|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ІСТОРІЯ ТЕХНІКИ, ТЕХНОЛОГІЇ, ПРЕДМЕТІВ НАВКОЛО НАС
Балістична ракета. Історія винаходу та виробництва
Довідник / Історія техніки, технології, предметів довкола нас Балістична ракета – різновид ракетної зброї. Більшу частину польоту здійснює по балістичній траєкторії, тобто перебуває у некерованому русі. Потрібна швидкість та напрямок польоту повідомляються балістичній ракеті на активній ділянці польоту системою керування польотом ракети. Після відключення двигуна залишок шляху бойова частина, що є корисним навантаженням ракети, рухається балістичною траєкторією. Балістичні ракети можуть бути багатоступінчастими, у цьому випадку після досягнення заданої швидкості відпрацьовані щаблі відкидаються. Така схема дозволяє зменшити поточну вагу ракети, що дозволяє збільшити її швидкість.
За майже тисячолітню історію розвитку ракетна техніка пройшла гігантський шлях від примітивних "вогненних стріл" до найпотужніших сучасних ракет-носіїв, здатних виводити на орбіту багатотонні космічні апарати. Винайдено ж ракету в Китаї. Перші документальні відомості про її бойове застосування пов'язані з облогою монголами китайського міста Пієн-Кінга у 1232 році. Китайські ракети, що тоді запускалися з фортеці і наводили страх на монгольську кінноту, являли собою невеликі мішечки, набиті порохом і прив'язані до стріли звичайної цибулі. Слідом за китайцями запальні ракети почали використовувати індійці та араби, але з поширенням вогнепальної зброї ракети втратили своє значення і багато століть були витіснені з широкого військового вживання.
Знову інтерес до ракети як до бойової зброї прокинувся в XIX столітті. У 1804 році значні удосконалення в конструкцію ракети вніс англійський офіцер Вільям Конгрев, який уперше в Європі зумів налагодити масове виробництво бойових ракет. Маса його реактивних снарядів досягала 20 кг, а дальність польоту – 3 км. При належній вправності ними можна було вражати цілі на відстані до 1000 м. У 1807 англійці широко застосували цю зброю під час бомбардування Копенгагена. У короткий термін містом було випущено понад 25 тисяч ракет, внаслідок чого місто було майже повністю спалене. Але незабаром розвиток нарізної вогнепальної зброї зробило застосування ракет малоефективним. У другій половині XIX століття їх було знято з озброєння в більшості держав. Знову майже на сто років ракета отримала відставку. Втім, різні проекти використання реактивної тяги вже тоді з'являлися то в одного, то в іншого винахідника. У 1903 році вийшла робота "Дослідження космічних просторів реактивними приладами" російського вченого Костянтина Ціолковського. У ній Ціолковський не тільки передбачив, що ракета стане колись тим транспортним засобом, який виведе людину в космос, а й уперше розробив принципову схему нового реактивного рідинного двигуна. Після цього в 1909 році американський вчений Роберт Годдард вперше висловив ідею про створення та використання багатоступінчастої ракети. 1914 року він узяв патент на цю конструкцію. Перевага використання кількох ступенів полягає в тому, що після повного витрати палива з баків щаблі вона відкидається. Тим самим зменшується маса, яку необхідно розігнати ще до більш високих швидкостей. У 1921 році Годдард провів перші випробування свого рідинного реактивного двигуна, який працював на рідкому кисні та ефірі. У 1926 році він зробив перший публічний запуск ракети з рідинним двигуном, яка, щоправда, піднялася всього на 12, 5 м. Надалі Годдард приділяв багато уваги стійкості та керованості ракет. У 1932 році він вперше запустив ракету з гіроскопічними кермами. Зрештою його ракети, маючи стартову вагу до 350 кг, піднімалися на висоту до 3 км. У 30-ті роки інтенсивні роботи з удосконалення ракет велися вже у кількох країнах. Принцип роботи рідинного реактивного двигуна загалом дуже простий. Паливо та окислювач знаходяться в окремих баках. Під високим тиском вони подаються в камеру згоряння, де інтенсивно перемішуються, випаровуються, вступають у реакцію та займаються. Гарячі гази, що утворюються при цьому, з великою силою викидаються назад через сопло, що призводить до появи реактивної тяги.
Однак реальне втілення цих простих принципів наштовхувалося на великі технічні труднощі, з якими зіткнулися перші конструктори. Найбільш гострими з них виявилися проблеми забезпечення сталого горіння палива в камері згоряння та охолодження самого двигуна. Дуже непростими були питання про високоенергетичному пальному для ракетного двигуна і про способи подачі компонентів палива в камеру згоряння, оскільки для повного згоряння з виділенням максимальної кількості тепла вони повинні були добре розпорошуватися і рівномірно перемішуватися між собою у всьому обсязі камери. Крім того, потрібно розробити надійні системи, що регулюють роботу двигуна та управління ракетою. Потрібно було безліч експериментів, помилок і невдач, як всі ці проблеми були благополучно подолано. Взагалі, рідинні двигуни можуть працювати і на однокомпонентному, так званому унітарному паливі. Як таке можуть виступати, наприклад, концентрований перекис водню або гідразин. При з'єднанні з каталізатором перекис водню H2O2 з великим виділенням тепла розкладається на кисень та воду. Гідразин N2H4 в цих умовах розкладається на водень, азот та аміак. Але численні випробування показали, що ефективнішими є двигуни, що працюють на двох окремих компонентах, один з яких є пальним, а інший окислювачем. Хорошими окислювачами виявилися рідкий кисень O2, Азотна кислота HNO3, різні оксиди азоту, а також рідкий фтор F2. Як паливо міг застосовуватися гас, рідкий водень H2, (У поєднанні з рідким киснем він є надзвичайно ефективним пальним), гідразин та його похідні. На початкових етапах розвитку ракетної техніки як паливо часто використовувався етиловий або метиловий спирт. Для кращого розпилення та перемішування палива (окислювача та пального) використовувалися спеціальні форсунки, розташовані в передній частині камери згоряння (ця частина камери називається форсунковою головкою). Вона, як правило, мала плоску форму, утворену з багатьох форсунок. Всі ці форсунки виконувалися у вигляді подвійних трубок для одночасної подачі окислювача та пального. Упорскування палива відбувалося під великим тиском. Дрібні крапельки окислювача та пального при високій температурі інтенсивно випаровувалися та вступали один з одним у хімічну реакцію. Основне горіння палива відбувається поблизу форсуночної головки. При цьому сильно зростали температура і тиск газів, що утворюються, які потім прямували в сопло і з великою швидкістю виривалися назовні. Тиск у камері згоряння може досягати сотень атмосфер, тому пальне та окислювач необхідно підводити під ще більш високим тиском. Для цього в перших ракетах використовувався наддув паливних баків стиснутим газом або парами компонентів палива (наприклад, парами рідкого кисню). Пізніше стали застосовувати спеціальні високопродуктивні насоси великої потужності із приводом від газових турбін. Для прокручування газової турбіни на початковому етапі роботи двигуна подавали гарячий газ від газогенератора. Пізніше почали застосовувати гарячий газ, що утворюється з компонентів палива. Після розгону турбіни цей газ потрапляв у камеру згоряння та використовувався для розгону ракети. Проблему охолодження двигуна спочатку намагалися вирішити, застосовуючи спеціальні жароміцні матеріали або спеціальну охолоджувальну рідину (наприклад, воду). Однак поступово було знайдено вигідніший та ефективніший метод охолодження шляхом використання одного з компонентів самого палива. Перед вступом до камери один з компонентів палива (наприклад, рідкий кисень) проходив між її внутрішньою і зовнішньою стінкою і зносив із собою значну частину тепла від теплонапруженої внутрішньої стінки. Відпрацьована ця система була далеко не відразу, і тому на перших етапах створення ракет їх старти часто супроводжувалися аваріями та вибухами. Для управління в перших ракетах застосовувалися повітряні та газові керма. Газові керма розташовувалися біля зрізу сопла і створювали керуючі сили і моменти за рахунок відхилення струменя газу, що витікає з двигуна. За формою вони нагадували лопаті весла. Під час польоту ці керма швидко обгоряли та руйнувалися. Тому надалі від їх використання відмовилися і почали застосовувати спеціальні керуючі ракетні двигуни, які мали змогу повертатися щодо осей кріплення. У СРСР досліди зі створення ракет на рідинних двигунах почалися 30-ті роки. У 1933 році московська група вивчення реактивного руху (ГІРД) розробила та запустила першу радянську ракету ГІРД-09 (конструктори Сергій Корольов та Михайло Тихонравов). Ця ракета при довжині 2, 4 м та діаметрі 18 см мала стартову масу 19 кг. Маса палива, що складається з рідкого кисню та згущеного бензину, дорівнювала приблизно 5 кг. Двигун розвивав тягу до 32 кг та міг працювати 15-18 с. При першому запуску через прогар камери згоряння газові струмені почали вириватися збоку, що призвело до завалу ракети та її пологого польоту. Максимальна висота польоту складала 400 м-коду. У наступні роки радянські ракетники здійснили ще кілька запусків. На жаль, у 1939 році Реактивний науково-дослідний інститут (в який у 1933 році було перетворено ГІРД) було розгромлено НКВС. Багато конструкторів було відправлено до в'язниць та таборів. Корольова було заарештовано ще в липні 1938 року. Разом з Валентином Глушко, майбутнім головним конструктором ракетних двигунів, він провів кілька років у спец КБ в Казані, де Глушко вважався головним конструктором рухових установок для літаків, а Корольов - його заступником. На деякий час розвиток ракетобудування СРСР припинилося. Набагато відчутніших результатів досягли німецькі дослідники. 1927 року тут утворилося товариство Міжпланетних подорожей, яким керували Вернер фон Браун та Клаус Рідель. З приходом до влади фашистів ці вчені почали працювати створення бойових ракет. 1937 року виник ракетний центр у Пенемюнді. У будівництво за чотири роки було вкладено 550 мільйонів марок. У 1943 році чисельність основного персоналу Пенемюнде становила вже 15 тисяч жителів. Тут знаходилися найбільша в Європі аеродинамічна труба та завод з виробництва рідкого кисню. У центрі були розроблені літак-снаряд "Фау-1", а також перша в історії серійна балістична ракета "Фау-2" зі стартовою масою 12700 кг (балістичною називається така ракета, яка керується лише на початковій ділянці польоту; після вимкнення двигунів вона летить як вільно кинутий камінь). Робота над ракетою почалася ще в 1936 році, коли Брауну та Ріделю було надано на допомогу 120 співробітників і кілька сотень робітників. Перший експериментальний запуск "Фау-2" відбувся 1942 року і виявився невдалим. Через відмову системи управління ракета врізалася в землю через 1,5 хвилини після старту. Новий старт у жовтні 1942 року виявився успішним. Ракета піднялася на висоту 96 км, досягла дальності 190 км і розірвалася за чотири км від заданої мети. При створенні цієї ракети було зроблено безліч знахідок, які широко використовуються потім у ракетобудуванні, але було також багато недоробок. На "Фау" вперше було застосовано турбонасосну подачу палива в камеру згоряння (до цього зазвичай застосовувалося витіснення його стисненим азотом). Для розкручування газової турбіни використовували перекис водню. Проблему охолодження двигуна намагалися спочатку вирішити, використовуючи для стін камери згоряння товсті сталеві листи з поганою теплопровідністю. Але перші ж старти показали, що через це двигун швидко перегрівається. Щоб знизити температуру горіння, довелося розбавляти етиловий спирт 25% води, що, у свою чергу, сильно знизило ККД двигуна.
У січні 1944 року розпочався серійний випуск "Фау". Ця ракета з дальністю польоту до 300 км несла бойовий заряд вагою до 1 т. З вересня 1944 німці стали обстрілювати ними територію Великобританії. Усього було виготовлено 6100 ракет та проведено 4300 бойових пусків. До Англії долетіло 1050 ракет і половина їх вибухнула безпосередньо у Лондоні. Внаслідок цього загинуло близько 3 тисяч осіб і вдвічі більше зазнало поранень.
Максимальна швидкість польоту "Фау-2" досягала 1,5 км/сек, а висота польоту - близько 90 км. Ні перехопити, ні збити цю ракету англійці не мали жодної можливості. Але через недосконалу систему наведення вони загалом виявилися досить неефективною зброєю. Однак з погляду розвитку ракетної техніки "Фау" являли собою гігантський крок уперед. Головне в тому, що у майбутнє ракет повірили у всьому світі. Після війни ракетобудування отримало у всіх державах потужну державну підтримку. США виявилися спочатку в більш сприятливих умовах багато німецьких ракетників на чолі з самим Брауном після розгрому Німеччини були доставлені до Америки, так само як і кілька готових "Фау". Цей потенціал став вихідним пунктом у розвиток американської ракетної промисловості. 1949 року, встановивши "Фау-2" на невелику дослідницьку ракету "Вак-Корпорел", американці здійснили її запуск на висоту 400 км. На базі тієї ж "Фау" під керівництвом Брауна була в 1951 створена американська балістична ракета "Вікінг", що розвивала швидкість близько 6400 км / год. У 1952 році той же Браун розробив для США балістичну ракету "Редстоун" з дальністю польоту до 900 км (саме ця ракета була використана в 1958 р. як перший щабель при виведенні на орбіту першого американського супутника "Експлорер-1"). СРСР довелося наздоганяти американців. Створення власних важких балістичних ракет тут також розпочалося вивчення німецьких "Фау-2". Для цього відразу ж після перемоги до Німеччини було направлено групу конструкторів (у числі яких знаходилися Корольов та Глушко). Правда, їм не вдалося отримати жодної готової цілої "Фау", але за непрямими ознаками та численними свідченнями уявлення про неї було складено досить повне. У 1946 році в СРСР почалися власні інтенсивні роботи зі створення автоматично керованих балістичних ракет дальньої дії. Організоване Королевим НДІ-88 (пізніше ЦНДІМаш у підмосковних Підлипках, нині місто Корольов) одразу отримало значні кошти та всебічну державну підтримку. У 1947 році на базі "Фау-2" було створено першу радянську балістичну ракету Р-1. Цей перший успіх дався насилу. Під час розробки ракети радянські інженери зіштовхнулися з безліччю проблем.
Радянська промисловість не випускала тоді необхідних ракетобудування марок сталі, був потрібної гуми і необхідних пластмас. Великі труднощі виникли при роботі з рідким киснем, оскільки всі мастила, що були тоді, миттєво загусали при низькій температурі, і керма переставали працювати. Довелося розробляти нові типи олій. Загальна культура виробництва жодною мірою не відповідала рівню ракетної техніки. Точність виготовлення деталей, якість зварювання тривалий час залишали бажати кращого. Випробування, проведені в 1948 році на полігоні Капустін Яр, показали, що Р-1 не тільки не перевершують "Фау-2", а й поступаються їм за багатьма параметрами. Майже жоден старт не проходив гладко. Пуски деяких ракет відкладалися через неполадки багато разів. З 12 призначених для випробувань ракет насилу вдалося запустити лише 9. Випробування, проведені 1949 року, дали значно кращі результати: з 20 ракет 16 потрапили у заданий прямокутник 16 на 8 км. Не було жодної відмови у запуску двигуна. Але й після цього пройшло ще багато часу, перш ніж навчилися конструювати надійні ракети, які стартували, летіли та влучали в ціль. У 1949 році на базі Р-1 було розроблено геофізичну висотну ракету В-1А зі стартовою масою близько 14 т (при діаметрі близько 1,5 м вона мала висоту 15 м). У 1949 році ця ракета доставила на висоту 102 км контейнер із науковими приладами, який потім благополучно повернувся на землю. У 1950 році Р-1 була прийнята на озброєння. З цього моменту радянські ракетники вже спиралися на власний досвід і незабаром перевершили не лише своїх учителів-німців, а й американських конструкторів. У 1950 році була створена принципово нова балістична ракета Р-2 з одним несучим баком і головною частиною, що відокремлюється. (Паливні баки у "Фау" були підвісні, тобто не несли на собі ніякого силового навантаження. Радянські конструктори спочатку перейняли цю схему. Але надалі вони перейшли до використання несучих баків, коли зовнішня оболонка, тобто корпус ракети, служив як стінки. паливних баків, або, що те саме, паливні баки становили корпус ракети.) За своїми розмірами Р-2 була вдвічі більша за Р-1, але завдяки застосуванню спеціально розроблених алюмінієвих сплавів перевищувала її за вагою всього на 350 кг. Як паливо тут, як і раніше, використовувалися етиловий спирт і рідкий кисень. У 1953 році була прийнята на озброєння ракета Р-5 із дальністю польоту 1200 км. Створена на базі геофізична ракета В-5А (довжина - 29 м, стартова маса близько 29 т) могла піднімати вантажі на висоту до 500 км. 1956 року було проведено випробування ракети Р-5М, яка вперше у світі пронесла через космос головну частину з ядерним зарядом. Її політ завершився справжнім ядерним вибухом у заданому районі Аральських Каракумів за 1200 км від місця старту. Корольов та Глушко після цього отримали зірки Героїв Соціалістичної праці. До середини 50-х всі радянські ракети були одноступінчастими. У 1957 р. з нового космодрому в Байконурі було успішно запущено бойову міжконтинентальну багатоступінчасту балістичну ракету Р-7. Ця ракета довжиною близько 30 м і вагою близько 270 т складалася з чотирьох бічних блоків першого ступеня та центрального блоку з власним двигуном, який служив другим ступенем. У першому ступені використовувався двигун РД-107, у другому ступені - РД-108 на киснево-гасовому паливі. При старті всі двигуни вмикалися одночасно і розвивали тягу близько 400 т.
Про переваги багатоступінчастих ракет перед одноступінчастими вже йшлося вище. Можливі дві схеми розташування щаблів. У першому випадку найбільш масивна ракета, розташована внизу і спрацьовувала на самому початку польоту, називається першим ступенем. Зазвичай на неї встановлюється друга ракета менших розмірів та маси, яка служить другим ступенем. На ній у свою чергу може розміщуватися третя ракета і так далі в залежності від того, скільки потрібно щаблів. Це тип ракети з послідовним розташуванням щаблів. Р-7 ставилася до іншого типу - з поздовжнім поділом щаблів. Окремі блоки (двигуни та баки з пальним) першого ступеня розташовувалися в ній навколо корпусу другого ступеня, і при старті двигуни обох щаблів починали працювати одночасно. Після вироблення палива блоки першого ступеня відкидалися, а двигуни другого ступеня продовжували працювати далі. Декількома місяцями пізніше, у тому ж 1957 році, саме ця ракета вивела на орбіту перший в історії штучний супутник Землі. Автор: Рижов К.В.
▪ Ядерний реактор на швидких нейтронах ▪ Радар
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Гастрономічні уподобання кішок ▪ Нідерланди збудують плавуче місто ▪ Мініатюрний відбивний оптичний датчик TCND3000
▪ Розділ сайту Будівельнику, домашньому майстру. Добірка статей ▪ стаття Благомірні промови. Крилатий вислів ▪ стаття Що таке жири? Детальна відповідь ▪ стаття Серпоносик піщаний. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Пробник для перевірки оксидних конденсаторів Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Простий пускозарядний пристрій. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page