Глава 1. Общие сведения
Что такое баллистическая ракета
Баллистическими ракетами (в 50-х годах использовался термин «баллистические снаряды») называют такие ракеты, у которых траектория полета (за исключением начального участка, который ракета проходит с работающим двигателем) представляет собой траекторию свободно брошенного тела. После выключения двигателя ракета не управляется и движется подобно обычному артиллерийскому снаряду, а ее траектория зависит только от силы тяжести и аэродинамических сил и представляет собой так называемую «баллистическую кривую».
Баллистические ракеты обычно запускаются вертикально вверх или под углами, близкими к 90 градусам, что делает необходимым применение системы управления для вывода ракеты на расчетную траекторию поражения цели.
Чтобы баллистическая ракета могла пролететь сотни и тысячи километров, ей надо сообщить очень высокую скорость полета. Однако и при этом условии получить большую дальность было бы невозможно, если бы ракета совершала полет в плотных слоях атмосферы. Сопротивление воздуха быстро погасило бы ее скорость. Поэтому стратегические баллистические ракеты основной участок своей траектории проходят на очень большой высоте, где плотность воздуха мала, т. е. практически в безвоздушном пространстве.
Вертикальный запуск ракеты позволяет сократить время ее движения в плотных слоях атмосферы и тем самым уменьшить расход энергии на преодоление силы сопротивления воздуха. Через несколько секунд вертикального подъема траектория ракеты искривляется в сторону цели и переходит в наклонную. За счет работы двигателя скорость ракеты непрерывно возрастает вплоть до полного израсходования топлива или выключения (отсечки) двигателя. С этого момента и до падения на землю ракета движется по траектории свободно брошенного тела. Таким образом, траектория баллистической ракеты имеет два участка: активный — от начала взлета до прекращения работы двигателей и пассивный — от момента прекращения работы двигателей до достижения поверхности земли.
Ракеты А-4 на стартовой позицииАктивный участок может быть в свою очередь разделен на отрезки. Баллистическая ракета дальнего действия стартует вертикально с пускового устройства и в течение нескольких секунд движется прямо вверх. Этот участок полета назван стартовым. Далее начинается выведение ракеты на траекторию. Ракета отклоняется от вертикали и, описывая дугу на участке выведения, выходит на последний наклонный участок (участок выключения), на котором происходит отсечка двигателей. Дальнейшая траектория ее полета определяется кинетической энергией, запасенной на активном участке, и может быть точно рассчитана.
Описав эллиптическую дугу вне атмосферы, баллистическая ракета или отделившаяся головная часть ракеты вновь входит в атмосферу, имея практически ту же кинетическую энергию и тот же угол наклона траектории к горизонту, что и при выходе из нее.
После этого начинается последний этап пассивного участка движения — наклонное падение в атмосфере, сопровождающееся некоторой потерей кинетической энергии и весьма значительным нагревом.
Первые баллистические ракеты
В начале 30-х годов в Советском Союзе вопросами создания баллистических ракет на жидком топливе занимались специалисты ГИРД (группы изучения реактивного движения) и Ленинградской государственной газодинамической лаборатории. Видную роль в этих работах играли Ф. А. Цандер, С. П. Королев, М. К. Тихонравов, Ю. А. Победоносцев. Основной тематикой работ было создание ракеты на жидком топливе, способной решать задачи исследования космического пространства. Но в то время воплотить эту идею с технической стороны было невозможно, несмотря на определенный успех в создании двигателей на жидком топливе (ОР-2, ОРМ-1, ОРМ-2) конструкции Цандера и Глушко.
Работы велись с большим напряжением. Но создать боевую ракету на жидком топливе до начала Великой Отечественной войны не удалось, чему в немалой степени способствовали репрессии среди ведущих специалистов-ракетчиков.
Интенсивные работы по созданию ракет на жидком топливе также велись в Германии. С приходом к власти Гитлера ракетная тематика приняла ярко выраженную военную направленность. Был создан армейский ракетный испытательный полигон, размещенный в интересах соблюдения строгой тайны работ в центре Германии — в Кумерсдорфе. Однако вскоре стало ясно, что полигон не позволяет проводить летные испытания ракет. В 1936 году был создан новый армейский исследовательский центр в Пенемюнде, располагавшийся на островах Узедом (близ Штетинского пролива) и Грейфсвальдер-Ойе (восточнее острова Рюген в Балтийском море). С начала 1937 года его возглавил технический директор Вернер фон Браун, а всего в центре работало около 15 тыс. человек.
Уже осенью 1938 года состоялись первые пуски ракет на жидком топливе. Все испытательные пуски проводились в сторону Швеции. Слежение за полетом ракет осуществлялось радиолокатором. К началу Второй мировой войны немецким конструкторам удалось создать удачную ракету с двигателями на жидком топливе А-3, дальность полета которой составляла 17 км. Ее схему взяли за основу для разработки более совершенной ракеты, которой присвоили обозначение А-4.
После серии различных испытаний на стендах 13 июня 1942 года состоялся первый пуск ракеты А-4, закончившийся неудачей. Второй пуск (16.08.42 г.) завершился взрывом ракеты. 3 октября 1942 года был проведен третий пуск, который признан успешным. Ракета пролетела 190 км. Об этом поспешили доложить Гитлеру, который дал указание принять ее на вооружение под названием ФАУ-2.
Ракета А-4 представляла собой одноступенчатую баллистическую ракету с жидкостным реактивным двигателем, работающим на этиловом спирте и жидком кислороде. Корпус ракеты состоял из каркаса с наружной обшивкой, внутри которого подвешивались баки горючего и окислителя. Горючее (спирт, запас составлял 3770 кг) подавалось к двигателю по специальному трубопроводу, размещенному внутри бака окислителя, запас которого достигал 5000 кг.
Компоненты топлива подавались в камеру сгорания турбонасосным агрегатом. Его турбина раскручивалась перекисью водорода, хранившейся в специальном баке. Для воспламенения основного горючего применялось специальное пусковое топливо. Жидкостный ракетный двигатель развивал тягу 25,4 т у земли. Его камера сгорания охлаждалась спиртом, пропускавшимся через специальные трубки. Время работы двигателя колебалось в интервале 60-65 секунд.
Ракета имела автономную программную гироскопическую систему наведения. В ее состав входили гирогоризонт, гиро- вертикант, усилительно-преобразовательные блоки и рулевые машинки, связанные с рулями ракеты. В качестве исполнительных устройств системы управления использовались четыре газовых руля, выполненных из графита и установленных на пути истекающих из камеры сгорания газов, и четыре воздушных руля, которые играли вспомогательную роль. При обратном входе в атмосферу они стабилизировали корпус ракеты. Ракета оснащалась неотделяемой в полете головной частью с зарядом взрывчатки массой в 910 кг.
Немецкая промышленность довольно быстро освоила выпуск ракет А-4, что позволило развернуть боевые части и подразделения. Ввиду невысокой точности попадания для ракет выбрали крупную площадную цель — Лондон. Главным источником ошибок была сама гироскопическая система управления. Дело в том, что она не реагировала на параллельный снос ракеты. Другим источником ошибок явились погрешности в работе интегратора — прибора, определяющего скорость ракеты и момент выключения двигателя.
Первый боевой пуск ракет А-4 состоялся 8 сентября 1944 года с территории Голландии. Ракета перевозилась к месту старта транспортером-установщиком, а всего в комплекс стартовых средств входило около 30 транспортных и специальных машин и агрегатов. Предстартовая подготовка занимала почти 4 часа.
Первое боевое применение ракет со всей остротой поставило практически неразрешимую в то время проблему борьбы с ними. Стало ясно, что создано новое оружие, способное причинять значительный урон противнику. Англичане так и не смогли решить задачу борьбы с ракетами А-4. Лондон мог бы быть полностью разрушен, если бы техническая надежность ракет была выше. Так, из 4320 ракет А-4, запущенных по Лондону, в городе упали только 1050. Остальные либо взорвались при запуске, либо отклонились от цели.
Немецкие конструкторы активно работали над улучшением боевых свойств ракеты А-4. К концу войны им удалось значительно усовершенствовать систему управления. Для учета бокового сноса создали прибор «кверинтегратор» (т. е. интегратор перемещений), который определял боковой снос ракеты путем двойного интегрирования ускорений бокового сноса. Этот прибор крепился на специальной горизонтальной стабилизированной площадке, получившей название «стабиплан». Помещенная в третье кольцо карданного подвеса площадка стабилизировалась в пространстве тремя сравнительно большими гироскопами, оси вращения которых были расположены перпендикулярно к осям карданного подвеса. Стабилизация такой площадки оказалась чрезвычайно точной.
