Решение проблем «теплового барьера» боевых частей баллистических ракет и дорога в космос

Язык труда и переводы:
УДК:
623.468:623.462.1
Дата публикации:
19 января 2022, 20:50
Категория:
Секция 01. Пионеры освоения космического пространства. История ракетно-космической науки и техники
Авторы
Пусев Владимир Иванович
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Попов Юлиан Витальевич
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Аннотация:
Рассмотрен комплекс разработок по решению проблем нагрева боевых частей баллистических ракет ФАУ-2 (V-2), Р-1 и Р-2, «теплового барьера» боевых частей баллистических ракет Р-2 и Р-7. Для боевой части баллистической ракеты Р-7 пришлось менять геометрию конструкции и вводить закругление головной части. Этот комплекс разработок позволил реализовать при полетах в космос безопасное возвращение спускаемых аппаратов как в беспилотных, так и в пилотируемых вариантах.
Ключевые слова:
тепловой барьер, боевая часть, баллистическая ракета, космический аппарат, теплозащитное покрытие
Основной текст труда

Боевые части (БЧ) баллистических ракет (БР) Р-1 и Р-2 разрабатывались в СССР на основе германской БР ФАУ-2 (V-2) и имели общий дефект — преждевременный подрыв БЧ на нисходящей части траектории в среднем 1–2 на 10 пусков или 10...20 % [1, 2]! Только с появлением высокоскоростной фотоаппаратуры на полигоне Капустин Яр к 1954 г. удалось установить причину преждевременных траекторных подрывов БЧ. При движении БЧ БР на нисходящем участке траектории из-за нагрева боевого заряда БЧ происходило разрушение боковой части корпуса БЧ с образованием закраины типа «языка» и торможение БЧ с последующим срабатыванием донного инерционного взрывателя [1]. Применение теплоизоляционного покрытия (внутреннего) позволило устранить проблему спустя почти 10 лет после ее обнаружения на БЧ БР ФАУ-2 в Германии [1, 2].

При переходе к первой в мире отделяемой БЧ БР Р-2 с дальностью полета 600 км (в отличие от БР ФАУ-2 и Р-1 с дальностью полета 300 км) происходил отрыв стабилизатора БЧ, соединенного с корпусом БЧ болтами. В отсутствии телеметрии и других приборов контроля параметров БЧ по указанию С.П.Королева было решено увеличить вдвое число болтов, но отрывы стабилизатора продолжались. Для дополнительных болтов уже не было места. Тогда в состоянии сильнейшего стресса В.Ф.Гладкому, которого аварийная комиссия при повторном заседании упрекнула в ошибочном прогнозировании действующих нагрузок, возможная причина отрыва стабилизатора (юбки) представилась только из-за разрушения подкрепляющих его шпангоутов при нагреве, который не учитывался в расчетах. Предложенное увеличение вдвое толщины оболочки стабилизатора и изготовление ее из нержавеющей стали было реализовано, а недоработка устранена. Но такой метод не позволял решить неожиданную проблему «теплового барьера» таким же варварским способом для БР Р-3, имевшей в 5 раз большую дальность полета [2].

В результате первоначальных исследований различных вариантов охлаждения БЧ выбор С.П.Королевым был сделан на соответствующих наружных покрытиях аналогично применяемым в металлургии и которые сейчас называют «теплозащитными покрытиями» (ТЗП). На основе результатов изысканий в области ТЗП, проведенных ОКБ-1 НИИ-88, С.П.Королев составил гениальный план выхода из казавшегося совершенно безнадежным положения с БР Р-3, грозившего ему самому очередным заключением. В целом план содержал 3 этапа [2, 3].

На первом этапе в октябре 1950 г. С.П.Королев обратился в министерство вооружения СССР (далее – министерство) с просьбой одобрить в принципе перевод экспериментальной БР Р-3А в боевую с дальностью полета вдвое больше, чем у БР Р-2 (1200 км), присвоить ей индекс Р-5 и определить началом ее летных испытаний 1952 г. Представленный при этом эскизный проект БР Р-5 был поддержан министерством и военными. На втором этапе в ноябре 1950 г. было предложено заменить БР Р-1 на более легкую и мобильную БР Р-11 на высококипящих компонентах топлива, допускавших длительное хранение БР в заправленном состоянии. И в этом случае был представлен эскизный проект, который поддержали. На третьем этапе С.П.Королев осторожно высказался о целесообразности отказа от разработки БР Р-3, под создание которой было организовано ОКБ-1 НИИ-88, в пользу проектирования двухступенчатой межконтинентальной БР Р-7 с дальностью полета 8000 км в виде пакет 5 ракет Р-5. Актуальность и важность такой обширной и относительно простой в реализации программы для обороны страны была очевидной. При этом эскизный проект БР Р-3 был отправлен в архив предприятия, а в СССР с 1952 г. началось бурное развитие ракетной техники, обеспечившее на многие годы мировое лидерство [2, 3].              

Полученные результаты в области ТЗП позволили успешно разработать БР Р-5, а с БЧ БР Р-7 возникли проблемы. В [4] отмечается, что проводимая в ОКБ-1 НИИ-88 под руководством С.П.Королева разработка БР Р-7 была беспрецедентной несмотря на созданные ранее БР Р-1, Р-2 и Р-5. Скорость входа БЧ БР Р-7 в плотные слои атмосферы (примерно 100 км над поверхностью Земли) достигала 7900 м/с, что в 2,64 раза превышало скорость БЧ БР Р-5, а кинетическая энергия была больше в 27 раз. Только применение после ряда неудачных пусков БЧ БР Р-7 головного сферического притупления позволило решить проблему. Замедление в плотных слоях атмосферы БЧ БР Р-7 приводило не только к высоким нагрузкам на конструкцию, но и к колоссальному нагреву ТЗП, чего не мог выдержать никакой применявшийся в то время материал. Это и определяло новизну и научно-техническую сложность создания БЧ БР Р-7. Поэтому ее разработка и считалась «проблемой № 1» [4].

Эта проблема в короткие сроки в течение 1954–1958 гг. была успешно решена и о ней, во-первых, в скором времени перестали упоминать, а во-вторых, основными решениями по «проблеме № 1» пользуются до сих пор как при создании БЧ, так и космических аппаратов, спускаемых на Землю, Марс и Венеру [4].  

Литература
  1. Черток Б.Е. Ракеты и люди. М.: Машиностроение. 1999. 416 с.
  2. Марков В.А., Овчинников А.Ф., Пусев В.И. О вкладе С.П.Королева в разработку отделяемой боевой части баллистической ракеты Р-2 и о роли этой разработки в развитии баллистических ракет и ракет-носителей // Известия РАРАН. 2015. Вып. 3 (88). С. 107–114.
  3. Загадка проекта ракеты Р-3 (по рассказу д-ра техн. наук В.Ф. Гладкого) // Авиация и космонавтика вчера, сегодня, завтра. 2002. № 11. С. 13–16.
  4. Прудников И.С. Решение проблемы № 1 // Авиация и космонавтика. 1994. № 1–2. С. 39–40.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.