Через 60 лет после запуска последней ракеты Конгрева военная ракета вновь возродилась для истории в горах у Геок-Тепе. Нельзя, конечно, утверждать, что в течение такого продолжительного периода времени военных ракет вообще не существовало. Нет, они имелись, но появлялись редко и применялись нерешительно, большей частью в порядке экспериментирования или за неимением лучших средств.
Первая попытка вновь поставить ракеты на службу армии после расформирования всех старых ракетных частей была сделана в Швеции. Примерно в 1890 году шведский изобретатель подполковник фон Унге представил Альфреду Нобелю проект «воздушной торпеды», которая представляла собой большую ракету, весьма похожую на боевые ракеты Гейла, но с небольшими изменениями и усовершенствованиями.
Фон Унге задался мыслью сделать ракету более эффективным оружием. Для этого он предлагал осуществлять воспламенение ракетного двигателя не сзади, через сопло, а спереди, через тонкое отверстие, высверленное в носовой части ракеты. Другое, еще более важное нововведение заключалось в том, чтобы запускать ракету из короткоствольной мортиры. В этом случае ракета взлетала бы с определенной скоростью, скажем 100 м/сек, что не только увеличило бы ее дальность действия, но и повысило бы точность стрельбы ракетами, а это, по мнению фон Унге, дало бы ракетам возможность вступить в соревнование с артиллерией.
Интерес Нобеля к ракетам фон Унге не был чисто академическим. Он заставил своего соотечественника работать, оплачивая все его быстро растущие счета, которые человеку с меньшим капиталом, чем Нобель, могли показаться непомерно большими. Однако, несмотря на значительные расходы, фон Унге не смог довести до конца ни один из своих проектов, чтобы его можно было показать военным специалистам. В 1896 году Нобель умер, и фон Унге, очевидно, остался не у дел.
Пять лет спустя, в 1901 году, в Стокгольме была создана компания «Марс», которая поставила своей целью дать фон Унге возможность завершить начатые работы. Итоги этих экспериментов опубликованы не были, но некоторые факты стали известны позднее окольным путем. Пороховой заряд ракет фон Унге был таким же, как у береговой спасательной ракеты (линомета): он состоял из смеси черного пороха с толченым углем и запрессовывался в корпус ракеты вручную. Боевая часть с зарядом из динамита крепилась к корпусу ракеты; детонирующий взрыватель срабатывал при встрече ракеты с целью (рис. 28).
Рис. 28. «Воздушная торпеда» фон Унге.
Разрез последней 762-мм модели, испытанной Круппом в 1909 году
Вес боевого заряда составлял 2 кг при общей длине «воздушной торпеды» в 750 мм и диаметре в 110 мм. Полностью снаряженные первые модели весили до 35 кг, развивали на траектории скорость порядка 300 м/сек и имели дальность действия до 5 км. Мортира, служившая этим «торпедам» пусковой установкой, сообщала им начальную скорость 50 м/сек, увеличить которую было невозможно из-за особенностей конструкции самих «торпед». Кучность огня, по общему признанию, была неудовлетворительной. Специалисты подсчитали, что для поражения ракетами определенной цели на расстоянии 3 км требовалось по меньшей мере в пять раз больше боеприпасов, чем для поражения той же цели при стрельбе из обычной полевой гаубицы того же калибра.
Тогда фон Унге решил вовсе отказаться от мортиры, а вместо нее применить открытую трубчатую направляющую. В 1908 году фон Унге начал рекламировать свои «воздушные торпеды» в качестве оружия для дирижаблей. При этом он подчеркивал безоткатность «воздушных торпед», что имеет большое значение для авиационного вооружения.
В 1909 году стало известно, что фирма Фридриха Круппа в Эссене купила патенты фон Унге, а также имевшийся запас «воздушных торпед» (около 100 штук), трубчатую направляющую и другое оборудование. Все это было перевезено из Стокгольма на полигон Круппа в Меппене, где «торпеды» подвергались всесторонним испытаниям.
Некоторые данные о последних моделях этой ракеты были сообщены позже ведущим специалистом фирмы Круппа по баллистике профессором Отто Эбергардом во время дискуссии по вопросам математического расчета траекторий снарядов . Эбергард говорил, что «воздушные торпеды» имели стартовый вес до 50 кг и дальность стрельбы порядка 4-5 км.
В 1910 году Крупп заявил, что опыты с «воздушными торпедами» фон Унге прекращены из-за невозможности получения необходимой кучности огня. Конечно, этому заявлению никто не поверил, хотя бы потому, что всего за несколько месяцев до этого фирма Круппа обратилась с заявкой на патент по этому изобретению. Возможно, что заявка была делом принципа, а может быть, - обычной процедурой этой крупной военно-промышленной фирмы. Во всяком случае никакого оружия, сколько-нибудь похожего на «воздушные торпеды» фон Унге, у немцев во время первой мировой войны не было. По всей вероятности, инженеры Крупна пытались переделать ракеты фон Унге в тяжелую артиллерию с небольшой дальностью стрельбы и, когда это им не удалось, обратили свое внимание на другие средства.Единственной страной, использовавшей ракеты на полях сражений первой мировой войны, была Франция. Сведения об этом можно найти в книге капитана Эрнста Леманна, погибшего при катастрофе дирижабля «Гинденбург» у Лейкхерста.
«В течение первых месяцев 1916 года, - пишет Леманн, - я командовал новым дирижаблем LZ-90, одним из семи воздушных кораблей, находившихся в распоряжении верховного командования армии... Однажды нам была поставлена задача подвергнуть бомбардировке железнодорожное депо в Бар-ле-Дю, через который французы снабжали свои войска, оборонявшие ключевые позиции под Верденом. Дирижабль LZ-90 нес большой запас бомб (свыше 3000 кг). Выключив двигатели и скрываясь в облаках, мы пересекли линию фронта на высоте 3000 м. Я не знаю, были мы обнаружены или нет, но во всяком случае над Бар-ле-Дю мы появились неожиданно для противника, который встретил нас лишь несколькими обычными снарядами. Не успели мы сбросить первый груз бомб, как вынуждены были прекратить бомбометание, так как LZ-90 проскочил над целью. Мы сделали новый заход и только собрались нанести второй удар по станции, как увидели несколько неуклюжих желтых ракет, медленно летевших по направлению к нам. Они прошли мимо нашего дирижабля, который в это время находился на высоте 3260 м, и продолжали набирать высоту. Зажигательные ракеты! Последнее и самое надежное средство для воспламенения воздушного корабля, наполненного водородом. Одного попадания, безусловно, достаточно для уничтожения любого дирижабля! Я приказал дать полный ход вперед и, подняв дирижабль на максимальную высоту, благополучно ушел от обстрела. Я успел заметить, что зажигательные ракеты запускались с шоссе близ железнодорожной станции и что пусковыми установками служили автомашины, которые двигались вдоль шоссе»
Но французы создали не только зенитные ракеты; они сделали также то, что пытался осуществить фон Унге, - первые боевые ракеты класса «воздух-воздух». Правда, эта задача значительно облегчалась наличием столь уязвимых воздушных целей, как дирижабль и аэростат. Используя опыт гражданской войны в Америке, немцы поднимали своих наблюдателей на привязных аэростатах для корректировки огня артиллерии. Неподвижные аэростаты наполнялись водородом, а иногда и светильным газом, и французы легко уничтожали их с помощью больших ракет типа «Ле Приёр», аналогичных тем, которые применялись для подачи троса с берега на корабль. Эти ракеты, по-видимому, даже не имели специальных боевых головок: их зажигательного действия было вполне достаточно для уничтожения аэростата.
В качестве носителя ракет применялся самолет типа «Ньюпор» - биплан, имевший с каждой стороны фюзеляжа очень прочные V-образные вертикальные подкосы, которыми соединялись оба крыла. К каждому подкосу подвешивалось по четыре ракеты «Ле Приёр». После серии боевых испытаний французы сформировали несколько специальных эскадрилий самолетов «Ньюпор», вооруженных такими ракетами, но эти эскадрильи просуществовали недолго, так как немцы вскоре прекратили подъем привязных аэростатов.
Я где-то читал, что русские летчики имели подобное оружие для борьбы с такими же целями. Однако сохранилось очень мало источников, в которых описываются операции русской армии во время первой мировой войны. Поэтому остается предположить, что русские авиационные ракеты были лишь продуктом изобретательской деятельности отдельных летчиков.
На западном фронте немцы применяли крупные ракеты для проделывания проходов в проволочных заграждениях. Для этого к задней части ракеты прикреплялся трос, а к боевой части - небольшой лодочный якорь. Снаряженную таким образом ракету запускали из первой траншеи через проволочные заграждения, а затем якорь тянули назад с помощью ручной лебедки.
Это все, что можно сказать о военном применении ракет в годы первой мировой войны.Весьма ограниченное использование боевых ракет в первой мировой войне и их обилие во второй объясняются не случаем и не узостью мышления военных; нельзя также объяснить это и какой-то определенной тактической доктриной. Эта разница связана скорее с решением таких промышленных проблем, как проблемы производства, хранения и безопасности используемого топлива.
Когда Конгрев защищался от критиков, он делал это путем сравнения характеристик ракет с расходами на их производство. Цифры его были абсолютно верны и убедительны, но в современных условиях они характеризовали бы только весьма небольшую часть общей проблемы. Судя по тому, как обстоят дела сейчас, любая боевая ракета должна отвечать всем требованиям, предъявляемым к стандартному боевому оружию.
Первым таким требованием, часто не замечаемым из-за его очевидности, является возможность длительного хранения готового оружия. Оружие изготовляется, скажем, в Детройте, потом оно должно где-то храниться, пока не будет направлено в какой-нибудь арсенал или на военную базу, где опять встанет вопрос о его хранении. Через некоторое время оно, возможно, будет послано либо в Африку, либо в Гренландию и снова будет нуждаться в хранении. И, наконец, оно будет доставлено к линии фронта для предстоящей операции. В течение этого времени оружие, хотя бы теоретически, должно быть готовым для немедленного применения. Все артиллерийское и стрелковое вооружение, от патронов к пистолету до выстрелов к зенитной пушке, соответствует этому требованию. Второе по важности требование заключается в том, что оружие должно находиться в серийном производстве, по возможности, полностью автоматизированном.
Если задуматься над этими двумя основными требованиями, становится ясно, почему жидкостная ракета может быть использована в качестве боевой ракеты только в некоторых особых случаях. Конечно, детали жидкостной ракеты можно изготовлять и в массовом производстве, а ракету - хранить в собранном или разобранном виде. Но было бы весьма затруднительно хранить жидкостную ракету в заправленном виде, даже если в составе ее топливных компонентов отсутствует жидкий кислород. Компоненты топлива пришлось бы хранить отдельно и не производить заправку ими ракеты вплоть до момента ее действительного применения. Это возможно лишь в условиях стационарных огневых позиций, подобных позициям зенитной артиллерии, обороняющей населенные пункты, или палубным установкам кораблей-ракетоносцев. Но этого нельзя сделать вблизи линии фронта.
Таким образом, логически боевые ракеты должны быть ракетами на твердом топливе, удобными для длительного хранения, и в то же время соответствовать условиям серийного производства.
Последнее требование в отношении больших ракет на черном порохе не было удовлетворено вплоть до 1935 года. Производство этих ракет было ручным, индивидуальным. Даже вполне совершенные гидравлические прессы Зандера освобождали рабочего только от применения мускульной силы. Это по-прежнему была кустарная и к тому же очень опасная работа. Хранение больших ракет на черном порохе было также крайне трудным делом. Ракетный пороховой заряд не выдерживал длительного хранения, если, конечно, не создавались специальные условия.
Причина этого заключается в том, что для пороховых ракет большой мощности пороховую смесь необходимо прессовать в значительно большей степени, чем для небольших пиротехнических ракет. Удельный вес заряда пиротехнических ракет составляет примерно 1,25. Ракеты, изготовленные Зандером для экспериментов Опеля, имели удельный вес около 1,5 или даже 1,7. Разумеется, такая плотность заряда улучшала характеристики ракет, но благодаря этому прессованная пороховая смесь становилась чрезмерно хрупкой, гораздо более хрупкой, чем обычная. Если ракеты с крупным прессованным пороховым зарядом подвергнуть изменениям температуры, то в заряде, вероятно, появятся незаметные для глаза трещины. При запуске такой ракеты характеристики ее будут нормальными до тех пор, пока пламя не дойдет до трещины. Тогда поверхность горения резко увеличится за счет трещины, что приведет к столь же резкому усилению газообразования. В лучшем случае несгоревшие - куски пороховой смеси будут выбрасываться наружу. Но обычно корпус ракеты не выдерживает внезапного повышения давления, которое еще больше увеличивается, если сопло оказывается забитым несгоревшими кусками пороха.
Именно такие трещины были причиной взрывов во время экспериментов Опеля. Внезапное падение температуры, небольшая небрежность при перевозке - и ракета становилась взрывоопасной. То, что все это было не чисто академическим беспокойством, подтверждается отказом немецких железных дорог транспортировать эти ракеты.
Существовала еще одна проблема: если ракета на черном порохе была большой, то ее корпус приходилось изготавливать из металла, а когда горение продолжалось более 1-2 секунд, металлическая стенка передавала достаточное количество тепла для того, чтобы воспламенить порох в точке, до которой пламя еще не дошло.
Каждый специалист по взрывчатым веществам, которого знакомили с этими проблемами, разумеется, сразу предлагал перейти от прессованного черного пороха к артиллерийскому. Всем известны напоминающие макароны трубки бездымного пороха, применяемого в артиллерийских боеприпасах. Эти тонкие и довольно длинные трубки отличаются известной прочностью и даже гибкостью. Пороха такого типа выдерживают грубое обращение и весьма значительные колебания температуры.
Очевидно, первым человеком, начавшим подобные эксперименты с бездымными порохами, был профессор Годдард. Он интересовался в первую очередь скоростью истечения продуктов сгорания бездымных порохов, желая получить основу для дальнейших вычислений.
Может быть, однако, что первым попробовавшим свои силы на таких ракетах был Фридрих Зандер. По словам Макса Валье, который был очевидцем первых опытов Зандера над бездымными порохами, это случилось вскоре после испытаний ракетных автомобилей Опеля. Первые результаты были обескураживающими. После, нескольких секунд ровного, но весьма бурного горения обычно происходил взрыв. Мне неизвестно, в чем состояла ошибка Зандера; возможно, у него был неправильный состав смеси, а, может быть, часть заряда, прилегающая к стенкам камеры сгорания, нагревалась больше, чем нужно, за счет теплопередачи металлических стенок. Вероятно, какую-то роль в этом играла и слишком большая длина ракет Зандера. Во всяком случае эта проблема оказалась слишком сложной, чтобы он смог ее решить. Тем не менее скорость истечения газов в ракетах Зандера, по словам того же Валье, составляла свыше 1800 м/сек.
Позднее, в годы второй мировой войны, в боевых ракетах использовались в качестве топлива двухосновные пороха. Этот термин требует пояснения. Первоначально для замены пороха в орудиях был выбран пироксилин. Однако при каждой попытке осуществить это ствол орудия разрывался. Очевидно, пироксилин горел слишком быстро, и потому необходимо было как-то замедлить процесс горения. Это удалось сделать путем погружения мелко нарезанного пироксилина в сосуд с ацетоном. Ацетон не растворял пироксилина, но размягчал его до желеобразного состояния. Затем эта желеобразная масса смешивалась с обычным древесным углем, частично высушивалась и прокатывалась в тонкие листы, которые нарезались на небольшие квадраты или ромбики. Так приготовлялся одноосновный порох. Рецепт двухосновного пороха был составлен впервые Альфредом Нобелем и получил название кордита, или баллистита. Эти термины употребляются и сейчас, хотя состав и процесс изготовления этих порохов изменялись с тех пор несколько раз.
Двумя основами кордита (баллистита) являются два взрывчатых вещества - нитроглицерин и нитроклетчатка (пироксилин представляет собой один из видов нитроклетчатки). Главной отличительной чертой процесса производства этих веществ является жёлатинизация нитроклетчатки с помощью нитроглицерина. Но так как нитроглицерин - отнюдь не самый совершенный желатинизатор, то в процессе приготовления этих веществ применяются дополнительные реагенты. Английские специалисты по взрывчатым веществам, например, используют диэтилдифенилкарбамид, который в английской промышленности известен под сокращенным названием «карбамит» . Он является не только желатинизирующим компонентом, но также и прекрасным стабилизатором, нейтрализующим продукты распада азотных эфиров. Без него двухосновный порох по истечении некоторого времени становится ненадежным или просто небезопасным.
Ниже приводится весовой состав английского кордита:
Процесс производства кордита обычно называют сухим безрастворным. Действительно, этот процесс безрастворный, но не совсем сухой. Мягкая бесформенная мезга нитроклетчатки, которая смачивается водой, подается в бак с водой, где она перемешивается и где в нее одновременно вводится необходимое количество нитроглицерина. Через некоторое время эта смесь подается в другой бак с карбамитом, откуда после непродолжительного перемешиваний полученная сырая мезга направляется на сушильнуе столы, очень похожие на те, которые используются при производстве бумаги.
Здесь мезгу разделывают в листы пастообразной массы, содержащей 20-25% воды, которая выпаривается при сушке листов нагретым воздухом. Высушенные листы пропускаются затем через нагретые валки. Тепло и давление приводят к желатинизации массы. После этого желатинизированные листы прокатываются под большим давлением и помещаются в нагретые цилиндры, из которых они через матрицу выдавливаются.
В США вопрос о применении бездымного пороха для ракетного порохового заряда был впервые поднят в 1940 году. Артиллерийско-техническое управление армии США нуждалось в ракетном пороховом заряде для ускорения падения авиационных бомб, которые, как известно, при падении с небольших высот не имеют достаточной скорости в момент встречи с целью, какой обладает артиллерийский снаряд того же калибра. Вследствие этого авиабомба, сброшенная с небольшой высоты, имеет малую пробивную способность; при увеличении же высоты бомбометания теряется точность попадания бомбы в цель. Поэтому казалось логичным снабдить авиабомбу ракетным зарядом, чтобы, сохранив точность бомбометания, получить большую скорость встречи с целью. Предназначенный для этого ракетный ускоритель был создан в конце весны 1941 года, но практически такие бомбы никогда не применялись.
Пороховым зарядом в этом ракетном ускорителе был двухосновный порох, состоявший примерно на 60% из нитроклетчатки и на 40% из нитроглицерина с небольшим количеством дифениламина, добавляемого в качестве стабилизатора. Этот порох похож на английский ракетный кордит, однако метод изготовления его в Америке был совсем другим.
Американский метод можно назвать растворно-прессовочным и сводится он к следующему: составные части пороха приготовляются отдельно, а затем соединяются в присутствии быстро испаряющегося растворителя. При этом образуется толстый слой темноватой пасты, который затем легко прокатывается в листы для желатинизации. После этого листы режутся по длине в узкие ленты и эти ленты прессуются. Такой процесс производства двухосновного пороха считается более безопасным, чем английский метод.
Немцы также давно были знакомы с двухосновными порохами, но когда и Германии вплотную приступили к их разработке, было решено не применять нитроглицерин из тех соображений, что глицерин добывается из жиров, а в случае продолжительной войны Германия будет испытывать в них острый недостаток. Какова бы ни была истинная причина, но немцы заменили нитроглицерин жидкостью, известной химикам под названием диэтиленгликольдинитрат. Эта жидкость менее чувствительна, чем нитроглицерин, и поэтому более безопасна в обращении, но обладает большей желатинизирующей способностью, чем нитроглицерин.
В Германии, как и в других странах, существовала постоянная потребность во все больших ракетных пороховых зарядах, более крупных реактивных снарядах и в больших стартовых ракетах для самолетов. В Америке это привело к появлению так называемых гальситных топлив, а в Германии к изобретению «гисслинг пульвер» - соединения интересного во многих отношениях. Оно представляло собой особую пасту из нитроклетчатки и диэтиленгликольдинитрата с некоторым количеством дифениламина и карбамита. Эта паста в сыром виде размельчалась и постепенно добавлялась к расплавленному в ванне тринитротолуолу при постоянном помешивании смеси. Ниже дается окончательный состав приготовленного таким образом пороха.
Далее смесь в горячем состоянии поступала в вакуум, где из нее удалялись воздух и вода. После этого она разливалась в стальные формы и подвергалась медленному и регулируемому охлаждению в течение 24-48 часов. Разлив в формы позволял производить заряды исключительно крупных размеров. Некоторые экспериментальные заряды имели длину до 100 см. и диаметр свыше 50 см.
В 1942 году русские газеты опубликовали первые фотоснимки странного немецкого оружия, захваченного на русском фронте. Оно имело шесть коротких стволов длиной около 1,5 м, которые были установлены на легком модифицированном лафете 37-мм противотанковой пушки и напоминали барабан старого револьвера «Кольт». Эта несколько странная система представляла собой новое немецкое ракетное орудие. Официально оно называлось «Небельверфер-41», то есть «газомет», или прибор дымопуска образца 1941 года. Название указывало, что данное оружие первоначально предназначалось для применения в качестве химической мортиры для создания дымовых завес. Однако сообщения с фронта указывали, что это оружие применялось в качестве миномета для стрельбы осколочно-фугасными минами. Позднее были захвачены и химические снаряды для этого оружия, подтверждавшие его первоначальное назначение.
Рис. 29. Немецкие ракеты периода второй мировой войны.
Вверху-ракета «Небельверфер-41»;
в центре-более крупный вариант ракеты «Небельверфер»;
внизу - ракета «Вурфгерет»
Общая длина снаряда несколько превышала 100 см (рис. 29), а полный его вес равнялся 36 кг. Пороховой заряд размещался в головной части и состоял из семи шашек бездымного пороха, каждая длиной 400 мм и диаметром 40 мм с отверстием в центре диаметром 6,35 мм. Пороховой заряд весил около 6 кг. Снаряд имел калибр 15 см. Время запуска из всех шести стволов составляло, по сообщениям с фронта, в среднем 6 секунд, однако в немецких наставлениях указывалась гораздо меньшая скорострельность. Максимальная дальность стрельбы несколько превышала 5000 м. Кучность огня была хорошей, но, конечно, уступала кучности огня артиллерийских орудий того же калибра.
Главный недостаток «Небельверфера» заключался в том, что он сильно демаскировал себя при выстреле; пламя ракетного порохового заряда, вырываясь через открытую казенную часть пусковых труб, достигало 12 м в длину и было чрезвычайно ярким. Активная часть траектории ракеты составляла 140 м, и даже в дневное время, когда свет от факела ракетного двигателя не был так заметен, при запуске его поднималось большое облако пыли, демаскирующее огневую позицию.
Приблизительно через год после появления 15-см «Небельверфера» был создан более крупный реактивный миномет калибром 21 см слегка измененной конструкции. В снаряде этого миномета ракетный пороховой заряд помещался в хвостовой части. Вместо трубчатых шашек снаряд имел один большой пороховой заряд весом 6,6 кг, длиной 413 мм и диаметром почти 130 мм. На периферийной части заряда имелось восемь бороздок и восемь продольных каналов по кругу, а также один центральный осевой канал. Ниже приводится весовой состав этого заряда.
Дальность стрельбы этого более тяжелого миномета превышала примерно на 1000 м дальность стрельбы 15-см «Небельверфера».
Для нового снаряда было создано несколько типов пусковых устройств. Одно было похоже на первый «Небельверфер», но имело только пять пусковых труб, также расположенных по окружности. Имелась и другая пусковая установка, в которой пять пусковых труб размещались в ряд. Затем появилась пусковая установка на железнодорожной платформе, с двумя рядами труб, по пяти в каждом ряду.
К этому времени была создана и принципиально новая реактивная система, названная «Шверес Вурфгерет» (тяжелый метательный прибор).
В этом оружии использовался реактивный, двигатель 21-см снаряда в комбинации с 32-см боевой частью, наполненной смесью нефти и бензина (около 42 л). Весь снаряд был похож на боевую палицу древних богатырей и весил свыше 90 кг.
«Вурфгерет» начал поступать в войска отдельными снарядами, в специальной упаковке, служившей в качестве пусковой установки. Эта упаковочная рама ставилась в наклонное положение, и «Вурфгерет» был готов к запуску. Тяжелая зажигательная «бомба», приводимая в движение собственным двигателем, могла лететь на расстояние свыше 1800 м.
Позднее было найдено несколько таких 32-см снарядов, маркированных в головной части желтыми крестами; этим знаком немцы обозначали иприт. Но когда найденные снаряды были вскрыты специалистами химической службы, в них также оказалась смесь нефти с бензином.
Запуск ракетных снарядов из упаковочных рам был вполне удовлетворительным в отношении точности только на испытательных полигонах; на поле же боя такие снаряды оказывались малоэффективными. Тогда немцы составили вместе шесть рам в два ряда (по три в каждом ряду) и установили их на орудийном лафете, надеясь таким образом улучшить кучность огня и обеспечить большее его массирование. Приблизительно в это же время был создан и меньший вариант «Вурфгерета» с боевой частью диаметром 28 см, начиненной бризантным взрывчатым веществом.
Помимо «Небельверфера» и «Вурфгерета» немцы имели авиационные ракеты калибром 8 см и несколько образцов осветительных ракет калибром 8,6 см. Мы не будем касаться их устройства, а вместо этого рассмотрим еще одну ракету, которая имела, на мой взгляд, весьма оригинальную конструкцию. Это 21,4-см осветительная ракета R-LG. Она была разработана лабораториями главного командования ВМФ совместно с фирмой «Рейнметалл-Борзиг» (Дюссельдорф).
Ракета напоминала артиллерийский снаряд и имела длину около 1 м. Пороховой заряд был выполнен в виде одной толстостенной трубчатой шашки длиной 50 см при внешнем диаметре 20 см и внутреннем - 10 см.. Внутри этого широкого канала помещалась металлическая трубка с осветительным зарядом и парашютом. Максимальная высота полета ракеты составляла примерно 5000 м, максимальная горизонтальная дальность - 7500 м. Предполагалось, что эта ракета сможет нести в боевой части и осколочно-фугасный заряд. Разработка ракеты была закончена лишь к моменту капитуляции Германии, и в производство она запущена не была.
Русские с самого начала войны широко применяли реактивное оружие, но большинство их систем было сильно засекречено. О масштабах применения ракет можно судить хотя бы по тому огромному количеству ракет, которые были запущены против окруженной под Сталинградом армии Паулюса. Пусковые установки, применявшиеся там, были двух типов: одни сильно напоминали пусковые устройства Конгрева - широкие лестницы-стремянки, устанавливаемые прямо на земле, другие монтировались на автомашинах.
Весьма оригинальной русской системой было похожее на ящик пусковое устройство, которое немцы называли «сталинским органом». Оно состояло из 48 направляющих для запуска ракет калибром 8,2 см, которые запускались через очень короткие промежутки времени, то есть практически - залпом. В дальнейшем русские организовали массовое производство 13,2-см и 30-см ракет, но сведения о них хранятся в глубокой тайне.
В Японии разработка ракет началась с 1935 года, однако велась медленно и неуверенно. Она возглавлялась капитан-лейтенантом Кумао Хино. Общее впечатление, которое складывается при чтении различных ведомственных японских докладов, сводится к тому, что вышестоящие японские штабы определенно не хотели мешать разработке ракет, но и не проявляли к ней никакого интереса. Ассигнования были небольшими, материальных средств отпускалось мало. Известно, однако, что кое-какие достижения у японцев имелись. Так, они создали свое, весьма оригинальное ракетное твердое топливо, весовой состав которого показан ниже.
Сульфат калия - предназначался для замедления скорости горения. К тому времени, когда стало очевидно, что Япония проигрывает войну, кто-то узнал, что на японских военных складах хранится огромное количество 250-кг фугасных авиационных бомб, для доставки которых не хватает самолетов. Эти бомбы были переделаны в реактивные снаряды путем присоединения ракетного порохового двигателя к хвостовой части бомбы. Снаряды запускались с наклонных деревянных или железных желобов и имели максимальную дальность полета 4800 м. Подобным образом были «приспособлены» и другие авиационные бомбы и даже артиллерийские снаряды (см, приложение II).
Большая научно-исследовательская работа в области боевых ракет велась и в Англии. Общее руководство ею осуществлял Алвин Кроу, начальник технической службы министерства снабжения. О многом из того, что было проделано в этой области в годы войны, Альбин Кроу рассказал в лекции, состоявшейся 21 ноября 1947 года в Институте инженеров-механиков; печатный экземпляр этой лекции я получил от английского межпланетного общества, и я позволю себе привести здесь некоторые выдержки из нее.
«Сообщения, - говорил Кроу, - которые были получены английским правительством в 1934 году о ведущихся немцами работах в области ракет, заставили военное министерство серьезно задуматься над необходимостью разработки ракет в Англии. Первое совещание для обсуждения этого вопроса было созвано в декабре 1934 года, а в апреле 1935 года отделу исследований Вулвичского арсенала было предложено составить программу работ». Было решено, что в первую очередь необходимо попытаться создать зенитную ракету, эквивалентную по мощности снаряду английской трехдюймовой зенитной пушки. Это привело к разработке 5-см зенитной ракеты, опытные образцы которой были вскоре изготовлены и испытаны.
«Итоги первых экспериментов весной и летом 1937 года, - продолжал Кроу, - были ободряющими; ракеты казались вполне надежными, но с наступлением холодной зимы 1937/38 года стало очевидно, что качество созданной для этого типа ракет пластмассовой камеры сгорания было неудовлетворительным.
Примерно через год после разработки 5-см ракеты возникла необходимость в создании еще более крупной и мощной ракеты с характеристиками, приближающимися к характеристикам нового 94-мм зенитного орудия, которое должно было поступить на вооружение... В связи с этим срочно началась разработка 76-мм ракеты, которая была закончена к осени 1938 года, а следующей весной уже подверглась полигонным испытаниям. В течение зимы 1938/39 года на Ямайке было проведено около 2500 запусков по программе баллистических испытаний ракеты.
Результаты оказались неприемлемыми для имперского генерального штаба, так как характеристики были ниже требуемых, а в точности стрельбы новая ракета серьезно уступала 94-мм зенитному орудию. Тем не менее разработка этой ракеты с целью улучшить ее кучность продолжалась вплоть до начала войны».
Месяца через четыре после начала войны было решено, что даже такое оружие, которое не обладает достаточной точностью стрельбы, все равно найдет себе применение, в связи с чем было дано указание запустить 76-мм ракету в производство. К тому времени была создана и пусковая установка для этой ракеты. В течение 1940-1941 годов было изготовлено несколько тысяч таких установок, предназначавшихся для обороны наиболее важных объектов- крупнейших военных заводов и железнодорожных пунктов снабжения. В ноябре 1941 года по образцу одинарной была создана спаренная пусковая установка. Позднее появились установки для залпового пуска, обеспечивавшие батареям 76-мм ракет массированное ведение огня залпами по 128 ракет. Еще более поздним шагом была разработка 127-мм ракеты для сухопутных войск; в наставлении к ней говорилось, что она может нести боевую головку весом 13,5 кг на расстояние от 3 до 6 км.
Как уже упоминалось, к научно-исследовательской работе в области боевых ракет США приступили в 1940 году. Несмотря на то, что американцы работали самостоятельно, им были знакомы английские модели ракет, поэтому они могли легко избежать любой ошибки, допущенной в Вулвиче. История развития американского ракетостроения уже рассказана людьми, более осведомленными в этом вопросе, то есть теми, кто руководил этой работой и вел ее. Я же ограничусь лишь описанием некоторых технических вопросов и покажу, каким образом они решались американскими инженерами.
Очевидно, изобретение высококачественного порохового ракетного заряда еще не решало всей проблемы; нужно было сделать так, чтобы при использовании его в качестве двигательной установки ракете обеспечивалась равномерная тяга, а этого как раз и нельзя было добиться в ракете на обычном черном порохе. В такой ракете тяга почти внезапно и очень быстро возрастает до определенной величины, скажем до 7 кг, и сохраняется на этом уровне в течение четверти секунды или около этого, затем также быстро падает, пусть до 0,5 кг, и остается на этом уровне в течение еще 1-2 секунд. Проектировщики хотели получить такую ракету, которая быстро развивала бы определенную тягу, сохраняла бы ее некоторое время и затем уже прекращала бы работу. Кривая в графике изменения тяги во времени у такой ракеты должна была быть похожей на профиль длинного плоского здания с наклонными стенами (так называемая кривая с плоским верхом).
Такая кривая тяги может быть получена только в том случае, если истекающие газы ракетного двигателя будут постоянными в отношении как скорости истечения, так и объема (массы) на протяжении всей его работы. Поэтому было необходимо получить такую шашку пороха, которая горела бы ровно. Чтобы понять, в чем здесь дело, представьте, что ваша пороховая шашка имеет форму шара и горит только на поверхности. По мере сгорания этого шара его поверхность становится все меньше и меньше. Поэтому количество генерируемого газа также уменьшается, и кривая тяги идет вниз, Данная проблема осложняется еще и тем, что сгорание происходит в замкнутом пространстве, имеющем только один выход - сопло, в связи с чем всякое повышение давления в камере сгорания приводит к изменению скорости горения ракетного заряда.
Одно из наиболее часто применяемых решений этой проблемы заключается в том, чтобы придать ракетному заряду форму толстостенной трубки, которая горела бы как «вовнутрь» (при этом поверхность горения уменьшается), так и «изнутри» (при этом поверхность горения увеличивается). Таким образом оба процесса должны уравнивать количество выделяющихся газов в течение всего процесса горения. Но добиться такого горения нельзя в пороховом ракетном заряде, который плотно прилегает к стенкам ракеты; его нужно держать в «подвешенном» состоянии (рис. 30).
Рис. 30. Ракеты на твердом топливе.
Вверху - ракета с бронированной пороховой шашкой;
внизу-ракета с пороховой шашкой, горящей по всей поверхности
В Англии это поняли еще в самом начале работ над пороховыми двигателями. Англичане называли такой заряд «свободным». Исследователи в Америке решили по-своему и назвали аналогичный заряд «шашкой с горением по всей поверхности». Для лучшего понимания существа вопроса остановимся на понятиях «шашка», «толщина стенки» и «решетка». Пороховая шашка представляет собой кусок порохового заряда любой формы и размеров. Сейчас имеются шашки длиной в 1 м и весом до 500 г на каждый дюйм их длины (200 г/см). Всякая шашка имеет определенный диаметр, но не он является ее главной характеристикой; поскольку шашки обычно изготовляются полыми, толщина их стенок не менее важна, чем диаметр. За толщину стенки трубчатой шашки принимается ее максимальная толщина. Решеткой называется приспособление, удерживающее шашку в определенном положении.
Прекрасным примером по простоте устройства и характеристикам является современная авиационная 127-мм ракета на твердом топливе, известная под названием «Холи Мозес». На рис. 31 изображены три основные части этой ракеты: боевая головка, ракетная часть (ракетный двигатель) и хвостовая часть со стабилизатором.
Рис. 31. 127-мм авиационная ракета "Холи Мозес"
Пороховая шашка в этой ракете имеет при весьма толстых стенках крестообразное сечение, что делает ее очень удобной для серийного производства. Такая форма сечения шашки обеспечивает ровное горение с незначительным отклонением в количестве образующихся газов. Чтобы получить требуемую скорость горения, некоторые участки шашки могут бронироваться полосками из пластмассы, ограничивающими горение. В очень длинных шашках желательно бронировать только ту часть шашки, которая находится ближе к соплу. Это делается для того, чтобы рядом с соплом не образовывалось слишком много газов, которые могут блокировать газы, выделяющиеся в передней части двигателя, и таким образом разорвать двигатель.
В течение некоторого времени исследователи бились над решением одной весьма любопытной проблемы. Известно, что шашки, изготовленные из двухосновного пороха, не всегда безупречны. Они могут, например, иметь внутренние пустоты, которые приводят к тем же отрицательным последствиям, что и трещины в шашках из черного цороха. Обнаружить такие пустоты было нелегко, тем более, что применяемое для стабилизации горения вещество заставляло пороховой заряд темнеть по мере его старения. Поэтому с большой радостью было встречено сообщение о том, что с помощью карбамита шашки можно делать полупрозрачными. Эти шашки было легче проверять, но на испытаниях оказалось, что каждый второй заряд разрывает двигатель. Темные шашки, которые, возможно, имели крупные- пустоты и дефекты, приводили к меньшему количеству взрывов, чем полупрозрачные. Тщательное изучение показало, что при горении полупрозрачной шашки происходит какой-то неизвестный процесс, который был назван «термитным растрескиванием», потому что частично сгоревшие шашки выглядели так, словно их изъели термиты.
Пришлось провести целую серию исследований, чтобы установить, что происходит в этих шашках. Оказалось, что когда шашка горела, то выделялась не только тепловая, но и световая энергия, которая, проникая в виде лучей внутрь прозрачной шашки, абсорбировалась микроскопическими частицами пыли, вкрапленной в порох. Поглощая лучи, эти частицы нагревались до такой степени, что воспламеняли порох, находившийся рядом с ними. В результате образовывались местные очаги горения, которые и приводили к характерному «растрескиванию» пороха, сопровождаемому взрывами. Именно в силу этих обстоятельств в настоящее время все шашки имеют черный цвет.
После того как были решены проблемы размеров шашки, толщины ее стенок, диаметра сопла и другие вопросы, связанные с двигателем, возникла еще одна проблема, проблема стабилизации ракеты на полете. Предыдущая практика показывала, что стабилизировать ракету можно двумя путями. Один путь был подсказан древней стрелой, другой, более современный, - винтовочной пулей. В применении к ракетам эти методы можно назвать соответственно аэродинамической стабилизацией и стабилизацией вращением. Аэродинамическая стабилизация требует создания специальных приспособлений - стабилизаторов в хвостовой части ракеты и зависит от скорости движения ракеты на активном участке траектории.
Стабилизация ракет вращением, впервые примененная Гейлом в XIX веке, может не зависеть от скорости ракеты, если для создания вращательного момента используется энергия истекающих газов. Последнее же достигается одним из двух методов: применением «газовых рулей» в потоке истекающих газов или созданием нескольких сопел, расположенных по окружности ракетной камеры с небольшим наклоном (этот метод немцы использовали в снаряде «Небельверфера»). Второй метод является лучшим, так как «газовые рули» приводят к потере мощности двигателя.
Исследование влияния количества вращательного движения на точность полета ракеты осуществлялось отделом Национального исследовательского комитета по оборонным мероприятиям США, ведавшим разработкой ракетного артиллерийского вооружения. Метод исследования предложил Р. Мэллина, который в то время был занят проектированием ракет для фирмы «Белл Телефон Лэборотрис». Его идея заключалась в том, чтобы запустить ракету без всяких стабилизаторов из вращающейся пусковой трубы. Это давало возможность испытывать одну и ту же ракету при разных вращательных моментах. Предложение было немедленно принято, и была построена специальная пусковая установка, состоявшая из пусковой трубы, установленной на больших шариковых подшипниках, помещенных в неподвижной трубе. Вся установка имела механизмы вертикальной и горизонтальной наводки, как у обычного орудия. Вращение внутренней пусковой трубы обеспечивалось электромотором мощностью в 1,5 л. с.; она могла вращаться со скоростью 800, 1400 и 2400 об/мин.
В результате опытов было установлено, что даже при умеренной скорости вращения достигается значительное уменьшение рассеивания ракет и что скорость вращения не является критическим фактором устойчивости. Рассеивание невращающихся стандартных ракет составляло 0-39 угломера, то есть на дистанции 1000 м такая ракета отклонялась на 39 м, а при стрельбе ракетами, вращающимися со скоростью 800, 1400 и 2400 об/мин, рассеивание уменьшалось соответственно до 0-13, 0-11 и 0-9 делений угломера. Для изучения влияния вращательного движения на другие ракеты, имевшие очень большое рассеивание, было проведено 25 таких запусков при скорости вращения пусковой трубы порядка 2400 об/мин. Рассеивание составило 0-13 угломера. Когда такие же ракеты были запущены из невращающейся пусковой трубы длиной 3,3 м, рассеивание увеличилось до 0-78
Однако лишь несколько американских вращающихся ракет было применено на поле боя (см. Приложение II). Большая же часть американских ракет периода второй мировой войны стабилизировалась при помощи аэродинамических стабилизаторов. Весьма распространенным среди этих ракет был снаряд реактивного противотанкового ружья «Базука». Первые ракеты «Базука» имели существенные конструктивные недостатки. Имели место частые разрывы ствола при стрельбе в жаркие дни, но после того как заряд уменьшили, он хорошо работал в жаркую и теплую погоду, а в холодные дни по-прежнему отказывал. Когда наконец был отработан заряд, хорошо действовавший при любых температурах, появились жалобы на то, что пусковая труба слишком длинна и неудобна для применения в лесу и на пересеченной местности. Но пусковая труба должна была быть длинной, так как было необходимо, чтобы весь пороховой заряд сгорал до вылета ракеты из трубы, иначе факел ракетного двигателя мог обжечь наводчику лицо. Эта частная проблема была позднее решена очень просто, путем создания складывающейся пусковой трубы.
Впервые на поле боя «Базука» была применена в Северной Африке. Когда в начале 1943 года генерал-майор Л. Кемпбелл сообщил о существовании у союзников этого оружия и пояснил, что небольшая ракета, весящая всего несколько килограммов, может уничтожить танк, многие подумали, что такая ее эффективность объясняется высокой скоростью ракетного снаряда. В действительности же ракета «Базука» движется очень медленно; ее можно видеть на всем протяжении траектории от пусковой трубы до цели. Секрет высокой пробивной силы не имел ничего общего с тем фактом, что «Базука» была снабжена ракетным двигателем; он скрывался в заостренной боевой головке ракеты, где был помещен кумулятивный заряд.
Этот заряд был изобретен американским специалистом по взрывчатым веществам профессором Чарльзом Мунро. В 1887 году, экспериментируя со взрывчатыми веществами, Мунро заметил совершенно новое и поразительное явление. Один из образцов взрывчатого вещества, которое он испытывал, представлял собой диск пироксилина с вырезанными на нем буквами и цифрами-«USN 1884», обозначавшими место и время его изготовления. Мунро подорвал этот диск пироксилина рядом с тяжелой бронированной плитой. Как он и ожидал, ущерб, нанесенный бронированной плите, был незначительным, но буквы и цифры «USN 1884» оказались вырезанными в металле! Ничего подобного никогда не наблюдалось. Это странное явление могло быть объяснено только тем, что взрывчатый заряд не прилегал плотно к металлу в местах, где были вырезаны буквы и цифры. Мунро заключил, что сочетание небольшого воздушного пространства и плотно прилегающего к металлу взрывчатого вещества вокруг данного воздушного пространства, вероятно, и было причиной этого явления. Чтобы проверить свою догадку, он взял связку динамитных палочек и крепко связал их вместе, а несколько центральных палочек втянул внутрь на 2 см. Полученный заряд легко пробил отверстие в толстой стенке банковского сейфа. В 1888 году профессор Мунро написал о своем открытии несколько статей, и с тех пор это явление получило название «эффект Мунро», который объяснялся фокусирующим действием продуктов взрыва заряда.
При наблюдении со стороны взрыв кумулятивного заряда подобен взрыву любого другого заряда: энергия взрыва распространяется равномерно во всех направлениях, но внутри воздушной полости газы, освобожденные взрывом, фокусируются, то есть собираются в узкую струю, обладающую большой пробивной силой (рис. 32).
Рис. 32. Кумулятивный заряд Мунро американской гранаты М9А1 (стрелками показано направление действия взрыва)
Военные исследования по кумулятивным зарядам не проводились до второй мировой войны, когда была создана металлическая облицовка кумулятивной воронки в заряде. Если эффект Мунро проявлялся как действие высокоинтенсивной струи раскаленных газов, выбрасываемых в одном направлении, то было совершенно ясно, что пробивную силу этой струи можно усилить, если каким-либо образом увеличить ее массу. Предполагалось, что слой металла, покрывавший воронку, будет разорван взрывом на небольшие осколки, которые увеличат массу газов. Вскоре это предположение было подтверждено экспериментальным путем, причем наиболее эффективными в качестве облицовочного материала воронки были признаны цинк и сталь.
Эффект Мунро зависит не только от наличия полости во взрывчатом веществе и металлической облицовки, но также и от расстояния между зарядом и целью в момент взрыва. Это расстояние должно быть равно нескольким сантиметрам. По этой причине кумулятивный заряд при больших скоростях встречи становится малоэффективным, так как для срабатывания взрывателя и взрыва заряда необходимо какое-то время. Ракета «Базука» вполне подходила по скорости для кумулятивного заряда. Другой американской ракетой, снабженной кумулятивным зарядом, не считая усовершенствованных вариантов той же ракеты «Базука», являлась разработанная наспех для войны в Корее ракета «Рэм».
Более тяжелые американские ракеты периода второй мировой войны не имели кумулятивных зарядов, так как они предназначались для борьбы не с танками, а с живой силой противника. Сюда относятся ракеты калибром 114 мм и 183 мм. Первая весила около 17 кг, обладала почти такой же разрушительной силой, как снаряд 105-мм гаубицы, и обслуживалась одним человеком. Она выпускалась вместе с упаковочной трубой, которая одновременно служила ей и пусковой установкой. К трубе придавалась тренога, похожая на штатив фотоаппарата. Вся система весила около 23 кг.
Ракеты калибром 114 мм и 183 мм монтировались на установках на палубах специальных кораблей-ракетоносцев; при этом управление огнем велось из безопасного укрытия под палубой. Один корабль-ракетоносец в течение нескольких минут мог выбросить столько же стали и взрывчатого вещества, сколько выбрасывают орудийные башни трех линкоров. Массированное применение ракет сделало возможным успешные прорывы береговой обороны и высадку морских десантов. Так, вторжение в Южную Францию было осуществлено после массированного использования до 40000 ракет.
Для поддержки сухопутных войск были созданы специальные «ракетные» танки. На башне танка «Шерман» М-4 было установлено в четыре яруса 60 пусковых труб для 114-мм ракет. Эта установка получила название «Каллиопа», она поворачивалась вместе с башней танка. Шарнирный стержень, соединявший установку с 75-мм башенной пушкой, позволял осуществлять вертикальную наводку с помощью орудийного механизма вертикальной наводки. Электрическое пусковое устройство, разработанное фирмой «Вэстерн электрик», давало возможность запускать ракеты через очень короткие промежутки времени.
Секретным устройством на протяжении всей войны являлась противолодочная ракетная установка М-10, известная под названием «Хеджехог». Она была разработана в Англии, но в дальнейшем передана в США, где специалисты ВМФ значительно усовершенствовали ее. Установка имела 24 тяжелые ракеты, которые запускались в течение 2,5 секунды. Ракеты падали в районе предположительного местонахождения подводной лодки противника и погружались в воду боевой частью вниз. Заряды этих ракет не были обычными глубинными бомбами, они взрывались только при встрече с целью, а не при достижении определенной глубины. Поэтому звук подводного взрыва являлся показателем того, что подводная лодка поражена.
Однако самой большой американской ракетой периода второй мировой войны оказалась авиационная ракета «Тайни Тим», предназначенная для поражения целей, расположенных вне пределов досягаемости обычной артиллерии. Внешне она напоминала авиационную морскую торпеду и имела длину 3 м и диаметр 30 см; в стартовом положении она весила 580 кг. Пороховой ракетный заряд состоял из четырех крестообразных шашек общим весом до 66 кг. Боевая головка ракеты «Тайни Тим» весила 268 кг и несла около 68 кг тротила.
Первые экспериментальные запуски ракеты «Тайни Тим» с самолета проводились с помощью устройства, выдвигающегося из бомболюка; при запуске же с истребителей ракета сбрасывалась на вытяжном шнуре.
Во время одного из первых испытаний, в конце августа 1944 года, произошел несчастный случай. Сразу же после запуска ракеты «Тайни Тим» самолет, с которого производился запуск, перешел в пикирование и разбился. При этом погиб и пилот, лейтенант Армитидж, именем которого назван аэродром на ракетной испытательной станции в Иньокерне (штат Калифорния). Расследование причин катастрофы показало, что хвостовое оперение самолета было сильно повреждено воспламенителем ракетного заряда. Было предложено значительно уменьшить мощность воспламенителя, а также увеличить длину шнура. С тех пор запуски ракет несчастными случаями не сопровождались.
Во время второй мировой войны ракета «Тайни Тим» применялась против японцев на острове Окинава. Но установить эффективность ракетной бомбардировки тогда не удалось, потому что ракеты были использованы в комплексе с многими другими средствами поражения.
К этому времени относится и начало разработки зенитных ракет. Эти ракеты отличаются тем, что нуждаются в ускорителе для обеспечения как можно большего начального импульса при запуске. Естественно, что это достигается за счет максимального увеличения заряда ускорителя. Первоначально зенитным управляемым снарядам придавалась форма и вид реактивного самолета. Но, для того чтобы запустить эти снаряды и вывести на траекторию, был нужен мощный ракетный ускоритель или же дорогостоящая и чересчур громоздкая катапульта. К сожалению, изготавливавшиеся в то время стартовые ракеты были сравнительно небольшими и маломощными. Для обеспечения взлета самолета-истребителя требовались две - четыре такие ракеты, а для взлета тяжелого бомбардировщика нужно было несколько десятков таких ракет. Поэтому разработкой тяжелых, мощных ускорителей занялись не только создатели управляемых зенитных ракет, но и авиационные промышленные фирмы.
Химикам, специалистам по топливам, конечно, были хорошо известны все возможности известных тогда топлив для ускорителей. Главной их проблемой в этом деле было не столько отыскание собственно горючего, то есть сжигаемого вещества, сколько подбор окислителя - вещества, дающего необходимый для горения кислород. Все известные в ту пору твердые окислители делились на две группы, в каждой из которых имелось большое количество веществ, отличавшихся своими преимуществами и недостатками.
К первой группе относились нитраты, из которых больше всего в пиротехнической практике был известен нитрат калия (КМО 3). Почти 40% его веса составляет кислород, выделяющийся при сгорании. Однако продукты сгорания с этим окислителем состоят главным образом из дымов, что создает при работе с ним большие трудности. Следующим в этой группе был нитрат натрия (NаNО 3), который выделяет еще больше кислорода (около 47%), но также дает много дыма и, кроме того, имеет еще ряд недостатков. Третий окислитель, нитрат аммония (NH 4 NO 3), не образует при сгорании никаких твердых продуктов, но выделяет всего лишь 20% кислорода, так как часть кислорода уходит на соединение с водородом той же молекулы. Помимо этого, при большом увеличении температуры (выше 32° С) сильно изменяется объем нитрата аммония, что представляется небезопасным .
Вторая группа включала в себя перхлораты. На первый взгляд эти вещества кажутся более эффективными, чем нитраты, так как выделяют в среднем более 50% (по весу) кислорода. Так, перхлорат магния (MgCl0 4) выделяет 57,2% кислорода. Но химики отвергли это вещество из-за его чрезвычайно высокой гигроскопичности. Следующим по количеству выделяемого кислорода (52%) является перхлорат натрия (NaCl0 4), тоже весьма гигроскопичное соединение, которое при горении выбрасывает твердое вещество - поваренную соль. Еще один окислитель этой группы, перхлорат калия (KClO 4), дает почти 46% кислорода, но так же, как и перхлорат натрия, образует твердый остаток-хлористый калий (КСl). Последний в группе-перхлорат аммония (NH 4 Cl0 4); он высвобождает до 34% кислорода, не изменяет объема, как нитрат аммония, и не выбрасывает с продуктами сгорания никаких твердых веществ. Но одним из продуктов сгорания перхлората аммония является хлористый водород (НСl) - крайне токсичное и весьма активное вещество, которое в сыром воздухе образует туман.
Из всех перечисленных окислителей только перхлорат калия может быть использован в ракетном двигателе, и он действительно был применен в качестве топливного компонента Гуггенхеймской авиационной лабораторией Калифорнийского института технологии (сокращенно GALCIT) .
Однако мы забыли еще об одной группе химических веществ с высокими окислительными свойствами-о так называемых пикратах, основой которых является пикриновая кислота. Эта кислота может служить взрывчатым веществом, и, кроме того, она довольно токсична. Ее полное название - тринитрофенол (НО С 6 Н 2 (N0 2) 3). Химики относят ее к типичным нитросоединениям ароматического ряда, а военные называют ее лиддитом или мелинитом.Очень чистая пикриновая кислота сама по себе вполне безопасна, но она легко образует при реакциях с металлами некоторые соли - пикраты, чрезвычайно чувствительные к трению или нагреванию. Пикраты тяжелых металлов, особенно таких, как свинец, детонируют при малейшей встряске. С пикратами легких металлов обращаться легче; уже давно известны такие пикратные пороха, как порох Брюжера и порох Дезиньоля, которые применялись как для гражданских взрывных работ, так и для военных целей. Порох Брюжера состоял на 54% из пикрата аммония, на 45% из нитрата калия и 1% инертных веществ. Порох Дезиньоля включал в себя пикрат калия, нитрат калия и древесный уголь.
В настоящее время применяется пороховая ракетная смесь, близко напоминающая порох Брюжера, которая состоит из пикрата аммония (40-70%), нитрата калия (20-50%) и твердой добавки.
Однако, несмотря на определенную перспективность пикратных порохов, более употребительными стали все же старые двухосновные пороха Нобеля, которые теперь изготовляются не в виде прессованных шашек, а в форме литых пороховых зарядов. Прессованные шашки Нобеля обычно включали в себя 50-60% нитроклетчатки, 30-45% нитроглицерина и 1-10% других веществ, литые же заряды наряду с нитроклетчаткой (45-55%) и нитроглицерином (25-40%) содержат еще до 12-22% пластификатора и около 1-2% различных специальных добавок.
Замена прессования отливкой позволила создавать заряды толщиной более 30 см и длиной свыше 180 см, высвобождающие всю энергию, заключенную в них, в течение 2,5-3 секунд и создающие тем самым огромный начальный импульс. Большие литые пороховые заряды окружены слоем пластмассы, который плотно прилегает к стенкам корпуса ракетного двигателя.
Один из таких больших ускорителей показан в разрезе на рис. 33. В этом образце передняя плита давит на заряд с помощью мощной пружины. Это позволяет фиксировать положение заряда и иметь небольшое пространство для компенсации теплового расширения заряда в начале горения. Заряд воспламеняется спереди, а горение развивается от центрального канала к периферии заряда. Путем придания центральному каналу определенной формы можно обеспечить регулировку внутреннего давления. Рассмотренная выше крестообразная шашка, например, горит таким образом, что внутреннее давление является максимально высоким в момент воспламенения заряда, в то же время толстостенная трубчатая шашка теоретически обеспечивает постоянное давление в камере сгорания в течение всего периода работы двигателя; такое горение называется горением при неизменной тяге. Если давление в камере сгорания поднимается с момента воспламенения и возрастает до тех пор, пока весь заряд не выгорит, имеет место, как говорят, горение с возрастанием тяги. Такое горение наиболее характерно для шашки, выполненной в форме стержня с несколькими продольными каналами; менее присуще оно таким шашкам, которые плотно прилегают к стенкам корпуса двигателя и имеют только один центральный канал. Если последний имеет не круглую, а звездообразную форму, происходит интересное явление: заряд горит с небольшим возрастанием тяги в течение первой четверти секунды, затем, в продолжение 2 секунд, горит с падением тяги, после чего тяга снова возрастает. К тому же звездообразное сечение центрального канала предъявляет весьма небольшие требования к прочности корпуса и таким образом позволяет уменьшить его вес.
Рис. 33. Ускоритель на твердом топливе
Такие ускорители применяются для запуска больших управляемых снарядов, например самолетов-снарядов «Матадор». Было также несколько попыток использовать их на экспериментальных пилотируемых самолетах-истребителях. Кроме того, пробовали ставить ракетные ускорители на специальные ракетные салазки и тележки для проверки влияния больших ускорений и замедлений на организм человека. Подобные ускорители были испытаны и на зенитных ракетах, что привело к созданию совершенно нового типа исследовательских ракет, которые рассматриваются в последующих главах книги. И, наконец, эти тяжелые литые заряды позволили создать новые ракеты класса «земля-земля», способные нести тяжелую боевую головку, в том числе и атомную, на расстояние, соответствующее дальности стрельбы самой дальнобойной артиллерии.
Рис. 34. Ракета «Онест Джон» и траектории ее полета
Ракета, которую я имею в виду, называется «Онест Джон» (рис. 34). Эта тщательно испытанная и вполне надежная система, официально именуемая артиллерийской ракетой М-31, имеет пусковую установку типа ХМ-289 с углом возвышения около 45°. По внешнему виду «Онест Джон» напоминает огромную ракету «Базука», главным образом из-за массивной заостренной боевой головки. 4 октября 1956 года во время показа на Абердинском полигоне одна из ракет «Онест Джон» покрыла расстояние 20 800 м, а вторая прошла 20 600 м.
Характерным в ракете «Онест Джон» является то, что она не имеет никакой системы наведения; наводка осуществляется, подобно артиллерийскому орудию, посредством изменения угла возвышения пусковой установки. Поскольку все пороха горят с различной скоростью, во многом зависящей от температуры окружающего воздуха, результаты запусков неуправляемых ракет не совсем одинаковы. Чтобы как-то снизить температурное влияние окружающего воздуха, ракета «Онест Джон» снабжается специальными термоэлектрическими покрывалами. В условиях низких температур эти покрывала поддерживают оптимальную температуру порохового заряда. В настоящее время создан уменьшенный вариант ракеты «Онест Джон» - так называемый «Литтл Джон» ХМ-47. Эта ракета имеет калибр 318 мм.
Примечания:
Древнегреческая мера длины, колебавшаяся в зависимости от рельефа местности в пределах 150-190 м. (Прим. ред.)
Полное название этой книги выглядит так: «Звездный вестник, возвещающий о великих и удивительных зрелищах и предлагающий их вниманию философов и астрономов, каковые зрелища наблюдаемы были Галилео Галилеем с помощью недавно изобретенной им зрительной трубы на лике Луны, в бесчисленных неподвижных звездах, в Млечном пути, в туманных звездах, в особенности же при наблюдении четырех планет, обращающихся вокруг Юпитера в разные промежутки времени с удивительной скоростью, планет, которые до последнего времени никому известны не были и которые автор совсем недавно открыл первый и решил назвать Медицейскими светилами». - (Прим. авт.)
См. Eberhardt О, Freier Fall, Wurf und SchuB, Berlin, 1928.
Lehmano E, A. Zeppelin, Longmans Green. New York, 1937, p. 103-104.
В отечественной промышленности и литературе это вещество известно под названием «централит». (Прим. ред.)
Позднее было установлено, что от этого фактора можно легко освободиться. Филиал по ракетным топливам фирмы «Филиппс петролеум» разработал твердое топливо для ускорителей, состоящее из сажи, синтетической резины и некоторых присадок с нитратом аммония в качестве окислителя. Это топливо весьма устойчиво к большим колебаниям температуры, но выделяет при горении небольшое количество дыма. (Прим. авт.)
Это топливо состояло из 70-78% КСlO 4 и 22-30% асфальта с небольшим добавлением асфальтового маcла. (Прим. авт).
Гигантский транспортный самолет Stratolaunch Model 351, предназначенный для запуска с высоты 9100 метров ракет-носителей, впервые выведен из ангара в пустыне Мохаве (штат Калифорния). Об этом 31 мая сообщил в распространенном интернет-порталом Space.com заявлении главный управляющий компании Stratolaunch Systems Corp Джин Флойд .
Машина, созданная корпорацией Orbital OTK, оснащена шестью двигателями Pratt&Whitney PW4056 и состоит из двух фюзеляжей длиной 72 метра каждый, соединенных общим крылом длиной 117 метров. Масса самого самолета — 250 тонн, а с полной нагрузкой — 590 тонн. Таким образом, самолет Stratolaunch Model 351 по размаху крыла превосходит бывший до сих пор самым большим самолетом в мире советский Ан-225 «Мрия» с размахом крыла 88,4 м (Ан-225 все же сохраняет преимущество по длине (84 м) и максимальному взлетному весу (640 тонн). Он, напомним, впервые поднялся в воздух в 1988 году.
Самолет предназначен для использования в качестве носителя для авиационно-космической системы Stratolaunch, создаваемой американской компанией Stratolaunch Systems, основанной соучредителем Microsoft Полом Алленом и знаменитым авиаконструктором Бертом Рутаном. Первый демонстрационный запуск с борта Stratolaunch ожидается в 2019 году. На первом этапе он будет нести одну ракету-носитель Pegasus XL, а в дальнейшем — до трех ракет.
Впрочем, ситуация с ракетами-носителями (РН) не вполне ясна. Во время церемонии выкатки самолета Флойд заявил, что компания будет «активно изучать широкий спектр ракет-носителей, что позволит обеспечить большую гибкость для заказчиков». Российский военный блог bmpd, который ведут специалисты Центра анализа стратегий и технологий (ЦАСТ), замечает, что легкая ракета Orbital ATK Pegasus XL уже давно используется для воздушных стартов с самолета Stargazer, поэтому особой необходимости в создании гигантского носителя нет. Другое дело, что еще в 2014 года компания Sierra Nevada Corporation объявила о разработке применительно к использованию со Stratolaunch уменьшенного варианта проекта своего легкого пилотируемого челнока Dream Chaser.
Как отмечают эксперты, космическая техника стремительно уменьшается в размерах и нынешние ракеты, приспособленные под тяжелые спутники, уже выводят 10, 12, 17 аппаратов. В этом смысле запускать мини-спутники воздушным стартом выгодно по нескольким причинам. Во-первых, ракете такого комплекса не нужна первая разгонная ступень, которая преодолевает «тяжелый» слой атмосферы первые 10 километров. Во-вторых, не надо ждать, когда наберется весь пакет спутников, как в случае с наземным стартом. В-третьих, спутники можно запускать с мест, максимально приближенных к экватору и к точке на орбите, а для наземных запусков требуется гораздо больше объектов инфраструктуры.
Военные аналитики считают, что американцы всегда старались лидировать в сегменте воздушного старта не только потому, что хотели сделать запуски спутников быстрыми и дешевыми. Это крайне важно и для обороны: в случае обострения ситуации и какого-то конфликта, можно почти мгновенно вывести спутник в нужную точку, и аппарат будет давать необходимую информацию о противнике. Отработка систем для мирного космоса позволяет проводить эксперименты с гиперзвуковыми аппаратами, способными достичь любой точки на планете и выходить на околоземную орбиту.
— Как минимум, системы с воздушным стартом РН позволяют выводить спутники в оперативном режиме, если стартовые наземные площадки будут повреждены, — отмечает научный сотрудник Центра анализа стратегий и технологий, главный редактор журнала «Экспорт вооружений» Андрей Фролов . — США долгое время работали над возможностью воздушного старта стратегических ракет МБР, сбрасывая Minuteman IА c военно-транспортного самолета С-5А, а позже — прототип баллистической ракеты eMRBM. В данном случае речь идет о платформе, на которую можно подвесить как ракету-носитель, так гиперзвуковой аппарат, главное, чтобы они по габаритам подходили.
Член-корреспондент Российской академии космонавтики им. Циолковского Андрей Ионин напоминает, что группа миллиардера Пола Аллана уже выигрывала конкурс Ansari X Prize для государственных и коммерческих структур, когда в течение двух недель надо было два раза подняться в космос на одном и том же средстве.
— Тогда конструктором системы также был Берт Рутан, гениальный авиаконструктор, который делает не серийные, а именно рекордные самолеты. Именно его аппарат «Вояджер» впервые совершил беспосадочный полет вокруг Земного шара без дозаправки. Затем долгое время Рутан и миллиардер Ричард Брэнсон работали в рамках проекта компании Virgin Galactic, который предполагает организовывать туристические суборбитальные космические полёты и запуски небольших искусственных спутников с помощью космолёта SpaceShipTwo и самолёта-разгонщика WhiteKnightTwo. В 2011 году стало известно, что Рутан переключился на Stratolaunch. И что интересно, этот огромный самолет похож на тот, который был в Virgin Galactic.
Транспортный самолет Stratolaunch Model 351 (Фото: stratolaunch.com)
Таким образом, мы видим некую битву англосакских миллиардеров: с одной стороны — Пол Аллен со Stratolaunch, с другой — Илон Маск со своими возвращаемыми ракетами Falcon 9, с третьей — Ричард Брэнсон с Virgin Galactic. Другое дело, что в настоящее время проблема не с ракетами-носителями, а в самом рынке запусков. Скажем, Stratolaunch также будет толкаться на рынке с другими средствами выведения в сегменте запуска небольших спутников на невысокие орбиты. Конечно, если реализуются такие проекты как OneWeb (группировка из большого количества спутников, которая, как предполагается, обеспечит пользователей по всему миру широкополосным интернетом), то появится спрос на большое количество запусков.
«СП»: — Вы полагаете, что этот проект из разряда рекордных и вряд ли совершит революцию на рынке запусков?
— Одновременный запуск трех ракет с полезными нагрузками может быть востребован на рынке, но пока рынок запусков не такой уж и большой. Поэтому я не думаю, что сейчас кто-то решится соревноваться с такими системами, тем более что для воздушного старта ракет-носителей сами американцы могут использовать уже зарекомендовавшие себя самолеты. В этом плане перспективы российских проектов по воздушному старту крайне тяжело оценивать. Кроме того, программа Stratolaunch предполагает использование твердотопливных ракет, которые подвешиваются на пилоны между корпусами самолета, сделанного по тандемной схеме. У нас же упор делался на жидкостные ракеты, которые предполагают, что пусковой самолет должен иметь систему заправки на борту. Эти ракеты располагались внутри корпуса самолета, нужно было решать проблемы с отделением и т. д.
Научный руководитель Института космической политики Иван Моисеев придерживается иного мнения — рынок запуска небольших спутников перспективен и без реализации проектов, подобных OneWeb.
— В настоящее время большая часть спутников выводится попутными нагрузками, а кластерный запуск большого количества спутников неудобен тем, что нужно долго ждать, пока наберутся заказы для запуска тяжелой ракеты. Кроме того, здесь орбита уже зафиксирована: на какую везут большую нагрузку, на ту пойдут и малые. Пуски воздушным стартом легких ракет и наземным — сверхлегких (27 мая в Новой Зеландии прошли испытания сверхлегкого носителя Electron) лишены подобных недостатков, поэтому довольно перспективны в экономическом плане. Рынок запуска малых спутников быстро растет и имеет довольно положительный прогноз.
Американцы запускают РН Pegasus редко, но регулярно с помощью самолета Stargazer. При этом масса выводимой на орбиту полезной нагрузки менее 500 кг (443 кг).
«СП»: — Тогда в чем отличие проекта Stratolaunch?
— Его преимущество — возможность запуска нескольких ракет с одного полета, а значит, можно будет запустить спутники на принципиально разные орбиты. Второе — при тех полезных нагрузках, который может поднимать такой мощный самолет, можно и потяжелее спутники выводить. В том числе и военного назначения.
«СП»: — Пока с помощью воздушного старта ракеты-носители выводят только американцы. Но в марте глава отдела развития ракет-носителей Китайской академии технологий ракет-носителей (CALT) Ли Тунюй заявил, что его страна намерена создать новое семейство ракет космического назначения, запускаемых с самолетов Y-20.
— Я думаю, что китайцы вели переговоры с украинцами о покупке самолета «Мрия» также для подобных целей. Пока о конкретных разработках в «железе» из Пекина информация не просачивалась, но особенность китайского космоса в том, что очень сложно что-то прогнозировать. Как правило, китайцы молчат до тех пор, пока ракета не полетит. Что касается России, то у нас были две программы.
Первая предполагала использование транспортника Ан-124 «Руслан» и ракеты-носителя «Полет», собранного на базе разработанных в советское время реактивных двигателей. Такой авиационный ракетный комплекс космического назначения должен был базироваться на авиабазе острова Биак (Индонезия), максимально приближенной к экватору, что упрощает и удешевляет вывод космических аппаратов на орбиту. Второй — российско-казахстанский проект «Ишим», который базировался на проекте истребителя спутников — перехватчике МиГ-31Д со специальной ракетой. «Ишим» включал два авиационных носителя — «МиГ-31И» с трехступенчатой РН, подвешиваемой между гондолами двигателей, и воздушный командно-измерительный комплекс на базе самолета Ил-76МД.
«Ишим» был технически готов к запуску, причем в достаточно короткие сроки, но в 2007 году Казахстан заявил об отказе от совместного с Россией проекта по созданию авиационного ракетного космического комплекса. Но его достаточно легко реанимировать при экономической заинтересованности. Правда, здесь опять-таки встанет вопрос о полезных нагрузках, поскольку западные компании не горят желанием с нами сотрудничать и у них есть широкий спектр запусков.
И ракеты Циклон -4 украинского производства. В статье рассмотрены стратегия запуска ракеты -носителя с борта самолета и приведены необходимые расчеты и графики.
Актуальность статьи заключается в предложенном виде запуска ракеты -носителя с борта самолета, который предусматривает комбинацию двух различных подходов к запуску ракеты -носителя с борта самолета. Первую часть своей траектории ракета летит как летательный аппарат. Вторую часть траектории ракета преодолевает с помощью тормозного парашюта и благодаря ему выводится в необходимое для запуска положение.
В исследовании была использована методика построения математической модели в среде программирования « Делфи-7» на языке Паскаль. Автором построена первая математическая модель полета ракеты -носителя с крылом после отделения ее от самолета. Вторая математическая модель была создана для описания полета ракеты -носителя после отстрела несущих поверхностей и торможения с разворотом в необходимое положение для последующего запуска.
Ключевые слова: воздушный старт, ракета -носитель, математическая модель, несущие поверхности, тормозной парашют, оваловидне крыло, самолет.
История мировой авиации тесно связана с нашей страной. Еще в 1910 году прошлого века инженер Александр Кудашев в Киеве построил первый самолет, способный реально выполнять управляемый полет (когда пилот управляет самолетом с помощью штурвала) .
Также в Киеве начинал свою авиационную карьеру известный на весь мир Игорь Иванович Сикорский. Не менее известный Олег Константинович Антонов, создавший самые большие в мире транспортные самолеты Ан -124 и Ан -225 , которые известны далеко за пределами СССР, также много лет работал на Украине и создал наиболее развит и современный авиационно -научный технический комплекс, который носит его имя - Государственное предприятие им.О.К.Антонова.
Наша страна есть и космической державой, ведь в нашей стране функционирует такие гиганты космической индустрии как КБ « Южное» и « Южмаш » , которые занимаются не только производством ракет -носителей и спутников, но и производят их на серийном заводе. Именно благодаря таким предприятиям Украины участвует во многих международных проектах, таких как проект нового типа двигателей «Вега » (под эгидой Европейского космического агентства), « Sea launch » (запуск ракеты-носителя с морской платформы в Тихом океане) , где украинская ракета Zenit - 3SL используется как основной носитель спутников, переработка межконтинентальных баллистических ракет « Днепр » для запуска малых спутников; проект «Циклон -4» вместе с космическим агентством Бразилии для запусков с космодрома « Алькантара » и многие другие проекты.
В этой статье предлагается новый проект под названием «Воздушный старт». Проект предусматривает пуск ракеты- носителя «Циклон -4» с борта самолета Ан - 225 «Мрия».
Экономическая составляющая проекта
Сама идея пуска ракеты -носителя с борта самолета не нова, ведь еще во времена ХХ века в таких государствах как Советский Союз и Соединенные Штаты Америки ученые разрабатывали проекты на базе различных самолетов, но через многочисленные факторы риска ни один из проектов не получил реализации. Однако идея строительства передвижного космодрома была реализована в международном проекте « Морской старт» . Это переоборудована морская нефтедобывающая платформа, которая находится в нейтральных водах Тихого океана и имеет возможность передвигаться для того, что бы во время пуска ракеты -носителя быть как можно ближе к экватору, ведь каждый градус отклонения от экватора приводит к увеличению скорости на 100 м / с, что негативно сказывается на энергетических возможностях ракеты-носителя.
Благодаря такому транспортировке ракеты -носителя, экономия при запуске ракеты -носителя с борта самолета составляет примерно 2-2,5 миллиона долларов.
Стратегия запуска
Воздушный старт - способ запуска ракет или самолетов с высоты нескольких километров, куда доставляется аппарат для запуска. Средством доставки чаще всего служит другой самолет, но может выступать и воздушный шар или дирижабль
С Воздушного старта следует особо выделить "Воздушный старт на орбиту ". Воздушный старт на орбиту - это метод запуска ракет -носителей и / или космических кораблей высоко в воздухе из реактивных воздушных судов горизонтального взлета как дозвуковых так и сверхзвуковых. Когда этот метод используется для вывода на орбиту имеет чрезвычайные преимущества над традиционным вертикальным запуском ракет, в том числе благодаря уменьшенных массе, силы противодействия и стоимости ракеты.
На земле выполняется загрузка ракеты -носителя с присоединенными несущей поверхностями на самолет с помощью специального подъемного механизма (аналогичным по конструкции с подъемной платформой для орбитального корабля « Буран » , которая использовалась для поднятия груза (Бурана) на высоту 25 метров, опускание его с помощью кранов на высоту, необходимую для загрузки и присоединения корабля к самолету) . Схемы таких устройств существуют, что облегчает воплощение данной разработки в жизнь.
После этих операций самолет взлетает и направляется в район запуска. На границе района запуска самолет должен набрать высоту 10000 м и достичь необходимой (расчетной) скорости (860 км / ч). При достижении таких показателей полета самолет переходит в автоматическую систему управления, выводится на угол тангажа в 10 градусов. В этот момент автоматическая система выполняет разъединение замков, удерживающих ракету - носитель на самолете. Следующим шагом будет отлетом ракеты -носителя и маневрирования самолета. Самолет совершает маневр уклонения со снижением, а ракета -носитель выполняет маневр « горка» . О маневре ракеты -носителя описано ниже. Следует обратиться к маневрированию самолета самолет после отстрела ракеты начинает торможение и снижение с одновременным креном в сторону (левый или правый бок крена зависит от направления ветра в момент отстрела ракеты -носителя от самолета). Ракета после достижения максимальной высоты маневра начинает снижение и набор скорости. Самолет отойдя с траектории ракеты возвращается на аэродром. Ракета с помощью органов управления (элероны, рули высоты, руля поворота) стабилизируется и придерживается заданной траектории. После достижения высоты, когда ракета будет небольшой угол тангажа (по расчету - 9360м) , проводится отстрел несущих поверхностей и выпуск тормозного парашюта. После открытия тормозного парашюта продолжается уменьшение скорости ракеты -носителя и разворот ракеты с выводом ее в вертикальное положение относительно центра тяжести. После выполнения таких действий ракета -носитель запускает основные двигатели первой ступени, отстреливает тормозной парашют и начинает полета штатном режиме.
Аналогичные разработки и стратегии воздушного старта
Автором были рассмотрены только аналоги, которые запускали ракеты массой не менее 15 тонн, ведь именно такие ракеты- носители имеют необходимые энергетические характеристики для коммерческого использования. В 1960-е гг и позже в США были созданы такие, запускаемых с самолетов -носителей, экспериментальные ракетопланы, в том числе первый гиперзвуковой самолет - суборбитальный пилотируемый космоплан North American X -15 , также Bell X -1 , Lockheed D - 21 Boeing X - 43 и др. . Подобные (но не суборбитальные) системы были также во Франции (Ледюк) и других странах. Воздушный старт использовался для отработки космоплана Энтерпрайз в масштабной программе многоразовой транспортной космической системы Спейс шаттл. Первым из детальных проектов АКС с воздушным стартом была нереализованная система « Спираль » 1960- х - 1970-х гг с гиперзвукового самолета- Разгонщики, РН и орбитального самолета. Воздушный старт использовался для полетов дозвукового самолета- аналога его орбитального самолета.
Американские проекты: в США действует система давно реализована Пегас (РН) / L -1011 (самолет) . Разработанная корпорацией Orbital Sciences Corporation . Старт производится с помощью самолета L -1011 фирмы Lockheed Corporation , специально для этого оборудованного. Отделениями ракеты от самолета -носителя происходит на высоте 12 км. Масса носителя - 18500 кг (Pegasus) , 23130 кг (Pegasus XL) Масса полезного груза, выводимого на низкую околоземную орбиту носителем « Пегас » - до 443 кг. Стоимость запуска (на 1994) - 11 млн долларов США. С 1990 по 2008 проведено всего 40 запусков носителя « Пегас » с выводом на орбиту искусственных спутников, из них неудачными были 3 запуска. Разрабатывается другая система и есть и другие проекты АКС.
Самолет Локхид -1011 и ракета-носитель «Пегас»
Российско - украинской проекты: в России предложено детально разработанные проекты АКС БАКС и «Воздушный старт» . В первом проекте космоплан с внешним топливным запускается с борта сверхтяжелого самолета Ан - 225 (325) « Мечта ». Основным элементом второго проекта является специально переоборудованный тяжелый самолет Ан - 124- 100Все « Руслан» , с борта которого на высоте примерно 10 км по разработанной Государственным ракетным центром « КБ им. Макеева » технологии осуществляется так называемый « минометний »старт ракеты -носителя, которая доставляет на расчетную орбиту полезный груз. Существуют также проекты « Бурлак » и другие, в которых РН с ИСЗ запускается с борта различных самолетов -носителей Ту -160 , Ан -124 , Ту - 22М.
Украинские проекты: в Украине с использованием самолета- носителя Ан -225 разработаны проекты АКС «Свитязь » (РН Зенит) АКРК « Орель » и «Лыбидь » (крылатый космоплан) . Самолет -носитель Ан -225 -100 разрабатывается АНТК имени Олега Антонова и является модификацией базового самолета Ан - 225 «Мрия ». На самолет устанавливается специальное оборудование для крепления ракеты -носителя над фюзеляжем, внутри герметичных кабин размещается бортовое стартовое оборудование и операторы, необходимые для осуществления пуска РН. Ракета -носитель «Свитязь » создается на базе узлов, агрегатов и систем ракеты- носителя « Зенит». Она строится по трехступенчатой схеме. Использует нетоксичные компоненты топлива - жидкий кислород и керосин. При выводе космических аппаратов на геостационарную орбиту ракета -носитель комплектуется твердотопливной апогейною степенью.
АКРК « Орель » двухступенчатый авиационно -космический комплекс. В качестве первой ступени такого комплекса будет самолет -носитель разработки Киевского авиационного научно - технического комплекса им. О. К. Антонова Ан - 124 (« Руслан») . Второй ступенью будет ракета -носитель полезной нагрузки разработки Днепропетровского КБ « Южное» , которая должна стартовать с фюзеляжа самолета- носителя.
На первых этапах создания Украинской АКРК « Орель » будет одноразовый космический аппарат. В будущем в космос будут отправляться и возвращаться на Землю также и многократные космические аппараты. В отличие от « Шатла » и « Бурана » , старт ракеты -носителя будет осуществляться не с внешней подвески самолета- носителя, а с его середины, то есть с фюзеляжа. В мире еще не было подобных научно - технических решений. Такая схема запуска на околоземную орбиту полезной нагрузки имеет целый ряд неоспоримых преимуществ. Это и улучшенная аэродинамическая схема АКРК в целом, более высокая безопасность отделения второй ступени в виде ракеты -носителя, более оптимальные технико - экономические показатели, выше скрытность выполнения АКРК задач двойного назначения (как чисто научных и коммерческих, так и специальных, в военных целях) .
Казахско - Русский проект: Казахстан предлагает проект АКС « Ишим » (МиГ -31 + РН) . Проекты АКС с воздушным стартом космопланов были созданы в Германии (Зенгер -2) , Японии (ASSTS) , Китае (прототип Шеньлонг и АКС следующего поколения) и т. д. С помощью воздушного старта запускаются частные суборбитальные космопланы SpaceShipOne , SpaceShipTwo , М -55 и другие подобные проекты. Воздушный старт с аэростата суборбитальной пилотируемой ракеты предусмотрен в проекте Stabilo ARCASPACE Румынии.
Главным конкурентом стратегии запуска, предложенная в работе является русский, с использованием самолета Ан - 124- 100Все, ведь американский аналог имеет в 10 раз меньший вес полезного груза. Главным фактором, который не позволяет воплотить в жизнь и коммерческое использование русский стратегию запуска является пробела « минометного » отстрела ракеты с самолета. Сейчас российские специалисты работают над устранением этой проблемы. Первые запуски запланированы на 2015 год.
Размещение РН в самолете Ан-124 «Руслан».
Тяжелый универсальный транспортный самолет Ан - 225 «Мрия»
Разработка самолета, предназначенного для перемещения крупногабаритных элементов космических систем (в т. ч ВКС « Энергия - Буран ») началось в 1985 году. Первый полет самолета Ан -225 , построенного на Киевском авиазаводе, осуществился 21 декабря 1988 , а 13 мая 1989 Ан -225 уже перевез « Буран » с г.Жуковский на космодром Байконур. На этом самолете было установлено 106 мировых рекордов.
Конструкция самолета
Фюзеляж. Он имеет две палубы: сверху находится кабина экипажа и кабина сопровождающего персонала, бытовые помещения (кухня, гардероб, туалет) , снизу - грузовая кабина. В ней можно размещать грузы массой до 250 тонн. Для обеспечения загрузки и разгрузки используются передний грузолюк и рампа.
Крыло. Крыло изготовлено из длинномерных (до 30 метров) прессованных панелей. Панели соединены между собой титановым креплением, обеспечивает герметичность и высокий уровень сопротивляемости.
Оперение самолета. Двухкилевое. Стабилизатор имеет размах 30 метров, имеет кессон, изготовлен из прессованных панелей и катаных плит из алюминиевых сплавов. Руль высоты имеет шесть секций по три с каждой консоли. Руль высоты - из двух секций на каждом киле.
Шасси. Состоит из двухстоечной передней и четырнадцатистоечной основной опоры шасси. Все Стойки имеют способность раздельного выпуска избежание посадки без выпуска шасси. Также на шасси установлена система контроля массы и центровки. Тормоза - углеродистые.
Двигатели. На самолете Ан -225 установлены двигатели Д- 18Т (стартовая тяга одного двигателя - 23,06 т). Двигатель турбовентиляторный, трехвальной с расходом топлива 0,57 кг кг тяги за год на крейсерском режиме.
Системы. Все системы самолета является высокоавтоматизированными и требуют минимальной внимания экипажа во время полета. Их работоспособность поддерживается 34 бортовыми компьютерами. Пилотажно - навигационный и радиотехнический комплексы обеспечивают управление самолетом в автоматическом и ручном режимах на всех этапах полета, а также обработку и выдачу в бортовые системы самолета и на световые индикаторы в кабине экипажа всей необходимой пилотажно - навигационной информации. Система управления включает в себя электрогидравлическую систему штурвального управления с четырехкратным резервированием и электродистанционной систему управления механизацией крыла с двукратным резервированием. Гидравлический комплекс состоит из четырех основных и двух резервных гидросистем, обеспечивающих функционирование рулевых поверхностей, механизации крыла, поднятие и выпуск шасси, открытие и закрытие люков и дверей.
Командования ряда капиталистических государств, и особенно , уделяют большое внимание всесторонней подготовке своих войск к будущим агрессивным войнам. Значительное место в такой подготовке, о чем свидетельствуют многочисленные учения объединённых вооружённых сил , отводится организации и проведению авиационной поддержки сухопутных войск и ВМС, которая во многом зависит от способности авиации преодолевать сильную противовоздушную оборону противника.
Анализируя опыт локальных войн и учитывая прогрессирующее развитие техники и оружия, за рубежом пришли к выводу, что в будущих войнах авиации придётся встретиться со сплошной ПВО территории противника, усиленной вокруг важных объектов. Такая оборона будет охватывать практически все высоты, на которых возможны полёты современных самолётов. В этих условиях тактическим истребителям необходимо осуществлять прорыв системы ПВО на пути к целям, в районе их местоположения и на обратном маршруте.
В иностранной печати уже описывались отдельные способы преодоления ПВО, а именно: обход плотно прикрытых районов, оборонительное маневрирование с одновременной постановкой радиоэлектронных помех, полёт на предельно малых высотах, пуск управляемых ракет вне зон поражения ЗРК. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, а некоторые могут применяться только в определённой боевой обстановке.
В последнее время зарубежные специалисты все больше стали склоняться к тому, что боевые самолёты должны преодолевать сплошную сильную ПВО противника на малых и предельно малых высотах, на как можно больших, и даже сверхзвуковых, скоростях.
Полёты на малых высотах практически уже освоены. Па некоторых самолётах устанавливается даже специальная аппаратура, позволяющая летать в автоматическом режиме на предельно малых высотах с огибанием рельефа местности. К ним в США относятся истребитель-бомбардировщик F-111 и средний бомбардировщик FB-111.
Что касается полётов на сверхзвуковых скоростях, то при их осуществлении в нижних плотных слоях атмосферы возникает ряд проблем, связанных с прочностью конструкции, совершенством бортовой аппаратуры и психологической нагрузкой экипажей. Но, учитывая определённые преимущества таких полётов при преодолении ПВО по сравнению с другими способами, иностранные специалисты изыскивают пути разрешения возникающих трудностей.
Прежде всего отметим преимущества полётов на сверхзвуковой скорости . Такие полёты, как подчёркивалось в зарубежной печати, уменьшают шансы противника сбить самолёт огнём зенитных средств или истребителями-перехватчиками.
Вероятность уничтожения самолёта огнём зенитных средств зависит главным образом от характеристик последних, а также от высоты и скорости полёта самолёта. В капиталистических странах существуют такие ЗРК, как, например, и , которые не рассчитаны на ведение прицельного огня по самолётам, летящим на сверхзвуковой скорости. Но имеются и другие ЗРК - , », и СЗУ , способные поражать цели, следующие по маршруту соответственно на скоростях 500, 555, 450 и 475 м/с. Однако время реакции некоторых из них (с момента обнаружения летящего самолёта до стрельбы) не всегда позволяет сбивать низколетящие цели. Для последних ЗРК и СЗУ оно соответственно равно 12, 7, 10 и 4 с. Но к этому времени следует ещё добавить время полёта снарядов или ракет до цели.
На рис. 1 представлен график зависимости времени полёта снарядов различных по калибру зенитных систем от дальности стрельбы. Если условно принять, что по цели был выпущен снаряд 30-мм пушки на дальность 2000 м, то его время полёта составит 2,7 с. За этот период, например, самолёт на скорости 400 м/с (1450 км/ч) преодолеет расстояние около 1080 м. Поэтому необходимо точно рассчитывать упреждение. Но при этом во время полёта на высотах до 70 м самолёт может находиться в поле зрения боевых расчётов зенитных средств 5 - 25 с (наиболее реальным временем за рубежом считают 10 с, которое вполне возможно достичь при соответствующем выборе маршрута полёта с учётом рельефа местности). Это обстоятельство сильно затрудняет применение зенитных средств по таким целям.
Рис. 1. Зависимость времени полёта снарядов калибра 20 мм (кривая 1). 30 мм (2), 40 мм (3) и 35 мм (4) от дальности стрельбы зенитных средств
Перехват самолёта, летящего на сверхзвуковой скорости и малой высоте , но мнению зарубежных специалистов, весьма осложнён. Эти вызвано уменьшением дальности его обнаружения, снижением вероятности попадания в него УР из-за помех, создаваемых фоном земли, и невозможностью атаки его с передней полусферы. Экипаж самолёта, летящего на малой высоте, может также раньше обнаружить перехватчик и выполнять оборонительный маневр.
Считается, что после обнаружения цели самолёт-перехватчик обязан сблизиться с ней и выйти на рубеж пуска УР. Однако эту задачу атакующий решит лишь тогда, когда сумеет быстро развить достаточную скорость, зависящую от его тяговооружённости. На рис. 2 показан график зависимости вероятности перехвата воздушной цели от её скорости и тяговооружённости перехватчика, полученный путём моделирования процесса сближения и атаки. При этом учитывалось, что цель следует заданным курсом с определённой скоростью до момента пуска снарядов. Из графика следует: вероятность перехвата цели, летящей со скоростью M = 1,1, превышает 0,5 лишь при тяговооружённости самолёта-перехватчика более 1,15. Однако и в данном случае заблаговременное маневрирование цели может привести к срыву атаки её перехватчиком.
Рис. 2. Зависимость вероятности перехвата цепи от скорости её полёта и тяговооружённости самолёта-перехватчика
Но возникают существенные трудности при полётах на сверхзвуковых скоростях , и особенно при нанесении ударов по наземным целям.
Специалисты за рубежом полагают, что такие удары целесообразно проводить только но особо важным стационарным, хорошо обороняемым зенитными средствами объектам (плотинам, электростанциям, заводам, аэродромам и другим). Внезапно же обнаруженные или малоразмерные подвижные объекты невозможно атаковать на таких скоростях из-за дефицита времени.
Иностранная печать отмечала, что имеющиеся сверхзвуковые самолёты с подвешиваемыми на них боеприпасами не приспособлены для полёта к цели на сверхзвуковых скоростях по следующим причинам:
- боевая нагрузка, расположенная на внешних узлах подвески, резко ограничивает максимально допустимую скорость полёта самолёта, иногда уменьшает её вдвое за счёт большого лобового сопротивления.
- не обеспечивается безопасность боеприпасов. Почти все используемые в настоящее время авиационные бомбы имеют взрыватели с тринитротолуолоными зарядами. Известно, что тринитротолуол плавится при температуре +81°С, но из предосторожности (возможен самопроизвольный взрыв) считают температуру его плавления 71-73°С. Эксперименты показали, что грузы, подвешенные на самолёт, летящий на малой высоте и скорости 1450 км/ч, нагревались до 149° С.
- нарушается нормальное отделение боеприпасов от подкрыльевых держателей. Хотя этот вопрос, по мнению иностранных специалистов, как следует ещё не изучен, но лётные испытания бомбодержателей с принудительным сбрасыванием бомб и бомбовых кассет показали, что отделение последних происходило с задержкой и отмечались случаи их поворота вокруг поперечной оси при определённой скорости полёта. Поворот же кассеты мог привести к удару её о самолёт.
- уменьшается возможность маневрирования самолёта, и особенно с подвеской боеприпасов на внешних подкрыльевых держателях. Так, при ограничении крена снижается эффективность противозенитного и противоракетного маневров.
- Отсутствие достаточно точных навигационных систем и систем управления оружием, которые могли бы обеспечить в автоматическом режиме безошибочный вывод летящего со сверх туковой скоростью и на малой высоте самолёта к цели и сброс боеприпасов в нужный момент;
- Утомляемость лётчиков. Опытные полёты, проведённые в США, показали, что даже на высокой околозвуковой скорости и малой высоте ври ручном управлении самолётом пилот сильно утомляется и уже после 15-20 мин теряет нужную работоспособность и быструю реакцию. Помимо всего, во время маневрирования (из-за больших радиусов разворота) самолёт может не выйти на цель.
Размещение боеприпасов только в бомбовых отсеках (отказ от внешней подвески). По данным зарубежной печати, при таком размещения боеприпасов показатели угловой скорости, крена и перегрузки самолёта в полёте совершенно не изменяются. Бомбы можно сбрасывать как одиночно, так и сериями с интервалом до 50 мс на скорости М=1,3. В перспективе скорость самолёта при этом предполагается довести до М=2.
Бомбы, предназначенные для подвески в бомбоотсеке, необязательно должны иметь хорошую аэродинамическую форму. Они короче обычных за счёт отсутствия громоздких стабилизаторов, поэтому их можно загружать в бомбоотсек в большем количестве. Траектория падения таких бомб более вертикальна, из-за чего увеличивается время, необходимое лётчику для опознавания цели и прицеливания по ней. В бомбоотсеке боеприпасы защищены от перегрева (температура там не превышает 71°С).
Зарубежная печать сообщала, например, что в бомбоотсеке истребителя-бомбардировщика F-111 имеются два держателя для ядерных бомб. Путём установки трёх дополнительных держателей можно подвесить пять бомб M117 оживальной частью назад. Это удаётся сделать за счёт того, что длина обычной бомбы 2286 мм, а бомбы ухудшенной формы без стабилизатора 1320 мм. В настоящее время уже изучен вариант подвески семи таких боеприпасов без какой-либо переделки бомбоотсека.
Совершенствование и создание систем подвески боеприпасов
Абсолютное большинство тактических истребителей не имеет внутренних бомбоотсеков, поэтому за рубежом уделяется внимание совершенствованию внешних подвесок и созданию новых.Совершенствование заключается в основном в уменьшении их аэродинамического сопротивления. Об одной такой системе подвески, созданной в США для установки на самолётах F-4 и F-111, сообщалось в зарубежной печати. При наличии системы, например, максимальная скорость самолёта F-4 на малой высоте увеличивается на 20%, диапазон перегрузок при взлётном лесе самолёта 20 т расширяется от -1 до +5, а боевой радиус полёта при выполнении различных задач возрастает на 4-16%. О сверхзвуковом полёте тактического истребителя с указанной системой иностранная печать не сообщала.
Американской фирмой «Боинг» создан и испытан так называемый «конформный бомбодержатель», представляющий собой большой поддон, размещённый под нижней частью фюзеляжа самолёта F-4. На поддоне монтируется до 12 бомбодержателей с принудительным сбрасыванием бомб. Его вес около 450 кг. На бомбодержателях поддона можно подвесить 12 500-фунтовых бомб Мк82, или столько же бомбовых кассет 2, или девять 750-фунтовых укороченных бомб с плохой аэродинамической формой. При подвеске бомб с большим лобовым сопротивлением перед бомбами устанавливается обтекатель.
Специальные испытания показали, что характеристики самолёта F-4 в полёте (при убранных закрылках и шасси) с подвешенными на «конформном держателе» 12 бомбами были ниже номинальных всего на 10%. На скорости М=1,6 и большой высоте бомбы надёжно отделялись, угол тангажа самолёта практически не менялся.
Однако, по заявлению представителей фирмы, при использовании подобного бомбодержателя затрудняется быстрая подвеска бомб и снаряжение их взрывателями. Кроме того, усложняется обслуживание самолёта.
Комплексная разработка самолёта и боеприпасов
До сих пор в США и других капиталистических странах, по данным иностранной печати, нет единой комплексной системы разработки самолёта-носителя и боеприпасов к нему. Вначале обычно создавался новый тип сверхзвукового, высокоманёвренного самолёта, к которому затем приспосабливали подвеску боеприпасов различного типа. Причём конструкторы стремились обеспечить размещение на нем как можно большего числа вариантов вооружения. В результате этого самолёт с боевой нагрузкой становился дозвуковым.В зарубежной печати приводился такой пример. Если самолёт F-4 возьмёт на борт 7260 кг боевого груза, то он сможет лететь на большой высоте со скоростью не более 800 км/ч, а максимальной скорости 2350 км/ч он достигает лишь при наличии на нем двух УР класса «воздух-воздух». Именно поэтому сейчас военные специалисты выдвигают концепцию совместной разработки самолёта и его вооружения. Она предполагает создание системы «самолёт - оружие», наиболее целесообразной с точки зрения её основного предназначения. При этом определяются тактико-технические характеристики самолёта и боеприпасов, оптимальные варианты боевой нагрузки и размещения её с наименьшими нарушениями аэродинамики самолёта.
Выбор и программирование маршрута полёта
Полет на сверхзвуковой скорости невозможно осуществить без тщательной подготовки. Иностранные специалисты считают, что при его планировании необходимо учитывать не только расход топлива, время, воздушную скорость, вид атаки (с горизонтального полёта, пикирования и кабрирования), тип и количество боеприпасов, но также и систему ПВО противника.Для программирования маршрута полёта важно выбрать его оптимальный вариант. Американская фирма «Бэккер-Реймо» предложила выбирать маршрут путём его моделирования с помощью ЭВМ и электронного индикатора. На индикаторе воспроизводятся карта местности, местоположение целей и позиции зенитных средств.
По заложенной в ЭВМ информации на экране отображаются зоны радиолокационного затемнения. Маршрут полёта прокладывается вручную из расчёта минимального времени нахождения самолёта в зонах обнаружения РЛС.
Задача выбора оптимального маршрута решается следующим образом. На экране оставляется та цель, по которой планируется нанести удар. Затем на нем высвечиваются местонахождения позиций тех средств ПВО, которые могут повлиять на конечный результат выполнения задания. Для выбранной высоты полёта воспроизводятся зоны, не просматриваемые РЛС, и на этом фоне выбирается маршрут. В такой же последовательности строятся маршруты и для других высот полёта. В процессе моделирования с учётом воздушной обстановки уточняются состав ударных групп и постановщиков помех, а также их скорости. Процесс моделирования иностранные специалисты рекомендуют повторять многократно с вводом в режим полёта различных уточнений.
Применение тренажёров
Тренировки лётчиков на тренажёрах для полётов на сверхзвуковых скоростях имеют большое значение. По сведениям зарубежной печати, они дают возможность прививать экипажам навыки летать над местностью будущего ТВД и отрабатывать варианты отклонения от намеченных маршрутов. Пилоты также учатся быстро реагировать на изменение обстановки и ориентироваться в полёте. Кроме того, экономится ресурс самолёта.Итак, судя по материалам иностранной печати, в США ведутся работы по различным направлениям с целью преодоления ПВО противника боевыми самолётами на сверхзвуковых скоростях и малых высотах Наилучшим вариантом решения данной проблемы считается полная автоматизация процесса полёта и сброса боеприпасов. На выполнении этой сложной задачи сосредоточены усилия многих специалистов за рубежом.
Загрузка...
