Погляньмо на якусь типову боєголовку (в реальності між боєголовками можуть існувати конструктивні відмінності). Це конус з легких міцних сплавів. Всередині є перебирання, шпангоути, силовий каркас - майже все як в літаку. Силовий каркас покритий металевою обшивкою. На обшивку завдано товстий шар теплозахисного покриття. Це схоже на давню кошик епохи неоліту, щедро обмазану глиною і обпалену в перших експериментах людини з теплом і керамікою. Схожість легко з'ясовна: і кошику, і боєголовці належить чинити опір зовнішньому спеку.
Боєголовка і її начинка
Всередині конуса, закріплені на своїх «сидіннях», знаходяться два основних «пасажира», заради яких все і затіяно: термоядерний заряд і блок управління зарядом, або блок автоматики. Вони разюче компактні. Блок автоматики - розміром з п'ятилітрову банку маринованих огірків, а заряд - з звичайне городнє відро. Важкий і важкий, союз банки і відра вибухне кілотонн на триста п'ятдесят - чотириста. Два пасажири з'єднані між собою зв'язком, як сіамські близнюки, і через цей зв'язок постійно чимось обмінюються. Діалог їх ведеться весь час, навіть коли ракета стоїть на бойовому чергуванні, навіть коли цих близнюків тільки везуть з підприємства-виробника.
Є і третій пасажир - блок вимірювання руху боєголовки або взагалі управління її польотом. В останньому випадку в боєголовку вбудовані робочі органи управління, що дозволяють змінювати траєкторію. Наприклад, виконавчі пневмосистеми або порохові системи. А ще бортова електромережу з джерелами живлення, лінії зв'язку зі ступенем, у вигляді захищених проводів і роз'ємів, захист від електромагнітного імпульсу та система термостатування - підтримання потрібної температури заряду.
Після покидання «автобуса» боєголовки продовжують набирати висоту і одночасно мчати в сторону цілей. Вони піднімаються до найвищих точок своїх траєкторій, а потім, не зменшуючи горизонтального польоту, починають все швидше скочуватися вниз. На висоті рівно ста кілометрів над рівнем моря кожна боєголовка перетинає формально призначену людиною кордон космічного простору. Попереду атмосфера!
електричний вітер
Внизу перед боєголовкою розкинувся величезний, контрастно блискучий з грізних великих висот, затягнутий блакитний кисневої серпанком, затягнутий аерозольними суспензіями, неозорий і безмежний повітряний простір. Повільно і ледве помітно повертаючись від залишкових впливів поділу, боєголовка по пологій траєкторії продовжує спуск.
Але ось назустріч їй тихенько потягнув дуже незвичайний вітерець. Трохи торкнув її - і став помітний, обтяг корпус тонкої, що йде назад хвилею блідого біло-блакитного світіння. Хвиля ця дивно високотемпературна, але вона поки не палить боєголовку, так як дуже вже безтілесна. Вітерець, що обдуває боєголовку, - електропровідний. Швидкість конуса настільки висока, що він в буквальному сенсі дробить своїм ударом молекули повітря на електрично заряджені осколки, відбувається ударна іонізація повітря. Цей плазмовий вітерець називається гіперзвуковим потоком великих чисел Маха, і його швидкість в двадцять разів перевершує швидкість звуку.
Через велику розрідженості вітерець в перші секунди майже непомітний. Наростаючи і ущільнюючись з поглибленням в атмосферу, він спершу більше гріє, ніж тисне на боєголовку. Але поступово починає з силою обжимати її конус. Потік розгортає боєголовку носиком вперед. Розгортає не відразу - конус злегка розгойдується туди-сюди, поступово сповільнюючи свої коливання, і нарешті стабілізується.
Спека на гіперзвуку
Ущільнюючись в міру зниження, потік все сильніше тисне на боєголовку, сповільнюючи її політ. З уповільненням плавно знижується температура. Від величезних значень початку входу, біло-блакитного світіння десятка тисяч кельвінів, до жовто-білого сяйва п'яти-шести тисяч градусів. Це температура поверхневих шарів Сонця. Сяйво стає сліпучим, тому що щільність повітря швидко зростає, а з нею і тепловий потік в стінки боєголовки. Теплозащитное покриття обвуглюється і починає горіти.
Воно горить зовсім не від тертя об повітря, як часто невірно говорять. Через величезну гіперзвукової швидкості руху (зараз в п'ятнадцять разів швидше звуку) від вершини корпусу розходиться в повітрі інший конус - ударно-хвильової, як би укладаючи в собі боєголовку. Набігає повітря, потрапляючи всередину ударно-хвильового конуса, миттєво ущільнюється в багато разів і щільно притискається до поверхні боєголовки. Від стрибкоподібного, миттєвого і багаторазового стискання його температура відразу підскакує до декількох тисяч градусів. Причина цього - божевільна швидкість відбувається, позамежна динамічність процесу. Газодинамічне стиснення потоку, а не тертя - ось що зараз прогріває боєголовці боки.
Найгірше доводиться носової частини. Там утворюється найбільша ущільнення зустрічного потоку. Зона цього ущільнення злегка відходить вперед, як би від'єднуючись від корпусу. І тримається попереду, приймаючи форму товстої лінзи або подушки. Така освіта називається «отсоединенная головна ударна хвиля». Вона в кілька разів товщі решті поверхні ударно-хвильового конуса навколо боєголовки. Лобове стиснення набігаючого потоку тут найсильніше. Тому в отсоединенной головний ударної хвилі найвища температура і найбільша щільність тепла. Це маленьке сонце обпалює носову частину боєголовки променистим шляхом - висвітлюючи, випромінюючи з себе тепло прямо в ніс корпусу і викликаючи сильне обгорання носової частини. Тому там самий товстий шар теплозахисту. Саме головна ударна хвиля висвітлює темної ночі місцевість на багато кілометрів навколо летить в атмосфері боєголовки.
Боків стає зовсім несолодко. Їх зараз теж смажить нестерпним сяйвом з головної ударної хвилі. І обпікає розпечений стиснене повітря, що перетворився в плазму від дроблення його молекул. Втім, при такій високій температурі повітря іонізується і просто від нагрівання - його молекули розпадаються на частини від спеки. Виходить суміш ударно-ионизационной і температурної плазми. Своїм впливом тертя ця плазма шліфує поверхню, що горить теплозахисту, немов піском або наждачним папером. Відбувається газодинамическая ерозія, що витрачає теплозащитное покриття.
В цей час боєголовка пройшла верхню межу стратосфери - стратопауза - і входить в стратосферу на висоті 55 км. Рухається вона зараз з гіперзвукової швидкістю в десять-дванадцять разів швидше звуку.
нелюдські перевантаження
Сильне обгорання змінює геометрію носа. Потік, немов різцем скульптора, випалює в носовому покритті загострений центральний виступ. З'являються й інші особливості поверхні через неравномерностей вигоряння. Зміни форми призводять до змін обтікання. Це змінює розподіл тисків стиснутого повітря на поверхні боєголовки і поля температур. Виникають варіації силового впливу повітря в порівнянні з розрахунковим обтіканням, що породжує відхилення точки падіння - формується промах. Нехай і невеликий - припустимо, двісті метрів, але по ракетній шахті ворога небесний снаряд потрапить з відхиленням. Або не потрапить взагалі.
Крім того, картина ударно-хвильових поверхонь, головний хвилі, тисків і температур безперервно змінюється. Плавно знижується швидкість, зате швидко зростає щільність повітря: конус провалюється все нижче в стратосферу. Через неравномерностей тисків і температур на поверхні боєголовки, через швидкість їх змін можуть виникати теплові удари. Від теплозахисного покриття вони вміють відколювати шматочки і шматки, що вносить нові зміни в картину обтікання. І збільшує відхилення точки падіння.
Одночасно боєголовка може входити в мимовільні часті розгойдування зі зміною напрямку цих розгойдування з «вгору-вниз» на «вправо-вліво» і назад. Ці автоколебания створюють місцеві прискорення в різних частинах боєголовки. Прискорення змінюються по напрямку і величиною, ускладнюючи картину впливу, яке відчуває боєголовкою. Вона отримує більше навантажень, несиметричності ударних хвиль навколо себе, нерівномірності температурних полів і інших маленьких принад, вмить виростають у великі проблеми.
Але і цим потік, що набігає себе не є вичерпним. Через настільки потужного тиску зустрічного стисненого повітря боєголовка відчуває величезне гальмівну дію. Виникає велике негативне прискорення. Боєголовка з усіма нутрощами знаходиться в швидкому зростанні перевантаження, а екрануватися від перевантаження неможливо.
Космонавти не відчувають таких перевантажень при зниженні. Пілотований апарат менш обтічний і заповнений всередині не настільки щільно, як боєголовка. Космонавти і не поспішають спуститися швидше. Боєголовка ж - це зброя. Вона повинна досягти мети якомога швидше, поки не збили. Та й перехоплення її тим важче, чим швидше вона летить. Конус - фігура найкращого надзвукового обтікання. Зберігши високу швидкість до нижніх шарів атмосфери, боєголовка зустрічає там дуже велике гальмування. Ось навіщо потрібні міцні перебирання і силовий каркас. І зручні «сидіння» для двох сідоків - інакше зірве з місць перевантаженням.
Діалог сіамських близнюків
До речі, а що там з цими сідоками? Настав час згадати головних пасажирів, бо вони сидять зараз аж ніяк не пасивно, а проходять свій власний складний шлях, і діалог їх стає найбільш змістовним в ці самі миті.
Заряд при перевезенні розібраний на частини. При установці в боєголовку його збирають, а встановлюючи боєголовку в ракету, оснащують до повної боєготовності комплектації (вставляють імпульсний нейтронний ініціатор, споряджають детонаторами і т. Д.). Заряд готовий до польоту до цілі на борту боєголовки, але поки ще не готовий вибухнути. Логіка тут зрозуміла: постійна готовність заряду до вибуху не потрібна і теоретично небезпечна.
У стан готовності до вибуху (поблизу мети) його має бути перевести складними послідовними алгоритмами, що базуються на двох принципах: надійність руху до вибуху і контроль над процесом. Система підриву строго своєчасно переводить заряд в усі вищі ступені готовності. І коли в повністю готовий заряд прийде з блоку управління бойова команда на підрив, вибух станеться негайно, миттєво. Боєголовка, що летить зі швидкістю снайперської кулі, пройде лише пару сотих часток міліметра, не встигнувши зміститися в просторі навіть на товщину людської волосини, коли в її заряді почнеться, розвинеться, повністю пройде і вже завершиться термоядерна реакція, виділивши всю штатну потужність.
Фінальна спалах
Сильно змінившись і зовні, і всередині, боєголовка пройшла в тропосферу - останній десяток кілометрів висоти. Вона сильно загальмувалася. Гіперзвукової політ виродився до сверхзвуков в три-чотири одиниці Маха. Світить боєголовка вже тьмяно, згасає і підходить до точки мети.
Вибух на поверхні Землі планується рідко - тільки для поглиблених в землю об'єктів на кшталт ракетних шахт. Більшість цілей лежить на поверхні. І для їх найбільшого ураження підрив виробляють на деякій висоті, що залежить від потужності заряду. Для тактичних двадцяти кілотонн це 400-600 м. Для стратегічної мегатонни оптимальна висота вибуху - 1200 м. Чому? Від вибуху по місцевості проходять дві хвилі. Ближче до епіцентру вибухова хвиля обрушиться раніше. Впаде і відіб'ється, відскочивши в сторони, де і зіллється з тільки що дійшла сюди зверху, з точки вибуху, свіжої хвилею. Дві хвилі - падаюча з центру вибуху і відбита від поверхні - складаються, утворюючи в приземному шарі найбільш потужну ударну хвилю, головний фактор ураження.
При випробувальних ж пусках боєголовка зазвичай безперешкодно досягає землі. На її борту знаходиться півцентнера вибухівки, підриває при падінні. Навіщо? По-перше, боєголовка - секретний об'єкт і повинна надійно знищуватися після використання. По-друге, це необхідно для вимірювальних систем полігону - для оперативного виявлення точки падіння і вимірювання відхилень.
Багатометрові паруюча воронка завершує картину. Але перед цим, за пару кілометрів до удару, з випробувальної боєголовки відстрілюється назовні бронекасетою запам'ятовує з записом всього, що реєструвалося на борту під час польоту. Ця бронефлешка підстрахує від втрати бортовий інформації. Її знайдуть пізніше, коли прилетить вертоліт зі спецгрупою пошуку. І зафіксують результати фантастичного польоту.
Перша міжконтинентальна балістична ракета з ядерною БЧ
Першою в світі МБР з ядерною боєголовкою стала радянська Р-7. Вона несла один трехмегатонний бойової блок і могла вражати об'єкти на дальності до 11 000 км (модифікація 7-А).
Дітище С.П. Корольова хоч і було прийнято на озброєння, але в якості військової ракети виявилося малоефективним через неможливість перебувати тривалий час на бойовому чергуванні без додаткової заправки окислювачем (рідким киснем). Зате Р-7 (і її численні модифікації) зіграла визначну роль у справі освоєння космосу.
Перша головна частина МБР з розділяються боєголовками
Першою в світі МБР з головною частиною стала американська ракета LGM-30 Minuteman III, розгортання якої почалося в 1970 році. У порівнянні з попередньою модифікацією бойової блок W-56 був замінений трьома легкими бойовими блоками W-62, встановленими на щабель розведення. Таким чином, ракета могла вразити три окремі цілі або зосередити всі три боєголовки для удару по одній. В даний час на всіх ракетах Minuteman III в рамках ініціативи з роззброєння залишено лише по одному бойовому блоку.
Боєголовка зі змінною потужністю
З початку 1960-х років розробляються технології створення термоядерних боєголовок зі змінною потужністю. До таких належить, наприклад, боєголовка W80, яка встановлювалася, зокрема, на ракету Tomahawk. Ці технології створювалися для термоядерних зарядів, побудованих за схемою Теллера-Улама, де реакція поділу ядер ізотопів урану або плутонію запускає реакцію злиття (тобто термоядерний вибух). Зміна потужності відбувалося шляхом внесення поправок у взаємодію двох етапів. Управляти потужністю боєголовки має сенс в залежності від типу цілі і відстані стрільби.