1.2.4.7. Ракеты

Ракета – это ЛА, перемещающийся в пространстве на основе реактивного принципа за счет отброса части собственной массы.

В основе теории полета ракеты лежит «уравнение Циолковского», предложенное К.Э. Циолковским 1903 году в статье «Исследование мировых пространств реактивными приборами»:

, (1.6.)

где: - m_о – стартовая масса ракеты (m_к + m_т);

- m_т – масса топлива (активная масса);

- m_к = m_о – m_т – масса конструкции (пассивная масса плюс масса полезной нагрузки ;

- с – скорость истечения (отброса) активной массы;

- ΔV – приращение скорости ракеты.

Из уравнения 1.6 следует, что приращение скорости ΔV увеличивается при росте c и m_o/m_к, то есть – уменьшении относительной массы конструкции m_к/m_о. Для увеличения с, используют ракетные двигатели, преобразующие химическую энергию ракетного топлива, находящегося на борту ракеты в кинетическую энергию истекающей струи газа mc²/2.

Особенностью ракеты является то, что все компоненты топлива находятся на борту ЛА, поэтому работа ракетного двигателя не зависит от наличия или отсутствия атмосферы. Вследствие этого ракеты могут использоваться как в атмосфере, так и в космическом (безвоздушном) пространстве.

По назначению ракеты подразделяются на военные и гражданские.

Ракеты военного назначения.

1

Рис. 1.68. Аэродинамические

схемы авиационных ракет

Авиационные, являются оружием боевой авиации, предназначены для поражения воздушных, наземных и морских целей и подразделяются по назначению на два класса: «воздух – воздух» и «воздух – поверхность». Авиационные ракеты могут быть неуправляемыми, управляемыми. Управляемые ракеты, это летательные аппараты с дальностью полета от нескольких километров до нескольких тысяч, способные маневрировать за счет подъемной силы крыльев и корпуса при управлении аэродинамическими поверхностями. Возможные аэродинамические схемы управляемых ракет представлены на рис. 1.68. а – схема «бесхвостка», б – схема «утка», в – нормальная схема, г – крылатая. Управляемые ракеты класса «воздух – воздух» являются самонаводящимися и используют для пеленгации цели радиолокационные, тепловые (инфракрасные) и лазерные головки самонаведения. Управляемые ракеты класса «воздух – поверхность» отличаются значительным разнообразием по дальности действия, скорости полета (дозвуковые и сверхзвуковые), принципам пеленгации целей и систем управления.

2. Морского базирования, являются оружием боевых кораблей военно-морского флота и предназначены для поражения воздушных, наземных и морских целей.

3. Наземного базирования, размещаются на стационарных и мобильных (передвижных) пусковых установках. Ракеты данного класса предназначены для поражения воздушных (зенитные ракеты) наземных (подземных), морских целей. В зависимости от дальности поражения цели, ракеты наземного базирования подразделяются на: тактические (дальность несколько десятков километров); оперативные (дальность до 500 км.); средней дальности (до 5000 км); стратегические (дальность более 10000 км.). Тактические и оперативные ракеты базируются на самоходных пусковых установках повышенной проходимости. Средней дальности и стратегические ракеты могут быть мобильного (автомобильного или железнодорожного) и шахтного базирования.

Гражданские ракеты

1. Геофизические, предназначены для исследования верхних слоев атмосферы и передачи полученных сведений посредством телеметрической информации или с помощью спускаемых блоков.

2. Противоградовые, предназначены для доставки и распыления специальных реагентов внутри потенциально градовых облаков, с целью их конденсации и выпадения в виде дождя.

3. Сигнальные.

4. Космические, предназначены для вывода космических летательных аппаратов (КЛА) и боевых блоков в космос и перемещения их в космическом пространстве.

По агрегатному состоянию топлива, все ракеты делятся на ракеты с жидкостным ракетным двигателем (ЖРД) и – с ракетным двигателем твердого топлива (РДТТ).

Н

Рис. 1.69. Компоновка

ракеты

аиболее мощными ракетами являются ракетоносители (РН) для вывода в космическое пространство космических летательных аппаратов (КЛА) и боевых блоков межконтинентальных баллистических ракет (МБР). Ракетоносители, обычно, бывают двухступенчатыми или трехступенчатыми. Это связано с тем, что по мере выработки топлива увеличивается относительная доля массы конструкции , следовательно, уменьшается отношение m₀/m_к. В соответствии с уравнением Циолковского (см. уравнение 1.6) будет снижаться приращение скорости ΔV, и для разгона ракеты с полезной нагрузкой (ПН) до первой космической скорости V₁ ≈ 7000 м/с (скорость искусственного спутника Земли (ИСЗ)) не хватит топлива. Поэтому отработанные части РН (топливные баки и ракетные двигатели) отбрасывают по мере их использования, уменьшая массу конструкции m_к, что позволяет замедлить уменьшение отношения m₀/m_к, следовательно, замедлить снижение ΔV.

Типовая компоновка составных частей ракеты представлена на рис. 1.69.

Головная часть (ГЧ) включает в себя боевой заряд с системой наведения и подрыва (боевые ракеты), или КЛА, приборы и т. п. (гражданские ракеты).

Система управления (СУ) предназначена для выдачи команд на включение (выключение) и изменение тяги двигателей, управляющих команд на органы управления (ОУ) полетом ракеты.

Органы управления предназначены для изменения траектории движения ракеты по командам СУ.

Из таблицы 1.1. видно, что в ракете основную долю по массе составляет топливо 80…90 %, основную долю по стоимости – полезная нагрузка 65…80 %.

Таблица 1.1

Р

аспределение составных частей ракеты по массе и стоимости