Raytheon
Военное искусство, как ни одно другое является наиболее ярким представителем постоянной борьбы меча и щита — любое действие рождает противодействие, и они постоянно борются друг с другом. Это было верно как в древности, так верно и сейчас. В этой статье мы попробуем рассмотреть достаточно любопытный образец для борьбы с ракетами, который был разработан в США и называется «экзоатмосферная машина-убийца».
Сразу хочу оговориться, что весь приведенный ниже материал является просто «интересной информацией» с точки зрения инженера и не относится к политике абсолютно никоим образом. При написании статьи таких целей себе совсем не ставил — просто попалась на глаза эта инфа и решил её раскрыть. Думаю, народу тоже будет интересно узнать что-то новое...
На каком-то этапе военная мысль пришла к тому, что для разрушительного воздействия по цели совсем необязательно использовать большое количество взрывчатых веществ, — для этого необходимо и достаточно использовать кинетический способ разрушения цели, то есть достаточно сильно ударить по ней.
Чтобы понять, насколько сложна эта задача, можно привести аналогию: ракета-перехватчик, по сути, является «пулей», которая должна попасть в другую пулю, летящую в бескрайнем космическом пространстве. Мало того, перехватчик должен функционировать на скоростях в 10 раз превышающих скорость выпущенных в друг друга пуль. Кроме того, не надо забывать и о том, что в процессе перехвата боеголовка должна быть выделена среди облака ложных целей.
Есть несколько вариантов перехвата боеголовки. Одним из наиболее перспективных представляется перехват её в момент, когда она медленно поднимается в космос и только набирает свою скорость. Однако перехват на этой стадии достаточно сложен, так как согласно отчёту американского физического общества, разгон длится всего около порядка 2 минут для ракет на твёрдом топливе и порядка 3 минут для ракет на жидком топливе, поэтому для собственно перехвата остаётся очень мало времени.
Во время фазы, когда боеголовка уже падает сквозь атмосферу к своей цели – выделить её существенно проще, так как реальные боеголовки, в отличие от ложных целей, нагреваются быстрее и движутся сквозь атмосферу быстрее. Сложность работы на такой фазе заключается в том, что длится она порядка 30 секунд, что оставляет ещё меньше времени для работы по ней.
Именно поэтому, основным моментом для работы по боеголовкам, был выбран участок их движения в космосе, когда они находятся за пределами атмосферы.
Технически это весьма сложная задача: во-первых, как уже было сказано, необходимо выделить настоящее боеголовки среди облака ложных целей. После того как настоящая боеголовка выделена и окончательно идентифицирована (что возможно только на расстояниях порядка 10 км, так как на больших расстояниях боеголовки не распознаются датчиками на самой противоракете) — необходимо произвести соответствующее воздействие по цели.
Не забываем, что в данный момент ракета и противоракета движутся на больших скоростях и скорости сближения могут превышать 15 км в секунду. Это означает, что после того как противоракета идентифицировала боеголовку — у неё остаётся секунда или меньше того, чтобы соответствующим образом произвести корректировки своего курса и точно ударить!
Время на реакцию почти отсутствует!
На момент своей разработки подобные противоракеты испытывали основную сложность именно на этом моменте. И причиной была…Тряска! Она возникала из-за неравномерного сгорания тяговых двигателей противоракеты, ещё более усложняя задачу попадания в цель.
Это проблема больше относилась к первому поколению противоракеты. Следующие поколения уже были защищены от этой проблемы и инерциальные блоки наведения работали корректно.
Итак, что же представляла из себя такая противоракета?
«Экзоатмосферная машина-убийца» (Exoatmospheric Kill Vehicle (EKV) ), пионер боевых машин Raytheon, является компонентом перехвата наземного перехватчика (GBI).
В октябре 1990 года BMDO (Организация по противоракетной обороне) заключила три контракта на проектирование EKV с компаниями Martin Marietta (теперь Lockheed Martin), Hughes Missiles (теперь Raytheon) и Rockwell (теперь Boeing). Работа по существу продолжила исследования и испытания программ HOE (Homing Overlay Experiment) и ERIS (Exoatmospheric Reentry Interceptor Subsystem). В ходе первого отбора в 1995 году Мартин Мариетта выбыл из соревнований EKV. В ходе летных испытаний NMD IFT (Integrated Flight Test)-1 и IFT-2 (см. Также летные испытания ниже) были проверены конструкции ГСН Boeing и Raytheon EKV 24 июня 1997 г. и 16 января 1998 г. соответственно. После оценки результатов компания Raytheon была выбрана генеральным подрядчиком по разработке EKV для боевой ракеты GBI.
Raytheon
Raytheon EKV оснащен инфракрасной головкой самонаведения, состоящей из массивов в фокальной плоскости и узла охлаждения, прикрепленного к оптическому телескопу.
Программное обеспечение ГСН должно обнаруживать и отслеживать все приб��ижающиеся объекты, отличать боеголовки от ложных целей и направлять EKV к лобовому столкновению с целью на скорости сближения более 25700 км/ч. Система маневрирования EKV, известная как DACS (система управления отклонением и ориентацией), имеет четыре ракетных двигателя вокруг корпуса машины. Маневровая платформа в сборе весит примерно 63 кг, имеет длину 140 см и диаметр около 60 см.
По своей сути, всё это устройство можно назвать «металлическим цилиндром с ракетным двигателем» — т.к. это наиболее полно будет отражать как его устройство, так и принцип кинетического воздействия на цель.
wikipedia.org
Для доставки на орбиту использовалась ракета-носитель Boeing COTS:
Ракета-носитель Boeing COTS (Фото: designation-systems.net)
Первоначальная концепция ракеты-носителя была разработана компанией Boeing и называлась ракетой-носителем COTS (Commercial Off-the-Shelf), поскольку в ней использовались разработанные и коммерчески доступные ступени ракеты. Это была трехступенчатая конструкция с первой ступенью ATK GEM-40VN и двумя разгонными блоками Pratt & Whitney (UTC) Orbus-1A. Однако разработка шла не так гладко, как ожидалось, и первый испытательный полет (обозначенный как BV-2; BV-1 был чисто наземным испытанием) произошел только 31 августа 2001 г. (с отставанием от график�� на 18 месяцев).
Во время этого теста произошла аномалия первого этапа, которая могла помешать успешной попытке фактического перехвата. Во время второго летного испытания БВ (БВ-3) 13 декабря 2001 г. машина отклонилась от курса и должна была быть уничтожена. После этого дальнейшие летные испытания Boeing BV были отменены.
В марте 2002 г. была реструктурирована программа разработки бустеров GBI. Транспортное средство COTS от Boeing было передано компании Lockheed Martin Space Systems, которая разработала улучшенную версию, известную как BV-Plus. Кроме того, Orbital Sciences Corp. (OSC) получила контракт на создание альтернативного ускорителя (называемого OBV — Orbital Booster Vehicle) для GBI. Трехступенчатый аппарат OSC совершил свой первый успешный испытательный полет 6 февраля 2003 г., за которым последовал еще один (испытательный BV-6) 16 августа 2003 г. В ходе этих испытаний аппарат достиг высоты более 1770 км (1100 миль) и дальности полета более 5300 км (3300 миль). OBV базируется на трех верхних ступенях коммерческой ракеты-носителя Taurus XL.
Ракета-носитель OSC (Фото: designation-systems.net)
Первая попытка перехвата Raytheon EKV была предпринята во время полета IFT-3 2 октября 1999 года. Несмотря на отказ в IMU (инерциальный измерительный блок) EKV, макет боеголовки был успешно перехвачен.
Имеющееся видео тестовых испытаний блока EKV (тест зависания и позиционирования) – выглядит достаточно впечатляюще с технической точки зрения (и наводит на одну мысль – о ней ниже):
Судя по возможности работы маневровых двигателей EKV-блока в импульсном режиме (и оранжевому дыму) – в качестве топлива используется Несимметричный диметилгидразин (по понятным причинам, мы можем только гадать об этом – т.к. точная информация засекречена).
Согласно вики:
НДМГ, 1,1-диметилгидрази́н, кодовое название «гепти́л»[a]) — химическое вещество, производное гидразина, компонент высококипящего (имеющего температуру кипения выше 0 °C) ракетного топлива. В качестве окислителя в паре с НДМГ часто применяется тетраоксид диазота (АТ), чистый или в смеси с азотной кислотой, известны случаи применения чистой кислоты и жидкого кислорода. Для улучшения свойств может использоваться в смеси с гидразином, известной как аэрозин.
НДМГ — бесцветная или слегка желтоватая прозрачная жидкость с резким неприятным запахом, характерным для аминов (запах испорченной рыбы, схож с запахом аммиака, очень похож на запах шпрот), летучее вещество, температура кипения +63,1 °C.
Температура кристаллизации −57,78 °C, плотность 790 кг/м³[6]. Хорошо смешивается с водой, этанолом, большинством нефтепродуктов и многими органическими растворителями. Гигроскопичен, поглощает влагу из воздуха, что приводит к снижению удельной тяги двигателей (100 м/с на каждые 0,5 % воды в составе смеси).
Самовоспламеняется при контакте с окислителями на основе азотной кислоты и тетраоксида диазота, что упрощает конструкцию и обеспечивает лёгкий запуск и возможность многократного включения ракетных двигателей.
Взаимодействие НДМГ и его водных растворов с азотной кислотой протекает бурно. Воспламенение происходит до 50%-й концентрации водного раствора. Растворы меньшей концентрации реагируют с образованием соли азотной кислоты. НДМГ термически стабилен до +350 °C. В интервале +350…+1000 °C продуктами разложения являются аммиак, амины, синильная кислота, водород, азот, метан, этан, смолистые и другие вещества.
Используется в качестве топлива ракет с окислителем тетраоксидом диазота (АТ).
Хм…а что же представляет из себя этот второй компонент? А вот что:
Тетраоксид диазота (азотный тетраоксид, АТ, «амил») — вещество с формулой N2O4, преобладающее в жидкости, полученной охлаждением диоксида азота ниже точки кипения.
Это теоретически бесцветная, но на практике окрашенная в жёлто-коричневый цвет (обусловленный примесью мономерного диоксида азота) летучая ядовитая жидкость с едким запахом. Температура кипения при атмосферном давлении +21,15 °C, кристаллизации — −11 °C. В кристаллическом виде при температурах ниже −12 °C бесцветен.
В.П. Глушко в 1930 году предложил использовать N2O4 в качестве окислителя ракетного топлива.
С тех пор N2O4 широко применяется в ракетной технике в качестве высококипящего (некриогенного) окислителя ракетного горючего. По степени использования стоит на втором месте после жидкого кислорода.
В ракетных двигателях используется в паре с топливами на основе производных гидразина (метилгидразином, несимметричным диметилгидразином), в Вооружённых силах РФ именуется «амил».
На начальном этапе использовался в виде раствора в азотной кислоте из-за высокой температуры перехода в твёрдое состояние. В частности, он использовался на советских и российских РН «Космос», «Протон»; украинских «Циклон» (в виде АК-27И); американских — семейства «Титан»; французских — семейства «Ариан»; в двигательных установках пилотируемых кораблей, спутников, орбитальных и межпланетных станций.
Тетраоксид азота в паре с алкилгидразинами образует самовоспламеняющуюся топливную пару с периодом задержки воспламенения около 0,003 с.
К преимуществам пары НДМГ+АТ относятся:
- превосходит пару кислород + керосин и пару кислород + водород по плотности (1170 кг/м³ против 1070 кг/м³ и 285 кг/м³ соответственно), следовательно, требуются меньшие баки и конструкция оказывается компактнее;
- самовоспламеняемость при контакте топливных компонентов, что упрощает конструкцию двигателей и повышает их надёжность;
- ракета может быть заправлена топливом на долгий срок, что критично для ракет на боевом дежурстве или космических аппаратов в полёте.
К недостаткам НДМГ+АТ относятся:
- токсичность,
- канцерогенность,
- вероятность взрыва НДМГ в присутствии окислителя,
- меньший удельный импульс, чем у кислородно-керосиновой пары,
- НДМГ заметно дороже керосина, что существенно для больших ракет.
Таким образом, мы видим, что с очень большой долей вероятности используется именно эта пара топливо/окислитель для применения в рамках этого устройства (EKV).
Расчетная эффективность
Система имеет «вероятность поражения одиночным выстрелом» порядка 56%, при общей вероятности перехвата одиночной цели при запуске четырех перехватчиков, равной 97%. Каждый перехватчик EKV стоит примерно 75 миллионов долларов.
Тесты на перехват
С 2010 по 2013 год ни одно испытание на перехват не увенчалось успехом.
На 25 марта 2019 г. 11 из 20 (55%) испытаний на перехват на поражение были успешными.
Преемник EKV, известный как Redesigned Kill Vehicle (RKV), должен был дебютировать в 2025 году. Программа RKV, возглавляемая Boeing и ведущим субподрядчиком Raytheon, была отменена Министерством обороны США 21 августа 2019 года. Ранее в этом же году Пентагон издал приказ о прекращении работ по проекту после отсрочки рассмотрения проекта в декабре 2018 года из-за отказа критических компонентов, соответствующих техническим спецификациям.
И в завершение: а вот как выглядит вход боевых блоков межконтинентальной ракеты из космоса – в атмосферу (как говорится, «тьфу-тьфу и чур меня»):
P.S. Еще раз повторюсь, статья ни к чему не призывает и не обязывает, политических целей не ставит, — просто некая «познавательная страничка» на тему еще одной интересной инженерной машины, с освещением интересных моментов, с точки зрения инженера. И ничего сверх того!
Использованные источники