Боеголовки, расположенные на орбите, наносят удар быстро и по любой точке Земли — распространённое, но неверное представление.
План размещения боеголовок в космосе обсуждают СМИ и в интернете. Однако такое размещение не даёт военных преимуществ: наоборот, оно уступает межконтинентальным баллистическим ракетам по эффективности. Поясним, почему это так.
Боеголовка МБР с разных сторон
Предки говорили: «Рцы слово твердо». Баллистическую ракету называют межконтинентальной, если ее дальность превышает 5500 километров. Расстояние измеряется по ортодромии — самой короткой линии на земной поверхности между точкой старта и падения боеголовок.
В эпоху С. П. Королева головная часть ракеты отсоединялась от последней ступени и падала полностью, сохраняя такое название в документах (сокращенно ГЧ). Позже, с увеличением количества боевых частей (ядерных зарядов) в ГЧ, каждая из них получила отдельную конструкцию для доставки к месту подрыва. Такое оружие называется боеголовками, или боевыми блоками.
Разница значений этих двух слов автору не известна и никогда не встречалась, поэтому считает их синонимами. В секретных рабочих документах по каждой боевой работе (испытательному пуску МБР), бесчисленным целеуказаниям, с которыми доводилось работать, всегда неизменно писали ББ — боевой блок.
В официальных договорах ОСВ-1 и ОСВ-2 применялся термин «боеголовка». Приложение к договору «Термины и определения» давало ему следующее определение: «Боеголовка — часть головной части, которая способна выдерживать возвращение через плотные слои атмосферы Земли и предназначена для доставки вооружения на цель или проведения испытаний такой доставки. » Различия от боевого блока отсутствуют.
Это специальный аппарат, предназначенный для полётов в космосе и атмосфере на сверхзвуковых скоростях. Корпус герметичен, что важно для космических полётов. Аэродинамическая форма корпуса позволяет совершать полёты в атмосфере на гиперзвуковых режимах.
Первые боеголовки имели увеличенную кормовую юбку и закругленную носовую часть. Такая форма создавала отделившуюся ударную волну, замедляющую полет. С развитием технологий теплозащиты стратегия прохождения атмосферы изменилась в пользу максимальной скорости, поэтому боеголовки стали коническими с острым носиком, напоминающими «морковку».
Угол конуса минимизирует потери скорости от аэродинамического трения и газодинамического сжатия потока по всей длине атмосферного пути. Исследования начала 1970-х годов, проведенные в США, показали, что минимальные потери обеспечивают угол конуса в 17-18°; позже этот угол стал стандартом для корпусов боеголовок.
Теплозащитное покрытие защищает конструкцию от температуры и теплового потока при гиперзвуковом обтекании. Особенности поведения ТЗП в горячем обтекающем потоке, тепловые удары, сколы, изменение формы носовой части из-за выгорания и прочие явления, отражающиеся на промахе, но мало влияющие на общую баллистику движения, оставим за кадром. Силовая конструкция корпуса выдерживает давление сжатого наружного слоя воздуха, большие перегрузки торможения и различные газодинамические вибрации, меняющиеся в полете.
Внутри боеголовки находятся различные системы, главная из которых — боевая часть с термоядерным зарядом и блоком автоматики. С ней связана внешняя часть системы предохранения и взведения, а также системы подрыва: контактные датчики и высотомеры (барометрические и радиовысотомеры разных диапазонов). Система термостатирования заряда поддерживает его рабочую температуру.
Кроме бортовой электросети с источниками питания и линии связи с боевой ступенью ракеты (размыкаемой при отделении боеголовки), имеется инерциальная измерительная система для адаптивного подрыва, система закрутки вокруг продольной оси, пневмосистемы, устройства контроля и регламентов, а также другое разнообразное оснащение.
Внешне головка выглядит очень плотно упакованной оборудованием: блоками, модулями, кабелями и трубками, все это надежно закреплено, чтобы выдерживать перегрузки и вибрации. Современная боеголовка МБР небольшая: примерно рост человека в длину и весом около четверти тонны.
Полет валькирий
После отключения двигателей последней разгонной ступени ракета-носитель отделяется боевая ступень. Она наводит боеголовку, совмещая траекторию полета с точкой цели. Во время этого процесса боевая ступень прецизионно корректирует свое движение в космосе и отделяет боеголовку. С этого момента боеголовка совершает самостоятельный полет под действием только силы гравитации Земли. Подробности работы боевой ступени на конкретном примере мы разбирали ранее. здесьГлава «Ступень разведения, или боевая ступень».
Боеголовка движется по замкнутой траектории вокруг Земли, совершая облет над её поверхностью и ниже неё по невидимой части орбиты.
Боеголовка достигает высшей точки своего полета на высоте сотен километров и переходит на снижение. В процессе входа в атмосферу боеголовка двигается до момента подрыва заряда. здесь, полет боеголовки в атмосфере здесьРабота системы автоматики и детонация снаряда. здесь).
Дальность полета межконтинентальных баллистических ракет определяется скоростью боевой части. Максимальные дальности МБР составляют 10—12—14 тысяч километров. Для достижения таких показателей ракета ускоряет боевую ступень до скорости 6,5—7,3 км/с. Направление этой скорости не горизонтальное, как у космических ракет-носителей, а под углом выше текущего горизонта. Вследствие этого подъем по траектории продолжается и после прекращения разгона. Скорость в верхней точке траектории уменьшается до минимальной (исключая атмосферный участок), но все равно достигает нескольких километров в секунду. При росте дальности пуска скорость приближается к скоростям на круговых околоземных орбитах.
МБР, оседлавшая орбиту
В конце 1960-х конструкторы предложили разгонять боеголовку (тогда еще головную часть) до орбитальной скорости. На орбите ГЧ могла бы лететь неограниченное расстояние, достигая точки напротив Земли в 20 тысяч километров и далее, если с этого направления цель была менее защищена или совсем незащищена.
В СССР разработали, испытали, приняли на вооружение и поставили на боевое дежурство ракету Р-36орб с орбитальной головной частью. Это хорошо известная тяжелая МБР Р-36, поздняя модификация которой и сегодня стоит на боевом дежурстве под названием «Сатана» (под индексом 15А18М проходила летные испытания, в которых автор отработал с десяток пусков).
Р-36орб выводил на орбиту головную часть массой 3,6 тонны. В состав этой части входили тормозная ступень и боеголовка массой 1,7 тонны с термоядерным зарядом мегатонного класса. В космосе орбитальная головная часть (ОГЧ) использовала инерциальную систему управления для отсчета текущей дальности, ориентации и стабилизации всей космической сборки. Работу системы дополнял радиовысотомер, определявший высоту в начале и конце орбитального участка. При достижении нужной дальности тормозная ступень включала двигательную установку и переходила на траекторию спуска, после чего отделяла боеголовку.
В 1968 году система была принята на вооружение, а в 1969 году три полка с ракетой Р-36орб в шахтах встали на боевое дежурство на Байконуре. Несли службу 14 лет, после чего ракету сняли с вооружения по договору ОСВ-2.
В начале 1967 года первый успешный облет Земли головной частью по орбите был осуществлён. Запущенная с Байконура ОГЧ за 94 минуты полета прошла почти полный виток, доставив боеголовку под Астрахань на территорию Кап. Яра. Точность удара с орбиты по сегодняшним меркам невысока: круговое вероятное отклонение от точки прицеливания составляло 1,1 км, максимальное достигало 5 км. Для компенсации такого промаха и нужны были мегатонны заряда.
Головка боевого блоком Р-36орб не находилась долго на орбите, а выполняла боевое дежурство на Земле, будучи частью ракеты.
«Голова» ракеты R-36орб на орбиту запускалась только во время боевого применения или испытательного пуска, имитирующего траекторию боевого. Движение по орбите было кратким и в боевом применении не достигало полного оборота вокруг Земли. По своей баллистике пуск R-36орб был обычным запуском межконтинентальной баллистической ракеты, в траекторию которой был встроен «удлинитель» — орбитальный участок пути для увеличения дальности.
В железных оковах орбиты
Представьте: ГЧ или боеголовку помещают на орбиту заранее, где она долгое время находится в готовности к бою. При наступлении «момента Икс» ей дают команду поразить цель. ОГЧ долетит до района цели, запустит тормозной двигатель и сойдет с орбиты по траектории нанесения удара.
Да, можно сделать так, и это будет работать. При одном условии: если цель находится на трассе (наземной проекции орбиты) боеголовки или вблизи неё, вдоль трассы: тормозной импульс можно задать с боковой составляющей. Она придаст боеголовке боковую скорость для смещения во время снижения от исходной трассы до цели.
В сторону значительно не уводит, потому что орбитальная скорость огромна, и для существенного изменения вектора скорости требуется большая боковая скорость, а значит, большее количество топлива для двигателя.
Рассмотрим понятие орбиты. Многим она видится полным освобождением, возможно, из-за ощущения невесомости в космосе. В действительности орбита представляет собой жесткие рамки, неумолимые ограничения. Всё дело в огромной скорости на орбите. Особенно на самой скоростной круговой орбите — низкой опорной с высотой 200 км, где скорость достигает 7788 м/с. Такая величина скорости обеспечивает стабильность орбиты (вместе с другим фактором, о котором ниже): выполнить быстрое маневрирование при такой высокой скорости крайне сложно.
Это не первая космическая скорость. Первая космическая рассчитывается для сферического без рельефа и атмосферы объекта. Она — орбитальная скорость на круговой орбите нулевой высоты небесного тела. Она показывает баллистические условия на поверхности: минимальную энергию для выхода на орбиту. Естественно, это минимальная энергия для круговой орбиты нулевой высоты; с ростом высоты энергия выведения только увеличивается. Для поверхности и гравитационных условий рассчитывается численное значение первой космической скорости, которое входит в справочники.
Немного баллистики в режиме беллетристики
В космосе изменение направления скорости возможно только путем сложения векторов. Второй вектор поворачивает итоговую скорость на нужный угол. Эффективнее всего задать его перпендикулярно основной скорости.
Отношение добавки к основной скорости равно тангенсу угла поворота. Соотношение боковой скорости к основной при повороте на один градус составляет 0,0175. Для отклонения орбитальной скорости в 7788 м/с на один градус требуется боковая скорость в 136 м/с.
В свободном движении (точнее оно определяет кеплеровскую орбиту) по сути нет сил, создающих боковую скорость. В реальном околоземном движении таких сил много: от косого пересечения экваториального «горба» Земли, притяжения Солнца и других планет до давления солнечного света и реактивных сил излучения с радиаторов систем терморегулирования. Но это силы очень слабые, и все вместе за год дадут боковую скорость в десяток или десятки м/с. Их влияние проявляется лишь через месяцы полета.
Из-за высокой стабильности орбиты ее изменение происходит медленно и предсказуемо; быстро сдвинуть орбиту в пространстве практически невозможно.
Схожесть с гироскопом обусловлена стабильностью за счёт высокой скорости вращения и линейной скорости точек самого гироскопа. Изменение направления орбитальной скорости влечёт поворот плоскости орбиты, что очень энергозатратно.
В авиации всё иначе: самолёт может легко менять курс в любую сторону любое количество раз. Или же осуществлять вираж — горизонтальный полет по кругу с креном и непрерывным поворотом курса, это не требует дополнительных расходов топлива. Самолёта могут сбить с курса ветер или ошибки систем управления и выполнения: его перемещает как окружающая среда, так и его собственная работа в воздухе. Движение по орбите стабильнее из-за свободы (пассивности) движения и неизменности гравитационного поля, которое никуда не исчезает и никак не меняется. Это второй фактор стабильности орбиты наряду с большой орбитальной скоростью.
Боеголовка на орбите движется прямолинейно, а после тормозного импульса упадет впереди по направлению своего орбитального движения. Возможны лишь незначительные отклонения: от баллистического ветра (интегрального ветрового сноса при прохождении атмосферы) и ошибок при выдаче тормозного импульса (его ориентации, силы и длительности). Если цель не будет точно на трассе полета, то изменение траектории на градус возможно с помощью бокового разгона 136 м/с. Такое изменение скорости (примерно столько же, сколько нужно для выхода с низкой круговой орбиты) требует значительного запаса топлива.
Боеголовка межконтинентальной баллистической ракеты проходит атмосферу примерно за минуту (есть разные углы входа и время), начиная светиться на высоте 100 км. До этого ей еще пару минут снижаться с 200-км орбиты (тормозной импульс дается почти горизонтально, и снижение нарастает постепенно). На сход с орбиты может уйти три-четыре минуты. Отклонение курса на градус за это время уведет точку падения вбок от начальной трассы на 24-33 км; пусть оценочно на 50 км. Таким образом, боеголовка с мощным двигателем бокового разгона может атаковать цели вправо и влево на 50 км, то есть лежащие в 100-километровой полосе своей орбитальной трассы. Вот вся свобода удара с орбиты.
Методическое отступление будет кратким, но важным. Баллистика всегда пользуется цифрами: числа покажут оценки и сравнения, сделают взгляд более конкретным. Поэтому примем и будем использовать самые простые и грубые оценки (приблизительные численные характеристики). Точные числа не нужны и даже нежелательны, чтобы случайно не написать недопустимую информацию. Будем брать условные тысячи километров, условную ракету, условное время полета. Но эти условности вполне соответствуют реальным значениям и картине.
В оперативности удара — орбита с МБР не пара
Все летающее оружие имеет лимит оперативного применения. Самолет, поднявшийся с авианосца, достигнет цели через 30-50 минут. Противотанковая реактивная граната поразит цель за 10-15 секунд. МБР преодолевают условные 6 000 км за 21-23 минуты (по практике), в среднем 22 минуты, что является наиболее вероятным сценарием. Следовательно, на максимальную дальность в 12 000 км время удвоится до 44 минут. С учетом дополнительных факторов полет продлится ещё минутой, поэтому оценим время полета примерно в 45 минут.
При максимальных расстояниях тяжёлых баллистических ракет (например, «Сармат» заявлен с максимумом в 14 000 км) время полёта составит 52-55 минут. За это время орбита совершит сколько оборотов? При низких высотах оборот вокруг Земли занимает полтора часа, 90 минут. Окружность Земли (на экваторе) составляет 40 000 км. Противоположная точка расположена на ортодромной дальности ровно в половину окружности, или 20 000 км. Этот путь по орбите займёт половину времени витка, 45 минут.
За 55 минут можно из точки отправления долететь на другую точку на расстоянии 4670 км. Покрыв за время полёта максимальное расстояние в 14000 км, «Сармат» в этот же момент боеголовка на орбите пролетит 24670 км — это в 1,76 раза больше. В этом случае орбита существенно превосходит более медленную межконтинентальную баллистическую ракету.
Скорость действия не всегда определяет эффективность вооружения. Важен и фактор зоны поражения.
По площадям другой ответ: для МБР тут равных нет
Установка боеголовки на орбите обеспечивает уничтожение целей по протяжённости трассы шириной 100 километров, что меньше одного градуса географической долготы (111 километров). На малом глобусе это едва заметная линия фломастером. Ракета межконтинентального класса отличается всенаправленностью пуска. Вследствие любого направления запуска МБР поражает круг с центром в точке старта. По исключению ближней зоны старта — пока не отработают все ступени ракеты, заряд не достигнет необходимых степеней взведения (рассказывали). здесь В главе «Система предохранения и взведения» сказано, что поражать округу запуском не требуется, потому что это собственная территория.
Как помним, длина окружности Земли составляет 40 000 километров. Четверть этого расстояния — 10 000 километров, что равно расстоянию от экватора до полюса. Ракета с дальностью 10 000 километров (примерно 37 минут полета) охватывает четвертью окружности Земли в одну сторону и четвертью в другую, всего на 20 000 километров протяженности поражаемой территории. Это половина Земли: стартовое полушарие с центром в точке старта.
Ракета с дальностью 14 000 км, как у «Сармата», проникнет еще на 4 000 км вглубь дальнего полушария. Это значительное расстояние, и огромная полоса пройдет по самой широкой части этого полушария. Почти четверть поверхности Земли (просьба к дотошным читателям уточнить оценку) останется за пределами максимальной дальности ракеты.
За 50 минут межконтинентальная баллистическая ракета, двигаясь по орбите, достигнет противоположной точки Земли (разгон — 3 минуты, вход в атмосферу — 3 минуты, орбита — 44 минуты), обстреляв всю поверхность планеты.
За 37 минут, которые необходимо межконтинентальной баллистической ракете для охвата полушария, орбитальная боеголовка преодолеет 17 000 км с полосой поражения 100 км. Сравним площади: Земля примерно 255 млн кв. км; полоса поражения боеголовки за 37 минут полета — 1,7 млн кв. км, или 1/150 от площади полушария.
Ракета с дальностью полёта 10 000 километров за 37 минут сможет поразить территорию в 150 раз большую, чем может орбитальная боеголовка.
При расстояниях 12 тысяч и 14 тысяч километров соотношение будет расти, достигая максимума для орбитальной межконтинентальной баллистической ракеты, охватывающей всю площадь Земли (510 миллионов квадратных километров), за 50 минут. За это время орбитальное базирование даст площадь полосы поражения 2,34 миллиона квадратных километров, в 218 раз меньше.
Вращение нашей планеты – несложная задача для межконтинентальных баллистических ракет, но оказывает существенное влияние на возможность размещения военных сил на орбите.
Оценки не учитывали вращения Земли. В течение полета планета повернется как под орбитой, так и под суборбитой баллистической ракеты. Цель «уплывет» в восточном направлении на расстояние, зависящее от широты цели и времени полета. Для баллистической ракеты это не проблема: достаточно скорректировать точку прицеливания, учтя смещение.
Для космического базирования положение другое. Мета должна находиться на траектории, и на нужном расстоянии впереди боеголовки. Что если цель не попадет на траекторию? Или попадет, но на другом конце Земли? Пока орбита доставит туда, цель может уйти из зоны поражения.
Трасса орбиты может смещаться от нуля на полюсе до 2500 километров на экваторе за один виток. Следующий виток снова сместит трассу, с разным сдвигом в разных широтах. Ждать, пока полоса трассы совпадёт с целью, или пока цель окажется на полосе трассы, можно и сутки, и неделю, и дольше. Оперативность такого оружия теряет смысл, когда за сутки происходят и решаются главные дела. В такой ситуации полностью исчезает оперативность применения оружия в обычном практическом понимании.
Сколько орбитальных систем потребуется для нанесения удара?
Для поражения одной цели можно разместить достаточное количество боеголовок на орбитах, чтобы каждая из них (имея ширину трассы 100 км) полностью покрыла полушарие за те же 37 минут, что и одна межконтинентальная баллистическая ракета. Для этого потребуется почти столько боеголовок, сколько площадь поражения МБР превышает ширину трассы одной боеголовки. Возможно, придется разместить на орбитах 150 — 200 боеголовок вместо одной боеголовки МБР. Точная геометрия перекрытия трасс, которые будут накладываться друг на друга в некоторых местах Земли, может внести коррективы. Динамика движения всей орбитальной системы тоже может дать свои коррективы.
На межконтинентальной баллистической ракете установлено несколько боеголовок, которые распределяются по группе из трех до пяти целей. Боеголовки попадают в эллипс примерно шириной 100-150 км и длиной 600-800 км. Для оперативной одновременной атаки этими боеголовками понадобится умножить 150-200 орбитальных боеголовок на число целей. Общая орбитальная группировка составит 450-1000 единиц вместо одной МБР.
Создавать обширную орбитальную систему с центрами управления по всему миру бессмысленно, если ее функции может выполнять один «Сармат» с дальностью поражения 14000 км. Запущенный из Домбаровского района в Оренбургской области, он способен быстро уничтожить цель на любом континенте, покрывая ¾ площади планеты. Пуск из Домбаровки оставит нетронутой лишь пустынная зона южной и экваториальной части Тихого океана, где нет значимых земель или целей для межконтинентальных баллистических ракет.
Конструкция решает технические вопросы.
Для функционирования на орбите, в отличие от кратковременного полета боеголовки ракеты-носителя, требуются специальные конструктивные решения. Обеспечение постоянной работы систем ориентации и связи с Землей (последняя необходима для первой) – задача нетривиальная.
Решение заключается в применении солнечных панелей как источника энергии. Необходимо также предусмотреть запасы электроэнергии для времени, когда космический аппарат находится в тени.
Для терморегулирования необходимы радиаторы охлаждения, запас хладагента, линии и насосы. Система должна решать вопрос термостатирования заряда. Плутоний на ощупь теплый; килограмм плутония оружейного качества выделяет около 100 ватт тепла. Без отвода тепла плутониевая часть перегреется и сожмётся, у твердой фазы плутония отрицательный коэффициент теплового расширения. Образуются щели и пазы, нарушающие процессы при взрыве, штатное энерговыделение снизится до неработоспособного.
Это не всё, что необходимо заряду. Если он использует тритиевое усиление мощности, то содержит тритий. Период полураспада трития мал, 12,3 года. Каждый отрезок времени его количество непрерывно уменьшается в два раза каждые 12,3 года. Поэтому тритий в заряде (часто это капсула с дейтериево-тритиевой газовой смесью) заменяют через определённые промежутки времени.
Заряд нуждается в регулярном обслуживании, даже без использования третьего источника энергии. Плутониевая часть постепенно изменяет свой изотопный состав — именно ядерные реакции в ней выделяют тепло. Срок эксплуатации всего заряда часто превышает срок годности его ядерного материала, тогда плутониевую часть заменяют на новую. Как проводить такое обслуживание в космосе? На сегодняшний день нет технологии обслуживания заряда на орбите.
Задача точности решается за счёт тормозного импульса. У межконтинентальных баллистических ракет (МБР) точность обеспечивается работой большой и сложной ступени разведения, стоимость и трудозатраты на изготовление которой распределяются на несколько боеголовок. При космическом базировании каждая боеголовка потребует конструкцию с высокоточным измерением своих текущих координат и движения, а также прецизионной исполнительной тяговой частью.
Защищённость боеголовок на орбите и в шахте существенно разнится, очевидно, где она сильнее, а где слабее. На орбите конструкция открыта воздействию кинетических сил, лазерному нагреву, ослеплению датчиков и повреждению плутония потоком нейтронов от термоядерного взрыва на расстоянии километров. В шахте эти факторы не смогут дойти до боеголовки.
В качестве эпилога
Все эти аспекты — баллистические, технологические, защищенности и другие — показывают большую разницу между размещением боеголовки на межконтинентальной баллистической ракете и на орбите. Преимущество преимущественно в боевом и техническом плане многократно переходит к МБР. Аргументы за базирование боеголовок на орбите становятся неясными, вызывая вывод о том, что орбитальное размещение скорее мифическое, чем реальное.
Представляя себе масштабное развертывание, можно вообразить орбитальную армаду из тысяч боевых космических аппаратов. Эти платформы способны маневрировать, изменяя наклонение орбиты, курс, высоту, период и другие характеристики. Хорошо защищенные от оружия, платформы несут несколько боеголовок, выполняя роль ступени разведения. Надёжная система управления группировкой контролирует её общее и локальное движение, разводит платформы от других объектов в космосе, передает на борт распределение и координаты целей, а также команды на боевое применение.
Надежная космическая структура обслуживания регулирует процедуры на боевых платформах. Она заменяет боеголовки или их части, осуществляет дозаправку топлива для поддержания высоты и маневров в орбите, а также меняет отслужившие платформы на новые.
Из-за невозможности сжечь боеголовки в атмосфере, как это делается с отработавшими спутниками, необходимо предусмотреть их безопасное уничтожение. Плутоний и химические взрывчатка на борту не принесут пользы при падении на Землю.
Картина слишком волшебна для реальности на сегодняшний день. Станет ли она эффективнее ракетной дивизии МБР в боевой обстановке – большой вопрос. Скорее всего, в ближайшем будущем нет. Впрочем, будущее покажет. В него достоверно заглянуть сейчас невозможно.
