Technologie rakietowe Burya: podstawy na przyszłość
Od sierpnia 1957 r. do grudnia 1960 r. na poligonie Kapustin Yar przeprowadzono próby w locie obiecującego międzykontynentalnego pocisku manewrującego (ICM) „350” / Ła-350 / „Burza”. Zgodnie z wymogami taktyczno-technicznymi produkt ten miał wykazywać się najwyższymi osiągami w locie. Aby zrealizować to zadanie, w rozwój projektu musiało być zaangażowanych wiele organizacji i instytutów, które musiały znaleźć i opanować obiecujące rozwiązania, materiały i technologie.
Gotowy produkt
Rozwój Buri rozpoczął się w 1954 roku zgodnie z uchwałą Rady Ministrów w sprawie utworzenia dwóch systemów rakietowych zasięgu międzykontynentalnego. Rozwój kompleksu rakiet manewrujących powierzono S.A. OKB-301. Ławoczkina. Głównym projektantem motywu „350” był N.S. Czerniakow, opiekun naukowy – M.V. Keldysz. Na wszystkich etapach planowano zaangażować w projekt wiele innych organizacji i specjalistów.
Na część badawczą projektu, polegającą na poszukiwaniu podstawowych rozwiązań i późniejszym projektowaniu, poświęcono około trzech lat. Dokumentację techniczną Bury opracowano w 1957 roku, co umożliwiło rozpoczęcie produkcji pilotażowej partii rakiet do przyszłych testów.
Projekt „Burza” zaproponował budowę dwustopniowego naziemnego systemu rakietowego. Pierwszy etap obejmował dwa bloki boczne z silnikami rakietowymi na paliwo ciekłe. Podtrzymywacz, wyposażony w skrzydła, powierzchnie ogonowe, elementy sterujące i głowicę, został wykonany przy użyciu silnika strumieniowego. Lot miał być wykonany według poleceń z systemu sterowania, w skład którego wchodziły urządzenia nawigacyjne inercyjne i system astrokorekcji AN-2SH. Głowicą jest ładunek nuklearny o masie 2350 kg.
Całkowita długość produktu „350” w konfiguracji startowej osiągnęła 19 m. Średnica stopnia podtrzymującego wynosiła 2,2 m, bloki pierwszego stopnia 1,6 m. Rozpiętość skrzydła delta osiągnęła 7,75 m. Masa rakiety przekroczyła 97 ton, z czego 34,68 ton stanowiło etap podtrzymujący. Zgodnie z wymaganiami prędkość stopnia podtrzymującego na trajektorii miała wynosić 3,2 M. Wymagany zasięg lotu wynosił 7,5 tys. km. Podczas testów zakres ok. 6,5 tys. km.
Problem z obciążeniem
Wymagania dotyczące prędkości nałożyły najpoważniejsze ograniczenia na wytrzymałość konstrukcji i jej odporność na różne obciążenia, m.in. termiczny. Aby zbadać te zagadnienia, w 1954 roku NII-1 opracował i zbudował naddźwiękową aerodynamiczną rurkę cieplną z możliwością badania ogrzewania i wymiany ciepła. W 1957 roku w NII-1 uruchomiono stanowisko do testów termodynamicznych gazów Ts-12T, na którym można było umieścić pełnowymiarową makietę rakiety wraz z całym wyposażeniem. Umożliwiło to zbadanie wpływu obciążeń na cały zmontowany produkt.
Obliczenia i badania wykazały, że w czasie lotu krawędź natarcia skrzydła i wlotu powietrza oraz kanał silnika może nagrzać się do temperatury 420°C. Temperatura skóry zewnętrznej była niższa, ok. 350°C, co wiązało się z uwolnieniem części energii cieplnej do otoczenia.
W oparciu o wyniki takich badań prowadzono poszukiwania odpowiednich materiałów i technologii. Do produkcji płatowca wybrano kilka gatunków tytanu i żaroodpornej stali nierdzewnej. Na VIAM i Moskiewskim Wyższym Uniwersytecie Technicznym im. Bauman opracował technologie obróbki i spawania takich metali i stopów. Tworzono także nowe materiały niemetaliczne do stosowania w uszczelkach, glazurach, powłokach itp. W szczególności Leningradzki Państwowy Instytut Optyczny opracował technologię produkcji wielkoformatowych paneli kwarcowych. Miały one stanowić latarkę nad czujnikami astrokorekcji.
Uwzględniając wymagania, obciążenia projektowe oraz dostępne technologie, opracowano zaawansowany projekt płatowca. Kadłub rakiety wykonano w kształcie walca o zmiennym przekroju. W nosie znajdował się naddźwiękowy dyfuzor ze stożkowym korpusem centralnym, wewnątrz którego znajdowała się komora na głowicę bojową. Kanał powietrza silnika biegł przez środek płatowca, a wokół niego znajdował się chłodzony przedział sterowniczy i zbiorniki paliwa.
Jednostki pierwszego stopnia musiały zapewniać przyspieszenie do 3M i również napotkały problem z ogrzewaniem. Pod tym względem zbudowano je z tych samych materiałów, co scena marszowa, ale miały prostszą konstrukcję. Wykonywano je w formie jednostek cylindrycznych ze stożkowymi owiewkami głowicy. Prawie cały wolumen przeznaczono na zbiorniki paliwa i utleniacza; w ogonie znajdowały się silniki rakietowe na ciecz.
Kwestia silników
Aby uzyskać wymagane właściwości lotne, w pierwszym etapie potrzebne były dwa silniki o ciągu 68 t. Opracowanie takich produktów powierzono firmie OKB-2 NII-88 pod kierownictwem A.M. Isajewa. Biuro posiadało już wstępny projekt 17-tonowego silnika ciągu i zdecydowano się go zastosować w kontekście Tempesta. Nowy produkt otrzymał oznaczenie C2.1100.
Nowy silnik został wykonany według konstrukcji czterokomorowej; kamery i część uprzęży zostały zapożyczone z istniejącego projektu. Miał on wykorzystywać paliwo TG-02 i utleniacz AI-27I. Dopływ podzespołów do komór spalania miał odbywać się za pomocą zespołu turbopompowego. Silnik wyposażono także w oddzielny obwód na azotan izopropylu: miał on wchodzić do generatora gazu i rozkładać się na parę gazową, która napędzała TNA. Każda komora silnika S2.1100, według obliczeń, zapewniała 17 ton ciągu – łącznie potrzeba 68 ton.
Drugi stopień strumieniowy został opracowany w OKB-670 M.M. Bondaryuk. Pomimo pozornej prostoty konstrukcji, stworzenie takiego silnika było szczególnie trudne. Konieczne było znalezienie materiałów odpowiadających obciążeniom termicznym spalania paliwa, obliczenie procesów aerodynamicznych na wlocie i wnętrzu silnika, a także rozwiązanie wielu innych problemów. Do 1957 roku wszystkie te problemy zostały pomyślnie rozwiązane, w wyniku czego powstał naddźwiękowy silnik strumieniowy zasilany naftą i wytwarzający ciąg 7,55 tony w trybie przelotowym.
Sterownica
System sterowania „Burzą”, później nazwaną „Ziemią”, został opracowany przez oddział NII-1 MAP pod kierownictwem I.M. Lisovich i T.N. Tołstousowa. W projekcie tym wykorzystano istniejące rozwiązania opracowane przez różne organizacje. W szczególności już w latach czterdziestych badania na ten temat prowadzili specjaliści z NII-88.
Celem projektu NII-1 MAP było stworzenie systemu zdolnego do automatycznego wyszukiwania określonych gwiazd, śledzenia ich położenia i wyznaczania na ich podstawie własnych współrzędnych. Aby tego dokonać, konieczne było rozwiązanie kilku zadań pomocniczych, takich jak utworzenie tzw. sztuczny pion lub zapewniający odporność na hałas w każdych warunkach. Musieliśmy także opracować komputer zdolny do konwertowania danych astrokorekcyjnych na polecenia dla autopilota.
Już w 1952 roku, przed rozpoczęciem prac nad MKR „350”, wyprodukowano prototyp kosmicznego systemu nawigacji. Badania przeprowadzone na samolocie Ił-12 wykazały dużą dokładność w utrzymaniu kierunku lotu. W latach 1954-55 system ten został ulepszony i ponownie przetestowany. Laboratorium latające na bazie Tu-16 latało na wysokościach 10-11 km z prędkością 800 km/h, a podczas 5-6 godzin lotu narastał błąd w promieniu 4-6 km.
Po pewnych modyfikacjach elektromechaniczny system nawigacji z przyrządami inercyjnymi i astrokorekcją był gotowy do montażu na rakietach eksperymentalnych. W 1957 roku rozpoczęto produkcję partii eksperymentalnych takiego sprzętu do montażu na prototypowych rakietach.
Przetestowany
Pierwsze uruchomienie „Burzy” zaplanowano na 1 sierpnia 1957 r., ale do niego nie doszło. Problemy w układzie zasilania azotanem izopropylu nie pozwoliły na normalny rozruch silnika pierwszego stopnia. Na szczęście przyrządy silnika działały prawidłowo i rakieta nie uległa uszkodzeniu. Po niezbędnych modyfikacjach 1 września została ponownie przygotowana do lotu. Tym razem rakieta opuściła wyrzutnię, ale system sterowania przedwcześnie wydał polecenie zresetowania sterów gazowych pierwszego stopnia. Rakieta straciła kontrolę i spadła.
Potem były jeszcze trzy nieudane starty, podczas których lot trwał nie dłużej niż 60-80 sekund. W maju 1958 roku Burya po raz pierwszy normalnie wystartowała, osiągnęła określoną wysokość, zrzuciła bloki pierwszego stopnia i włączyła silnik odrzutowy. Prędkość etapu marszowego osiągnęła M=3. Potem było jeszcze pięć startów z awariami na początku lub w różnych częściach trajektorii. Kolejne cztery loty zakończyły się sukcesem i pokazały, że rakieta może rozpędzić się do 3,2 M, polecieć na odległość 5500 km oraz wykonywać manewry m.in. obrócić o 180°.
W marcu 1960 roku doszło do ostatniej awarii lotu polegającej na utracie rakiety. Następnie w marcu i grudniu przeprowadziliśmy dwa starty przeciwko celom na poligonie Kamczatka. W pierwszym przypadku „Burza” za 121 minut. poleciał do docelowego obszaru, po czym nie był w stanie nurkować. Kolejny i ostatni lot zakończył się pełnym sukcesem. W odległości 6425 km produkt odbiegał od celu o 4-7 km.
W ostatnich lotach wykorzystano eksperymentalne rakiety z ulepszonym układem napędowym. Wykorzystali silnik rakietowy na paliwo ciekłe S2.1150 o zwiększonym ciągu i bardziej kompaktowy silnik strumieniowy RD-012U.
Wizja przyszłości
Na wczesnych etapach testów Burya MKR napotkała różne problemy techniczne i projektowe. Udało nam się sobie z nimi poradzić, a w przyszłości rakieta wykazała wysoki poziom wydajności – i zdolność do rozwiązywania rzeczywistych misji bojowych. Bazując na wynikach dalszego rozwoju, udoskonaleń i wprowadzenia nowych komponentów, rakieta 350 może stać się skutecznym i skutecznym pociskiem strategicznym. bronie.
Jednak w 1960 r. – według różnych źródeł, w lutym lub grudniu – Rada Ministrów nakazała wstrzymanie prac nad tematem „Burza”. Przywódcy kraju zdecydowali, że międzykontynentalne rakiety manewrujące mają gorsze możliwości i potencjał niż systemy balistyczne. Jednoczesny rozwój dwóch kierunków uznano za niemożliwy i niewłaściwy.
„Sztorm” nie przeszedł całego procesu rozwoju i nie wszedł do służby w naszej armii. Jednak i w tym przypadku projekt przyniósł najbardziej zauważalne rezultaty. Aby opracować nowy MCR, konieczne było zbudowanie szeregu obiektów badawczych i przeprowadzenie wielu badań. Zebrano dużą ilość informacji na temat aerodynamiki dużych prędkości naddźwiękowych, procesów termicznych itp.
Ponadto stworzono nowe materiały i technologie. Większość podobnych wyników projektu „Storm” została następnie z powodzeniem wykorzystana do stworzenia nowych próbek lotnictwo i technologii rakietowej. Tak więc tytan, stale żaroodporne i inne materiały „Burzy” są nadal aktywnie wykorzystywane w projektach samolotów i innego sprzętu. Nowoczesne technologie wytwarzania takich konstrukcji sięgają bezpośrednio rozwoju VIAM i MVTU w połowie lat pięćdziesiątych.
Niektóre rozwiązania projektu S2.1100 zostały później wykorzystane w projektach nowych silników rakietowych. Doświadczenie przy tworzeniu silników odrzutowych RD-012/012U przydało się także przy opracowywaniu szeregu nowych produktów, jak np. niektórych rakiet przeciwlotniczych. Niektóre osiągnięcia z przeszłości można wykorzystać do stworzenia nowoczesnej broni hipersonicznej.
Rozwój układu ziemskiego miał ogromne znaczenie dla naszej technologii rakietowej i lotniczej. Nawigacja niebieska wyraźnie pokazała swoje możliwości i dzięki temu znalazła później zastosowanie w wielu nowych projektach. W szczególności zapewnia wysoką celność wystrzeliwania międzykontynentalnych rakiet balistycznych.
Tym samym projekt „Burza” / „350” / Ła-350 nie był w stanie rozwiązać swojego głównego zadania, a armia radziecka nie otrzymała zasadniczo nowej broni strategicznej o najwyższych parametrach. Jednocześnie projekt ten pozostawił po sobie wiele danych naukowych i doświadczeń technicznych, które przyczyniły się do dalszego rozwoju wielu dziedzin. Oznacza to, że „Burza” – mimo niepowodzenia projektu – nie powstała na próżno i przyniosła, choćby pośrednio, ogromne korzyści.
informacja