1. Що це, власне, за навантаження?
2. Тягнути або штовхати?
3. делікатні руху
4. безодні математики
5. Політ без боєголовок
6. Останній відрізок

Міжконтинентальна балістична ракета - вельми вражаюче творіння людини. Величезні розміри, термоядерна міць, стовп полум'я, рев двигунів і грізний рокіт пуску ... Однак все це існує лише на землі і в перші хвилини запуску. За їх закінчення ракета припиняє існувати. Далі в політ і на виконання бойового завдання йде лише те, що залишається від ракети після розгону - її корисне навантаження.

При великих відстанях пуску корисне навантаження міжконтинентальної балістичної ракети йде в космічну висоту на багато сотень кілометрів. Піднімається в шар низькоорбітальних супутників, на 1000-1200 км над Землею, і ненадовго розташовується серед них, лише злегка відстаючи від їх загального бігу. А потім по еліптичній траєкторії починає скочуватися вниз ...

Що це, власне, за навантаження?

Балістична ракета складається з двох головних частин - розгонить частини і інший, заради якої затіяний розгін. Розвіюєш частина - це пара або трійка великих багатотонних ступенів, під зав'язку набитих паливом і з двигунами знизу. Вони надають необхідну швидкість і напрямок руху іншої головної частини ракети - головний. Розгінні ступені, змінюючи один одного в естафеті пуску, прискорюють цю головну частину в напрямку району її майбутнього падіння.

Головна частина ракети - це складний вантаж з багатьох елементів. Він містить боєголовку (одну або кілька), платформу, на якій ці боєголовки розміщені разом з усім іншим господарством (на кшталт засобів обману радарів і протиракет противника), і обтічник. Ще в головній частині є паливо і стислі гази. Вся головна частина до мети не полетить. Вона, як раніше і сама балістична ракета, розділиться на багато елементів і просто перестане існувати як одне ціле. Обтічник від неї відокремиться ще неподалік від району пуску, при роботі другого ступеня, і десь там по дорозі і впаде. Платформа розвалиться при вході в повітря району падіння. Крізь атмосферу до мети дійдуть елементи тільки одного типу. Боєголовки. Поблизу боєголовка виглядає як витягнутий конус довжиною метр чи півтора, в основі товщиною з тулуб людини. Ніс конуса загострений або трохи затуплений. Конус цей - спеціальний літальний апарат, завдання якого - доставка зброї до мети. Ми повернемося до боєголовкам пізніше і познайомимося з ними ближче.

Тягнути або штовхати?

У ракеті всі боєголовки розташовані на так званій ступені розведення, або в «автобусі». Чому автобус? Тому що, звільнившись спочатку від обтічника, а потім від останньої розгінного ступеня, ступінь розведення розвозить боєголовки, як пасажирів за заданими зупинок, по своїх траєкторіях, за якими смертоносні конуси розійдуться до своїх цілей.

Ще «автобус» називають бойової ступенем, тому що її робота визначає точність наведення боєголовки в точку цілі, а значить, і бойову ефективність. Ступінь розведення і її робота - один з найбільших секретів в ракеті. Але ми все ж злегка, схематично, поглянемо на цю таємничу щабель і на її непростий танець в космосі.

Ступінь розведення має різні форми. Найчастіше вона схожа на круглий пеньок або на широкий коровай хліба, на якому зверху встановлені боєголовки вістрями вперед, кожна на своєму пружинному штовхачі. Боєголовки заздалегідь розташовані під точними кутами відділення (на ракетній базі, вручну, за допомогою теодолітів) і дивляться в різні боки, як пучок морквин, як голки у їжачка. Наїжачена боєголовками платформа займає в польоті заданий, гіростабілізованого в просторі положення. І в потрібні моменти з неї поодинці виштовхуються боєголовки. Виштовхуються відразу після завершення розгону і відділення від останньої розгінного ступеня. Поки (х��ба мало що?) Не збили протиракетною зброєю весь цей нерозведений вулик або не відмовився що-небудь на борту ступені розведення.

На знімках - ступені розведення американської важкої МБР LGM0118A Peacekeeper, також відомої як MX. Ракета була оснащена десятьма боєголовками по 300 кт. Ракета знята з озброєння в 2005 році.

Але так було раніше, на зорі разделяющихся головних частин. Зараз розведення є зовсім іншу картину. Якщо раніше боєголовки «стирчали» вперед, то тепер попереду по ходу знаходиться сама щабель, а боєголовки висять знизу, вершинами назад, перевернуті, як кажани. Сам «автобус» в деяких ракетах теж лежить в перевернутому стані, в спеціальній виїмці в верхньому щаблі ракети. Тепер після відділення щабель розведення не штовхається, а тягне боєголовки за собою. Причому тягне, впираючись хрестоподібно розставленими чотирма «лапами», розгорнутими попереду. На кінцях цих металевих лап знаходяться спрямовані назад тягові сопла ступені розведення. Після відділення від розгінного ступеня «автобус» дуже точно, прецизионно виставляє свій рух в нинішньому космосі за допомогою власної потужної системи наведення. Сам займає точну стежку черговий боєголовки - її індивідуальну стежку.

Потім розмикаються спеціальні безінерційні замки, що тримали чергову відокремлювану боєголовку. І навіть не відокремлена, а просто тепер уже нічим не пов'язана зі ступенем боєголовка залишається нерухомо висіти тут же, в повній невагомості. Почалися і потекли миті її власного польоту. Немов одна окрема ягода поруч з гроном винограду з іншими виноградинами-боєголовками, ще не зірваними з рівня процесом розведення.

К-551 «Володимир Мономах» - російський атомний підводний човен стратегічного призначення (проект 955 «Борей»), озброєна 16 твердопаливними МБР «Булава» з десятьма розділяються бойовими блоками.

делікатні руху

Тепер завдання ступені - відповзти від боєголовки якомога делікатніше, не порушивши її точно виставленого (націленого) руху газовими струменями своїх сопел. Якщо надзвукова струмінь сопла потрапить по відокремленій боєголовці, то неминуче внесе свою добавку в параметри її руху. За наступні часи польоту (а це півгодини - хвилин п'ятдесят, в залежності від дальності пуску) боєголовка продрейфует від цього вихлопного «ляпанця» струменя на півкілометра-кілометр убік від цілі, а то й далі. Продрейфует без перешкод: там же космос, шльопнули - попливла, нічим не стримуючись. Але хіба кілометр убік - це точність сьогодні?

Підводні човни проекту 955 «Борей» - серія російських атомних підводних човнів класу «ракетний підводний крейсер стратегічного призначення» четвертого покоління. Спочатку проект створювався під ракету «Барк», їй на зміну прийшла «Булава».

Щоб уникнути таких ефектів, як раз і потрібні рознесені в сторони чотири верхні «лапи» з двигунами. Ступінь як би підтягується на них вперед, щоб струмені вихлопів йшли на всі боки і не могли зачепити відокремлювану черевцем ступені боєголовку. Вся тяга розділена між чотирма соплами, що знижує потужність кожної окремої струменя. Є й інші особливості. Наприклад, якщо на бублікообразной ступені розведення (з порожнечею посередині - цим отвором вона надіта на розгінну ступінь ракети, як обручка на палець) ракети «Трайдент-II D5» система управління визначає, що відокремлена боєголовка все ж потрапляє під вихлоп одного з сопел, то система управління це сопло відключає. Робить «тишу» над боєголовкою.

Ступінь ніжно, як мати від колиски заснув дитини, боячись порушити його спокій, навшпиньках відходить в просторі на трьох, що залишилися соплах в режимі малої тяги, а боєголовка залишається на прицільної траєкторії. Потім «бублик» щаблі з хрестовиною тягових сопел провертається навколо осі, щоб боєголовка вийшла з-під зони факела вимкненого сопла. Тепер ступінь відходить від залишеної боєголовки вже на всіх чотирьох соплах, але поки теж на малому газу. При досягненні достатньої відстані включається основна тяга, і ступінь енергійно переміщується в область прицільної траєкторії наступної боєголовки. Там розрахунково гальмується і знову дуже точно встановлює параметри свого руху, після чого відокремлює від себе чергову боєголовку. І так - поки не висадить кожну боєголовку на її траєкторію. Процес цей швидкий, набагато швидше, ніж ви читаєте про нього. За півтори-дві хвилини бойова щабель розводить десяток боєголовок.

Американські підводні човни класу «Огайо» - єдиний тип ракетоносців, що знаходиться на озброєнні США. Несе на борту 24 балістичних ракети з РГЧ Trident-II (D5). Кількість бойових блоків (в залежності від потужності) - 8 або 16.

безодні математики

Сказаного вище цілком достатньо для розуміння, як починається власний шлях боєголовки. Але якщо відкрити двері трохи ширше і кинути погляд трохи глибше, можна помітити, що сьогодні розворот в просторі ступені розведення, несе боєголовки, - це область застосування кватерніонів обчислення, де бортова система орієнтації обробляє вимірювані параметри свого руху з безперервним побудовою на борту кватерниона орієнтації. Кватерніон - це таке комплексне число (над полем комплексних чисел лежить плоске тіло кватерніонів, як сказали б математики на своєму точному мовою визначень). Але не зі звичайними двома частинами, дійсної і уявної, а з одного дійсної і трьома уявними. Разом у кватерниона чотири частини, про що, власне, і каже латинський корінь quatro.

Ступінь розведення виконує свою роботу досить низько, відразу після виключення розгінних ступенів. Тобто на висоті 100-150 км. А там ще позначається вплив гравітаційних аномалій поверхні Землі, неоднорідностей в рівному полі тяжіння, що оточує Землю. Звідки вони? З нерівностей рельєфу, гірських систем, залягання порід різної щільності, океанічних западин. Гравітаційні аномалії або притягують до себе щабель додатковим тяжінням, або, навпаки, злегка відпускають її від Землі.

У таких неоднородностях, складної ряби місцевого гравітаційного поля, ступінь розведення повинна розставити боєголовки з прецизійної точністю. Для цього довелося створити більш детальну карту гравітаційного поля Землі. «Викладати» особливості реального поля краще в системах диференціальних рівнянь, що описують точне балістична рух. Це великі, місткі (для включення подробиць) системи з декількох тисяч диференціальних рівнянь, з декількома десятками тисяч чисел-констант. А саме гравітаційне поле на низьких висотах, в безпосередній навколоземній області, розглядають як спільне тяжіння декількох сотень точкових мас різного «ваги», розташованих біля центру Землі в певному порядку. Так досягається більш точне моделювання реального поля тяжіння Землі на трасі польоту ракети. І більш точна робота з ним системи управління польотом. А ще ... але повно! - Не будемо заглядати далі і закриємо двері; нам цілком вистачить і сказаного.

Корисне навантаження міжконтинентальної балістичної ракети більшу частину польоту проводить в режимі космічного об'єкта, піднімаючись на висоту, в три рази більше висоти МКС. Величезної довжини траєкторія повинна бути прорахована з особливою точністю.

Політ без боєголовок

Ступінь розведення, розігнана ракетою в сторону того ж географічного району, куди повинні впасти боєголовки, продовжує свій політ разом з ними. Адже відстати вона не може, та й навіщо? Після розведення боєголовок щабель терміново займається іншими справами. Вона відходить в сторону від боєголовок, заздалегідь знаючи, що буде летіти трохи не так, як боєголовки, і не бажаючи їх потривожити. Всі свої подальші дії щабель розведення теж присвячує боєголовкам. Це материнське бажання всіляко оберігати політ своїх «дітей» триває всю її залишилася недовге життя. Недовгу, але насичену.

Після відокремлених боєголовок настає черга інших підопічних. В боки від ступені починають розлітатися найзабавніші штуковини. Немов фокусник, випускає вона в простір безліч надуваються повітряних кульок, якісь металеві штучки, що нагадують розкриті ножиці, і предмети всяких інших форм. Міцні повітряні кульки яскраво виблискують в космічному сонце ртутним блиском металізованої поверхні. Вони досить великі, деякі за формою нагадують боєголовки, які летять неподалік. Їх поверхня, покрита алюмінієвим напиленням, відображає радіосигнал радара видали майже так само, як і корпус боєголовки. Наземні радари противника сприймуть ці надувні боєголовки нарівні з реальними. Зрозуміло, в перші ж миті входу в атмосферу ці кульки відстануть і негайно лопнуть. Але до цього вони будуть відволікати на себе і завантажувати обчислювальні потужності наземних радарів - і далекого виявлення, і наведення протиракетних комплексів. Мовою перехоплювачів балістичних ракет це називається «ускладнювати поточну балістичну обстановку». А все небесне воїнство, невблаганно рухається до району падіння, включаючи бойові блоки справжні і несправжні, надувні кульки, дипольні і кутові відбивачі, вся ця різношерста зграя називається «множинні балістичні цілі в ускладненою балістичної обстановці».

Ножиці металеві розкриваються і стають електричними дипольними відбивачами - їх безліч, і вони добре відображають радіосигнал обмацує їх променя радара дальнього протиракетного виявлення. Замість десяти шуканих жирних качок радар бачить величезну розмиту зграю маленьких горобців, в якій важко щось розібрати. Пристрої всяких форм і розмірів відображають різні довжини хвиль.

Крім всієї цієї мішури, ступінь теоретично може сама випускати радіосигнали, які заважають наводитися протиракетам противника. Або відволікати їх на себе. Зрештою, хіба мало чим вона може бути зайнята - адже летить ціла щабель, велика і складна, чому б не навантажити її хорошою сольною програмою?

На фото - пуск міжконтинентальної ракети Trident II (США) з підводного човна. На даний момент Trident ( «Тризуб») - єдине сімейство МБР, ракети якого встановлюються на американських підводних човнах. Максимальний вага, що закидається - 2800 кг.

Останній відрізок

Однак з точки зору аеродинаміки ступінь не боєголовка. Якщо та - маленька і важкенько вузька морквина, то ступінь - пусте велике відро, з гучними спустілими паливними баками, великим Необтічне корпусом і відсутністю орієнтації в починаючого набігати потоці. Своїм широким тілом з пристойною парусністю щабель набагато раніше відгукується на перші подуву зустрічного потоку. Боєголовки до того ж розгортаються уздовж потоку, з найменшим аеродинамічним опором пробиваючи атмосферу. Ступінь же навалюється на повітря своїми великими боками і днищами як доведеться. Боротися з гальмує силою потоку вона не може. Її балістичний коефіцієнт - «сплав» масивності і компактності - набагато гірше боеголовочного. Відразу і сильно починає вона сповільнюватися і відставати від боєголовок. Але сили потоку наростають невблаганно, одночасно і температура прогріває тонкий незахищений метал, позбавляючи його міцності. Залишки палива весело киплять в розжарюється баках. Нарешті, відбувається втрата стійкості конструкції корпусу під обжавши її аеродинамічній навантаженням. Перевантаження допомагає трощити перебирання всередині. Крак! Хрясь! Зім'яв тіло тут же охоплюють гіперзвукові ударні хвилі, розриваючи щабель на частини і розкидаючи їх. Пролетівши трохи в ущільнюється повітрі, шматки знову розламується на більш дрібні фрагменти. Залишки палива реагують миттєво. Розлітаються осколки конструктивних елементів з магнієвих сплавів запалюються розпеченим повітрям і миттєво згорають з сліпучим спалахом, схожою на спалах фотоапарата - недарма в перших фотоспалах підпалювали магній!

Всі зараз горить вогнем, все обтягнуте розпеченій плазмою і добре світить навколо помаранчевим кольором вугілля з багаття. Більш щільні частини йдуть гальмуватися вперед, більш легкі і вітрильні здуваються в хвіст, що розтягується по небу. Все палаючі компоненти дають щільні димові шлейфи, хоча на таких швидкостях цих самих щільних шлейфів бути не може через жахливого розведення потоком. Але видали їх видно прекрасно. Викинуті частки диму розтягуються по сліду польоту цього каравану шматків і шматочків, наповнюючи атмосферу широким білим слідом. Ударна іонізація породжує нічний зеленуватесвітіння цього шлейфу. Через неправильної форми фрагментів їх гальмування стрімко: все, що не згоріло, швидко втрачає швидкість, а з нею і міцні напої дію повітря. Сверхзвук - найсильніший гальмо! Ставши в небі, немов розвалюється на шляхах поїзд, і тут же охолодити висотним морозним дозвуком, смуга фрагментів стає візуально нерозрізненої, втрачає свою форму і лад і переходить в довгий, хвилин на двадцять, тихе хаотичне розсіювання в повітрі. Якщо опинитися в потрібному місці, можна почути, як тихо дзвякне про стовбур берези маленький обгорілий шматочок дюралю. Ось ти і прибула. Прощай, ступінь розведення!

Стаття «Космічний автобус» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №4, Грудень 2016 ).