Съвременни балистични ракети

Почти всички известни в момента реални проекти за създаване на космически кораби и изкуствен спътник на Земята се основават, като правило, на ракети, подобни на съвременните балистични ракети с голям обсег. Една от тези ракети е V-2, в която германците са реализирали всички основни мисли и идеи, изразени и научно обосновани за първи път от К. Е. Циолковски в неговите блестящи произведения от периода 1896-1903 г., както и в последващи произведения до 1935 г. - годината на неговата смърт. В момента, т.е. 14 години след практическото бойно използване на ракетата Фау-2 през Втората световна война, редица страни са приели на въоръжение по-модерни ракети със значително по-голям обсег на полета, увеличено тегло на бойното натоварване и по-добра точност. Балистичната ракета представлява безкрило пурообразно тяло, в чиято предна заострена част е поставен товарът, носен от ракетата. За бойни ракети това обикновено е експлозивен, атомен или термоядрен заряд, за изследователски балистични ракети, устройства или живи същества в подходящи контейнери или скафандри. Зад полезния товар са инструментите за управление на полета на ракетата, резервоарите за гориво и системата за задвижване. Външните органи на неговата стабилизация и управление на полета са оперението, подобно на това на модерен самолет, с аеродинамични кормила и така наречените газови кормила, поставени в струя от газове, нагрята до висока температура, изтичаща от ракетния двигател. С помощта на газови кормила ракетата може да се управлява във вакуум. В някои конструкции на балистични ракети вместо газови кормила и въздушни стабилизатори се използват наклони на двигателя под малък ъгъл (5 - 7 °) спрямо надлъжната ос.ракети. В този случай линията на действие на реактивната сила не минава през центъра на тежестта на ракетата, в резултат на което се създава определен момент, който завърта ракетата в желаната посока спрямо нейния център на тежестта. Балистичните ракети обикновено се изстрелват вертикално. След като получи известна транслационна скорост във вертикална посока, ракетата, с помощта на специален софтуерен механизъм, оборудване и контрол, постепенно започва да се движи от вертикално към наклонено положение към целта. До края на работата на двигателя надлъжната ос на ракетата придобива ъгъл на наклон, съответстващ на най-големия обхват на нейния полет, а скоростта става равна на строго установена стойност, която осигурява този обхват. След спиране на двигателя, ракетата извършва целия си по-нататъшен полет по инерция, описвайки в общия случай почти строго елиптична траектория. В горната част на траекторията скоростта на полета на ракетата приема най-ниската си стойност. Горните участъци от траекторията на балистичните ракети обикновено се намират на височина от няколко десетки или дори стотици километра от земната повърхност, където поради ниската плътност на атмосферата съпротивлението на въздуха почти напълно липсва. В низходящата част от траекторията скоростта на • полета на ракетата постепенно се увеличава поради загубата на височина. С по-нататъшно намаляване на плътните слоеве на атмосферата ракетата преминава с огромни скорости. В този случай се получава силно нагряване на кожата на балистичната ракета и ако не се вземат необходимите защитни мерки, може да настъпи нейното унищожаване или дори експлозия на бойната глава. В момента двигателите на съвременните балистични ракети работят предимно с течно гориво. Като окислител се използват течен кислород, азотна киселина и др., като в този случай се използват различни горивавъглеводородни съединения като алкохоли и керосин. Напоследък в чужбина се наблюдава тенденция за прехвърляне на балистични ракети на твърдо гориво, балистични прахове и специални механични смеси от твърди окислители с въглеводороди като нефтен битум, смоли и синтетичен каучук. Наскоро Съединените щати разработиха ракетата Редстоун с разглобяема летателна апаратура за връщане в полет. В момента ракетата се произвежда серийно. Тази ракета може да носи атомна бойна глава. Конструктивното му развитие е извършено от немски инженери, емигрирали в САЩ. Ракетата Redstone, сега наричана ракета Jupiter A, е по-нататъшно развитие на ракетата V-2. Двигателят й работи с течен кислород със спирт, но тягата й е увеличена до 32 т. Тази ракета е с 4 метра по-дълга от ракетата V-2, диаметърът й е намален от 1,65 на 1,52 м, а обсегът на полета е увеличен от 270 на 320 км. Има също информация, че обсегът на тази ракета може да бъде увеличен до 800 км чрез намаляване на теглото на бойната глава. На базата на тази ракета трябваше да се създаде друга балистична ракета - "Юпитер S" от така наречения "среден обсег" с обсег до 2400 км. Наред с военните ракети се създават и изпитват и най-разнообразни видове изследователски ракети. Някои от тях са предназначени да достигнат големи висоти и да изучават там физическото състояние на атмосферата, природата и свойствата на атмосферата, величината на слънчевата радиация, интензитета на космическата радиация, физиката на високоенергийните частици, поведението на живите същества в открития космос и др. Други са предназначени да тестват различни структурни компоненти на ракети с голям обсег, работата на контролното оборудване, механизмите за разделяне на многостепенни ракети, изстрелването и работата на двигателя в разредена среда,радиовръзки със Земята и др. Пример за такава ракета е изследователската ракета Viking-12 (САЩ). Разработката на тези ракети, известни преди това под името "Нептун", започнала през далечната 1947 г., продължава и до днес. Като гориво те използват, както в ракетата V-2, течен кислород с алкохол; управлението на полета е автоматично. Двигателят за ракетата Viking-12 е с тяга около 9,5 тона, а времето за работа е 105 секунди. Горивото се подава към горивната камера от турбопомпено устройство, задвижвано от парен газ, образуван при разлагането на висококонцентриран водороден пероксид. Подаването на течности от резервоарите към помпите и работата на електропневматичните клапани се осъществяват с помощта на газообразен хелий, който се намира в ракетата под налягане 250 kg/cm 2 . Резервоарите на тези ракети побират до 5,5 тона гориво. Празното тегло на конструкцията на ракетата със задвижващата система, без да се брои полезният товар, е около 940 кг. Резервоарите за гориво и окислител на ракетата Викинг-12 са направени носещи, без топлоизолация. Поради това при зареждане на ракетата с течен кислород при старта резервоарът с окислителя се покрива с топлоизолационен кожух (фиг. 1). За да се спести част от изследователската апаратура в ракетата е предвидено отделяне на челната част с прибори от тялото на ракетата и спускането й с парашут. Въпреки това, повечето от данните, получени по време на различни измервания, се предават на Земята директно по време на полета с помощта на телеметрична радио инсталация.

Ориз. 1. Зареждане с гориво на изследователската ракета "Викинг-12"

Ориз. 2. Стенд за огневи изпитания на ракетни двигатели

Ориз. 3. Специална телескопична теодолитна инсталация, монтирана на една от междинните станции, обслужващи трасето на ракетния полигон.

За практическото развитие на такиваракетни двигатели, привеждайки количествените показатели на техните характеристики до изчислените стойности, е необходимо тези двигатели да бъдат тествани първо на Земята в стационарни условия. Такива тестове се провеждат на стендове, специално проектирани за тази цел. Ако за изпитване на ракетни двигатели от типа V-2 бяха необходими стендове, които осигуряват огневи изпитания на ракетни двигатели с тяга 25-30 тона, тогава в момента стана необходимо да има стендове, на които да се тестват двигатели с тяга от няколко десетки и дори стотици тона. 1 Един от съвременните тестови стендове в експлоатация, който дава възможност да се извършат цялостни изследвания на работата на ракетни двигатели с тяга до 220 тона, е показан на фиг. 2. Местоположението на такива щандове по склоновете на планините се дължи на факта, че в този случай не е необходимо да се грижи за охлаждането на потока от горещи газове, излизащи от соплото на ракетата. Тестването на междуконтинентални балистични ракети по време на полет изисква много големи обхвати. Един от тези полигони е построен през 1947 г. в Австралия, а другият сравнително наскоро в Атлантическия океан. На първия, английски, тестов полигон, стартовата площадка се намира на южния бряг на Австралия на планината Еба. Трасето на депото се простира в северозападна посока. Първият етап от този маршрут, дълъг 500 км, преминава през голямата австралийска пустиня Виктория; вторият етап - 1800 км - над територията на Австралия до Индийския океан. Маршрутът на третия етап - 3000 км - минава над Индийския океан до Британския остров Коледа. Ширината на този маршрут е 320 км. Маршрутът на друг американски полигон започва от Кейп Канаверал във Флорида. Посоката на този маршрут се простира на югоизток по билото на Бахамите. До средата на 1953 г. пистата бешеразвит до остров Гранд Търк. Дължината на полигона в този случай е равна на 1280 км. Планирано е постепенно да се увеличи дължината на този обхват - първо до Пуерто Рико - 1600 км, след това по крайбрежието на Гвиана - до 3500 км, по крайбрежието на Бразилия - 6000 км, след това през Атлантическия океан до южния край на Африка до нос Добра надежда - 12 000 км и накрая до Антарктида - 20 000 км. По маршрута на тази междуконтинентална верига са изградени междинни контролни станции. Тези станции са оборудвани със специални радарни и телескопични теодолитни инсталации за наблюдение на полета на снаряд, оборудвани със специални филмови камери (фиг. 3). Два такива кинотеодолита, разположени на разстояние 80 км един от друг, могат да проследят полета на снаряда с максимална грешка, която не надвишава 140 мм на 1 км разстояние, докато известните радарни системи дават грешка от порядъка на 1,7 м при подобни условия.Разделителната способност на телескопичните инсталации е такава, че те могат да проследят полета на футболна топка на разстояние 13 км. Изпитателната зона, обхващаща няколко хиляди квадратни километра, е под постоянен контрол на наблюдателния екип, разположен в централния контролен пункт. Тази група с помощта на радар и комуникации непрекъснато получава информация за всички самолети и кораби в зоната на изпитание. Автоматичното оборудване непрекъснато чертае траекторията на ракетата. Ако ракетата не успее или се отклони от курса, служителят по сигурността незабавно ще изпрати сигнал до зоната на полета си или просто ще я взриви във въздуха с натискане на бутон.