окислителя и горючего) использовались специальные форсунки, расположенные в передней части камеры сгорания (эта часть камеры называется форсуночной головкой). Она, как правило, имела плоскую форму, образованную из множества форсунок. Все эти форсунки выполнялись в виде двойных трубок для одновременной подачи окислителя и горючего. Впрыск топлива происходил под большим давлением. Мелкие капельки окислителя и горючего при высокой температуре интенсивно испарялись и вступали друг с другом в химическую реакцию. Основное горение топлива происходит вблизи форсуночной головки. При этом сильно возрастали температура и давление образующихся газов, которые затем устремлялись в сопло и с большой скоростью вырывались наружу.

Давление в камере сгорания может достигать сотен атмосфер, поэтому горючее и окислитель необходимо подводить под еще более высоким давлением. Для этого в первых ракетах использовался наддув топливных баков сжатым газом или парами самих компонентов топлива (например, парами жидкого кислорода). Позже стали применять специальные высокопроизводительные насосы большой мощности с приводом от газовых турбин. Для раскрутки газовой турбины на начальном этапе работы двигателя подавали горячий газ от газогенератора. Позже стали применять горячий газ, образующийся из компонентов самого топлива. После разгона турбины этот газ попадал в камеру сгорания и использовался для разгона ракеты.

Проблему охлаждения двигателя первоначально пытались решить, применяя особые жаропрочные материалы или специальную охлаждающую жидкость (например, воду). Однако постепенно был найден более выгодный и эффективный метод охлаждения путем использования одного из компонентов самого топлива. Перед вступлением в камеру один из компонентов топлива (например, жидкий кислород) проходил между ее внутренней и наружной стенкой и уносил с собой значительную часть тепла от самой теплонапряженной внутренней стенки. Отработана эта система была далеко не сразу, и поэтому на первых этапах создания ракетих старты часто сопровождались авариями и взрывами.

Для управления в первых ракетах применялись воздушные и газовые рули. Газовые рули располагались у среза сопла и создавали управляющие силы и моменты за счет отклонения вытекающей из двигателя струи газа. По форме они напоминали лопасти весла. Во время полета эти рули быстро обгорали и разрушались. Поэтому в дальнейшем от их использования отказались и стали применять специальные управляющие ракетные двигатели, которые имели возможность поворачиваться относительно осей крепления.

В СССР опыты по созданию ракет на жидкостных двигателях начались в 30-е годы. В 1933 году московская группа изучения реактивного движения (ГИРД) разработала и запустила первую советскую ракету ГИРД-09 (конструкторы Сергей Королев и Михаил Тихонравов). Эта ракета при длине 2, 4 м и диаметре 18 см имела стартовую массу 19 кг. Масса топлива, состоящего из жидкого кислорода и сгущенного бензина, равнялась примерно 5 кг.

Двигатель развивал тягу до 32 кг и мог работать 15-18 с. При первом запуске из-за прогара камеры сгорания газовые струи начали вырываться сбоку, что привело к завалу ракеты и ее пологому полету. Максимальная высота полета составляла 400 м.

В последующие годы советские ракетчики провели еще несколько запусков. К сожалению, в 1939 году Реактивный научно-исследовательский институт (в который в 1933 году была преобразована ГИРД) был разгромлен НКВД. Многие конструкторы были отправлены в тюрьмы и лагеря. Королев был арестован еще в июле 1938 года. Вместе с Валентином Глушко, будущим главным конструктором ракетных двигателей, он провел несколько лет в спец КБ в Казани, где Глушко числился главным конструктором двигательных установок для самолетов, а Королев его заместителем. На некоторое время развитие ракетостроения в СССР прекратилось.

Гораздо более ощутимых результатов добились немецкие исследователи. В 1927 году здесь образовалось общество Межпланетных путешествий, которым руководили Вернер фон Браун и Клаус Ридель. С приходом к власти фашистов эти ученые стали работать над созданием боевых ракет. В 1937 году возник ракетный центр в Пенемюнде. В его строительство за четыре года было вложено 550 миллионов марок. В 1943 году численность основного персонала в Пенемюнде составляла уже 15 тысяч человек. Здесь находились крупнейшая в Европе аэродинамическая труба и завод по производству жидкого кислорода. В центре были разработаны самолет-снаряд «Фау-1», а также первая в истории серийная баллистическая ракета «Фау-2» со стартовой массой 12700 кг (баллистической называется такая ракета, которая управляется только на начальном участке полета; после выключения двигателей она летит как свободно брошенный камень). Работа над ракетой началась еще в 1936 году, когда Брауну и Риделю были приданы в помощь 120 сотрудников и несколько сотен рабочих. Первый экспериментальный запуск «Фау-2» состоялся в 1942 году и оказался неудачным. Из-за отказа системы управления ракета врезалась в землю через 1, 5 минуты после старта. Новый старт в октябре 1942 года оказался успешным. Ракета поднялась на высоту 96 км, достигла дальности 190 км и разорвалась в четырех км от заданной цели.

При создании этой ракеты было сделано множество находок, широко используемых потом в ракетостроении, но было также много недоработок. На «Фау» впервые была применена турбонасосная подача топлива в камеру сгорания (до этого обычно применялось вытеснение его сжатым азотом). Для раскрутки газовой турбины использовали перекись водорода. Проблему охлаждения двигателя пытались сначала решить, используя для стенок
камеры сгорания толстые стальные листы с плохой теплопроводностью. Но первые же старты показали, что из-за этого двигатель быстро перегревается. Чтобы снизить температуру горения, пришлось разбавлять этиловый спирт 25% воды, что в свою очередь сильно снизило КПД
двигателя.

В январе 1944 года начался серийный выпуск «Фау». Эта ракета с дальностью полета до 300 км несла боевой заряд весом до 1 т. С сентября 1944 года немцы стали обстреливать ими территорию Великобритании. Всего было изготовлено 6100 ракет и проведено 4300 боевых пусков. До Англии долетело 1050 ракет и половина из них взорвалась непосредственно в Лондоне. В результате этого погибло около 3 тысяч человек и вдвое больше получило ранения. Максимальная скорость полета «Фау-2» достигала 1, 5 км/с, а высота полета - около 90 км. Ни перехватить, ни сбить эту ракету у англичан не было никакой возможности.

Но из-за несовершенной системы наведения они в целом оказались достаточно неэффективным оружием. Однако с точки зрения развития ракетной техники «Фау» представляли собой гигантский шаг вперед. Главное заключалось в том, что в будущее ракет поверили во всем мире. После
войны ракетостроение получило во всех государствах мощную государственную поддержку.

США оказались поначалу в более благоприятных условиях многие немецкие ракетчики во главе с самим Брауном после разгрома Германии были доставлены в Америку, точно так же как и несколько готовых «Фау». Этот потенциал послужил исходным пунктом для развития американской ракетной индустрии. В 1949 году, установив «Фау-2» на небольшую исследовательскую ракету «Вак-Корпорэл», американцы осуществили ее запуск на высоту 400 км. На базе той же «Фау» под руководством Брауна была в 1951 году создана американская баллистическая ракета «Викинг», развивавшая скорость около 6400 км/ч. В 1952 году тот же Браун разработал для США баллистическую ракету «Редстоун» с дальностью полета до 900 км (именно эта ракета была использована в 1958 г. в качестве первой ступени при выведении на орбиту первого американского спутника «Эксплорер-1»).
СССР пришлось догонять американцев. Создание собственных тяжелых баллистических ракет здесь также началось с изучения немецких «Фау-2». Для этого сразу же после победы в Германию была направлена группа конструкторов (в числе которых находились Королев и Глушко). Правда, им не удалось заполучить ни одной готовой целой «Фау», но по косвенным признакам и многочисленным свидетельствам представление о ней было составлено достаточно полное.

В 1946 году в СССР начались собственные интенсивные работы по созданию автоматически управляемых баллистических ракет дальнего действия.

Организованное Королевым НИИ-88 (позже ЦНИИМаш в подмосковных Подлипках, ныне город Королев) сразу получило значительные средства и всестороннюю государственную поддержку. В 1947 году на базе «Фау-2» была создана первая советская баллистическая ракета Р-1. Этот первый успех дался с огромным трудом. При разработке ракеты советские инженеры столкнулись с множеством проблем. Советская промышленность не выпускала тогда необходимых для ракетостроения марок стали, не было нужной резины и нужных пластмасс. Огромные трудности возникли при работе с жидким кислородом, поскольку все имевшиеся тогда смазочные масла мгновенно загустевали при низкой температуре, и рули переставали работать.

Пришлось разрабатывать новые типы масел. Общая культура производства ни в коей мере не соответствовала уровню ракетной техники. Точность изготовления деталей, качество сварки долгое время оставляли желать лучшего. Испытания, проведенные в 1948 году на полигоне Капустин Яр,
показали, что Р-1 не только не превосходят «Фау-2», но и уступают им по многим параметрам. Почти ни один старт не проходил гладко. Пуски некоторых ракет откладывались из-за неполадок по много раз. Из 12 предназначенных для испытаний ракет с большим трудом удалось запустить
только 9. Испытания, проведенные в 1949 году, дали уже значительно лучшие результаты: из 20 ракет 16 попали в заданный прямоугольник 16 на 8 км. Не было ни одного отказа в запуске двигателя. Но и после этого прошло еще много времени, прежде чем научились конструировать надежные
ракеты, которые стартовали, летели и попадали в цель. В 1949 году на базе Р-1 была разработана геофизическая высотная ракета В-1А со стартовой массой около 14 т (при диаметре около 1, 5 м она имела высоту 15 м). В 1949 году эта ракета доставила на высоту 102 км контейнер с научными приборами, который затем благополучно вернулся на землю. В 1950 году Р-1 была принята на вооружение.

С этого момента советские ракетчики уже опирались на собственный опыт и вскоре превзошли не только своих учителей-немцев, но и американских конструкторов. В 1950 году была создана принципиально новая баллистическая ракета Р-2 с одним несущим баком и отделяющейся головной частью. (Топливные баки в «Фау» были подвесные, то есть не несли на себе никакой силовой нагрузки.

Советские конструкторы поначалу переняли эту схему. Но в дальнейшем они перешли к использованию несущих баков, когда наружная оболочка, то есть корпус ракеты, служил в качестве стенок топливных баков, или, что то же самое, топливные баки составляли корпус ракеты.) По своим размерам Р-2 была вдвое больше Р-1, но благодаря применению специально разработанных алюминиевых сплавов превосходила ее по весу всего на 350 кг. В качестве топлива здесь по-прежнему использовались этиловый спирт и жидкий кислород.

В 1953 году была принята на вооружение ракета Р-5 с дальностью полета 1200 км. Созданная на ее базе геофизическая ракета В-5А (длина - 29 м, стартовая масса около 29 т) могла поднимать грузы на высоту до 500 км. В 1956 году были проведены испытания ракеты Р-5М, которая впервые в мире пронесла через космос головную часть с ядерным зарядом. Ее полет завершился подлинным ядерным взрывом в заданном районе Аральских Каракумов в 1200 км от места старта. Королев и Глушко после этого получили звезды Героев Социалистического труда.

До середины 50-х годов все советские ракеты были одноступенчатыми. В 1957 г. с нового космодрома в Байконуре была успешно запущена боевая межконтинентальная многоступенчатая баллистическая ракета Р-7. Эта ракета длиной около 30 м и весом около 270 т состояла из четырех боковых
блоков первой ступени и центрального блока с собственным двигателем, который служил второй ступенью. В первой ступени использовался двигатель РД-107, во второй ступени - РД-108 на кислородно-керосиновом топливе. При старте все двигатели включались одновременно и развивали тягу около
400 т.

О преимуществах многоступенчатых ракет перед одноступенчатыми уже говорилось выше. Возможны две схемы расположения ступеней. В первом случае наиболее массивная ракета, расположенная внизу и срабатывавшая в самом начале полета, называется первой ступенью. Обычно на нее устанавливается вторая ракета меньших размеров и массы, которая служит второй ступенью. На ней в свою очередь может размещаться третья ракета и так далее в зависимости оттого, сколько требуется ступеней. Это тип ракеты с последовательным расположением ступеней. Р-7 относилась к другому типу - с продольным разделением ступеней. Отдельные блоки (двигатели и баки с горючим) первой ступени располагались в ней вокруг корпуса второй ступени, и при старте двигатели обеих ступеней начинали работать одновременно. После выработки топлива блоки первой ступени отбрасывались, а двигатели второй ступени продолжали работать дальше.

Несколькими месяцами позже, в том же 1957 году, именно эта ракета вывела на орбиту первый в истории искусственный спутник Земли.

Общая оценка материала: 4.8

АНАЛОГИЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ (ПО МЕТКАМ):

«Нудоль» — убийца спутников Межконтинентальная баллистическая ракета РС-26 «Рубеж» Глобальный контрудар — быстрый и глобальнай ответ на ПРО США

Межконтинентальная баллистическая ракета — весьма впечатляющее творение человека. Огромные размеры, термоядерная мощь, столб пламени, рев двигателей и грозный рокот пуска… Однако все это существует лишь на земле и в первые минуты запуска. По их истечении ракета прекращает существовать. Дальше в полет и на выполнение боевой задачи уходит лишь то, что остается от ракеты после разгона — ее полезная нагрузка.

Что это, собственно, за нагрузка?

Баллистическая ракета состоит из двух главных частей — разгоняющей части и другой, ради которой затеян разгон. Разгоняющая часть — это пара или тройка больших многотонных ступеней, под завязку набитых топливом и с двигателями снизу. Они придают необходимую скорость и направление движению другой главной части ракеты — головной. Разгонные ступени, сменяя друг друга в эстафете пуска, ускоряют эту головную часть в направлении района ее будущего падения.

Головная часть ракеты — это сложный груз из многих элементов. Он содержит боеголовку (одну или несколько), платформу, на которой эти боеголовки размещены вместе со всем остальным хозяйством (вроде средств обмана радаров и противоракет противника), и обтекатель. Еще в головной части есть топливо и сжатые газы. Вся головная часть к цели не полетит. Она, как ранее и сама баллистическая ракета, разделится на много элементов и просто перестанет существовать как одно целое. Обтекатель от нее отделится еще неподалеку от района пуска, при работе второй ступени, и где-то там по дороге и упадет. Платформа развалится при входе в воздух района падения. Сквозь атмосферу до цели дойдут элементы только одного типа. Боеголовки. Вблизи боеголовка выглядит как вытянутый конус длиною метр или полтора, в основании толщиной с туловище человека. Нос конуса заостренный либо немного затупленный. Конус этот — специальный летательный аппарат, задача которого — доставка оружия к цели. Мы вернемся к боеголовкам позже и познакомимся с ними ближе.

Тянуть или толкать?

Еще «автобус» называют боевой ступенью, потому что ее работа определяет точность наведения боеголовки в точку цели, а значит, и боевую эффективность. Ступень разведения и ее работа — один из самых больших секретов в ракете. Но мы все же слегка, схематично, взглянем на эту таинственную ступень и на ее непростой танец в космосе.

На снимках — ступени разведения американской тяжелой МБР LGM0118A Peacekeeper, также известной как MX. Ракета была оснащена десятью разделяющимися боеголовками по 300 кт. Ракета снята с вооружения в 2005 году.

К-551 «Владимир Мономах» — российская атомная подводная лодка стратегического назначения (проект 955 «Борей»), вооруженная 16 твердотопливными МБР «Булава» с десятью разделяющимися боевыми блоками.

Деликатные движения

Теперь задача ступени — отползти от боеголовки как можно деликатнее, не нарушив ее точно выставленного (нацеленного) движения газовыми струями своих сопел. Если сверхзвуковая струя сопла попадет по отделенной боеголовке, то неминуемо внесет свою добавку в параметры ее движения. За последующее время полета (а это полчаса — минут пятьдесят, в зависимости от дальности пуска) боеголовка продрейфует от этого выхлопного «шлепка» струи на полкилометра-километр вбок от цели, а то и дальше. Продрейфует без преград: там же космос, шлепнули — поплыла, ничем не удерживаясь. Но разве километр вбок — это точность сегодня?

Подводные лодки проекта 955 «Борей» — серия российских атомных подводных лодок класса «ракетный подводный крейсер стратегического назначения» четвертого поколения. Первоначально проект создавался под ракету «Барк», ей на смену пришла «Булава».

Чтобы избежать таких эффектов, как раз и нужны разнесенные в стороны четыре верхние «лапы» с двигателями. Ступень как бы подтягивается на них вперед, чтобы струи выхлопов шли по сторонам и не могли зацепить отделяемую брюшком ступени боеголовку. Вся тяга разделена между четырьмя соплами, что снижает мощность каждой отдельной струи. Есть и другие особенности. Например, если на бубликообразной ступени разведения (с пустотой посередине — этим отверстием она надета на разгонную ступень ракеты, как обручальное кольцо на палец) ракеты «Трайдент-II D5» система управления определяет, что отделенная боеголовка все же попадает под выхлоп одного из сопел, то система управления это сопло отключает. Делает «тишину» над боеголовкой.

Ступень нежно, как мать от колыбельки уснувшего дитяти, боясь нарушить его покой, на цыпочках отходит в пространстве на трех оставшихся соплах в режиме малой тяги, а боеголовка остается на прицельной траектории. Затем «бублик» ступени с крестовиной тяговых сопел проворачивается вокруг оси, чтобы боеголовка вышла из-под зоны факела выключенного сопла. Теперь ступень отходит от оставляемой боеголовки уже на всех четырех соплах, но пока тоже на малом газу. При достижении достаточного расстояния включается основная тяга, и ступень энергично перемещается в область прицельной траектории следующей боеголовки. Там расчетно тормозится и снова очень точно устанавливает параметры своего движения, после чего отделяет от себя очередную боеголовку. И так — пока не высадит каждую боеголовку на ее траекторию. Процесс этот быстр, гораздо быстрее, чем вы читаете о нем. За полторы-две минуты боевая ступень разводит десяток боеголовок.

Американские подводные лодки класса «Огайо» — единственный тип ракетоносцев, находящийся на вооружении США. Несет на борту 24 баллистических ракеты с РГЧ Trident-II (D5). Количество боевых блоков (в зависимости от мощности) — 8 или 16.

Бездны математики

Сказанного выше вполне достаточно для понимания, как начинается собственный путь боеголовки. Но если приоткрыть дверь чуть шире и бросить взгляд чуть глубже, можно заметить, что сегодня разворот в пространстве ступени разведения, несущей боеголовки, — это область применения кватернионного исчисления, где бортовая система ориентации обрабатывает измеряемые параметры своего движения с непрерывным построением на борту кватерниона ориентации. Кватернион — это такое комплексное число (над полем комплексных чисел лежит плоское тело кватернионов, как сказали бы математики на своем точном языке определений). Но не с обычными двумя частями, действительной и мнимой, а с одной действительной и тремя мнимыми. Итого у кватерниона четыре части, о чем, собственно, и говорит латинский корень quatro.

В таких неоднородностях, сложной ряби местного гравитационного поля, ступень разведения должна расставить боеголовки с прецизионной точностью. Для этого пришлось создать более детальную карту гравитационного поля Земли. «Излагать» особенности реального поля лучше в системах дифференциальных уравнений, описывающих точное баллистическое движение. Это большие, емкие (для включения подробностей) системы из нескольких тысяч дифференциальных уравнений, с несколькими десятками тысяч чисел-констант. А само гравитационное поле на низких высотах, в непосредственной околоземной области, рассматривают как совместное притяжение нескольких сотен точечных масс разного «веса», расположенных около центра Земли в определенном порядке. Так достигается более точное моделирование реального поля тяготения Земли на трассе полета ракеты. И более точная работа с ним системы управления полетом. А еще… но полно! — не будем заглядывать дальше и закроем дверь; нам вполне хватит и сказанного.

Полезная нагрузка межконтинентальной баллистической ракеты большую часть полета проводит в режиме космического объекта, поднимаясь на высоту, в три раза больше высоты МКС. Огромной длины траектория должна быть просчитана с особой точностью.

Полет без боеголовок

После отделенных боеголовок наступает черед других подопечных. В стороны от ступени начинают разлетаться самые забавные штуковины. Словно фокусник, выпускает она в пространство множество надувающихся воздушных шариков, какие-то металлические штучки, напоминающие раскрытые ножницы, и предметы всяких прочих форм. Прочные воздушные шарики ярко сверкают в космическом солнце ртутным блеском металлизированной поверхности. Они довольно большие, некоторые по форме напоминают боеголовки, летящие неподалеку. Их поверхность, покрытая алюминиевым напылением, отражает радиосигнал радара издали почти так же, как и корпус боеголовки. Наземные радары противника воспримут эти надувные боеголовки наравне с реальными. Разумеется, в первые же мгновения входа в атмосферу эти шарики отстанут и немедленно лопнут. Но до этого они будут отвлекать на себя и загружать вычислительные мощности наземных радаров — и дальнего обнаружения, и наведения противоракетных комплексов. На языке перехватчиков баллистических ракет это называется «осложнять текущую баллистическую обстановку». А всё небесное воинство, неумолимо движущееся к району падения, включая боевые блоки настоящие и ложные, надувные шарики, дипольные и уголковые отражатели, вся эта разношерстная стая называется «множественные баллистические цели в осложненной баллистической обстановке».

Металлические ножницы раскрываются и становятся электрическими дипольными отражателями — их множество, и они хорошо отражают радиосигнал ощупывающего их луча радара дальнего противоракетного обнаружения. Вместо десяти искомых жирных уток радар видит огромную размытую стаю маленьких воробьев, в которой трудно что-то разобрать. Устройства всяких форм и размеров отражают разные длины волн.

Кроме всей этой мишуры, ступень теоретически может сама испускать радиосигналы, которые мешают наводиться противоракетам противника. Или отвлекать их на себя. В конце концов, мало ли чем она может быть занята — ведь летит целая ступень, большая и сложная, почему бы не нагрузить ее хорошей сольной программой?

На фото — пуск межконтинентальной ракеты Trident II (США) с подводной лодки. В настоящий момент Trident («Трезубец») — единственное семейство МБР, ракеты которого устанавливаются на американских подводных лодках. Максимальный забрасываемый вес — 2800 кг.

Последний отрезок

Однако с точки зрения аэродинамики ступень не боеголовка. Если та — маленькая и тяжеленькая узкая морковка, то ступень — пустое обширное ведро, с гулкими опустевшими топливными баками, большим необтекаемым корпусом и отсутствием ориентации в начинающем набегать потоке. Своим широким телом с приличной парусностью ступень гораздо раньше отзывается на первые дуновения встречного потока. Боеголовки к тому же разворачиваются вдоль потока, с наименьшим аэродинамическим сопротивлением пробивая атмосферу. Ступень же наваливается на воздух своими обширными боками и днищами как придется. Бороться с тормозящей силой потока она не может. Ее баллистический коэффициент — «сплав» массивности и компактности — гораздо хуже боеголовочного. Сразу и сильно начинает она замедляться и отставать от боеголовок. Но силы потока нарастают неумолимо, одновременно и температура прогревает тонкий незащищенный металл, лишая его прочности. Остатки топлива весело кипят в раскаляющихся баках. Наконец, происходит потеря устойчивости конструкции корпуса под обжавшей ее аэродинамической нагрузкой. Перегрузка помогает крушить переборки внутри. Крак! Хрясь! Смявшееся тело тут же охватывают гиперзвуковые ударные волны, разрывая ступень на части и разбрасывая их. Пролетев немного в уплотняющемся воздухе, куски снова разламываются на более мелкие фрагменты. Остатки топлива реагируют мгновенно. Разлетающиеся осколки конструктивных элементов из магниевых сплавов зажигаются раскаленным воздухом и мгновенно сгорают с ослепительной вспышкой, похожей на вспышку фотоаппарата — недаром в первых фотовспышках поджигали магний!

Все сейчас горит огнем, все обтянуто раскаленной плазмой и хорошо светит вокруг оранжевым цветом углей из костра. Более плотные части уходят тормозиться вперед, более легкие и парусные сдуваются в хвост, растягивающийся по небу. Все горящие компоненты дают плотные дымовые шлейфы, хотя на таких скоростях этих самых плотных шлейфов быть не может из-за чудовищного разбавления потоком. Но издали их видно прекрасно. Выброшенные частицы дыма растягиваются по следу полета этого каравана кусков и кусочков, наполняя атмосферу широким белым следом. Ударная ионизация порождает ночное зеленоватое свечение этого шлейфа. Из-за неправильной формы фрагментов их торможение стремительно: все, что не сгорело, быстро теряет скорость, а с ней и горячительное действие воздуха. Сверхзвук — сильнейший тормоз! Став в небе, словно разваливающийся на путях поезд, и тут же охладившись высотным морозным дозвуком, полоса фрагментов становится визуально неразличимой, теряет свою форму и строй и переходит в долгое, минут на двадцать, тихое хаотичное рассеивание в воздухе. Если оказаться в нужном месте, можно услышать, как тихо звякнет об ствол березы маленький обгорелый кусочек дюраля. Вот ты и прибыла. Прощай, ступень разведения!