В нашем цивилизованном мире в каждой стране есть своя армия. И ни одна мощная, подготовленная армия не обойдется без ракетных войск. А какие ракеты бывают? Эта занимательная статья расскажет Вам об основных видах ракет, существующих на сегодняшний день.

Зенитные ракеты

Во время второй мировой войны бомбардировка на больших высотах и за пределами досягаемости зенитных орудий повлекла за собой развитие ракетного оружия. В Великобритании первые усилия были направлены на достижение равноценной разрушающей мощи 3-х а позднее 3,7 дюймовых зенитных орудий. Британцами были предложены две существенных новаторских идеи, касательно 3-х дюймовых ракет. Первой была ракетная система воздушной обороны. Для остановки пропеллеров самолета или для срезания его крыльев в воздух запускалось устройство, состоящее из парашюта и проволоки и тащившее за собой проволочный хвост, который разматывался с катушки, находившейся на земле. Была доступна высота в 20000 футов. Другое устройство представляло собой дистанционный взрыватель с фотоэлементами и термоэлектронным усилителем. Изменение интенсивности света на фотоэлементе, вызванное отражением света от близлетящего самолета (проектируется на элемент с помощью линз) приводила в действие разрывной снаряд.
Единственным значительным изобретением немцев в области зенитных ракет стал Тайфун. Небольшая 6-ти футовая ракета несложной концепции, работающая на ЖРД, Тайфун был предназначен для высот в 50000 футов. Конструкция предусматривала соонсо размещенную емкость для азотной кислоты и смеси органического топлива, но на деле оружие реализовано не было.

Воздушные ракеты

Великобритания, СССР, Япония и США - все страны занимались созданием воздушных ракет для применения против наземных, а также воздушных мишеней. Все ракеты практически полностью стабилизировались оперением из-за действующей аэродинамической силы при запуске на скоростях от 250 миль/час и больше. Сначала использовались трубчатые пусковые установки, но впоследствии стали применять установки с прямыми направляющими или нулевой длиной, и размещать их под крыльями самолета.
Одной из самых удачных немецких ракет была 50-ти миллиметровая Р4М. Ее концевой стабилизатор (крыло) оставался в сложенном состоянии до запуска, что позволяло близко расположить ракеты друг к другу при погрузке.
Американское выдающееся достижение - это 4,5 дюймовые ракеты, у каждого истребителя союзников под крылом их было 3 или 4 штуки. Эти ракеты были особенно эффективны против мотострелковых отрядов (колон военной техники), танков, пехоты и поездов со снабжением, а также топливных и артиллерийских складов, аэродромов и барж. Для изменения воздушных ракет к традиционной конструкции добавили ракетный двигатель и стабилизатор. Получили выровненную траекторию, большую дальность полета и повышенную ударную скорость, эффективную против бетонных укрытий и укрепленных мишеней. Такое оружие окрестили крылатой ракетой, и японцы использовали типы в 100 и 370 килограмм. В СССР применяли 25 и 100 килограммовые ракеты и запускали их со штурмовика ИЛ-2.
После ВМВ неуправляемые ракеты со складывающимся стабилизатором, выпускаемые из многотрубных установок стали классическим орудием «воздух-земля» для штурмовых самолетов и тяжело вооруженных вертолетов. Хотя и не так точно как управляемые ракеты или оружейные системы, они подвергают бомбардировке смертоносным огнем сосредоточения войск или техники. Многие сухопутные войска продолжили разработку ракет, запускаемых из трубы контейнера и устанавливаемых на транспортном средстве, которые можно запускать очередью или через короткие интервалы. Как правило, в такой ракетной системе артиллерии или ракетной системе залпового огня используются ракеты диаметром от 100 до 150 мм и дальностью действия от 12 до 18 миль. Ракеты имеют различные типы боеголовок: разрывные, осколочные, зажигательные, дымовые и химические.
СССР и США создали неуправляемые баллистические ракеты где-то спустя 30 лет после войны. В 1955 году США начали испытывать «Честного Джона» в Западной Европе, а с 1957 года СССР выпускает серии огромных вращающихся ракет, запускаемых с передвижного транспортного средства, для НАТО представив ее как FROG (неуправляемая ракета земля-земля). Эти ракеты длиной от 25 до 30 футов и диаметром от 2 до 3 футов имели дальность действия от 20 до 45 миль и могли быть ядерными. Египет и Сирия применяли много таких ракет в первых залпах Арабо-Израильской войны в октябре 1973 года, так же поступал и Ирак в войне с Ираном в 80-х, но в 70-х годах большие ракеты были сдвинуты с передовой сверхдержав ракетами с инерциальной системой наведения, такими как американский Ланс и советский Скарабей SS-21.

Тактические управляемые ракеты

Управляемые ракеты стали результатом послевоенного развития электроники, компьютерной техники, датчиков, авионики и в едва меньшей степени ракет, турбореактивного движения и аэродинамики. И хотя тактические, или боевые, управляемые ракеты были разработаны для выполнения различных заданий, их всех объединяют в один класс оружия по схожести систем отслеживания, наведения, управления. Контроль над направлением полета ракеты достигался при помощи отклонения аэродинамических поверхностей, таких как вертикальный стабилизатор; также применялись реактивная струя и вектор тяги. Но именно из-за своей системы наведения эти ракеты стали такими особенными, так как способность производить корректировки во время движения для нахождения цели и отличает управляемую ракету от чисто баллистического оружия, такого как неуправляемые ракеты или артиллерийские снаряды.

Назначение и классификация ракет

Общие сведения о баллистических ракетах

Баллистическая ракета - разновидность ракетного оружия.

Ракета - летательный аппарат переменной массы, движущийся вследствие отбрасывания высокоскоростных горячих газов, создаваемых реактивным (ракетным) двигателем и предназначенный для выведения полезного груза на расчётную траекторию или орбиту.

Летательный аппарат - устройство для полётов в атмосфере или космическом пространстве.

Полёт ракеты на начальном участке траектории характеризуется:

Непрерывным отбросом активной массы (топливо) и дискретным отбросом пассивной массы (элементов конструкции);

Непрерывно увеличивающимися скоростью и ускорением;

Воздействием на неё сил тяги, управляющих, аэродинамических, притяжения и других.

Баллистическими принято называть ракеты, траектория полета которых, за исключением участка, проходимого ракетой с работающим двигателем, представляет собой траекторию свободно-брошенного тела, т.е. большую часть полёта ракета совершает по баллистической траектории, а значит, находится в неуправляемом движении, иллюстрацией вышеприведенного служат рис.1.1-1.3.

Нужная скорость и направление полёта сообщаются баллистической ракете на активном участке полёта системой управления полётом ракеты. После отключения двигателя остаток пути боевая часть, являющаяся полезной нагрузкой ракеты, движется по баллистической траектории.

По области применения баллистические ракеты делятся на стратегические и тактические . Различные государства и неправительственные эксперты применяют разные классификации дальностей ракет. Приведу классификацию, принятую в договорах о стратегических наступательных силах:

Баллистические ракеты малой дальности (до 1000 километров);

Баллистические ракеты средней дальности (от 1000 до 5500 километров);

Межконтинентальные (дальней дальности) баллистические ракеты (свыше 5500 километров).

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

Баллистические ракеты (БР) предназначены для поражения объектов на дальнем расстоянии. Они, как правило, используются для поражения крупных объектов, больших группировок противника и несут мощный боевой заряд.

Схематическое изображение основных составных частей баллистической ракеты – конструкции ракеты представлено на рис.2.1.

Большинство баллистических ракет являются стратегическими управляемыми межконтинентальными баллистическими ракетами и предназначены для поражения объектов, расположенных на удалённых континентах; все они многоступенчатые. Стартовая масса 100-150 тонн, полезный груз до 3,2 тонн. В США и у нас в России межконтинентальные баллистические ракеты использовались как ракеты-носители для вывода космических объектов на орбиты.

Для дальнейшего более полного понимания темы занятия приведу основные понятия и их определения.

Ракета стратегического назначения (РСН) - ракета, предназначенная для поражения стратегических целей.

Ступень ракеты - часть составной (многоступенчатой) ракеты (или вся составная ракета), функционирующая на определенном участке территории.

Многоступенчатая ракета - функционально состоит из системы нескольких последовательно работающих одноступенчатых ракет, в состав каждой из которых входят: ракетная часть, соответствующей ступени и остальная масса ракеты, являющаяся для нее условной массой полезного груза (ракетные части последующих ступеней груза).

Ракетная часть - часть ступени, которая за счет реактивной силы обеспечивает полет ракеты на участке, соответствующем данной ступени. В состав ракетной части могут входить один или несколько ракетных блоков.

Ракетный блок - автономная часть ракеты, включающая в общем случае двигательную установку, топливные отсеки с запасом топлива, исполнительные устройства, аппаратуру и бортовую кабельную сеть системы управления, корпусы хвостового и переходного отсеков, элементы системы разделения ступеней и ряд вспомогательных систем и агрегатов.

Боевая ступень (БС) - отделяемая в полете составная часть ракеты, включающая боевой блок (или боевые блоки), системы и устройства, обеспечивающие функционирование боевых блоков, разведение их в заданные точки прицеливания и преодоление противоракетной обороны противника.

Головная часть (ГЧ) - составная часть ракеты, включающая боевой блок или боевые блоки, средства и устройства, предназначенные для обеспечения их использования по назначению. (Упрощенный аналог БС).

Боевой блок (ББ) - отделяемая в полете, составная часть ГЧ, в состав которой входят боевое снаряжение, системы и устройства, обеспечивающие использование ББ по назначению.

Средства противодействия противоракетной обороне (ПРО) противника - средства, обеспечивающие создание преднамеренных помех ПРО противника в целях повышения вероятности ее преодоления боевым блоком головной части.

Понять, насколько технически сложны баллистические ракеты и проиллюстрировать, вышеизложенные понятия и определения помогут рис.2.2 и рис.2.3.

Баллистические ракеты были и остаются надежным щитом национальной безопасности России. Щитом, готовым, в случае необходимости, обернуться мечом.

Р-36М "Сатана"

Разработчик: КБ «Южное»
Длина: 33, 65 м
Диаметр: 3 м
Стартовый вес: 208 300 кг
Дальность полета: 16000 км
Советский стратегический ракетный комплекс третьего поколения, с тяжёлой двухступенчатой жидкостной, ампулизированной межконтинентальной баллистической ракетой 15А14 для размещения в шахтной пусковой установке 15П714 повышенной защищённости типа ОС.

«Сатаной» советский стратегический ракетный комплекс назвали американцы. На момент первого испытания в 1973 году эта ракета стала самой мощной баллистической системой, которая когда-либо была разработана. Ни одна система ПРО неспособна была противостоять SS-18, радиус поражения которой составлял аж 16 тысяч метров. После создания Р-36М, Советский Союз мог не беспокоится «гонки вооружений». Однако в 1980-ые «Сатана» был модифицирован, и в 1988 году на вооружение Советской армии поступила новая версия SS-18 - Р-36М2 «Воевода», против которой ничего сделать не могут сделать и современные американские ПРО.

РТ-2ПМ2. «Тополь-М»

Длина: 22,7 м
Диаметр: 1,86 м
Стартовый вес: 47,1 т
Дальность полета: 11000 км

Ракета РТ-2ПМ2 выполнена в виде трехступенчатой ракеты с мощной смесевой твердотопливной энергетической установкой и стеклопластиковым корпусом. Испытания ракеты начались в 1994 году. Первый пуск был проведён из шахтной пусковой установки на космодроме Плесецк 20 декабря 1994 года. В 1997 году, после четырёх успешных пусков начато серийное производство этих ракет. Акт о принятии на вооружение РВСН РФ межконтинентальной баллистической ракеты «Тополь-М» был утверждён Госкомиссией 28 апреля 2000 года. По состоянию на конец 2012 года, на боевом дежурстве находилось 60 ракет «Тополь-М» шахтного и 18 мобильного базирования. Все ракеты шахтного базирования стоят на боевом дежурстве в Таманской ракетной дивизии (Светлый, Саратовская область).

PC-24 «Ярс»

Разработчик: МИТ
Длина: 23 м
Диаметр: 2 м
Дальность полета: 11000 км
Первый запуск ракеты состоялся в 2007 году. В отличие от Тополя-М обладает разделяющимися боевыми частями. Помимо боевых блоков, Ярс также несет комплекс средств прорыва противоракетной обороны, что затрудняет противнику ее обнаружение и перехват. Такое нововведение делает РС-24 наиболее удачной боевой ракетой в условиях развертывания глобальной американской системы ПРО.

СРК УР-100Н УТТХ с ракетой 15А35

Разработчик: ЦКБ машиностроения
Длина: 24,3 м
Диаметр: 2,5 м
Стартовый вес: 105,6 т
Дальность полета: 10000 км
Межконтинентальная баллистическая жидкостная ракета 15А30 (УР-100Н) третьего поколения с разделяющейся головной частью индивидуального наведения (РГЧ ИН) была разработана в ЦКБ машиностроения под руководством В.Н.Челомея. Летно-конструкторские испытания МБР 15А30 проводились на полигоне Байконур (председатель госкомиссии - генерал-лейтенант Е.Б. Волков). Первый пуск МБР 15А30 состоялся 9 апреля 1973г. По официальным данным, на июль 2009 г. РВСН РФ имели 70 развернутых МБР 15А35: 1. 60-я ракетная дивизия (г. Татищево), 41 УР-100Н УТТХ 2. 28-я гвардейская ракетная дивизия (г. Козельск), 29 УР-100Н УТТХ.

15Ж60 "Молодец"

Разработчик: КБ «Южное»
Длина: 22,6 м
Диаметр: 2,4 м
Стартовый вес: 104,5 т
Дальность полета: 10000 км
РТ-23 УТТХ «Молодец» - стратегические ракетные комплексы с твёрдотопливными трёхступенчатыми межконтинентальными баллистическими ракетами 15Ж61 и 15Ж60, подвижного железнодорожного и стационарного шахтного базирования, соответственно. Явился дальнейшим развитием комплекса РТ-23. Были приняты на вооружение в 1987 году. На внешней поверхности обтекателя размещаются аэродинамические рули, позволяющие управлять ракетой по крену на участках работы первой и второй ступеней. После прохождения плотных слоев атмосферы обтекатель сбрасывается.

Р-30 "Булава"

Разработчик: МИТ
Длина: 11,5 м
Диаметр: 2 м
Стартовый вес: 36,8 т.
Дальность полета: 9300 км
Российская твёрдотопливная баллистическая ракета комплекса Д-30 для размещения на подводных лодках проекта 955. Первый запуск "Булавы" состоялся в 2005 году. Отечественные авторы часто критикуют разрабатываемый ракетный комплекс «Булава» за достаточно большую долю неудачных испытаний.Как утверждают критики, "Булава" появилась благодаря банальному желанию России сэкономить: стремление страны сократить расходы на разработку за счет унификации "Булавы" с сухопутными ракетами сделало ее производство дешевле, чем обычно.

Х-101/Х-102

Разработчик: МКБ «Радуга»
Длина: 7,45 м
Диаметр: 742 мм
Размах крыла: 3 м
Стартовый вес: 2200-2400
Дальность полета: 5000-5500 км
Стратегическая крылатая ракета нового поколения. Её корпус представляет собой низкоплан, однако имеет сплющенное поперечное сечение и боковые поверхности. Боевая часть ракеты весом в 400 кг может поражать сразу 2 цели на расстоянии 100 км друг от друга. Первая цель будет поражена боеприпасом, спускающимся на парашюте, а вторая непосредственно при попадании ракеты.При дальности полета на 5000 км показатель кругового вероятного отклонения (КВО) составляет всего 5-6 метров, а при дальности 10 000 км не превышает 10 м.

Содержание статьи

РАКЕТНОЕ ОРУЖИЕ, управляемые реактивные снаряды и ракеты – беспилотные средства вооружения, траектории движения которых от стартовой точки до поражаемой цели реализуются с использованием ракетных или реактивных двигателей и средств наведения. Ракеты обычно имеют новейшее электронное оборудование, а при изготовлении их используются наиболее совершенные технологии.

Историческая справка.

Уже в 14 в. ракеты использовались в Китае в военных целях. Однако только в 1920–1930-х годах появились технологии, позволяющие оборудовать ракету приборами и средствами управления, способными провести ее от стартовой точки до цели. Сделать это позволили прежде всего гироскопы и электронное оборудование.

Версальский договор, которым завершилась Первая мировая война , лишил Германию наиболее важных видов оружия и запретил ей перевооружение. Однако в этом договоре не были упомянуты ракеты, поскольку разработка их считалась неперспективной. В результате германское военное ведомство проявило интерес к ракетам и управляемым реактивным снарядам, что открыло новую эру в области вооружений. В конечном счете оказалось, что нацистская Германия разрабатывала 138 проектов управляемых снарядов различных типов. Наиболее известными из них являются два вида «оружия возмездия»: крылатая ракета Фау-1 и баллистическая ракета с инерциальной системой наведения Фау-2. Они нанесли тяжелый урон Великобритании и силам союзников в годы Второй мировой войны.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ

Существует множество различных типов боевых ракет, однако для любого из них характерно использование новейших технологий в области управления и наведения, двигателей, боеголовок, создания электронных помех и пр.

Наведение.

Если ракета запущена и не теряет в полете устойчивости, необходимо еще вывести ее на цель. Разработаны различные типы систем наведения.

Инерциальное наведение.

Для первых баллистических ракет считалось приемлемым, если инерциальная система выводила ракету в точку, располагающуюся в нескольких километрах от цели: при полезном грузе в виде ядерного заряда уничтожение цели в этом случае вполне возможно. Однако это заставило обе стороны дополнительно защитить наиболее важные объекты, располагая их в укрытиях или бетонных шахтах. В свою очередь конструкторы ракет усовершенствовали инерциальные системы наведения, обеспечив корректировку траектории ракеты средствами астронавигации и отслеживания земного горизонта. Существенную роль сыграли и достижения в гироскопии. К 1980-м годам погрешность наведения межконтинентальных баллистических ракет составляла менее 1 км.

Самонаведение.

Для большинства ракет, несущих обычные взрывчатые вещества, необходима та или иная система самонаведения. При активном самонаведении ракета снабжается собственным радиолокатором и электронным оборудованием, которое ведет ее до встречи с целью.

При полуактивном самонаведении цель облучается радиолокатором, расположенным на стартовой площадке или вблизи нее. Ракета наводится по сигналу, отраженному от цели. Полуактивное самонаведение сохраняет на стартовой площадке много дорогостоящего оборудования, однако дает оператору возможность контроля за выбором цели.

Лазерные целеуказатели, которые стали использоваться с начала 1970-х годов, во вьетнамской войне доказали свою высокую эффективность: они уменьшили время, в течение которого летный экипаж остается доступным вражескому огню, и количество ракет, необходимых для поражения цели. Система наведения такой ракеты фактически не воспринимает какого-либо излучения, кроме испускаемого лазером. Поскольку рассеяние лазерного луча невелико, он может облучать область, не превышающую габаритов цели.

Пассивное самонаведение сводится к обнаружению излучения, которое испускается или отражается целью, с последующим вычислением курса, выводящего ракету на цель. Это могут быть радиолокационные сигналы, излучаемые системами ПВО противника, свет и тепловое излучение двигателей самолета или другого объекта.

Связь по проводам и оптоволоконная связь.

Используемая обычно методика управления основывается на проводной или оптоволоконной связи ракеты с пусковой платформой. Такая связь снижает стоимость ракеты, поскольку наиболее дорогостоящие компоненты остаются в пусковом комплексе и могут использоваться многократно. В ракете сохраняется лишь небольшой управляющий блок, который необходим для обеспечения устойчивости начального движения ракеты, стартующей с пускового устройства.

Двигатели.

Движение боевых ракет обеспечивается, как правило, ракетными двигателями твердого топлива(РДТТ); в некоторых ракетах используется жидкое топливо, а для крылатых ракет предпочтительны реактивные двигатели. Ракетный двигатель автономен, и его работа не связана с поступлением воздуха извне (как работа поршневых или реактивных двигателей). Горючее и окислитель твердого топлива измельчены до порошкообразного состояния и смешаны с жидким связующим. Смесь заливается в корпус двигателя и отверждается. После этого не нужно никаких приготовлений для приведения двигателя в действие в боевых условиях. Хотя большинство тактических управляемых ракет действует в атмосфере, они снабжаются ракетными, а не реактивными двигателями, так как твердотопливные ракетные двигатели быстрее подготавливаются к пуску, почти не имеют движущихся частей и энергетически более эффективны. Реактивные двигатели используются в управляемых снарядах с длительным временем активного полета, когда использование атмосферного воздуха дает существенный выигрыш. Жидкостные ракетные двигатели (ЖРД) широко использовались в 1950–1960-х годах.

Совершенствование технологии изготовления твердого топлива позволило приступить к производству РДТТ с контролируемыми характеристиками горения, исключающими образование трещин в заряде, которые могли бы привести к аварии. Ракетные двигатели, особенно твердотопливные, стареют по мере того, как входящие в них вещества постепенно вступают в химические связи и изменяют состав, поэтому следует периодически проводить контрольные огневые испытания. Если не подтверждается принятый срок годности какого-либо из испытываемых образцов, заменяется вся партия.

Боеголовка.

При использовании осколочных боеголовок в момент взрыва на цель направляются металлические осколки (обычно тысячи стальных или вольфрамовых кубиков). Такая шрапнель наиболее эффективна при поражении самолетов, средств связи, радиолокаторов ПВО и людей, находящихся вне укрытия. Боеголовка приводится в действие взрывателем, который детонирует при поражении цели или на некотором расстоянии от нее. В последнем случае, при так называемом неконтактном инициировании, срабатывание взрывателя происходит, когда сигнал от цели (отраженный радиолокационный луч, тепловое излучение либо сигнал от небольших бортовых лазеров или светочувствительных датчиков) достигает некоторого порога.

Для поражения танков и бронемашин, укрывающих солдат, применяются кумулятивные заряды, обеспечивающие самоорганизующееся формирование направленного движения осколков боеголовки.

Достижения в области систем наведения позволили конструкторам создать кинетическое оружие – ракеты, поражающее действие которых определяется чрезвычайно большой скоростью движения, которая при ударе приводит к выделению огромной кинетической энергии. Такие ракеты обычно используются для противоракетной обороны.

Электронные помехи.

Применение боевых ракет тесно связано с созданием электронных помех и средств борьбы с ними. Целью таких помех является создание сигналов или шума, которые «обманут» ракету и заставят ее следовать за ложной целью. Ранние способы создания электронных помех сводились к выбросу ленточек алюминиевой фольги. На экранах локаторов присутствие ленточек превращается в визуальное отображение шума. Современные системы создания электронных помех анализируют принятые радиолокационные сигналы и передают ложные, чтобы ввести противника в заблуждение, или просто генерируют радиочастотные помехи, достаточные для того, чтобы заглушить систему противника. Важной частью военной электроники стали компьютеры. Неэлектронные помехи включают в себя создание вспышек, т.е. ложных целей для ракет противника с тепловым наведением, а также специально спроектированных реактивных турбин, смешивающих атмосферный воздух с выхлопными газами для снижения инфракрасной «заметности» самолета.

Системы борьбы с электронными помехами используют такие приемы, как изменение рабочих частот и применение поляризованных электромагнитных волн.

Заблаговременные сборка и испытание.

Требование минимального обслуживания и высокой боеготовности ракетного оружия привели к разработке т.н. «сертифицированных» ракет. Собранные и проверенные ракеты герметизируются на заводе в контейнере и после этого поступают на склад, где они хранятся, пока не будут затребованы воинскими частями. При этом становится излишней сборка в полевых условиях (практиковавшаяся для первых ракет), а электронное оборудование не требует проверок и устранения неисправностей.

ТИПЫ БОЕВЫХ РАКЕТ

Баллистические ракеты.

Баллистические ракеты предназначаются для транспортировки термоядерных зарядов к цели. Их можно классифицировать следующим образом: 1) межконтинентальные баллистические ракеты (МБР) с дальностью полета 5600–24 000 км, 2) ракеты промежуточной дальности (выше средней) – 2400–5600 км, 3) «морские» баллистические ракеты (с дальностью 1400–9200 км), запускаемые с подводных лодок, 4) ракеты средней дальности (800–2400 км). Межконтинентальные и морские ракеты в совокупности со стратегическими бомбардировщиками образуют т.н. «ядерную триаду».

Баллистическая ракета затрачивает лишь считанные минуты на перемещение своей боеголовки по параболической траектории, заканчивающейся на цели. Большая часть времени движения боеголовки затрачивается на полет и спуск в космическом пространстве. Тяжелые баллистические ракеты обычно несут несколько боеголовок индивидуального наведения, направляемых на одну и ту же цель или имеющих «свои» цели (как правило, в радиусе нескольких сотен километров от основной мишени). Для обеспечения нужных аэродинамических характеристик при входе в атмосферу боеголовке придается линзообразная или коническая форма. Аппарат снабжен теплозащитным покрытием, которое сублимирует, переходя из твердого состояния сразу в газообразное, и тем самым обеспечивает унос тепла аэродинамического нагрева. Боеголовка снабжается небольшой собственной навигационной системой для компенсации неизбежных траекторных отклонений, которые могут изменить точку встречи.

Фау-2.

Первый успешный полет Фау-2 состоялся в октябре 1942. Всего было изготовлено более 5700 таких ракет. Успешно стартовали 85% из них, но лишь 20% поразили цель, остальные же взорвались при подлете. 1259 ракет поразили Лондон и его окрестности. Однако наиболее пострадал бельгийский порт Антверпен.

Баллистические ракеты с дальностью выше средней.

В рамках крупномасштабной программы исследований с использованием германских ракетных специалистов и ракет Фау-2, захваченных при разгроме Германии, армейские специалисты США спроектировали и испытали ракеты «Корпорал» с малым и «Редстоун» со средним радиусом действия. На смену ракете «Корпорал» вскоре пришел твердотопливный «Сарджент», а место «Редстоуна» занял «Юпитер» – более крупная ракета на жидком топливе с дальностью выше средней.

МБР.

Разработка МБР в США началась в 1947. «Атлас», первая МБР США, поступила на вооружение в 1960.

Советский Союз примерно в это же время приступил к разработке более крупных ракет. Его «Сэпвуд» (SS-6), первая в мире межконтинентальная ракета, стала реальностью после запуска первого спутника (1957).

Ракеты США «Атлас» и «Титан-1» (последняя принята на вооружение в 1962), как и советская SS-6, использовали криогенное жидкое топливо, и поэтому время их подготовки к старту измерялось часами. «Атлас» и «Титан-1» первоначально размещались в ангарах повышенной прочности и лишь перед пуском приводились в боевое состояние. Однако спустя некоторое время появилась ракета «Титан-2», размещавшаяся в бетонированной шахте и имевшая подземный центр управления. «Титан-2» работал на самовоспламеняющемся жидком топливе длительного хранения. В 1962 вступил в строй «Минитмен», трехступенчатая МБР на твердом топливе, доставляющая единственный заряд мощностью в 1 Мт к цели, удаленной на расстояние 13 000 км.

Введение

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Классификация ракет

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

В зависимости от типа траектории полёта различают:

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

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

В зависимости от скорости полёта ракеты подразделяются на:

1) Дозвуковые крылатые ракеты

2) Сверхзвуковые крылатые ракеты

3) Гиперзвуковые крылатые ракеты

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

Х-35 Уран – Россия

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

П-270 Москит – Россия

П-700 Гранит – Россия

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

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

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

Место старта и направленность запуска определяют класс ракеты:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

По дальности полёта баллистические ракеты разделяют на:

ракеты ближнего радиуса действия;

ракеты среднего радиуса действия;

баллистические ракеты средней дальности;

межконтинентальные баллистические ракеты.

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

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

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

межконтинентальные баллистические ракеты (свыше 5500 километров).

По типу двигателя от вида топлива:

твёрдотопливный двигатель или ракетные двигатели твердого топлива;

жидкостный двигатель;

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

прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД);

ПВРД со сверхзвуковым горением;

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

Тип боеголовки:

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

Ядерная боеголовка.

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

Системы наведения:

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

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

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

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

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

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

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

Боевое ракетное оружие принято классифицировать по следующим параметрам:

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

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

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

способу базирования – стационарное, подвижное (мобильное);

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

среде полета – воздушное, подводное, космическое;

типу управления – управляемое, неуправляемое;

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

Классификация ракет-носителей

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

Количество ступеней.

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

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

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

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

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

комбинированная продольно-поперечная компоновка.

Используемые двигатели. В качестве маршевых двигателей могут использоваться:

жидкостные ракетные двигатели;

твёрдотопливные ракетные двигатели;

различные комбинации на разных ступенях.

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

ракеты сверхтяжёлого класса (больше 50 тонн);

ракеты тяжелого класса (до 30 тонн);

ракеты среднего класса (до 15 тонн);

ракеты лёгкого класса (до 2-4 тонн);

ракеты сверхлёгкого класса (до 300-400 кг).

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

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

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

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