 |
|
 |
|
|
|
|
Александр Чечин,
© «Наука и техника», 2007-2008
|
АНАЛИТИКА 
В первой половине прошлого века Советский Союз достиг определенных успехов в разработке ракетного вооружения. Было принято на вооружение большое количество разных неуправляемых твердотопливных ракет. Наиболее известными из них стали ракеты М-13, использовавшиеся на легендарных установках залпового огня «Катюша». Считалось, что СССР превосходит другие страны в ракетной области. Но вторая мировая война расставила все по своим местам. Оказалось, что Союз преуспел только в тактических ракетных системах, а первенство в тяжелой ракетной технике принадлежало Германии.
Стремление ликвидировать это отставание привело к появлению постановления Совета Министров №1017-419 от 13 мая 1946 года по вопросу развития ракетного вооружения. В нем ставилась задача скопировать немецкие ракеты ФАУ-2 и «Вассерфаль», с жидкостными ракетными двигателями. На это бросались все людские и финансовые ресурсы. Другое направление развития ракетной техники — твердотопливные ракеты, становилось второстепенным. Руководство страны рассматривало их только в качестве тактического средства дополняющего или заменяющего обычную артиллерию. Такой перекос в пользу ЖРД был вызван не только успехами немецких инженеров, но и большим количеством технических проблем, связанных с использованием твердого топлива на больших ракетах. Например, отсутствием технологии создания стабильно горящих пороховых зарядов диаметром более 600 мм, трудностями управления величиной и направлением тяги пороховых двигателей. Кроме этого, большинство ученых вообще считало невозможным создание тяжелых ракет с дальностью более 2500 км на твердом топливе, поскольку оно имело низкий удельный импульс по сравнению с топливом для ЖРД.
Удельный импульс, играющий столь большую роль в ракетной технике, представляет собой величину механической энергии, которая может быть получена из химического топлива для образования тяги. Его можно рассчитать по простой формуле:
I = T * t / W
где: Т- тяга(кг), t — время горения, W — вес топлива. Очевидно, что для увеличения удельного импульса (I) необходимо повышать тягу и продолжительность горения, а вес топлива уменьшать. Жидкое топливо идеально вписывалось в это соотношение: большая тяга и продолжительность горения при сравнительно небольшом весе. Если внимательно рассмотреть таблицу, сразу становится понятно, почему на тяжелых ракетоносителях типа Saturn, Н-1 или «Энергия» использовались жидкие кислород и водород. Для иллюстрации важности этого показателя можно рассмотреть характер изменения производной дальности полета по удельному импульсу. Оказывается, что для ракеты с дальностью полета 11000 км летящей в вакууме, двигатели которой работают на керосине и кислороде, с удельным импульсом 310 кг*сек/кг, уменьшение удельного импульса на 1 единицу обойдется в 172 км дальности полета. Теперь можно мысленно заменить жидкое топливо на твердое (при одинаковом весе), а лучшие из твердых топлив того времени имели удельный импульс всего около 150 кг*сек/кг, и подсчитать, насколько упадет дальность. Невозможность создания твердотопливной ракеты дальнего действия будет доказана. Удельный испульс различных ракетных топлив
Поэтому, большинство постановлений правительства по твердотопливным ракетам, выпущенных сразу после войны, касалось модернизации существующих и разработки новых реактивных снарядов для систем залпового огня. Пожалуй, единственным исключением из этого, стала разработка в 1946 году неуправляемого дальнобойного реактивного порохового снаряда ДРСП-1. На нем использовался ракетный двигатель твердого топлива (РДТТ) диаметром 200 мм с нитрогликолевым порохом. Работая около 5 секунд, он разгонял снаряд до скорости 1926 км/ч и обеспечивал дальность полета 18,5 км. По сравнению с тяжелым артиллерийским орудием того же калибра, стреляющим на 25-30 км, эти характеристики были весьма скоромными. Но по весу и мобильности пусковая установка с ракетами существенно превосходила пушку. Благодаря последним преимуществам, тактические ракеты получили право на жизнь и продолжили свое развитие. Следующим этапом их совершенствования стало оснащение тактических ракет ядерными боевыми частями. Первыми это сделали американцы. В начале 50-х годов они приняли на вооружение две твердотопливные ракеты с ядерными БЧ Honest John MGR- 1 и Lacrosse М4Е2. Первая с диаметром двигателя 584 мм, а вторая — 520 мм. В 1953 году разработку подобных ракет поручили Научно-исследовательскому институту пороховых снарядов. Через два года начались испытания неуправляемых ракет аналогичного назначения ЗР-1 «Марс» и ЗР-2 «Филин», а в 1958 году их приняли на вооружение. Паритет был восстановлен, но в Союзе еще не знали о том, что Штаты уже ушли далеко вперед в области твердотопливных двигателей, работая над межконтинентальными баллистическими ракетами второго поколения с РДТТ. Для американцев главными аргументами в пользу применения твердого топлива на больших ракетах стала мобильность и безопасность. Отцом нового направления можно считать американского генерала Бернарда Шривера (Bernard A. Shriever), который возглавлял отдел баллистических снарядов ВВС. В 1955 году он обратился к нескольким американским фирмам с просьбой провести исследования в области РДТТ и найти решения основных проблем. Через два года американцы научились управлять вектором тяги и временем работы двигателей, обеспечили стабильность горения зарядов большого диаметра и нашли подходящие материалы для корпусов РДТТ и стенок камер сгорания. В 1957 году конкретизировались требования к новой универсальной твердотопливной ракете: три ступени с РДТТ, управление при помощи отклонения реактивного сопла, инерциальная система наведения, дальность полета 10200 км, запуск из шахт или железнодорожных платформ. Проект получил обозначение ХSМ-80 Minuteman. Универсальность ракеты заключалась в возможности ее свободной комплектации ступенями. Если использовались все три ступени, то получался стратегический вариант, если две (вторая и третья) — оперативно-тактический, с дальностью 1600 км, и, наконец, если использовалась только третья ступень, то получалась тактическая ракета с дальностью полета 320 км.
В 1958 году от универсальности отказались и сосредоточили усилия только на трехступенчатом варианте. 10 ноября 1958 года главным разработчиком Minuteman назначили фирму Боинг. Для проведения испытаний ракет на базе Канаверал был создан стартовый комплекс, включающий две наземные стартовые площадки, две экспериментальные пусковые шахты глубиной 27,4 м и диаметром 7,6 м, две вышки обслуживания, два укрытия и различные вспомогательные сооружения. Одновременно началась разработка твердотопливной баллистической ракеты Polaris с дальностью 2200 км для вооружения атомных подводных лодок. 24 сентября 1958 года американцы провели первые огневые испытания двигателя для морской ракеты Polaris диаметром 1370 мм. Затем последовали запуски двигателей диаметром 1700 мм для Minuteman.
Такие размеры РДТТ нам даже и не снились. Главный секрет заключался в рецепте топлива, над которым в США работали еще в годы Второй мировой войны. Особенно преуспела в этом направлении Лаборатория реактивных двигателей Калифорнийского технологического института. Разработанное там топливо получило обозначение GALCIT 53. В качестве окислителя в нем применяли перхлорат калия, а качестве горючего использовался особый тип битума с добавлением нефти. Топливо изготавливалось следующим образом: асфальт и нефть нагревали в смесительном баке до температуры 176° С, а затем в смесь добавляли перхлорат. Прежде чем заполнить камеры сгорания топливом, их смазывали горячей смесью асфальта и нефти. После того, как топливо достаточно остывало, его заливали в камеры сгорания, которые несколько раз встряхивали для обеспечения однородности при затвердевании топлива. В окончательной форме GALCIT 53 представлял собой твердую черную массу, при обычных температурах напоминающую застывший гудрон. Такое топливо имело ряд преимуществ перед пороховыми смесями: оно не растрескивалось при хранении, и надежно прилипало к корпусу двигателя. В дальнейших разработках асфальт заменялся полисульфидным полимером или полиуретаном. При использовании перхлората аммония в качестве окислителя можно было получить удельный импульс более 250, а, добавив в смесь металлический порошок, довести импульс до 280. Немаловажно и то, что изготовленный по такой технологии двигатель был абсолютно безопасен, не требовал дальнейшего технического обслуживания и мог храниться много лет, готовый к немедленному запуску. Преимущества огромные! Ведь большинство жидкостных баллистических ракет Р-7, Р-12, Atlas и Titan-I, стояли на боевом дежурстве в незаправленном состоянии. Сообщения об успехах американцев привели к появлению двух постановлений Совета Министров СССР. Первое — №1032-492 от 5 сентября 1958 года касалось создания ракетного комплекса Д-6, для вооружения подводных лодок. Разработка ракеты поручалась ОКБ-1 Королева. Во втором постановлении, от 21 июля 1959 года №839-379, формулировались требования к твердотопливным баллистическим ракетам класса «земля-земля». Предусматривалось разработать три ракеты с дальностью 600, 2500 и 10000 км. Поиском рецепта твердого топлива занялись практически все ведущие химические организации: Ленинградский Государственный институт прикладной химии (ГИПХ), Пермский НИИ-130 (НИИ полимерных материалов), НИИ-125 и Алтайский НИИ химической технологии (АНИИ ХТ). Поиски проходили в рамках программы «Нейлон». Программа имела два направления: «Нейлон-Б» и «Нейлон-С». Первое направление — традиционное, на базе баллиститного пороха. Второе — исследовательское, имело целью получение смесевого топлива, на базе перхлората аммония, фурфурольно-ацетоновой смолы, тиокола марки «Т» и нитрогуанидина, с удельным импульсом не менее 235 кг*сек/кг. Пока в СССР собирались с силами, по ту сторону океана твердотопливное направление развивалось семимильными шагами. Разработка Minuteman была закончена и началось производство небольшой серии ракет для проведения летных испытаний.
Двигатель первой ступени работал на более совершенном топливе, состоящем из полибутадиеновой акриловой кислоты, перхлората аммония, алюминиевого порошка и эпоксидной смолы. Металлический корпус двигателя изготавливался из шести свариваемых цилиндрических секций (толщина стенок 3,7 мм) и двух днищ. Верхнее днище приваривалось к цилиндрической части корпуса, а нижнее — привинчивалось на многозаходной резьбе, после заливки топлива. На внутреннюю поверхность нижнего днища наносилось теплозащитное покрытие, состоящее из слоя асбеста и слоя армированной стекловолокном фенольной смолы. Такое же покрытие наносилось на небольшие выхлопные трубы, соединяющие камеру сгорания с четырьмя соплами. Затем в эти трубы устанавливались графитовые вставки толщиной 25 мм. Перед заливкой топлива в корпус помещался алюминиевый стержень с сечением в форме шестиконечной звезды, который служил для образования внутренней полости в топливном заряде. Топливо затвердевало в течение двух суток, затем следовал 48-часовой период постепенного охлаждения заряда до комнатной температуры. Фирма Тиокол, главный разработчик двигателей, утверждала, что топливо в корпусе двигателя не изменит своих характеристик в течение, как минимум, пяти лет. В конце техпроцесса изготовления из РДТТ вынимался алюминиевый стержень, и двигатель отправляли на гигантскую ренгеновскую установку, для поиска трещин и пустот. После проверки, с торца топливного заряда срезался излишек топлива и к корпусу привинчивалось нижнее днище. Вторая ступень отличалась тем, что нижнее днище корпуса крепилось болтами, а корпус РДТТ третьей ступени изготавливался из стекловолокна, пропитанного эпоксидной смолой, методом намотки на гипсовую оправку. Каждая ступень имела четыре отклоняющихся сопла. Два сопла отклонялись дифференциально вверх и вниз для управления ракетой по тангажу, и два — отклонялись в одном направлении для управления по курсу и в разных направлениях для управления по крену. Ступени соединялись болтами, через переходники в виде усеченных конусов. Инерциальная система наведения ракеты обеспечивала точность с вероятной круговой ошибкой попадания в цель менее 1600 м. 15 сентября 1959 года на базе ВВС Эдвардс состоялось первое испытание ракеты Minuteman, с целью определения оптимальной формы и размера пусковой шахты. Топлива в двигателе первой ступени было всего на несколько секунд горения, что обеспечивало ее подъем только на несколько десятков метров над землей. Для того, что бы ракета не упала обратно в шахту после прекращения работы двигателя, ее поддерживали несколько нейлоновых тросов. Всего провели 18 подобных "пусков». С февраля 1961 года начались реальные пуски ракет с наземных пусковых установок. Первые два были успешными и один оказался неудачным. Затем приступили к пускам из шахты — четыре успешных и один неудачный. Разработанная на основе результатов испытаний боевая пусковая шахта имела глубину около 26 м и внутренний диаметр основания 3,7 м. В верхней части шахты находилась кольцеобразная галерея высотой около 4 м и диаметром 7 м, где размещались источники электропитания и устройства для обслуживания ракеты. Шахта закрывалась десятитонной железобетонной крышкой. На боевых позициях десять шахт управлялись из одного подземного центра управления. Центр управления имел свою кислородную систему, систему водоснабжения, запас продовольствия и независимый источник электроэнергии. Таким образом, личный состав центра управления мог автономно существовать под землей в течение нескольких недель. По проекту, пусковые шахты не имели внешней охраны и были связаны с центром управления только специальной сисемой связи. Проверка ракет должна была проводиться раз в три года, а текущее техническое состояние — контролироваться автоматическими датчиками. Одновременно с шахтным отрабатывался и железнодорожный вариант Minuteman. Планировалось поставить на вооружение более ста ракетных железнодорожных составов. Каждый состав состоял из 11 — 15 закрытых платформ с тремя или пятью ракетами. Ракетные поезда должны были курсировать в северной части железнодорожной системы США, это объяснялось тем, что дальность полета не позволяла запускать Minuteman из южных штатов.
Для обеспечения скрытности, внешний облик платформ был максимально приближен к обычным железнодорожным вагонам. Разработка и производство шестиосных пусковых железнодорожных платформ, весящих при полном оборудовании по 136 т и имеющих длину около 27 м, заняла несколько лет. Испытания первой платформы начались 26 января 1961 года. Вибрации при перевозке по железной дороге заставили разработать специальный контейнер, в котором ракета предохранялась от ударных и вибрационных нагрузок по всем трем осям. В контейнере поддерживалась постоянная температура и давление. Во время транспортировки контейнер находился в горизонтальном положении на подъемнике пусковой установки. По сигналу на запуск состав останавливался, а колеса платформ закрывались специальными панелями. Одновременно по бокам каждой платформы на железнодорожное полотно выдвигались двенадцать гидравлических опор, которые немного поднимали платформу над рельсами. Крыша платформы открывалась и подъемник устанавливал ракету вертикально на пусковую установку. Двенадцать регулируемых домкратов обеспечивали строго горизонтальное положение пусковой установки. Для предохранения платформы и железнодорожного полотна от повреждения выхлопными газами, применялись отражатели, направляющие пламя в обе стороны от платформы. Подготовка Minuteman к запуску требовала всего 15 минут. Для предотвращения несанкционированного запуска предусматривались две соединенные последовательно панели управления. Для запуска было необходимо, чтобы все переключатели на обеих панелях находились в одном положении. Панели управления стояли в разделенном перегородкой помещении с разными входами. Процедура пуска начиналась только после получения кодированного сигнала из штаба командования стратегической авиации. Военные считали, что для предотвращения уничтожения железнодорожных составов в результате внезапной атаки совсем не обязательно, чтобы они были все время на ходу. Предполагалось, что железнодорожные составы большей частью будут находиться на многочисленных стоянках. Через регулярные промежутки времени составы намечалось возвращать на базы для обслуживания. Однако несмотря на то, что подвижной системе Minuteman уделялось особое внимание, в декабре 1961 года министерство обороны США прекратило работу в этом направлении, в пользу увеличения количества ракет шахтного базирования. Обосновывая причину этого решения, министр обороны США заявил, что эта система будет стоить в несколько раз дороже, чем система стационарных баз, и ее эксплуатация потребует гораздо больше средств. Кроме того, подвижная система менее надежна и точна и вызывает множество сложных эксплуатационных проблем. Помимо этого система, размещенная на железнодорожных составах, курсирующих по стране, легче выводится из строя диверсионными группами. Ракету приняли на вооружение под обозначением LGM-30A Minuteman-1. Серийное производство ракет началось 12 апреля 1962 года, а через девять месяцев в США уже развернули первые боевые подразделения новых ракет. Каждая ракета несла одну мегатонную боеголовку. Для полноты картины развития стратегических ракет в США необходимо упомянуть о еще одном важном обстоятельстве — появлении у США модернизированного варианта жидкостной баллистической ракеты Titan.
Titan II была первая в мире баллистическая ракета с ампулизированными топливными баками. В качестве топлива и окислителя на ней использовались несимметричный диметилгидразин и тетраксид азота. Эти жидкости заливались в баки, после чего они наглухо закрывались стальными мембранами. В таком виде ракета могла находиться на дежурстве в шахте несколько лет. В нужный момент мембраны прокалывались, компоненты смешивались, самовоспламенялись и ракета устремлялась к цели. На процедуру пуска уходило буквально несколько минут. Ракета имела орбитальную боеголовку мощностью 10 Мт и могла атаковать заданную цель с любого направления. Успешные запуски нескольких таких ракет американцы провели осенью 1960 года. В начале 1963 года новые «Титаны» поставили на боевое дежурство. Разработка подобных ракет ГР-1 и Р-36 в СССР начнется только в 1962 году. Причем, ГР-1 (глобальная ракета ОКБ Королева) вообще не полетит, а Р-36 (по западной классификации SS-18 «Сатана») будет испытываться аж до 1966 года.
|
