Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Гайгеров С.С. Исследование синоптических процессов в высоких слоях атмосферы

.pdf
Скачиваний:
4
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
17.52 Mб
Скачать

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица З

 

 

 

Технические данные ракеты М-100

 

 

 

Наименование

 

 

Величина

Стартовый

вес ракеты

(кг)

 

 

480

Калибр

(м)

 

 

 

 

 

 

0,25

Общая

 

длина ракеты

(м)

 

 

8,24

Вес (кг):

 

 

 

 

 

 

 

 

снаряженного

двигателя

первой

290

 

ступени

 

 

 

 

 

 

снаряженного

двигателя

второй

122

ступени

 

 

 

 

 

 

снаряженной

головной

части . .

66,7

порохового

 

заряда

двигателя

182,4

 

первой ступени

 

 

 

порохового

 

заряда

двигателя

64,7

 

второй ступени

 

 

 

Размах оперения первой и второй

0,68

ступени

(м)

 

 

 

 

 

 

Температурный

диапазон

примене­

40 до —40

ния

ракеты (°С)

 

 

 

от

Время

 

(с):

 

 

 

 

 

 

 

разделения

ступеней

 

 

8,0

сброса

створок

защиты

шпиля

60,0

отделения

головной части

. . .

70,0

Высота

отделения

головной

части

68—74

(км)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Максимальная

высота

подъема го­

 

ловной

части

при

угле

возвыше­

 

ния

85°

(км)

 

 

 

 

 

 

95

Для пуска нажатием кнопки пульта управления подается электрический им­ пульс на пирозаряды пироузла первой ступени, и при их срабатывании зажи­ гается пороховой воспламенитель, который воспламеняет наружную и внут­ реннюю поверхности пороховых шашек. Развивающаяся реактивная тяга при-

7

6

 

 

1080

250

665

_ . _ | J . _ . J - + - J

 

 

 

2246

^}

<Ю73

 

 

 

 

6241

 

 

 

Рис. 6. Схема

ракеты

М-100.

 

/ — шпиль,

2 — приборный

отсек,

3 —

промежуточный отсек, 4 — парашютный

отсек,

5 двигатель

первой

ступени, 6 — двигатель

второй ступени.

водит ракету в движение по направляющим пусковой установки. При этом путем выдергивания стопорных тросиков приводятся в действие временные механизмы командного блока и пускового блока второй ступени.

После сгорания порохового заряда, когда двигатель первой ступени пре­

кращает

работу,

приходят

в действие

временные механизмы

и осуществляется

запуск

двигателя

второй

ступени,

затем (через 8 с от

начала старта)

2*

 

 

 

19

 

осуществляется отделение первой ступени. Через 60 с после старта срабатывает программный механизм сброса защитных створок шпиля, в результате чего термо­ метры (и манометр Пирани) получают контакт с атмосферой. Через 70 с по команде программного механизма происходит отделение головной части. Одно­ временно освобождается парашют. В результате работы разделительного движка отделившаяся головная часть получает дополнительное ускорение, что уменьшает вероятность повреждения парашюта корпусом ракеты.

D

Рис. 7. Последовательность развертывания ракет­ ной метеорологической системы М-100 в полете в функции высоты Н и времени (или горизон­ тального удаления от места старта D).

Как видно на рис. 7, после отделения от второй ступени головная часть ра­ кеты вместе с парашютом продолжает двигаться по восходящей ветви траек­ тории. На нисходящем участке траектории с высоты 60—55 км головная часть снижается на парашюте. Предполагается [20], что до этого уровня парашют вы­ полняет роль стабилизатора падения головной части, что имеет существенное зна­ чение для измерения термодинамических параметров.

Головная часть состоит из шпиля, приборного отсека, промежуточного отсека с разделительным устройством и парашютного отсека. Размеры головной части вместе со шпилем: длина 1,95 м, наибольший диаметр 0,25 м (рис. 6 и 8).

поверхности приборного конуса. Во время полета ракеты на восходящем участке траектории корпус закрыт предохранительной защитой, раскрываемой вблизи вершины траектории.

Контейнер закрывается радиопрозрачной оболочкой, изготовленной из пласт­ массы АГ-4. Как видно на рис. 96, в контейнере расположены: радиолокационный

ответчик,

коммутатор, блок

питания и телеметрический передатчик. В 1971—

1972 гг. радиолокационный

ответчик и радиопередатчик были заменены совме­

щенной бортовой аппаратурой с ответчиком. В этом случае

вся информация

при­

нимается

Р Л С «Метеор-Р»

с дополнительной

аппаратурой

для выделения

и ре­

гистрации

телеметрической

информации

[86,

21]. Вес аппаратуры, помещенной

в контейнере, составляет 5 кг вместе с

источниками питания, обеспечивающими

непрерывную работу приборов в течение 2 часов.

 

 

Параметры атмосферы измеряются на нисходящем участке траектории после отделения головной части от двигателя ракеты. Измерения ветра ведутся путем радиолокационного прослеживания дрейфа головной части ракеты, спускающейся на парашюте.

Метеорологическая ракета МР-12

Д л я

исследования атмосферы

на высотах

100—180 км в СССР

начиная

с 1965 г. применяется метеорологическая ракета МР-12. Неуправляемая

односту­

пенчатая

метеорологическая ракета

МР-12 с двигателем на твердом топливе спо­

собна поднимать полезный груз весом

до 50 кг до максимальной высоты

180 км.

Устойчивость в полете обеспечивается

хвостовыми

стабилизаторами и вращением

около продольной оси развиваемым при движении в пусковой установке. Ракета состоит из головной части, двигателя с пороховым зарядом и хвостового отсека с оперением. В зависимости от программы исследования полеты проводятся с от­

делением и без отделения головной части. Некоторые

технические характеристики

головной части приведены

ниже [90]:

 

Вес головной

части (кг)

135

Полное время

полета (мин)

6,5—7

Максимальные осевые перегрузки (g)

17

Максимальная

скорость вращения на участке из­

мерений (об/мин)

300

Время подготовки к пуску после доставки к ме­

сту старта

(ч)

2

На рис. 10 представлена схема размещения научной и вспомогательной ап­ паратуры в головной части. Оболочка отсека 2 датчиков научной аппаратуры со-

Рис.

10.

Головная

часть

метеорологической ракеты МР-12.

 

/ — механизм сброса

створок, 2 — отсек

датчиков научной

аппаратуры, 3 — герметичный

от­

сек электронных

узлов научной

аппаратуры, 4 антенна

системы радиотелеметрии,

5 —

герметичный отсек

электроавтоматики

и радиослежения, 6 — антенна радиоответчика.

стоит из двух створок. По команде временного программного устройства сраба­ тывает пиротехнический механизм сброса створок /, и датчики приборов, распо­ ложенных в отсеке 2, вступают в контакт с атмосферой. Отсеки 3 и 5 герме­ тичны и сообщаются между собой, отсек 2 отделен от них герметичной

переборкой. В отсеке 3 располагаются: электронные узлы научной аппаратуры, ис­ точники питания, передатчик радиотелеметрической системы, датчики давления, перегрузок, температуры; в отсеке 5 находятся блоки электроавтоматики и ра­ диослежения.

В программу, выполняемую с помощью ракет MP-12, включаются, например, следующие работы:

1)масс-спектрометрические исследования ионного и нейтрального состава верхней атмосферы (по методике, описанной в работе [90]);

2)исследования парциальных концентраций, температур и давлений ней­ тральных компонентов верхней атмосферы [47];

3) измерение парциальной плотности молекулярного азота и его температу­ ры [91];

4)измерение полного давления, суммарной плотности и температуры в мезосфере и нижней термосфере [11];

5)измерение температуры термосферы, а также коэффициента диффузии и ветра с помощью искусственных светящихся облаков натрия [23].

Метеорологическая ракета «Аркас»

Д о последнего времени в США наиболее широко применялась метеорологи­ ческая ракета «Аркас» (ARCAS — A l l porpos rocket for the collection of atmo­ spheric sounding) [322, 343, 348].

Зондирующая ракета «Аркас» является неуправляемой одноступенчатой ра­ кетой, способной доставлять максимальный полезный груз в 5 кг до предельной высоты около 70 км. Ракета стабилизируется в полете с помощью четырех за­ крепленных стабилизаторов.

Ракета «Аркас» применяется в

двух

вариантах.

Основной из

них

состоит

из зонда для измерения

температуры (в

качестве датчика

используется

бусин-

ковый терморезистор) и

парашюта.

После отделения

от

двигателя

приборный

контейнер опускается на парашюте диаметром 4,5 м. Температурные данные телеметрируются на стандартные аэрологические наземные устройства. Ветровые данные получаются в результате радиолокационного прослеживания металлизи­ рованного парашюта или в результате радиолокационных измерений с помощью бортового ответчика.

На рис. 11 приведена схема последовательных фаз зондирования ракетой «Аркас».

Менее употребительный вариант использования «Аркас» заключается в до­ ставке и выбросе на максимальной высоте наполняемой майларовой сферы «Робин» диаметром 1 м. Пространственно-временные данные получаются в ре­ зультате прослеживания с помощью радиолокатора. Термодинамические пара­ метры и данные о ветре можно вычислить путем решения основных уравнений движения.

Схематический чертеж ракеты «Аркас» представлен на рис. 12. Некоторые ее характеристики приведены в табл. 4.

Заметим, что в табл. 4 приведен вес приборного отсека без бортовой

аппа­

ратуры, вес которой в

зависимости от типа ракетного зонда меняется

от

1,8

до

3,0 кг. В случае варианта со сферой общая длина

ракеты

уменьшается

на

30

см

за счет исключения парашютного контейнера.

 

 

 

 

 

Метеорологические

зонды, используемые на

ракете

«Аркас», различаются

в основном по применяющейся бортовой телеметрии: 1) зонд с передатчиком

(«Арказонд-1А»), 2) зонд с ответчиком (AN/DMQ-9). «Арказонд-1А»

включает

датчик

температуры — бусинковый терморезистор диаметром 0,25 мм,

энергети­

ческий

источник в виде батарей, электронный коммутатор, импульсный

генератор

и передатчик с антенной.

Электронный коммутатор поочередно подключает опорное сопротивление и терморезистор на вход импульсного генератора, который генерирует импульсы для модуляции передатчика, работающего на частоте 1680 МГц.

Ответчик ракетного зонда AN/DMQ-9 аналогично прибору «Арказонд-1А» вы­ полняет функции передачи телеметрической информации. Кроме того, ответчик принимает сигнал, генерируемый наземным радиолокационным передатчиком

Н км 75г—

Рис. 11. Схема температурного и ветрового зондирования с помощью метеорологической ракеты «Аркас».

/ — запуск, 2 — конец работы двигателя, 3 — начало зондирования, 4 — наземное устройство для приема и регистрации телеметрической информации, 5 — радиоло­ кационная станция.

 

 

2300

 

Рис.

12. Схема

конструкции ракеты

«Аркас».

/ — носовой конус и

приборный

отсек,

2 — плата для

крепления приборов, 3 —

парашют, 4 — разделительный движок,

5 — пороховые шашки торцевого горения,

 

6 ракетный двигатель.

 

 

 

 

 

 

Таблица

4

Технические данные ракеты «Аркас»

 

 

 

Наименование

 

Величина

 

Длина (м):

 

 

 

 

 

 

общая

 

 

 

 

2,30

 

двигателя

 

 

 

1,54

 

парашютного

контейнера

 

0,30

 

головной

 

части

 

0,46

 

Диаметр (м)

 

 

 

 

0,10

 

Наибольший

 

поперечный размах оперения

0,33

 

(м)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Объем (см3 ):

 

 

 

 

 

парашютного

контейнера

 

2296

 

приборного отсека

 

2788

 

Номинальный

вес (кг):

 

 

 

общий

 

 

 

 

32,0

 

двигателя

без горючего

 

13,4

 

приборного отсека

 

0,7

 

парашютного

контейнера

(снаряжен­

1,8

 

ного)

 

 

 

 

 

ракетного

двигателя

 

29,5

 

Характеристики двигателя пои температу­

 

 

ре 20° С:

 

 

 

 

 

 

средняя

тяга

(кг)

 

153

 

время работы

двигателя

(с)

29,0

 

среднее давление (кг/см2 )

 

70

 

Суммарный

импульс (кг)

 

4231

 

(403 МГц) , преобразует

этот

сигнал и ретранслирует

(на частоте

1680 МГц) на

наземную радиолокационную станцию. Определение наклонной дальности произ­

водится по сдвигу фаз переданного и ответного сигналов.

 

 

 

 

 

При использовании «Арказонда-1А» телеметрические данные принимаются

стандартными

сетевыми аэрологическими

радиотеодолитами

 

(AN/GMD-1,

AN/GMD-2) и

аэрологической

Р Л С AN/GMD-4.

Ветровые

данные

получаются

в

результате

прослеживания

металлизированного

парашюта с

помощью

Р Л С

с

диапазонами

частот 1550—5200 или 3900—6200 МГц. В случае

зонда с

ответ­

чиком измерения наклонной дальности возможно производить с

помощью

сете­

вой Р Л С AN/QMD-4 и получать данные о

ветре

без применения

прецизионных

радиолокационных станций.

 

 

 

 

 

 

 

 

В варианте со сферой «Робин» пластиковый уголковый отражатель, нахо­

дящийся внутри сферы, прослеживается с

помощью Р Л С

класса

AN/FPS-16.1

 

Ракета «Аркас» запускается из специальной

ствольной

пусковой установки,

предусматривающей использование отходящих газов для увеличения стартовой скорости (рис. 13). Основными компонентами установки являются: 1) ствол, слу­ жащий для придания направления ракете во время начала разгона, 2) цилиндр свободного объема для возвращения отходящих газов, 3) опора с устройствами для устновки возвышения и азимута.

1 Здесь и далее для справок по радиолокационным станциям и следящим системам см., например, книгу А. В. Кантора «Аппаратура и методы измерений при испытаниях ракет» (М., Оборонгиз, 1963 г.).

Во

время

пуска

цилиндр

свободного

объема улавливает отходящие газы работаю­

щего двигателя, которые давят на поршень,

приложенный к концу сопла, ускоряя движе­

ние ракеты вверх

по

стволу.

Ракета центри­

руется и поддерживается в стволе в течение

запуска

четырьмя

пластиковыми

прокладками,

которые

вместе

с

поршнем

выпадают, когда

ракета выходит из ствола. Использование

отходящих газов ускоряет пуск и уменьшает

свойственную

ракете

«Аркас»

чувствитель­

ность к

ветру.

 

 

 

 

 

Ракетные

системы

с неактивной

 

 

 

 

 

 

 

 

 

второй ступенью

(«Дарт»)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р а к е т н а я с и с т е м а « Л о к и - Д а р т » .

 

 

 

 

 

 

 

Метеорологическая

зондирующая

 

система

 

 

 

 

 

 

 

«Локи-Дарт» является в настоящее время са­

 

 

 

 

 

 

 

мой миниатюрной и легкой среди современных

 

 

 

 

 

 

 

малых метеорологических ракет США.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Первой

ступенью

этой

системы

является

 

 

 

 

 

 

 

ракетный

двигатель короткого горения «Локи».

 

 

 

 

 

 

 

Ускоритель «Локи» развивает большую ско­

 

 

 

 

 

 

 

рость

в

короткий

период

 

времени,

разгоняя

 

 

 

 

 

 

 

неактивную вторую ступень в форме дротика,

 

 

 

 

 

 

 

несущую

полезный

груз.

Через

 

1,8—2,0 с,

 

 

 

 

 

 

 

когда скорость ракеты достигает 1500 м/с

на

 

 

 

 

 

 

 

высоте

 

1700

м,

наступает

конец

 

активного

 

 

 

 

 

 

 

участка первой ступени и происходит разделе­

 

 

 

 

 

 

 

ние ступеней. Вторая ступень после отделения

 

 

 

 

 

 

 

летит по баллистической траектории до макси­

 

 

 

 

 

 

 

мальной

высоты,

где (на 108-й с после

старта)

 

 

 

 

 

 

 

пиротехническое

устройство

развертывает

по­

 

 

 

 

 

 

 

лезный груз

для

начала

измерений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Запуск «Локи-Дарт» осуществляется с по­

 

 

 

 

 

 

 

мощью специальной пусковой установки и ста­

 

 

 

 

 

 

 

билизируется

 

вращением,

которое

 

сообща­

 

 

 

 

 

 

 

ется

системе

спиральными

направляющими

 

 

 

 

 

 

 

установки при запуске, а также оперением,

 

 

 

 

 

 

 

которое имеется на обеих ступенях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Применяются следующие варианты зонди­

 

 

 

 

 

 

 

рования с помощью «Локи-Дарт»:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

создание

облаков,

дипольных

отра­

Рис.

13. Пусковая установка ра­

жателей

для

радиолокационных

 

измерений

 

 

кеты

«Аркас».

 

ветра;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/ — ствол,

2 — цилиндр

свободного

2)

измерение

температуры

атмосферы

бу-

синковым терморезистором

и ветра

с помощью

объема, 3 — опора,

4 азимуталь­

ный

круг,

5 — деталь

газогенера­

металлизированного

парашюта

с

использова­

 

торного

ускорителя.

 

нием аппаратуры PWN-8B

(Datasonde);

 

 

 

 

 

 

 

 

3) выброс небольшой наполняемой сферы

для измерения

плотности и

ветра

путем

радиолокационного

прослеживания

(уменьшенный

вариант

сферы

«Ро­

бин») .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Некоторые размеры и характеристики ракет, заимствованные у Боллермана

[253], приведены в табл. 5; они несколько отличаются в

различных

вариантах

«Локи-Дарт» и в разных источниках

(например, [421, 304]).

 

 

 

 

 

Приведем

некоторые

данные

о

приборном варианте полезного груза неак­

тивной второй ступени для зонда

PWN-8B, который является новой

разработкой

и принят в качестве

основного прибора на ракетной

сети

США в

июле 1968 г.

Таблица 5

Некоторые технические характеристики различных метеорологических ракет с неактивной второй ступенью («Дарт») [253]

Характеристика

 

„Локи-

„Вайпе-

„Супер-

.Метеор-1" „Менака-1*

 

Дарт"

Дарт"

Локи-Дарт"

Длина (м):

 

 

 

 

2,62

4,12

3,17

2,55

 

2,89

общая

 

 

 

 

 

ракетного

двигателя . . .

1,53

2,67

1,95

1,75

 

1,87

неактивной

ступени . . .

1,09

1,45

1,22

0,80

 

1,02

Диаметр (м) :

 

 

 

0,076

0,162

0,100

0,12

 

0,100

ракетного

двигателя . . .

 

неактивной

ступени . . .

0,038

0,050

0,041

0,04

 

0,035

Поперечный

размах оперения

 

 

 

 

 

 

(м):

 

 

 

 

0,13

 

 

0,41

 

 

ракетного

двигателя . . .

 

 

 

 

неактивной

ступени . . .

0,076

 

 

 

 

 

Номинальный вес (кг):

 

15,0

106,3

28,25

32,5

24,68

 

 

 

 

 

двигателя

без горючего . .

2,6

25,3

5,26

10,0

 

7,18

неактивной

ступени . . .

4,1

13,3

6,12

4,5

 

4,15

 

 

 

 

 

8,3

67,7

16,87

18,0

12,45

системы

без горючего . .

6,7

38,6

11,38

14,5

12,23

Характеристики двигателя:

890

 

2018

1400

 

 

средняя

тяга

(кг) . . . .

3,52

 

 

время работы двигателя (с)

1,8

2,0

2,3

 

2,31

суммарный импульс (кгХ

1550

 

 

 

 

 

Хс)

 

 

 

 

14438

 

3200

 

 

Максимальная высота (км) . .

65

125

116

37

58

В этом варианте

вторая

ступень —«Дарт» — включает хвостовую часть,

в том

числе хвостовое оперение, пиротехническое устройство для развертывания

аппа­

ратуры и поршень. Парашют и зонд удерживаются

створками, которые

стянуты

снизу кольцом

и сверху

зажаты

нижним

срезом носового конуса (рис. 14). При

срабатывании пиротехнического устройства поршень ударяет по створкам, вслед­ ствие чего створки раскрываются, а зонд и парашют освобождаются из кон­ тейнера.

Ракетный зонд PWN-8B имеет цилиндрическую форму (длина 28,2 см, диа­ метр 2,8 см) . Антенна и температурный датчик расположены на противопо­ ложных сторонах зонда. При снижении на парашюте датчик температуры на­ правлен вниз, навстречу набегающему потоку. Схема передачи и приема теле­ метрической информации и радиолокационного прослеживания аналогична схеме, указанной в предыдущем разделе для зондирования с прибором «Арказонд-1А».

Затруднения в связи с исчезновением сигнала радиотелеметрии при раскачи­ вании зонда при спуске на парашюте явились одной из причин разработки тор­ мозной системы типа «Старут», обеспечивающей стабильное снижение зонда.

Благодаря значительной скорости и стабилизации вращением система «ЛокиДарт» имеет лучшие показатели по чувствительности к ветру и результирующему

рассеянию падения по сравнению с ракетой

«Аркас».

М е т е о р о л о г и ч е с к а я р а к е т а « В а й п е - Д а р т » . Метеорологическая

ракета «Вайпе-Дарт» (Viper dart) является

высотной системой, специально пред­

назначенной для получения данных о плотности и ветре путем сброса и радиоло­ кационного прослеживания наполняемой сферы «Робин». По конструкции она во

многом аналогична «Локи-Дарт». Ракета

состоит из твердотопливного двигателя

«Вайпе», являющегося первой ступенью,

и неактивной второй ступени

«Дарт»

(рис. 15).

:

,

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ