ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКИЕ РАБОТЫ ПО БЛОКАМ СРЕДНЕГО КЛАССА

DEVELOPMENT WORK ON BLOCKS OF THE MIDDLE CLASS

Создание и размещение на морских ракетах современных скоростных и высокоскоростных боевых блоков среднего класса мощности завершилось в 2005 г. (ОКР «Станция» и «Станция-2»). Их созданию предшествовала разработка блока такого класса для ракет Р-29РМ в качестве дублирующей адаптивно-модульной боевой комплектности разделяющейся головной части. В силу внешних (квоты по Договорам ОСВ-2 и СНВ-1) и внутренних (распределение квот между РВСН и ВМФ) обстоятельств дублирующее боевое оснащение в конце разработки превратилось в основное. Позже морские блоки среднего класса мощности успешно использовались при разработке комплекса Д-19УТТХ.
Первым отечественным блоком, при разработке которого возникли и начали решаться проблемы реализации высоких скоростей полета на межконтинентальных дальностях стрельбы, был боевой блок малого класса мощности ракеты Р-29РЛ. Опыт создания боевых блоков малого класса мощности определил направления совершенствования блока среднего класса для ракеты Р-29РМ: увеличение скорости полета в атмосфере и повышение удельной мощности заряда. Основные параметры такого блока были заданы после получения в начале 1980-х годов информации об основных характеристиках боеголовки Мк-87 ракеты МХ.
Проектантами КБ машиностроения во главе с В. Н. Рудиным (О. В. Козьменко, Р. Н. Тыминская) и специалистами ВНИИ приборостроения И. С. Карповым, Р. И. Вознюком, Б. М. Мурашкиным, Л. М Захаренко в рамках традиционного совместного проектирования была проведена оптимизация конструктивно-компоновочной схемы боевого блока, обеспечившая требуемые параметры как по ядерному заряду и спецавтоматике, так и по корпусу. При этом было реализовано предложение разработчиков ядерного заряда о переходе на его обслуживание при наземной эксплуатации через наконечник, а не традиционно – со стороны торцевой части корпуса. Схема создавала серьезные предпосылки для разработки заряда с максимальным энерговыделением, которые в последующем были реализованы. Для обслуживания заряда через наконечник требовался эксплуатационный стык в самой теплонапряженной зоне блока. В отечественной практике его еще не применил никто.
Были разработаны десятки вариантов конструкции, лучший из которых (авторы изобретения В. Ф. Болотнов, В. В. Ильин, В. Е. Козлов, Ю. С. Муромский, В. Н. Рудин, В. М. Степанов, В. И. Филимонов) был реализован и никаких нареканий в процессе дальнейшей серийной эксплуатации не вызвал.
НИИ «Графит» совместно со специалистами КБ машиностроения продолжил работы по совершенствованию углерод-углеродного материала 4КМС, в том числе по измельчению его структуры, уточнению направленности стержней в каркасе, оптимизации технологических режимов его изготовления.
В результате совокупность основных характеристик материала 4КМС-Л: эрозионная стойкость, термопрочность, шероховатость обгарной поверхности превзошла аналогичные параметры материала КИМФ. Это подтвердили испытания на огневых стендах, на основании чего было принято решение о разработке наконечника боевого блока среднего класса для ракеты Р-29РМ из материала 4КМС-Л.
Теплозащитное покрытие боковой поверхности блока выполнялось на основе кварцевой ткани объемного плетения, в наружном слое которой, по предложению специалистов КБ машиностроения, была сформирована специальная структура, обеспечивающая создание на поверхности блока в процессе полета, при обгаре теплозащиты, микрорельефа под углом относительно продольной оси. Это позволило улучшить теплофизические характеристики покрытия и стабилизацию угловой скорости вращения блока.
В 1984–1986 гг. проведена летно-конструкторская отработка блока для ракеты Р-29РМ тринадцатью пусками носителя К65М-Р (36 экспериментальных блоков). Наилучшие результаты были достигнуты при использовании системы стабилизации угловой скорости вращения, основанной на развороте наружного слоя теплозащиты.
В 80-е годы Министерством обороны впервые был поставлен вопрос о разработке единого унифцированного боевого блока среднего класса мощности для перспективных ракетных комплексов ВМФ и РВСН. Было подготовлено тактико-техническое задание на конкурсный эскизный проект.
Участниками конкурса были КБ машиностроения совместно с ВНИИ приборостроения и КБ «Южное» совместно с ВНИИ экспериментальной физики. В это время КБ машиностроения с кооперацией завершало разработку блока для ракеты Р-29РМ и приступало к проектным исследованиям по облику блока для ракеты Р-39УТТХ, которые и были положены в основу представленных на конкурс материалов. При рассмотрении материалов проектов мнения членов комиссии разделились: представители Ракетных войск поддерживали вариант блока КБ «Южное», а ВМФ – вариант КБ машиностроения. Представители оборонных организаций (ЦНИИ машиностроения, Московский институт теплотехники, НПО машиностроения) единодушно
выступили за вариант КБ машиностроения. Вместе с тем проведенные исследования на этапе конкурса показали, что имеются возможности для дальнейшего существенного совершенствования боевого блока среднего класса и создания «суперблока», который будет иметь значительно лучшие основные характеристики и обладать новыми качествами по сравнению с предшествующими блоками и зарубежными аналогами.
Во многом облик боевого блока ракеты Р-39УТТХ был определен на совещании, проведенном по инициативе главного конструктора ВНИИ приборостроения Б. В. Литвинова в КБ машиностроения. На совещании представители Уральского ядерного центра доложили, что в состоянии создать заряд с характеристиками, не уступающими заряду боеголовки Мк-88. В результате было решено применить принципиально новую схему размещения и крепления заряда в корпусе блока, при которой заряд существенно усиливал конструкцию корпуса при механических воздействиях, выполнить эксплуатационный стык наконечника с корпусом байонетного типа, что облегчало размещение спецавтоматики в наконечнике блока.
По результатам проведенных исследований и оптимизации основных характеристик блоку была придана значительно более заостренная и обтекаемая аэродинамическая форма по сравнению с блоком среднего класса ракет Р-29РМ и Р-29РМУ: это существенно увеличило скорость полета в атмосфере, но при этом возросли и длина блока, и тепломеханические нагрузки на него.
При защите эскизного проекта Межведомственная комиссия решила увеличить длину блока (это не позволяло устанавливать блок в ракетах преды дущих разработок), но оставить ее меньше длины американских боеголовок.
Уменьшенный радиус притупления, возросшие скорости полета и уровни тепломеханических воздействий на блок заставили искать новый материал для наконечника. К этому времени был накоплен значительный положительный экспериментальный опыт, в том числе при летной отработке блока, по материалу 4КМС-Л. Создатели этого материала (НИИ «Графит» и КБ машиностроения) занимались дальнейшим улучшением его характеристик, поэтому, несмотря на то, что работы по другим углерод-углеродным композициям, в том числе пятинаправленной структуры, продолжались, для наконечника боевого блока использовали усовершенствованный 4КМС-Л.
Более серьезной проблемой стал выбор материала теплозащиты боковой поверхности. В том, что в качестве такого материала должен быть углепластик, превосходящий стеклопластик по эрозионным характеристикам, сомнений не было. В США начали его применять в боеголовках последних разработок, при этом углепластиковое покрытие изготавливалось намоткой с расположением слоев ткани под углом к металлическому основанию. По такому же пути пошли специалисты КБ «Южное» в боевом блоке для своей ракеты.
Однако намоточный способ изготовления теплозащиты не давал высокой прочности при воздействии механических импульсных нагрузок и обладал повышенной теплопроводностью. Кроме того, производство на Златоустовском машзаводе было оснащено оборудованием для прессования теплозащитных кожухов из заготовок объемного плетения и при переходе на намоточную технологию требовало серьезного переоснащения. Для улучшения сигнальных характеристик блока была поставлена задача обеспечить стабильность его скорости вращения при полете в атмосфере без установки на наружной поверхности дополнительных средств типа пилонов.
У КБ машиностроения был серьезный задел в создании системы стабилизации угловой скорости вращения блока, основанной на формировании на его наружной поверхности микрорельефа в процессе обгара стеклопластиковой теплозащиты объемного плетения. Особенности структуры и характеристик углепластиков позволяли рассчитывать, что эффективность такого решения на новом блоке будет выше и исключит «обнуление» угловой скорости без применения пилонов. Окончательный выбор теплозащитного покрытия боковой поверхности блока было решено сделать по результатам летных испытаний.
Разработанная КБ машиностроения и ВНИИ приборостроения проектно-конструкторская документация показывала, что по техническому уровню и безопасности эксплуатации новый боевой блок лучше блока ракеты Р-29РМ и не уступает боеголовке Мк-88 ракеты «Трайдент-2» при меньших габаритах.
Результаты первых натурных испытаний ядерного заряда подтвердили реальность получения требуемых характеристик. Однако объявленный Президентом страны односторонний мораторий на ядерные испытания не позволил завершить отработку заряда в запланированном объеме и, в конечном итоге, создать новый уникальный заряд с планируемыми параметрами не удалось.
Поэтому по предложению ВНИИ приборостроения в разрабатываемом блоке использован заряд, в котором часть узлов заимствована с зарядов предыдущих разработок: это несколько увеличило его массу при сохранении других основных характеристик.
Летно-конструкторская отработка блока ракеты для Р-39УТТХ была начата в 1989 г. По результатам предварительного этапа испытаний в качестве штатного материала наружного слоя теплозащиты корпуса был принят углепластик на основе ткани объемного плетения со структурой, обеспечивающей формирование в полете на наружной поверхности рельефа для стабилизации скорости вращения блока. Однако требовалось еще повысить эффективность системы стабилизации, оптимизировать параметры асимметрии наконечника в полете.
Постоянное совершенствование НИИ «Графит» и КБ машиностроения технологии изготовления углерод-углеродного материала 4КМС-Л позволило разноплотность материала по толщине наконечника свести практически к нулю, а отклонения стержней каркаса относительно продольной оси блока значительно уменьшить. Изготовление материала 4КМС-Л жестко контролировалось, в том числе и распределение плотности посредством томографирования заготовок. Была также усовершенствована структура плетения наружного слоя теплозащиты. Эффективность результатов была подтверждена в последующих пусках 37 блоков по различным траекториям, после чего стало ясно, что удалось создать многофункциональное покрытие, совмещающее функции как теплозащиты, так и системы подкрутки требуемой эффективности, а также нужный наконечник.
Еще одной серьезной задачей стало обеспечение функционирования радиодатчика спецавтоматики, размещенного в наконечнике блока, связанного с ограниченной работоспособностью антенны этого датчика. Разработчику этого датчика – НИИ измерительных систем – проблему разрешить не удавалось. Совместные проработки специалистов КБ машиностроения и НИИ измерительных систем позволили сконструировать наконечник, в котором корпус выполнял функции антенны с сохранением необходимых прочности и температурных режимов.
Результаты каждого пуска обсуждались на совещаниях у генерального конструктора, где с участием заказчика заслушивались доклады специалистов КБ машиностроения по различным направлениям (материалам, технологии, конструкции, летно-техническим характеристикам, аэродинамике и тепловым режимам). В ходе этих совещаний вырабатывались как текущие, так и стратегические решения по созданию боевого блока с необходимыми характеристиками.
К началу совместных летных испытаний ракетного комплекса Д-19УТТХ практически в полном объеме завершилась наземная экспериментальная отработка блока. Результаты летно-конструкторских испытаний подтвердили работоспособность высокоскоростного боевого блока среднего класса на всех траекториях полета БРПЛ.
В связи с прекращением разработки комплек са с ракетой Р-39УТТХ работы по боевому блоку были приостановлены.
Сроки эксплуатации ракет Р-29РМ и Р-29РМУ превышали предельные сроки службы боевых блоков, и поэтому остро встал вопрос о боевом оснащении этих ракет. В эскизном проекте предлагалось переоснастить ракеты новым боевым блоком среднего класса, созданным на основе блока ракеты Р-39УТТХ. Минобороны считало целесообразным возобновить производство старого боевого блока.
Финансовые затраты на реализацию обоих предложений были практически одинаковыми. Командование ВМФ приняло решение не возвращаться к производству устаревших образцов.
Основной проблемой применения нового блока стала его длина, превышающая компоновочные объемы ракет типа Р-29РМУ. При уменьшении длины до значений, полностью соответствующих предшествующему блоку, масса существенно возрастала. Проработка компоновки боевого отсека ракеты на реальной конструкции, уточнение характеристик системы отделения блока от ракеты на базе результатов предыдущих летных испытаний, новая улучшенная конструкция платформы для крепления и отделения блока сделали возможным выполнение блока для ракеты Р-29РМУ в увеличенной длине по сравнению с заменяемым боевым блоком, с обеспечением приемлемой массы – равной массе заменяемого блока.
Это послужило основой для выполнения опытно-конструкторской работы по комплексу Д-9РМУ1.
Проведенные изменения аэродинамической формы в новой длине позволили сохранить конструктивно-компоновочную схему блока, большую часть его основных характеристик и параметров, в том числе высокую скорость полета в атмосфере. Для установки боевого блока в ракеты типа Р-29РМУ разработали новую платформу с отработанной на ракете Р-39УТТХ системой отделения с низкими возмущающими воздействиями на блок.
Результаты испытаний высокоскоростного блока для ракеты Р-39УТТХ (20 пусков экспериментальных ракет с 58 блоками) существенно обогатили имеющийся у КБ машиностроения практический опыт по созданию скоростных боевых блоков. На основании всестороннего анализа результатов было создано программно-методическое обеспечение, позволяющее для вновь разрабатываемых боевых блоков различного класса существенно сокращать объем их летно-конструкторских испытаний. Полученные результаты дали возможность обосновать с необходимой точностью аэродинамические и летно-технические характеристики блока, создаваемого в ОКР «Станция» (генеральный конструктор В. Г. Дегтярь, главный конструктор Ю. А. Каверин), без проведения специального этапа летно-конструкторских испытаний. Наземная экспериментальная отработка блока и его системы отделения для комплекса Д-9РМУ1 проведена в минимальном объеме, что также стало следствием положительных результатов ранее проведенных испытаний. Летные испытания проходили с сентября 2000 по июль 2001 г.
Выполнено три пуска ракет с новым блоком в разных телеметрических комплектациях. Показано, что основные характеристики комплекса, ракеты и боевого блока соответствуют предъявленным требованиям. Боевой блок среднего класса, разработка которого завершена в рамках темы «Станция», составил также основу боевого оснащения ракеты Р-29РМУ2 (ОКР «Синева»).
В обеспечение продления сроков эксплуатации ракеты Р-29РКУ-01 Государственным ракетным центром было предложено переоснастить их только что разработанными в ОКР «Станция» боевыми блоками среднего класса повышенной эффективности и безопасности. Это предложение было поддержано Минобороны.
В эскизном проекте, разработанном в рамках ОКР «Станция-2» (генеральный конструктор В. Г. Дегтярь, главный конструктор Ю. А. Каверин), была показана возможность такого переоснащения с минимальным объемом доработок ракеты и систем комплекса (после переоснащения – ракета Р-29РКУ-02). Для сокращения затрат на ОКР и на последующее переоснащение было принято решение об использовании для крепления и отделения боевых блоков имеющейся рамы путем ее доработки, – установив замки крепления, применявшиеся на ракете Р-29РМУ1.
Минимальный объем доработок, максимальное использование при переоснащении находящихся в эксплуатации систем и узлов и продление сроков службы ракеты позволили подтвердить работоспособность ракеты Р-29РКУ-02 с новым блоком при совместных летных испытаний в 2005 г. по боевому полю на Камчатке.
За разработку боевого блока повышенной эффективности и безопасности присуждена премия Правительства Российской Федерации в области науки и техники за 2003 г. коллективу специалистов РФЯЦ – ВНИИ технической физики им. академика Е. И. Забабахина (Р. И. Вознюк, Г. Д. Зеленкин, В. М. Овчинников), ГРЦ «КБ им. академика В. П. Макеева» (В. Г. Дегтярь, Ю. С. Муромский), НИИ измерительных систем (В. Е. Костюков), ВНИИ автоматики (А. И. Мокрицин), 12 ЦНИИ Минобороны (С. Ф. Перцев).

Источники: СКБ-385, КБ машиностроения, ГРЦ «КБ им. академика В.П. Макеева»/ Составители Р.Н. Канин, Н.Н. Тихонов; Под общей редакцией академика РАРАН В.Г. Дегтяря. – М.: Государственный ракетный центр «КБ им. академика В.П. Макеева»; «Военный Парад», 2007. – 408 с.: илл.

РАКЕТНЫЙ КОМПЛЕКС Д-9РМУ2 С РАКЕТОЙ Р-29РМУ2 «СИНЕВА»
РАКЕТНЫЙ КОМПЛЕКС Д-19УТТХ “БАРК”
КОМПЛЕКС Д-19У С РАКЕТОЙ Р-39У
РАКЕТНЫЙ КОМПЛЕКС Д-9РМ С МБР Р-29РМ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАКЕТНЫЙ ЦЕНТР ИМЕНИ АКАДЕМИКА В.П. МАКЕЕВА (ГРЦ МАКЕЕВА)