2. Ракета-машина сложная

Класс основ ракетного оружия увешан плакатами, схемами, диаграммами, здесь стоят макеты различных ракет, их узлов, агрегатов. У большого красочного плаката стоит офицер с указкой в руке. На его груди «ромбик» — значок об окончании высшего военного училища. Он проводит с молодыми солдатами первое занятие.

Итак, где применяются ракеты? Конечно же, в любом виде Вооруженных Сил.

Ракеты установлены на истребителях и штурмовиках, фронтовых и дальних бомбардировщиках, на мощных гусеничных машинах, автомобилях высокой проходимости и бронетранспортерах. Ими вооружены мощные морские катера, крейсеры и атомные подводные лодки. Есть и такие ракеты, которые «не двигаются». Они стоят не подвижно на стартовых позициях, надежно укрыты глубоко под землей, в так называемых шахтных пусковых установках. Это — ракеты дальнего действия, в которых нашли воплощение новейшие достижения науки и техники.

Ракеты принято классифицировать в зависимости от выполняемых в боевых условиях задач. Поэтому различают тактические ракеты, оперативно-тактические, зенитные, авиационные, стратегические.

Тактические ракеты могут применяться для борьбы с тактическими средствами ядерного нападения противника. Их можно использовать для уничтожения и поражения различных целей на поле боя: живой силы, артиллерии, долговременных оборонительных сооружений, танков и других бронемашин, а также объектов, расположенных в тактической глубине от переднего края: командных пунктов, войск в районах сосредоточения, мостовых переправ и т. д. Диапазон дальности стрельбы тактическими ракетами весьма широк — от нескольких сотен метров до нескольких десятков километров.

В настоящее время большое развитие получили так называемые противотанковые управляемые реактивные снаряды, сокращенно — ПТУРСы. И это вполне понятно. Современные армии насыщены танками, боевыми машинами и бронетранспортерами различного назначения, роль которых в боевых действиях войск значительно возросла.

ПТУРСы как нельзя лучше дополнили традиционные средства борьбы с бронированными машинами: артиллерию, гранатометы, ручные противотанковые гранаты, мины и т. д. Причем они успешно могут использоваться как в наступлении, так и обороне. У них относительно малый вес и габариты. Они маневренны, просты в боевом применении, хорошо маскируются на поле боя и могут вести огонь из укрытий.

Так, например, один из первых отечественных образцов ПТУРС позволяет уничтожать цели на дальности от 600 до 2000 метров, пробивать броню толщиной до 300 миллиметров. Последующие образцы, поступившие на вооружение войск, более совершенны.

Оперативно-тактические ракеты привлекаются для уничтожения более крупных целей. Объектами для поражения могут быть оперативно-тактические средства ядерного нападения, а также пункты управления, армейские и фронтовые склады, сосредоточения войск, железнодорожные узлы, аэродромы тактической и транспортной авиации, базы снабжения и станции выгрузки войск.

Дальность стрельбы оперативно-тактическими ракетами составляет от нескольких десятков до многих сотен километров.

Задачи, решаемые зенитными ракетами, определяются характером и особенностями тактических действий средств воздушного нападения противника. Эти ракеты используются для прикрытия от ударов воздушного противника территории страны и важных объектов, а также войск в различных видах их боевой деятельности: наступлении, обороне, на марше. Они предназначены для уничтожения самолетов, самолетов-снарядов, вертолетов и т. д. — на различных высотах.

Авиационные ракеты запускаются с самолетов и служат для поражения как воздушных, так и наземных целей.

Стратегические ракеты могут применяться для нанесения ударов по объектам в глубоком тылу противника: крупным группировкам и сосредоточениям войск, большим аэродромам, складам ядерных боеприпасов, важнейшим узлам коммуникаций, а также крупным административным и промышленным центрам, авиационным и морским базам и т. д.

Надо иметь в виду, что на практике пользуются самыми различными признаками классификации ракет; их разделяют, например, по виду принятых систем управления, типу стартовых устройств, виду траектории полета, типу двигателей и т. д.

Иногда бывает удобно классифицировать ракеты в зависимости от положения места старта и целей, по которым предполагается нанести удар. В этом случае все ракеты делятся на четыре основных класса: «земля-земля», «земля-воздух», «воздух-воздух», «воздух-земля».

К классу «земля-земля» принято условно относить все ракеты, пусковые устройства которых, а также поражаемые ракетами цели располагаются как на поверхности земли, так и на воде и под водой. Поэтому в этом классе ракет различают еще и подклассы: «земля-корабль», «корабль-корабль», «корабль-подводная лодка», «подводная лодка-земля» и т. д.

Ракеты класса «земля-воздух» — это зенитные управляемые ракеты войск противовоздушной обороны. Сюда также относят два подкласса ракет: «корабль-воздух» и «подводная лодка-воздух».

У ракет класса «воздух-воздух» нет деления на подклассы. Ими вооружаются самолеты — носители, которые применяют ракеты для поражения воздушных целей.

Самолеты-носители могут вооружаться и другими ракетами, назначение которых — поражение наземных целей с воздуха. Они объединены в класс ракет «воздух-земля» и имеют еще две разновидности: «воздух-корабль» и «воздух-подводная лодка».

Читатели, наверное, заметили, что в некоторых названиях ракет делается попытка указать либо подчеркнуть такое качество, как управляемость. Мы уже упоминали ПТУРСы — противотанковые управляемые реактивные снаряды или еще ЗУРы — зенитные управляемые ракеты. Это очень важное качество. Вообще все ракеты можно по этому принципу разделить на две большие группы — ракеты неуправляемые и управляемые.

К группе неуправляемых ракет обычно относятся тактические ракеты и авиационные реактивные снаряды. Они запускаются с легких направляющих, установленных на подвижных шасси и под крыльями самолетов, что позволяет пускать почти одновременно несколько ракет. Благодаря этому достигаются внезапность и массированность огневого удара.

Неуправляемые ракеты и реактивные снаряды являются весьма миниатюрными — у них малый вес и габариты. Летят они так же, как и артиллерийские снаряды.

Управляемые ракеты наиболее распространены, они используются во всех видах Вооруженных Сил. Это противотанковые, тактические, оперативно-тактические, зенитные и стратегические ракеты. Они снабжаются специально разработанной системой управления, которая во время полета направляет их в цель. Благодаря этому значительно повышается точность стрельбы и, как следствие, более высокая эффективность поражения целей.

Допустим, вы едете в машине. Сделайте небольшой опыт: опустите стекло и высуньте наружу руку. Сразу почувствуете, как встречный плотный поток воздуха отбросит ее назад. А ведь скорость автомашины сравнительно невелика — несколько десятков километров в час. Понятно, что при скорости движения, например, в тысячу километров в час сопротивление воздуха будет огромным. Поэтому удобообтекаемая форма имеет для ракет существенное значение: на преодоление сопротивления воздуха затрачивается меньше энергии. Значит, при прочих равных условиях ракета, имеющая «хорошую» форму, полетит дальше.

Там, где нет атмосферы, нет, следовательно, и сопротивления воздуха, форма летательного аппарата может быть какой угодно. В этом можно убедиться, побывав в павильоне «Космос» на ВДНХ СССР. Взгляните на советские лунники — форма их самая разнообразная. Вдобавок ко всему — много всяких выступающих деталей: трубопроводы, антенны, панели солнечных батарей и т. д. Ведь, кажется, стоит только дунуть, и сразу «отлетит» какая-нибудь хрупкая деталь. Так думаем мы, земляне, потому что живем в воздушной атмосфере, и все средства передвижения, которыми пользуемся, в той или иной степени преодолевают сопротивление воздуха.

Оказывается, существует специальная наука, изучающая движение летательных аппаратов в атмосфере Земли, — аэродинамика. Будущему ракетчику полезно ознакомиться с ее основами.

Корпус типовой ракеты можно условно разделить на три части. Спереди он заостряется — это носовая или головная часть. В ней обычно размещается боевой заряд (боевая часть) со взрывателем.

Средняя часть, обычно выполняемая цилиндрической формы, имеет наибольшие для данной ракеты длину и диаметр. К корпусу, то ли в его середине, иногда ближе к «голове», а чаще внизу — это зависит от типа ракеты и ее назначения, — крепятся управляющие и стабилизирующие поверхности.

Вот по сути дела и закончен внешний осмотр ракеты. Осталось только взглянуть на заднюю часть, ее называют хвостовой. Иногда приходится слышать, как подростки, рассматривая изображение ракеты, показывают на ее задний срез и говорят, что это, мол, двигатель ракеты. А на самом деле там находится часть камеры сгорания, точнее, ее сопло с заглушкой. Двигатель ракеты обычно занимает всю ее хвостовую часть.

Ракета — летательный аппарат, который доставляет к цели полезный груз: в данном случае — боевой заряд. У ракеты есть двигатель, сообщающий ей достаточно большую скорость движения. Для его работы, естественно, необходимо топливо. Оно размещается непосредственно на борту ракеты. Так как ракета — беспилотное средство, то для управления ею в полете необходимо специальное устройство. Эти функции выполняет система управления.

Ранее мы выяснили, что главной частью ракеты является корпус, представляющий собой основную несущую конструкцию, внутри которой размещено все остальное: боевой заряд, двигатель, топливо, система управления и т. д.

В такой последовательности мы их и рассмотрим.[1]

Головная часть корпуса своей формой напоминает конус, вершина которого немного притуплена, «зализана». Иногда такую форму, похожую по своим очертаниям на конусную, но выполненную по дуге круга, называют еще и оживальной. Это сделано для того, чтобы максимально уменьшить при полете нагрев носовой части, особенно ее «кончик».

Оговоримся сразу, что мы рассмотрим здесь в основном отделяемые головные части: они наиболее сложны по устройству и применяются для мощных ракет дальнего действия. Их иногда называют боевыми головками, или еще более короче — боеголовками.

Дело в том, что доставлять, например, всю стратегическую ракету к цели не имеет смысла. Это, во-первых, невыгодно, так как головная часть с ракетой сможет достигнуть меньшей дальности по сравнению с головной частью, летящей отдельно: ведь поверхность у ракеты во много раз больше, чем у головной части, и, следовательно, при движении в воздухе на конечном участке траектории ракета будет тормозиться им больше, чем только головная часть. А, во-вторых, корпус ракеты в результате сильного удара о воздушную «подушку» атмосферы может быть деформирован, буквально «смят». Тогда велика вероятность того, что может нарушиться устойчивость полета ракеты — она начнет беспорядочно кувыркаться и не попадет в цель. Вот почему головные части, в основном стратегических ракет, не изготовляются вместе с основным корпусом, а пристыковываются к нему. Во время полета в определенный момент времени срабатывают специальные «замки»: головная часть отделяется и летит по расчетной траектории к цели. А весь корпус ракеты, теперь уже ненужный, летит самостоятельно. Он или разрушается в плотных слоях атмосферы, или падает на землю, но значительно ближе, чем головная часть.

Читатель вправе задать законный вопрос: «Если корпус ракеты разрушается, то что же тогда будет с головной частью?». Тоже разрушится, если не принять специальных мер. Известно, что сейчас в Советском Союзе проходит испытания сверхзвуковой пассажирский самолет Ту-144. При скорости полета до 2500 километров в час обшивка фюзеляжа самолета будет нагреваться до 130–150 градусов. Теперь можно представить, что произойдет с головной частью, когда она с огромной скоростью вонзится в плотные слои атмосферы. Температура ее поверхности достигает нескольких тысяч градусов. Чтобы защитить головную часть, ее основные элементы — боевой заряд и взрыватель, корпус изготовляется достаточно прочным, а на его поверхность наносится специальное теплозащитное покрытие. Мера эта вынужденная: не будь покрытия — головная часть сгорела бы, как спичка.

Несколько слов о характере полета головной части на конечном участке траектории. Коль в это время на нее действуют большие аэродинамические силы, то она неизбежно будет беспорядочно кувыркаться и может не попасть в цель. Этого допустить нельзя. Чтобы боеголовка при подлете к цели не кувыркалась, ее снабжают стабилизатором юбочного или лопастного типа. Этим обеспечивается стабилизация головной части.

Боевой заряд предназначен для поражения цели: уничтожения, разрушения, воспламенения ее и т. д. По своему характеру действия боевые заряды классифицируются на:

— фугасные, которые предназначаются для разрушения оборонительных сооружений;

— осколочные, применяемые для стрельбы по воздушным и наземным целям, в том числе для поражения живой силы и боевой техники;

— кумулятивные, используемые для поражения бронированных целей, долговременных огневых точек и других прочных сооружений. Такой заряд имеет в передней части выемку типа воронки. При взрыве образуется так называемая кумулятивная струя, обладающая значительной пробивной силой;

— зажигательные, предназначенные для воспламенения целей;

— ядерные, поражающими факторами которых являются: ударная волна, световое излучение и проникающая радиация.

Средняя часть корпуса изготовляется, в зависимости от ее назначения, из алюминиевых сплавов или легированной стали. Специальные сорта стали приходится применять потому, что при полете ракеты в атмосфере, при разгоне ее на начальном участке траектории корпус испытывает значительные перегрузки и сильный аэродинамический нагрев.

В последнее время конструкторы, решая вопрос о выборе материала для корпуса ракеты, все чаще обращают внимание на титановые сплавы: они более легкие и прочные в условиях нагрева. Правда, стоимость титана значительно больше, чем стали. Но зато листы из титанового сплава можно взять меньшей толщины, а это позволит, например, увеличить полезную нагрузку. И еще один материал считается довольно перспективным — термостойкие пластмассы. Они начинают достаточно широко применяться в ракетостроении для изготовления корпусов ракет, различных деталей, всевозможных обтекателей, тепловых экранов, корпусов антенн, контейнеров и т. п. При этом электронная аппаратура лучше защищается от нагрева. А главное, применение термостойких пластмасс особенно эффективно: существенно уменьшается вес ракеты. Следовательно, при одном и том же запасе топлива на борту «пластмассовая» ракета полетит дальше, чем стальная.

Хвостовая часть корпуса ракеты имеет коническую, а иногда овальную форму. Правда, угол конусности небольшой. Это сделано для того, чтобы уменьшить сопротивление воздушного потока, обтекающего корпус.

К нижней, хвостовой, части корпуса прикреплены стабилизирующие поверхности. Площадь их сравнительно невелика, но вполне достаточна, чтобы сделать устойчивым полет ракеты в атмосфере. Испытания показали, что ракете не нужны большие стабилизаторы. Площадь их поверхности должна быть «как раз» — не больше и не меньше определенного среднего значения. Если сделать их больше, то ракета будет «чересчур» устойчивой: как говорят специалисты, перестабилизирована. Ракета станет «ленивой», будет плохо слушаться рулей, медленно исполнять команды, что затруднит управление ею в полет.

Теперь о двигателе ракеты. Это одна из главнейших частей, поистине ее огненное мощное «сердце».

Что же такое ракетный двигатель? Как он устроен? Откуда берется огромная сила, способная разгонять ракету не только в атмосфере, но и вне ее, там, на огромной высоте, где молекула воздуха столь же редка, как и капля воды в пустыне.

Мы привыкли к тому, что любое транспортное средство, будь то автомобиль, тепловоз, самолет или океанский лайнер, приводится в движение двигателем.

Он превращает либо химическую энергию, либо тепловую, электрическую в механическую работу вращения. У автомобиля это вращение колеса, у самолета — воздушного винта, у парохода — гребного винта и т. д., словом, вращение движителя. Движитель (колесо, винт), вращаясь, взаимодействует со средой соприкосновения (грунт, рельс, воздух, вода), стремится отбросить или отбрасывает ее назад, а сам транспорт движется вперед. Силы, приложенные к отбрасываемой «порции» воздуха или воды, одинаковы по своей величине с силой, приложенной к самолету пли пароходу, но направлены в обратную сторону. Из школьного курса физики мы знаем, что если силу, с которой отбрасывается воздух или вода, считать активной, то сила, заставляющая двигаться самолет или пароход, будет… реактивной. Значит, по своей природе движение парохода и самолета реактивное.

А у автомобиля, тепловоза или, скажем… человека? — спросит читатель. Ответ прост. Они гоже, при своем движении отбрасывают «порцию» массы. Но этой порцией является масса… Земли. Принцип движения здесь тоже реактивный. Только одно… но. Суммарная масса всех средств и существ, движущихся по Земле, ничтожна, несоизмеримо мала по сравнению с массой Земли. Поэтому она и «не движется» в обратном направлении, подобно «порции» водуха или воды.

Во всех рассмотренных случаях есть одна немаловажная деталь. А именно — движение осуществляется за счет силы двигателя или мускульной энергии, но реакция на отбрасываемую массу передается через движитель (колесо, винт и т. д.). Это характерная деталь. Запомним ее.

Ну, а как же движется ракета, за счет чего? У нее ведь нет ни колеса, ни винта…

Разберемся по порядку.

Представим себе, что камера сгорания ракетного двигателя заполнена газами под давлением и сопло ее плотно закрыто крышкой. Давление на стенки камеры и крышку одинаково. Все результирующие силы, как боковые, так и осевые, попарно взаимно компенсируются. Нет движения газов — камера сгорания на месте.

Допустим, что крышка, закрывающая сопло, мгновенно открылась. И тут же равновесие сил нарушается. Это, как видно из рисунка, происходит за счет осевых сил давления.

Газ получает свободу движения. Вследствие этого возникает результирующая сила внутреннего давления — она направлена по оси камеры влево. Это и есть не что иное, как реактивная сила. Газ вырвется наружу вправо, а возникшая реактивная сила толкнет камеру влево: подобно тому, как при выстреле под действием пороховых газов заряд дроби летит из ствола в одну сторону, а ружье — в противоположную. Правда, оно никуда не улетает. Охотник удерживает ружье и ощущает действие реактивной силы, как отдачу — легкий толчок в плечо. Образно говоря, в ракетном двигателе «выстрелы» раздаются непрерывно, а микроскопические частицы раскаленных газов вылетают из «ствола», в данном случае из сопла двигателя.

Вглядевшись в рисунок внимательней, мы найдем ответ на вопрос о движителе. Действительно движение возникает в результате прямой реакции (взаимодействия) двух тел: газа — с одной стороны и самой камеры — с другой, без каких-либо «посредников» — колеса, винта и т. д. Значит, остается только одно — сама камера сгорания одновременно является двигателем и движителем. В этом главное отличие реактивного двигателя от остальных. Он является двигателем прямой реакции.

Мы часто слышим выражения «принцип реактивного движения», «реактивная сила»; но «ракетный двигатель». В чем дело? Какая разница между определениями «реактивный» и «ракетный»?

Прежде всего запомним, что понятие «реактивный» более широкое, чем «ракетный», так как в нем отражен сам принцип движения. Класс реактивных двигателей необычайно широк. Он объединяет все двигатели прямой реакции.

Ракетные двигатели — это подкласс реактивных. Отличительной особенностью ракетного двигателя является независимость его работы от внешних условий: все компоненты топлива для его работы размещены на борту ракеты. Благодаря этому она способна двигаться в любой среде.

Итак, ракетный двигатель — это мощная тепловая машина, преобразующая химическую энергию топлива в кинетическую энергию продуктов сгорания (газов), выбрасываемых с огромной скоростью из его сопла.

В настоящее время среди ракетных двигателей наибольшее распространение получили два вида: ЖРД — жидкостные ракетные двигатели и РДТТ — ракетные двигатели твердого топлива.

Любой двигатель состоит из целого ряда агрегатов, узлов и систем. Основной агрегат — камера сгорания. В ней в результате экзотермической реакции окисления, то есть горения, компоненты топлива превращаются в рабочее тело — продукты сгорания. При этом выделяется огромная тепловая энергия: давление в камере повышается. Оно-то и заставляет продукты сгорания, ускоряясь по длине камеры, и особенно сопла, выбрасываться наружу с большой скоростью. Чем выше скорость истечения продуктов сгорания у среза сопла, тем лучше. А для ракеты, как нам известно, это особенно важно. Поэтому камера сгорания и сопло выполняются определенной формы для того, чтобы у среза сопла газы имели максимально возможную скорость. Наука, занимающаяся изучением движения продуктов сгорания в камере ракетного двигателя, называется термодинамикой. Настоящему ракетчику необходимо овладеть основами этой науки.

У жидкостного ракетного двигателя немаловажной составной частью является система подачи топлива. Ее назначение состоит в том, чтобы обеспечивать подачу компонентов топлива в камеру сгорания в необходимой пропорции и под определенным давлением.

В двигатель входят также трубопроводы, дозирующие устройства, различного рода датчики, клапаны, элементы автоматического регулирования работы двигателя, системы заправки, слива топлива, запуска и выключения двигателя. Поэтому применительно к ЖРД правильнее его называть не двигателем, а двигательной установкой.

С устройством и работой наиболее распространенных ракетных двигателей мы познакомимся ниже.

Значительное место в ракете занимает топливо. Это и понятно. Чем больше топлива на борту ракеты, тем она дальше полетит. В ракетах дальнего действия почти все пространство внутри огромного корпуса заполнено топливом. Его запас составляет 80 и более процентов от начального, стартового, веса ракеты.

Непременные компоненты топлива — горючее и окислитель. В обычных условиях процесс горения поддерживается, если так можно выразиться, автоматически — за счет воздуха. Так, например, горят дрова в костре, каменный уголь или мазут в топке парохода. А на больших высотах, в стратосфере, куда залетает ракета, воздуха практически нет. Вот и приходится загружать ракету окислителем, причем брать его значительно больше, чем горючего. Это видно, например, из следующего соотношения: для полного сгорания килограмма такого вида горючего, как керосин, требуется 14,8 килограмма воздуха, или 5,5 килограмма азотной кислоты, или 3,37 килограмма жидкого кислорода.

Большинство жидкостных ракетных двигателей работает на двухкомпонентном топливе. На борту ракеты компоненты хранятся раздельно, в разных баках, и соединяются только в камере сгорания.

В качестве горючего могут применяться керосин, спирты и другие вещества. Окислительным компонентом могут служить кислоты с большим содержанием кислорода, например азотная кислота, а также другие вещества: четырехокись азота, жидкий кислород и т. д.

Топливо для работы ракетного двигателя может быть не только в жидком, но и в твердом агрегатном состоянии. Поэтому твердое топливо содержит горючие и окислительные элементы одновременно.

В одном случае эти элементы могут представлять собой твердый раствор и их называют двухосновными (медленно горящий ракетный порох); в другом случае механическая смесь зерен горючего и окислителя — это смесевые топлива.

Твердое двухосновное топливо обычно прессуется в шашки различной формы. Смесевое топливо заливается непосредственно в камеру сгорания и, остывая в ней, твердеет, прочно соединяясь с внутренней поверхностью стенки. Оно отливается также и в виде отдельных шашек.

Одна или несколько шашек твердого топлива, помещенных в камеру сгорания, составляют весь запас топлива данного двигателя и называются топливным зарядом.

Назначение систем управления — повышение точности стрельбы. Это своеобразный электронный «мозг» ракеты, который точно ведет ее по расчетной траектории к цели.

Все системы управления по принципу действия можно разделить на четыре основные группы: инерциальные, системы телеуправления, самонаведения, комбинированные.

В инерциальных системах все сигналы управления вырабатываются аппаратурой, расположенной непосредственно на борту ракеты в соответствии с заранее установленной программой полета.

Системы телеуправления, или системы дистанционного управления, характеризуются тем, что траектория ракеты определяется наземным пунктом. А команды управления передаются на борт ракеты по радио.

Системы самонаведения — наиболее точные, но имеют наименьший радиус действия. У таких ракет есть специальное устройство, которое автоматически следит за целью. Счетно-решающее устройство определяет положение ракеты относительно цели, вырабатывает командные сигналы и передает их на органы управления.

В комбинированных системах стараются сочетать положительные свойства разных систем управления. Например, можно использовать принцип инерциального управления и самонаведения. Большую часть пути ракета будет управляться инерциально по программе, а при подлете к цели — чтобы увеличить точность попадания — используется самонаведение.

Любая система управления включает два комплекта приборов: наведения и стабилизации. Первый определяет наивыгоднейшую для поражения цели траекторию и корректирует полет по направлению к цели. Второй следит, чтобы ракета не отклонялась от траектории, задаваемой приборами наведения при воздействии посторонних возмущающих факторов.

Как же происходит процесс управления? С момента старта на рули ракеты непрерывно поступают управляющие команды: либо от специального бортового устройства, либо с земли по радио. Рули выполняют эти команды, задаваемые приборами наведения. Этим и определяется характер траектории ракеты от места старта до цели.

На ракету во время полета действуют различные возмущающие воздействия. Пусть, например, сильный порыв ветра «попытался» отклонить ракету от расчетной траектории. Чувствительные датчики — измерительные органы — моментально зафиксируют величину этого отклонения и его направление. Бортовое вычислительное устройство, используя эти данные, вырабатывает корректирующие команды. Они затем усиливаются, преобразуются и передаются на исполнительные органы. Последние разворачивают ракету и возвращают ее на траекторию полета к цели.

Рассмотрим сначала устройство жидкостной ракеты с вытеснительной системой подачи топлива. Называется она так потому, что компоненты топлива подаются в камеру сгорания путем вытеснения их из баков газом. Эту функцию выполняет специальный агрегат, называемый аккумулятором давления. Он — обязательный элемент вытеснительной системы.

Аккумулятор — это баллон с газом. Давление в нем высокое — до 300–350 атмосфер. Чтобы снизить его до рабочего давления подачи, используется газовый редуктор. Он настраивается таким образом, чтобы обеспечить превышение давления на форсунках по сравнению с камерой сгорания на 3–7 атмосфер. Такой избыток необходим для подачи компонентов топлива в камеру и их хорошего распыления и перемешивания перед сгоранием.

Так как давление в баках горючего и окислителя довольно высокое и оно поддерживается постоянным во все время работы двигателя, то стенки их делаются достаточно толстыми, прочными. Иначе баки может разорвать. Поэтому часто ЖРД с такой системой подачи называют двигателями с нагруженными баками. Они обычно применяются для относительно небольших ракет.

Конструкция данной ракеты такова, что аккумулятор давления расположен в межбаковом пространстве. Над ним — бак окислителя, ниже его — бак горючего. Окислитель поступает по трубопроводу непосредственно к форсункам и через них в камеру сгорания. Горючее проходит более сложный путь. Чем это вызвано?

Вспомним, что ракетный двигатель — очень мощная тепловая машина. Это можно проиллюстрировать хотя бы известным примером из ракетно-космической техники: двигатель ракеты-носителя корабля «Восток» имел мощность в 20 миллионов лошадиных сил — целые три Братские гидроэлектростанции! Подобные мощности достигаются за счет того, что в камеру сгорания через специальные распылительные форсунки поступают каждую секунду сотни килограммов горючего и окислителя. Температура газов внутри камеры сгорания может достигать. 3000–3500 градусов, а максимальное давление до 50–60 атмосфер. Какие же из существующих материалов могут выдержать столь чудовищную температуру? Сталь?

Но и она плавится при температуре 1400 градусов. Значит, тупик? Неразрешимое противоречие? Однако конструкторы нашли весьма остроумное решение. Они предложили сделать стенки камеры сгорания двойными, подобно рубашке охлаждения автомобильного двигателя. Только вместо воды туда поступает один из компонентов топлива, в данном случае горючее. Оно отбирает у стенок камеры тепло и, уже подогретое, подходит к форсункам — благодаря этому еще и улучшаются условия горения топлива.

Как же происходит запуск и работа такого двигателя?

Подается команда на пусковой клапан, который открывает дорогу сжатому газу из баллона к редуктору, а из последнего — в баки горючего и окислителя. Давление в баках поднимается до рабочего и компоненты, прорвав разрывные мембраны, установленные в трубопроводах, устремляются к форсункам.

Через них компоненты впрыскиваются в камеру. Топливо воспламеняется либо от специального пиротехнического устройства, либо «самостоятельно», если компоненты самовоспламеняющиеся. В дальнейшем за счет высокой температуры газов горение поддерживается автоматически до полной выработки топлива или когда подача топлива прекратится, то есть двигатель будет выключен по команде системы управления. Для прекращения подачи служат отсечные клапаны, которые устанавливаются в магистралях подачи компонентов.

Между боевым зарядом и баком окислителя располагается отсек с приборами управления. Что заставило конструкторов разместить их именно там, в верхней части ракеты? Причина тому — ракетный двигатель. Он — источник сильной тряски, так называемой вибрации, высоких температур. Потому-то «нежная» аппаратура электронного «мозга» удалена от «грубого» ракетного двигателя.

Исполнительными органами системы управления являются рули воздушные и газоструйные. Воздушные рули, естественно, эффективно действуют лишь тогда, когда ракета летит в плотных слоях атмосферы с высокой скоростью. Газоструйные рули помещают в поток газов, истекающих из сопла двигателя. Они обеспечивают управление ракетой на любых скоростях полета, но только при работающем двигателе.

По назначению различают: рули высоты, управляющие движением ракеты в вертикальной плоскости, т. е. по углу тангажа; рули курса, управляющие движением по направлению в горизонтальной плоскости, т. е. по углу рыскания; те и другие рули могут работать как элероны, т. е. поворачивать ракету относительно ее продольной оси, т. е. по углу крена.

Теперь мы познакомимся с жидкостной ракетой с насосной системой подачи топлива. Здесь изображен один из ее возможных вариантов.

Насосные — их еще называют нагнетательными — системы подачи компонентов топлива используются, как правило, для ЖРД с большой тягой, то есть для двигателей ракет, имеющих сравнительно большие баки окислителя и горючего.

Существенная особенность такого двигателя — компоненты топлива подаются в камеру сгорания насосами, которые приводятся во вращение газовой турбиной. В данном случае источником энергии турбины является жидкостный генератор, работающий на основных компонентах топлива: часть горючего и окислителя подается в генератор и от сгорания в нем превращается в газ, который в качестве рабочего тела подается на лопатки турбины. В других вариантах источником энергии для привода турбин может служить сжатый газ, продукты сгорания пороховой шашки и т. д.

Наличие насосов позволяет разгрузить баки ракеты, выполнить их тонкими и, следовательно, довольно легкими. За счет этого можно увеличить запас топлива или полезного груза. ЖРД с насосной подачей топлива часто называют двигателями с разгруженными баками.

Но это не значит, что в баках ракеты не поддерживается определенное давление. Оно там необходимо. Правда, небольшое — порядка 2–3 атмосфер. Это так называемый наддув баков. Благодаря ему на входе в насосы создается небольшой напор компонентов топлива, что обеспечивает их нормальную работу. Кроме того, наддув необходим еще и по другой причине. При работе двигателя топливо «уходит» из баков — там может образоваться вакуум. Тогда при полете в плотных слоях атмосферы баки будут раздавлены наружным давлением воздуха. А наддув препятствует этому, повышает устойчивость стенок баков.

Для этого в верхней части ракеты, сразу за головной частью, расположен баллон со сжатым газом, выполненный в форме тора — «баранки». Газ высокого давления проходит через понижающий редуктор и только после этого поступает для наддува баков. Приборы системы управления в данном варианте располагаются в межбаковом пространстве. Бак окислителя размещен под баком горючего. Для охлаждения стенок камеры сгорания используется окислитель.

Интересна примененная здесь конструкция исполнительных органов системы управления ракеты. Это управляющие — их иногда называют верньерными — двигатели. Четыре весьма миниатюрных ракетных двигателя малой тяги расположены попарно крест-накрест вокруг маршевого двигателя. Отклоняясь по командам системы управления по углам тангажа, рыскания и крена, они корректируют полет ракеты.

Обратимся теперь к рисунку, на котором изображена твердотопливная ракета. Даже; беглого взгляда, достаточно, чтобы убедиться в том, что данная ракета имеет много конструктивных отличий от рассмотренных выше. Первая и очень существенная особенность — здесь использован РДТТ, ракетный двигатель твердого топлива.

Шашка топливного заряда цилиндрической формы с. внутренним полым каналом типа «звездочка» вставлена в корпус ракеты. Последний в данном случае выполняет одновременно роль «бака» и камеры сгорания. Между ее стенками и топливным зарядом — прокладка. Это теплоизоляционный слой, предохраняющий стенки камеры от перегрева. В данной ракете предусмотрено, что горение шашки происходит только по поверхности внутреннего канала. Поэтому топливный заряд наружной цилиндрической поверхностью скреплен с камерой сгорания, а торцы заряда покрыты специальным бронирующим составом, который препятствует горению по покрытой им поверхности.

Запуск двигателя производится с помощью воспламенителя. Команда для этого поступает на пусковой механизм. Последний вырабатывает импульс электрического тока, который передается на электрозапал. Накальная нить или мостик накаливания, нагреваясь, поджигает пороховую мякоть запала. Луч огня от электрозапала распространяется на воспламенитель. Сгорая, он нагревает поверхность заряда топлива до температуры воспламенения. Выделяющиеся при этом продукты сгорания повышают давление в камере до величины, необходимой для устойчивого процесса горения твердого топлива. Пламя охватывает всю внутреннюю поверхность шашки по каналу. Раскаленные газы истекают через сопловой блок, создавая силу тяги.

Выключение двигателя в принципе несложное. В верхней части камеры сгорания установлен блок заглушек сброса давления. Стоит только в определенный момент времени с помощью, например, пиропатронов выбить эти заглушки, как в камере моментально упадет давление — горение заряда прекратится. Двигатель будет выключен.

Сопловой блок РДТТ интересен тем, что сопла используются также в качестве исполнительных органов системы управления. В данном случае сопла своими основаниями посажены на кольцевые подшипники так, что могут поворачиваться (вращаться) около продольной оси. Последние наклонены к оси камеры сгорания под постоянным углом. При вращении сопла изменяется направление истечения струи, что заставляет ракету изменять направление полета.

Для пуска ракет имеется специальное оборудование — пусковые установки и стартовые устройства. Они бывают двух видов: вертикальные и наклонные. Наклонные пусковые установки применяются в основном для пуска малогабаритных ракет, например, противотанковых управляемых реактивных снарядов, зенитных ракет.

Ракеты дальнего действия запускаются преимущественно из вертикального положения. Это сделано по двум причинам. Во-первых, стартуя вертикально, ракета быстро, словно игла, пронзает плотные слои атмосферы и входит в стратосферу, где воздух сильно разрежен и сопротивление движению ничтожно мало. Во-вторых при вертикальном пуске стартовое устройство получается более компактным и удобным в эксплуатации, чем при наклонном старте.

Кроме пусковых устройств, для эксплуатации и обслуживания ракет в войсках имеется целый комплекс наземного оборудования: подъемно-транспортное, электросиловое, контрольно — проверочное, вспомогательное.

Теперь о траектории полета ракеты дальнего действия. Мысленно ее можно разбить на два участка: активный и пассивный. Первый, сравнительно небольшой, назван так потому, что на нем работают двигатели, разгоняющие ракету до необходимой скорости. На этом участке ракета управляется. После того как в расчетной точке пространства выключатся двигатели последней ступени и от нее отделится головная часть, начинается самый продолжительный — пассивный участок траектории, или баллистический. Такие ракеты потому и называются еще баллистическими, так как большую часть пути их головные части летят, подобно артиллерийскому снаряду, по баллистической кривой. На них в это время действуют лишь две силы: притяжения Земли и сопротивления воздуха.

Ракеты, предназначенные для стрельбы на большие расстояния, делаются, как правило, многоступенчатыми, составными. Несколько так называемых ступеней — ракет соединяются вместе и получается ракетный «поезд». Ступени включаются и работают поочередно: сначала первая, затем вторая и т. д. По мере выгорания топлива «пустые» ступени отсоединяются и в конце концов к цели летит только головная часть.

Далее краткое знакомство лишь с основными частями ракеты убедительно показывает, насколько сложно ее устройство, какие ответственные функции выполняют ее узлы, приборы, механизмы.

Примечания:

1

Далее фактические и цифровые данные о ракетах приведены по книге М. Н. Алешкова и И. И. Жукова «Физические основы ракетного оружия». Воениздат, 1965.