Виктор Князьков - На стартовой позиции
Системы телеуправления, или системы дистанционного управления, характеризуются тем, что траектория ракеты определяется наземным пунктом. А команды управления передаются на борт ракеты по радио.
Системы самонаведения — наиболее точные, но имеют наименьший радиус действия. У таких ракет есть специальное устройство, которое автоматически следит за целью. Счетно-решающее устройство определяет положение ракеты относительно цели, вырабатывает командные сигналы и передает их на органы управления.
В комбинированных системах стараются сочетать положительные свойства разных систем управления. Например, можно использовать принцип инерциального управления и самонаведения. Большую часть пути ракета будет управляться инерциально по программе, а при подлете к цели — чтобы увеличить точность попадания — используется самонаведение.
Любая система управления включает два комплекта приборов: наведения и стабилизации. Первый определяет наивыгоднейшую для поражения цели траекторию и корректирует полет по направлению к цели. Второй следит, чтобы ракета не отклонялась от траектории, задаваемой приборами наведения при воздействии посторонних возмущающих факторов.
Как же происходит процесс управления? С момента старта на рули ракеты непрерывно поступают управляющие команды: либо от специального бортового устройства, либо с земли по радио. Рули выполняют эти команды, задаваемые приборами наведения. Этим и определяется характер траектории ракеты от места старта до цели.
На ракету во время полета действуют различные возмущающие воздействия. Пусть, например, сильный порыв ветра «попытался» отклонить ракету от расчетной траектории. Чувствительные датчики — измерительные органы — моментально зафиксируют величину этого отклонения и его направление. Бортовое вычислительное устройство, используя эти данные, вырабатывает корректирующие команды. Они затем усиливаются, преобразуются и передаются на исполнительные органы. Последние разворачивают ракету и возвращают ее на траекторию полета к цели.
НЕКОТОРЫЕ ТИПЫ РАКЕТРассмотрим сначала устройство жидкостной ракеты с вытеснительной системой подачи топлива. Называется она так потому, что компоненты топлива подаются в камеру сгорания путем вытеснения их из баков газом. Эту функцию выполняет специальный агрегат, называемый аккумулятором давления. Он — обязательный элемент вытеснительной системы.
Аккумулятор — это баллон с газом. Давление в нем высокое — до 300–350 атмосфер. Чтобы снизить его до рабочего давления подачи, используется газовый редуктор. Он настраивается таким образом, чтобы обеспечить превышение давления на форсунках по сравнению с камерой сгорания на 3–7 атмосфер. Такой избыток необходим для подачи компонентов топлива в камеру и их хорошего распыления и перемешивания перед сгоранием.
Так как давление в баках горючего и окислителя довольно высокое и оно поддерживается постоянным во все время работы двигателя, то стенки их делаются достаточно толстыми, прочными. Иначе баки может разорвать. Поэтому часто ЖРД с такой системой подачи называют двигателями с нагруженными баками. Они обычно применяются для относительно небольших ракет.
Конструкция данной ракеты такова, что аккумулятор давления расположен в межбаковом пространстве. Над ним — бак окислителя, ниже его — бак горючего. Окислитель поступает по трубопроводу непосредственно к форсункам и через них в камеру сгорания. Горючее проходит более сложный путь. Чем это вызвано?
Вспомним, что ракетный двигатель — очень мощная тепловая машина. Это можно проиллюстрировать хотя бы известным примером из ракетно-космической техники: двигатель ракеты-носителя корабля «Восток» имел мощность в 20 миллионов лошадиных сил — целые три Братские гидроэлектростанции! Подобные мощности достигаются за счет того, что в камеру сгорания через специальные распылительные форсунки поступают каждую секунду сотни килограммов горючего и окислителя. Температура газов внутри камеры сгорания может достигать. 3000–3500 градусов, а максимальное давление до 50–60 атмосфер. Какие же из существующих материалов могут выдержать столь чудовищную температуру? Сталь?
Но и она плавится при температуре 1400 градусов. Значит, тупик? Неразрешимое противоречие? Однако конструкторы нашли весьма остроумное решение. Они предложили сделать стенки камеры сгорания двойными, подобно рубашке охлаждения автомобильного двигателя. Только вместо воды туда поступает один из компонентов топлива, в данном случае горючее. Оно отбирает у стенок камеры тепло и, уже подогретое, подходит к форсункам — благодаря этому еще и улучшаются условия горения топлива.
Жидкостная ракета с вытеснительной системой подачи топлива:1— корпус ракеты; 2 — боевая часть (полезный груз); 3 — взрывательное устройство; 4 — приборный отсек; 5 — бак окислителя; 6 — бак горючего; 7 — баллон со сжатым газом; 8 — редуктор, понижающий давление газа; 9 — пусковой клапан; 10 — заборное устройство окислителя; 11— заборное устройство горючего; 12 — камера сгорания; 13 — сопло камеры сгорания; 14 — воздушные рули; 15 — газоструйные рули; 16 — механизм отделения головной частиКак же происходит запуск и работа такого двигателя?
Подается команда на пусковой клапан, который открывает дорогу сжатому газу из баллона к редуктору, а из последнего — в баки горючего и окислителя. Давление в баках поднимается до рабочего и компоненты, прорвав разрывные мембраны, установленные в трубопроводах, устремляются к форсункам.
Через них компоненты впрыскиваются в камеру. Топливо воспламеняется либо от специального пиротехнического устройства, либо «самостоятельно», если компоненты самовоспламеняющиеся. В дальнейшем за счет высокой температуры газов горение поддерживается автоматически до полной выработки топлива или когда подача топлива прекратится, то есть двигатель будет выключен по команде системы управления. Для прекращения подачи служат отсечные клапаны, которые устанавливаются в магистралях подачи компонентов.
Между боевым зарядом и баком окислителя располагается отсек с приборами управления. Что заставило конструкторов разместить их именно там, в верхней части ракеты? Причина тому — ракетный двигатель. Он — источник сильной тряски, так называемой вибрации, высоких температур. Потому-то «нежная» аппаратура электронного «мозга» удалена от «грубого» ракетного двигателя.
Жидкостная ракета с насосной системой подачи топлива: 1— корпус ракеты; 2 — боевая часть; 3— взрывательное устройство; 4 — приборный отсек; 5 — бак окислителя; 6 — бак горючего; 7 — баллон со сжатым газом; 8 — газовый редуктор (понижающий); 9— пусковой клапан; 10 — обратные клапаны; 11 — клапан горючего; 12 — клапан окислителя; 13 — жидкостный генератор газа; 14 — газовая турбина; 15 — насос горючего; 16 — насос окислителя; 17 — управляющие (верньерные) двигатели; 18 — механизм отделения головной части; 19 — камера сгорания; 20 — сопло камеры сгоранияИсполнительными органами системы управления являются рули воздушные и газоструйные. Воздушные рули, естественно, эффективно действуют лишь тогда, когда ракета летит в плотных слоях атмосферы с высокой скоростью. Газоструйные рули помещают в поток газов, истекающих из сопла двигателя. Они обеспечивают управление ракетой на любых скоростях полета, но только при работающем двигателе.
По назначению различают: рули высоты, управляющие движением ракеты в вертикальной плоскости, т. е. по углу тангажа; рули курса, управляющие движением по направлению в горизонтальной плоскости, т. е. по углу рыскания; те и другие рули могут работать как элероны, т. е. поворачивать ракету относительно ее продольной оси, т. е. по углу крена.
Теперь мы познакомимся с жидкостной ракетой с насосной системой подачи топлива. Здесь изображен один из ее возможных вариантов.
Насосные — их еще называют нагнетательными — системы подачи компонентов топлива используются, как правило, для ЖРД с большой тягой, то есть для двигателей ракет, имеющих сравнительно большие баки окислителя и горючего.
Существенная особенность такого двигателя — компоненты топлива подаются в камеру сгорания насосами, которые приводятся во вращение газовой турбиной. В данном случае источником энергии турбины является жидкостный генератор, работающий на основных компонентах топлива: часть горючего и окислителя подается в генератор и от сгорания в нем превращается в газ, который в качестве рабочего тела подается на лопатки турбины. В других вариантах источником энергии для привода турбин может служить сжатый газ, продукты сгорания пороховой шашки и т. д.
