9 октября, 2013

ОСОБЕННОСТИ НЕЯДЕРНОГО ПЕРЕХВАТА

Задачи, поставленные в середине 1950-х гг. генеральным конструктором систем ПРО член-корр. РАН Г.В.Кисунько:

а) Создание неядерной боевой части к противоракете В-1000 полигонного экспериментального комплекса "А".

б) Разработка принципиальных основ конструкции боевой части с радиально растекающейся плазмой.

в) Разработка принципиальных основ конструкции взрывного узла накачки сверхмощного фотодиссационного квантового генератора (соавторы академики Н.Г. Басов и Ю.Б. Харитон).

г) Моделирование взрывными средствами давления и температуры безэлектродного СВЧ разряда в атмосфере Земли на различных высотах (соавтор академик A.M. Прохоров).

Анализ уязвимости ядерных зарядов в головных частях баллистических стратегических ракет.

Разработка и поставка неядерных боевых частей с фугасными поражающими элементами к противоракете В-1000 для полигонных испытаний в составе комплекса "А".

а) Разработка методики экспериментальных исследований.

б) Широкомасштабные экспериментальные исследования взаимодействия тел с большими скоростями (3-4 км/с) с ударниками различных форм, в том числе пространственных форм (трубочки, сферические слои, удлиненные, шары и плоские шайбы) твердых, жидких (ртуть), а также содержащих ВВ.

в) Выбор и обоснование фугасного поражающего элемента в прямых наземных полигонных испытаниях.

г) Разработка конструкции боевой части противоракеты В-1000, обеспечивающей образование равномерного плоского поля разлетающихся фугасных поражающих элементов.

д) Результаты полигонных испытаний боевой части с фугасными поражающими элементами в составе экспериментального комплекса ПРО-"А".

Разработка принципиальных основ конструкции боевой части в виде плазмогенератора с фазовым ускорением и разогревом газа и радиально растекающейся плазмой.

а) Выбор принципиальной схемы конструкции.

б) Результаты наземных полигонных испытаний.

Разработка принципиальных основ конструкции взрывного узла накачки сверхмощного фотодиссационного квантового генератора.

а) Выбор ВВ для накачки ОКГ.

б) Принципиальная схема фотодиссационного ОКГ.

в) Результаты лабораторных испытаний.

Разработка методики моделирования взрывом газовых смесей параметров давления и температуры безэлектродного СВЧ разряда в атмосфере Земли на различных высотах в соответствии с кривой Пашена.

БОЕВАЯ ЧАСТЬ ПРОТИВОРАКЕТЫ В-1000 СИСТЕМЫ "А".

В начале пятидесятых годов, в условиях холодной войны, ускоренного создания все более мощных ядерных зарядов и средств их доставки в виде стратегических ракет, перед учеными СССР и США возникла необходимость создания систем противоракетной обороны. Стратегической задачей таких систем являлось отражение массированного превентивного, упреждающего ракетно-ядерного удара по территории страны и, в частности, по столице государства, другим важнейшим объектам. Создание таких систем обороны в научном и практическом планах наталкивалось на целый ряд проблем. Одной из таких проблем была проблема создания боевой части противоракеты.

Боевая часть должна была обеспечить поражение ядерной боевой части нападающей ракеты, либо путем ее взрыва на поверхности безопасной для защищаемого объекта, либо, что еще лучше, путем нейтрализации полноценного ядерного взрыва.

В 1953 году мною перед, правительственными органами, было предложено начать работы по созданию неядерной боевой части к противоракете. Однако, решение этой задачи было поручено директивными органами главному конструктору А.В.Воронову, который предложил использовать в осколочной боевой части противоракеты В-1000 системы "А" удлиненный поражающий элемент.

С учетом данных, полученных по действию удлиненных осколков, которое моделировалось в наземных условиях с помощью кумулятивных зарядов при скорости соударения с преградой в 5-6 км/с, была создана и испытана в наземных условиях осколочная боевая часть для противоракеты В-1000 конструкции А.В. Воронова.

Так как полученные при этом результаты не выглядели достаточно перспективными, директивными органами было принято решение о начале работ по боевой части противоракеты В-1000, конструкцию которой предложил главный конструктор К.И. Козорезов.

Среди проблем по выбору основных параметров боевой части, наиболее трудно решаемой была проблема выбора конструкции поражающего элемента. Для ее решения необходимо было проанализировать возможную принципиальную конструкцию ядерного заряда, находящегося в корпусе головной части атакующей ракеты.

По условиям встречи противоракеты с целью, необходимо было создать дискообразное поле поражающих элементов, при встрече с которыми один или несколько поражающих элементов произвели бы эффективное поражение цели.

Скорость образования дискообразного поля поражения могла быть достаточно малой (несколько сотен м/с) и должно было быть распределение радиальных скоростей поражающих элементов по линейному закону. Эффективное поражение цели должно было достигаться за счет кинетической энергии взаимодействия элементов поля поражения с поверхностью цели, которая определялась относительной скоростью встречи противоракеты с целью, достигавшей на высоте встречи 25 км, до 3-4 км/с.

Проведем краткий анализ особенностей конструкции головных частей ракет с ядерными зарядами и возможную принципиальную конструкцию самого ядерного заряда.

Для того, чтобы нанести какое-либо поражение ядерному заряду, необходимо поражающему элементу проникнуть через корпус головной части (ГЧ). Вследствие того, что этот корпус представляет собой конус, взаимодействие поражающего элемента будет происходить под углом 11°. При этом весьма возможен рикошет, даже при скорости встречи в 3-4 км/с.

Если проникший внутрь корпуса ГЧ поражающий элемент не разрушился, то ему предстоит пробить дюралюминиевый корпус ядерного заряда. Вероятность его встречи с корпусом под малым углом достаточно велика. Скорость, с которой поражающий элемент должен встретиться с корпусом, должна быть достаточной для ударного инициирования заряда ВВ, несмотря на потерю скорости при проникании через оболочки корпусов.

В случае инициирования одного из блоков фокусирующей линзовой системы приведения в действие штатной системы ядерного заряда будет достигнут отказ в полномасштабном ядерном взрыве. Это произойдет из-за нарушения строго симметричного и одновременного схождения сферической детонационной волны, которая, сжимая нейтронный инициатор ЯБЧ в виде плутониево-бериллиевой системы, а также делящийся материал бомбы в виде плутония и металлического урана-238, имплозивно переводит их в сверхкритическое состояние, при котором происходит разветвляющая ядерная реакция.

Исходя из условий встречи противоракеты с целью, поражение осколками системы автоматики ЯБЧ (которая приводит к взрыву заряда ВВ ядерной головной части) практически невозможно.

Таким образом, к поражающему элементу боевой части противоракеты предъявляются ряд трудновыполнимых условий. Поэтому поражающий элемент должен иметь специальную конструкцию, каждый элемент которой выполняет свою задачу наиболее эффективно.

Как указывалось выше, в боевой части конструкции А.В.Воронова использовался удлиненный стальной элемент длиной 100 мм и диаметром 1-1,5 мм. Стабилизация такого элемента по вектору относительной скорости сближения противоракеты с целью невозможна. Поэтому взаимодействие удлиненного элемента с поверхностью цели всегда будет происходить под углом. Удлиненный элемент будет разрушаться на ряд коротких стержней и поставленные выше задачи поражения ядерного заряда не могут быть выполнены.

Именно поэтому в пусках на полигоне противоракеты В-1000, снабженной боевой частью А.В.Воронова, по головным частям баллистической ракеты Р-5, проведенным 24 и 25 ноября I960 года, никаких повреждений и взрыва головных частей не было отмечено. Проведенное в наземных испытаниях моделирование проникания удлиненных элементов с помощью кумулятивных струй неправомерно.

Дальнейшие испытания боевой части А.В.Воронова не проводились.

Задача пробития корпуса головной части баллистической ракеты при малых углах встречи поражающего элемента (в 12°) и менее могла быть решена за счет существенного уменьшения отношения его толщины к диаметру, т.е. при превращении его в тонкий диск.

Профессором Б.И.Шехтером с сотрудниками по нашей просьбе были проведены экспериментальные исследования взаимодействия тонкостенных дисков с преградами при скорости в 2-3 км/с.

Было установлено, что при углах встречи в 3°- 5° дисковые элементы (при отношении толщины к диаметру меньше 0,1) не рикошетируют, нормализуются и пробивают преграду. Следовательно, задача пробития корпуса ЯБЧ может быть решена при использовании тонкостенных дисков, но при этом невозможно поразить ядерный заряд, так как скорость осколков корпуса ЯБЧ и дискового элемента резко уменьшается.

Для обоснования выбора оптимальных параметров поражающих элементов, позволяющих обеспечить эффективное поражение ядерного заряда головных частей баллистических ракет, нами были проведены широкие экспериментальные исследования высокоскоростного взаимодействия тел различной формы, изготовленных из различных материалов.

На основании анализа результатов этих исследований, нами был предложен поражающий элемент для боевой части противоракеты В-1000 (…).

Таким образом, на основе теоретических и широких комплексных экспериментальных исследований в наземных условиях были выбраны оптимальные параметры активного осколочно-фугасного элемента (…), и он был рекомендован в качестве элемента боевой части противоракеты В-1000 для летных испытаний (…).

(…)Для равномерного и заданного распределения поражающих элементов в поле поражения, необходимо их расположить внутри боевой части строго по заданному закону. В нашем случае активные шарообразные осколочно-фугасные элементы должны быть расположены в виде поперечных слоев.

Наружная стальная сферическая оболочка поражающего элемента является его силовой конструкцией, которая должна выдерживать взрывную нагрузку при метании элементов для создания дискового поля поражения. При метании элементов должна быть исключена возможность их детонации и должна быть сохранена их целостность. При встрече поражающего элемента с поверхностью цели со скоростью более 2 км/с должна обеспечиваться самодетонация заряда ВВ даже при малых углах встречи в 11 ° и менее.

Наземными испытаниями было доказано, что при угле встречи 11° со скоростью 2 км/с обеспечивается самодетонация заряда ВВ поражающего элемента. При его встрече с преградой из стали 10 толщиной 5 мм под углом 11° происходит его самодетонация и разрушение преграды на площади 80х60 мм, проникание за преграду карбидо-вольфрамового шарика и его эффективные действия по преградам, находящимся за первой преградой, за счет его кинетической энергии.

В наземных условиях такие же испытания поражающего элемента были проведены с помощью лейнера по реальной силовой конструкции головной части баллистической ракеты Р-12.

Для определения эффективности действия в наземных условиях активного поражающего элемента по разнесенным преградам был разработан заряд, с помощью которого метались две стальные преграды толщиной 11 мм и 13 мм. Между этими преградами был расположен слой ВВ толщиной 6 мм. При детонации основного заряда метался блок, состоявший из двух преград и слоя ВВ. Слой ВВ при этом также детонировал, в результате чего первая преграда толщиной 11 мм получала скорость 3,78 км/с, а вторая толщиной 13 мм имела скорость 2,85 км/с. Таким образом, создавался эшелон преград, находившихся вблизи основного заряда на некотором расстоянии друг от друга. Поэтому, активный элемент вначале взаимодействовал с первой преградой, его заряд самодетонировал и суммарной кинетической энергией и энергией взрыва пробивал ее, а его внутренний карбидо-вольфрамовый шарик продолжал движение, а затем взаимодействовал со второй преградой.

Как следует из анализа этих наземных испытаний, эксперименты с разнесенными преградами выявили высокую эффективность разрушения активным элементом первой преграды, в которой диаметры отверстия 50-60 мм при исходном диаметре активного элемента 24 мм и второй преграды, в которой диаметры отверстия 20x25 мм при диаметре карбидо-вольфрамого шарика 8 мм (…).

Для обеспечения равномерного и заданного закона распределения осколочно-фугасных элементов в дисковом поле поражения, образуемом боевой частью противоракеты, слои 1, 2 и так далее должны быть смещены друг относительно друга по винтовой линии с заданным угловым шагом, а заряд ВВ должен иметь форму двух усеченных конусов, состыкованных в центре большими основаниями. Угол конусности каждого заряда ВВ выбран таким образом, чтобы обеспечить заданное распределение максимальных скоростей каждого ряда элементов (1, 2 и т.д.) и линейного распределения скоростей элементов по радиусу каждого слоя. По условиям встречи противоракеты В-1000 и точности системы команд на взрыв заряда ВВ, времени формирования дискового поля поражения, максимальная скорость поражающих элементов, находящихся в центральном слое, была установлена в 200 м/с. Поэтому центральный заряд ВВ был выбран малой мощности в виде порошкообразной смеси тротила и пороха. Такой тип заряда ВВ обеспечивал заданную скорость разлета элементов и сохранение целостности при разгоне. Для предотвращения искажения заданного закона распределения поражающих элементов в дисковом поле, силовую конструкцию корпуса противоракеты предложено было предварительно разрушать системой шнуровых детонирующих зарядов.

Предложенная нами боевая часть к противоракете В-1000, работает следующим образом. После выбора точки встречи на траектории противоракеты, центральной вычислительной ЭВМ станцией полигонной системы "А", на которой необходимо образовать из поражающих элементов дисковое поле в виде щита, подается главная команда на взрыв боевой части. По этой команде вначале взрываются детонирующие шнуры, которые разрушают силовую конструкцию противоракеты, которая является также и силовой конструкцией боевой части. После этого, взрывается центральный метательный заряд, который разбрасывает радиально поражающие элементы, создавая дисковое поле – щит.

Головная часть баллистической ракеты являющаяся целью, проходя через дисковое поле поражающих элементов, встречается с одним из них. Так как относительная скорость встречи от 3 до 4 км/с, то при контакте поражающего элемента с поверхностью цели происходит его самодетонация. За счет кинетической энергии взрыва поражающего элемента и химической энергии взрыва, происходит местное разрушение силовой конструкции цели с образованием отверстия диаметром, превышающем диаметр элемента 2 в 2-3 раза. В это отверстие проникает центральный шарик из высокотвердого и высокоплотного карбидо-вольфрамого сплава.

Пробивая силовую конструкцию ядерного заряда со скоростью порядка 2-3 км/с, шарик инициирует заряд ВВ ядерного заряда. За счет асимметрии распространения детонационной волны из точки инициирования шариком происходит охолощение ядерного взрыва и полного разрушения головной части за счет взрыва основного заряда ВВ, входящего в состав ядерного заряда.

Для наземных испытаний были изготовлены несколько боевых частей, конструкция которых соответствовала описанным схемам. Они были испытаны на рельсовой реактивной дорожке подмосковного полигона. На тележку, разгоняемую по рельсам с помощью реактивных двигателей, устанавливались боевые части. На заданном расстоянии от щита для перехвата дискового поля поражения производился взрыв боевой части. Поражающие элементы, разлетаясь радиально со скоростью реактивной тележки, взаимодействовали со щитом и таким образом фиксировали равномерность и заданный закон распределения элементов реально образовавшегося поля. Была установлена высокая расчетная равномерность элементов в поле и заданный закон их распределения. Было установлено также, что поражающие элементы не разрушались при их разгоне зарядом ВВ, их силовая конструкция не деформировалась. По результатам теоретических и широких наземных испытаний предложенной боевой части противоракеты В-1000 и ее основных частей было принято решение о проведении летных испытаний противоракеты по перехвату на высоте 25 км головных частей баллистических ракет типа Р-12 и Р-5.

На полигоне был развернут экспериментальный противоракетный комплекс - система "А". Летные испытания были проведены в 1961 году. И вот пришел успех: 4 марта 1961 года система "А" впервые в мире осуществила перехват и с помощью боевой части поразила головную часть баллистической ракеты Р-12, летевшей со скоростью более З км/с на высоте 25 км.

Впервые информация об этом была опубликована в газете "Правда" от 3 февраля 1993 года в статье Г.В. Кисунько в виде копии шифртелеграммы на имя Н.С.Хрущева.

Некоторые результаты летных испытаний приведены в книге авторов Голубев О.В, Каменский Ю.А., Миносян М.Г., Пупков Б.Д. "Российская система противоракетной обороны".

Были проведены киносъемки процесса перехвата и поражения головных частей баллистических ракет. В книге Г.В. Кисунько "Жестокий век. Кремлевские ракеты. Секретная зона. Исповедь генерального конструктора", изд. Современник, Москва, 1996 г., представлены фотографии, показывающие фазы разрушения и обломки головной части Р-12 в результате поражения противоракетой В-1000 4 марта 1961 г.