Юный техник, 2003 № 06 - Журнал «Юный техник»

ВПЕРВЫЕ ПО ЗАКАЗУ АКАДЕМИИ на орбиту выведен научно-исследовательский спутник «Можаец». Как говорит само его название, в создании этого аппарата самое непосредственное участие принимали преподаватели и слушатели Санкт-петербургской Военно-космической академии имени А.Ф.Можайского. За основу ими был принят уже снятый с вооружения военный космический аппарат. Переделанный с учетом нового назначения, он способен оценивать воздействие космической радиации на радиоэлектронные системы и решать другие учебные задачи. Передаваемая им информация поступает непосредственно на приемную антенну академии. В космос учебный спутник был выведен бывшими выпускниками академии с космодрома Плесецк заодно с алжирским микроспутником «АлКат 1». Запуск коммерческого спутника позволил в значительной степени снизить стоимость вывода на орбиту и нашего спутника. Ведь у академии не так много денег, чтобы осуществить подобный запуск самостоятельно.

С ПОЛКИ АРХИВАРИУСА

Как ракета гонится за целью

Война всегда была соревнованием средств нападения и защиты. Еще перед Второй мировой войной Америка принялась за создание дальних высотных бомбардировщиков — «летающих крепостей». Каждая из них имела более десятка пушек и пулеметов, простреливавших все вокруг.

По замыслу конструктора, они должны были летать на такой высоте, где мотор истребителя уже задыхался от нехватки воздуха. Подобные машины имелись и у нас, и в Германии. Но выпускались в незначительном количестве. Например, Пе-8 мы сделали всего 79 штук, а немцы «летающие крепости» строили вообще экспериментально. Американцы же поставили их на поток, включив в это производство автомобильную фирму «Форд».

В результате на германские города совершали налеты целые тучи из сотен, даже тысяч самолетов. Они ходили сомкнутым строем, защищая друг друга стеной огня. И лучшие немецкие истребители зачастую просто не могли к ним приблизиться. От этих налетов сильно пострадали военные заводы. Но немецкие инженеры их рассредоточили и стали строить под землей в старых, брошенных шахтах.

В ответ на это Америка начала неограниченную воздушную войну против мирного населения Германии. Расчет был прост: новых заводов и машин можно построить сколько угодно, но без рабочих рук не сделаешь ничего. Так к 1944 году было уничтожено более полумиллиона мирных граждан.

Вот, пожалуй, потому Германия раньше всех стала работать над зенитными ракетами. Одной из первых была неуправляемая ракета «Тайфун».

Внешне похожая на снаряд от «Катюши» и таких же размеров, она поднималась на высоту 15 км. Достигалось это, во-первых, тем, что боевой заряд ее весил в 15 раз меньше, всего 0,5 кг. (Но при прямом попадании он уничтожал любой самолет.) Во-вторых, применялся жидкостный реактивный двигатель.

Топливо — эфир — заливалось прямо в корпус снаряда. Внутри его помещался бак с окислителем — азотной кислотой. Кроме того, имелся небольшой заряд пороха. Он зажигался при старте и своими газами выбрасывал эфир и кислоту в двигатель. Смешиваясь, они воспламенялись, и начинался полет.

Но в цель, летящую на большой высоте, попадала лишь одна ракета из десятков тысяч. Немцы сделали их более двух миллионов. Вот и подсчитайте, все вместе они могли сбить лишь 50 — 100 самолетов, а их, напомним, были тысячи. Это изменить ход войны не могло. Нужны были управляемые зенитные ракеты, которые с высокой вероятностью поражали бы цель. Но создать их было непросто.

Еще в 30-е годы прошлого века проводились опыты с управлением по радио авиамоделями и небольшими самолетами. Оказалось, что глаз оператора не может их точно направить на цель. На больших расстояниях он плохо оценивает, что ближе, а что дальше.

Для управления по радио самолетом-снарядом «Энциан» (рис. 1) применялась система из двух зенитных дальномеров — оптических приборов, как бы увеличивающих расстояние между глазами человека до нескольких метров.

Оператор у одного дальномера точно управлял перемещением снаряда по горизонтали, другой — по вертикали. Система могла работать лишь в ясный солнечный день, а потому широкого применения не нашла.

Надо признать, что в области ракетостроения немцы смотрели очень далеко вперед и обогнали весь мир на много лет. Не случайно американские космонавты были доставлены на Луну ракетами, которые создал немецкий инженер Вернер фон Браун, автор знаменитой «Фау-2» (А-4), наводившей ужас на англичан во время Второй мировой войны, и зенитной ракеты «Вассерфаль» (рис. 2). Она достигала высоты 18 км, развивала скорость 2800 км/ч и поражала цель на расстоянии до 48 км.

На рисунке 3 приведена ее схема. Топливом, как это ни удивительно, служил жидкий… винил. Он был взят из-за высокой плотности и низкой температуры горения, что позволило заметно уменьшить размеры и вес ракеты. Окислитель — азотная кислота. Подавались они давлением сжатого азота. Для увеличения дальности полета в плотных слоях атмосферы ракета имела небольшие крылья.

Управляли ее полетом сложные системы. Автопилот постоянно вел ракету строго по заданной ему в данный момент прямой. Ни ветер, ни случайные сбои в работе рулей направления не могли ее с этого курса сбить. Но сам курс не был постоянным. Его по мере надобности изменяла система самонаведения, ведущая погоню за целью. Вот как она работала.

Самолет противника облучали с земли пучком волн радиолокатора. Поскольку волны от самолета отражались, он и сам становился источником радиоволн. Оставалось лишь его запеленговать и навести ракету. Простейший радиопеленгатор — это радиоприемник с ферритовой антенной. Она хорошо принимает сигналы лишь с определенного направления. Вот этим свойством и воспользовались конструкторы ракеты «Вассерфаль».

Рис. З. 1 — радиопеленгатор; 2 — азот; 3 — винил; 4 — азотная кислота; 5 — двигатель; 6 — рули.

У них был особый приемник-радиопеленгатор с парой вращающихся антенн, который очень точно определял направление на источник радиоволн. Но из-за общей медлительности всей системы вывести ракету на прямой контакт с целью не удавалось. Поэтому применялся еще специальный взрыватель с собственным радиолокатором, который подрывал ракету за несколько метров от цели. Потому заряд пришлось увеличить до 60 кг. Самолет, на который шла такая ракета, был обречен. Однако «Вассерфаль» не спасла Германию. Во-первых, она появилась слишком поздно, во-вторых, дорого стоила, в-третьих, в самом принципе управления ею крылся серьезный недостаток. Дело в том, что с момента пуска ракеты локатор должен был постоянно отслеживать цель и больше ничем не заниматься. Это затрудняло отражение массированных налетов.

Зенитчикам требовалась ракета, которую можно было бы выпустить и забыть. Для этого уже после войны на ракеты начали ставить автономные радиолокаторы (рис. 4).

Рис. 4

Это помогло. Но настоящим прорывом в совершенствовании ракет стало понимание того, что локатор не нужен вовсе. И в самом деле, зачем «подсвечивать» самолет радиоволнами, если он сам — мощнейший источник электромагнитных волн с длиной от 0,8 до 100 микрон. Это длины волн инфракрасного теплового излучения его двигателей. Так нельзя ли заставить ракету наводиться на самолет по его собственному излучению?

Ответ на этот вопрос искали почти сорок лет.

Еще задолго до войны была предложена очень простая схема теплового самонаведения, состоявшая из линзы и двух пар фотоэлементов, чувствительных к инфракрасному излучению. Они через усилители и электромоторы управляли рулями ракеты (рис. 5).

В зависимости от того, на какой из фотоэлементов попадало излучение, рули поворачивали ракету в нужную сторону так, чтобы изображение цели оказывалось между фотоэлементами. Это означало, что ракета идет прямо на цель.

Казалось бы, все здорово. Но представьте себе, что ракету сильно качнул ветер или самолет резко ушел в сторону. Его изображение окажется где-то сбоку, и система из четырех фотоэлементов его потеряет. Ракета не попадет в цель.

Поэтому реальные головки теплового самонаведения гораздо сложнее. Вначале их оснащали электромеханическими устройствами для поиска цели.

Вот схема одного из них (рис. 6).

Рис. 6

Перед фотоэлементом ставили два вращающихся диска. Один имел спиральную прорезь, другой — прямоугольную. На их пересечении получалось окошко, которое «шарило» по всему небу. Кроме того, диски при каждом обороте замыкали контакт. Когда в окошко попадала цель, на фотоэлементе возникал импульс. По разности времени между появлением этого импульса и моментом замыкания контакта вычислялись координаты цели, и автопилоты получали команды на поворот ракеты. Такая головка теплового самонаведения стояла на немецкой зенитной ракете «Рейнтохтер» (рис. 7).