Автор: Сухоцкий Е.И.
Теги: радиолокация ракетостроение техническая литература цаги баллистические снаряды системы обороны
Год: 1961
Текст
10
1961
БЮРО НАУЧНОЙ ИНФОРМАЦИИ
Проблемы обороны от баллистических
снарядов.......................... 1
Выбор системы обороны.............. 3
Новые пути обороны от баллистических
снарядов ......................... 9
Требования к антиснарядам ........ 14
Радиолокационные системы обороны от МБС 19
Система раннего обнаружения баллистиче-
ских снарядов RMEWS...............20
Материалы для ракетостроения ..... 24
Хроника . ................. 34
БЮРО НАУЧНОЙ ИНФОРМАЦИИ
ЕХНИЧЕСКДЯ
(по материалам иностранной авиационной печати)
N 10 (936)
Май 1961 г.
XXII год издания
ПРОБЛЕМЫ ОБОРОНЫ ОТ БАЛЛИСТИЧЕСКИХ СНАРЯДОВ
Баллистические снаряды явились большим
шагом вперед в развитии стратегического
оружия.
В настоящее время нет активных средств
обороны от межконтинентальных баллистиче-
ских снарядов. Насколько известно, в подоб-
ном положении находятся все страны мира.
Следовательно, совершенно очевидно, почему
проблема обороны от МБС вызывает такой
большой общественный интерес. Эта пробле-
ма относится и к обороне от баллистических
снарядов, запускаемых с подводных лодок.
Ответственность за создание средств обо-
роны от баллистических снарядов в США
возложена на три вида вооруженных сил.
Армия занимается разработкой системы
«Ника-Зевс» и обороной войск; ВВС являются
ответственными за обеспечение раннего обна-
ружения МБС. Флот изыскивает средства за-
щиты кораблей от атак баллистических сна-
рядов и поддерживает свою противолодочную
оборону, с тем чтобы лишить противника воз-
можности свободно использовать подводные
лодки, вооруженные баллистическими снаря-
дами. Агентство перспективных проектов ве-
дет исследования в обширной области проб-
лем обороны от баллистических снарядов и
спутников.
Перечисленные проблемы, возможно, яв-
ляются наиболее трудными и сложными проб-
лемами военной техники, которые когда-либо
возникали перед вооруженными силами США.
В апреле 1959 г. Джонсон (тогда директор
агентства перспективных проектов) выступил
в комиссии по ассигнованиям конгресса США
с обоснованием необходимости выделить
128 млн. долларов на 1960 бюджетный год, в
дополнение к 80 млн., уже ассигнованным на
1959 бюджетный год, для ведения исследова-
ний в области обороны от баллистических
снарядов. Джонсон с достаточной ясностью
изложил трудности решения этой проблемы.
За прошедшие с того времени полтора года
ничто не изменило эту проблему, и нижесле-
дующее заявление Джонсона остается в силе:
«Баллистический снаряд обладает тремя
особенностями, с точки зрения обороны:
большая средняя скорость обусловливает
малое время реакции системы обороны;
компактность и форма тела, несущего бое-
вой заряд, затрудняют его обнаружение;
малая уязвимость затрудняет уничтожение.
Могут быть созданы обычные системы обо-
роны. т. е. системы, использующие радиоло-
катор и снаряды-перехватчики, могущие обе-
спечить при атаке небольшого количества
снарядов, содержащих известные боевые за-
ряды, большую вероятность их уничтожения
в зоне действия систем. Система «Ника-Зевс»
будет способна отразить подобные простые
атаки, даже если они будут осложнены на-
личием остатков ракет-носителей, неизбежно
сопровождающих тела с боевыми зарядами.
С другой стороны, баллистические снаря-
ды могут нести боевую нагрузку различным
образом. Если предполагается, что система
обороны будет высокоэффективной против
простой формы атаки, атакующим будут ис-
пользованы контрмеры, такие как средства
отвлечения и помехи, разработанные с учетом
слабых сторон систем обороны в целях сни-
жения их эффективности. Целью атакующего,
конечно, является доставка максимального
боевого заряда к цели (или другое желаемое
действие) путем «насыщения», введения в за-
мешательство или обхода системы обороны.
Некоторыми возможными и целесообразными
методами в этом отношении являются сле-
дующие:
Возвращающиеся в атмосферу тела с бое-
выми зарядами могут быть снабжены отде-
ляемыми тормозными поверхностями, при ко-
торых траекторию полета в атмосфере будет
весьма трудно предопределить.
В целях снижения уязвимости можно за
счет уменьшения веса боевого заряда экрани-
ровать тело от излучения.
Тело может быть покрыто материалом, по-
глощающим радиолокационные излучения,
чтобы уменьшить дальность действия радио-
локационных станций вне атмосферы.
Боевая нагрузка может быть разделена на
несколько небольших зарядов, размещенных
в таком же количестве входящих в атмосфе-
ру тел.
Можно применить средства имитации вхо-
дящих в атмосферу тел при различных усло-
виях. Кроме специальных средств, топливные
Сканирование и обработка
Deathdoor
баки и другие части ракет-носителей обеспе-
чивают большое количество ложных целей
для радиолокатора.
Можно применять очень легкие объекты,
имитирующие тело с боевыми головками на
среднем участке полета (в космосе).
Можно применять и объекты значительно
большего веса, характеристики которых при
входе в атмосферу подобны характеристикам
возвращающихся в атмосферу тел с боевыми
зарядами.
С прогрессом техники можно применять и
легкие объекты, имитирующие тела с боевы-
ми головками как вне, так и в пределах атмо-
сферы.
Может быть применено выбрасывание про-
стых полосок фольги.
Радиолокатор обнаружения весьма подвер-
жен действию помех, создаваемых небольши-
ми станциями помех и повторителями в осо-
бенности при больших дальностях действия
радиолокатора.
Все эти методы, затрудняющие действия
системы обороны, конечно, приводят к умень-
шению боевых зарядов, доставляемых к цели,
но благодаря им вероятность поражения цели
повышается. Необходимо также заметить, что
атаки большим числом снарядов данной цели,
очевидно, будут правилом, обусловливающим
возможность применения специальных снаря-
дов, служащих только для создания контрмер.
В свете изложенного становится очевидно,
что систему обороны может потребоваться
применять против большого количества объек-
тов с чрезвычайно сложными и разнообраз-
ными режимами полета. Наконец, при косвен-
ных действиях против населения, таких, как
выпадение радиоактивных осадков или тепло-
вое излучение на большой высоте, объекты,
выполняющие эти действия, совсем не обяза-
тельно будут находиться в зоне действия чи-
сто местных систем обороны.
Общепризнано, что описанные, а также
другие не упомянутые здесь варианты атак
будут возможны в недалеком будущем и что,
следовательно, система обороны должна
включать элементы, обеспечивающие эффек-
тивность обороны при всех возможных видах
атак.
Имеются другие в меньшей степени опре-
деленные идеи, которые также нуждаются в
дальнейшей разработке и изучение которых
включено в программы Агентства перспектив-
ных проектов.
Потенциально возможная угроза варьи-
руется, поэтому при конструировании буду-
щего оборонного комплекса, очевидно, должны
быть учтены несколько главных концепций.
Оборонный комплекс также должен обладать
значительной мощностью для борьбы с боль-
шим количеством атакующих объектов.
После некоторой работы над данной проб-
лемой Агентство перспективных проектов хо-
тело бы заявить, что оно добилось больших
успехов в решении проблемы обороны от
баллистических снарядов. Но, к сожалению,
это не так. Работа агентства была в основ-
ном направлена на выяснение неизвестных
аспектов и на изучение основных влияющих
на проблему обороны физических факторов,
так что теперь оно имеет лучшее представле-
ние об относящихся к проблеме обороны яв-
лениях. Без такого понимания явлений мало
надежд на повышение способности борьбы с
будущей угрозой:». ,
Как следует из этого заявления Джонсона,
против простой боевой головки, сопровожда-
емой остатками топливных баков, двигателя,
блока наведения и другими частями снаряда,
система антиснаряда «Ника-Зевс» может быть
высокоэффективной. Существует неправиль-
ное мнение, что система «Ника-Зевс» не будет
соответствовать основным проектным требо-
ваниям. Конечно, еще должны быть проведе-
ны испытания системы в целом, но очень боль-
шой опыт, приобретенный лабораториями
Белл Телефон, фирмой Дуглас и другими фир-
мами, участвующими в разработке системы
«Ника-Зевс», обеспечивает успешное завер-
шение проекта.
Проблема заключается не в том, чтобы
устранить простую угрозу входящего в атмо-
сферу носового конуса с сопровождающими
его обломками, она заключается в определе-
нии степени эффективности, которая может
быть достигнута при отражении сложной
атаки.
Атака, конечно, будет сложной, включаю-
щей все варианты, изложенные в докладе
Джонсона. Действительно, очень вероятно,
что в период с 1964 по 1967 гг. каждый ата-
кующий МБС будет нести на цель не одну,
а, возможно, десятки боевых головок. В США
уже разработана техника изготовления подоб-
ных конструкций, и нет причин предполагать,
что такая техника неизвестна в других стра-
нах. Также относительно хорошо известна
техника обеспечения различного рода средств
отвлечения. Необходимо учитывать, что если
понадобятся средства, способствующие про-
никновению оружия, противник не замедлит
их применить. Для разработки средств, спо-
собствующих проникновению снарядов, требу-
ется значительно меньше времени, чем для
производства и развертывания главной систе-
мы оружия.
Возможно, этим объясняется то, что Агент-
ство перспективных проектов предприняло
большую программу исследований под услов-
ным названием «Дефендер». В цели програм-
мы входит отыскание путей понимания основ-
ных физических явлений, относящихся к проб-
леме обороны от баллистических снарядов, а
также анализ новых предлагаемых, систем
оружия. Без соответствующего понимания
относящихся к проблеме обороны физических
факторов невозможно даже определить мас-
штабы угрозы, могущей возникнуть через че-
тыре—пять лет.
Отсутствие единого мнения относительно
2
характера будущей угрозы объясняет, почему
система «Ника-Зевс» проектируется с услови-
ем обеспечения большой гибкости в отноше-
нии способности опознавания объектов и
мощности огня, так, чтобы она могла отра-
зить атаку более одной боевой головки. Одной
из главных целей программы «Дефендер» яв-
ляются исследования, обеспечивающие инфор-
мацию для группы, разрабатывающей систему
«Ника-Зевс», и позволяющие ей максимально
использовать гибкость, предусмотренную про-
ектом этой системы, благодаря чему эта груп-
па освобождается для работы над трудными
проблемами разработки системы.
Несмотря на отсутствие законченной систе-
мы противоснарядной обороны и постоянное
наличие множества нерешенных научных
проблем, предпринятая Агентством перспек-
тивных проектов программа «Дефендер» на-
чала давать некоторые результаты.
Расширены возможности исследователь-
ских радиолокационных станций и заложена
основа для дополнительных больших усовер-
шенствований этой основной исследователь-
ской аппаратуры. Были проведены наблюде-
ния и измерения явлений входа в атмосферу
и сфотографированы входящие в атмосферу
тела. В процессе этой работы была создана
и усовершенствована исследовательская тех-
ника и получена важная информация о проб-
леме обороны от баллистических снарядов.
В настоящее время получены данные о
явлениях, возникающих в полете снаряда —
начиная с момента запуска, включая средний
участок полета и кончая входом в атмосфе-
ру— в радиочастотном и оптическом диапа-
зонах спектра излучения. Значительная ра-
бота была проведена по развитию наиболее
эффективных средств обработки анализа и
распространения полученных данных.
Американские специалисты принимали уча-
стие в проводимых исследованиях запусков
снарядов «Блэк Найт» на полигоне Вумсра в
Австралии. Большая работа была проведена
по созданию полномасштабной полевой лабо-
ратории, как части Тихоокеанского полигона,
пуск которой в действие намечен на 1962 г.
Программа «Дефендер» объединяет все
исследовательские работы и приводит к по-
степенному более ясному и точному определе-
нию проблем, связанных с обороной, для пред-
ставления их научным, промышленным и пра-
вительственным организациям, которые имеют
возможности для их разрешения. Около 250
контрактов были заключены с промышленны-
ми фирмами, университетами и исследователь-
скими группами в целях привлечения лучших
умов нации к поискам приемлемых решений
этих проблем.
За короткое время существования про-
граммы «Дефендер» в результате согласо-
ванных действий были ликвидированы многие
не приносящие результатов работы и начаты
новые, заслуживающие дальнейшего исследо-
вания и изучения.
Фактически вопрос заключается не в том,
могут ли США обеспечить оборону от балли-
стических снарядов; конечно, такая оборона
может быть обеспечена, вероятно, ко времени
организации серийного производства МБС и
баллистических снарядов, запускаемых с под-
водных лодок. Основным является вопрос,
будет ли стоимость системы соразмерна с
эффективностью, которую можно ожидать
при очень сложной атаке.
До тех пор, пока не будут достаточно по-
няты связанные с обороной проблемы и, сле-
довательно, достигнута уверенность в том,что
они понимаются специалистами, занятыми
разработкой систем оружия, нет надежды
придти к какому-либо определенному мнению
в отношении эффективности любой системы,
которая может быть спроектирована. По этой
причине программа «Дефендер» концентри-
рует все усилия на исследовательских рабо-
тах, предоставляя различным видам вооруже-
ньях сил разработку систем, которые возмож-
ны при современном состоянии техники.
Astronautics, X, I960.
• ВЫБОР СИСТЕМЫ ОБОРОНЫ
В долгом соревновании между оружием
наступления и обороны немногие события из-
меняли в такой степени соотношения сил, как
появление МБС.
США имеют систему обороны, предназна-
ченную для отражения атак пилотируемых
бомбардировщиков. Эта система неэффектив-
на против атак снарядов, и пройдет еще много
лет, прежде чем будет создана эффективная
система противоснарядной обороны. Перед
США возникла проблема исследования воз-
можности создания активной обороны от бал-
листических снарядов, с точки зрения техники,
экономики и тактики.
На этот вопрос могут быть даны различ-
ные ответы в зависимости от того, какие цели
должны быть защищены (города, аэродромы,
укрепленные базы снарядов, укрепленные
командные посты и т. д ), какова цель оборо-
ны (предотвратить или ограничить поврежде-
ния, выиграть время, повысить требования к
силам противника и т. л.) и насколько безот-
казно должна действовать система обороны
в различных обстоятельствах.
Оборона может иметь много форм..
Необходимо дать точное определение тер-
мина— оборона, прежде чем утверждать, что
оборона от баллистических снарядов возмож-
на или невозможна.
Активную оборону можно определить как
оборону, включающую все те прямые меры,
которые могут быть приняты для исключения
успешного завершения атаки противника или
уменьшения ее интенсивности.
3
Пассивная оборона изменяет характер ата-
куемой цели с тем, чтобы уменьшить или па-
рализовать действие успешно доставленного к
цели оружия. Пассивная оборона может вклю-
чать предупреждение об атаке, создание укреп-
лений, использование мобильности, рассредо-
точения и маскировки, а также обеспечение
убежищ, подготовку к эвакуации и восстанов-
лению и т. д.
Оборону от МБС очень трудно осуществить
технически. Имеются важные различия меж-
ду защитой определенных видов военных це-
лей и защитой населения и имущества. На-
пример, оборону локализованного военного
объекта, конечно, значительно легче осуще-
ствить, чем оборону города. В настоящее
время нет обороны, которая была бы непро-
ницаема для всех атак, но даже несовершен-
ная оборона может быть приемлемой.
Многие технические специалисты, в том
числе и авторы данной статьи, верят в воз-
можность создания системы обороны от МБС.
Некоторые причины необходимости созда-
ния активной обороны приведены ниже.
1. С течением времени мощность и точ-
ность атаки, которая может быть предпринята
против США. становятся такими, что пассив-
ными средствами обороны будет очень трудно
защитить стратегические силы; например, не-
обходима активная оборона укрепленных баз
снарядов и пунктов управления.
Нет необходимости в том, чтобы система
обороны от снарядов была обязательно совер-
шенной; в мирное время она полезна тем, что
повышает требования к стратегическим силам
противника.
2. Население и имущество легко уничто-
жить и одни гражданские средства обороны
не могут обеспечить нужной зашиты.
3. Пассивные средства обороны мало сни-
жают опасность успешных атак снарядов.
Следовательно, необходимы активные
средства обороны, чтобы ограничить разру-
шения, сделать гражданские цели менее при-
влекательными для противника и расширить
возможности восстановления. Эти средства
обороны также не обязательно должны быть
совершенными.
При условии, что противоснарядная обо-
рона нужна, даже не будучи совершенной,
трудность будет заключаться в том, чтобы
найти такой вид обороны, действенность
которой могла быть гарантирована. Атака
баллистических снарядов может сопровож-
даться большим количеством объектов, кото-
рые очень легко могут быть приняты за бое-
вые головки. При некотором усилии атакую-
щий может применить объекты, которые мо-
гут быть приняты за боевые головки, и конеч-
но, при значительно большем усилии может
доставлять объекты, которые будут иметь
такие размеры, форму и вес, чтобы быть очень
похожими на них. Короче говоря, решив
основную проблему доставки оружия к цели,
противник, обеспечив достаточный вес боевой
нагрузки, может организовать атаку таким
образом, что шансы проникновения через сис-
тему обороны повышаются путем простого
изменения нагрузки. Доставляемые к целям
объекты могут быть в виде компактной груп-
пы, рассредоточенными или в виде цепи, рас-
тянутой на несколько сотен километров, или
в любой другой последовательности прибли-
жения к цели.
Вообще говоря, схемы отражения атаки
таких объектов кажутся эффективными толь-
ко в некоторых случаях. По этой причине
проблема выбора объектов для перехвата
(опознавание) имеет первостепенную важ-
ность для конструктора системы обороны.
Оценивая наиболее успешные способы опозна-
вания, можно принять следующие из них,
перечисляемые в порядке нисходящей степени
их целесообразности.
Измерение массы — легкие объекты не
могут привлекать внимания системы обороны.
Измерение размеров — наиболее вероятно,
что большие объекты будут представлять
большую опасность, чем малые.
Измерение формы — менее вероятно, что
объекты неправильной формы будут являться
боевыми головками.
Измерения баллистического параметра
G
—5-----этот параметр используется для опре-
С * /1
деления приемлемых пределов параметров
боевых головок.
Опознаванием в системе обороны можно
назвать способность классифицировать от-
дельные объекты, обладающие характеристи-
ками баллистических снарядов. Обычно на вы-
бор метода классификации влияют: точка на
траектории, где группа объектов впервые на-
блюдалась, общее количество объектов в
группе и местоположение системы обороны.
Объект может быть классифицирован пу-
тем определения его динамики, излучения,
которое он испускает или отражает, и его
взаимодействия с окружающей средой. Эта
информация даст возможность разделить
объекты на категории в зависимости от веса
и формы. Характеристика объекта опреде-
ляется независимо от кажущегося веса и
формы, на основании данных, относящихся,
например, к характеристикам поверхности.
Деление на категории по весу, форме и харак-
теристике позволит определить, являются ли
данные объекты носовыми конусами или лож-
ными целями.
Динамика объекта будет определяться
первой. Динамика объекта при входе в атмо-
сферу определяется изменением скорости с
высотой. Эта взаимосвязь скорости и высоты
является функцией баллистического парамет-
ра. Тяжелые тела с малым сопротивлением
(носовые конусы) тормозятся очень медленно,
тогда как легкие тела с большим сопротивле-
нием быстрее тормозятся в атмосфере.
График на фиг. I показывает замедление
4
объектов в функции высоты с баллистическим
коэффициентом в качестве параметра. Необ-
ходимо заметить, что кривые являются похо-
жими, замедление происходит в слое толщи-
ной около 15000 м и что баллистический коэф-
фициент возрастает логарифмически с
линейным уменьшением высоты максималь-
ного замедления. Это делает очень трудным,
но не невероятным или невозможным умень-
шение высоты максимального замедления.
Если имеется информация дальность—вре-
мя, такой график может быть построен для
каждого объекта и к нему подобрана опреде-
ленная кривая баллистического коэффициента.
Если на основании другой информации изве-
стна площадь миделя объекта (коэффициент
сопротивления не является только функцией
высоты или характера поверхности, но в ос-
новном может быть функцией формы), тогда
возможна классификация по массе. Необхо-
димо заметить, что тела, баллистический
коэффициент которых равен приблизительно
100, не могут быть опознаны до тех пор, пока
они не снизятся до высоты около 76000 м. В
этой точке скорость объекта будет около
6000 м/сек, что дает системе обороны пример-
но три минуты для выбора объекта, запуска
оружия перехвата и уничтожения объекта на
допустимой высоте.
Каждый объект в группе, конечно, будет
эмитировать излучения на всем протяжении
траектории полета. Спектральная зона, в ко-
торой будут иметь место сильные эмиссии,
зависит от участка траектории. Сразу после
отделения от двигателя и на среднем участке
траектории излучение будет в основном в
Фиг. 1. Замедление и траектория входящего
в атмосферу МБС с дальностью действия
8830 км
дальней инфракрасной области спектра.
Когда объект начинает входить в атмосферу,
его кинетическая энергия быстро превращает-
ся в тепловую энергию. Поверхность объекта
нагревается, возможно, до температуры суб-
лимации; содержание тепла в ударном слое
изменяется; поверхность тела и газ в ударном
слое излучают энергию в окружающую атмо-
сферу.
Фиг. 2. Превращение кинетической энергии
при входе тела в атмосферу
Превращение кинетической энергии явля-
ется функцией динамики тела. На графике
фиг. 2 это превращение показано в функции
баллистического коэффициента. Поскольку
скорости обьсктов при входе в атмосферу
обычно будут одинаковыми, количество энер-
гии, освобождаемой при торможении объекта,
конечно, будет зависеть от его массы. Высо-
та и скорость освобождения энергии зависят
от баллистического коэффициента.
Наконец, распределение энергии является
функцией формы и размеров тела. Газ в
ударном слое и поверхность тела могут излу-
чать энергию в инфракрасной и видимой об-
ластях спектра. Горячий газ в ударном слое
и материал, оплавляемый с поверхности тела,
вливаются в спутную струю, так что она так-
же может излучать. Точное измерение излуче-
ния, испускаемого каждым объектом, может
определить вес, форму и характеристики по-
верхности объекта. Общая интенсивность из-
лучения будет мерой массы объекта; спек-
тральное распределение энергии даст инфор
мацию о кажущейся температуре поверхности
5
и о форме тела; и, наконец, спектральный
анализ укажет на составные части в ударном
слое и на поверхности тела.
Использование для слежения и определе-
ния объектов отраженного электромагнитного
излучения в диапазоне от дециметровых до
трехсантиметровых волн хорошо известно уже
в течение двух десятилетий. Радиолокатор
является наиболее важным элементом совре-
менных систем обороны. Была проведена ог-
ромная работа по созданию более сложных
радиолокаторов с меньшей шириной импуль-
сов, большей дальностью действия, умноже-
нием частот и т. д. Кроме обычных данных
дальность—время, можно анализировать эхо-
сигналы радиолокатора, как функцию времени
(или высоты), для определения изменения
абсолютного поперечного сечения и измене-
ния частоты в целях определения характери-
стики объекта. Эти характеристики объектов
затем могут быть сравнены одна с другой и
с предварительно полученными для выбора тех,
которые представляют интерес для обороны.
Вообще такая информация полезна только
для определения формы и не используется
для определения массы.
Кроме того, имеется множество индуциру-
емых ионосферных эффектов и возможных
излучений в сантиметровом диапазоне, кото-
рые могут дать уникальные данные для схемы
классификации. Некоторые из них представ-
ляют особый интерес, т. е. они являются инду-
цируемыми эффектами, и количество посыла-
емой для их возбуждения энергии может ука-
зывать на массу объекта в отличие от инфор-
мации, которая может быть использована
только с принятием предварительно предполо-
женной формы, баллистического коэффици-
ента и т. д.
Характер движущейся группы объектов
можно грубо предсказать, если сделать пред-
положение относительно мощности ракеты-но-
сителя. Можно ожидать, что в ближайшем
будущем будут достигнуты боевые полезные
нагрузки весом от 4500 до 9000 кг (ракета-
носитель «Сатурн» с тягой 680000 кг будет
обладать способностью переносить нагрузку
весом 11300 кг). Следовательно, конструктор
боевого заряда может окружать боевую го-
ловку серией объектов, которые на различных
стадиях полета будут для техники опознава-
ния похожи на боевые головки, или он может
спроектировать очень сложное оружие—«не-
детектируемый» носовой конус. Последний
вариант не будет обсуждаться в данной ста-
тье, поскольку эта проблема относится к де-
тектированию, а не к опознаванию.
Следовательно, группа объектов состоит
из боевых зарядов и ложных целей. Если
принять вес заряда равным примерно одной
тонне, ложные цели могут быть или очень
многочисленными, или очень усложненными,
в зависимости от того, ставится ли целью на-
сыщение (подавление) или введение в заблуж-
дение устройств опознавания.
Однако поскольку существует весовой пре-
дел, увеличение числа ложных целен приведет
к большей высоте демаскирования, т. е. вы-
соте, на которой появляются очевидные разли-
чия входа в атмосферу ложных целей и бое-
вой головкой по сравнению с имеющими мень-
ший вес и менее сложными ложными целями.
Комплекс ложных целей может состоять
из выпускаемых на среднем участке траекто-
рии легких объектов, таких, как шары* и фоль-
га, из выпускаемых при входе в атмосферу
тяжелых объектов, таких, как стреловидные
предметы, конусы и кольца; из остатков топ
лнвных контейнеров ракеты-носителя. Очевид-
но, целесообразно взорвать топливный кон-
тейнер ракеты-носителя, так как он имеется
в любом случае и может быть использован
для введения в заблуждение системы оборо-
ны. Ложные цели, выпускаемые на среднем
участке траектории, очевидно, будут представ-
лять собой надувные объекты, имеющие фор-
му боевых головок; однако такие ложные
цели разрушаются при входе в атмосферу.
Следовательно, необходимы тяжелые конусы
или кольца с баллистическим коэффициентом,
равным или близким к баллистическому коэф-
фициенту боевой головки, которые имитиро-
вали бы динамику последней и снижались бы
до относительно малой высоты. Если ложная
цель для среднего участка траектории весит
2,7 кг, а такая цель, выпускаемая при входе в
атмосферу, весит 45 кг, то типичный комплекс
нагрузки будет состоять из одной или двух
боевых головок, десятков ложных целей для
периода входа в атмосферу и сотен ложных
целей, выпускаемых на среднем участке тра-
ектории. Возможно, что в этот комплекс будут
включены генераторы помех радиолокацион-
ной частоты, и в скором будущем—несколько
боевых головок.
На фиг. 3 показана типичная траекто-
рия МБС.
Объект летит по среднему участку траек-
тории около 20 мин., так что время, имею-
щееся у системы обороны, применяемой в
этой фазе, может исчисляться минутами, а
не секундами, как в фазе входа в атмосферу.
Этому преимуществу противостоят трудности
большой дальности и низкого уровня энер-
гии, излучаемой ложными целями. Поскольку
эта часть траектории проходит вне пределов
ощутимой атмосферы, сопротивление и другие
явления, свойственные периоду входа в атмо-
сферу, не могут быть использованы для опо-
знавания объектов.
Радиолокатор способен отличить фольгу
от очень небольших обломков, но для имита-
ции формы носового конуса могут быть при-
менены легкие надувные объекты, почти нс
имеющие веса. Эти объекты будут разрушены
на относительно большой высоте, но они вы-
полнят свое назначение, поскольку выделение
боевых головок невозможно до входа в атмо-
сферу (с вытекающим уменьшением постоян-
ной времени).
6
Уже говорилось о том, что надувные объ-
екты имеют массу на несколько порядков
меньше величины массы боевой головки. Это
обусловливает разность температур поверхно-
стей этих объектов, так как произведения
являются различными и скорости охлаж-
дения будут разными. Поскольку эти темпе-
ратуры не особенно высоки (скорость нагрева
при подъеме составляет одну сотую долю
скорости нагрева при входе в атмосферу),
необходимо применять детекторы излучения
в дальней инфракрасной области.
Можно заметить, что эти разности темпе-
ратур могут быть устранены без значитель-
ного ухудшения весовых характеристик ору-
жия.
мере движения тела к меньшим высотам ско-
рость нагрева поверхности сильно уменьшает-
ся и вышеупомянутые явления ослабляются.
Атмосфера представляет собой естествен-
ный фильтр, разделяющий объекты в соответ-
ствии с их баллистическими коэффициентами.
Используя это разделение, совместное с не-
которыми другими методами, позволяющими
определить баллистический коэффициент,
можно создать высокую технику опознава-
ния. Конечно, следует предположить, что
будут применяться ложные цели, баллистиче-
ские коэффициенты которых будут точно со-
ответствовать баллистическим коэффициентам
боевых головок. Но тогда возникает проблема
имитирования других явлений.
Япоеей "fOO/гм
Фиг. 3. Типичная траектория МБС
Кроме того, имеется ряд сложных электро-
магнитных явлений, вызываемых в ионосфере
в результате взаимодействия тела и ионосфе-
ры. Вообще эти явления больше подходят
для детектирования, чем для опознавания
объектов.
При входе в атмосферу возможно приме-
нять различные методы опознавания, в основ-
ном по причине огромной потери энергии
объектом при торможении его в атмосфере.
Количество, вид и скорость выделения этой
энергии позволят системе обороны провести
некоторую общую классификацию веса или
формы.
Объект, летящий со скоростью около
6000 м/сек, испытывает начальное влияние
атмосферы на высоте около 90000 м. При
входе тела в зону непрерывной среды обра-
зуется головная волна, за которой находится
сжатая масса воздуха высокой температуры.
Температура газа в ударном слое может
достигать нескольких тысяч градусов и, сле-
довательно, будет состоять из продуктов рас-
пада, электронов и ионов. Горячий газ излу-
чает в атмосферу и на поверхность входящего
в атмосферу тела. Образуется также спутная
струя, которая содержит продукты оплавле-
ния поверхности тела и газ ударного слоя. По
Имеется несколько путей применения ра-
диолокаторов для опознавания объектов.
Радиолокаторы обеспечивают информацию
дальность — время, используемую для опре-
деления баллистического коэффициента, а
также данные поперечного сечения, которые
могут быть использованы для выделения
объекта. Однако освобождение электронов в
ударном слое приводит к образованию плаз-
мы, которая будет влиять на изучение радио-
локаторов и в свою очередь на кажущееся
поперечное сечение тела. Если излучаемая
радиолокатором частота/,, он будет «видеть»
входящее в атмосферу тело до тех пор, пока
концентрация электронов в пелене плазмы
такова, что эквивалентная частота ее fp рав-
на /,. Когда энергия, излучаемая ра-
диолокатором, будет отражаться от пелены,
а не от тела. Типичное входящее в атмосферу
тело будет иметь частоту плазмы в критиче-
ской точке около 900 мгц на высоте 84000 м.
Прежде, чем тело достигнет высоты 61000 м.
частота в критической точке увеличится на
порядок или более и затем будет уменьшать-
ся. В зоне, где Д%/„ электромагнитные коле-
бания взаимодействуют с плазмой и отражен-
ная энергия радиолокатора может быть уве-
личена.
Плазма, образующаяся в ударном слое,
7
расширяется в спутной струе, в результате
чего может образоваться след, длина которого
будет равна многим диаметрам тела.
Поскольку длина спутной струи и концен-
трация электронов в ней являются функцией
выделившейся энергии и, следовательно, мас-
сы тела, сканирование спутной струи на ряде
частот может обеспечить хорошее опознава-
ние.
Вполне возможно, что могут быть спроек-
тированы более легкие объекты (с баллисти-
ческим коэффициентом, соответствующим бое-
вой головке) для имитации некоторых из
описанных выше характеристик. На графике
фиг. 4 приведены поперечные сечения в функ-
ции длины волны для двух конусов и витка
провода. Этот график приведен в качестве
простого примера имитации поперечного се-
чения.
Фиг. 4. Эффективное поперечное сечение
металлических конусов со стороны вершины
Имеются другие методы опознавания, та-
кие как чувствительность к поляризации и из-
менение поперечного сечения в зависимости
от угла обзора.
Однако в противовес таким методам бое-
вая головка может быть замаскирована по-
крытием из поглощающих излучение радио-
локаторов материалов.
Кинетическая энергия, преобразуемая во
время входа в атмосферу, является функцией
массы тела (при одинаковых скоростях). В
образованном за скачком уплотнения слое
генерируется горячий газ и нагревается по-
верхность тела, которые излучают в видимой
и инфракрасной областях спектра.
Расчеты показывают, что температуры в
ударном слое могут достигать 8000° абс. на
высоте около 30000 м. Температура поверх-
ности будет зависеть от характера материала.
Данные измерений интенсивности излучения
поверхности в функции высоты могут быть
отнесены к баллистическому коэффициенту.
Кривые интенсивности излучения могут быть
получены для различных спектральных зон
наблюдения. Эти зоны затем можно комбини-
ровать для определения температуры. Скоро-
сти излучения поверхности и горячего газа
также являются различными, и одновремен-
ное изменение этих скоростей может быть
использовано для классификации объектов.
Также, как в случае атмосферного фильтра,
этот метод становится более эффективным с
уменьшением высоты. Энергия, необходимая
для имитации носового конуса, определяется
массой ложной цели, а она, конечно, ограни-
чена, за исключением случая применения
многоцелевой боевой головки.
Спутная струя будет содержать излучаю-
щие частицы, и хотя интенсивность излучения
значительно меньше, чем в ударном слое,
излучение спутной струи является значитель-
ным по причине огромного объема последней.
Подсчитано, что для сферы с радиусом
100 с.м на высоте 30000 м при скорости
7600 м/сек общее тепловое излучение, испу-
скаемое ламинарной спутной струей, около
109 вт. Оптическое излучение будет на по-
рядок меньше этой величины, и излучение
головки сферы будет меньше примерно на
четыре порядка. Эти соотношения будут из-
меняться с высотой и скоростью, но они при-
ведены здесь как пример характеристик из-
лучения при входе тела в атмосферу.
Как говорилось выше, ни один метод не
является достаточным для точного опознава-
ния объектов. Наиболее важным параметром
является масса тела. Это соображение осно-
вано на экономике, поскольку перенос каж-
дого килограмма нагрузки требует одинако-
вых затрат независимо от его разрушающей
способности. Назначение ложных целей—спо-
собствовать проникновению оружия. Экономи-
ческие соображения требуют, чтобы ложные
цели выполняли свои функции, не вызывая
большого ухудшения весовых характеристик
оружия. «Совершенной» ложной целью явля-
ется точная копия носового конуса. С другой
стороны, надувные объекты или фольга очень
легкие, но имитируют определенные явления
на определенном участке траектории. Опти-
мальная ложная цель находится где-то между
двумя этими крайностями.
Другим важным фактором является время
Было бы возможно использовать атмосфер-
ную фильтрацию вместе с информацией от
эхо-сигналов радиолокатора для классифи-
кации объектов. Однако тогда информация
может быть получена слишком поздно. Опо-
знавание должно быть не только ранним, но
и многосторонним. С увеличением числа необ-
ходимых явлений, которые должна имитиро-
вать ложная цель, она будет становиться все
более сложной и тяжелой. Легкие ложные
цели перестают должным образом имитиро-
вать те же явления на большей высоте, и
соответственно увеличивается время для ре-
акции системы обороны.
Проблемы передачи и координации данных
для комплексных систем опознавания сложны,
в особенности если некоторые из датчиков
являются бортовыми. В оптимальной системе
8
опознавания, очевидно, будут использованы
методы, дающие наибольший объем информа-
ции в точке, когда еще имеется достаточное
время для приведения в действие обороны.
Здесь подробно обсуждались некоторые
проблемы обороны от баллистических снаря-
дов, но в силу необходимости нс были упомя-
нуты многие возникающие трудности. В этом
отношении будут полезными некоторые за-
мечания о возможностях определенной сис-
темы. Очевидно, что условия атаки во время
полета цели на среднем участке траектории
и во время входа в атмосферу делают необ-
ходимым для системы обороны наличие при-
боров, обладающих высокой чувствительно-
стью и точностью для обеспечения приемле-
мого опознавания. Но даже в таком случае
от системы обороны может потребоваться
большая скорость ведения огня и способность
поразить большое количество целей.
Затруднение состоит в том, что такие сис-
темы очень дороги и стоимость каждого пере-
хвата очень высока. Конструктор системы
обороны встречается с таким положением,
что для противника значительно меньше стоит
послать оружие, чем для системы обороны
перехватить его.
Определенные военные сооружения могут
быть укреплены, чтобы выдерживать избыточ-
ное давление от одного до десятков кг/см2.
Это означает, что даже термоядерное ору-
жие с мощным зарядом должно взорваться
достаточно близко, чтобы разрушить укреп-
ленный объект, например, для объекта, вы-
держивающего давление 7 кг!см2. заряд с
тротиловым эквивалентом 10 мегатонн дол-
жен взорваться в пределах 2400 м, а заряд
в 1 мегатонну—в пределах 1200 м.
Очевидно, что для систем, защищающих
такие объекты, можно пойти на риск пере-
хвата на довольно небольших высотах.
При этом отпадает необходимость в боль-
шой дальности действия оружия обороны, и
некоторые требования к его характеристикам
снижаются. С увеличением боевых зарядов и
уменьшением вероятного отклонения от цели
укрепление объектов становится технически
НОВЫЕ ПУТИ ОБОРОНЫ ОТ
Являются ли аитиснаряды, запускаемые с
наземных стартовых площадок, единственным
разумным средством обороны от МБС? Не
лучше ли всего для их уничтожения исполь-
зовать атомные боевые головки? Ниже не
дается полного ответа на эти вопросы, но
частично на основе результатов проекта «Гли-
пар» намечены различные способы поражения
боевых головок МБС.
Прежде всего, необходимо отметить, что
характерными особенностями систем антисна-
рядов, запускаемых с наземных стартовых
площадок, являются применение радарных
установок для обнаружения и слежения, вы-
трудно осуществимым и все более дорого-
стоящим. В этом случае может быть жела-
тельна активная система обороны, если стои-
мость перехвата будет сравнима с общей сто-
имостью осуществления атаки противником.
Вероятно, система перехвата, удовлетворяю-
щая этому критерию, в основном будет ис-
пользовать средства перехвата с неядерными
зарядами.
Система обороны не может пойти на риск
применения ядерного оружия для перехвата
на малых высотах из-за неуверенности в по-
следствиях его взрыва и боязни инициировать
взрыв оружия противника. Если возможно
создать для защиты укрепленных объектов
неядерное оружие перехвата, следует рас-
смотреть применение его и для защиты горо-
дов, даже если максимальная высота приме-
нения очень мала. Имеется значительная раз-
ница между действием бомбы с тротиловым
эквивалентом в 1 мегатонну, взорванной на
высоте 7600 м, и действием той же бомбы,
взорваннной на земле. В общем, если можно
построить систему, обеспечивающую некото-
рые шансы перехвата и целесообразную с
точки зрения экономики, необходимо рассмот-
реть применение такой системы и для защиты
городов, даже если некоторые повреждения
в результате атаки не будут исключены.
Рассмотренные здесь виды обороны отно-
сились к защите объектов или ограниченных
районов. Они предназначены для применения
в ситуации, когда противник успешно пред-
принял атаку, которая может причинить
значительные разрушения. Конечно, было бы
желательно исключить все разрушения. В
этой связи конструкторы системы обороны
неоднократно указывали на уязвимость бал-
листического снаряда во время короткой фа-
зы его запуска. В этой фазе его легче обна-
ружить и уничтожить.
К сожалению, атака МБС в этой фазе
возможна только для спутников. Однако если
было бы возможно разработать какие-либо
приемлемые средства перехвата баллистиче-
ских снарядов со спутников, это расширило
бы возможности обороны.
Astronautics, X, I960.
БАЛЛИСТИЧЕСКИХ СНАРЯДОВ
числительных устройств для обработки дан-
ных, полученных этими установками, и наве-
дение такими системами одного или несколь-
ких снарядов к головке МБС, возвращающей-
ся в атмосферу. „
При оценке других систем обороны от
баллистических снарядов надо иметь в виду,
что такие системы определяются главным об-
разом способом поражения головок. Как
будет показано ниже, сложные задачи обна-
ружения, слежения и опознавания опреде-
ляются в данном случае степенью знаний
ряда факторов, от которых зависит выполне-
ние боевой задачи.
2-.ТИ* № 10
9
Основное различие между системой оборо-
ны «дуэльного» типа, посылающей навстречу
каждому баллистическому снаряду по край-
ней мере один антиснаряд, и заградительной
системой типа «завесы», которая преграждает
путь снарядам противника в верхних слоях
атмосферы, состоит в необходимом уровне
знаний различных факторов. Последняя сис-
тема может быть осуществлена на основе ис-
кусственных спутников Земли, которые по
команде в любой момент могут быть исполь-
зованы для уничтожения баллистических сна-
рядов противника.
Система Мариям лп мьС
\0пер0&е едмарумияи смарид
\ проти диима
О t tr
CpeJcmPn пожжет.*
ftoaum О понта кт
< неприятельски ж
наряден
Последовательность действий «дуэльной» системы
обороны от баллистических снарядов
Применение систем «дуэльного» типа тре-
бует точного знания координат снаряда про-
тивника в любой момент времени, так как
только при этом условии возможен своевре-
менный перехват его. Перехват осуществляет-
ся в весьма небольшом объеме пространства,
окружающем баллистический снаряд, состав-
ляющем в зависимости от способа поражения
от 1 до 1000 ж3. Столь малые обьемы требуют
от некоторых «дуэльных» систем огромной
точности прицеливания и наведения (около
Ю4* радиан при дальности действия 1000 км).
В отличие от «дуэльных» систем загради-
тельные системы должны обеспечивать тре-
буемую боевую эффективность в больших
пространствах, равномерно и в течение дли-
тельных отрезков времени порядка несколь-
ких часов. Требования в отношении точности
и данных о положении снаряда противника
у заградительных систем, таким образом, зна-
чительно ниже.
Стратегия атакующей стороны может раз-
личными -путями сильно затруднить задачу
обороны. Всякое изменение конструкции сна-
ряда противника, влекущее за собой измене-
ние боевой эффективности системы обороны,
можно назвать «контрмерами противника».
В приводимой ниже классификации систем
обороны от баллистических снарядов имеется
в виду неуязвимость по отношению к контрме-
рам противника. Разумеется, оборона должна
предвидеть и другие контрмеры противника,
и прежде всего возможность прямого нападе-
ния на систему обороны.
Важное значение имеет так называемый
коэффициент связи, представляющий собой
отношение энергии, фактически поглощенной
боевой головкой МБС, к количеству энергии,
выделенной антиснарядом в районе непосред-
ственной близости к боевой головке. Коэффи-
циент связи возрастает, когда начальное по-
глощение энергии происходит не на поверх-
ности, а в большей части массы боевой голов-
ки. При поглощении энергии поверхностными
слоями боевой головки для поражения ее вну-
тренних частей необходимо проникновение
энергии внутрь головки, как бы «диффузией».
Кроме того, при поверхностном поглощении
энергии наружные слои боевой головки пре-
вращаются в плотное облако испарений, кото-
рое препятствует дальнейшему проникновению
энергии внутрь головки. С точки зрения эф-
фективности поражения боевой головки, имеет
значение именно перенос энергии к головке;
гораздо меньшее значение имеет перенос ко-
личества движения.
Система обороны должна, очевидно, успеть
нанести удар по снаряду противника, прежде
чем он нанесет ущерб защищаемому району.
Полное время реакции tr, схематически по-
казанное на фигуре, играет важную роль; в
предположении, что это время не превышает
определенного предела, вытекающего из бое-
вой обстановки, часто может оказаться, од-
нако, что большее значение имеет время по-
лета снаряда противника. В частности, успех
обороны может зависеть от взаимодействия
между атмосферой и баллистическим снаря-
дом на участке входа в атмосферу, позволяю-
щего отличить боевую головку от ложных
целей; для этого требуется определенное
время. Чем долнше обороняющаяся сторона
может спокойно выжидать, тем больше инфор-
мации можно извлечь из наблюдения упомя-
нутого взаимодействия. Таким образом, чем
больше время полета баллистического снаря-
да, тем дольше можно откладывать запуск
антиснаряда, оставив достаточное время для
сближения его с боевой головкой и уничто-
жения ее.
Вопросы расположения баз для запуска
антиснарядов, точек перехвата и вопросы
эффективности косвенного поражения часто
взаимосвязаны. Базы могут размещаться на
земле, на самолете или на спутниках, выве-
денных на орбиту. Последние базы кажутся
предпочтительнее благодаря отсутствию огра-
ничений, обусловленных наличием атмосферы
и горизонта, а также вследствие меньшей
стоимости эксплуатации аппаратуры за один
час работы. С другой стороны, самолеты в
некоторых обстоятельствах могут быть менее
уязвимыми от нападения и могут возвра-
щаться на землю для ремонта. Наземные ба-
зы целесообразнее в случае больших и гро-
моздких установок.
Система обороны может предусматривать
перехват МБС на активном участке траек-
тории, на средней части траектории или на
участке входа в атмосферу.
Обороняющаяся сторона предпочла бы,
естественно, нанести удар, используя косвен-
10
нос воздействие при попадании антиснаряда
в окрестность стартовой площадки МБС. МБС
наиболее уязвим на активном участке полета,
когда воздействие антиснаряда может нанес-
ти больший ущерб, чем на других участках
траектории. Сильное излучение от реактивного
двигателя дает возможность сравнительно
легко установить местоположение стартовой
площадки. С другой стороны было бы весьма
нелегко сохранить такую систему обороны,
имея в виду очевидное намерение противника
обезвредить эту систему.
На средней части траектории боевая го-
ловка, по всей вероятности, уже отделена от
оставшейся части МБС. Время полета на
этом участке траектории противник постарает-
ся использовать для выбрасывания системы
ложных целей. Свойства атмосферы в этой
части пространства неизвестны, и это не поз-
воляет в настоящее время полностью оценить
верхние слои атмосферы в качестве среды,
облегчающей обнаружение и опознавание цели.
Главной особенностью полета МБС на сред-
ней части траектории является его сравни-
тельно большая продолжительность и возмож-
ность вычислить элементы траектории. Систе-
мы защиты от МБС должны создаваться с
учетом этого обстоятельства.
В отличие от средней части траектории
участок входа МБС в атмосферу сопровож-
дается многими, подчас довольно эффектив-
ными изменениями оптических и радиочастот-
ных параметров атмосферы, окружающей
боевую головку. Взаимодействие боевой го-
ловки с атмосферой должно быть использо-
вано в системе обороны для обнаружения и
опознавания. Меры, предпринимаемые обо-
роняющейся стороной на участке входа в ат-
мосферу, требуют, чтобы времена полета
были по возможности уменьшены, так как
для системы обороны появляется опасность
воздействия косвенных эффектов на защищае-
мую площадь; кроме того, успех последую-
щих оборонительных операций может быть
затруднен и усложнен вследствие дезориен-
тирующих изменений в окружающей атмосфе-
ре, вызванных самими же средствами обо-
роны.
Наконец, вопрос применения той или иной
системы обороны в боевых условиях опреде-
ляется соотношением между затратами и бое-
вой эффективностью. При таком сопоставле-
нии необходимо учитывать стоимость систем
обороны, способность системы наносить по-
вторные удары и другие пути использования
довольно ограниченных ресурсов на оборони-
тельные установки.
В таблице сравниваются некоторые новые
предполагаемые способы обороны от МБС.
Практические оценки соотношений затрат и
боевой эффективности на современной стадии
знаний в таблицу поместить оказалось невоз-
можным. При рассмотрении таблицы обраща-
ет на себя внимание широкий диапазон спо-
собов поражения боевых головок МБС. Эле-
мент незнания может привести к грубой пе-
Предполагаемые пути создания систем обороны от баллистических снарядов
Физические средства уничтоже- ния боевой головки Уровень знаний Коэффи- циент связи Время полета Требуемый уровень информа- ции Прице- ливание и наве- дение Размеще- ние баз Район перехвата Неуязви- мость к контрме- рам против- ника Косвен- ные эффекты
Удары твердых тел Доста- точный Высокий Боль- шое Зависит от типа обо- роны (.ду- эльная* или загради- тельная) Зависит от типа обороны На земле, на самоле- те, на ор- бите Вся траек- тория МБС ? Вероят- но, при- емлемые
Газы (Т < 1 за) Доста- точный Низкий Боль- шое То же То же То же То же Слабая
Плазмы (Т > 1 эв) Лучи высо- Очень низкий Высокий Плазма непо- движна я 1» ? Средняя часть траектории ?
КИХ энер- гий
Элементар- ные Низкий Высокий Малое Высокий Затруд- ненное На земле Вся траек- тория Хорошая ?
частицы
Онтичс- Низкий Низкий Малое Высокий На земле? ? ? ?
ские*
Радиоча- стотные Высокий Низкий Малое Высокий Доста- точное На земле? Средняя часть траектории э Слабые?
Поля Высокий Низкий Малое Высокий ? ? ? Слабая Слабые?
* Когерентное излучение.
11
реоценке или недооценке трудностей выпол-
нения боевой задачи. Важно иметь возмож-
ность производить принципиальные сравне-
ния при одинаковых параметрах окружающей
среды. Что нужно для уничтожения боевой
головки МБС? Боевая головка может весить
1000 кг. При отсутствии потерь эта масса
может быть расплавлена энергией в 109 джо-
улей; это количество энергии мало зависит от
изменения начальных условий и материала
боевой головки. Указанное количество энергии
эквивалентно приближенно 300 кеч и в быто-
вых условиях стоит несколько долларов. При-
близительно такое же количество энергии
выделяется при взрыве 200 кг тротила. Можно
предположить (хотя это и трудно доказать),
что надежное поражение боевой головки мож-
но осуществить и без полного ее расплав-
ления.
Трудность состоит в доставке энергии к
боевой головке МБС. Энергия, необходимая
для поражения боевой головки, должна по-
глощаться очень небольшим объемом и обыч-
но на весьма большом отдалении от места, в
котором энергия генерируется. Для того, что-
бы потери энергии находились в разумных
пределах, необходимо, чтобы энергия пораже-
ния поглощалась внутри боевой головки в
течение нескольких секунд или даже микро-
секунд. В последнем случае плотность энер-
гии внутри боевой головки должна быть около
1015 вт/мг. Это количество соответствует ис-
точнику энергии, превосходящему примерно
в 7000 раз все установленные мощности элек-
тростанций США в 1958 г. Можно предпола-
гать, что чем больше скорость поглощения
энергии боевой головкой, тем больше разру-
шительное действие теплового удара.
Большинство физических способов взаимо-
действия с боевыми головками охватывается
таблицей. Этой же таблицей можно пользо-
ваться для случаев ядерных взрывов, хотя в
данной статье такая оценка в явной форме не
проводится. Ниже дается краткое описание
групп способов уничтожения головок МБС,
приведенных в таблице.
Самым известным средством разрушения
являются артиллерийские снаряды. Напраши-
вается также аналогия с ружейными пулями,
пулеметным огнем и охотничьей дробью.
Заслуживают внимания несколько сообра-
жений. Во-первых, можно извлечь определен-
ную выгоду из того, что МБС летит с очень
большой скоростью (пусть, например, эта ско-
рость равна 7 км/сек). Таким образом, при
столкновении МБС с неподвижной относи-
тельно Земли массой в 40 кг выделится около
109 джоулей энергии. Как отмечено было
выше, этой энергии достаточно, чтобы распла-
вить боевую головку в 1000 кг. Кроме того,
даже меньшие массы, хотя и не расплавят
боевую головку полностью, но смогут сильно
деформировать ее и серьезно повредить.
Можно представить себе системы «дуэль-
ного» типа, выбрасывающие небольшие груп-
пы твердых шариков в направлении прибли-
жающегося МБС. Можно также вообразить
целые «облака» таких шариков, движущихся
по круговым орбитам вокруг Земли и обра-
зующих оборонительную завесу. В обоих слу-
чаях задача заключается в том, чтобы с до-
статочной надежностью (скажем 99,9%) га-
рантировать столкновение определенного
количества шариков с ядерной боевой частью,
исключающее возможность взрыва ее вблизи
обороняемого района. Для создания надежной
завесы масса всех шариков, находящихся на
земной орбите, должна быть, конечно, весьма
большой. Продолжительность существования
каждого шарика уменьшается вследствие
столкновений их между собой, особенно на
больших высотах, где сопротивление воздуха
очень мало. Но в общем и целом системы за-
вес из шариков не требуют как использова-
ния баз, так и точного определения точек
перехвата головок МБС.
При все большем уменьшении размеров
шариков в конце концов можно дойти до
размеров молекул и атомов. Скопления очень
малых частиц в дальнейшем трактуются как
«газы».
Еще не так давно считалось, что вход
боевой головки в атмосферу почти неизбежно
сопровождается ее разрушением Однако бы-
ли найдены решения проблем конструирова-
ния боевых головок таким образом, чтобы они
при входе в атмосферу не разрушались. Эти
решения не обязательно связаны со значи-
тельным увеличением веса МБС. Термин
«газы» относится здесь ко многим средствам,
которые можно придумать для повышения
скорости передачи тепла к входящей в атмо-
сферу боевой головке, обусловленного концен-
трацией газов, температура которых менее 1 эв
(т. е. менее 11000° абс.). Это довольно про-
извольная граничная точка между «газами»
и «плазмами»; очевидно, раскаленные газы с
температурами меньше I эв могут быть час-
тично ионизированы.
Как и в случае с заградительными шари-
ками, при столкновении МБС с объектом,
неподвижным относительно Земли, выделяет-
ся около 2,5X107 дж/кг энергии, так что при
столкновении с 40 кг газа выделилось бы
109 джоулей. В предположении, что боевая
головка имеет поперечное сечение I мг, она
сможет пройти область, содержащую 40 кг
обычного атмосферного воздуха, на пути в
2,4 км на высоте примерно 30 км менее чем
за 1 сек.
Этот пример указывает на, казалось бы,
заманчивые возможности. Однако лишь очень
небольшая часть выделяющейся таким обра-
зом энергии эффективно переносится внутрь
головки. Тем не менее, трудности входа бое-
вой головки в атмосферу могут быть усилены
и соответственно это вынудит противника к
мерам защиты боевой головки МБС, потре-
буюшим увеличения веса. В затраты на сис-
тему обороны входит в этом случае ввод в
12
атмосферу соответствующих примесей па пу-
ти боевой головки.
Такие примеси должны повышать радио-
активный или теплопроводный перенос тепла
к снижающемуся объекту (или то и другое
вместе). Радиоактивный перенос тепла мог
бы быть увеличен путем введения молекул,
излучательная способность которых больше,
чем у молекул воздуха при высоких темпе-
ратурах. Теплопроводный перенос тепла мож-
но было бы увеличить, например, добавлени-
ем легко ионизируемых веществ, увеличиваю-
щих степень ионизации воздуха; теплопровод-
ность находится в сильной зависимости от
плотности электронов. При значительном по-
вышении температуры газообразного вещества
за пределы, встречающиеся при нормальном
снижении объекта в атмосфере, заметно по-
вышается содержание ионов и возникающие
при этом явления относятся уже к области
физики плазмы.
Главное отличие газа от плазмы заклю-
чается в том, что температура последней, по-
видимому, выше 1 эв. В качестве верхнего
предела температур плазмы можно принять
100000 или более электронвольт. О состоянии
плазмы при столь высоких температурах из-
вестно весьма мало (синтез легких ядер про-
исходит при температуре приблизительно
2-Ю70 абс. или 2000 эв). Если бы удалось под-
держивать плазму при таких температурах,
то ее действие было бы, разумеется, крайне
разрушительным, так как большие скорости
истечения (более 10я см/сек) дали бы возмож-
ность даже сильно разреженной плазме обе-
спечить бурное обгорание (абляцию) твердых
частиц материала боевой головки. Так, на-
пример, плазма с температурой в несколько
тысяч электронвольт и плотностью, которую
можно ожидать на высоте 35 км в атмосфере,
обеспечила бы плотность энергии порядка
1012 вт/м2. Способ производства и хранения
такой плазмы для использования в антисна-
ряде в настоящее время даже трудно вообра-
зить. Свободная плазма, не стесненная каким-
либо контейнером, могла бы, возможно, пред-
ставлять интерес для целей опознавания, но
не могла бы быть использована для пораже-
ния прочных целей. Вследствие технических
проблем, связанных с хранением высокотем-
пературной плазмы, в дальнейшем рассматри-
вается плазма как луч из элементарных час-
тиц.
Лучи частиц высоких энергий имеют во
всех разновидностях одну общую особенность:
очень малое время полета частиц в луче и
скорости, равные или близкие к скорости
света. С точки зрения требуемого коэффици-
ента связи значительного эффекта пораже-
ния, луч, состоящий из электронов или про-
тонов с энергией в 1 млн. эв. может оказаться
предпочтительнее и легче осуществимым, чем
оптические или радиочастотные лучи. С дру-
гой стороны, проблемы генерирования, пере-
дачи и фокусировки электронных или протон-
ных лучен больших энергий сложнее, чем
соответствующие проблемы для радиочастот-
ных лучей. В таблице имеются в виду только
оптические лучи, являющиеся когерентными;
лишь недавно была доказана физическая осу-
ществимость их. В отношении некогерентных
лучей необходимо заметить, что .термодина-
мические ограничения, накладываемые на
температуру отражения, делают случай при-
менения источников в виде черных тел для
целей защиты от МБС не поддающимся ка-
кому-либо контролю.
Даже если будут когда-нибудь разработа-
ны эффективные источники энергии когерент-
ного оптического излучения,то мало вероятно,
чтобы они оказались пригодными для целей
поражения, хотя и возможно было бы создать
оптические радары и средства опознавания
мощных целей. Сказанное справедливо и для
радиочастотных лучей.
Применение античастиц нс должно давать
большого преимущества по сравнению с лу-
чами из обычных частиц. Не говоря уже о
колоссальных трудностях генерирования, хра-
нения и передачи, 1 млн. эв энергии, выде-
ляющейся дополнительно при взаимном уни-
чтожении протона и антипротона, не играет
серьезной роли. Таким образом, можно было
бы увеличить вдвое количество энергии, до-
ставляемой к боевой головке лучом из частиц
«номинальной» энергии, но такой шаг не име-
ет существенного значения для данного рас-
смотрения.
Можно попытаться оценить некоторые па-
раметры луча применительно к антиснаряду.
Предположим, что в основе прицеливания и
наведения лежит требование, чтобы боевая
головка получила количество энергии, необ-
ходимое для ее уничтожения, за время про-
лета одного диаметра головки, принимаемого
равным 1 м. При принятой выше скорости
боевой головки (7 км/сек) допустимое время
облучения будет лишь 140 микросекунд. Если
за это время головке должно быть сообще-
но 10е джоулей энергии, то это потребует
плотности энергии 10” вт/м2 или 1 моль/сек/м2.
если луч состоит из частиц с энергией
1 млрд. эв. Разумеется, более длительное
время облучения привело бы к меньшей плот-
ности энергии, сообщаемой головке.
Проблемы передачи энергии радиочастот-
ным способом связаны с распадом атмосфе-
ры. Следовательно, радиолучи с высоком
боевой эффективностью следует фокусиро-
вать только на высотах в 30 км или выше.
Поэтому в таблице зона перехвата головки
МБС отнесена к среднему участку его траек-
тории. В случае применения лучей из элемен-
тарных частиц естественно возникают важные
вопросы относительно того, как взаимодей-
ствуют частицы в луче между собой и с атмо-
сферой при весьма больших плотностях луча.
Представив себе радиолучи со все более
и более низкими частотами, в пределе можно
придти к случаю по существу стационарного
13
электрического и магнитного полей. Возникает
вопрос, представляют ли интерес стационар-
ные поля той или иной физической природы.
Все поля в качестве средства уничтожения
снарядов слишком неэффективны, чтобы за-
служивать сколько-нибудь серьезного внима-
ния. Некоторое представление о высказанном
утверждении можно получить из следующего
весьма упрощенного изложения.
Допустим, что в будущем удалось бы осу-
ществлять локальные изменения гравитацион-
ных полей без использования для этой цели
больших масс. Тогда даже в этом случае про-
тивнику, в качестве контрмеры, достаточно
было бы увеличить или уменьшить ускоре-
ние МБС на величину порядка +1 g.
Электрическое поле может произвести в
лучшем случае эффект, эквивалентный раз-
рядам молний, которые довольно слабо взаи-
модействуют с массами, находящимися на
высоте. Самолеты часто подвергаются «уда-
рам» молний. Во всех случаях, представляю-
щих интерес, отклонения напряженности элек-
тростатического поля близки к нулю.
Как известно, в проводниках, перемещаю-
щихся в переменном магнитном поле, наво-
дится электрический ток. Однако трудности
создания и поддержания магнитных полей с
требуемыми временными или градиентными
изменениями совершенно исключают эту воз-
можность с точки зрения сколь-либо длитель-
ного применения.
Оставляя в стороне вопрос о новизне рас-
смотренных выше направлений, надо сделать
ТРЕБОВАНИЯ К
Перехват МБС возможен при входе в ат-
мосферу, на баллистическом и на активном
участках траектории. Для перехвата на этих
участках траектории нужны совершенно раз-
личные летательные аппараты.
Иногда проблему перехвата и уничтоже-
ния головной части МБС сравнивают с попыт-
кой попасть пулей в пулю. Хотя в этом срав-
нении трудности преувеличиваются, однако
более или менее верно отражаются жесткие
требования, предъявляемые к средствам пере-
хвата головок МБС.
Основной задачей перехвата головки яв-
ляется исключение взрыва ее боевой части
над целью. При этом желательно избежать
какого-бы то ни было ущерба обороняющему-
ся. Головка МБС прочна и, кроме того, имеет
защиту от воздействия атмосферы при входе
в нее. Такая прочная цель, имеющая малые
размеры, должна быть уничтожена или обез-
врежена. Этим определяются требования к
боевой части антиснаряда и ее размерам и,
следовательно, к конструкции антиснаряда.
Перехват желательно осуществлять на
достаточно удаленном рубеже для того, чтобы
ни МБС. ни антиснаряд не причинили значи-
тельного ущерба на земле. При этом надо
предполагать применение противником заряда
вывод о том, что для активной борьбы с МБС
каждое из этих направлений в отдельности
обладает значительными недостатками. Ра-
зумные средства зашиты можно, по-видимо-
ми, было бы разработать путем сочетания
указанных выше методов поражения балли-
стических снарядов, при условии приемлемых
соотношений между затратами и боевой
эффекти вностью.
Не надо забывать, что сравнительная
оценка, данная выше, основана на далеко не-
полных знаниях каждого из описанных про-
цессов. Даже физическая осуществимость
некоторых процессов (например, лучи элемен-
тарных частиц или заключенная в контейнере
плазма) для обороны от баллистических сна-
рядов может подвергаться сомнению.
Ясно, что недостаток информации в боль-
шинстве вопросов, затронутых выше, не поз-
воляет удовлетворительно сравнить между
собой различные методы. Большее внимание
к упомянутым выше важным проблемам
могло бы в конечном счете привести к более
квалифицированной оценке различных мето-
дов обороны от баллистических снарядов.
Только при условии увеличения осведом-
ленности можно быть уверенным, что будут
найдены наиболее эффективные решения.
Продолжение исследований в этой области
получит также дополнительное оправдание в
виде результатов, выходящих за рамки задач
обороны от баллистических снарядов.
Astronautics, X, 1960.
АНТИСНАРЯДАМ
с большим тротиловым эквивалентом. Это
обстоятельство в связи с большой скоростью
головки МБС и ограниченностью дальности
обнаружения делает фактор времени самым
важным параметром при перехвате МБС.
Схема перехвата показана на фиг. 1, где
также приведено соотношение между ско-
ростью антиснаряда, скоростью цели и даль-
ностью обнаружения при заданном угле входа
в атмосферу и радиусе обороняемого района.
Чтобы уменьшить потребную дальность обна-
ружения и увеличить радиус обороняемого
антиснарядом района, конструктор антиснаря-
да должен обеспечить ему большую скорость.
Для этого требуются двигатели с большой
тягой, и антиснаряд должен выдерживать
большие перегрузки.
Большое значение имеет также время ре-
акции системы обороны. Например, в усло-
виях. указанных на фиг. I, при средней ско-
рости антиснаряда 3,6 км!сек уменьшение вре-
мени реакции на 1 сек. позволяет удалить
рубеж перехвата на 3,7 км и увеличить пло-
щадь обороняемого района на 470 км2. Вре-
мя, затрачиваемое на запуск антиснаряда, не
должно превышать 15 сек. Этим определяется
время раскручивания гироскопов, выбор
силовой установки, главного источника энер-
14
гии и многое другое. Время реакции является
определяющим при проектировании пусковых
устройств и соответствующего наземного обо-
рудования.
Из фиг. 1 видно также значение увеличе-
ния скорости цели. Прошли те времена, когда
конструктор МБС был лимитирован силовой
установкой и был вынужден ограничиваться
оптимальными, с точки зрения затрат энер-
гии, траекториями. Следствием прогресса тех-
ники является уменьшение веса боевой на-
грузки и конструкции МБС, а также увеличе-
ние мощности ракетных двигателей. Поэтому
оборона должна противостоять атакам с раз-
ных направлений. Противник с приемлемым
Дальнос ть обнаружения
[нм]
Фиг. 1. Типичные требования к скорости
аптиснарядов. Угол входа цели 45’, ско-
рость цели 9000 кл/час, дальность обнару-
жения 900 км. УМ8КС антиснаряда
4500 км/час
ущербом для точности может применять
траектории с очень малым или очень боль-
шим углом входа в атмосферу. Следователь-
но. антиснаряд должен быть спроектирован
с учетом возможностей МБС завтрашнего дня
и так, чтобы обеспечивалась возможность его
совершенствования по мере совершенствова-
ния баллистических снарядов противника.
Антиснаряд должен обладать способностью
к маневрированию, чтобы обеспечить пораже-
ние снарядов противника, маневрирующих по
скорости и направлению, а также, чтобы кор-
ректировать ошибки в начале наведения. В
связи с возможностью применения ложных
целей и необходимостью многократных атак
одной цели антиснаряд должен обеспечивать
перехват цели как за пределами атмосферы,
так и в атмосфере (фиг. 2).
Для перехвата за пределами атмосферы
управление антиснарядом должно осуществ-
ляться с помощью реактивных двигателей,
выбираемых в зависимости от системы наве-
дения. Современная техника не позволяет
Фиг. 2. Типичный режим перехвата МБС
применить самонаведение на конечном участ-
ке траектории антиснаряда и тем более на
всей траектории. Оборудование, необходимое
для обнаружения целей малых размеров на
большом удалении и выделения ложных це-
лей, не может быть установлено на антисна-
ряде.
Поэтому в настоящее время может рас-
сматриваться только командная система на-
ведения антиснаряда. Вопрос заключается
лишь в том, должно оно быть непрерывным
или достаточно вносить поправки при сбли-
жении антиснаряда с целью. Анализ показы-
вает, что последний метод является более
эффективным. При этом должна быть обе-
спечена возможность коррекции траектории
в любом направлении.
Такую способность к маневрированию ан-
тиснаряда за пределами атмосферы можно
обеспечить путем установки на последней сту-
пени двигателя и необходимого запаса топ-
лива.
Фиг. 3. Маневрирование головной части
аигиснаряда за пределами атмосферы
15
Двигатель запускается за несколько секунд
до сближения с целью и антиснаряд ориен-
тируется так, что вектор тяги двигателя вно-
сит необходимые поправки в ее траекторию,
так что цель оказывается в пределах радиуса
поражения зарядом антиснаряда (фиг. 3).
Потребная величина поправки зависит от ка-
чества информации о цели, полученной до
конца активного участка траектории анти-
снаряда, производственных допусков на из-
готовление частей системы обороны и харак-
теристик маневренности цели. Анализ состоя-
ния ракетной техники и перспектив ее разви-
тия в ближайшем будущем показывает, что
характеристики маневренности антиснаряда,
обеспечивающие изменение траектории на
несколько сот метров в секунду, достаточны
для перехвата ожидаемых целей и обеспечи-
вают необходимый резерв на случай новых
достижений в развитии снарядов. Поскольку
быстро развивающаяся техника может поз-
волить противнику расширить возможности
маневрирования целей, конструктор антисна-
ряда должен быть всегда наготове, чтобы рас-
ширить возможности маневрирования анти-
снаряда.
Перехват баллистических снарядов в атмо-
сфере связан с рядом трудностей. Антиснаряд
должен летать и быть управляемым при ско-
ростных напорах от нуля до 240000 кг/м11.
Поэтому конструктор должен идти на компро-
миссы. Например, желательно обеспечить ан-
тиснаряду возможность маневрирования в
любом направлении. Но нужно ли обеспечи-
вать это на малой высоте, учитывая утяжеле-
ние конструкции, которое приведет к умень-
шению скорости и увеличению времени поле-
та при перехвате на большой высоте? Наилуч-
шее решение достигается при учете всех фак-
торов как конструкторами системы наведения,
так и конструкторами антиснаряда.
Для обеспечения маневра в атмосфере,
также как и при перехвате за пределами ат-
мосферы, может быть применена ориентирую-
Фиг. 4. Типичные характеристики маневренности
антиснаряда
щаяся в пространстве последняя ступень анти-
снаряда с ракетным двигателем. Типичные
характеристики маневра показаны на фиг. 4.
В зависимости от обстановки двигатель может
включаться или не включаться.
При перехвате в атмосфере важнейшим
требованием является защита антиснаряда от
нагрева. Тепловые потоки, возникающие при
этом, характеризуются данными на фиг. 5.
Их порядок примерно такой же, как при входе
головок МБС и БССД в атмосферу
В качестве средства защиты от нагрева
хорошо зарекомендовали себя различные
покрытия, применение которых рассматри-
вается как лучший подход к решению проб-
лемы нагрева головной части снарядов. На
фиг. 6 дается пример анализа, который дол-
жен сделать конструктор при выборе кон-
струкционных материалов и защитных покры-
тий антиснаряда. Надо учитывать необходи-
мость защиты не только лобовых частей, но
и всей поверхности, ввиду того, что антисна-
ряд маневрирует при больших углах атаки.
Перехват баллистических снарядов вблизи
середины баллистического участка траекто-
рии может оказаться желательным по многим
причинам. Он увеличивает глубину обороны
и обеспечивает поражение снаряда до появле-
ния ложных целей. Если ложные цели выбра-
сываются рано, их можно обезвредить много-
кратной атакой антиснарядами. Предвари-
тельный взрыв уничтожит часть ложных це-
лей и отбросит легкие ложные цели от более
тяжелой головной части снаряда. Импульс,
который при этом получит головка, может
изменить направление ее полета и она откло-
нится от цели.
юооо
/5000
/2000
ЛИ»
5000
JOO°0 SO 100 150 200 250
Дрем? нагрела
Фиг. 5. Сравнительные данные по кинетическому
нагреву
!
J *
16
Требования к времени полета и, следова-
тельно, скорости антиснаряда при перехвате
в середине баллистического участка траекто-
рии зависят от времени предупреждения, ка-
чества слежения за целью в полете антисна-
ряда на активном участке траектории и ме-
стоположения базы антиснарядов. Необходи-
мость перехвата баллистического снаряда воз-
можно раньше иллюстрируется фиг. 7, где
показан разброс ложных целей в зависимости
от различных факторов. На фиг. 8 показаны
отклонения головки МБС от цели при воздей-
ствии на нее импульса от взрыва антиснаряда
в двух различных точках траектории. Этим
также подтверждается желательность раннего
перехвата.
Если обнаружение и слежение за снаря-
дом противника обеспечивают возможность
раннего запуска антиснаряда, можно рассма-
тривать перехват снаряда противника вблизи
апогея его траектории. Антиснаряд может
быть запущен в этом случае из обороняемого
района, но тогда он должен обладать такими
же потенциальными возможностями, как и
снаряд противника, и время реакции системы
обороны должно быть минимальным. Если
базы антиснарядов расположены между ба-
зой снарядов противника и обороняемым рай-
оном, требующаяся скорость антиснаряда
уменьшается. На фиг. 9 иллюстрируются тре-
бования к скорости антиснарядов, когда их
базы расположены в обороняемом районе и
под апогеем траектории полета снарядов про-
тивника.
Сравнительно небольшим увеличением ско-
рости снаряда в момент выключения двига-
теля можно уменьшить преимущества выне-
сенных вперед баз антиснарядов, рассчитан-
ных на перехват вблизи середины баллисти-
ческого участка траектории. Увеличение ско-
рости МБС на 900 м/сек. увеличивает высоту
пика траектории с 1500 до 5500 км. Увеличе-
ние при этом требуемой скорости антиснаря-
да характеризуется пунктирной кривой на
фиг. 9. Кроме того, возможность атак с раз-
ных направлений делает вынесенные вперед
базы антиснарядов малопривлекательными.
С другой стороны, можно привести много
аргументов в пользу базирования антиснаря-
дов в обороняемом районе.
Фиг. 6. Веса конструкций с тефлоновым покрытием
З-.ТИ* № 10
Поскольку в рассматриваемом случае пе-
рехват будет осуществляться за пределами
атмосферы, как и при перехвате в конце пас-
сивного участка, для маневра антиснаряда
потребуется установка двигателя на послед-
ней ступени. Требования к маневренным ка-
чествам определяются двумя факторами:
выключение Дпагей
двигателя
Вход
^атмосферу
Фиг. 7. Размеры облака ложных целей для ти-
пичного МБС при увеличении скорости в момент
выключения двигателя на 6 м/сек
Изменение
скорости
/ япагее
Фиг. 8. Отклонение от цели головной части типичного
МБС при изменений ее скорости на 15 лг/сек
9.0
*5
Baja актиснар
в обороняемом
районе
Baja антиснаряЗа
SO
3.0
В
h
Н
£
ч
а
база актссиаряЗа. 1 | ’3
по а апогеемt Высота I ?
апогея увеличена I'V $
о ЮО *00 SOO ЛОО ГООО 1МО
Время запуска актиснаряЗа
после запуска МбС [сек]
Фиг. 9. Требующаяся скорость антиснаряда
при перехвате в апогее
17
информацией о траектории цели и уклонени-
ем антиснаряда от расчетной траектории.
Единственный маневр, который осуществляет-
ся в атмосфере, необходим для поворота
антиснаряда в заданном направлении, как
это делается при запуске МБС. Тепловая за-
щита потребуется минимальная, так как анти-
снаряд быстро покидает нижние слои атмо-
сферы.
Past/есть Зысот
оерел Зата и
орбите/
-----
-----370
-----гм
врем» полета
/30 сея
730
65
Фиг. 10. Требующееся для обороны от МБС
количество спутников на круговых полярных ор-
битах в зависимости от скорости антиснаряда,
базирующегося на спутнике
Однако перехват вблизи середины балли-
стического участка траектории, по-видимому,
затруднен, ввиду меньшей точности вывода
антиснаряда на цель и в связи с проблемой
выделения ложных целей. Он должен рассма-
триваться как дополнение к перехвату на
конечном участке траектории головки МБС.
Перехват МБС на активном участке траек-
тории или сразу после выключения двигателя
требует размещения баз антиснарядов и их
систем наведения на границе территории про-
тивника. Такая оборона является весьма
проблематичной. Во всяком случае требования
к антиснаряду в принципе будут такими же,
как и при перехвате на баллистическом уча-
стке траектории, но средняя скорость анти-
снаряда должна быть значительно больше.
Точно также может оказаться невозможно
использовать в качестве носителей средств
противоснарядной обороны самолеты. Кроме
того, противник может размещать базы МБС
в глубине своей территории, и протнвоснаряд-
ная оборона должна будет осуществлять пере-
хват МБС на баллистическом участке траек-
тории. Существующая техника не обеспечи-
вает создание самолетного радиолокацион-
ного оборудования, способного обнаружить
и сопровождать цели таких малых размеров
при больших дальностях.
Представляет интерес система обороны,
базирующаяся на спутниках.
Современное состояние техники и ее со-
стояние в ближайшем будущем не дает воз-
можности обеспечить слежение за головной
частью снаряда с помощью оборудования,
которое можно установить на спутнике. По-
этому снаряд должен быть перехвачен на
активном участке, когда он представляет со-
бой цель больших размеров и является источ-
ником мощного инфракрасного излучения.
Поражение снаряда противника возможно
путем разрушения его боевой части или сило-
вой установки, так чтобы снаряд не пришел
в обороняемый район. В первом случае анти-
снаряд должен иметь мощную боевую часть.
Кроме того, трудно известить обороняемый
район о том, что боевая часть данного сна-
ряда противника выведена из строя. С дру-
гой стороны, силовая установка снаряда про-
тивника сравнительно легко уязвима обычным
зарядом с оптимальным распределением
осколков. Чтобы снаряд не попал в обороня-
емый район, его силовая установка должна
быть выведена из строя как можно раньше до
выключения двигателя последней ступени.
На фиг. 10 приведены сведения о скорости
антиснаряда, требуемой в этом случае. Из
фиг. 10 видно, что даже при большой ско-
рости антиснаряда для обеспечения надежной
обороны нужно большое количество спут-
ников.
Наиболее трудными для антненаряда, ба-
зирующегося на спутнике, являются пробле-
мы, связанные с его весом и обслуживанием.
Ввиду высокой стоимости вывода тел на
орбиту вес антиснаряда должен быть мини-
мальным. Стоимость доставки одного кило-
грамма нагрузки на орбиту с помощью ракет-
носителей ближайшего будущего будет около
2200 долларов. Хотя при доставке на орбиту
колоссальной нагрузки, которую представляет
система обороны, базирующаяся на спутни-
ках, стоимость, приходящаяся на единицу
веса, может быть несколько меньше, это
уменьшение при применении обычных топлив
не может быть существенным. Ракеты с ядер-
ными двигателями может быть позволят сни-
зить стоимость до 2—20 долларов за кило-
грамм. Но применение ракет-носителей с
ядерными двигателями станет возможным
лишь через несколько лет. Чтобы общая стои-
мость была минимальной, конструктор дол-
жен тщательно взвесить расходы на создание
легкого антненаряда в сравнении с расхода-
ми на вывод на орбиту. Такой подход отли-
чается от проектирования антиснаряда, бази-
рующегося на земле, так как в последнем
случае для уменьшения стоимости можно идти
на увеличение веса антненаряда.
Применение антиснарядов, базирующихся
на спутниках, имеет ряд особенностей. После
вывода спутника на орбиту отсутствует воз-
можность периодических осмотров и ремонта
аптиснарядов Особое значение приобретает
надежность.
Одной из тенденций, наблюдающихся й
18
развитии снарядов, является повышение их
надежности. Несколько лет тому назад на-
дежность в 60% считалась удовлетворитель-
ной. Сейчас стремятся к обеспечению надеж-
ности 80—90% и достигают ее. В дальнейшем
надежность будет возрастать еще больше,
например, благодаря применению твердых
топлив. Это окажет колоссальное влияние на
систему обороны от МБС, для которой тре-
буется вероятность поражения 99%. Для по-
ражения снаряда противника при 60% надеж-
ности нужно сделать пять выстрелов, при 80%
надежности три, а при 90% надежности все-
го два выстрела.
Тенденция уменьшения веса составных
частей антиснаряда, ее боевой части, обору-
дования, источников энергии и конструкции
ведет к тому, что с помощью снарядов огра-
ниченных размеров можно получить значи-
тельно лучшие данные. Особое значение при
этом имеет повышение удельного импульса
топлива. Связанное с этим удешевление анти-
снарядов позволяет надеяться на реализацию
возможности защитить всю континентальную
часть США с помощью двух—трех баз анти-
снарядов Местный центр обороны (которых
будет много) при необходимости вызывает
антиснаряды с ближайшей базы для обороны
своего района. Главным преимуществом такой
системы является то, что для противника
трудно дезорганизовать систему обороны пу-
тем нанесения удара. Это же, но в меньшей
мере, справедливо и для системы обороны,
базирующейся на спутниках.
Представляет интерес также другая тен-
денция развития, относящаяся не только к
ан । иснарядам, возможность создания сна-
рядов в соответствии с потребностями систе-
мы, а не наоборот, когда система создается
на базе снарядов. Теперь, когда накоплен
большой опыт, можно проектировать наилуч-
шую систему с учетом всех ее требований,
включая материально-техническое обеспече-
ние, требования эксплуатации, стоимость и
т. д. В этом случае иногда выгодно намерен-
но проиграть на одном, чтобы значительно
больше выгадать на другом. Таким образом,
открывается большой простор для одаренного
воображением конструктора и новые возмож-
ности для создания лучших конструкций.
Astronautics, X, I960
РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ОБОРОНЫ ОТ МБС
Система обороны от баллистических сна-
рядов, согласно современным воззрениям,
должна состоять из средств обнаружения,
опознавания и сопровождения, а также наве-
дения антиснарядов. Для обнаружения, сопро-
вождения и наведения могут быть использова-
ны только два метода: электромагнитное из-
лучение МБС или его головки, основная часть
которого заключена в инфракрасной области
спектра, или излучение больших мощностей и
измерение параметров эхо-сигналов, т. е. при-
менение активной радиолокации.
Для дальнего обнаружения головок МБС
США сооружают систему BMEWS, состоящую
из трех станций, расположенных на Аляске,
в Гренландии и в Англии.
Из-за большой мощности излучения и
больших размеров антенн станций обнаруже-
ния их установка на летающих платформах
в настоящее время практически нереальна.
Станции системы BMEWS не могут быть
использованы в системе перехвата, потому
что обнаружение МБС производится ими толь-
ко на небольшом участке их траектории на
громадных расстояниях от северо-американ-
ского континента, не досягаемых для бази
руюшихся на континенте средств перехвата
Это приводит к необходимости повторного
обнаружения головок МБС в зоне действия
средств активной обороны, т. е. на расстоянии
до тысячи миль или более от защищаемого
объекта. Очевидно, что для повторного обна-
ружения необходимы радиолокаторы почти
таких же размеров, как станции систе-
мы BMEWS Антенна такого радиолокатора
показана на фиг. 1. Антенна диаметром 24 м.
работающая по принципу линзы Люнеберга,
установлена в Уайт Сэндс для испытания
опытного радиолокатора, предназначенного
для системы антиснаряда «Ника-Зевс». Этот
радиолокатор, работающий на частоте в не-
сколько сотен мегагерц, имеет очень большую
излучаемую мощность.
Фиг. 1. Радиолокационная система «Пннкушин»,
работающая в микроволновом диапазоне.
Вес системы 80 т
Несмотря на то, что радиолокаторы по-
вторного обнаружения МБС могут следить
за траекторией МБС и ложных целей, они нс
могут быть достаточно точными для выделе-
ния ложных целен или для наведения средств
перехвата. Последние задачи могут быть ре-
шены с помощью микроволновых радиолока-
торов сопровождения.
В экспериментах по сопровождению объек-
тов, подобных баллистическим снарядам, про-
19
ходят испытания радиолокатор лаборатории
Линкольна в Миллстоун Хилл, радиолокато-
ры «Пинкушин» и «Традекс» (последний по-
казан на фиг. 2), построенные фирмой Рэйтеон
и Американской радиокорпорацией, и радио-
локатор слежения системы «Ника-Зевс». Все
эти радиолокаторы имеют большие параболи-
ческие антенны и массивные устройства для
привода антенн.
Радиолокаторы другого класса, которые
могут быть использованы для данной цели,
имеют плоские неподвижные антенные решет-
ки с электрическим сканированием луча.
Однако размеры таких антенн не меньше раз-
меров антенн с механическим приводом, кроме
того, стоимость их может быть более высокой
Фиг. 2. Система «Традекс», обеспечивающая сопровож-
дение цели на больших расстояниях. Опытный образец
системы проходит испытания в США и затем будет
установлен на станции системы BMEWS в Англии
В системе, использующей информацию о
цели только от активных радиолокаторов, не-
обходимо на основании этих данных опознать
носовой конус МБС на фоне остальных объ-
ектов, которые могут его сопровождать. Для
этого прежде всего нужна соответствующая
разрешающая способность радиолокаторов по
угловым координатам, скорости и дальности.
Для импульсного радиолокатора наиболее
просто получить высокую разрешающую спо-
собность по дальности или во времени.
Для получения большой вероятности раз-
решения каждого объекта необходимо, чтобы
радиолокатор обеспечивал в 10 или 20 раз
больше элементов разрешения в зоне обзора
по сравнению с числом находящихся на ней
объектов.
Например, если радиолокатор будет на-
блюдать за облаком, состоящим из тысячи
объектов, тогда он должен иметь от 10 до 20
тысяч элементов разрешения в объеме, кото-
рый занят этим облаком.
После того, как выполнено разрешение и
выделение и головка опознана, необходимо ее
уничтожить. Так как радиолокатор сопровож-
дения, который выделяет цель, является един-
ственным видом оборудования, «знающим»,
какой из многих объектов необходимо уничто-
жить, логически правильным будет использо-
вать этот же радиолокатор для наведения
средств перехвата. Если перехват головки
МБС должен осуществляться на расстоянии
160 км с помощью взрывного заряда, имею-
щего высокую вероятность поражения цели
на дистанции ~18 м. тогда суммарная по-
грешность системы должна быть 10-4. Точ-
ность определения дальности в этом случае
также должна быть ~18 лг. Такая точность
достижима при одиночной цели, но решение
задачи для группы целей крайне затрудни-
тельно. Различные параметры системы пере-
хвата, конечно, налагают различные требова-
ния и на точность радиолокатора, но во вся-
ком случае, очевидно, что прямое попадание
в цель снаряда-перехватчика, управляемого
командами с земли, маловероятно.
Таким образом, требования к обнаруже-
нию. опознаванию и сопровождению головок
МБС приводят к необходимости создания
очень больших и мощных радиолокаторов, а
также радиолокаторов с высокой разрешаю-
щей способностью и точностью. Стоимость
таких радиолокаторов очень высокая, если
еще учесть, что они должны быть крайне на-
дежными, чтобы постоянно находиться в со-
стоянии готовности к работе.
Astronautics, X, 1960
СИСТЕМА РАННЕГО ОБНАРУЖЕНИЯ БАЛЛИСТИЧЕСКИХ СНАРЯДОВ BMEWS
Основным назначением системы BMEWS
(Ballistic Missile Early Warning System)
является обнаружение любой массовой атаки
и предупреждение военных баз США и их
союзников, с которых должен быть нанесен
ответный удар, а не защита какой-то опреде-
ленной страны. Раннее оповещение отдельных
стран об атаке, которое для Англии состав-
ляет около 4 мин. и для США около 24 мин.,
является дополнительным преимуществом сис-
темы BMEWS.
В создании системы BMEWS принимают
участие армия, флот, ВВС США и 2900 фирм.
Генеральным подрядчиком ВВС является
Американская радиокорпорация, субподряд-
чики выполняют 66% работ. Руководство всем
проектом осуществляет Управление электрон-
ных систем Командования материально-техни-
ческого снабжения ВВС США. В координации
работ принимает участие также Командова-
ние ВВС по исследованиям и опытным рабо-
там. Генеральным подрядчиком по строитель-
ству линий связи, которые должны соединять
три станции BMEWS с центром управления
ПВО северо-американского континента в Ко-
лорадо Спрингс и оперативным центром стра
тегической авиации в Омаха, является фирма
Уэстерн Электрик.
20
Первоначально предполагалось построить
только одну станцию BMEWS в Туле (Грен-
ландия), но вскоре стала очевидной необхо-
димость еще двух фланговых станций, кото-
рые решено было соорудить в Клире (Аляска)
и Файлингдейлз Мур (Англия). Станция, раз-
мещенная в Англии, будет связана также с
Оперативным центром ВВС Англии и сред-
ствами оповещения.
Станция в Туле вступила в строи I октяб-
ря 1960 г., станция в Клире должна быть вве-
дена в эксплуатацию летом 1961 г., и станция
в Англии — в 1962 г. Эта станция будет
стоить около 115 млн. долларов, станция в
Клире—328 млн. долларов и в Туле—500 млн.
долларов. Общие расходы на создание сис-
темы BMEWS — 952 млн. долларов.
В системе BMEWS используются два
основных типа радиолокационного оборудова
ния. Один из них—радиолокатор обнаружения
AN/FPS-50 фирмы Дженерал Электрик с не-
подвижной антенной шириной 120 м и высо-
той 50 я Радиолокатор когерентно-импульс-
ного типа, обеспечивающий дальность обна-
ружения ~4800 км, формирует высокочастот-
ную энергию в две парциальные диаграммы
направленности, широкие и неподвижные в
азимутальной плоскости и узкие в плоскости
угла места. Сектор обзора по азимуту 38°, по
углу места лучи разнесены на несколько гра-
дусов, причем углы места лучей нижней и
верхней диаграмм равны, соответственно, ~2
и ~10°. Местоположение и скорость МБС
будут определяться при прохождении МБС
через нижние и верхние лучи; траектория
может быть вычислена на основании двух
засечек координат. Будет также определяться
время и место падения МБС и местоположе-
ние стартовой установки. Эти данные выра-
батываются на станции BMEWS и передают-
ся в центр управления северо-американской
ПВО.
Второй основной тип радиолокатора—сле-
дящий радиолокатор AN/FPS-49—разработан
Американской радиокорпорацией. Радиолока-
тор имеет вращающийся параболический от-
ражатель, защищенный обтекателем, и может
быть использован и для обнаружения (с пар-
циальной диаграммой излучения или с круго-
вым сканированием) и для слежения.
При обнаружении цели производится ее
захват и сопровождение для того, чтобы опре-
делить, является ли она баллистическим
снарядом, и если да, то вычисляется ее траек-
тория. В режиме захвата измерение траекто-
рии производится с очень высокой точностью.
Радиолокатор слежения вместе с основа-
нием антенны весит около 170 г. включая вес
гидравлического сервопривода антенны (око-
ло 90 т), обеспечивающего большую скорость
движения антенны по азимуту. Сервопривод
рассчитан на 10-летний срок службы в арк-
тических условиях. Диаметр обтекателя ан-
тенны 45 м. Обтекатель собран из 1646 трех-
слойных шестиугольных и пятиугольных пане-
лей. состоящих из слоя пропитанной смолой
бумаги толщиной 15 см, помещенного между
двумя листами из стеклотекстолита (фиг. 1).
В настоящее время опытный образец
радиолокатора слежения проходит испытания
на полигоне Американской радиокорпорации.
Фирма Гудъир проводит механические испы-
тания другого опытного радиолокатора, кото-
рый уже проработал более 7 месяцев без
повреждений.
На станции в Туле установлены четыре
радиолокатора AN/FPS-50, обеспечивающие
перекрытие по азимуту 150°, и также преду-
смотрено место для трех следящих радиоло-
каторов AN/FPS-49, хотя ассигнования на их
сооружение до сих пор не выделены.
Фиг. 1. Обтекатель антенны радиолокатора AN/FPS-IH
В здании, окружающем антенну с обтекателем, распо-
ложены вычислительные машины и другое оборудование
На станции в Клире будет три радиоло-
катора обнаружения и предусматривается
место для двух радиолокаторов слежения.
Станция в Файлингдейлзе первая будет снаб-
жена тремя радиолокаторами AN/FPS-49.
Два из них будут работать как радиолокато-
ры обнаружения и один как следящий радио-
локатор.
На каждой станции системы радиолока-
ционные данные будут обрабатываться двумя
вычислительными машинами на твердых эле-
ментах, одна из которых является рабочей,
а другая резервной. Вычислительные машины
выполняют следующие операции:
1) вычисляют траектории полета целей па
основании радиолокационной информации в
цифровой форме;
2) для предотвращения ложной тревоги
сравнивают полученные траектории с орбита
ми наблюдаемых спутников, характеристика-
ми северных сияний и характеристиками сле-
дов метеоров;
3) в случае массового налета выбирают
цели для сопровождения радиолокаторами
слежения;
4) составляют сообщения, содержащие
21
информацию о цели, для передачи в штаб
ПВО в Колорадо Спрингс.
Для изучения избирательной способности
системы BMEWS фирмой Дженерал Электрик
было проведено 191500 определений коорди-
нат отдельных точек различных объектов.
В штабе ПВО полученные данные деко-
дируются, оцениваются, дополняются при не-
обходимости другой информацией и воспро-
изводятся на планшете общей воздушной об-
становки. Система обработки информации,
поступающей на планшет, определяет «уро-
вень угрозы» и степень достоверности входя-
щей информации. Окончательный вывод о
том, отражает ли данная информация дей-
ствительную атаку, делает командующий
ПВО. •
Для обеспечения координированных дей-
ствий штаба ПВО США и ВВС Англии в на-
стоящее время вырабатывается единая так-
тика.
Система BMEWS имеет ряд недостатков.
Она не будет давать предупреждения о бал-
листических управляемых снарядах, запуска-
емых с подводных лодок. Еще не ясно, будет
ли она подвержена действию помех. В даль-
нейшем система BMEWS будет работать со-
вместно с искусственными спутниками Земли,
снабженными инфракрасными детекторами
для обнаружения управляемых снарядов. Это
увеличит время предупреждения еще на не-
сколько минут. Недостатками системы BMEWS
являются также ее громадные размеры и вы-
сокая стоимость. Точность системы невелика
и дает возможность установить лишь район
падения снаряда.
Оборудование станций BMEWS проекти-
ровалось с учетом достижения высокой на-
дежности в эксплуатации. Рабочая нагрузка
деталей составляет 40% от номинальной.
Большое улучшение надежности системы
достигнуто применением системы автомати-
ческой проверки и контроля. Важные секции
радиолокационных систем непрерывно кон-
тролируются, и в случае неисправности заме-
няются с помощью коммутационных устройств
резервными без перерыва в работе станции.
Система встроенного контроля и коммутации
позволяет также заблаговременно произво-
дить профилактический ремонт, что снижает
время простоя.
Использование перфокарт и магнитных
лент с записью информации, имитирующей
характеристики цели, позволяет автомати-
чески проверять любую часть системы или
всю систему в целом прямо из штаба ПВО в
Колорадо Спрингс или с какой-нибудь стан-
ции.
Вследствие огромной мощности излучения
радиолокаторов установлены границы опас-
ных зон, в частности, в Файлингдейлз про-
тяженность опасной зоны перед радиолокато-
ром 2,2 км.
Ниже приводятся некоторые данные о
строительстве и работе станции в Туле.
Сооружение станции в Туле явилось слож-
ной проблемой. Антенные отражатели, высо-
той около 50 л и длиной около 120 л каждый,
выполненные из никелевой стали, должны вы-
держивать ветер со скоростью до 300 км)час.
температуру до —54° С и ледяной покров тол-
щиной до 15 см, который может удвоить вес
отражателя, равный 1500 т.
Наличие промерзшего слоя земли затруд-
няло выемку грунта, проводившуюся с по-
мощью бурения и взрывных работ. Для пре-
дотвращения оседания некоторых зданий в
процессе их эксплуатации применялось искус-
ственное охлаждение верхних слоев грунта
толщиной около 2 м. Охлаждение грунта про-
водилось также при схватывании бетона фун-
дамента, так как выделяющееся при этом
тепло могло размягчить промерзший грунт
и вызвать смещение фундамента.
Одной из наиболее сложных проблем было
соединение тысяч узлов в подсистемы и нала-
живание работы всего комплекса оборудова-
ния в целом, а также включение в оборудо-
вание встроенной аппаратуры для быстрого
отыскания повреждений.
Количество деталей в станциях системы BMEWS
Наименование детален Единица измерения Станция в Туле Станция в Клире Станция в Файлинг- дейлз Мур Штаб ПВО Всего приблизи- тельно
Волноводы км 33,8 24.7 0.36 —. 58
Транзисторы шт. 315000 297000 139000 30000 780000
Электронные лампы а 33000 32000 100000 110 165000
Конденсаторы «• 267000 260000 310000 12000 849000
Сопротивления 1080000 978000 429000 33000 2520100
Стойки для оборудования • 818 664 590 27 2099
Кабели КМ 482 418 386 19 1290
Монтажный провод 2210 1750 1200 72 5250
Паяные и скрученные соедине- ния млн. шт. 14 11,5 10 0,5 36
Вес аппаратуры m 23760 15570 5850 1260 46440
22
Координация работ по созданию станции
являлась очень сложной задачей нс только
из-за масштабов всего проекта и многочис-
ленности используемого персонала, но также
и потому, что ввиду малых сроков разработ-
ки выпуск и испытание оборудования должны
были проводиться одновременно. Эти труд-
ности усугублялись тем. что гавани Туле от-
крыты только три месяца в году, поэтому
перевозка грузов в остальное время возмож-
на только по воздуху. На станцию в Туле,
начиная с 1958 г, транспортными судами было
перевезено 23760 т электронного оборудова-
ния. Всего было туда перевезено 135000 т
различных материалов морским транспортом
и 2814 т самолетами.
В таблице приведены данные о количестве
деталей в станции. Для размещения оборудо-
вания станции потребовалось 290 шкафов
Взаимодействие основных видов оборудования
станции иллюстрируется фиг. 2. Радиочастот-
ная энергия от передатчика радиолокатора
AN/FPS-50, в котором используется группа
мощных усилительных клистронов, через вол-
новодный тракт (фиг. 3) поступает на мощ-
ные антенные переключатели. Антенные пе-
реключатели распределяют энергию передат-
чика на 704 канала волноводной системы,
которые оканчиваются рупорными излучате-
лями, установленными перед антенным отра-
жателем. Когда цель пересекает луч радио-
локатора, антенна радиолокатора принимает
отраженный сигнал мощностью 10“н вт. Через
антенный переключатель эти сигналы направ-
ляются в приемник, где усиливаются до не-
обходимого уровня. Далее принятые сигналы
поступают в аппаратуру DRDTO, которая оп-
ределяет точные координаты отдельных точек
траектории снаряда на основании характери-
стики направленности диаграмм излучения
Фиг. 3. Волноводным тракт радиолокатора обнаружения
AN/FPS-50, соединяющий передатчики с рупорными
излучателями
станции. Эта аппаратура, производящая
200000 операций в секунду, преобразует ана-
логовую по форме радиолокационную инфор-
мацию в цифровые данные, которые затем
обрабатываются вычислительными машинами
Оборудование DRDTO обеспечивает опознава-
ние объектов путем разделения сигналов, от-
раженных от целей, наблюдаемых одновре-
менно, в результате данные о целях могут
быть записаны последовательно.
Для обеспечения связи станции со штабом
ПВО и оперативным центром стратегической
авиации фирма Уэстерн Электрик строит сис-
тему двухсторонней связи протяженностью
свыше 73000 км стоимостью 81 млн. долларов.
Проектные работы были выполнены фирмой
Белл Телефон Лэбораторнз. Используется
множество видов связи — подводный кабель,
подземный кабель, УКВ радиорелейная линия
Плавный синлрони-
jamop (1 комплект)
/!ередатчик Приемник • Яппа , Вычислитель Приемники
лЮ комплектов) (Т5 комплектов) при Яма Нанны* предполагаемого
~ радиолокатора места падения
дальнего однару- МбС(/комплект)
тения (РЯРТиТ , х
V? комплектов) Аппаратура для управу
автомата чес- некая о коммутации
троля ( ! комплект) ( Т комплект)
П(// ИС.
Аппаратура
кого контро,
Нсп&ггтапв&тьнау избери
аппаратура
( 1 нале п/гекгп)
Фиг. 2. Схема прохождения сигнала на станции BMEWS а Туле
23
и тропосферное рассеяние радиоволн. Для
тропосферной связи используются антенны
высотой 18 и 36 м. Связь может осуществ-
ляться голосом или с помощью телетайпов.
В настоящее время проложен первый двой-
ной кабель в арктической зоне, связывающий
станцию в Туле с Кэйп Дайер, на Баффино-
вом острове, расположенном в 1120 км к юго-
востоку от Туле через Баффинов залив. Для
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ
За последнее десятилетие ракетостроение
и техника космических исследований наряду
с ядерной техникой получили широкое разви-
тие. Над решением проблем, возникающих в
этих областях, работают почти во всех отрас-
лях науки и техники. Одним из важнейших
вопросов является разработка и испытания
подходящих материалов. Количество материа-
лов, используемых в ракетостроении, состав-
ляет очень незначительную часть общего по-
требления материалов. Например, расход ме-
таллов на программу разработки управляемых
снарядов в США составил в 1959 г. всего
0,1% продукции металлургической промыш-
ленности страны. Несмотря на это, ракето-
строение требует большей исследовательской
работы в области материалов, чем все другие
потребители, вместе взятые. Наряду с разви-
тием ракетной техники шла разработка газо-
турбинных и прямоточных воздушнореактив-
ных двигателей, которые сделали возможным
преодоление звукового барьера летательным
аппаратом с человеком на борту и позволили
собрать ценные данные о работе материалов
в условиях сверхзвуковых скоростей и боль-
ших высот полета.
Условия работы ракеты в целом и се от-
дельных частей характеризуются большими
механическими нагрузками и широким диапа-
зоном рабочих температур от очень высоких,
действующих обычно кратковременно, до
очень низких температур, а также корродирую-
щим влиянием агрессивных топлив или про-
дуктов сгорания.
Механические нагрузки на конструкцию ра-
кеты характеризуют кратковременность дейст-
вия и быстрое изменение величины и комбина-
ции напряжений. Такие нагрузки, несмотря на
кратковременность, могут привести к усталост-
ным явлениям. Так, в полете со сверхзвуковой
скоростью на стабилизирующих поверхностях
летательного аппарата наблюдалось более
одного цикла изменения напряжений в секун-
ду от максимального растяжения до макси-
мального сжатия. Необычные требования к
характеристикам прочности материалов ста-
вятся также в связи со значительным аэроди-
намическим нагревом. Другой причиной боль-
ших механических нагрузок являются силы
инерции. Например, при старте большой раке-
ты ускорение в течение 1—2 сек. увеличивает-
ся примерно до 10 м/сек?, т. е. до величины
земного ускорения g, а затем к моменту выго-
связи Кэйп Дайера с Ньюфаундлендом в ско-
ром времени будет проложен кабель длиной
2000 км. Через каждые 65 км кабеля распо-
ложены линейные усилители. Система связи
в окончательном виде должна соединить 400
пунктов, находящихся в трех странах.
Missiles and Rockets, 23,'V 1960;
Might № 2693.
РАКЕТОСТРОЕНИЯ
рания топлива в первой ступени постепенно
нарастает до 5—6 g. Почти вдвое большие
отрицательные ускорения возникают в процес-
се торможения ракеты при входе ее в более
плотные слои атмосферы.
Конструктивные особенности ракеты, обус-
ловленные требованием экономии веса, также
влияют на характер нагрузок. В то время как
в самолетостроении в обычных конструкциях
с несущей обшивкой критическими нагрузка-
ми главным образом являются сжимающие
нагрузки, тонкостенные корпуса больших ра-
кет с ЖРД, форма которых часто сохраняется
за счет избыточного внутреннего давления, в
большинстве случаев работают на растяжение.
Преобладание растягивающих напряжений
характерно также для основных элементов
конструкции ракет с двигателем, работающим
на твердом топливе, а именно для их корпу-
сов. Однако после выгорания топлива следует
ожидать перемены знака напряжений и воз-
никновения сжатия. Необычны также темпера-
турные условия, в которых работают ракетные
материалы. Правда, максимальные температу-
ры действуют обычно кратковременно. Эти,
порой очень высокие температуры возникают
как в зоне действия горячей газовой струи,
так и в носовой части ракеты и на передних
кромках стабилизаторов от аэродинамическо-
го нагрева. Вместе с тем, вследствие использо-
вания жидких газов в качестве топлива или
источника избыточного давления, отдельные
элементы ракеты подвержены воздействию
очень низких температур, например, в случае
применения жидкого гелия для создания из-
быточного давления—ниже —250° С.
На фиг. 1 показаны равновесные темпера-
туры оболочки ракеты при полете в атмосфере
и термосфере, при вхождении в атмосферу,
а также время воздействия соответствующей
температуры. Максимальные температуры,
превышающие иногда 5000° С, возникают у
баллистических ракет и, вероятно, у ракето-
планов типа «Дайна-Cop» при входе в атмо-
сферу. Время воздействия таких температур
у ракет составляет доли минуты, у ракетопла-
на несколько минут. У баллистических капсул
с человеком, как в проекте «Меркурий», усло-
вия работы материалов легче по величине
температур и по времени воздействия. Не-
сколько менее высокие, но более длительно
действующие температуры характерны для
больших возвращающихся ракет-носителей, а
24
у самолетов, похожих на Норт Америкен Х-15,
с продолжительностью полета, измеряемой ча-
сами, следует ожидать возникновения темпе-
ратур менее 1000°С.
Две заштрихованные полосы на фиг. 1
приближенно характеризуют: верхняя — тем-
пературу оболочки, нижняя — температуру
ракет-носителей спутников. Между этими об-
ластями слишком малых скоростей с одной
стороны и слишком высоких температур и
аэродинамических нагрузок с другой, лежит
область, в которой возможен длительный по-
лет летательных аппаратов или спутников по
круговым или эллиптическим орбитам. За-
время воздействия
Фиг. 1. Равновесная температура, тепловой поток и время их
воздействия на конструкцию летательных аппаратов
несущих элементов конструкции в зависимо-
сти от времени воздействия. Температура от-
считывается по оси ординат слева, соответст-
вующие удельные тепловые нагрузки — по
оси ординат справа. Шкала тепловых нагрузок
основана на тепловом излучении абсолютно
черного тела При входе баллистических сна-
рядов в атмосферу тепловые нагрузки дости-
гают 10000—25000 ккал/м2 сек, что соответст-
вует теплонапряженности сварочной горелки
(максимум 5 • 10* вг/см2) и электрической ду-
ги (максимум 10sвт/см2). Эти тепловые на-
грузки. действуя в течение нескольких минут,
приводят к температурному удару, а при
более длительном воздействии к установивше-
муся температурному режиму.
Зависимость между высотой и скоростью
полета и средней температурой обшивки,
обусловленной аэродинамическим нагревом,
показана на фиг. 2. На графике нанесены изо-
термы для 550 и 1100° С, последняя отделяет
область температур, наблюдаемых в длитель-
ном полете, от области недопустимо высоких
температур обшивки. Эта температурная гра-
ница на малых высотах сменяется границей
недопустимо больших аэродинамических на-
грузок / (скоростной напор превышает
15000 кг/м2). Выше аэродинамической грани-
цы а, соответствующей скоростному напору
300 кг/м2, длительный полет невозможен, так
как подъемная сила в этой области мала вви-
ду недостаточной скорости. Эта область ис-
пользуется для баллистических снарядов и
штрихованная область вокруг аэродинамиче-
ской границы а с минимальным скоростным
напором около 50 кг/м2 соответствует усло-
виям полета полубаллистических ракетных
самолетов типа Х-15 или ракетопланов типа
«Дайна-Cop». Как видно из графика, на высо-
тах между 60 и 80 км в горизонтальном поле-
те будут неизбежно возникать температуры
е 5000 ЮООО I5OOO 20000 25000 [км/час]
V 1 ? 3 7 5 0 7 /км/сек]
Скорость полета
а—аэродинамическая граница.
Г—температурная граница,
/—граница по прочности.
Области полета:
/—самолетов при длительном полете,
Я—МБС и ракет-носителей,
S—спутников по круговой орбите.
^-возвращение в атмосферу
Фиг. 2. Температуры обшивки и области полета
самолетов и снарядов
4-.ТИ- № 10
25
а) Высота /Зон-, скорость соответствует числу M-J
в) высота 30 км, скорость соответствует числу М*7
Фиг. 3. Температуры обшивки в сверхзвуковом
полете для двух типичных случаев полета
обшивки до 550° С и выше. Итак, средние тем-
пературы обшивки летательных аппаратов
лежат между изотермами 550 и 1100° С и лишь
у носового конуса баллистических дальних
снарядов при входе в более плотные слои
атмосферы возникает температура около
5000° С.
Очевидно, что температура обшивки сверх-
звукового летательного аппарата при данных
условиях полета в разных местах различна.
Из фиг. 3 видно, что особенно нагреваются
передние кромки поверхностей летательного
аппарата, тогда как поверхности обшивки за
ними нагреваются значительно меньше.
Температурные условия для силовой уста-
новки с ракетным двигателем таковы, что
если не принимать во внимание сильное
охлаждение сжиженными газами, то для всей
системы подачи топлива, включая баки и
трубопроводы, можно рассчитывать на впол-
не нормальные температуры. Как видно из
фиг. 4, в парогазогенераторе, приводящем тур-
бонасосный агрегат, максимальная температу-
ра достигает приблизительно 1050° С. В наи-
более тяжелых условиях работает камера
сгорания, горловина сопла и его расширяю-
щая часть, вследствие воздействия на них
продуктов сгорания, температура которых в
горловине сопла достигает 3500° С. Вблизи
стенок на выходе сопла, где скорость истече-
ния газов равна приблизительно 2500 м/сек,
они все еще имеют температуру около 1350°С.
А ♦
Скорость истечении '
газов 2500 м/сен^у.,
I
Газ I /аз
~В30‘С 'Ю30°С ^3300°С
вез аелаывекая
/Ггл'ёупоркое
панрытиа
fa да мда вещий агент
(анислитель или горючее)
/—сошло: 2—камера сгорании; 3—зона смесеобразования; ^—фор-
сунки; 5—главные клапаны; 6—парогазогенератор; 7—турбина;
Я—турбонасосы; 9—бак с окислителем; Ю—сжагый газ; //—го-
рючее
Фиг. 4. Схема ЖРД
Обычные металлы без специальных мер защн
ты нс выдерживают такой температуры.
В нижней части фиг. 4 показаны способы ре-
шения этой проблемы. В неохлаждаемых ка
мерах сгорания одноразового действия при
температурах выше 850° С и времени работы
около 30 сек. металлическая оболочка защи-
щается огнеупорным покрытием. В камерах с
двойными стенками и регенеративным охлаж-
дением, рассчитанных на длительную работу
или повторное использование, для охлажде-
ния применяется один из компонентов топли-
ва. Этим достигается значительное снижение
температуры стенок по сравнению с темпера-
турой газа. Однако вследствие сильной турбу-
лентности газовой струн возможны местные
скачки температуры до 1350° С.
Химическая стойкость особенно важна для
материалов топливных баков, насосов и топли-
вопроводов. Сильно активными веществами
являются, например: дымящая азотная кис-
лота и четырехокись азота, применяемые как
окислители, а также жидкий фтор. Наряду
с проблемами, связанными с окислением
при рабочих температурах более 1000° С,
применение этих веществ создает дополни-
тельные трудности, ввиду сильной эрозии и
коррозии материалов под действием выхлоп-
ных газов, особенно при использовании метал-
лических или металлосодержащих топлив, на-
пример, бороводородных. Следует учитывать
также возможность возникновения реакций
между материалом конструкции с компонен-
тами топлива, например, разложение топлив
или самовоспламенение взрывного характера.
Кроме того, от химической стойкости материа-
лов зависит возможность хранения ракет на
складе.
ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ
Для того, чтобы доставить полезную на-
грузку на определенное расстояние с наимень-
шим расходом топлива, вес ракеты должен
быть сведен к минимуму. С этой целью, на-
пример, переходят от монококовой конструк-
ции к монолитной с тонкой несущей обшивкой
или применяют регенеративное охлаждение
камеры сгорания и стенок сопел. Эти кон-
структивные меры сочетаются с использовани-
ем материалов, которые при максимально воз-
можной прочности в данных эксплуатацион-
ных условиях имеют наименьший удельный
вес. При этом материалы должны обладать
достаточной вязкостью. У некоторых материа-
лов следует обращать внимание на так назы-
ваемую «(переходную температуру» ударной
вязкости, т. е. на температуру перехода от
вязкого излома к хрупкому. Необходимо, что-
бы тонкостенные конструкции удовлетворяли
требованиям прочности при разрыве, а также
требованиям жесткости и сопротивления про-
дольному изгибу.
Материалы должны обладать хорошей хи-
мической устойчивостью по отношению к окру-
26
жающей среде при хранении и работе, а так-
же коррозийной устойчивостью по отношению
к топливам.
Из физических свойств, наряду с удельным
весом и температурой плавления, которая
определенным образом связана с прочностью
при повышенной температуре, особый интерес
представляют свойства материала при повы-
шенных температурах. К ним относятся:
удельная теплоемкость, коэффициент теплопе-
редачи, теплопроводность и тепловое излуче-
ние. В частном случае, когда речь идет о ма-
териале для носового конуса, имеет значение
также теплота парообразования и испаритель-
ная способность.
При выборе материала учитываются, кро-
ме того, его технологичность с точки зрения
термообработки, способов соединения и воз-
можности придания ему определенной формы.
Нельзя забывать и о стоимости, хотя правиль-
нее будет учитывать ее в стоимости готового
элемента конструкции ракеты.
Идеальный материал для ракетостроения
должен обладать следующими свойствами:
высокой температурой плавления, высокой
прочностью при нормальной и высокой темпе-
ратурах, хорошей вязкостью как при нормаль-
ных, так и при низких температурах, высокой
химической устойчивостью, хорошей техноло-
гичностью и по возможности минимальным ве-
сом. Материалы, применяемые для ракет, при-
ведены в табл. 1.
Таблица 1
Материалы, применяемые в ракетостроении
Металлы, сплавы
Легкие металлы
Стали
Жаропрочные
сплавы
Тугоплавкие ме-
таллы
Mg, Al, Be, Ti
Закаливаемые стали, не-
ржавеющие стали, стали, под-
верженные дисперсионному
твердению, инструменталь-
ные стали
Fe-Ni, Ni, Со
Mo, Nb, W
Неметаллические материалы
Керметы
Керамические ма-
териалы
Графит
Пластмассы
Комбинированные
материалы
Твердые сплавы на метал-
лической основе
Огнеупорные окислы А),
Mg, Th
Пирографит
Углеводородсодержащие
органические материалы
Многослойные, сотовые,
армированные материалы,за-
щитные покрытия
Из легких металлов применяются сплавы
магния, алюминия и титана; новейший из
этой группы металлов — бериллий — пока
используют лишь в чистом виде. Для легких
сплавов характерен малый удельный вес —
от 1,7 г/см* у магния до 4,5 г/см3 у титана.
Новые теплостойкие сплавы магния содержат
присадки редких металлов тория и циркония;
присадка тория позволила расширить область
применения литейных сплавов. Магниевые
сплавы имеют почти вдвое большую удельную
теплоемкость, а также более высокую демпфи-
рующую способность, чем стали, в частности
высоколегированные.
В новых алюминиевых сплавах применяют
присадки лития. Для деталей с рабочими тем-
пературами выше 300° С применяют порошко-
вые спекаемые смеси алюминия с добавлением
от 5 до 15% окиси алюминия.
Бериллий характеризуется малым удель-
ным весом (1,85 г/см3) и обеспечивает высо-
кую жесткость конструкции; его модуль упру-
гости на 50% выше, чем у сталей. Удельная
теплоемкость бериллия (0,9 шл/г° С) пример-
но в восемь раз выше, чем у сталей. Однако
бериллий трудно поддается обработке, он хру-
пок и его пыль ядовита. Из титановых сплавов
все чаще применяют жаропрочный сплав
с 6% AI и 4% V. Следует упомянуть также
о первом чистом Р-сплаве с 3% AI, 13% V и
11% Ст, который имеет значительно улучшен-
ные прочностные характеристики при повы-
шенной температуре.
К сталям, поддающимся закалке, относят-
ся низколегированные высокопрочные улуч-
шенные стали, например, стали с хром-молиб-
ден-ванадиевыми и хром-никель-молибденовы-
ми присадками, из которых новые марки с по-
вышенным содержанием углерода и кремния
имеют предел прочности при разрыве более
200 кг/мм2.
К нержавеющим сталям относятся мартен-
ситные чистые хромистые стали, содержащие
13—17% хрома, а также 13%-ные хромистые
стали с примесью молибдена, ванадия и воль-
фрама, затем аустенитные хромоникелевые
стали типа 18/8 или сравнимые с ними хроми-
сто-марганцево-никелевые стали, которые до-
стигают высокой прочности за счет нагар-
товки.
Группу дисперсионно-твердеющих сталей
образуют разработанные для корпусов лета-
тельных аппаратов нержавеющие аустенитно-
мартенситные стали типа 17/7 Ст—Ni или 17/4
с присадками алюминия или молибдена, кото-
рые после формования в мягком аустенитном
состоянии и термической обработки становят-
ся мартенситными и затем подвергаются дис-
персионному твердению. К этой же группе от-
носится большинство высокожаропрочных
аустенитных сталей для деталей турбин.
Относительно новым является использова-
ние для ракетостроения работающих при вы-
соких температурах инструментальных сталей
с 5% Ст с добавлением молибдена, ванадия и
вольфрама. Из всех поддающихся закалке
сталей они имеют наибольшую прочность при
повышенной температуре.
27
К жаропрочным сплавам относятся сплавы
типа железо-никель, а также сплавы никеля и
кобальта. Все они содержат 15—20% хрома
для предотвращения окисления. Эти сплавы,
кроме того, содержат в разном количестве мо-
либден, ванадий и вольфрам, а также частично
титан и алюминий, которые обеспечивают спо-
собность сплава к дисперсионному твердению.
Эти сплавы были разработаны для газовых
турбин.
Для газовых турбин применяются и сплавы
тугоплавких металлов, из которых за послед-
нее время на первое место по сравнению с мо-
либденом выдвинулся ниобий. Общим боль-
шим недостатком этих тяжелых металлов яв-
ляется их недостаточная устойчивость против
окисления.
Керметы представляют собой металл, в ко-
торый вкраплены твердые примеси: карбиды,
бориды, нитриды и др. Также, как известные
карбидные твердые сплавы, они являются ком-
бинированными материалами.
К керамическим материалам относятся
огнеупорные окислы, например, алюминия,
магния и тория, а также такие материалы, как
хлориды, фториды и сверхтвердые сплавы.
Эти материалы применяют в виде стекловид-
ных покрытий, получаемых путем смешивания
огнеупорных окислов с окисью лития, служа-
щей хорошим сплавляющим и связующим
средством. К этой же группе материалов отно-
сятся стекло, эмаль и асбест.
Необычны свойства графита: его прочность
возрастает почти в два раза с увеличением
температуры от нормальной до 3000° С и
уменьшается с дальнейшим увеличением тем-
пературы, однако при температуре сублима-
ции 3900° С она все еще превышает значения,
свойственные графиту при нормальной темпе-
ратуре. Недостатком является сильная оки-
сляемость при высоких температурах, хотя
сравнительно медленное испарение дает воз-
можность использовать графит при кратко-
временном действии самых высоких темпера-
Магниевые и алюминиевые сплавы
ч] высокопрочные стали
£7 Z I vi Титановые сплавы
KZZWIWl Нержавеющие и инстру-
tZZ/ Z г 4. 4 ментальные стаби
Сплавы тугоплавких металлов. Y77/77777777A
керметы, керамические мате-
С
риалы
ТОО ЧОО 500 МО /ООО пм
Рабочие температуры [°C]
Y7777 длительная кратновременная
работа работа
Фиг. 5. Допускаемые рабочие температуры для мате-
риалов при длительной и кратковременной работе
тур, чему благоприятствует очень сильное
теплопоглощение. Новейшим достижением яв-
ляется ориентированный пирографит, тепло-
проводность которого параллельно и перпен-
дикулярно поверхности пластин меняется в
отношении 100 : 1.
Из синтетических материалов используют-
ся прежде всего богатые углеводородами
органические вещества, как например, феноль-
ные смолы или другие вроде тефлона, кото-
рые, хотя и обладают ограниченной прочно-
стью при повышенных температурах, при испа-
рении характеризуются высоким поглощением
тепла и образованием большого объема газов.
В отношении стойкости против эрозии при
очень высоких температурах (до 9500° С) они
уступают только графиту. Для обеспечения не-
обходимой прочности пластмассы либо нано-
сят на металлические поверхности конструк-
ции в виде изолирующего слоя, либо усили-
вают армированием стекловолокном, керами-
кой и т. п.
К группе комбинированных материалов
относятся многослойные материалы, например,
металлизированные материалы или слоистые
панели с чередующимися слоями неметалли-
ческого материала и металла, например, мо-
либдена и окиси алюминия, а также металли-
ческая ткань вроде стекловолокна в комбина-
ции со связующими синтетическими смолами.
Слоистые конструкции изготовляют в настоя-
щее время не только из металла, но и из кера-
мических материалов или армированных
пластмасс. Кроме того, применяют защитные
покрытия и оболочки, порой в несколько
слоев, из различных материалов для теплоизо-
ляции, а также для защиты от коррозии, эро-
зии и окисления.
Области применения важнейших материа-
лов в зависимости от рабочих температур при-
ведены на фиг. 5. Алюминиевые сплавы, маг-
ниевые сплавы и высокопрочные низколегиро-
ванные стали могут применяться лишь при от-
носительно низких температурах. До средних
температур около 550° С" могут использовать-
ся титановые сплавы, нержавеющие стали,
включая стали, подвергаемые дисперсионному
твердению, и инструментальные стали. При
более высоких температурах до 1000° С ис-
пользуются жаропрочные сплавы, особенно
сплавы никеля. При очень высоких температу-
рах, превышающих 1000° С, применяют спла-
вы тугоплавких металлов, а также керметы и
керамические огнеупорные материалы.
Прежде чем перейти к рассмотрению проч-
ности металлов при повышенной температуре,
следует обратить внимание на значение и
влияние плотности. При равном весе конструк-
ции сечение элемента из легкого металла мо-
жет быть сделано больше, чем такого же эле-
мента из тяжелого металла. Например, при
отношении предела прочности к удельному
весу, равном 15, сталь с пределом прочности
120 кг/мм2 может быть в соответствии с гра-
фиком, приведенным на фиг. 6, заменена (при
28
условии сохранения веса конструкции) тита-
новым сплавом с пределом прочности меньше
70 кг/мм1, но с большим сечением, или маг-
ниевым сплавом с пределом прочности около
25 кг/мм2. В то же время вольфрамовый сплав
должен был бы иметь при меньшем сечении
по сравнению со сталью недостижимый пре-
дел прочности 290 кг/мм1.
На фиг. 7 показаны значения предела
прочности при повышенной температуре, кото-
рыми обладают применяемые сейчас металлы.
В диапазоне температуры от 0 до 600° С ука-
заны пределы прочности по результатам
20-минутных испытаний на растяжение; для
более высоких температур приводится значе-
ние предела длительной прочности, соответст-
вующее нагрузкам, приводящим к разруше-
нию после 100 часов испытаний. По ординате
слева отложены пределы прочности, справа —
значения отношения предела прочности к
удельному весу, т. е. удельная прочность при
равном весе конструкции.
При температурах до 600° С наибольшей
прочностью обладают жаропрочные инстру-
ментальные стали. За ними, в порядке пони-
жающейся прочности при нормальной темпе-
ратуре, следуют закаливаемые мартенситные
стали, а из нержавеющих сталей — холодно-
катаные аустенитные и днспе>рсионно-тверде-
юшие стали и далее — легкие металлы, тита-
новые, бериллиевые, алюминиевые и магние-
вые сплавы. Следует отметить также, что чис-
тый тиуановый 0-сплав с пределом прочности
140 кг!мм1 уже приблизился по жаропрочно-
сти к стали.
В группе жаропрочных сплавов наиболь-
шей длительной прочностью обладают никеле-
вые литейные сплавы, наименьшей — сплавы
на основе железо—никель. Из сплавов туго-
плавких металлов наибольшей длительной
прочностью при температуре по меньшей мерс
до 1300° С обладают пока лишь молибденовые
сплавы. Однако новейшие сплавы ниобия по
прочности уже почти сравнились с молибдено-
выми сплавами. При более высоких темпера-
турах первое место по прочности, несмотря на
большую плотность, занимает вольфрам.
Картина сильно изменится, если при срав-
нении прочности сталей и легких металлов ис-
ходить из удельной прочности (правый гра-
фик на фиг. 7). При таком сравнении нет су-
щественной разницы между сталями и титано-
выми сплавами, если исключить инструмен-
тальные стали, к которым, однако, по удель-
ной прочности при повышенных температурах
приближается титановый Р-сплав. Весьма
Фиг. 7. Прочность металлов при повышенных температурах
29
улучшилось по сравнению с левым графиком
на правом графике положение алюминиевых и
магниевых сплавов. Алюминиевые сплавы при
температурах до 175°С по удельной прочно-
сти не уступают сталям. Выделяется на гра-
фике бериллии. Прессованные детали, изготов-
ленные при нормальной температуре методом
порошковой металлургии, имеют удельную
прочность около 45 к.г/мм21г см~3, что приблизи-
тельно вдвое больше удельной прочности ста-
ли, хотя при 550—600° С бериллий еще сравним
с инструментальными сталями и титановым
Р-сплавом.
Не меньшее значение, чем прочность при
повышенной температуре, имеет предельное
напряжение ползучести металла. Для характе-
ристики материалов, применяемых в ракето-
строении, считается достаточным указать пре-
дельные напряжения ползучести, определяе-
мые 10-минутным испытанием, или длитель-
ную прочность, определяемую испытанием в
течение 10 часов.
При сравнительно небольшой разнице в
прочности титановых сплавов и сталей (при
данном весе конструкции) выбор материала
обусловлен в первую очередь такими свойства-
ми, как подверженность коррозии, технологич-
ность и пр. Решающим фактором, однако,
остается минимальный вес, если только мате-
риал технологичен и приемлем по стоимости.
Сплавы легких металлов имеют хорошую
коррозийную стойкость, у сталей же этим
свойством обладают лишь Нержавеющие сор-
та, в том числе дисперсионно-твердеюшие и
высокожаропрочные стали. Эти стали также
мало подвержены образованию окалины.
Стойкость легких металлов против окисления
при повышенных температурах (за исключе-
нием бериллия) достаточна, сплавы же туго-
плавких металлов в этих условиях менее
стойки. 1
В связи с коррозийной устойчивостью ма-
териалов следует сказать несколько слов о хи-
мическом взаимодействии между металлами и
некоторыми топливами: топлива на основе
гидразина разлагаются под действием меди
или молибдена; титан вызывает разложение
перекиси водорода, самовоспламеняется при
взаимодействия с красной дымящей азотной
кислотой и может взорваться при ударе в сре-
де жидкого кислорода.
ВЫБОР И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ
Для большинства частей ракеты, прежде
всего для ее корпуса, необходимо обеспечить
прочность и устойчивость при нормальных ра-
бочих температурах, т. е. в интервале от не-
больших отрицательных температур до ~880°С.
Лишь незначительная, хотя и важная часть
ракеты, должна выдерживать высокую темпе-
ратуру и определенная часть конструкции
должна иметь хорошую коррозийную устойчи-
вость и химическую инертность по отношению
к топливам.
Таблица 2
Материалы, применяемые в ракетостроении
Материалы * Норпус ранеты Двигатель
Носовая часто 1 1 й Соединительные элементов Резервуары высоного давления h ? й » ш Ларогазогенераторь 1 1 Сопла
Магниевые сплавы • • •
ЖввОлвиниедьве • • • •
бериллий • •
Титановые сплавы • • • • * • • •
Жаропрачнь/е стили • • • • • • • • •
Нержавеющие стали • • • • • • *
Дисперсиинна - твердеющие стали • • • • • •
Инструментальные стали • • • •
Жаропрочные сплавы • • • • • • « •
Гуеоплавние металлы • • •
Нерметы • •
Нерамичесние материалы • • • •
Графит • • •
Пластмассы • • •
• материалы, ноторым отдается предпочтение
в настоящее время
30
В табл. 2 показано, для каких частей кор-
пуса ракеты и ее двигателя применяют тс или
иные материалы или из каких материалов мо-
гут быть изготовлены тс или иные части ра-
кеты. При этом следует иметь в виду, что
часть материалов применяют в большинстве
случаев или даже исключительно в комбина-
ции. Это относится прежде всего к неметалли-
ческим материалам.
Для изготовления корпусов ракет в настоя-
щее время применяют главным образом лег-
кис сплавы магния и алюминия. Начинают
применять также нержавеющие стали и тита-
новые сплавы. В специальных случаях, нашри-
мер для ракетопланов, следует ожидать широ-
кого применения высокожаропрочных сплавов.
Из легких металлов особого внимания для
будущего заслуживает бериллий. Уже опробо-
ваны. например, болты с пределом прочности
до 90 кг/мм?, причем один бериллиевый болт
заменяет два стальных болта такого же веса
с пределом прочности 180 кг!мм2. Другой об-
ластью применения бериллия, благодаря его
малому удельному весу, являются части
систем управления и регулирования. Благо-
даря высокой теплоемкости его предполагает-
ся применять для изготовления теплового экра-
на пилотируемого спутника, разрабатываемо-
го по проекту «Меркурий».
Для нагруженных баков применяют преж-
де всего высокопрочные низколегированные
стали, а в последнее время также инструмен-
тальные стали и, кроме того, особенно для ба-
ков, содержащих жидкий газ, титановые спла-
вы. Известны случаи применения армирован-
ных пластмасс.
Баки для окислителей: перекиси водорода,
тетраокиси азота, дымящей азотной кислоты и
жидкого кислорода, — тоже в большинстве
случаев делаются из алюминиевых сплавов
или нержавеющих сталей. Для топливных ба-
ков никаких ограничений в отношении корро-
зии, как правило, не устанавливается.
Для камер сгорания и сопел ЖРД и
РДТТ используются как высокопрочные низ-
колегированные, так и нержавеющие и инстру-
ментальные стали, а также прочные сплавы,
в частности, титановые и сплавы тяжелых
металлов. Широко применяются также кера-
мические материалы и графит. Проходят ис-
пытания корпуса РДТТ, изготовленные из ар-
мированных пластмасс с очень высокой удель-
ной прочностью (25 кг/мм21г см~3).
На фиг. 8 приведена схема ракеты-носите-
ля Мартин «Авангард» с указанием использо-
ванных в ней материалов. Баки-отсеки обра-
зуют внешнюю оболочку, стенки которой изго-
товлены для первой ступени из алюминиевого
сплава 6061-Тб, для второй — из нержавею-
щей стали AISI410. Сталь была выбрана из-за
хорошей свариваемости, инертности по отно-
шению к компонентам топлива второй ступени
(гидразин и азотная кислота), стойкости про-
тив коррозии под напряжением, а также из-за
Спутник
РерВая ступень
ркидний кислород (О}
Нерос ин (Д)
Третья ступень
Твердое топливо
Вторая ступень
Гидразин (ZO
Азотная кислота (S)
Аппаратура управления
регулирования Второй и
третьей ступеней
Обшивка из нержаВехнцей
кро.чистой стали
ОВшиВне из ал>с/чиниеВого
склада
- ХВостсВая часть из чагниедо -
ториевого склада.
СВшиВна из чалниеВо-
ториевого склада •
^носовой какие
/асбест и /ренальная
снопа)
СВ ши В на из /чагниеВо-
тсриеВаго сплава
Фиг. Ь. Материалы, применяемые в конструкции ракеты-носителя Мартин «Авангард». Длина ракеты 22
максимальный диаметр 1,15 л. вес корпуса 1,4 г, вес топлива 7,7 т
Наконечни*
из титана
31
возможности упрочняющей обработки. Обо-
лочка переходных частей между первой и вто-
рой, второй и третьей ступенями, а также
хвостовая часть изготовлены из магниевого
сплава НК-31, содержащего торий и цирконий.
Этот сплав имеет хорошую удельную проч-
ность до температур ~315°С. В переходной
части второй — третьей ступени размещается
спутник с магниевой оболочкой, покрытой зо-
лотом, РДТТ третьей ступени и система регу-
формы обычно делают из меди, а в ракете-но-
сителе «Атлас-Центавр» он выполнен из
пластмассы, армированной стекловолокном, в
виде сотовой конструкции.
В отличие от баллонной конструкции МБС
«Атлас», работающей главным образом на ра-
стяжение, корпус МБС Мартин «Титан», сва-
ренный из длинных прессованных плит алюми-
ниевого сплава, работает в основном на сжа-
тие.
лирования и управления. Носовую часть раке-
ты образует тонкостенный конус из асбеста,
пропитанного фенолом с металлическим тита-
новым наконечником.
Корпус длиной 18 м МБС Конвэр «Атлас»
сваривают из отдельных цилиндрических сек-
ций длиной 1 м и диаметром 3 м без каких-
либо ребер жесткости. Эти цилиндрические
секции изготовлены из листовой хромо-никеле-
вой стали (17/8) AISI30I толщиной от 0,4 до
1,0 мм. Сталь этой марки имеет предел проч-
ности 140 кг!мм2. Внешние кольца, применяе-
мые при сборке, удаляют после создания дав-
ления внутри корпуса, при этом достаточно
давление 0,7 ати, чтобы выправить все склад-
ки. Корпус снаряда с обоими днищами и пере-
городкой, отделяющей верхний бак для жид-
кого кислорода от нижнего для керосина, ве-
сит всего 3 т и вмещает 95 т топлива. Важным
преимуществом такой «баллонной» конструк-
ции является возможность удлинения корпуса
без существенных конструктивных изменений
путем добавления секций. Бак для сжатого
гелия на МБС «Атлас» изготовляют в виде
сферы сварной конструкции из титанового
сплава T1-6AI-4V. Носовой конус притупленной
Обшивка экспериментального самолета
Норт Америкен Х-15, рассчитанная на нагрев
до 650° С, изготовлена из жаропрочного, дис-
персионно-твсрдеющего никелевого сплава
Инконель-Х. Этот сплав обладает высоким
пределом ползучести в диапазоне предпола-
гаемых рабочих температур, хорошей вяз-
костью при низких температурах, соответст-
вующих температурам жидких топлив и сжа-
тых газов, хорошей свариваемостью, поэтому
он применяется для изготовления отсеков ба-
ков. фюзеляжа и профилей сплошного сече-
ния, образующих носок крыла, а также для
изготовления спаянных твердым припоем сото-
вых элементов обшивки. Для внутренних эле-
ментов конструкций, наряду с никелевым
сплавом, применяют диспсрсионно-твердею-
щие нержавеющие стали и титановые и алю-
миниевые сплавы. В отличие от планера само-
лета обычной конструкции, элементы которого
соединяются в основном клепкой, планер са-
молета Х-15 на 65% сварной и лишь 35% сос-
единений выполнено обычными способами.
Сплав Инконель-Х пластичен, имеет высокий
предел ползучести, хорошо поддается механи-
ческой обработке и может быть отполирован
32
до высокого качества поверхности. Эти свой-
ства позволяют использовать его для изготов-
ления носовых частей и стабилизирующих по-
верхностей небольших ракет, как например,
4—5-ступенчатых ракет для измерения тем-
ператур, возникающих в полете с гиперзвуко-
вой скоростью вплоть до соответствующей чис-
лу М=10.
Интересен в отношении материала уже
упоминавшийся тепловой экран капсулы, раз-
рабатываемой по проекту NASA «Меркурий».
Экран капсулы изготовлен из бериллия мето-
дом порошковой металлургии. Защитное дей-
ствие этого слегка выпуклого экрана диамет-
ром 1,8 м и толщиной 7,5 см основано на вы-
сокой удельной теплоемкости бериллия и уси-
ливается поглощением большого количества
тепла при его окислении и испарении образо-
вавшихся окислов.
Примером применения титановых сплавов
для корпуса может служить четвертая ступень
ракеты «Джуно» II с двигателем, работающим
на твердом топливе, которая имеет корпус,
изготовленный из жаропрочного титанового
сплава Ti-6A1-4V вместо нержавеющей стали
A1SI410, как например, у ракеты «Юпитер» С.
Применение новых материалов потребова-
ло решения ряда вопросов, связанных с- обра-
боткой, допусками, способами стыковки, кон-
тролем и пр. А это, также как в строительстве
ядерных реакторов, привело в ракетостроении
к улучшению существующих и созданию мно-
гих новых способов обработки, из которых
здесь может быть названа лишь незначитель-
ная часть: взрывная формовка деталей из лис-
тового материала, химическое травление,
электроэрозионная и ультразвуковая обработ-
ка, обработка при сверхвысоких скоростях ре-
зания, электроннолучевая сварка, ультразву-
ковая или плазменная сварка, а также сварка
трением, тепловым ударом и способом удар-
ного сжатия, соединение металлов склеивани-
ем, формование сталей при температурах
метастабильного аустенита, который при по-
следующем остывании переходит в закален-
ный мартенсит, имеющий очень высокую
прочность.
За последние 15 лет появилось много но-
вых материалов, используемых в ракетострое-
нии. В будущем, несомненно, развитие этой
отрасли промышленности будет нс менее бур-
ным и многосторонним.
Возможности использования материалов
ограничиваются температурой плавления. Не-
которые представления об эффективности ис-
пользования современных металлов при повы-
шенных температурах дают данные, приведен-
ные в табл. 3, в четвертой графе которой ука-
заны величины отношения максимальной
рабочей температуры в течение определенного
времени нагружения к температуре плавления.
Таблица 3
Эффективность использования металлов,
характеризуемая отношением максимальной
рабочей температуры к температуре плавления
Основной металл Температура плав- ления [вС] |я ра- ратура. 1ля луч- • ГС| Максималь- ная рабочая темпера- тура |°абс| Относительный вес по сравнению с же- лезом
Максимально бочая темпе допустимая л шего сплава
Темпера- тура плав- ’ лепия |®абс)
Mg — 650 340 0,67 —0,21
Вс —1280 >600 >0,55 —0.24
AI - 650 290 0,60 -0,35
Т1 —1700 650 0.46 -0.58
Рс мартенсит —1540 720 0,56 1.0
Fc аустенит —1540 870 0.63 — 1,02
NI -1455 1070 0,78 —1,07
Со —1495 1030 0,74 —1,1
Nb —2460 12С0 0,54 —1.1
Мо —2630 1450 0.59 —1.30
W —3410 1400 0,45 —2,45
» Определяется разрушением при 100-часовой вы-
держке под нагрузкой 7 кг/см*.
Высокое значение этого отношения для нике-
левых и кобальтовых сплавов (0,78 и 0,74) по
сравнению с данными для других сплавов
лает основание полагать, что для указанных
здесь металлов еще существуют значительные
возможности улучшения. Это относится осо-
бенно к титановым сплавам и сплавам туго-
плавких металлов — ниобия, молибдена и
вольфрама.
На фиг. 9 показано предполагаемое увели-
чение максимальных допустимых рабочих
температур с 1960 по 1965 гг. и с 1965 по
1970 гг. по сравнению с данными на 1959 г.
Из фигуры видно, что для всех материалов
ожидается более или менее значительное
улучшение.
Luftrahrtlcchnik, XI, 1960.
5— ,ТИ- № Ю
ХРОНИКА
Во время войсковых испытаний снарядом класса
земля воздух «Хоук» был уничтожен тактический сна
ряд класса земля—земля «Капрал». Ранее снарядами
«Хоук^ осуществлялись перехваты других управляемых
снарядов, в том числе снарядов «Литл Джон» и «Опест
Джон».
Intcravia № 4666.
* *
♦
На полигоне Кэйп Канаверал заканчивается по-
стройка передвижной башни для предстартового обслу-
живания ракеты «Сатурн», разработанной для NASA.
Башня стальной конструкции, высота 94,5 м, вес 2540 т.
Башня может передвигаться по рельсам с помощью
четырех двигателей мощностью по 100 л. с. при ско-
рости ветра до 74 км/час. Конструкция башни рассчи-
тана на скорость ветра до 190 км/час. Башня оборудо-
вана пятью подвижными платформами, тремя лифтами,
силовой станцией, системами освещения, обогрева и кон-
диционирования воздуха, водонапорной и переговорной
системами.
Interavia № 4665.
» «
*
Отделение баллистических снарядов ВВС США и
фирмы Белл и Рокетдайн занимаются разработкой ЖРД
с применением фтора в качестве окислителя.
Полученный опыт позволяет построить работаю-
щий на фторе ЖРД и приступить к его летным испы-
таниям через два года после начала разработки.
Характеристики ЖРД не опубликованы, однако
фирма Белл опубликовала сравнительные данные топ-
лив при давлении в камере сгорания 35 кг/см*, степени
расширения в сопле 50 и истечении в вакуум.
Отношение веся горючего к весу окислителя Теоретический удельный импульс Общий удельный вес Импульс по плотности
F, О, F, Од F, О, р« о,
N,ll, 2,37 0,95 129.5 370 1.33 1.066 571 394
Н, 10,1 5,0 479,0 460 0,51 0,32 259 147
Aviation Week, 26/XII 1960.
Первая атомная подводная лодка «Джордж Вашинг-
тон», вооруженная БССД «Поларис», вернулась после
завершения первого патрулирования со снарядами на
борту на базу в Нью-Лондон 12 января 1961 г. Лолка
находилась в погруженном состоянии с 27 октября 1960 г.
Сна превысила на семь суток прежний рекорд прг
жительиости нахождения в погруженном состоянии,
установленный атомной подводной лодкой «Сивулф»
(60 суток).
Flight № 2707.
* * *
Фирмои Хантинг построен экспериментальный само-
лет с реактивным закрылком. Самолет получил офи-
циальное обозначение ER.189 и скоро начнет проходить
летные испытания. Силовая установка самолета со-
стоит из ТРД Бристоль Сиддли «Орфей». В конструк-
ции системы каналов в крыле широко применяются
нержавеющая сталь и другие жаростойкие металлы.
Intcravia № 4670.
* *
*
Па экспериментальном самолете Норт Америкен Х-15
7 февраля 1961 г. установлен неофициальный рекорд
скорости 3640 км/час. Официально признанный FAI ре-
корд скорости 3514 км/час был установлен 1 августа
I960 г. на самолете Х-15.
Interavla № 4675.
Фирмой Сикорский разработан ряд вертолетов
«летающих кранов». Вертолеты одновинтовой схемы с
многолопастными несущими винтами и ТВД.
Фирмой построен вертолет-кран Сикорский S-60,
являющийся развитием вертолета S-56. Строится верто-
лет-кран Сикорский S-64, который будет снабжен дву-
мя ТВД GE.T64 или двумя ТВД Пратт-Уитни JTF-12.
Кроме того, фирма Сикорский объявила о разра-
ботке более легкого вертолета-крана, получившего наз-
вание «универсальный тактический летательный аппа-
рат» (0TV). В конструкции этого вертолета будут
использованы агрегаты вертолета Сикорский HSS-2
(морского варианта вертолета S-6IL). Предполагаемая
силовая установка — два ТВД GE.T58-6 мощностью по
1050 л. с., несущий винт пятилопастной диамет-
ром 18,89 м. Весовые данные пока не опубликованы,
но для ориентировки приводятся данные вертолета
S-61L: взлетный вес 8480 кг и полезная нагрузка 4277 кг.
Некоторые варианты вертолета будут снабжены
мощной лебедкой, укрепленной на продолжении оси
несущего винта: кресло второго летчика (на всех вари
антах вертолета) сможет поворачиваться на 180°, при-
чем будет предусмотрен второй комплект управления
Вертолет можно будет использовать для перевозки
пассажиров или десанта (20 человек); борьбы с под-
водными лодками, для чего вертолет будет снабжаться
съемным контейнером для двух операторов гидроаку-
стическою оборудования и оружием; перевозки грузов
на подвешенной грузовой платформе с контейнером,
оборудованным под госпиталь: перевозки тактических
снарядов на пусковых установках; в качестве передвиж-
ной мастерской; для перевозки оружия; для спасатель-
ных операций с использованием лебедки; для обезвре-
живания мин с помощью аппаратуры в специальном
контейнере; в качестве танкера с подвесным баком; с
контейнером-передвижкой электростанцией, и наконец,
в качестве радиолокационной станции.
Предполагаемая стоимость нового вертолета около
600 тыс. долларов.
Flight № 2706.
♦ •
*
ВВС США I февраля 1961 г. запустили с полигона
Кэйп Канаверал первый МБС Боинг SM-80 «Миннт-
мэн». Запуск прошел по плану, РДТТ всех трех сту-
пеней работали удовлетворительно. Другие подробности
запуска еще не сообщались. МБС «Миннтмэн» рассчи-
тан на дальность ~ 10000 кл.
Intcravia № 4669.
34