О боеголовке (боевом блоке) современной МБР с разделяющимися головными частями⁠⁠

Заранее предупреждаю читателей, что ни о каких тайнах, как и в первой статье об "автобусе", в этой статье речь не идёт. Но то, о чём они прочитают, для некоторых будет открытием.

Прежде всего, не говоря пока о фантастической  мощности боевых термоядерных блоков такой ракеты, отметим другое принципиальное отличие этого уникального устройства от обычного боеприпаса.

Обычный боеприпас после производства складируется в каком-то арсенале и лежит там мёртвым грузом без взрывателя, пока не будет востребован.

Боевой термоядерный блок с момента своего появления на свет и до утилизации, если не будет использован в военных целях (очень надеюсь, что такое не произойдёт никогда), является фактически «живым организмом». Где бы он не находился: на складе, в дороге (в транспортном средстве), установленным на панели разведения межконтинентальной ракеты, - он постоянно «общается» с блоком автоматики, который также расположен в боевом блоке, и мгновенно реагирует на непрерывно получаемую от термоядерного заряда информацию. Блок автоматики и термоядерный заряд – как сиамские близнецы, они вместе от самого начала и до конца. Кроме того, боевой блок доводится до полной боевой готовности постепенно, во время полёта, и ставится на «боевой взвод» буквально за несколько секунд перед прохождением из блока автоматики команды на подрыв.

Конструктивно боевой блок представляет собой  конус из лёгких и одновременно механически очень прочных и термостойких сплавов и керамики. Внутри располагаются переборки, шпангоуты, силовой каркас  почти как в самолете, но несоизмеримо прочней. Силовой каркас покрыт прочной металлической обшивкой. На обшивку нанесен толстый слой теплозащитного покрытия, поскольку боеголовке после входа в атмосферу кроме огромных физических перегрузок предстоит подвергнуться ещё и воздействию температуры, бо́льшей, чем температура поверхности Солнца.

Внутри конуса, закрепленные на своих «сиденьях», находятся два основных «пассажира», ради которых всё и было затеяно: термоядерный заряд и блок управления зарядом (блок автоматики). Они, с учётом сконцентрированной в них мощности,необыкновенно  компактны. Блок автоматики - объёмом порядка пяти литров, а заряд – размером с пожарное ведро объёмом порядка 10 литров. И эта компания «сиамских близнецов» несёт к цели чудовищную концентрацию энергии порядка 400 килотонн в тротиловом эквиваленте.

Есть «на борту» и третий пассажир - блок измерения движения боеголовки или вообще управления её полётом (в последних модификациях боевых блоков, о которых мы здесь не говорим). В последнем случае в боеголовку встроены рабочие органы управления, позволяющие изменять траекторию, то есть, маневрировать. Например, исполнительные пороховые или пневмосистемы
А еще бортовая электросеть с источниками питания, линия связи со ступенью разведения, специальная защита от воздействия электромагнитного импульса термоядерного взрыва, устроенного противником, и система термостатирования - поддержания нужной температуры заряда.

После покидания «автобуса» боеголовки, как уже отмечалось в статье об «автобусе», продолжают по инерции набирать высоту, двигаясь по баллистической орбите в сторону целей. Они поднимаются до апогеев (высших точек) своих траекторий, а потом начинают скатываться вниз. На высоте ста километров над уровнем моря каждая боеголовка пересекает формально принятую учёными таковой границу космического пространства. Ниже впереди - атмосфера!

Электрический ветер

Внизу перед боеголовкой лежит необозримый и безбрежный воздушный океан. Медленно и почти незаметно покачиваясь от остаточных воздействий разделения, боеголовка по пологой траектории продолжает спуск остриём назад.
Но вот  у неё на пути возникает пока ещё очень разреженная земная атмосфера. Не забываем, боеголовка движется со скоростью порядка 20 чисел Маха. Поэтому молекулы встречного потока воздуха буквально дробятся корпусом боеголовки на электрически заряженные осколки (плазму), происходит ударная ионизация воздуха. Внешне это выглядит, как уходящей назад след бледного бело-голубого свечения. След этот умопомрачительно высокотемпературный, но пока ещё не обжигает боеголовку, так как слишком разрежен. Этот плазменный ветер называется гиперзвуковым потоком больших чисел Маха.

Из-за большой разреженности воздуха след в первые секунды почти незаметен. Нарастая и уплотняясь с углублением боеголовки в атмосферу, он сперва больше греет, чем давит на боеголовку. Но постепенно начинает со всё большей силой обжимать её конус. Поток разворачивает боеголовку остриём вперед. Разворачивает не сразу - конус слегка покачивается туда-сюда, постепенно замедляя амплитуду колебаний, и, наконец, стабилизируется.

Температурное воздействие на боевой блок.

Уплотняясь по мере снижения, воздушный поток все сильнее давит на боеголовку, замедляя скорость её полета. С уменьшением скорости плавно снижается температура корпуса боевого блока. От огромных значений начала входа - бело-голубого свечения в десяток тысяч градусов Кельвина, до желто-белого сияния с температурой в пять-шесть тысяч градусов. Как мы знаем, это температура поверхностных слоев Солнца. Сияние становится ослепительным, потому что плотность воздуха быстро растет, а, соответственно, возрастает и воздействие теплового потока, бьющего в стенки боеголовки. Теплозащитное покрытие обугливается и начинает гореть. Оно горит вовсе не от трения о воздух, как это многие себе представляют. Из-за огромной гиперзвуковой скорости движения (в описываемый момент – порядка 15 чисел Маха (т.е., в пятнадцать раз быстрее звука), от вершины корпуса боеголовки расходится в пространстве другой конус - ударно-волновой, который как бы заключает в себе боеголовку. Набегающий воздух, попадая внутрь ударно-волнового конуса, мгновенно уплотняется во много раз и плотно прижимается к поверхности боеголовки. Причина происходящего - сумасшедшая быстрота происходящего, запредельная динамичность процесса. Газодинамическое сжатие потока, а не трение прогревает бока боеголовки. Хуже всего приходится носовой части. Там образуется наибольшее уплотнение встречного потока. Зона этого уплотнения слегка отходит вперед, как бы отсоединяясь от корпуса. И держится впереди, принимая форму толстой линзы. Это образование называется «отсоединенная головная ударная волна». Она в несколько раз толще остальной поверхности ударно-волнового конуса вокруг боеголовки. Лобовое сжатие набегающего потока здесь самое сильное. Поэтому в отсоединенной головной ударной волне самая высокая температура. Это маленькое солнце обжигает носовую часть боеголовки, излучая тепло прямо в нос корпуса и вызывая сильное обгорание носовой части. Поэтому там расположен самый толстый слой теплозащиты. Именно головная ударная волна освещает темной ночью местность на многие километры вокруг летящей в атмосфере боеголовки.

Боковая поверхность конуса боеголовки испытывает огромное температурное воздействие из головной ударной волны. Её обжигает раскаленный сжатый воздух, превратившийся в плазму от дробления его молекул. Заодно при столь высокой температуре воздух от нагрева ещё и ионизируется от нагрева - его молекулы распадаются на части от жары. Получается смесь ударно-ионизационной и температурной плазмы. Трение этой плазмы о боковую поверхность конуса шлифует горящую поверхность теплозащиты, словно песком или наждачной бумагой. Происходит газодинамическая эрозия, постепенно лишающая боеголовку теплозащитного покрытия. В этот момент боеголовка уже прошла верхнюю границу стратосферы – стратопаузу, и входит в стратосферу на высоте порядка 55 км. Движется она теперь с гиперзвуковой скоростью в десять-двенадцать раз быстрее звука.

Запредельные перегрузки.

Сильное обгорание изменяет геометрию носа боеголовки. Поток выжигает в носовом покрытии заостренный центральный выступ. Появляются и другие особенности поверхности из-за неравномерностей выгорания. Изменения формы приводят к изменениям обтекания. Это меняет распределение давлений сжатого воздуха на поверхности боеголовки и поля температур на конусе. Возникают вариации силового воздействия воздуха по сравнению с расчетным обтеканием. Если они не будут учтены конструкторами, возможно отклонение точки падения. Пусть и небольшое - допустим, двести метров, но по ракетной шахте врага небесный снаряд попадет с отклонением. А, может быть, не попадет вообще.

Кроме того, картина всех этих явлений непрерывно меняется. Плавно снижается скорость, но быстро растёт плотность воздуха, поскольку конус проваливается всё ниже в стратосферу. Из-за неравномерностей давлений и температур на поверхность боеголовки, из-за быстроты их изменений могут возникать тепловые удары. От теплозащитного покрытия они умеют откалывать кусочки и куски, что вносит новые изменения в картину обтекания. И увеличивает отклонение точки падения от расчётной. В расчётах приходится учитывать и это.

Одновременно боеголовка может входить в самопроизвольные частые раскачивания с изменением направления этих раскачиваний по курсу и по дифференту. Эти автоколебания создают местные ускорения в разных частях боеголовки. Ускорения меняются по направлению и величине, усложняя картину воздействия, испытываемого боеголовкой. На неё воздействуют запредельные перегрузки, несимметричность ударных волн, неравномерности температурных полей и прочие «прелести», вырастающие в большие проблемы, которые приходится заблаговременно решать учёным.

Но и этим воздействие набегающего потока себя не исчерпывает. Из-за столь мощного давления встречного сжатого воздуха боеголовка испытывает огромное тормозящее действие. Возникает большое отрицательное ускорение, в десятки раз превышающее то, которое могут испытывать космонавты, когда возвращаются с орбиты на Землю. Такие перегрузки космонавта бы просто раздавили. Боеголовке со всеми внутренностями экранироваться от этой сумасшедшей перегрузки невозможно.

Но боеголовка - это оружие. Она должна достичь цели как можно скорее, пока её не сбили. Да и перехватить её тем труднее, чем быстрее она летит. Форма боеголовки в форме конуса была выбрана, как фигура наилучшего сверхзвукового обтекания.
Сохранив высокую скорость до нижних слоев атмосферы, боеголовка встречает там ещё бо́льшее торможение. Для этого ей и нужны прочные переборки и мощный силовой каркас. А также удобные и прочные «сиденья» для «седоков» - иначе перегрузка сорвёт их с мест.

Диалог сиамских близнецов

В начале статьи вкратце было описано отличие термоядерного боевого блока от обычного боеприпаса. Поговорим теперь более подробно о двух главных «седоках» этого блока. Они ведут себя сейчас совсем не пассивно, их диалог в эти мгновения перед прибытием к цели становится всё более энергичным и содержательным.

Заряд при перевозке разобран на части. При установке в боеголовку его собирают, а устанавливая боеголовку в ракету, оснащают до полной боеготовой комплектации (вставляют импульсный нейтронный инициатор, снаряжают детонаторами и т. д.). Заряд готов к полету к цели на борту боевого блока (боеголовки), но пока еще не готов взорваться. Из соображений безопасности постоянная готовность заряда к взрыву не нужна и крайне опасна.

В состояние готовности к взрыву (вблизи цели) его предстоит перевести сложными последовательными алгоритмами, базирующимися на двух принципах: надежность подготовки к взрыву и полный контроль над этим процессом. Система подрыва строго своевременно переводит заряд во все более высокие степени готовности. И когда в полностью готовый заряд придет из блока автоматики боевая команда на подрыв, взрыв произойдет немедленно, мгновенно. Боеголовка, летящая быстрее снайперской пули, пройдет лишь пару сотых долей миллиметра, когда в её заряде начнётся, разовьётся, полностью пройдёт и завершится термоядерная реакция, выделив всю штатную мощность.

Финальная вспышка

Что же происходит с боеголовкой в последние секунды перед взрывом? Сильно изменившись и снаружи, и внутри (внутри - в смысле готовности к подрыву), боеголовка вошла в тропосферу - последний десяток километров высоты. Она сильно затормозилась. Гиперзвуковой полет превратился в сверхзвуковой в три-четыре единицы числа Маха (скорость порядка 3-х чисел Маха доступна нашему перехватчику Миг-31). Светит боеголовка уже тускло, и в таком виде подходит к цели.

Взрыв на поверхности Земли планируется редко, только для углубленных в землю объектов вроде ракетных шахт. Большинство целей лежит на поверхности. И для их наибольшего поражения подрыв производят на некоторой высоте, зависящей от мощности заряда. Для тактических двадцати килотонн это 400−600м. Для стратегических сотен килотонн оптимальная высота взрыва - порядка 1000м. Почему? От взрыва по местности проходят две ударных волны. Ближе к эпицентру взрывная волна обрушится вниз раньше. Упадет и отразится, разойдясь в стороны, где и сольётся с только что дошедшей сюда сверху, из точки взрыва, свежей волной. Две волны - падающая из центра взрыва и отраженная от поверхности - складываются, образуя в приземном слое наиболее мощную ударную волну, главный фактор поражения.

Вот что такое термоядерный боевой блок.

Ещё раз повторю: хочется верить, что у человечества хватит мудрости (или хотя бы чувства страха) на то, чтобы такое устройство никогда не было применено в качестве боевого оружия. Прогнозировать, что произойдёт с человеческой цивилизацией при его массовом применении, невозможно.