Оснащение баллистических ракет подводных лодок (БРПЛ) твёрдотопливными зарядами разработки ФНПЦ «алтай»

 

Проблема создания твёрдотопливных зарядов к жидкостным и твёрдотопливным баллистическим ракетам подводных лодок (БРПЛ) была поставлена перед ФНПЦ «АЛТАЙ» в начале 60-х годов прошлого века. Общее научно-техническое руководство работами осуществляли руководители предприятия: профессор Я.Ф. Савченко (1959–1984), академик РАН, профессор Г.В. Сакович (1984–1997); член-кор-респондент РАН, профессор А.С. Жарков (с 1997 г.) [21].

Общие сведения по функциональному применению зарядов представлены в таблице 8.1 [39].

 

Таблица 8.1 - Применение зарядов разработки ФНПЦ «АЛТАЙ»  

Номенклатура БРПЛ	Количество зарядов	Функциональное применение
Жидкостные БРПЛ	42	Обеспечение работы пироузлов и пусковых камер в системах управления жидкостными ракетными двигателями (ЖРД), сброса отработавших агрегатов и др.
Твёрдотопливные БРПЛ	32	Обеспечение старта, управление по крену, раздвижка сопел, съём и увод отработавших элементов БРПЛ, разделение ступеней, задействование узлов автоматики БРПЛ и др. Маршевые ступени
Всего 74 заряда

Одновременно с разработкой зарядов предприятием проведены теоретические исследования внутрикамерных процессов в двигательных установках (ДУ), газогенераторах (ГГ) и пороховых аккумуляторах давления (ПАД), созданы методики и программы расчёта внутрибаллистических и энергетических характеристик ДУ, ГГ и ПАД, учитывающие особенности их функционирования в БРПЛ, выпущена конструкторская документация (КД) для производства и испытаний зарядов, разработана и внедрена оптимальная технологическая схема изготовления зарядов на опытном производстве предприятия и на Бийском химическом комбинате (БХК), проведена в необходимом объёме их экспериментальная отработка с подтверждением всех технических требований и передачей зарядов в серийное производство.

Первая отечественная твёрдотопливная ракета морского

Базирования РСМ-45

 

Началом реальной работы по созданию зарядов и топлив для БРПЛ в СССР можно считать развертывание в 1961 г. разработки первых отечественных межконтинентальных баллистических ракет (МБР) на твёрдом топливе [25, 26, 50]. Программой РТ (ракеты твёрдотопливные), предложенной ОКБ-1 (Главный конструктор С.П. Коро-
лёв), предусматривалась разработка серии ракет:

- трёхступенчатой РТ-2 с дальностью полета 10 000 км;

- РТ-15 из второй и третьей ступеней ракеты РТ-2 с дальностью 2000–2500 км для подвижного старта и её морского варианта 4К-22 для подводных лодок;

- РТ-25 шахтного базирования с комбинацией двигателей первой и третьей ступеней ракеты РТ-2 с дальностью 4000–4500 км.

По ракете 4К-22 было выполнено проектирование, но далее работы были приостановлены до освоения твёрдых топлив в про­мышленности и понимания преимущества использования твёрдотопливных ракет на подводных лодках.

Имевшийся к тому времени опыт создания РДТТ с вкладными зарядами из баллиститных топлив показывал, что требовался прорыв в создании эффективных твёрдых топлив и технологий снаряжения непосредственно в корпус ракетного двигателя. Топливо наряду с выделением энергии по необходимому для баллистики ракетной камеры закону должно было обладать рядом специфических вязкоупругих свойств конструкционного материала, испытывающего значительные нагрузки в условиях прочного скрепления заряда с корпусом.

Созданный в 1958 г. НИИ-9 (первое наименование ФНПЦ «АЛТАЙ») активно включился в работы по созданию топлив для РДТТ. В это время в США и СССР такие разработки уже велись широким фронтом. Была определена и компонентная база для смесевых ракетных твёрдых топлив (СРТТ): перхлорат аммония–алюминий–связующее. Рецептуры топлив, предложенных различными организациями, не обладали необходимым комплексом механических характеристик и в условиях прочного скрепления топлива с корпусом ракетного двигателя не обеспечивали работоспособности заряда и РДТТ в целом. Революционным достижением ФНПЦ «АЛТАЙ» в разработке СРТТ стало решение использовать в качестве неактивного связующего пластифицированный трансформаторным маслом (ТМ) бутилкаучук (БК), что впоследствии позволило создать целое семейство топлив на его основе [10, 13].

В середине 1962 г. в ФНПЦ «АЛТАЙ» было создано первое высокоимпульсное топливо на основе БК. Затем были решены проблемы, связанные с проектированием и изготовлением крупногабаритных (до 30 т) зарядов, прочно скреплённых с корпусом ракетного двигателя, а также созданы научно-методические основы формирования СРТТ.
С использованием топлив на основе БК были разработаны заряды для первой и второй ступеней ракеты РТ-2 (1968), заряды для всех трёх ступеней ракеты РТ-2П (1972) [13].

При создании зарядов к РДТТ ракеты РТ-2 учёные ФНПЦ «АЛТАЙ» разработали систему скрепления зарядов СРТТ (кандидаты технических наук В.А. Сальский, А.Ф. Савин, инженер С.М. Балабанов) в процессе их формования непосредственно в корпус РДТТ с помощью разработанных защитно-крепящих рецептур клеёв и материалов (ЗКС) с развитой (тканевой) поверхностью. Эта система скрепления стала основой для всех последующих широко применяемых вариантов ЗКС в корпусах РДТТ как наиболее надёжных и экономичных [35].

Топлива типа БК имели достаточно высокие энергетические характеристики, не уступающие зарубежным аналогам того времени и в отличие от жёсткого баллистита являлись высокоэластичными. Поэтому возникающие напряжения в конструкции заряда, скреплённого с корпусом РДТТ, даже при высокой плотности заряжания и различии коэффициентов температурного расширения топлива и корпуса не приводили к разрушению заряда в условиях эксплуатационных нагрузок.

Последующий опыт эксплуатации ракет РТ-2, РТ-2П показал, что твёрдое топливо на основе БК решило проблему создания крупногабаритных РДТТ [28]. Была подтверждена конкурентоспособность РДТТ по сравнению с жидкостными ракетными двигателями при очевидных преимуществах по простоте обслуживания, возможностям длительного хранения и транспортирования. По мнению И.Н. Садовского [21], заместителя Главного конструктора ОКБ-1 (С.П. Королёва), руководившего разработкой ракет серии РТ: «Создание топлива на основе бутилкаучука было одним из величайших достижений отечественной топливной науки. Оно предопределило выход нашей страны из положения отстающих в создании ракет на твёрдом топливе» [26].

Определяющую роль в этом сыграли профессор Я.Ф. Савченко], профессор Г.В. Сакович, Б.М. Аникеев [21][1].

Научно-технический задел по топливам и технологиям, полученный при создании ракет РТ-2, РТ-2П, в полной мере был использован при разработке первой опытной отечественной ракеты морского базирования РСМ-45 на твёрдом топливе типа БК, аналоге задуманной
С.П. Королёвым ракеты 4К-22 [10].

Для разработки эффективных зарядов к маршевым РДТТ МБР, особенно для систем морского базирования из-за ограниченных объёмов для их размещения на подводной лодке, необходимо обеспечить:

- максимально достижимый коэффициент объёмного заполнения камеры сгорания ракетного двигателя K_v, равный отношению объёма, занимаемого зарядом, к свободному объёму камеры двигателя до заполнения топливом;

- для РДТТ верхних ступеней характер изменения текущего расхода продуктов сгорания, близкий к среднему за время работы двигателя, для снижения массы силовой оболочки корпуса;

- минимальное воздействие продуктов сгорания на стенки камеры для снижения массы пассивной теплозащиты.

На первых отечественных зарядах к маршевым РДТТ ракет серии РТ были разработаны канально-щелевые конструкции зарядов в корпусах с отъёмными днищами и K_v = 0,89 на первой до 0,91 на третьей ступенях.

В 1971 г. были начаты работы по созданию зарядов к двухступенчатой ракете морского базирования РСМ-45. Они завершились в 1980 г. Сам ракетный комплекс был сдан в опытную эксплуатацию в 1981 г.
В заряде к двигателю первой ступени  использованы конструкторские решения, в основном отработанные для ракет РТ-2, РТ-2П. Конструкция заряда – канально-щелевой моноблок, скреплённый со стенками металлического корпуса.

Для двигателя второй ступени впервые в отечественной практике создания МБР был разработан заряд в виде канально-щелевого моноблока, скреплённого с высокодеформативным корпусом типа кокона из композиционного материала. Передний и задний торцы заряда имели раскрепляющие манжеты, выполнявшие одновременно роль бронировок торцов. Щелевой компенсатор горящей поверхности был представлен разновысокими щелями, расположенными в районе соплового днища, а размах больших щелей превышал диаметр полюсного отверстия. Для изготовления заряда использовалась технологическая оснастка с разъёмными элементами, извлекаемыми после вулканизации и охлаждения заряда.

Принятая конструкция заряда обеспечила очень высокое значение K _v=0,94, при использовании высокодеформативных (по сравнению со стальными) корпусов. Были решены основополагающие вопросы работоспособности системы заряд–корпус, такие как:

- выбор конструкций и расположения замков раскрепляющих манжет;

- формирование гарантированного зазора между днищами и манжетами;

- отработка допустимого уровня перемещений корпуса и днищ;

- обеспечение требуемого уровня механических характеристик топлива.

Создание и отработка заряда второй ступени ракеты РСМ-45 положили начало новому поколению зарядов РДТТ в органопластиковых корпусах типа кокона, а также пониманию теснейшей взаимосвязи характеристик заряда и корпуса.

По сравнению с топливами на основе БК, использованными для ракет РТ-2, РТ-2П, составы топлива для ракеты РСМ-45 были оптимизированы по содержанию окислителя, алюминия, связующего, а также по степени его пластификации, что позволило повысить единичный импульс и плотность топлива.

Для увеличения прочности в топливо в качестве адгезионной добавки была введена эпоксидная смола. Для увеличения его относительной деформации и снижения разбросов механических характеристик по объёму заряда гетерогенная окислительно-восстановительная система ПХДО и диоксид марганца были заменены по предложению профессора В.Ф. Комарова [21] на хиноловый эфир, синтезированный в ФНПЦ «АЛТАЙ» З.А. Добронравовой.

Идея использования хиноловых эфиров была признана в отрасли боеприпасов и с успехом применялась в НИИ-125 (ФЦДТ «Союз»), НИИ-130 (НИИПМ) [35].

Для этой опытной ракеты морского базирования были также разработаны:

- заряд к ПАД миномётного старта её из шахты подводной лодки;

- заряд к двигателю крена второй ступени торцевого горения, скреплённый с корпусом;

- заряды к специальным ДУ, ПАД и газогенераторам.

Оригинальное решение реализовано в заряде ПАД выброса ракеты из шахты. Для требуемого прогрессивного характера расходной кривой использовался многоканальный заряд из безметального топлива типа БК, скреплённый с подкрепляющей оболочкой. Заряд семикратно увеличивал расход за одну секунду.