РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Как летает ракета боевого комплекса «Кинжал»: гиперзвуковое российское оружие

Авиационный ракетный комплекс «Кинжал» относится к новейшему поколению российского ракетного оружия, работающего на гиперзвуковых скоростях. Входящая в состав комплекса ракета 9-С-7760 способна выполнять полеты по аэробаллистической траектории. Попробуем разобраться, что это за траектория и в чем ее преимущества.
Как летает ракета боевого комплекса «Кинжал»: гиперзвуковое российское оружие

Камень, брошенный рукой или посланный из рогатки, движется по баллистической траектории. Ее «рисуют» две силы: основную кривую формирует гравитационная сила, а подправляет ее сила аэродинамического сопротивления воздуха. Без воздуха траектория окажется симметричной перевернутой параболой.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Сопротивление воздуха постоянно снижает скорость, делая кривую несимметричной, с более крутой нисходящей частью. Так летит пуля: к верхней точке траектории она поднимается более полого, а после нее падает все отвеснее, что сокращает дальность полета. Подобно пуле летит и баллистическая ракета.

Однако действие воздуха может как уменьшить, так и, наоборот, значительно увеличить путь. Для этого ракета должна создать аэродинамическую подъемную силу. Каким образом? Ракета – оперенное заостренное сверхзвуковое «бревно». Ее хвостовые воздушные рули могут поворачиваться, становясь в потоке под углом атаки. Тогда сверхзвуковой поток сжимается на них, повышая давление и создавая управляющую силу, которая поворачивает корпус ракеты на угол атаки во встречном потоке.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
MILITARY ORG
Идеальным носителем для аэробаллистической ракеты оказался высотный перехватчик МиГ-31. Правда, под новое оружие его пришлось доработать.

Возникает газодинамическое сверхзвуковое сжатие на стороне ракеты, повернутой к потоку. Ее обтягивает зона повышенного давления, складывающегося в подъемную силу, – это поддерживает снаряд, замедляя снижение. Подъемную силу можно наклонить на любой угол, тогда она изогнет траекторию влево или вправо. Управляя величиной и направлением подъемной силы, выполняют маневры.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Три варианта траектории, три эшелона высоты

Можно использовать подъемную силу для максимального увеличения расстояния полета ракеты. В этом случае траектория растянется в направлении движения. Она останется баллистической, сохранив основную кривую с восходящим и нисходящим участками, но с большим вкладом аэродинамической подъемной силы.

Траекторию можно сделать и горизонтальной на заданной высоте – например, 10-12 км. Здесь подъемная сила в точности равна весу ракеты и не дает ей снижаться. Для этого необходим больший угол атаки, чем в полубаллистическом варианте, что вызовет увеличение аэродинамического сопротивления и уменьшение энергии движения ракеты. Полет пройдет в воздушных слоях средней плотности, не затрагивая разреженные высоты, – это снизит скорость ракеты и прилично уменьшит ее дальность, зато повысит точность попадания по сравнению с полубаллистическим вариантом.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Наконец, можно пустить ракету по маловысотному профилю полета, с огибанием выступов рельефа. Такой вариант потребует постоянного интенсивного маневрирования с набором высоты в «горках» для прохода возвышенностей. Полет будет коротким, втрое меньше полубаллистического, но зато скрытным и потому, возможно, более эффективным.

Подытожим: полет аэробаллистической ракеты сочетает в себе элементы баллистической траектории и аэродинамического маневрирования. Такие сочетания способны обеспечить высокую скорость снаряда, точность попадания и защиту от ПРО противника.

Конструкция оперенного «бревна»

Внешне аэробаллистические ракеты похожи на реактивный боеприпас «Катюши» – длинный оперенный снаряд с пороховым двигателем и боевой частью. На этом, правда, сходство заканчивается. Ракета – сложное техническое устройство, с множеством систем и подсистем.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Сверхзвуковые скорости полета (М = 3 и выше), заходящие в гиперзвуковые значения (М > 5), нагревают сжимаемый поток до 1000 °С. Для защиты от нагрева корпус имеет толстый, не менее 2 см, слой теплозащитного покрытия, который заодно выполняет функцию радиопоглощения, снижая радиолокационную заметность ракеты. Аэродинамические рули делают из стали или титана, а их передние кромки – из жаропрочного сплава вольфрама и кобальта. Жаропрочными сделаны и газодинамические рули, вставленные в реактивную струю двигателя.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Твердотопливный двигатель иногда имеет две топливные секции, каждая со своей системой воспламенения, зажигаемые по очереди. Первая секция с обширной поверхностью горения действует мощно и недолго, с большой тягой и ускорением разгоняя ракету до рабочих скоростей. Вторая может запускаться после участка полета без тяги и выгорает медленнее, поддерживая крейсерскую скорость ракеты.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Cистема управления полетом содержит инерциальный навигационный блок, который знает пространственную скорость, ее величину и направление, а также текущие координаты ракеты.

Система управления сравнивает измеренные и программные данные для каждой секунды, определяя величину расхождений. И командует рулям, как довернуть ракету в потоке, как сместить ее в пространстве, чтобы привести положение к расчетному. Навигационная информация поступает и по другим каналам – от радиовысотомера, систем ГЛОНАСС и GPS, радиолокационной или оптической головки самонаведения.

Наконец, боевая часть с системой управления подрывом – компактное термоядерное устройство весом 200-400 кг. Экипаж самолета-носителя перед пуском может выбрать уровень мощности и задействовать только ядерную часть тактической мощностью 17-20 кт или термоядерную ступень заряда стратегической мощностью 150-300 кт. Система управления подрывом сопряжена с системой управления полетом и взорвет заряд в нужный момент близко к целевой точке в пространстве.

Немного истории

В 1970-е годы в СССР была создана аэробаллистическая ракета Х-15. Цилиндр с заостренным обтекателем пятиметровой длины имел массу 1,1 т и дальность полета до 280 км и был оснащен ядерной БЧ 300 кт. На вооружение Х-15 была принята в 1980 году, а ее носителями стала «большая тройка» – Ту-22, Ту-95 и Ту-160.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Из чего сковали «Кинжал»

Преимущества аэробаллистической ракеты наиболее очевидны при большой стартовой скорости и высоте носителя, поэтому здесь нужен высотный и скоростной самолет. Лучший кандидат на сегодня – истребитель МиГ-31. Его максимальная высота полета составляет 20-21 км при скорости порядка 2500 км/ч, или 700 м/с (М = 2,35). Грузоподъемность МиГ-31 достигает нескольких тонн, что позволяет взять ракету на борт.

Ракеты, летящие по аэробаллистическим траекториям, запускают и с земли, – например, 9М723 тактического комплекса «Искандер». МиГ-31 поднять ее тоже способен: длина ракеты составляет 7,3 м, диаметр – 0,92 м, масса – 3,8 т.

При пуске с самоходной пусковой установки скорость ракеты в конце разгонного участка равна 2100 м/с, увеличиваясь в дальнейшем падении до 2600 м/с и снижаясь у цели до 700-800 м/с. В баллистическом варианте полета траектория может подниматься выше 100 км; в аэробаллистическом большая ее часть проходит на высоте около 50 км, при этом активно используется аэродинамика разреженной атмосферы.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
"Кинжал": возможная схема
"Кинжал": возможная схема MILITARY ORG

За счет подъемной силы аэробаллистическая ракета не только увеличивает свою дальность. Снаряд использует ее также для противоракетного маневрирования. Чем энергичнее маневрирование и выше его перегрузки, тем сложнее перехват, требующий от противоракеты в разы больших перегрузок. Для аэробаллистической ракеты рост создаваемых перегрузок означает увеличение аэродинамических потерь и снижение скорости, для поддержания которой нужна тяга двигателя либо расход высоты. Поэтому маневрирование строится как баланс между противоракетной эффективностью и потерей энергии движения.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Для создания авиационного ракетного комплекса пришлось адаптировать и самолет, и ракету. При переоборудовании для подвески столь тяжелой ракеты МиГ-31 лишился другого вооружения и получил новое обозначение – МиГ-31К. У ракеты же изменили хвостовой отсек, снабдив обтекателем и дополнительными стабилизаторами, доработали геометрию передней части корпуса. Авиационному варианту ракеты присвоили обозначение 9-С-7760 (согласно другим источникам – Х47М2). А авиационный ракетный комплекс в целом назвали «Кинжал».

Стратосферный пуск ракеты экономит две части энергии ее полета: снижает гравитационные потери, возникающие при подъеме на эту высоту, и аэродинамические потери на прохождение плотных слоев атмосферы. Эти две неизрасходованные части реализуются в прибавку скорости после выключения двигателя. Из-за большого веса ракеты ее запускают не с максимальной высоты полета истребителя, а ниже, примерно с 15 км. Откуда она, отделившись и отойдя вниз от самолета-носителя, начинает набор высоты и разгон в направлении цели.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Важна и добавка скорости самолета. Итоговая скорость ракеты после выключения двигателя оказывается намного выше, чем при пуске с земли; авиационный ракетный комплекс серьезно увеличивает возможности ракеты. «Кинжал» превращается в меч дальнобойностью в тысячи километров.

Преобладающую часть пути ракета проходит со скоростями М > 5, активно используя аэродинамическую подъемную силу для формирования траектории и маневрирования. Эти два момента позволяют называть ее гиперзвуковой, хотя гиперзвукового прямоточного двигателя у ракеты нет. Она разгоняется примерно до 3 км/с (порядка М = 10).

Точное попадание, или скрытая работа математики

Точность ракеты при поражении точечных целей может достигать нескольких метров. Для этого применяют оптическую головку самонаведения и корреляционно-экстремальный метод. В ракету загружаются фотографии местности вокруг цели, сделанные со спутника или беспилотника. Головка самонаведения распознает местность, и ракета переходит в режим самонаведения. Система управления сравнивает эталонное изображение местности с наблюдаемым – степень совпадения этих двух изображений называется корреляцией.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

По мере приближения к цели компьютер вычисляет, какие коррекции полета увеличат корреляцию до максимума, и система управления дает соответствующие команды рулям.

Переход на самонаведение ценен также работой по цели, сместившейся за время полета ракеты. Именно поэтому «Кинжал» способен атаковать не только стационарные цели, но и движущиеся, например идущие корабли. При оснащении термоядерной боевой частью ракета в состоянии уничтожить авианосец или линкор, не говоря уже о кораблях поменьше.

Dron null
Dron null 23 Сентября 2021, 10:16
Параболической траектории БЫТЬ НЕ МОЖЕТ ДАЖЕ В ИДЕАЛЕ! Парабола - вторая космическая скорость! Больше неё - гипербола, ниже - эллипс!!! Все ракеты падающие и не могущие уйти от Земли (без учёта влияния атмосферы) летят по эллипсу. Автор безграмотен.
Загрузка статьи...