книги / Проектная оценка параметров ракетного двигателя твердого топлива

«Минитмен» (LGM-30 “Minuteman”) (LGM-30 «Минитмен-

ополченец») – семейство американских твердотопливных межконтинентальных баллистических ракет (МБР) наземного базирования. Первая в мире твердотопливная МБР; одна из самых массовых МБР в истории. В настоящее время единственная наземная МБР ВВС США.

По мере развития военной технологии американские военные высказали сомнения в эффективности дальнейшей ставки на пилотируемые бомбардировщики. Развитие сверхзвуковых истребителейперехватчиков и управляемых зенитных ракет делало уязвимыми даже перспективные сверхзвуковые бомбардировщики. Высокая стоимость бомбардировщиков не позволяла модернизировать и обновлять парк так же быстро, как это можно было делать с истребителями и зенитными ракетами. Существовали опасения, что в перспективе развитие средств защиты приведет к резкому снижению боевой эффективности стратегических ядерных эскадрилий ВВС США.

Выходом из положения стала переориентация ВВС США с пилотируемых бомбардировщиков на управляемые ракеты. Особый интерес представляли баллистические ракеты; высокая скорость и высота траектории полета делали защиту противника от баллистических ракет чрезвычайно сложным мероприятием.

Ввиду этого еще в начале 1950-х гг. была возобновлена программа разработки дальней баллистической ракеты SM-65 «Атлас». В 1951 г. ВВС США оформили контракт с Convair на разработку баллистической ракеты, способной доставлять термоядерные заряды на межконтинентальные дистанции. Ввиду значительного технического риска военные решили перестраховаться и заключили контракты с другими фирмами на параллельную разработку основных компонентов новой ракеты. В дальнейшем эта «резервная» программа была переориентирована на разработку второй американской межконтинентальной баллистической ракеты HGM-25 «Титан». В 1956 г. главой отдела разработки твердотопливных ракетных двигателей был назначен полковник ВВС США Эдвард Холл, благода-

41

ря инициативе которого продвигались организационные, научные и технические решения в деле создания твердотопливных межконтинентальных баллистических ракет.

Низкие энергетические характеристики твердого топлива считались основным препятствием на пути создания дальнобойных твердотопливных ракет. Фирма Thiokol предложила новые виды твердого топлива, в частности топливные смеси на базе перхлората аммония. Британские ракетчики за счет совершенствования общей архитектуры твердотопливных двигателей повысили эффективность процесса горения и значительно увеличили тягу. Они предложили идею сплошной цилиндрической шашки твердого топлива с оформленным в центре каналом в форме звезды; подобное решение обеспечивало горение топлива по всей длине шашки и защищало стенки двигателя от перегрева (до выгорания топлива). Успешно была разрешена другая ключевая проблема – эффективное прерывание горения твердотопливного двигателя, необходимое для отключения двигателя в рассчитанный момент.

Хотя работы по программе Thiokol были перспективны, ВВС США не проявляли особенного интереса к твердотопливным ракетам и ключевое место по-прежнему занимала проблема низких энергетических характеристик твердого топлива. ВВС США опасались, что принятие на вооружение твердотопливных МБР заставит отказаться от тяжелых термоядерных боевых частей и для эффективного поражения целей придется развертывать все больше и больше ракет. В результате в первую очередь твердотопливными двигателями заинтересовался ВМФ США, оценивший их преимущества в безопасности и обслуживании.

На пути создания твердотопливных МБР неожиданно встал вопрос о системах наведения. Предшествующие МБР на жидком топливе нуждались в занимавшей 10–15 мин заправке перед стартом; за это время инженеры приводили в действие гироскопы инерциальной системы наведения, устанавливая координаты стартовой позиции, и вводили в систему управления координаты цели.

42

Одно из основных преимуществ твердотопливных МБР – высокая боеготовность. Чтобы реализовать это преимущество, были решены задачи совершенствования гироскопов (аэростатические опоры), перехода от аналоговых вычислителей к программируемым цифровым компьютерам общего назначения. Используемый для управления ракетой компьютер D-17 был одним из первых транзисторных компьютеров, хранящих данные на жестком магнитном диске; чтобы заставить его работать надежно, ВВС США и фирма North American Aviation вложили огромные средства в повышение надежности транзисторов. Работы по программе твердотопливной МБР имели большое значение для развития электроники. Программируемый компьютер D-17 держал в памяти координаты цели и мог быть перенацелен путем перепрограммирования за сравнительно короткое время – по сравнению с прежними аналоговыми компьютерами, которые можно было перенацелить только путем физической перестройки цепей. Программа компьютера могла оптимизироваться и обновляться, что привело к значительному повышению точности ракеты. Первоначально развернутая с параметром кругового вероятного отклонения КВО = 2,0 км ракета претерпела несколько модернизаций, что позволило к 1965 г. снизить КВО приблизительно вдвое до величины 1,1 км.

В 1957 г. запуск первого искусственного спутника Земли продемонстрировал возможности советского ракетостроения. Для военных США это оказалось неприятным сюрпризом – предположение, что СССР может опережать в области межконтинентальных баллистических ракет, грозило нарушить американское превосходство в стратегических ядерных силах. Основная ядерная стратегия США в то время основывалась на доктрине «массированного возмездия». Предполагалось, что в случае нападения по агрессору должен быть нанесен массированный ядерный удар, направленный против его гражданских целей (в первую очередь – городов и промышленных центров). Неприятель, зная это, не рискнет напасть. Таким образом, угроза «массированного возмездия» должна была предупреждать агрессию как таковую. Однако стратегические бомбардировщики

43

были слишком уязвимы на своих базах, чтобы являться надежным средством обеспечения ответного удара; внезапная атака могла уничтожить их, не дав взлететь. Таким образом, необходимость срочной переориентации ядерного арсенала на МБР стала очевидной для ВВС США.

К началу 1960-х гг. у ВВС США появился неожиданно мощный конкурент в виде ВМФ, начавшего развертывание атомных подводных лодок, вооруженных ракетами «Поларис». Неуязвимые для внезапного удара (в отличие от аэродромов стратегических бомбардировщиков или баз МБР), подводные лодки представляли собой эффективное средство «массированного возмездия». Командование ВВС США опасалось, что в конечном итоге флот получит монополию на стратегические ядерные средства, а стратегические воздушные силы будут ликвидированы.

Придя к власти, президент Кеннеди счел, что доктрина «массированного возмездия» недостаточно гибка для применения в реалистичной ситуации. Главным ее недостатком было полное отсутствие гибкости, что было наглядно продемонстрировано во время Карибского кризиса – любая конфронтация приводила к немедленному началу ударов по гражданским целям и война автоматически приобретала тотальный характер, ведущий к взаимному уничтожению сторон. В качестве альтернативы была постулирована концепция «гибкого реагирования». Она предполагала, что ответ на действия неприятеля зависит от характера этих действий; таким образом, в случае неядерной агрессии США попытались бы сдержать неприятеля конвенционными средствами и тактическим ядерным оружием и лишь в случае неудачи прибегли бы к стратегическим ядерным ударам, направленным против военных целей в тылу противника. Гражданское население более не рассматривалось как приоритетная цель; угроза гражданскому населению сохранялась только как гарантия от аналогичных угроз со стороны противника.

В рамках концепции «гибкого реагирования» стратегические ядерные силы США рассматривали в качестве основных целей военные объекты неприятеля – цели точечные и зачастую хорошо за-

44

щищенные, требующие для разрушения точного попадания. Баллистические ракеты подводных лодок в то время не обладали требуемой точностью; таким образом, задача поражения военных объектов противника должна была быть возложена на наземные МБР. Понимая это, ВВС США постулировали переход к концепции контрсиловых ударов, направленных против военных объектов неприятеля. Для этой цели необходимо было развернуть значительно больший арсенал МБР, чем существовавший в то время.

Ключевым элементом новой стратегии ВВС стала новая твердотопливная ракета, получившая название LGM-30 «Минитмен». Ее дешевизна, простота базирования и надежность позволяли разворачивать «Минитмены» в гораздо больших количествах, чем прежние жидкостные «Атласы» и «Титаны». Предполагалось развернуть достаточно большое количество «Минитменов», чтобы ядерный арсенал ВВС США мог пережить советскую атаку в достаточном количестве, чтобы нанести мощный ответный удар советской военной инфраструктуре.

Основным преимуществом «Минитмена» перед предшествующими ракетами был его цифровой компьютер. За счет улучшения качества программного обеспечения можно было оптимизировать траекторию и улучшить точность ракеты без необходимости в механических модернизациях. Достигнутый КВО 1,2 км обеспечил ракете точность, сравнимую с пилотируемыми бомбардировщиками. Представлялось возможным и дальнейшее улучшение, вплоть до 0,5 км. Кроме того, компьютер ракеты мог держать в памяти до 8 целей одновременно, что позволяло чрезвычайно гибко адаптировать стратегию. На основании этих преимуществ ВВС США приняли решение сделать «Минитмен» основой своего ядерного арсенала.

Ракета «Минитмен» – это трехступенчатая твердотопливная межконтинентальная баллистическая ракета. Ее вес (полностью заправленной) составляет около 30 т, длина – около 17 м в зависимости от модели и максимальный диаметр – 1,68 м.

Первая ступень ракеты использует быстро выгорающий твердотопливный двигатель Thiokol M55, развивающий тягу в 933 кН.

45

Двигатель используется для вывода ракеты из пусковой шахты и набора высоты; он рассчитан примерно на 60 с работы. Единственная топливная шашка двигателя имеет канал в форме шестилучевой звезды, обеспечивающий стабильное горение. Четыре сопла двигателя могут отклоняться на угол до 8 градусов от вертикали, обеспечивая тем самым управление ракетой на стартовом участке.

Вторая ступень ракеты ис-

пользует твердотопливный двига-

тель Aerojet General M56 тягой до

Третья ступень ракеты первоначально была меньшего диаметра, чем первая и вторая, и была оснащена твердотопливным двигателем Hercules M57 тягой в 163 кН. Время работы двигателя составляет 60 с; он оснащен отсекающими боковыми портами, которые при отсечении горения двигателя выдают тормозной импульс, обеспечивающий немедленное отделение третьей ступени от полезной нагрузки. В дальнейшем на третьей ступени был установлен новый двигатель Aerojet/Thiokol SR73-AJ/TC-1, способный выводить на траекторию существенно более тяжелую разделяющуюся головную часть с тремя боевыми блоками индивидуального наведения. Даль-

46

ность «Минитмена» исходно составляла около 10 000 км; по мере совершенствования ракеты дальность действия возрасла и в итоге составила 13 000 км.

Модификации LGM-30A/B «Минитмен I» и LGM-30F «Минитмен II» вооружались термоядерными зарядами W-56, тротиловым эквивалентом 1,2 Мт каждая. Боеголовки производились в четырех модификациях с 1963 по 1969 г.; первые три модели имели проблемы с надежностью и к концу 1960-х были сняты с вооружения и заменены четвертой моделью. Они отличались очень высокой эффективностью – при весе заряда около 200 кг (220 кг – для четвертой модели) энерговыделение составляло порядка 4,95 кт на килограмм веса.

Высокая точность попадания в комбинации с мощным зарядом боевой части делали «Минитмен» эффективным средством поражения защищенных целей, например ракетных шахт противника. Достигнутое на «Минитмене-II» КВО менее 500 м позволяло поражать практически любые существующие в то время модели ракетных шахт; сверхдавление ударной волны на такой дистанции превышало 1000 фунтов на квадратный дюйм (около 70 кг/см2). Это соответствовало роли «Минитмена» как средства первого удара по военным объектам противника.

Модификация LGM-30G отличалась от предшествующих тем, что несла три отдельные боевые части с зарядами W-62, с тротиловым эквивалентом в 170 кт каждый. Это была первая в мире ракета, на которой применили разделяющиеся головные части индивидуального наведения; специальный блок разведения, оснащенный собственной жидкостной двигательной установкой Rocketdyne RS-14, последовательно выводил головные части на индивидуальные траектории, позволяя ракете поразить три отдельные цели (или одну сильно защищенную цель – тремя боеголовками).

В дальнейшем боевые блоки на LGM-30G были заменены на W-78, с зарядом в 350 кт. В 2003 г. США, демонстрируя свою готовность к ядерному разоружению, приняли решение демонтировать свой арсенал первого удара, перевооружив «Минитмены» на моно-

47

блочные. В настоящее время все «Минитмены» в арсенале США несут по одному заряду W-78 либо W-87 (снятые с тяжелых MX) эквивалентом в 457 кт. Освободившийся вес использован для размещения дополнительных средств преодоления ПРО.

LGM-30A/B «Минитмен-I»

Первая ракета исходной серии была поставлена на вооружение в конце 1962 г. Первые «Минитмены» серии LGM-30A развертывались на базе «Мальмстрем» (штат Монтана).

В дальнейшем «усовершенствованные» ракеты LGM-30B были развернуты на четырех других авиабазах. Производство новых ракет велось невероятными темпами: более 800 ракет было изготовлено с 1962 по 1965 г. Фактически каждые сутки в 1963–1964 гг. в строй вступало по новой ракете.

их неуязвимыми для внезапного нападения. Предполагалось создать до 30 ракетных поездов, каждый из которых нес бы по 5 ракет; про-

48

тотипы поездов были построены и проведены опыты по их развертыванию, но в итоге идея была сочтена слишком дорогой.

LGM-30F «Минитмен-II»

Еще до того, как «Минитмен» поступил на вооружение, военные, воодушевленные перспективами новой ракеты, инициировали программу усовершенствований в 1962 г. Первые образцы улучшенной ракеты, обозначенной как LGM-30F «Минитмен-II», поступили на вооружение в 1965 г. и к 1967 г. частично заменили LGM-30A/B.

Основными отличиями новой ракеты от первых моделей были: улучшенный, более надежный двигатель первой ступени; неподвижное сопло с отклонением вектора тяги путем впрыска жидкости в реактивную струю на второй ступени; усовершенствованная электроника с заменой транзисторов на микросхемы, что привело к радикальному росту надежности и эффективности бортовой вычислительной системы; наличие комплекта средств преодоления ПРО в виде дипольных отражателей и надувных ложных мишеней, имитирующих ЭПР боеголовки; сниженная ЭПР самой боеголовки с целью повышения эффективности маскировки среди ложных мишеней; усовершенствованная, более надежная термоядерная боевая часть W-56 Model 4. Значительной модернизации

также подверглись стартовые комплексы; их элек-

троника была модернизирована с целью повыше- «Минитмен-II» ния надежности и повышения боеготовности.

LGM-30G «Минитмен-III»

Разработка третьей модели «Минитмена» началась в 1966 г. и увенчалась развертыванием первых ракет на дежурстве в 1970 г. Была проведена радикальная модернизация, в ходе которой конст-

49

рукция ракеты была в значительной степени переработана. В числе основных изменений:

• РГЧ индивидуального наведения (предшествующие модели несли единственную тяжелую термоядерную боеголовку LGM-30G). «Минитмен-III» оснащалась тремя боевыми блоками, установленными на модуле разведения. Замена боевых блоков W-56 легкими боевыми блоками W-62;

каций.

Ракеты «Минитмен-III» неоднократно подвергались модернизации за время службы, совершенствовалась электроника, заменялись боевые части. В 1998–2009 гг. на всех ракетах была осуществлена программа замены ракетного топлива на более современные составы, что позволило продлить расчетный период эксплуатации до 2030-х гг. Все (450 шт.) баллистические ракеты «Минитмен-III», находившиеся на вооружении ВВС США по состоянию на 2009 г.,

50