К 50-летию Государственного ракетного центра «КБ им. академика В.П. Макеева»

Канбиков М.Ш., Лякишев Б.М., Телицын Ю.С., Шихов В.Б.

НЕКОТОРЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ БАЛЛИСТИЧЕСКИХ РАКЕТ ПОДВОДНЫХ ЛОДОК

Облик баллистических ракет подводных лодок во многом отличается от облика ракет, предназначенных для других видов вооружения, что нашло своё воплощение в конструктивном исполнении ракеты в целом, и прежде всего в цельносварных корпусах многоступенчатых ракет, а также в ее отдельных системах. В данной статье конструктивные особенности показаны на примере трёх систем морских ракет.

Система снятия жестких связей предназначена для разрушения соединений между элементами ракеты с целью отделения от нее в полете частей, функционирование которых в составе ракеты закончено. В первую очередь это связано с необходимостью разделения герметичных цельносварных корпусов жидкостных ракет. После всестороннего анализа различных типов устройств разработчиками ГРЦ «КБ имени академика В.П. Макеева» для разрыва соединений между составными частями морских баллистических ракет было взято за основу применение принципа взрывного действия с использованием детонирующего удлиненного заряда кумулятивного типа на основе бризантных взрывчатых веществ.

Начало было положено созданием системы для ракеты РСМ-25, в которой ДУЗ использован для отделения боевого блока от носителя. На последующих разработках эти системы нашли более широкое применение. Для ракеты РСМ-40 были созданы четыре системы: для разделения ступеней ракеты, отделения переднего отсека от носителя, боевого блока от переднего отсека, разделения электрических кабелей. Конструктивно ДУЗы устанавливались в специально проточенную канавку вплотную к перебиваемой перемычке. ДУЗы системы снятия жестких связей 1 и 2 ступеней располагались на наружной поверхности ракеты, закрывались стеклопластиковой лентой, крепящейся винтами, и герметизировались спецмальным герметиком. ДУЗы остальных систем находились внутри отсеков ракеты.

Для инициирования ДУЗов применялись детонирующие устройства прямого действия типа УЭД-5М разработки НПО «Краснознаменец» (г. С.-Петербург) или устройства предохранительного типа собственной разработки. Выбор инициаторов зависел от возможны: последствий в результате несанкционированного срабатывания систем при эксплуатации ракеты. Для систем, несанкционированное срабатывание которых могло создать опасную для обслуживающего персонала ситуацию, как правило, применялись детонирующие устройства, совмещенные с механизмами предохранения. Для решения такими устройствами основной задачи, т.е. инициирования ДУЗов, необходимо выполнение в строгой последовательности двух операций, а именно:

— снятие предохранения с боевого канала инициатoра;

— подача команды на боевой инициатор.

На ракете РСМ-50 системы снятия жестких связей были, в основном, заимствованы с ракеты РСМ-40, а система для отделения переднего отсека от носителя была изменена с учетом конструктивных особенностей ракеты. В частности, в схеме задействования были применены пиропатрон и капсюль-детонатор, сообщенные огневым каналом, имеющим поворот на 90°, а для снижения механических нагрузок от срабатывания ДУЗа введён экран, имеющий специальные демпфирующие канавки.

Широкое использование системы снятия жестких связей получили на твердотопливной ракете РСМ-52. Это системы для отделения хвостового отсека, амортизационной ракетной системы, ступеней ракеты, межступенчатого отсека, разделения набора электрических кабелей и вскрытия окна пускового клапана. Для обеспечения безударного разделения ступеней ракеты межступенчатый отсек разрывался на панели как в поперечном, так и в продольном направлениях. В составе данной системы снятия жёстких связей были применены механические узлы инициирования, срабатывающие при достижении заданного расстояния между разделяемыми ступенями.

Впервые в практике на этой ракете для сброса с ракеты резинометаллических амортизаторов были использованы некумулятивные детонирующие удлиненные заряды. Кроме того, разделение электрических кабелей системы управления и кольцевой перемычки межступенчатого отсека осуществлялось одним и тем же ДУЗом, при этом в зонах расположения ленточных кабелей толщина перемычки корпуса уменьшалась.

Наряду с использованием накопленного на предыдущих разработках опыта при создании систем снятия жёстких связей на ракете РСМ-52 были усовершенствованы конструктивные элементы, связанные с применением ДУЗов. С целью снижения механических и акустических нагрузок, возникающих от срабатывания системы, ДУЗ устанавливался на фокусном расстоянии по отношению к перебиваемой перемычке, что позволило снизить навеску (количество взрывчатого вещества на единицу длины) при той же его перебивающей способности. Применены конструктивные элементы (фиксаторы, прижимы), позволяющие контролировать взаимное положение отрезков ДУЗов при их монтаже и обеспечивающие фиксированное положение отрезков ДУЗов относительно друг друга и относительно перемычки при воздействии эксплуатационных и полетных нагрузок. Для снижения осколочного и ударноволнового воздействия от срабатывания ДУЗа введены защитные элементы.

В ракете РСМ-54, наряду с использованием конструкторского опыта, был учтен опыт эксплуатации в морских условиях ранее разработанных ракет. В частности, на системе снятия жесткой связи 1 и 2 ступеней, расположенной снаружи, была применена так называемая «разгерметизированная» система. Данная конструкция обеспечивала слив воды из полости расположения ДУЗа, попадающей туда при старте ракеты, и, тем самым, создавала необходимые условия для надежного функционирования системы к моменту ее срабатывания, исключив коррозию, развивающуюся в замкнутых полостях.

Начиная с ракеты РСМ-54, в системах снятия жестких связей на основе ДУЗов, имеющих по традиции два дублирующих друг друга детонирующих устройства, стали применять но одному инициатору. Анализ временных характеристик срабатывания средств инициирования и детонирующих удлиненных зарядов на основе бризантных взрывчатых веществ привел к выводу о том, что в случае применения низковольтных средств для инициирования ДУЗов использование дополнительного инициатора дублирует только электрический сигнал и не касается пиротехнической части инициаторов, что с определенной вероятностью может привести даже к отказу системы в целом.

Все перечисленные выше решения позволили создать малогабаритные системы снятия жестких связей, отвечающие заданным требованиям и обладающие высокими показателями надежности, что подтверждено опытом их эксплуатации.

Бортовая кабельная сеть

Создание и совершенствование бортовой кабельной сети морских баллистических ракет происходило с учетом условий эксплуатации ракетных комплексов, требований к сборке, задач системы управления, конструкции двигательных установок.

На первой ракете Р-11ФМ конструкция бортовых кабелей повторяла конструкцию кабелей сухопутных ракет, выполнялась на основе наборных проводов и серийных промышленных соединителей. В следующей ракете (Р-13) впервые применен многожильный кабель промышленного изготовления, имеющий улучшенные габаритно-массовые характеристики за счет более плотной и рациональной компоновки (свивки) в жгуте и практически беззазорного нанесения изоляционных и защитных оболочек.

В первой ракете с подводным стартом были заложены основные принципы проектирования бортовых кабелей последующих ракет, а именно: герметичность в связи с затоплением ракеты перед стартом, предстартовый наддув с целью дополнительной защиты электрических цепей от морской воды, предварительная расстыковка электрического соединителя связи ракеты с пусковой установкой для исключения короткого замыкания. Герметичность достигалась применением промышленного кабеля в двойной резиновой оболочке, армированной лавсановой прослойкой.

Свое дальнейшее развитие бортовая кабельная сеть получила на ракете РСМ-25, где впервые была применена прокладка кабелей в стальных трубопроводах и фторопластовых рукавах в металлической оплетке на двигательной установке и в эллипсной алюминиевой трубе в бортовом кабеле под обтекателем. Эллипсная труба позволила вписаться в ограниченную по габаритам конструкцию, а применение металлических труб и фторопластовых рукавов дало выигрыш в весе и увеличение гарантийных сроков хранения по сравнению с резиновыми оболочками. Для ракеты РСМ-25 впервые спроектирована серия специальных многоконтактных малогабаритных герметичных электрических соединителей, получивших свое развитие в серии отрывных, отстреливаемых, проходных соединителей, соединителей «слепой» стыковки, всего около 200 конструкций.

Качественный переход в разработке бортовых кабелей сделан при создании ракеты РСМ-40. Впервые применена прокладка кабелей в тонкостенных (1 мм) алюминиевых трубах и металлических рукавах, что повлекло за собой применение автоматической (а значит, более надежной) сварки, отработку технологии высадки концов алюминиевых труб, разработку биметаллических переходников. Ограниченные объёмы, сложная объёмная конфигурация кабелей потребовали создания специальных эталонов, штампованных переходников с направленным волокном. В наиболее ограниченном объёме применены «мягкие» алюминиевые трубы и вакуумная пайка. Степень герметизации кабелей, прокладываемых на двигательных установках непосредственно в средах окислителя и горючего, потребовала вакуумных испытаний. Все перечисленные причины привели к созданию специального кабельного цеха на заводе-изготовителе. В ракете РСМ-40 перед отделением переднего отсека впервые использован отстрел бортовых кабелей и обтекателей с последующей фиксацией.

Кабельная сеть ракеты РСМ-50 во многом заимствована с РСМ-40.

Создание ракеты РСМ-54 значительно усложнило бортовые кабели из-за сокращения зазора между ракетой и пусковой установкой. На этой ракете впервые внедрена «слепая» стыковка электрических цепей между носителем и передним отсеком.

Создание твердотопливной ракеты РСМ-52 поставило перед разработчиками кабельной сети новые задачи. Разработаны специальные малогабаритные облегченные кабельные вводы, применен ленточный провод, унифицированы требования к бортовым кабелям, размещенным в различных частях ракеты. Для передачи телеметрической информации впервые использована замотанная в корпусе твердотопливных двигательных установок бортовая кабельная сеть. Для системы управления внедрено проверенное решение по прокладке кабелей в трубах.

Замотанная в корпуса твердотопливных двигательных установок бортовая кабельная сеть реализована в следующей ракете. Кроме того, в последующих разработках часть обслуживаемых до старта цепей выполнена в виде волоконно-оптической линии передач. Перспектива развития бортовых кабелей связана с расширенным применением волоконной оптики и совершенствованием конструкции кабелей для прокладки электрических цепей.

Переходный отсек

Старт ракеты из затопленной шахты подводной лодки на маршевом двигателе требует демпфирования газоприхода от запуска двигателя с целью исключения разрушающего воздействия давления и температуры на элементы ракеты и пусковой установки. Основным решением, принятым в ГРЦ-КБМ для ухода от отмеченных проблем, стало использование воздушного колокола в сочетании с охлаждающими свойствами воды и затянутым выходом двигателя на режим.

Для создания воздушного колокола в состав малогабаритной ракеты РСМ-25 был введен переходный отсек, представляющий собой двухкорпусную цельносварную конструкцию сложной конфигурации, охватывающей элементы ракеты, расположенные за нижним днищем и вписывающейся в контуры стола пусковой установки. Переходный отсек герметично стыкуется к нижней части корпуса ракеты. Воздушный колокол создается за счет наддува полости переходного отсека и вытеснения из нее воды через нижний срез, сообщающийся с окружающим пространством.

Переходный отсек конструктивно плотно охватывает элементы ракеты, в том числе рулевые камеры двигателя 1 ступени. Поэтому с целью обеспечения поворота рулевых камер в полете на заданные углы прокачки, а также с целью снижения полетной массы ракеты, переходный отсек в полете не участвует и остается на пусковом столе в шахте подводной лодки. Для этого он крепится к корпусу ракеты специальными разрывными болтами и в его конструкцию введены цапфы, через которые он фиксируется на столе пусковой установки в момент старта ракеты. В некоторых ракетах на переходном отсеке расположены устройства, обеспечивающие фиксацию рулевых камер двигателя в нулевом положении при транспортировке ракеты и при запуске двигателя 1 ступени. Переходный отсек служит хвостовым отсеком ракеты, на нем смонтированы узлы, обеспечивающие стыковку ракеты со столом пусковой установки и с агрегатами наземного оборурудования. Переходные отсеки (переходники) малогабаритных жидкостных морских ракет представляют пример многофункциональных конструкций, решающих различные, зачастую разнородные задачи. Являясь, по существу, хвостовым отсеком ракеты, переходник служит защитой качающихся камер сгорания, рулевых машин, кабельной сети и других кормовых элементов ракеты при наземной эксплуатации. Являясь элементом, не участвующим в полёте, он сосредоточил в себе функции восприятия нагрузок при эксплуатации ракеты, функции организации подракетного объёма (колокола) и стал, таким образом, элементом пусковой установки, элементом наземного оборудования. Компоновка переходника и пускового стола — взаимопроникающая, их длины на 70 — 80% совпадают; т.е. они совмещены не только по функциям (частично), но и по расположению.

Другими примерами совмещенных конструкций в жидкостных морских баллистических ракетах являются днища:

— межбаковое днище, заменившее два днища смежных баков и межбаковый отсек;

— межступенчатое днище, которое исключило межступенчатый отсек, является также рамой двигателя верхней ступени и днищами баков двух ступеней;

— переднее днище ракеты, которое одновременно служит либо приборным отсеком, либо отсеком для размещения полезной нагрузки.

Описание их развития и конструктивных особенностей требует отдельной статьи.