Содержание:
Уважаемые коллеги, в этом материале я решил подробно рассказать о моем личном фаворите среди управляемого оружия 1950-ых — корабельной зенитной ракете RIM-8 «Талос». Разработанная в 1950-ых, эта ракета вплоть до недавнего времени держала абсолютный мировой рекорд дальности перехвата кораблем воздушной цели (118 км). Ее создание на заре эры управляемого оружия было настоящим инженерным подвигом; многие решения, примененные в «Талосе» были чрезвычайно оригинальны и без преувеличения можно сказать, что долго еще не имели аналогов.
Я хочу выразить особенную благодарность Филиппу Р. Хейсу, офицеру ракетного крейсера CLG-5 «Оклахома Сити» и автору замечательного сайта Okieboat, посвященному кораблю и его службе. Этот ресурс был и остается для меня настоящим кладезем информации как по ЗРК «Талос», так и по другим аспектам техники и истории военного флота 1960-ых.
ИСТОРИЯ
История зенитной ракеты RIM-8 “Талос” началась еще во время Второй Мировой Войны. К середине 1944 года американский флот начал осознавать, что средства ведения войны на море меняются вновь и радикально. Торпедоносцы и пикировщики, еще недавно бывшие основной угрозой, стремительно уходили в прошлое; ограниченная маневренность делала их слишком легкими жертвами для наводимых радарами зенитных орудий, стреляющих снарядами с неконтактным радиовзрывателем. Основной воздушной угрозой флоту стали высотные бомбардировщики, запускающие управляемые ракеты и бомбы с безопасного удаления – из-за пределов досягаемости ствольных зениток.
В июне 1944 года BuOrd (англ. Bureau of Ordnance – Бюро Боеприпасов ВМФ США) провело первичный анализ проблемы защиты кораблей и соединений от воздушных атак с применением управляемого оружия. Их рекомендацией по результатам исследования было немедленно приступить к разработке управляемой зенитной ракеты – весьма желательно, сверхзвуковой. Были сформулированы первичные требования к ракете, способной поразить летящий на высоте девяти километров (10.000 ярдов) бомбардировщик на удалении до 18 километров (20.000 ярдов) от корабля. Скорость полета ракеты должна была составлять не менее 560 метров в секунду (1850 футов в секунду), а время полета на максимальную дистанцию около одной минуты – чтобы успеть перехватить неприятельский бомбардировщик до того, как он запустит свою нагрузку. При этом ракета должна была весить не более одной тонны (2000 фунтов), нести 272-кг осколочную боевую часть (600 фунтов) и запускаться с помощью стартового ускорителя весом около тонны.
Такие требования на тот момент представлялись… фантастическими. Но специалисты BuOrd считали, что такое оружие находится в пределах технически возможного, пускай и едва-едва. В начале декабря 1944 года BuOrd заключило исследовательский контракт с Лабораторией Прикладной Физики (англ. Applied Physics Laboratory, APL) института Джона Гопкинса. Инженеры APL работали над предыдущим фантастическим проектом BuOrd – созданием радиолокационного неконтактного взрывателя для зенитных снарядов, знаменитого VT-fuze – и доказали, что умеют превращать “фантастическое” и “едва возможное” в “серийно производящееся” и “наводящее ужас на врагов”.
Группа разработчиков «Талоса» после первого успешного перехвата в 1952 году
Проект разработки новой зенитной ракеты получил кодовое название “проект Бамблби” (англ. bumblebee — шмель). Название это служило отсылкой к известному афоризму: “по всем законам аэродинамики, шмель летать не может – но шмель этого не знает, и потому летает”. Инженеры и ученые APL, работающие над проектом, шутливо отмечали, что их работа очень похожа на попытку спроектировать того самого шмеля вопреки всем законам аэродинамики.
Общий подход к проблеме был сформулирован в начале 1945. Инженеры APL предложили создать ракету, приводимую в действие прямоточным воздушно-реактивным двигателем; на тот момент, он выглядел единственным способом добиться требуемых характеристик по скорости и дальности одновременно. Наводиться такая ракета должна была автоматически, методом “оседланный луч” – вращающийся луч радара сопровождал цель, а ракета двигалась к цели вдоль луча. Такой метод позволял перенести самое сложное (захват и удержание цели) на корабельный радар, а от ракеты требовалось только удерживать себя в пределах трассы луча.
Задачи, стоявшие перед “проектом Бамблби” были монументальны. Им предстояло не просто создать новое оружие; им предстояло добиться фундаментальных прорывов в целом ряде несвязанных областей технологии. Поэтому еще на ранней стадии, проект “Бамблби” был разделен на шесть направлений:
* Двигатели – разработка и испытание в аэродинамических трубах моделей прямоточного реактивного двигателя с целью разрешить фундаментальные вопросы относительно тяги, стабильности работы, подачи топлива и т.д.
* Аэродинамика – изучение проблем стабилизации и управления сверхзвуковой ракеты в полете, создание испытательных стендов и аэродинамических труб. Предполагалось, что в итоге эта группа возьмет на себя разработку общей архитектуры ракеты.
* Моделирование – разработка, изготовление и испытание экспериментальных прямоточных ракет с целью получения телеметрических данных.
* Управление и наведение – проектирование и разработка гироскопического автопилота, системы автоматического наведения ракеты на цель, радаров для управления ракетой.
* Инфраструктура – организация и постройка полигонов для испытаний, разработка и изготовление необходимого тестового оборудования и стендов.
* Запуски – эта группа занималась вопросами подготовки к пуску и запуска ракет.
Ранний прототип прямоточного двигателя на испытаниях
С самого начала проект “Бамблби” сталкивался со множеством проблем. В Америке 1945 года попросту не существовало полигонов и аэродинамических труб для работы со сверхзвуковыми ракетами. Все это пришлось спешно создавать с нуля. Испытательный центр для сверхзвуковых создали в здании закрытой сталелитейной фабрики в Дэнгерфилде (Техас), переоборудовав могучий вентилятор плавильной печи под питание аэродинамических труб. Полигон для опытных пусков оборудовали на бывшей станции береговой охраны Исланд-Бич, в Нью-Джерси. Правда, размеры полигона быстро оказались недостаточными, и испытания уже в 1946 перенесли на новый ракетный полигон ВМФ США в Чина Лэйк (штат Калифорния).
Летные испытания первых прототипов начались в феврале 1945 года. Эти модели были, разумеется, очень далеки от настоящего оружия – по сути дела, это были просто прямоточные двигатели с телеметрической аппаратурой, запускаемые с помощью связки 127-мм армейских НУРС. Летом 1945, удалось добиться первого успеха; запущенная модель продемонстрировала устойчивую работу прямоточного двигателя в полете. Испытания продолжались, и в октябре 1945 был взят следующий барьер; тяга двигателя запущенной модели превысила ее аэродинамическое сопротивление.
Прототип «Кобра», известный также как «печная труба со стабилизатором» (с)
Ободренные успехом, инженеры APL приступили к созданию более крупного прототипа с 18-дюймовым (457-мм) прямоточным двигателем – RTV (англ. Ramjet Test Vehicle – Аппарат Испытаний Прямоточника). Эта модель должна была нести аппаратуру управления и наведения. Но тут испытателей ждала неудача; при пересечении звукового барьера, RTV просто развалился в полете из-за непредвиденных нагрузок.
Стало ясно, что для разработки сверхзвуковой ракеты нужны более полные данные по сверхзвуковой аэродинамике. Но для того, чтобы получить эти данные, нужна была сверхзвуковая ракета. Выход из замкнутого круга APL нашли в создании очень простой двухступенчатой ракеты на твердом топливе. Названная STV (англ. Suprersonic Test Vehicle – Сверхзвуковой Испытательный Аппарат), эта ракета оснащалась телеметрической аппаратурой, и использовалась для испытания систем наведения и управления в рамках проекта “Бамблби”.
Испытания STV оказались более чем успешными. Ракета не только помогла получить все необходимые APL данные, но и сама оказалась настолько надежной и эффективной, что у адмиралов ВМФ США возник вопрос; а почему бы не сделать на основании STV полноценную зенитную ракету? В конце концов, STV обладала необходимыми летными характеристиками, была оснащена автопилотом и системой наведения “по лучу” радара, и все, что требовалось – это заменить блок телеметрической аппаратуры боеголовкой с неконтактным взрывателем.
Эта идея поставила BuOrd и APL в сложное положение. С одной стороны, твердотопливная ракета на основе STV могла делать все, что требовалось в рамках проекта “Бамблби”, и была бы доступна уже в ближней перспективе. С другой – в работу над прямоточной ракетой были уже вложены значительные ресурсы, и было очевидно, что прямоточные двигатели обладают огромным потенциалом развития. В итоге адмиралы приняли соломоново решение; на ближнюю перспективу делать ракету малой дальности на основе STV (будущая RIM-2 “Терьер”), а прямоточную ракету разрабатывать как дальнобойный снаряд, увеличив требования по дальности до 50 морских миль (92 километров).
В 1948 году, проектируемая ракета получила собственно имя – “Талос” (англ. Talos), в честь персонажа античных мифов. В греческой мифологии, Талос был искусственным созданием, бронзовым великаном, которого выковал Гефест для защиты Крита. В некоторых версиях мифа, Талос обладал умением летать, а тело его было так раскалено, что враги сгорали от одного прикосновения гиганта. Разработчики проекта единодушно согласились, что это имя идеально подойдет новой ракете – “искусственному гиганту”, который будет летать по небу и “сжигать врагов в своем пламени”.
Однако ни новое звучное название, ни успешные испытания 18-дюймового прямоточника не означали конца проблем.
Во-первых, новые требования по дальности вынудили в значительной степени переработать весь проект ракеты. Будущий “Талос” стал существенно больше и тяжелее, что потребовало увеличить диаметр прямоточного двигателя до 71 см (28 дюймов). А это, в свою очередь, повлекло за собой другие изменения в конструкции ракеты.
Во-вторых, увеличение дальности привело к тому, что наводить ракету тем же радаром, который сопровождает цель, оказалось просто невозможно. Ракета в этом случае “гонялась” за целью по далеко не оптимальной траектории, и тратила слишком много топлива – и времени – чтобы поразить неприятеля. Сопровождение цели и наведение ракеты требовалось разделить; один радар отслеживал бы цель, а другой наводил ракету в рассчитанную точку упреждения.
В-третьих, система наведения методом “оседланный луч” на больших расстояниях оказалась неработоспособна. Расширение ведущего луча с увеличением дистанции приводило к тому, что ширина луча превосходила радиус поражения боевой части ракеты. Это означало, что даже в идеальной ситуации ракета будет наводиться слишком неточно, чтобы гарантированно поразить цель – что для дорогой и сложной ракеты вроде “Талоса” было неприемлемо. Требовалась система терминального самонаведения, которая включалась бы на последних секундах полета и наводила ракету точно на цель.
В-четвертых, во время испытаний системы самонаведения выявилась фундаментальная проблема с радарами. РЛС того времени обладали недостаточной разрешающей способностью, и не могли различать между несколькими летящими рядом самолетами, воспринимая их как одну большую цель. Если бы “Талос” был выпущен по такому плотному построению, то ракета, наводясь в центр радарной сигнатуры, попросту проскочила бы между самолетами, не задев ни один. Так как значимое улучшение радаров потребовало бы неопределенно долгой задержки, то проблему решили “в лоб”; в 1951 году было решено создать модификацию “Талоса”, оснащенную ядерной боевой частью (способной поразить все построение неприятеля разом).
В итоге проект “Талос” значительно отличался от исходного “Бамблби”. Ракета стала больше и тяжелее, ее летные характеристики существенно улучшились. Наведение “Талоса” теперь предполагалось двойным; на маршевом участке, ракета шла по лучу радара, нацеленного в точку упреждения цели, а на терминальном участке переключалась на полуактивное самонаведение, и наводилась на “эхо” импульсов второго радара, отслеживающего цель.
В 1949 на испытания поступила XPM (англ. Experimental Prototype Missile). Эта ракета представляла собой, по сути дела, реализацию исходных требований проекта “Бамблби” – прямоточный снаряд диаметром 71 см (28 дюймов), оснащенный системой наведения “оседланный луч” и осколочно-фугасной боеголовкой. На скорости 2 Маха, эта ракета могла пролететь 46 км (25 морских миль). Испытания XPM шли успешно, и уже в 1951 году ракета на испытаниях успешно поразила радиоуправляемый самолет-мишень в режиме “оседланный луч”. Чтобы освоить переключение в режим самонаведения потребовалось больше времени, но в июле 1952 года удалось решить и эту проблему.
Талос поражает беспилотный B-17
Следующим шагом стала ракета XSAM-N-6. Это был уже полноразмерный прототип боевой ракеты, рассчитанный на полную дальность в 50 морских миль и потенциально готовый к развертыванию. Первый полет XSAM-N-6 состоялся в 1955 году, но в ходе испытаний выявилось такое количество проблем и необходимых доработок, что в итоге для постановки на вооружение была разработана новая модель – SAM-N-6b. Именно она и стала первым “Талосом” на вооружении. Первый морской запуск новой ракеты был произведен с ракетного крейсера CGL-3 USS “Галвестон” 24 февраля 1959 года.
КОНСТРУКЦИЯ
Архитектура ракеты “Талос” определялась использованием на ней прямоточного двигателя, требующего большого диаметра трубы (диффузора), ведущей от воздухозаборника в носу к камере сгорания и соплу в хвосте ракеты. Все компоненты ракеты – электронику, сервомеханику, боевую часть, топливные баки – приходилось в буквальном смысле “оборачивать” вокруг двигательной установки. Это повлекло за собой ряд весьма специфических решений, не характерных для других управляемых ракет того времени.
Даже по меркам 1950-х, “Талос” был очень крупной и массивной ракетой. Длина его составляла (без учета ускорителя) около 6,5 метров, при диаметре фюзеляжа 0,71 метр. Размах крыльев ракеты составлял 2,7 метра. Вес полностью снаряженного и заправленного “Талоса” превышал полторы тонны. А полностью собранная связка ракеты и ускорителя длиной достигала 10 метров, а весом – 3,5 тонн.
В головной части ракеты, прямо перед воронкой воздухозаборника, располагалась головка самонаведения – четыре приемные антенны интерферометров. Особенности конструкции прямоточной ракеты (жестко ограниченное пространство в носовой части) не позволяли оснастить “Талос” обычной параболической антенной. Поэтому ракета использовала интерферометрическую головку самонаведения с четырьмя расположенными Х-образно штыревыми антеннами.
Четыре антенны интерверометров в носовой части ракеты. С красным колпачком наверху — трубка Пито
Действовала эта система следующим образом. Каждая пара антенн отвечала за наведение в одной из двух плоскостей и управляла соответствующей парой крыльев. Поступающий сигнал – отраженное от цели “эхо” луча корабельного радара – принимался обеими антеннами каждой пары. Если цель находилась прямо впереди ракеты, то сигнал приходил на каждую антенну в паре одновременно, и соответственно в одной фазе. Если же цель смещалась, то на одну антенну сигнал приходил чуть раньше, а на другую – чуть позже. При этом наблюдался отчетливо выделяемый фазовый сдвиг, по величине которого автоматика ракеты рассчитывала направление на цель и необходимую курсовую поправку.
Такая система уже в начале 1950-х рассматривалась как весьма архаичная, и обладала низкой чувствительностью. Чтобы интерферометрическая ГСН могла уловить “эхо” от цели на приемлемой дистанции, луч радара должен был обладать запредельной мощностью. Ранние версии системы, работавшие на импульсном излучении, требовали 3 мегаватта (!) мощности радара для “подсветки” цели. В дальнейшем, с переходом на непрерывное излучение, использовался 5-киловаттной мощности излучатель. Однако альтернативы не было; никакая другая ГСН попросту не поместилась бы в носовой части “Талоса”.
Ракета с атомной боевой частью. Видно отсутствие антенн самонаведения
Ракеты с атомной боевой частью не имели аппаратуры самонаведения.
Позади антенн интерферометров находилась боевая часть ракеты. Первая модель “Талоса” была оснащена стержневой боевой частью; поражающими элементами выступали стальные стержни, разбрасываемые при подрыве. Эффективность ее была относительна – хотя стержни и были существенно массивнее обычных осколков, но рассеивались неравномерно и быстро начинали кувыркаться – и поэтому уже следующая модель получила новую, неразрывно-стержневую боевую часть.
Неразрывно-стержневая боевая часть представляла собой длинный стальной прут, сложенный гармошкой поверх слоя взрывчатки. В таком виде он упаковывался в корпус ракеты, двумя полукольцами вокруг воздухозаборника. При подрыве боевой части прут почти мгновенно раскладывался в две широкие дуги, способные буквально разрубить пополам неприятельский самолет или ракету.
Принцип действия неразрывно-стержневой боевой части
На этом разработка не остановилась. Ракета “универсальный Талос” (имевшая сменные головные части, ядерную и обычную) получила новую неразрывно-стержневую боевую часть Mk-46. Размещавшаяся теперь в центральном теле воздухозаборника, она представляла собой 10-метрового диаметра кольцо стального прута (толщиной в 6 миллиметров), сложенного гармошкой в компактный цилиндр. Внутри цилиндра находился взрывчатый заряд. При подрыве боевой части прут раскладывался в сплошное кольцо, затем разрывался.
Испытания неразрывно-стержневой боевой части. Видно, как кольцо прута рассекает мишень — круг из стальных щитов — ровно посередине
Наконец, еще одной “начинкой” для “Талоса” была ядерная боеголовка W30. Разработанная изначально как компактная авиационная бомба для истребителей, W30 была достаточно маленькой и легкой, чтобы разместиться в расширенном центральном теле воздухозаборника “Талоса”. По конструкции это был бустированный ядерный заряд (т.е. использующий небольшое количество термоядерного топлива для “дожигания” ядерного) на высокообогащенном уране. Мощность взрыва W30 составляла около 4,7-5 килотонн. Этого хватало, чтобы гарантированно уничтожить все воздушные цели в 1500-2000 метров от эпицентра.
Основным назначением ядерной боеголовки являлось поражение самолетов в плотном построении. Радары 1950-х испытывали серьезные проблемы с разрешающей способностью, и воспринимали группу летящих рядом самолетов как одну большую цель. Обычная ракета, запущенная по такой групповой цели, стала бы наводиться в пустой центр построения – и могла проскочить его насквозь, не разорвавшись. Атомная же боеголовка с командным подрывом могла поразить все построение целиком, тем самым ставя оппонента перед выбором: или рисковать атомным уничтожением всех самолетов разом в плотном построении, или рассредоточиться, и стать уязвимым для обычных зенитных ракет.
Сверху-вниз; ранняя конвенционная, поздняя конвенционная и ядерная боевые части «Талоса»
Подрыв боевой части “Талоса” осуществлялся при помощи неконтактного импульсного взрывателя Mk-52. Четыре расположенные на обшивке ракеты антенны посылали вперед короткие импульсы в форме полого конуса. Пространство прямо впереди ракеты было “слепой зоной” взрывателя – считалось, что если цель в этой зоне, то ракета поразит ее прямым попаданием. На этот случай был предусмотрен контактный взрыватель; впрочем, учитывая массу и размеры “Талоса”, его прямое попадание гарантированно уничтожало любой самолет даже вообще без боевой части.
Если же цель находилась не прямо впереди ракеты, то она попадала в поле зрения неконтактного взрывателя. Взрыватель срабатывал, когда задержка “эха” от цели становилась меньше установленного предела — то есть, когда цель оказывалась в радиусе поражения. Параметры срабатывания взрывателя зависели от конкретной цели, скорости сближения и т.д. Дополнительные возможности взрывателя включали Допплеровское отсечение “эха” от неподвижных объектов (чтобы на малых высотах взрыватель не срабатывал на отражение от поверхности), и “подрыв на помеху” (если цель пыталась заставить взрыватель сработать преждевременно, имитируя отраженный сигнал на слишком большом расстоянии, то взрыватель переключался в пассивный режим и срабатывал в момент максимальной интенсивности помехи).
Схема работы неконтактного взрывателя «Талоса». Боевая часть взорвется только если цель впереди и чуть сбоку от ракеты. Если цель прямо впереди, то взрыватель не сработает и ракета поразит цель прямым попаданием
Ракеты с атомной боевой частью не имели неконтактного взрывателя; их подрыв осуществлялся командой с корабля.
Позади боевой части размещались – опять-таки, по сторонам от воздухозаборника – секции электронной аппаратуры. Изначально, электроника ракеты была ламповой; в начале 1960-ых она сменилась транзисторной, а к началу 1970-ых “Талос” перевели на интегральные микросхемы. Здесь располагался гироскопический автопилот, отвечавший за удержание ракеты на курсе и стабилизацию ее по крену. Питание электронной аппаратуры ракеты осуществлялось от турбогенератора, отбиравшего часть воздушного потока из диффузора.
За секцией электроники размещалась секция управления. Здесь находились гидравлические сервоприводы, управлявшие поворотом четырех крыльев ракеты – с помощью которых “Талос” управлялся по тангажу и рысканью, и стабилизировался по крену. Поддержание давления гидравлической жидкости осуществлялось с помощью отдельной турбины, также питаемой напором воздуха из диффузора прямоточного двигателя. Еще одна турбина, расположенная в этой секции, приводила в движение топливный насос ракеты.
Позади секции управления находился топливный бак – как и остальные секции, охватывающий центральную трубу диффузора. На первых версиях ракеты бак был рассчитан на 70 галлонов (265 литров) авиационного керосина JP-5. На более поздних моделях объем бака увеличили до 85 галлонов (321 литра), а на последней модели топливо заменили на более эффективное JP-4.
За топливным баком находилось “сердце” прямоточного двигателя ракеты – камера сгорания. Здесь поступавшее из бака топливо впрыскивалось в идущий из диффузора поток сжатого воздуха, и воспламенялось в конической камере сгорания с перфорированными стенками. Для запуска двигателя снаружи камеры сгорания располагались специальные узкие сопла – воспламенители, в которых топливовоздушная смесь поджигалась электрической запальной свечой. Это пламя через отверстия втягивалось в камеру сгорания, и воспламеняло топливовоздушную смесь уже там, после чего двигатель горел непрерывно.
Камера сгорания «Талоса» (вид с носа ракеты)
Чтобы поддерживать равномерное горение двигателя и непрерывную скорость ракеты, специальная система регулировала подачу топлива в зависимости от скорости и плотности набегающего воздушного потока. Для этого в носовой части ракеты была установлена трубка Пито, данные с которой поступали прямо на аппаратуру контроля подачи топлива.
Продукты сгорания выбрасывались через коническое сопло в хвостовой части ракеты. Вокруг сопла были размещены четыре неподвижных хвостовых стабилизатора (служивших для стабилизации ракеты на курсе), а также приемная антенна для командного управления ракетой на маршевом участке. Как уже упоминалось выше, “Талос” имел двойное наведение; следование лучу радара на маршевом участке, и полуактивное самонаведение при сближении с целью. Размещенная на хвосте ракеты антенна обеспечивала прием ведущего луча корабельного радара и кодированных команд, передаваемых корабельным компьютером. Чтобы на начальной стадии полета мощный сигнал радара не перегрузил чувствительный приемник, антенна покрывалась колпачком из легкоплавкого сплава, ослаблявшим сигнал; по мере разгона ракеты, колпачок плавился и сдирался набегающим потоком воздуха.
Так как прямоточный двигатель ракеты не мог запускаться “с места”, для запуска “Талоса” использовался массивный твердотопливный ускоритель. Это была тяжелая стальная труба, заряженная шашкой из двух типов твердого топлива (быстро прогорающий состав AHH и медленно горящий состав ARP). В топливной шашке были просверлены сложной формы каналы, служившие для увеличения площади горения – и соответственно, тяги ускорителя – в первые секунды работы.
Первые модели ускорителей “Талоса” сталкивались с проблемой резонанса; из-за неравномерности горения топлива, в них начинались резонансные колебания, способные разрушить ускоритель. Чтобы решить эту проблему, в толщу топливной шашки вводились стальные анти-резонансные стержни, поглощавшие энергию колебаний.
Отделение ускорителя
Ускоритель крепился к ракете с помощью зажимного кольца в передней части ускорителя. Зажимы автоматически раскрывались, как только ускоритель отгорал и переставал давить сзади на ракету. На первых моделях, зажим раскрывался подрывом пиропатрона; на более поздних перешли к пневматическому механизму, реагирующему на резкое падение давления внутри трубы ускорителя.
