Реферат: Баллистические ракеты с ядерными боеголовками для подводных лодок

И.И. Величко, доктор технических наук профессор, лауреат Ленинской и Государственной премий; Е.М. Кутовой,кандидат технических наук, капитан 1 ранга

У истоков отечественных работ по созданию морских баллистических ракет стоял академик Сергей Павлович Королев. Он был первопроходцем и основателем нового направления использования этого совершеннейшего “продукта” научной и конструкторской мысли. По проекту ОКБ-1 (НИИ-88), возглавляемого С.П.Королевым, на базе его оперативно-тактической ракеты Р-11 была создана и испытана морская баллистическая ракета Р-11ФМ, пуск которой 16сентября 1955г. стал первым в мире стартом боевой баллистической ракеты с подводной лодки.

В последующие годы созданы и приняты на вооружение 7 стратегических ракетных комплексов и 12 их модификаций. Еще два комплекса были разработаны и приняты в опытную эксплуатацию. Главным конструктором этих семи комплексов, принятых на вооружение, и единственного в мире опытного противокорабельного комплекса с баллистической ракетой стал талантливый ученик и последователь С.П.Королева академик Виктор Петрович Макеев.

В создании баллистических ракет и ракетных комплексов, составивших основу морских стратегических ядерных сил, на различных этапах принимали участие крупные научно-исследовательские и проектно-конструкторские организации промышленности, Военно-Морского Флота, Академии наук и их выдающиеся ученые: академики В.С.Авдуевский, Е.Н.Аврорин, О.М.Белоцерковский, Б.А.Жуков, Е.И.Забабахин, Н.Н.Исанин, С.Н.Ковалев, А.Д.Конопатов, В.И.Кузнецов, В.П.Мишин, Е.А.Негин, И.Ф.Образцов, Н.А.Пилюгин, Ю.Н.Работнов, В.Г.Сакович, Н.А.Семихатов, И.Д.Спасский, В.Ф.Уткин, И.Н.Фридляндер, Ю.Б.Харитон, В.С.Шпак, М.К.Янгель, Н.Н.Яненко, члены-корреспонденты Академии наук А.П.Ваничев, Б.В.Гидаспов, Л.Н.Лавров, Б.В.Литвинов, В.Г.Пешехонов, В.Н.Соловьев, Л.П.Феоктистов, К.И.Щелкин, доктора наук Н.И.Боравенков, И.И.Величко, А.И.Вознесенский. В.В.Дмитриев, А.Д.Захаренков, А.М.Исаев, В.Я.Лихушин, Г.А.Матвеев, Е.Н.Мнев, Ю.А.Мозжорин, С.П.Парняков, В.Р.Серов, И.Т.Скрипниченко, Г.А.Тюлин, Я.А.Хетагуров, профессора В.П.Арефьев, В.Н.Богомолов, Я.Ф.Савченко и ряд других видных ученых и конструкторов. Их совместным самоотверженным трудом были решены сложные научные и технологические проблемы и обеспечено создание, развертывание и боевая эксплуатация на флотах мощнейших стратегических баллистических ракет, стартующих с подводных лодок на межконтинентальные дальности стрельбы из обширных районов Мирового океана.

Первые морские баллистические ракеты

В начале 50-х годов были созданы предпосылки для разработки морских баллистических ракет и вооружения ими подводных лодок. В подразделениях НИИ-88 и Институте вооружения ВМФ, который возглавлял Н.А.Сулимовский, исследовались различные аспекты вооружения кораблей и подводных лодок ракетным оружием. Практическое начало работ по созданию отечественных морских баллистических ракет связано с представлением С.П.Королевым руководству страны памятной записки, в которой предлагалось провести опытно-конструкторские работы по приспособлению разрабатываемой под его руководством оперативно-тактической ракеты Р-11 к запуску с подводной лодки. В январе 1954г. вышло Постановление Совета Министров СССР об исследовании возможности пусков баллистических ракет с подводных лодок, проведении проектно-экспериментальных работ по вооружению подводных лодок баллистическими ракетами дальнего действия и разработке на базе полученных результатов технического проекта подводной лодки с ракетным вооружением. В 1955г. была начата опытно-конструкторская разработка ракеты Р-11ФМ, а в 1956г. - ракеты Р-13 комплекса Д-2. Ракета Р-13, оснащенная мощной боеголовкой, стала первой морской баллистической ракетой, специально разработанной для подводной лодки. Эти ракеты по факту первенства относятся к выдающимся научно-техническим достижениям. При их создании реализовались этапные, характерные для всего отечественного ракетостроения решения, такие как: использование несущих баков и высококипящих компонентов топлива, переход от газовых рулей к качающимся рулевым камерам сгорания и переход от газогенераторной вытеснительной к турбонасосной системе подачи топлива, применение связанных оболочек камер сгорания и отделяемой боеголовки. В то же время стрельба с подвижного, качающегося основания и сопряжение ракетной системы управления с навигационным комплексом подводной лодки стали первым решением специфических задач морского ракетостроения.

Возможно вы искали - Реферат: Атакующие из пучины

Примененная на ракете Р-11ФМ боеголовка с атомным зарядом не отделялась от ракеты в полете. Первым отделяемым боевым блоком корабельных баллистических ракет стал блок ракеты Р-13. Перед разработчиками этого блока встала сложнейшая задача: вписать больших габаритов термоядерный заряд, созданный для межконтинентальной ракеты, в малогабаритную ракету подводной лодки, обеспечив при этом приемлемые эксплуатационные параметры и заданную дальность стрельбы. За решение задачи взялись молодые ядерщики и ракетчики, во главе которых стояли К.И.Щелкин и В.П.Макеев. Основная заслуга в создании этого уникального, даже по меркам сегодняшнего дня, боевого блока принадлежит К.И.Щелкину, принявшему решение о серьезной переработке конструкции уже испытанного боеприпаса под условия размещения в морской ракете. Это первая и на многие годы была единственной конструкцией блока с совмещенным (единым) корпусом заряда и самого блока. Ракеты Р-11ФМ и Р-13 могли стартовать с верхнего среза ракетной шахты подводной лодки, находящейся только в надводном положении. Это, безусловно, ограничивало боевое применение стратегического оружия и снижало боевой потенциал его носителя. Поэтому следующим логически обоснованным и необходимым шагом стало освоение подводного старта. Данная проблема была решена в опытно-конструкторской разработке комплекса Д-4 с ракетой Р-21, начатой в 1959г.

Создание ракеты с подводным стартом потребовало новых теоретических и экспериментальных исследований, разработки конструктивных и схемных решений по ракете, пусковой установке и системам ракетного комплекса, проведения значительного числа подводных пусков макетов и ракет. Над поиском и выбором рациональных решений по газодинамике старта, силовым и тепловым нагрузкам на ракету и лодку в тесном сотрудничестве с ракетчиками с 50-х годов работали научные коллективы Центрального аэрогидродинамического института. Центрального научно-исследовательского института машиностроения, Института вооружения ВМФ, Военно-морской академии, НИИ механики Московского университета и ряд других организаций страны.

Старт ракеты Р-21 осуществлялся из затопленной шахты подводной лодки запуском маршевого двигателя в так называемый воздушный “колокол”, образованный нижним днищем бака горючего и оболочкой хвостового отсека. Наличие “колокола” позволило демпфировать газодинамические процессы, протекающие при старте из глухой шахты без специальных газоотводов. Старт на маршевом двигателе не потребовал создания специальных корабельных устройств для катапультирования ракеты из шахты и обеспечивал возможность управляемого движения ракеты на подводном участке траектории.

Безударный выход ракеты из шахты движущейся подводной лодки при действии возмущений, обусловленных волнением моря и качкой корабля, обеспечивался применением бугельной схемы направления движения, конструктивно выполненной в виде жестких направляющих на шахте, и бугелей, установленных на корпусе ракеты. Технические решения по пусковой установке пружинно-механического типа были заимствованы в основном с наземных пусковых установок. Они требовали больших объемов шахт, имели массу, соизмеримую с массой ракеты, приводили к необходимости размещения в цистернах подводной лодки большого количества воды и перекачки ее в шахту при предстартовой подготовке.

Специфика подводного старта потребовала герметизации отсеков ракеты, электроразъемов, кабелей, пневмогидравлической аппаратуры, рассчитанной на давление забортной воды. В этой связи корпус ракеты был выполнен в виде единой цельносварной конструкции, а для герметизации был использован наддув воздухом кабельных стволов и стыка с боевым блоком.

Похожий материал - Реферат: Погибшие в космосе

Отработка подводного старта проводилась бросковыми пусками макетов ракеты со специально созданного погружаемого стенда и с дооборудованной подводной лодки проекта 613 на Черном море в 1957-1958гг. и далее - с подводной лодки Б-67 проекта ПВ-611 на Белом море в 1959-1960гг., с которой 10 сентября 1960г. и был выполнен первый в СССР успешный прицельный пуск баллистической ракеты из-под воды по боевому полю.

Ракетами Р-13и Р-21 вооружались подводные лодки проектов 629 и 629А главного конструктора академика Н.Н.Исанина, а также первый атомный ракетоносец/проектов 658 и 658М, созданный под руководством главного, а впоследствии генерального конструктора академика С.Н.Ковалева. Все последующие стратегические атомные ракетоносцы строились по его проектам.

Ракетные комплексы первого поколения сыграли определенную роль в балансе стратегических сил в 60-е годы. В процессе их создания родилась кооперация разработчиков как морских ракетных комплексов с баллистическими ракетами, так и носителей ракет - подводных лодок. Было отработано взаимодействие многочисленных научно-исследовательских институтов, конструкторских бюро, заводов-изготовителей, испытательных полигонов. Основу морской ракетной кооперации составили: Государственный ракетный центр (главный конструктор В.П.Макеев) - ракетный комплекс в целом; КБ химического машиностроения (главные конструкторы А.М.Исаев, В.Н.Богомолов) - двигатели; НПО автоматики (главный конструктор Н.А.Семихатов) - система управления; НИИ командных приборов (главный конструктор В.П.Арефьев) - по комплексу командных приборов; КБ транспортного машиностроения (главные конструкторы В.П.Петров, В.Н.Соловьев) - по наземному оборудованию; Всероссийский НИИ технической физики (научные руководители Е.И.Забабахин и К.И.Щелкин, главный конструктор зарядов Б.В.Литвинов) - по боезаряду и боеприпасу в целом; Всероссийский НИИ экспериментальной физики (научный руководитель Ю.Б.Харитон, главный конструктор Е.А.Негин) - по боезаряду; НИИ вооружения ВМФ (начальник Н.А.Сулимовский) и Государственный центральный морской полигон (начальник И.А.Хворостянов) - по обоснованию тактико-технических требований и облика комплекса, научно-техническому сопровождению опытно-конструкторских работ, испытаниям комплекса, разработке руководящих боевых и эксплуатационных документов.

На первом этапе разработки морских баллистических ракет были решены две важнейшие задачи: реализация старта баллистической ракеты с подвижного и качающегося основания при постоянно меняющихся координатах точки старта и направления на цель, что дало возможность создать стратегические системы с принципиально новым качеством - подвижностью пусковой платформы; осуществление старта баллистической ракеты из подводного положения, что позволило придать морским стратегическим силам принципиально новое качество - повышенную скрытность и малую уязвимость.

Баллистические ракеты средней и межконтинентальной дальностей

Результаты, полученные при разработке отечественных баллистических ракет подводных лодок (БРПЛ) первого поколения, и сопоставление их с американскими достижениями привели к постановке вопроса о необходимости качественного скачка в развитии морских стратегических сил. Ясны были и основные направления их развития: многократное увеличение боекомплекта ракет на подводной лодке; снижение габаритов ракет, боеголовок, пусковых установок (ракетно-стартовых систем) и ракетных шахт; автоматизация процессов обслуживания ракет при хранении, предстартовой подготовке и залповой стрельбе; всемерное повышение тактико-технических характеристик и эксплуатационных качеств ракет и ракетных комплексов и т.п. Целью разработки новых комплексов было обеспечение развития второй эффективной составляющей стратегических ракетных сил страны - морских стратегических ядерных сил. Для достижения этой цели был необходим значительный прогресс в отечественном морском ракетостроении.

Очень интересно - Реферат: Регулярный военный флот Петра Великого

Основные характеристики ракетных комплексов подводных лодок с баллистическими ракетами

В 1961г. началась разработка твердотопливной морской баллистической ракеты. Однако состояние и возможности отечественного твердотопливного двигателестроения того времени, с одной стороны, а также требование улучшения тактико-технических характеристик ракетного оружия - с другой, не позволили в полной мере реализовать поставленные задачи: работы над морской ракетой были доведены до огневых стендовых испытаний ее двигателей и первого летно-конструкторского испытания макета ракеты с плавучего стенда для отработки способа пуска (на вооружение была принята только сухопутная ракета).

В начале работ над ракетами подводных лодок второго поколения были получены существенные результаты в области жидкостного двигателестроения, создания бортовых и корабельных систем управления, гироприборов, боезарядов, боеголовок. Среди множества проблем, которые тогда возникли, наиболее сложными были: достижение приемлемых габаритов ракеты при существенном росте тактико-технических характеристик, создание принципиально новых малогабаритных пусковых установок и качественно новых двигательных установок, достижение существенного прогресса в боевых блоках, бортовых и корабельных системах управления, автоматизация обслуживания, подготовки старта и залповой стрельбы боекомплекта ракет, реализация заводской заправки ракет топливом с ампулизацией баков, эксплуатация на флотах заправленных ракет, обеспечение всепогодности боевого применения и готовности к применению в любое время в любой точке Мирового океана и др. Все эти проблемы были решены при создании одноступенчатой (РСМ-25) и двухступенчатой (РСМ-40) ракет, которые стали основой для развития отечественного морского ракетного оружия.

Можно определенно утверждать, что в 1961-1962гг. было не только заложено новое поколение баллистических ракет подводных лодок, но и сформировано новое направление отечественного ракетостроения, созданы основы школы морского ракетостроения, во главе которой стоял В.П.Макеев. Оригинальность и системность технических решений, их многоплановость и способность к адаптации к изменяющимся требованиям, предельное внимание к проблемам безопасности и надежности, создание стройной системы наземной отработки и летных испытаний, постоянное совершенствование тактико-технических характеристик и эксплуатационных качеств, неизменная атмосфера доверительности и творческого сотрудничества в кооперации разработчиков, постоянные и плодотворные связи с научными организациями и высшими учебными заведениями отличали и отличают работу макеевской школы морского ракетостроения.

Среди решенных проблем и разработанных направлений следует отметить центральные, которые не только сформировали облик ракет второго поколения, но и определили на многие годы пути развития морских комплексов. Прежде всего, речь идет о пионерских конструктивно-компоновочных схемных решениях по ракете, связанных с практически полной ликвидацией объемов ракеты, не залитых топливом, с совмещением функций нескольких традиционных элементов в одном, внедрением нетрадиционных схем нагрузки конструкций.

Вам будет интересно - Реферат: Вооружение подводных лодок

Основным решением, кардинально сократившим габариты ракеты, было введение “утопленной схемы” двигательной установки - расположение двигателей в баках горючего или окислителя. Это предложение было выработано в КБ химического машиностроения, которым руководил А.М.Исаев, совместно с КБ В.П.Макеева. Оно привело к сокращению габаритов ракеты, ликвидации на ракете сухих отсеков для размещения двигательных установок, были созданы двигатели нового класса: без какого-либо обслуживания после изготовления, без каких-либо разъемных соединений и вместе с тем имеющие новый более высокий уровень энергомассовых характеристик. Такой же пример научно обоснованного и системного проектирования дали решения по цельносварным корпусам многоступенчатых ракет, по размещению рулевых приводов в компоненте топлива, использованию “вафельных” оболочек, созданию неразъемных переходников от стальных элементов двигателя к алюминиевому корпусу ракеты, а также решения вопросов качания камер сгорания, расположенных в компоненте топлива, разделения сваренных ступеней и их отделения без специальных механизмов. При разработке принципиально нового корпуса малогабаритной ракеты, выдерживающего повышенные перегрузки и избыточное наружное давление, были созданы предпосылки для проектирования новых ракетно-стартовых систем при совместной компоновке ракеты и пусковой установки.

Исходя из отмеченных ранее недостатков стартовых систем первого поколения, коренному пересмотру подверглась вся концепция проектирования ракетно-стартовых систем, а разработку собственно пусковых установок взяло на себя головное КБ В.П.Макеева. В основу дальнейших разработок были положены принципиально иные решения: вместо жесткого крепления ракеты относительно пусковой шахты она свободно подвешивалась в шахте на упругих связях с нелинейными силовыми характеристиками, при этом допускались колебания относительно шахты при эксплуатации; вместо передачи на ракету нагрузок в виде точечных сил через специальные устройства было предложено распределить эти силы по нескольким кольцевым зонам, расположенным на разных уровнях по длине ракеты, с использованием резинометаллических амортизаторов; вместо направления движения ракеты при погрузке и старте с помощью пары бугель-направляющих стали использовать для этих целей либо внутреннюю стенку шахты, либо непосредственно оболочку ракеты.

Суммарный эффект был весьма высоким. Кольцевой зазор и масса пусковой системы уменьшились на порядок, а ракета соответственно увеличилась почти до размеров самой пусковой шахты; огромные цистерны кольцевого зазора уменьшились во много раз, а заполнение кольцевого зазора перестало лимитировать время предстартовой подготовки, в результате чего сократились послестартовый разбаланс подводной лодки и его влияние на скорострельность.

Принципиальным для морских ракетных комплексов явились обеспечение высокой точности стрельбы и подготовка полетного задания при стрельбе по любому направлению, в любое время, из любой точки океана в пределах досягаемости ракет. Особенность этой задачи - специфические требования к системам управления для морских комплексов: старт ракеты с подвижного основания с ненулевыми начальными условиями при весьма неблагоприятных динамических характеристиках ракеты как объекта управления. При этом комплекс должен обладать свойствами всепогодности и инвариантности к месту старта, а также, в определенных пределах, к точности знания азимутального направления. Аппаратура управления должна также обеспечивать практически автоматическое проведение регламентных проверок, предстартовой подготовки и старта всех ракет, предназначенных к пуску (до полного боекомплекта лодки).

В 60-е годы попытки решения возложенных на систему управления функций и задач с помощью аналоговой аппаратуры, а также уровень развития навигационного обеспечения подводных лодок не оставляли никаких надежд на успешное их осуществление и реализацию приемлемой точности стрельбы для ракет средней, а тем более межконтинентальной дальностей стрельбы. Выход был найден. Это разработка и применение на борту ракеты прецизионных гироскопических устройств, работающих в вакууме, а также системы астрокоррекции, переход от аналоговых к цифроаналоговым и затем полностью к цифровым системам с применением высокопроизводительных малогабаритных бортовых цифровых вычислительных комплексов и корабельных цифровых вычислительных систем со специальным математическим обеспечением. Внедрение коррекции траектории по внешним ориентирам стало этапным и приоритетным для боевых ракет решением.

Похожий материал - Реферат: Подводная лодка "Дельфин"

В итоге предстартовая подготовка и залповая стрельба боекомплектом ракет стали осуществляться централизованно: одним оператором с пульта управления ракетным оружием, единым автоматизированным комплексом систем управления, включающим саму систему управления, корабельную цифровую вычислительную систему, систему прицеливания и аппаратуру управления корабельными системами повседневного и предстартового обслуживания.

Помимо роста эффективности и боевых возможностей морских ракет второго поколения, другое важное достижение - скачок в эксплуатационных качествах жидкостных ракет. Среди множества технических решений, обеспечивающих этот скачок, главным является заводская заправка ракеты топливом, завершающаяся ампулизацией баков путем заварки заправочных клапанов. Она обеспечила существенный рост гарантийных сроков эксплуатации и обусловила экологическое совершенство морских ракет, поскольку исключила заправочные работы на флотах и возможные при этом проливы компонентов.

Успешному решению технолого-производственных задач, которые позволили разработать и внедрить заводскую заправку и ампулизацию ракет, перспективные методы формообразования и механической обработки “вафельных” оболочек и других корпусных деталей ракет, аргонодуговую и электронно-лучевую сварки, прочно-плотные соединения разнородных металлов, высокоэффективные композиционные материалы, способствовало тесное взаимодействие разработчиков со Златоустовским машиностроительным заводом (директора В.Н.Коновалов и В.Х.Догужиев), Красноярским машиностроительным заводом (директора В.П.Котельников и В.К.Гупалов), Омским авиационным заводом (директор С.С.Бовкун).

Комплексы с ракетами РСМ-25 средней дальности и РСМ-40 межконтинентальной дальности стрельбы были приняты на вооружение ВМФ соответственно в 1968 и 1974гг. и до конца 70-х годов составляли основу морских стратегических ядерных сил. Ими были вооружены подводные лодки “Навага” и “Мурена”. При их создании был достигнут мировой приоритет в межконтинентальной дальности стрельбы морских ракет и в применении астрокоррекции на боевых ракетах. В 1980г. был создан комплекс с первой морской твердотопливной моноблочной ракетой РСМ-45 средней дальности стрельбы разработки главного конструктора П.А.Тюрина (КБ “Арсенал” им. М.В.Фрунзе). Комплекс в течение 10лет находился в опытной эксплуатации на подводной лодке.

Морские ракетные комплексы с разделяющимися головными частями