Несколько слов о характере полета головной части на конечном участке траектории. Коль в это время на нее действуют большие аэродинамические силы, то она неизбежно будет беспорядочно кувыркаться и может не попасть в цель. Этого допустить нельзя. Чтобы боеголовка при подлете к цели не кувыркалась, ее снабжают стабилизатором юбочного или лопастного типа. Этим обеспечивается стабилизация головной части.
Боевой заряд предназначен для поражения цели: уничтожения, разрушения, воспламенения ее и т. д. По своему характеру действия боевые заряды классифицируются на:
— фугасные, которые предназначаются для разрушения оборонительных сооружений;
— осколочные, применяемые для стрельбы по воздушным и наземным целям, в том числе для поражения живой силы и боевой техники;
— кумулятивные, используемые для поражения бронированных целей, долговременных огневых точек и других прочных сооружений. Такой заряд имеет в передней части выемку типа воронки. При взрыве образуется так называемая кумулятивная струя, обладающая значительной пробивной силой;
— зажигательные, предназначенные для воспламенения целей;
— ядерные, поражающими факторами которых являются: ударная волна, световое излучение и проникающая радиация.
Средняя часть корпуса изготовляется, в зависимости от ее назначения, из алюминиевых сплавов или легированной стали. Специальные сорта стали приходится применять потому, что при полете ракеты в атмосфере, при разгоне ее на начальном участке траектории корпус испытывает значительные перегрузки и сильный аэродинамический нагрев.
В последнее время конструкторы, решая вопрос о выборе материала для корпуса ракеты, все чаще обращают внимание на титановые сплавы: они более легкие и прочные в условиях нагрева. Правда, стоимость титана значительно больше, чем стали. Но зато листы из титанового сплава можно взять меньшей толщины, а это позволит, например, увеличить полезную нагрузку. И еще один материал считается довольно перспективным — термостойкие пластмассы. Они начинают достаточно широко применяться в ракетостроении для изготовления корпусов ракет, различных деталей, всевозможных обтекателей, тепловых экранов, корпусов антенн, контейнеров и т. п. При этом электронная аппаратура лучше защищается от нагрева. А главное, применение термостойких пластмасс особенно эффективно: существенно уменьшается вес ракеты. Следовательно, при одном и том же запасе топлива на борту «пластмассовая» ракета полетит дальше, чем стальная.
Хвостовая часть корпуса ракеты имеет коническую, а иногда овальную форму. Правда, угол конусности небольшой. Это сделано для того, чтобы уменьшить сопротивление воздушного потока, обтекающего корпус.
К нижней, хвостовой, части корпуса прикреплены стабилизирующие поверхности. Площадь их сравнительно невелика, но вполне достаточна, чтобы сделать устойчивым полет ракеты в атмосфере. Испытания показали, что ракете не нужны большие стабилизаторы. Площадь их поверхности должна быть «как раз» — не больше и не меньше определенного среднего значения. Если сделать их больше, то ракета будет «чересчур» устойчивой: как говорят специалисты, перестабилизирована. Ракета станет «ленивой», будет плохо слушаться рулей, медленно исполнять команды, что затруднит управление ею в полет.
ОГНЕННОЕ «СЕРДЦЕ»
Теперь о двигателе ракеты. Это одна из главнейших частей, поистине ее огненное мощное «сердце».
Что же такое ракетный двигатель? Как он устроен? Откуда берется огромная сила, способная разгонять ракету не только в атмосфере, но и вне ее, там, на огромной высоте, где молекула воздуха столь же редка, как и капля воды в пустыне.
Мы привыкли к тому, что любое транспортное средство, будь то автомобиль, тепловоз, самолет или океанский лайнер, приводится в движение двигателем.
Он превращает либо химическую энергию, либо тепловую, электрическую в механическую работу вращения. У автомобиля это вращение колеса, у самолета — воздушного винта, у парохода — гребного винта и т. д., словом, вращение движителя. Движитель (колесо, винт), вращаясь, взаимодействует со средой соприкосновения (грунт, рельс, воздух, вода), стремится отбросить или отбрасывает ее назад, а сам транспорт движется вперед. Силы, приложенные к отбрасываемой «порции» воздуха или воды, одинаковы по своей величине с силой, приложенной к самолету пли пароходу, но направлены в обратную сторону. Из школьного курса физики мы знаем, что если силу, с которой отбрасывается воздух или вода, считать активной, то сила, заставляющая двигаться самолет или пароход, будет… реактивной. Значит, по своей природе движение парохода и самолета реактивное.
А у автомобиля, тепловоза или, скажем… человека? — спросит читатель. Ответ прост. Они гоже, при своем движении отбрасывают «порцию» массы. Но этой порцией является масса… Земли. Принцип движения здесь тоже реактивный. Только одно… но. Суммарная масса всех средств и существ, движущихся по Земле, ничтожна, несоизмеримо мала по сравнению с массой Земли. Поэтому она и «не движется» в обратном направлении, подобно «порции» водуха или воды.
Во всех рассмотренных случаях есть одна немаловажная деталь. А именно — движение осуществляется за счет силы двигателя или мускульной энергии, но реакция на отбрасываемую массу передается через движитель (колесо, винт и т. д.). Это характерная деталь. Запомним ее.
Ну, а как же движется ракета, за счет чего? У нее ведь нет ни колеса, ни винта…
Разберемся по порядку.
Представим себе, что камера сгорания ракетного двигателя заполнена газами под давлением и сопло ее плотно закрыто крышкой. Давление на стенки камеры и крышку одинаково. Все результирующие силы, как боковые, так и осевые, попарно взаимно компенсируются. Нет движения газов — камера сгорания на месте.
Допустим, что крышка, закрывающая сопло, мгновенно открылась. И тут же равновесие сил нарушается. Это, как видно из рисунка, происходит за счет осевых сил давления.
Схема, иллюстрирующая принцип реактивного движения
Газ получает свободу движения. Вследствие этого возникает результирующая сила внутреннего давления — она направлена по оси камеры влево. Это и есть не что иное, как реактивная сила. Газ вырвется наружу вправо, а возникшая реактивная сила толкнет камеру влево: подобно тому, как при выстреле под действием пороховых газов заряд дроби летит из ствола в одну сторону, а ружье — в противоположную. Правда, оно никуда не улетает. Охотник удерживает ружье и ощущает действие реактивной силы, как отдачу — легкий толчок в плечо. Образно говоря, в ракетном двигателе «выстрелы» раздаются непрерывно, а микроскопические частицы раскаленных газов вылетают из «ствола», в данном случае из сопла двигателя.
Вглядевшись в рисунок внимательней, мы найдем ответ на вопрос о движителе. Действительно движение возникает в результате прямой реакции (взаимодействия) двух тел: газа — с одной стороны и самой камеры — с другой, без каких-либо «посредников» — колеса, винта и т. д. Значит, остается только одно — сама камера сгорания одновременно является двигателем и движителем. В этом главное отличие реактивного двигателя от остальных. Он является двигателем прямой реакции.
Мы часто слышим выражения «принцип реактивного движения», «реактивная сила»; но «ракетный двигатель». В чем дело? Какая разница между определениями «реактивный» и «ракетный»?
Прежде всего запомним, что понятие «реактивный» более широкое, чем «ракетный», так как в нем отражен сам принцип движения. Класс реактивных двигателей необычайно широк. Он объединяет все двигатели прямой реакции.
Ракетные двигатели — это подкласс реактивных. Отличительной особенностью ракетного двигателя является независимость его работы от внешних условий: все компоненты топлива для его работы размещены на борту ракеты. Благодаря этому она способна двигаться в любой среде.
Итак, ракетный двигатель — это мощная тепловая машина, преобразующая химическую энергию топлива в кинетическую энергию продуктов сгорания (газов), выбрасываемых с огромной скоростью из его сопла.