Разработка

ТВЕРДОТОПЛИВНЫЕ РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ. ГОД 2004 – БЕЗ АЛЬТЕРНАТИВ

Основной целью работ, которые уже несколько десятилетий ведутся в области создания ракетно-прямоточных, гибридных и других типов двигательных установок, как правило является изучение возможности их использования в составе боевых ракет различного назначения вместо твердотопливных двигателей. Однако до настоящего времени каких-либо альтернатив доминирующему положению РДТТ в этой области ракетной техники так и не предложено. Наоборот, в последние годы для этого класса двигательных установок предложен и реализован ряд перспективных технических и технологических решений, которые позволят обеспечить их лидерство, во всяком случае, в течение ближайших десятилетий.

Совершенствование РДТТ основано на улучшении энергетических, физико-механических и эксплуатационных характеристик топлив, а также снижении стоимости разработки и изготовления двигателей. Прорывы в области совершенствования твердых топлив приблизили характеристики их удельного импульса, плотности, механических свойств и скорости горения к теоретически возможным, и поэтому в ближайшем будущем подобных прорывов в улучшении их характеристик не предвидится. Наибольший приоритет при создании новых РДТТ будут иметь поиск новых технических решений и использование перспективных конструкционных материалов.
Одним из перспективных технических решений может стать создание РДТТ многократного включения. Использование подобных двигателей будет способствовать увеличению дальности пуска ракет, повышению их скорости и маневренности на конечных участках полета и пр.
Работы, связанные с созданием подобных двигателей, были начаты в США еще в 1960-х годах. Наиболее эффективным вариантом, обеспечивающим минимальную массу конструкции, был признан РДТТ, заряд которого разделен на отдельные секции теплозащитными экранами. Реализация подобной конструкции позволила в конце 1960-х годов создать РДТТ двукратного включения для авиационной управляемой ракеты SRAM.
В последующие годы в США был реализован еще целый ряд проектов, связанных с созданием двигателей многократного включения, в том числе программы: RPMADP - два РДТТ двукратного включения; AMS - РДТТ двукратного включения диаметром 140 мм; AALM - разработан и испытан в стендовых условиях РДТТ двукратного включения диаметром 375 мм, предназначавшийся для авиационной ракеты; SRAM-2 - создан более простой и легкий РДТТ; HP/LO - РДТТ трехкратного включения диаметром 178 мм для перспективной ракеты класса "воздух-воздух" средней дальности; MMPT-ATD - созданы и успешно испытаны (в том числе и в полете) два РДТТ: двигатель трехкратного включения диаметром 203 мм с односекционным композиционным корпусом и зарядом на основе НТРВ (полибутадиен) с пониженной дымностью и двигатель двукратного включения диаметром 178 мм со стальным корпусом и зарядом на основе GAP.
Очередной импульс программы создания РДТТ многократного включения получили в середине 1990-х годов, с началом работ по созданию тактических ракет нового поколения. Одним из первых результатов на этом этапе стало создание отделением Elkton фирмы Alliant Techsystems РДТТ двукратного включения Мк. 136 для третьей ступени противоракеты корабельного базирования "Стандарт" СМ-3.
Успешная реализация программы создания РДТТ Мк.136 оказала значительное влияние и на программу дальнейшего совершенствования зенитной ракеты РАС-3. Цель программы - вдвое увеличить дальность действия РАС-3.
В последние годы в число организаций, ведущих исследования по созданию РДТТ многократного включения, вошла европейская фирма Bayern-Chemie/Protaс. Серия из пяти стендовых испытаний РДТТ двукратного включения диаметром 120 мм позволила министерству обороны ФРГ начать финансирование более масштабной программы.
По-прежнему остается востребованным и направление совершенствования двухрежимных РДТТ, способных развивать высокую тягу на стартовом участке полета ракеты и пониженную на маршевом. Подобный режим работы, как правило, обеспечивается выбором соответствующей формы заряда или установкой в двигателе двух различных зарядов.
Компания Aerojet, ведущая работы совместно с английской фирмой Roxel по созданию двигательной установки для ракеты JCM (фирма Lockheed Martin), продемонстрировала соотношение стартовой и маршевой тяг, составляющее 1:20.
Еще один вариант реализации двухрежимной диаграммы работы РДТТ предложило отделение Elkton, создавшее двигательную установку Мк. 134 для зенитной ракеты ESSM. К настоящему времени компания выполнила более 12 успешных стендовых и летных испытаний и приступила серийному производству этих двигателей.
Над созданием РДТТ активно работает и американская фирма Atlantic Research, которая провела ряд успешных стендовых испытаний РДТТ диаметром 254 мм.
Еще одна программа в области совершенствования РДТТ реализуется командованием авиационных систем ВМС США. Целью этой программы, названной С4К, является демонстрация потенциальных преимуществ корпусов ракетных двигателей из композиционных материалов. Традиционно упоминаются следующие достоинства подобных корпусов РДТТ: высокая прочность при малой массе, устойчивость к коррозии, низкая чувствительность к механическим повреждениям и снижение радиолокационной заметности. Главное преимущество - большая безопасность эксплуатации при нахождении на авианосце. Так, при воздействии на такой РДТТ открытого огня его конструкция размягчается, что значительно снижает уровень давления горячих газов от загоревшегося твердого топлива, по сравнению со случаем, когда применяется металлический корпус.
В последние годы еще одним направлением исследовательских и конструкторских работ стало создание РДТТ, предназначенных для использования в составе исполнительных систем управления полетом. Фирма Atlantic Research создала микроРДТТ диаметром 13 мм с временем работы 4 мс. Ее микроРДТТ используются в составе ракет РАС-3, LOSAT и SLID.
В то же время, с переходом от выполнения экспериментальных разработок к стадии создания боевых образцов ракет их разработчики все более склоняются к необходимости использования многосопловых РДТТ, тяга которых может регулироваться как по величине, так и по направлению.
Первым переданным в производство вариантом подобного двигателя стал РДТТ, созданный для использования в системе управления PIF-PAF маршевой ступени франко-итальянской зенитной ракеты "Астер". Ракета способна практически мгновенно (ее время реакции оценивается в 0,01…0,015 с) начать изменение траектории движения в требуемом направлении. Причем интенсивное маневрирование может выполняться в диапазоне высот от предельно малых до более чем 22 км.
Для решения аналогичных задач отделением Elkton разработана двигательная установка Мк.142, которая используется в составе боевой ступени LEAP противоракеты корабельного базирования "Стандарт" СМ-3.
Создание подобной малогабаритной двигательной установки являлось одной из задач начатой в середине 1980-х годов программы реализации критических технологий в области ПРО. В начале 1990-х годов лидером в ее выполнении стала фирма Boeing, которой удалось создать "самый легкий в мире" (массой менее 5 кг) РДТТ управления.
В дальнейшем фирма Тhiokol (ставшая частью Alliant Techsystems) осуществила интегрирование этой твердотопливной системы в состав 20-килограммовой боевой ступени LEAP, разработанной фирмой Hughes.
Используемая в настоящее время в составе LEAP твердотопливная двигательная установка Мк. 142 SDACS позволяет выполнять маневр на расстояние более 3 км.
Задача разработки еще меньшего по размерам РДТТ была поставлена недавно перед разработчиками миниатюрной боевой ступени MKV, предназначенной для использования в составе перспективной противоракеты заатмосферного перехвата. Предполагается, что каждая ракета будет оснащаться 20-30 боевыми ступенями MKV, имеющими размеры "с кофейную банку" и массу 4…6 кг. По замыслу разработчиков, противоракета будет действовать, как "автобус", последовательно запускающий перехватчики MKV для поражения баллистических целей.
Работу над концепцией MKV с ноября 2001 г. вели три группы фирм, возглавляемые Lockheed Martin, Raytheon-SAIC и Schafer Corp. - Boeing. В начале января 2004 г. Агентство по ПРО США выбрало фирму Lockheed Martin.
По сообщениям представителей Lockheed Martin создание твердотопливной системы управления станет одним из критических элементов программы, и в случае успеха совершенно новой "пропорциональной" системы управления клапанами первые испытания боевой ступени должны начаться уже в 2005 г.

Схема двигательной установки Mk.136
Двигатель боевой ступени LEAP