Об "автобусе", который возит не людей⁠⁠

Осталось всего несколько дней до праздника "Дня защитника отечества". Этому празднику посвящается статья.
В последнее время, в связи с происходящими в мире событиями, связанными с СВО России, всё чаще и чаще заходит речь о применении ядерного оружия. Невзирая на то, что и Президент России не раз говорил, что это оружие будет применено только в самом крайнем случае, когда встанет вопрос о прямой угрозе самому существованию нашей страны, и даже  руководство США подтверждает, что никаких приготовлений к использованию этого оружия Россией оно не наблюдает, слухи о его применении, исходящие от разных недоумков и провокаторов, продолжают постоянно появляться в информационном пространстве. Причём абсолютное большинство этих баламутов даже не представляет себе, о чём они говорят. Настоятельно советую этой публике: «Уймитесь, не доводите, как говорится, до греха».

А читателям, которые интересуются тем, что из себя представляет наша (и не только) стратегическая триада, я попробую об этом рассказать. Думаю, они узнают много нового и интересного. При этом всё, о чём пойдёт речь, тайной не является.

Итак:

Межконтинентальная баллистическая ракета – исключительно сложное и весьма впечатляющее творение человека. Огромные размеры, столб пламени, освещающий при пуске полгоризонта, рёв двигателя первой ступени…

Но всё это очень быстротечно: первая и вторая ступени ракеты прекращают своё существование через несколько минут после запуска, обеспечив подъём третьей ступени по баллистической траектории до высоты порядка 150 км, и скорость порядка 20 чисел Маха, близкую к первой космической (порядка 24 чисел Маха для низкоорбитальных космических аппаратов). Дальше полетит только полезная нагрузка – т.н. платформа разведения с установленными на ней боевыми блоками (обычно от трёх до десяти), и другим необходимым снаряжением, которую ещё называют «автобусом».

При больших дальностях пуска полезная нагрузка межконтинентальной баллистической ракеты уходит в космическую высоту на многие сотни километров. Поднимается на 1000−1200 км над Землей. А затем по эллиптической траектории начинает скатываться вниз…

Что же это такое - полезная нагрузка?

Баллистическая ракета состоит из двух главных частей - разгонной части и другой, ради которой затеян разгон. Разгонная часть - это две (иногда 3) ступени с топливом и окислителем, снабжённые мощными тяговыми двигателями. Они придают необходимую скорость и направление движению головной части ракеты. Разгонные ступени (блоки), одна за другой, последовательно ускоряют эту головную часть в направлении района её будущего падения.

Головная часть ракеты - это сложный комплект из многих элементов. Он содержит боеголовку (боевой блок) (одну или несколько), платформу разведения боевых блоков (тот самый «автобус»), на которой эти боеголовки размещены вместе со всем остальным хозяйством (вроде средств обмана радаров и противоракет противника), и обтекатель. Еще в головной части есть ракетные двигатели коррекции небольшой тяги, позволяющие выполнять манёвры в космическом пространстве, топливо для этих двигателей и баллоны со сжатыми газами. Вся головная часть к цели не полетит. Она в процессе движения постепенно разделится на множество элементов (и речь идёт не только о боевых блоках) и, в конце концов, просто перестанет существовать, как одно целое. Обтекатель от неё отделится сразу после выхода из атмосферы Земли (на высоте порядка 100 км.) неподалеку от района пуска, во время работы второй ступени, и где-то там упадет. Платформа, освободившись от боевых блоков, развалится при входе в атмосферу района падения и практически полностью в ней сгорит. Сквозь атмосферу до цели смогут добраться только боеголовки (боевые блоки). Вблизи боеголовка выглядит как вытянутый конус длиною метр или полтора, диаметром в основании сантиметров 60 - 70 в зависимости от типа боеприпаса. Нос конуса заостренный либо немного затупленный.
В общем, внешне очень напоминает пожарное ведро без ручки

К боеголовкам мы, возможно, вернёмся позже и познакомимся с ними поближе в другой статье, если данная статья вызовет  читательский интерес. Боевой блок - исключительно сложное устройство. Уверен, понять, что это такое, будет читателям интересно.

Что из себя представляет загадочный «автобус»?

В ракете все боеголовки расположены на так называемой ступени разведения, или в «автобусе». Почему автобус? Потому что, освободившись сначала от обтекателя, а затем и от последней (второй) разгонной ступени, ступень разведения развозит боеголовки, как пассажиров по заданным остановкам, каждую – на свою траекторию, по которым смертоносные боевые блоки отправятся к своим целям.

Еще «автобус» называют боевой ступенью, потому что именно её работа определяет точность наведения боеголовки на цель (сами боеголовки до недавнего времени маневрировать в пространстве не могли и летели по баллистической траектории, заданной для них "автобусом"), а, значит, и боевую эффективность всего комплекса. Ступень разведения и её работа - один из самых больших секретов стратегической баллистической ракеты. Но мы все же попробуем, пусть упрощённо, взглянуть на эту таинственную ступень и на её очень непростое поведение в космосе.

Ступень разведения чаще всего похожа на плоский цилиндр, диаметр которого значительно больше, чем его высота. На этой ступени в предыдущих конструкциях сверху были установлены боеголовки остриями вперед, каждая на своем пружинном толкателе. Боеголовки заранее выставлялись под очень точными углами (на ракетных базах, вручную, с помощью исключительно высокоточных теодолитов) в соответствии с полётным заданием и смотрели вперёд под разными (небольшими по отношению друг к другу, составлявшими буквально угловые секунды) углами. Ощетинившаяся боеголовками платформа занимала в полете заданное, гиростабилизированное в пространстве положение. И в нужные, исключительно точно определённые моменты времени, с неё поочерёдно выталкивались боеголовки. Выталкивались сразу после завершения разгона и отделения от последней разгонной ступени, чтобы не быть уничтоженными оптом, вместе с самой ступенью разведения. Не забываем при этом, что «автобус» всё ещё по инерции набирает высоту, двигаясь по баллистической кривой на скорости порядка 20 чисел Маха.

Но так было раньше, на первых ракетах с разделяющимися головными частями. В настоящее время процесс разведения выглядит несколько иначе. Если раньше боеголовки были прикреплены к ступени разведения спереди и направлены остриями конусов вперед, то теперь впереди находится сама ступень, а боеголовки крепятся к ней сзади. Теперь ступень разведения не подпирает боеголовки, а как бы тянет их в пространстве за собой. «Автобус» оснащён крестообразно расставленными четырьмя «лапами», развернутыми впереди. На концах этих металлических лап находятся направленные назад сопла корректирующих двигателей ступени разведения. После отделения от разгонной ступени «автобус» прецизионно точно выставляет своё положение в ближнем космосе с помощью собственной системы наведения, занимает точную траекторию первой боеголовки (её индивидуальную траекторию).

Затем в нужный момент размыкаются специальные безынерционные замки, державшие очередную отделяемую боеголовку. И теперь уже ничем не связанная со ступенью разведения боеголовка продолжает свой полёт по инерции, по собственной баллистической траектории.

Дальнейшие действия «автобуса».

Теперь ступени разведения требуется как можно более деликатно «отползти» от боеголовки, не нарушив её точно выставленного движения газовыми струями  из сопел своих малогабаритных ракетных двигателей. Если струя газа из сопла попадет на отделённую боеголовку, то неминуем сбой настройки параметров её движения. Чтобы избежать таких эффектов, как раз и нужны разнесенные в стороны четыре «лапы»ступени разведения с двигателями. Ступень как бы подтягивается на них вперед, чтобы струи выхлопов шли по сторонам и не могли зацепить отделяемую боеголовку. Вся тяга разделена между четырьмя соплами, что снижает мощность каждой отдельной струи. Есть и другие особенности. Например, если на тороидообразной ступени разведения (с пустотой посередине - этим отверстием она надета на разгонную ступень ракеты «Трайдент-II D5») система управления определяет, что отделённая боеголовка всё же попадает под струю одного из сопел, то система управления это сопло́ отключает.

Ступень буквально «на цыпочках» отходит в пространстве от отделённой боеголовки в режиме самой малой тяги, оставляя боеголовку на прицельной траектории. При достижении достаточного удаления от отделённого боевого блока включается полная тяга, и ступень энергично перемещается в область прицельной траектории следующей боеголовки. Там снова очень точно устанавливает параметры своего движения, после чего отделяет от себя очередную боеголовку. И так - пока не высадит каждую боеголовку на её траекторию. Процесс этот происходит очень быстро. За полторы-две минуты «автобус» разводит десяток боеголовок.

О расчётах траектории полёта «автобуса».

Сказанного выше вполне достаточно для понимания того, как начинается собственный путь боеголовки. Но ступень разведения выполняет свою работу на довольно низкой высоте (100 – 150 км), сразу после выключения разгонных ступеней ракеты-носителя. А на этой высоте ещё сказывается влияние гравитационных аномалий поверхности Земли, разнородностей в поле тяготения, окружающем Землю. Большинство людей считают, что поле тяготения Земли везде одинаково и постоянно. Но это далеко не так. Из-за неровностей рельефа, расположении под боевым блоком горных систем, залегания пород разной плотности, океанических впадин, гравитационные аномалии либо сильнее притягивают к себе боеголовку, либо, наоборот, слегка отпускают её от поверхности Земли.

И с учётом таких неоднородностей, сложной ряби местного гравитационного поля, ступень разведения должна расставить боеголовки с прецизионной точностью! Для этого пришлось создавать детальную карту гравитационного поля Земли.

Особенности реального поля по трассе полёта боеголовки описываются в системах сложнейших дифференциальных уравнений. Это большие, ёмкие (для включения мельчайших подробностей) системы из нескольких тысяч дифференциальных уравнений, с несколькими десятками тысяч чисел-констант для каждой трассы полёта. А само гравитационное поле на низких высотах, в непосредственной околоземной области, рассматривают как совместное притяжение нескольких сотен точечных масс разного «веса», расположенных около центра Земли в определенном порядке. Так достигается более точное моделирование реального поля тяготения Земли на трассе полета боевого блока. И более точная работа с ним системы управления полетом.

И это ещё не все проблемы, связанные с обеспечением точности достижения боеголовкой цели. Но и этого достаточно, чтобы понять, как всё это непросто.

Полёт «автобуса» после освобождения от боевых блоков.

Ступень разведения, разогнанная в сторону того же географического района, куда должны упасть боеголовки, продолжает свой полёт вместе с ними. Ведь отстать она не может (полёт по инерции всё ещё продолжается в космическом пространстве, где нет сопротивления атмосферы и поэтому конфигурация любого предмета не имеет значения). После разведения боеголовок ступень занимается другими, также исключительно важными делами. Она отходит в сторону от боеголовок, заранее зная, что вскоре будет лететь немного не так, как боеголовки, и не желая сбить их с прицела.

После отделения боеголовок наступает черёд других подопечных. В стороны от ступени разведения начинают разлетаться разные предметы Для этого панель использует баллоны со сжатым воздухом. В пространство выпускается множество надувающихся воздушных шариков, и предметы разных других форм. Прочные воздушные шарики ярко сверкают под лучами Солнца блеском металлизированной поверхности. Они довольно большие, некоторые по форме напоминают боеголовки, летящие неподалеку. Их поверхность, покрытая алюминиевым напылением, отражает радиосигнал радара дальнего обнаружения почти так же, как и корпус боеголовки. Наземные радары противника воспримут эти надувные боеголовки, как реальные боевые блоки. Конечно, в первые же мгновения после входа в атмосферу, эти шарики отстанут и немедленно лопнут. Но до этого они будут отвлекать на себя и загружать вычислительные мощности наземных радаров: и дальнего обнаружения, и наведения противоракетных комплексов. На языке перехватчиков баллистических ракет это называется «осложнять текущую баллистическую обстановку». Всё это, неумолимо движущееся к району падения, включая боевые блоки, настоящие и ложные, надувные шарики, дипольные и уголковые отражатели, называется «множественные баллистические цели в осложненной баллистической обстановке».

Последний отрезок пути «Автобуса».

С точки зрения аэродинамики ступень – не боеголовка. Если та - относительно небольшой тяжелый конус, то ступень -  пустой, плоский цилиндр с  опустевшими топливными баками, большим необтекаемым корпусом и отсутствием ориентации в начинающем набегать потоке атмосферного воздуха. Своим широким телом с приличной парусностью ступень гораздо раньше отзывается на первые дуновения встречного потока при входе в атмосферу. Боеголовки к тому же разворачиваются вдоль потока остриём вперёд, пробивая атмосферу с наименьшим аэродинамическим сопротивлением. Ступень же наваливается на воздух своими боками и днищами как придется. Её полёт становится хаотичным. Бороться с тормозящей силой потока она не может. Её совсем не  баллистическая форма, «сплав» массивности и плохой компактности  гораздо хуже, чем у боеголовок. Она сразу и сильно начинает замедляться и отставать от боевых блоков. Но атмосфера становится всё плотнее, соответственно, и сила потока нарастает неумолимо, одновременно и температура прогревает тонкий незащищенный металл, лишая его прочности. Раскаляются топливные баки с остатками топлива. Наконец, происходит потеря устойчивости конструкции корпуса под обжавшей её аэродинамической нагрузкой. Смявшееся тело  охватывают гиперзвуковые ударные волны, разрывая ступень на части и разбрасывая их. Пролетев немного в уплотняющемся воздухе, куски снова разваливаются на более мелкие фрагменты. Разлетающиеся осколки конструктивных элементов из магниевых сплавов поджигаются раскаленным воздухом и мгновенно сгорают с ослепительной вспышкой! Всё горит, всё обволакивает раскалённая плазма. Более плотные части уходят тормозиться вперед, более легкие и обладающие большей парусностью сдуваются в хвост, растягивающийся по небу, как хвост кометы. Все горящие компоненты дают плотные дымовые шлейфы, хотя на таких скоростях этих самых плотных шлейфов быть не может из-за чудовищного разбавления потоком. Но издали их видно прекрасно. Выброшенные частицы дыма растягиваются по следу полёта этого каравана кусков и кусочков, наполняя атмосферу широким белым следом. Ударная ионизация порождает ночное зеленоватое свечение этого шлейфа. Из-за неправильной формы фрагментов их торможение стремительно: всё, что не сгорело, быстро теряет скорость. Сверхзвук - сильнейший тормоз! Затормозившись в небе, словно разваливающийся во время крушения на путях поезд, и тут же охладившись высотным морозным дозвуковым полётом, полоса фрагментов становится визуально неразличимой, теряет свою форму и строй и переходит в долгое, минут на двадцать, хаотичное рассеивание в воздухе.

Думаю, статья, будет интересна, в первую очередь, представителям сильного пола. Поэтому прошу представительниц прекрасного пола не обижаться, - мужчина - это прежде всего воин, ваш защитник. А воину не мешает знать, что за оружием обладает его родина.