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STORIA DELLA TECNOLOGIA, DELLA TECNOLOGIA, DEGLI OGGETTI INTORNO A NOI
Missile balistico. Storia dell'invenzione e della produzione
Elenco / La storia della tecnologia, della tecnologia, degli oggetti che ci circondano Un missile balistico è un tipo di arma missilistica. Esegue la maggior parte del volo lungo una traiettoria balistica, cioè è in movimento incontrollato. La velocità e la direzione di volo desiderate vengono comunicate al missile balistico nella fase attiva del volo dal sistema di controllo del volo del missile. Dopo aver spento il motore, il resto del percorso, la testata, che è il carico utile del razzo, si muove lungo una traiettoria balistica. I missili balistici possono essere multistadio, nel qual caso, dopo aver raggiunto una data velocità, gli stadi esauriti vengono scartati. Questo schema ti consente di ridurre il peso attuale del razzo, permettendoti così di aumentarne la velocità.
Durante la sua storia quasi millenaria di sviluppo, la tecnologia missilistica ha fatto molta strada dalle primitive "frecce infuocate" ai più potenti moderni veicoli di lancio in grado di lanciare in orbita veicoli spaziali multi-ton. Il razzo è stato inventato in Cina. Le prime informazioni documentate sul suo uso in combattimento sono associate all'assedio da parte dei Mongoli della città cinese di Pien-King nel 1232. I razzi cinesi, che furono poi lanciati dalla fortezza e instillarono paura nella cavalleria mongola, erano piccoli sacchi pieni di polvere da sparo e legati a una normale freccia dell'arco. In seguito ai cinesi, indiani e arabi iniziarono a usare razzi incendiari, ma con la diffusione delle armi da fuoco, i razzi persero il loro significato e furono costretti a rinunciare all'ampio uso militare per molti secoli.
Ancora una volta, l'interesse per il razzo come arma militare è stato risvegliato nel 1804° secolo. Nel 20, miglioramenti significativi nel design del razzo furono apportati dall'ufficiale inglese William Congreve, che per la prima volta in Europa riuscì a stabilire una produzione di massa di razzi da combattimento. La massa dei suoi razzi ha raggiunto i 3 kg e il raggio di volo - 1000 km. Con la giusta abilità, potevano colpire bersagli a una distanza massima di 1807 M. Nel 25, gli inglesi usarono ampiamente queste armi durante il bombardamento di Copenaghen. In breve tempo furono lanciati sulla città più di XNUMXmila razzi, a seguito dei quali la città fu quasi completamente bruciata. Ma presto lo sviluppo delle armi da fuoco rigate rese inefficace l'uso dei missili. Nella seconda metà del XIX secolo furono ritirati dal servizio nella maggior parte degli stati. Ancora una volta, per quasi cento anni, il razzo è stato ritirato. Tuttavia, già a quel tempo apparvero vari progetti per l'uso della propulsione a reazione dell'uno o dell'altro inventore. Nel 1903 lo scienziato russo Konstantin Tsiolkovsky pubblicò il suo lavoro "Indagine sullo spazio con strumenti reattivi". In esso, Tsiolkovsky non solo predisse che un giorno il razzo sarebbe diventato il veicolo che avrebbe portato una persona nello spazio, ma sviluppò anche per la prima volta un diagramma schematico di un nuovo motore a reazione a propellente liquido. In seguito, nel 1909, lo scienziato americano Robert Goddard espresse per la prima volta l'idea di creare e utilizzare un razzo multistadio. Nel 1914 ottenne un brevetto per questo design. Il vantaggio dell'utilizzo di più stadi è che dopo che lo stadio ha esaurito il carburante dai serbatoi, viene scartato. Ciò riduce la massa che deve essere accelerata a velocità ancora più elevate. Nel 1921, Goddard condusse i primi test del suo motore a reazione a propellente liquido, che funzionava con ossigeno liquido ed etere. Nel 1926 fece il primo lancio pubblico di un razzo con motore liquido, che, tuttavia, salì di soli 12 m In futuro, Goddard prestò molta attenzione alla stabilità e alla controllabilità dei razzi. Nel 5 lanciò per la prima volta un razzo con timoni giroscopici. Alla fine, i suoi razzi, con un peso iniziale fino a 1932 kg, sono saliti a un'altezza fino a 350 km. Negli anni '3 era già in corso un intenso lavoro per migliorare i razzi in diversi paesi. Il principio di funzionamento di un motore a reazione a propellente liquido è, in termini generali, molto semplice. Carburante e comburente sono in serbatoi separati. Ad alta pressione, vengono immessi nella camera di combustione, dove vengono miscelati intensamente, evaporati, fatti reagire e accesi. I gas caldi risultanti vengono respinti attraverso l'ugello con grande forza, il che porta alla comparsa di una spinta del getto.
Tuttavia, l'effettiva attuazione di questi semplici principi ha incontrato grandi difficoltà tecniche, che i primi progettisti hanno dovuto affrontare. I più acuti erano i problemi di garantire una combustione stabile del carburante nella camera di combustione e di raffreddare il motore stesso. Anche le domande sul carburante ad alta energia per un motore a razzo e su come fornire i componenti del carburante alla camera di combustione erano molto difficili, poiché per una combustione completa con il rilascio della massima quantità di calore, dovevano essere ben dispersi e miscelati uniformemente con ciascuno altro per tutto il volume della camera. Inoltre, era necessario sviluppare sistemi affidabili che regolassero il funzionamento del motore e il controllo del razzo. Ci sono voluti molti esperimenti, errori e fallimenti prima che tutte queste difficoltà fossero superate con successo. In generale, i motori a propellente liquido possono funzionare anche con un carburante monocomponente, cosiddetto unitario. Come tale, ad esempio, possono agire il perossido di idrogeno concentrato o l'idrazina. Se combinato con un catalizzatore, il perossido di idrogeno H2O2 con un grande rilascio di calore si decompone in ossigeno e acqua. idrazina N2H4 in queste condizioni si decompone in idrogeno, azoto e ammoniaca. Ma numerosi test hanno dimostrato che i motori che funzionano con due componenti separati, uno dei quali è un carburante e l'altro un ossidante, sono più efficienti. Buoni agenti ossidanti erano ossigeno liquido O2, acido nitrico HNO3, vari ossidi di azoto, nonché fluoro liquido F2. Cherosene, idrogeno liquido H2, (in combinazione con l'ossigeno liquido è un carburante estremamente efficiente), idrazina e suoi derivati. Nelle fasi iniziali dello sviluppo della tecnologia missilistica, l'alcol etilico o metilico veniva spesso utilizzato come carburante. Per una migliore atomizzazione e miscelazione del carburante (ossidante e carburante), sono stati utilizzati speciali ugelli posti davanti alla camera di combustione (questa parte della camera è chiamata testa dell'ugello). Di regola, aveva una forma piatta, formata da molti ugelli. Tutti questi ugelli sono stati realizzati sotto forma di tubi doppi per l'alimentazione simultanea di ossidante e carburante. L'iniezione del carburante è avvenuta ad alta pressione. Piccole goccioline di agente ossidante e carburante ad alta temperatura evaporarono intensamente ed entrarono in una reazione chimica l'una con l'altra. La combustione principale del carburante avviene vicino alla testa dell'iniettore. Allo stesso tempo, la temperatura e la pressione dei gas risultanti aumentarono notevolmente, che poi si precipitarono nell'ugello e scoppiarono ad alta velocità. La pressione nella camera di combustione può raggiungere centinaia di atmosfere, quindi il combustibile e l'ossidante devono essere alimentati a una pressione ancora maggiore. Per fare ciò, i primi razzi utilizzavano la pressurizzazione dei serbatoi di carburante con gas compresso o vapori degli stessi componenti del propellente (ad esempio vapori di ossigeno liquido). Successivamente iniziarono ad essere utilizzate speciali pompe ad alta potenza ad alte prestazioni azionate da turbine a gas. Per avviare la turbina a gas nella fase iniziale del funzionamento del motore, il gas caldo è stato fornito dal generatore di gas. Successivamente iniziarono a utilizzare gas caldo formato dai componenti del combustibile stesso. Dopo che la turbina ha accelerato, questo gas è entrato nella camera di combustione ed è stato utilizzato per accelerare il razzo. Inizialmente, hanno cercato di risolvere il problema del raffreddamento del motore utilizzando speciali materiali resistenti al calore o uno speciale liquido di raffreddamento (ad esempio l'acqua). Tuttavia, un metodo di raffreddamento più redditizio ed efficiente è stato gradualmente trovato utilizzando uno dei componenti del carburante stesso. Prima di entrare nella camera, uno dei componenti del combustibile (ad esempio l'ossigeno liquido) è passato tra le sue pareti interna ed esterna e ha portato con sé una parte significativa del calore dalla parete interna più sollecitata dal calore. Questo sistema non è stato elaborato immediatamente e quindi, nelle prime fasi della creazione di razzi, i loro lanci sono stati spesso accompagnati da incidenti ed esplosioni. Per controllare i primi razzi furono usati timoni ad aria e gas. I timoni del gas erano posizionati all'uscita dell'ugello e creavano forze e momenti di controllo deviando il getto di gas che scorre dal motore. Nella forma, assomigliavano alle pale di un remo. Durante il volo, questi timoni si bruciarono rapidamente e crollarono. Pertanto, in futuro, il loro uso fu abbandonato e iniziarono a essere utilizzati motori a razzo di controllo speciali, che erano in grado di ruotare rispetto agli assi di montaggio. In URSS, negli anni '30 iniziarono gli esperimenti sulla creazione di razzi a propellente liquido. Nel 1933, il Gruppo di Mosca per lo studio della propulsione a reazione (GIRD) sviluppò e lanciò il primo razzo sovietico GIRD-09 (progettisti Sergei Korolev e Mikhail Tikhonravov). Questo razzo, con una lunghezza di 2 m e un diametro di 4 cm, aveva un peso al lancio di 18 kg. La massa del carburante, costituita da ossigeno liquido e benzina condensata, era di circa 19 kg. Il motore sviluppava una spinta fino a 5 kg e poteva funzionare per 32-15 s. Al primo lancio, a causa del burnout della camera di combustione, i getti di gas hanno iniziato a fuoriuscire lateralmente, il che ha portato al blocco del razzo e al suo volo dolce. L'altitudine massima di volo era di 18 m. Negli anni successivi, gli scienziati missilistici sovietici effettuarono molti altri lanci. Sfortunatamente, nel 1939 il Reactive Research Institute (in cui il GIRD fu trasformato nel 1933) fu sconfitto dall'NKVD. Molti designer furono mandati in prigioni e campi. Korolev fu arrestato nel luglio 1938. Insieme a Valentin Glushko, il futuro capo progettista di motori a razzo, trascorse diversi anni in uno speciale ufficio di progettazione a Kazan, dove Glushko era indicato come capo progettista dei sistemi di propulsione degli aerei e Korolev come suo vice. Per qualche tempo, lo sviluppo della scienza missilistica in URSS è cessato. Risultati molto più tangibili sono stati raggiunti dai ricercatori tedeschi. Nel 1927 qui fu costituita la Società di viaggi interplanetari, guidata da Wernher von Braun e Klaus Riedel. Con l'avvento al potere dei nazisti, questi scienziati iniziarono a lavorare alla creazione di missili da combattimento. Nel 1937 fu fondato un centro missilistico a Peenemünde. 550 milioni di marchi sono stati investiti nella sua costruzione in quattro anni. Nel 1943 il personale di base a Peenemünde era già di 15. Qui si trovavano la galleria del vento più grande d'Europa e un impianto per la produzione di ossigeno liquido. Il centro ha sviluppato il proiettile V-1, nonché il primo missile balistico seriale V-2 della storia con un peso di lancio di 12700 kg come una pietra lanciata liberamente). I lavori sul razzo iniziarono già nel 1936, quando 120 dipendenti e diverse centinaia di lavoratori furono assegnati a Brown e Riedel per aiutarli. Il primo lancio sperimentale del V-2 ebbe luogo nel 1942 e non ebbe successo. A causa del guasto del sistema di controllo, il razzo si è schiantato al suolo 1,5 minuti dopo il lancio. Un nuovo inizio nell'ottobre 1942 ebbe successo. Il razzo è salito a un'altezza di 96 km, ha raggiunto una portata di 190 km ed è esploso a quattro km dal bersaglio. Durante la creazione di questo razzo, sono state fatte molte scoperte, che sono state poi ampiamente utilizzate nella scienza missilistica, ma c'erano anche molti difetti. Il Fau fu il primo a utilizzare una turbopompa per fornire carburante alla camera di combustione (prima di allora si usava solitamente la sua cilindrata con azoto compresso). Il perossido di idrogeno è stato utilizzato per far girare la turbina a gas. Inizialmente si cercava di risolvere il problema del raffreddamento del motore utilizzando per le pareti della camera di combustione lamiere di acciaio spesse con scarsa conducibilità termica. Ma le primissime partenze hanno dimostrato che per questo motivo il motore si surriscalda rapidamente. Per ridurre la temperatura di combustione, l'alcol etilico doveva essere diluito con il 25% di acqua, il che a sua volta riduceva notevolmente l'efficienza del motore.
Nel gennaio 1944 iniziò la produzione in serie di "V". Questo missile con una portata fino a 300 km trasportava una testata che pesava fino a 1 tonnellata Da settembre 1944, i tedeschi iniziarono a bombardare il territorio britannico con loro. In totale sono stati prodotti 6100 missili e sono stati effettuati 4300 lanci di combattimento. 1050 razzi sono volati in Inghilterra e la metà è esplosa direttamente a Londra. Di conseguenza, circa 3mila persone sono morte e il doppio sono rimaste ferite.
La velocità massima di volo del V-2 ha raggiunto 1,5 km / s e l'altitudine di volo era di circa 90 km. Gli inglesi non avevano modo di intercettare o abbattere questo missile. Ma a causa del sistema di guida imperfetto, si sono rivelati un'arma piuttosto inefficace nel suo insieme. Tuttavia, dal punto di vista dello sviluppo della tecnologia missilistica, i V hanno rappresentato un gigantesco passo avanti. La cosa principale era che il mondo credeva nel futuro dei missili. Dopo la guerra, la scienza missilistica ha ricevuto un potente sostegno statale in tutti gli stati. All'inizio, gli Stati Uniti si trovarono in condizioni più favorevoli; molti missilisti tedeschi, guidati dallo stesso Brown, furono consegnati in America dopo la sconfitta della Germania, proprio come molti Vs ready-made. Questo potenziale è servito come punto di partenza per lo sviluppo dell'industria missilistica americana. Nel 1949, dopo aver installato un V-2 su un piccolo razzo di ricerca Vak-Corporal, gli americani lo lanciarono a un'altitudine di 400 km. Sulla base della stessa "V", sotto la guida di Brown, nel 1951 fu creato il missile balistico americano "Viking", sviluppando una velocità di circa 6400 km / h. Nel 1952 lo stesso Brown sviluppò per gli Stati Uniti il missile balistico Redstone con una gittata fino a 900 km (fu questo missile che fu utilizzato nel 1958 come primo stadio per il lancio in orbita del primo satellite americano, Explorer 1) . L'URSS ha dovuto mettersi al passo con gli americani. La creazione dei propri missili balistici pesanti qui iniziò anche con lo studio del V-2 tedesco. Per questo, subito dopo la vittoria, un gruppo di designer è stato inviato in Germania (tra cui Korolev e Glushko). È vero, non sono riusciti a preparare un solo "Fau" completo, ma secondo segni indiretti e numerose testimonianze, l'idea era abbastanza completa. Nel 1946, l'URSS iniziò il proprio intenso lavoro sulla creazione di missili balistici a guida automatica a lungo raggio. Organizzato da Korolev, NII-88 (in seguito TsNIIMash a Podlipki vicino a Mosca, ora città di Korolev) ricevette immediatamente fondi significativi e un ampio sostegno statale. Nel 1947 fu creato il primo missile balistico sovietico R-2 sulla base del V-1. Questo primo successo arrivò con grande difficoltà. Durante lo sviluppo del razzo, gli ingegneri sovietici hanno dovuto affrontare molti problemi.
L'industria sovietica non produceva quindi i gradi di acciaio necessari per la scienza missilistica, non c'era la gomma necessaria e la plastica necessaria. Enormi difficoltà sorsero quando si lavorava con l'ossigeno liquido, poiché tutti gli oli lubrificanti allora disponibili si addensavano istantaneamente alle basse temperature e i timoni smettevano di funzionare. Ho dovuto sviluppare nuovi tipi di oli. La cultura generale della produzione non corrispondeva in alcun modo al livello della tecnologia missilistica. L'accuratezza delle parti di fabbricazione, la qualità della saldatura hanno lasciato molto a desiderare per molto tempo. I test condotti nel 1948 presso il sito di prova di Kapustin Yar hanno mostrato che l'R-1 non solo non superava il V-2, ma era anche inferiore a loro sotto molti aspetti. Quasi nessuno degli inizi è andato liscio. I lanci di alcuni missili sono stati ritardati molte volte a causa di malfunzionamenti. Dei 12 missili destinati ai test, solo 9 furono lanciati con grande difficoltà. I test effettuati nel 1949 hanno già dato risultati molto migliori: su 20 missili, 16 hanno colpito un determinato rettangolo 16 per 8 km. Non c'è stato un solo errore per avviare il motore. Ma anche dopo, passò molto tempo prima che imparassero a progettare missili affidabili che partissero, volassero e colpissero il bersaglio. Nel 1949, sulla base dell'R-1, fu sviluppato il razzo geofisico d'alta quota V-1A con un peso di lancio di circa 14 tonnellate (con un diametro di circa 1,5 m, aveva un'altezza di 15 m). Nel 1949, questo razzo consegnò un container con strumenti scientifici a un'altitudine di 102 km, che poi tornò sano e salvo a terra. Nel 1950 fu messo in servizio l'R-1. Da quel momento in poi, gli scienziati missilistici sovietici facevano già affidamento sulla propria esperienza e presto superarono non solo i loro insegnanti tedeschi, ma anche i designer americani. Nel 1950 fu creato un missile balistico R-2 fondamentalmente nuovo con un singolo carro armato e una testata staccabile. (I serbatoi di carburante nella V erano sospesi, cioè non trasportavano alcun carico di potenza. I progettisti sovietici inizialmente adottarono questo schema. Ma in seguito passarono all'uso di serbatoi di trasporto, quando il guscio esterno, cioè il corpo del razzo, fungeva da pareti dei serbatoi del carburante, o, equivalentemente, i serbatoi del carburante costituivano il corpo del razzo.) L'R-2 era grande il doppio dell'R-1, ma grazie all'uso di leghe di alluminio appositamente progettate superava il suo peso di solo 350 kg. L'alcol etilico e l'ossigeno liquido erano ancora usati come combustibili. Nel 1953 fu messo in servizio il missile R-5 con una portata di 1200 km. Il razzo geofisico V-5A creato sulla sua base (lunghezza - 29 m, peso di lancio circa 29 tonnellate) potrebbe sollevare carichi fino a un'altezza di 500 km. Nel 1956 fu testato il razzo R-5M, che per la prima volta al mondo trasportava una testata con carica nucleare nello spazio. Il suo volo si è concluso con una vera e propria esplosione nucleare in una determinata area dell'Aral Karakum, a 1200 km dal sito di lancio. Korolev e Glushko hanno poi ricevuto le stelle di Heroes of Socialist Labour. Fino alla metà degli anni '50, tutti i missili sovietici erano a stadio singolo. Nel 1957, un missile balistico multistadio intercontinentale da combattimento R-7 fu lanciato con successo dal nuovo cosmodromo di Baikonur. Questo razzo, lungo circa 30 m e del peso di circa 270 tonnellate, era costituito da quattro blocchi laterali del primo stadio e da un blocco centrale con un proprio motore, che fungeva da secondo stadio. Nella prima fase è stato utilizzato il motore RD-107, nella seconda fase - RD-108 con carburante ossigeno-cherosene. All'inizio tutti i motori furono accesi contemporaneamente e svilupparono una spinta di circa 400 tonnellate.
I vantaggi dei razzi multistadio rispetto a quelli monostadio sono già stati discussi in precedenza. Ci sono due possibili disposizioni dei gradini. Nel primo caso, il razzo più massiccio, situato nella parte inferiore e sparato proprio all'inizio del volo, è chiamato primo stadio. Di solito, su di esso viene installato un secondo razzo di dimensioni e massa inferiori, che funge da secondo stadio. Su di esso, a sua volta, può essere posizionato un terzo razzo, e così via, a seconda di quanti stadi sono necessari. Questo è un tipo di razzo con una disposizione sequenziale di stadi. R-7 apparteneva a un tipo diverso, con una separazione longitudinale dei gradini. Al suo interno si trovavano blocchi separati (motori e serbatoi di carburante) del primo stadio attorno al corpo del secondo stadio e all'inizio i motori di entrambi gli stadi iniziarono a funzionare contemporaneamente. Dopo aver esaurito il carburante, i blocchi del primo stadio sono stati scartati e i motori del secondo stadio hanno continuato a funzionare ulteriormente. Pochi mesi dopo, nello stesso 1957, fu questo razzo a lanciare in orbita il primo satellite terrestre artificiale della storia. Autore: Ryzhov KV
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