Как работает ядерная боеголовка

[e-pipe.livejournal.com]

Оригинал взят у spartaque1 в Как работает ядерная боеголовка

Вся громада межконтинентальной баллистической ракеты, десятки метров и тонн сверхпрочных сплавов, высокотехнологичного топлива и совершенной электроники нужны лишь для одного - доставить к месту назначения боеголовку: конус высотой метр-полтора и толщиной у основания с туловище человека.

Боеголовка и ее начинка

Взглянем на некую типовую боеголовку (в реальности между боеголовками могут существовать конструктивные различия). Это конус из легких прочных сплавов. Внутри есть переборки, шпангоуты, силовой каркас — почти всё как в самолете. Силовой каркас покрыт прочной металлической обшивкой. На обшивку нанесен толстый слой теплозащитного покрытия. Это похоже на древнюю корзину эпохи неолита, щедро обмазанную глиной и обожженную в первых экспериментах человека с теплом и керамикой. Схожесть легко объяснима: и корзине, и боеголовке предстоит сопротивляться наружному жару.

Внутри конуса, закрепленные на своих «сиденьях», находятся два основных «пассажира», ради которых все и затеяно: термоядерный заряд и блок управления зарядом, или блок автоматики. Они поразительно компактны. Блок автоматики — размером с пятилитровую банку маринованных огурцов, а заряд — с обычное огородное ведро. Тяжелый и увесистый, союз банки и ведра взорвется килотонн на триста пятьдесят — четыреста. Два пассажира соединены между собой связью, как сиамские близнецы, и через эту связь постоянно чем-то обмениваются. Диалог их ведется все время, даже когда ракета стоит на боевом дежурстве, даже когда этих близнецов только везут с предприятия-производителя.

Есть и третий пассажир — блок измерения движения боеголовки или вообще управления ее полетом. В последнем случае в боеголовку встроены рабочие органы управления, позволяющие изменять траекторию. Например, исполнительные пневмосистемы или пороховые системы. А еще бортовая электросеть с источниками питания, линии связи со ступенью, в виде защищенных проводов и разъемов, защита от электромагнитного импульса и система термостатирования — поддержания нужной температуры заряда.

На дальней станции сойду

Технология, по которой боевые блоки отделяются от ракеты и ложатся на собственные курсы - отдельная большая тема, о которой можно писать книги.

Для начала объясним, что такое "просто боевой блок". Это устройство, в котором физически находится термоядерный заряд на борту межконтинентальной баллистической ракеты. В ракете есть так называемая головная часть, в которой могут находиться один, два и более боевых блоков. Если их несколько, головная часть называется разделяющейся головной частью (РГЧ).

Внутри РГЧ находится очень сложный агрегат (его еще называют платформой разведения), который после вывода ракетой-носителем за пределы атмосферы начинает выполнять целый ряд запрограммированных действий по индивидуальному наведению и отделению находящихся на нем боевых блоков; в пространстве выстраиваются боевые порядки из блоков и ложных целей, которые изначально тоже находятся на платформе. Таким образом, каждый блок выводится на траекторию, обеспечивающую попадание в заданную цель на поверхности Земли.

Боевые блоки бывают разные. Те, что движутся по баллистическим траекториям после отделения от платформы, называются неуправляемыми. Управляемые же боевые блоки после отделения начинают "жить своей жизнью". Они снабжены двигателями ориентации для осуществления маневров в космическом пространстве, аэродинамическими рулевыми поверхностями для управления полетом в атмосфере, у них на борту установлена инерциальная система управления, несколько вычислительных устройств, радиолокатор со своим собственным вычислителем… Ну и, разумеется, боевой заряд.

Практически управляемый боевой блок сочетает в себе свойства беспилотного космического корабля и гиперзвукового беспилотного самолета. Все действия как в космосе, так и во время полета в атмосфере, этот аппарат обязан выполнять автономно.

После отделения от платформы разведения боевой блок относительно долго летит на очень большой высоте — в космосе. В это время система управления блока осуществляет целую серию переориентаций, чтобы создать условия для точного определения собственных параметров движения, облегчения преодоления зоны возможных ядерных взрывов противоракет…
Перед вхождением в верхние слои атмосферы бортовой компьютер вычисляет необходимую ориентацию боевого блока и выполняет ее. Примерно в тот же период проходят сеансы определения фактического местоположения при помощи радиолокатора, для чего тоже нужно сделать ряд маневров. Затем антенна локатора отстреливается, и для боевого блока начинается атмосферный участок движения.

Нечеловеческие перегрузки

Внизу перед боеголовкой раскинулся огромный, контрастно блестящий с грозных больших высот, затянутый голубой кислородной дымкой, подернутый аэрозольными взвесями, необозримый и безбрежный пятый океан. Медленно и еле заметно поворачиваясь от остаточных воздействий разделения, боеголовка по пологой траектории продолжает спуск. Но вот навстречу ей тихонько потянул очень необычный ветерок. Чуть тронул ее — и стал заметен, обтянул корпус тонкой, уходящей назад волной бледного бело-голубого свечения. Волна эта умопомрачительно высокотемпературная, но она пока не жжет боеголовку, так как слишком уж бесплотна. Ветерок, обдувающий боеголовку, — электропроводящий. Скорость конуса настолько высока, что он в буквальном смысле дробит своим ударом молекулы воздуха на электрически заряженные осколки, происходит ударная ионизация воздуха. Этот плазменный ветерок называется гиперзвуковым потоком больших чисел Маха, и его скорость в двадцать раз превосходит скорость звука.

Из-за большой разреженности ветерок в первые секунды почти незаметен. Нарастая и уплотняясь с углублением в атмосферу, он сперва больше греет, чем давит на боеголовку. Но постепенно начинает с силой обжимать ее конус. Поток разворачивает боеголовку носиком вперед. Разворачивает не сразу — конус слегка раскачивается туда-сюда, постепенно замедляя свои колебания, и наконец стабилизируется.

Уплотняясь по мере снижения, поток все сильнее давит на боеголовку, замедляя ее полет. С замедлением плавно снижается температура. От огромных значений начала входа, бело-голубого свечения десятка тысяч кельвинов, до желто-белого сияния пяти-шести тысяч градусов. Это температура поверхностных слоев Солнца. Сияние становится ослепительным, потому что плотность воздуха быстро растет, а с ней и тепловой поток в стенки боеголовки. Теплозащитное покрытие обугливается и начинает гореть.

Оно горит вовсе не от трения об воздух, как часто неверно говорят. Из-за огромной гиперзвуковой скорости движения (сейчас в пятнадцать раз быстрее звука) от вершины корпуса расходится в воздухе другой конус — ударно-волновой, как бы заключая в себе боеголовку. Набегающий воздух, попадая внутрь ударно-волнового конуса, мгновенно уплотняется во много раз и плотно прижимается к поверхности боеголовки. От скачкообразного, мгновенного и многократного сжатия его температура сразу подскакивает до нескольких тысяч градусов. Причина этого — сумасшедшая быстрота происходящего, запредельная динамичность процесса. Газодинамическое сжатие потока, а не трение — вот что сейчас прогревает боеголовке бока.

Хуже всего приходится носовой части. Там образуется наибольшее уплотнение встречного потока. Зона этого уплотнения слегка отходит вперед, как бы отсоединяясь от корпуса. И держится впереди, принимая форму толстой линзы или подушки. Такое образование называется «отсоединенная головная ударная волна». Она в несколько раз толще остальной поверхности ударно-волнового конуса вокруг боеголовки. Лобовое сжатие набегающего потока здесь самое сильное. Поэтому в отсоединенной головной ударной волне самая высокая температура и самая большая плотность тепла. Это маленькое солнце обжигает носовую часть боеголовки лучистым путем — высвечивая, излучая из себя тепло прямо в нос корпуса и вызывая сильное обгорание носовой части. Поэтому там самый толстый слой теплозащиты. Именно головная ударная волна освещает темной ночью местность на многие километры вокруг летящей в атмосфере боеголовки.

Связанные одной целью

Термоядерный заряд и блок управления непрерывно общаются друг с другом. "Диалог" этот начинается сразу после установки боеголовки на ракету, а завершается он в момент ядерного взрыва. Все это время система управления готовит заряд к срабатыванию, как тренер - боксера к ответственному поединку. И в нужный момент отдает последнюю и самую главную команду.

При постановке ракеты на боевое дежурство ее заряд оснащают до полной комплектации: устанавливают импульсный нейтронный активатор, детонаторы и другое оборудование. Но к взрыву он еще не готов. Десятилетиями держать в шахте или на мобильной пусковой установке ядерную ракету, готовую рвануть в любой момент, попросту опасно.

Поэтому во время полета система управления переводит заряд в состояние готовности к взрыву. Происходит это постепенно, сложными последовательными алгоритмами, базирующимися на двух основных условиях: надежность движения к цели и контроль над процессом. Стоит одному из этих факторов отклониться от расчетных значений и подготовка будет прекращена. Электроника переводит заряд во все более высокую степень готовности, чтобы в расчетной точке дать команду на срабатывание.

И когда в полностью готовый заряд придет из блока управления боевая команда на подрыв, взрыв произойдет немедленно, мгновенно. Боеголовка, летящая со скоростью снайперской пули, пройдет лишь пару сотых долей миллиметра, не успев сместиться в пространстве даже на толщину человеческого волоса, когда в ее заряде начнется, разовьется, полностью пройдет и уже завершится термоядерная реакция, выделив всю штатную мощность.

Финальная вспышка

Сильно изменившись и снаружи, и внутри, боеголовка прошла в тропосферу — последний десяток километров высоты. Она сильно затормозилась. Гиперзвуковой полет выродился до сверхзвука в три-четыре единицы Маха. Светит боеголовка уже тускло, угасает и подходит к точке цели.

Взрыв на поверхности Земли планируется редко — только для углубленных в землю объектов вроде ракетных шахт. Большинство целей лежит на поверхности. И для их наибольшего поражения подрыв производят на некоторой высоте, зависящей от мощности заряда. Для тактических двадцати килотонн это 400−600 м. Для стратегической мегатонны оптимальная высота взрыва — 1200 м. Почему? От взрыва по местности проходят две волны. Ближе к эпицентру взрывная волна обрушится раньше. Упадет и отразится, отскочив в стороны, где и сольется с только что дошедшей сюда сверху, из точки взрыва, свежей волной. Две волны — падающая из центра взрыва и отраженная от поверхности — складываются, образуя в приземном слое наиболее мощную ударную волну, главный фактор поражения.

При испытательных же пусках боеголовка обычно беспрепятственно достигает земли. На ее борту находится полцентнера взрывчатки, подрываемой при падении. Зачем? Во-первых, боеголовка — секретный объект и должна надежно уничтожаться после использования. Во-вторых, это необходимо для измерительных систем полигона — для оперативного обнаружения точки падения и измерения отклонений.

Многометровая дымящаяся воронка завершает картину. Но перед этим, за пару километров до удара, с испытательной боеголовки отстреливается наружу бронекассета запоминающего устройства с записью всего, что регистрировалось на борту во время полета. Эта бронефлешка подстрахует от потери бортовой информации. Ее найдут позже, когда прилетит вертолет со спецгруппой поиска. И зафиксируют результаты фантастического полета.

Comments

[vakhnenko.livejournal.com]

> Проект "Фалькон" - обошелся минимум в три раза дороже - более 10 млрд.долларов

Хорошо, что вы пытаетесь что-то написать по существуо. Хвалю.

Плохо, что вы чьи-то высосанные из пальца бредни принимаете за чистую монету. Либо у вас слабо развито критическое мышление, либо вы очень мало знаете о космопроме. Предположим, что второе -- в первом случае ликбез вам не поможет, к сожалению.

Итак, упомянутая мною выше цифра в четыреста миллионов на момент второго полета Ф9 взята отсюда: http://www.nasa.gov/sites/default/files/files/Section403%28b%29CommercialMarketAssessmentReportFinal.pdf

Цитата:
Appendix B – Discussion of Cost Effectiveness of Commercial Cargo Effort
...
SpaceX has publicly indicated that the development cost for Falcon 9 launch vehicle was approximately
$300 million. Additionally, approximately $90 million was spent developing the Falcon 1 launch vehicle
which did contribute to some extent to the Falcon 9, for a total of $390 million. NASA has verified these
costs.

Источника ваших откровений о десяти миллиардов якобы потраченных на разработку Ф9 просить не буду -- и так понятно, что какой-то ура-патриот их просто высосал из пальца. ЕМНИП там даже если взять суммарно: (i) стоимость контрактов НАСА что выиграли спейсикы по COTS+CCDev+ISS/ISS Crew and Cargo Transportation (а это не только ракета но и грузовой/пилотируемый корабль, плюс немалая часть денег пока что не выплачена, ибо перечисляется по факту за выполненные полеты или по мере выполнения этапов программ); (ii) все полученные за пуски средства; (iii) всякого рода инвестиции -- все равно десяти миллиардов не выходит.

> Декларированная стоимость выведения грузов на НОО и ГПО Ангарой, даже при невозвратных УРМ, примерно в 2 раза дешевле того, что сулит Маск

Что там со стоимостью пусков у Ангары неясно, ибо А5 пока что летала всего один раз, и когда полетит в следующий раз пока что неясно -- злые языки говорят, что у Омска с производством некие проблемы. В лучшем случае она будет сравнима со стоимостью пуска Протонов.

И кстати -- а кто именно такие вещи декларирует-то? Не помню таких официальных высказываний со стороны Роскосмоса. Надеюсь это сказал не тот же неизвестный герой, который умудрился насчитать десять миллиардов долларов? :D


P.S. На всякий случай проведу экспресс-тест на вменяемость. Как вы считаете, американцы летали на Луну?

[asharky.livejournal.com]

В 2007 году Маск обещал начать пилотируемые полёты в 2011 году. На дворе нынче уже 2016 год. И сегодня он обещает начать их в 2020 году. В общем один этот факт объясняет вообще всю возню с его проектами. Тут не приходится ждать результата - тут главное это процесс.

Это к вопросу о:

«…Что там со стоимостью пусков у Ангары неясно, ибо ракета еще толком не летает. …»

Она-то точно полетит.

[vakhnenko.livejournal.com]

Так, про стоимость возражений больше нет? Отлично. Надеюсь вы запомните, что к моменту полета второго Фалькона-9 на проект было потрачено около четырехсот миллионов долларов. Это и есть одна из вещей которые у спейсиксов очень круты -- никто еще не делал ракеты космического назначения за такие смешные деньги.

> В 2007 году Маск обещал начать пилотируемые полёты в 2011 году

Ради любопытства -- вас не затруднит привести ссылку на его слова? Я верю, но хотелось бы почитать что именно он сказал, и в каком контексте. Ссылки на все тех же ура-патриотов которые насчитывают десять миллиардов можете оставить при себе.

А насчет обещаний -- да, у спейсиксов часто ползут сроки вправо, все кто в теме отлично об этом осведомлены. Но при том они очень многое из обещанного в конце концов таки делают. Я вот ничуть не сомневаюсь, что ракета с использованной заново ступенью полетит до конца года, и что тяжелый Фалькон полетит самое позднее в следующем году.

> Она-то точно полетит.

Я не сомневаюсь, что Ангара полетит. Я сомневаюсь в другом -- что уже точно известна стоимость эксплуатации оной РКН, и что какое-то официальное лицо сказало будто стоимость пуска будет в два раза ниже чем у Фалькона-9.

[asharky.livejournal.com]

«…Так, про стоимость возражений больше нет? Отлично…»

С чего Вы взяли, что нет? Я просто не вижу смысла дискутировать.

«…Надеюсь вы запомните, что к моменту полета второго Фалькона-9 на проект было потрачено около четырехсот миллионов долларов. Это и есть одна из вещей которые у спейсиксов очень круты -- никто еще не делал ракеты космического назначения за такие смешные деньги.…»

Так это известная фишка. Его конторе НАСА передала технологий на колоссальные суммы. Но если их не считать, то останутся только рекламные расходы SpaceX - они может действительно уложатся в 400. Но это классическое очковтирательство.

«…Ради любопытства -- вас не затруднит привести ссылку на его слова? Я верю, но хотелось бы почитать что именно он сказал, и в каком контексте. Ссылки на все тех же ура-патриотов которые насчитывают десять миллиардов можете оставить при себе…»

Извольте:

https://www.nasaspaceflight.com/2007/09/elon-musk-q-and-a-updates-spacex-status-on-falcon-and-dragon/

«…Q: When will a manned Dragon capsule first fly, and will you be on it?

Manned without people (high altitude orbit) maybe in 2010. . I won’t be on it — too risky for SpaceX and I want to see my kids grow up. Don’t mind risk of death after that…»

Обещания 2016 году уж сами найдите - на днях было с ним интервью и он ответил на точно такой же вопрос назвав 2020 год.

«…А насчет обещаний -- да, у спейсиксов часто ползут сроки вправо, все кто в теме отлично об этом осведомлены. Но при том они очень многое из обещанного в конце концов таки делают. Я вот ничуть не сомневаюсь, что ракета с использованной заново ступенью полетит до конца года, и что тяжелый Фалькон полетит самое позднее в следующем году.…»

Извините, но Вы сами-то в порядке? Говорите о том, что "они выполняют обещания"(с), а в качестве примера приводите "новости из будущего".

«…Я не сомневаюсь, что Ангара полетит. Я сомневаюсь в другом -- что уже точно известна стоимость эксплуатации оной РКН, и что какое-то официальное лицо сказало будто стоимость пуска будет в два раза ниже чем у Фалькона-9…»

Тут я с Вами солидарен вполне. Рано говорить о точной и конечной стоимости вывода Ангарой 1кг груза на орбиту.

[vakhnenko.livejournal.com]

> С чего Вы взяли, что нет?

А что, есть внятные возражения касательно стоимости? Можете как-то поставить под сомнение приведенную мною цитату из документа НАСА? Можете как-то обосновать завирательные ваши десять миллиардов, с ссылками на документы? Как-то не верится, уж простите.

Я думаю вы уже поняли свою неправоту, а "зелен виноград" говорите из простого упрямства. Ну или может дело и впрямь в отсутствии критического мышления -- хотя я все же хотел бы надеяться, что дело в простом незнании.

> Его конторе НАСА передала технологий на колоссальные суммы

О каких технологиях речь, и почему вы решили, что кому-то другому НАСА те технологии не передала бы?

Впрочем тут, видимо, надо продолжить ликбез. НАСА бесплатно передает технологии любым амерканским компаниям которые подают соответсвующие запросы. Все разработки НАСА оплачены из денег налогоплательщиков, и являются общественным достоянием.

Видите, как хорошо -- вы уже узнали, что Фалькон-9 является баснословно дешевой ракетой в разработке, а теперь еще и будете знать, что НАСА бесплатно отдает наработки любым американским компаниям которые их запрашивают. Ликбез рулит, хе-хе.

> Извольте

Спасибо

> Говорите о том, что "они выполняют обещания"(с), а в качестве примера приводите "новости из будущего".

Это были не примеры. Примерами тут является то, что Фалькон-1 и Потом Фалькон-9 были созданы, причем за совершенно смешные по меркам отрасли деньги. То, что Ф9 без проблем выводит на ГПО довольно тяжелые спутники. То, что успешно залетал грузовой КК Дракон. То, что осущестлвена посадка первых ступеней в процессе вывода ПН на орбиту Земли. Так что не вижу, с чего не будет выполнено обещание про вторичный полет первой ступени Ф9, и обещание про полет тяжолго Фалькона. Да, сроки наверняка будутт ползти вправо, но то что эти две штуки полетят у меня особых сомнений нет.

[asharky.livejournal.com]

Мне лень уже спорить. Вы верите в Маска и его обещания? ОК - Ваше право. Я - не верю. Верил раньше, в 2007 году. Теперь вот он говорит о 2020 году, но я уже не могу воспринимать всё это всерьёз. Получится у него - отлично! Будет приятная неожиданность. Не получится - тоже нормально.

Удачи.

[vakhnenko.livejournal.com]

Дык я же сразу сказал несколькими постами выше -- вам нечего сказать по существу, у у вас нет вменяемых аргументов. Вам стоило на этом остановиться, вместо того чтобы писать глупости про десять миллиардов :) Впрочем нет худа без добра, ликбез всегда полезен.

[asharky.livejournal.com]

Против постоянно приводимых Вами иллюстраций, в виде "новостей из будущего", у меня действительно нет доводов так как спорить с верующим всегда бессмысленно.

[augustdoom.livejournal.com]

> Впрочем тут, видимо, надо продолжить ликбез. НАСА бесплатно передает технологии любым амерканским компаниям которые подают соответсвующие запросы. Все разработки НАСА оплачены из денег налогоплательщиков, и являются общественным достоянием.

Т.е. на сумму разработок этих технологий и можно вычитать затраты SpaceX. Какая вообще разница как получены эти технологии? Вопрос лишь в том сколько за них заплатили. И если это не сделал Маск, то значит кто-то другой, как например упомянутые тобою налогоплательщики.

[vakhnenko.livejournal.com]

> Т.е. на сумму разработок этих технологий и можно вычитать затраты SpaceX

Я ведь могу спросить, что за технологиии передали, и какова была стоимость их разработки.

Впрочем просьба получилась бы риторической -- и так понятно, что на эту тему вы ничего не знаете.

[augustdoom.livejournal.com]

> Я ведь могу спросить, что за технологиии передали, и какова была стоимость их разработки.

Впрочем просьба получилась бы риторической -- и так понятно, что на эту тему вы ничего не знаете.

Т.е. факта удешевления за счет получения технологий ты не отрицаешь, уже хорошо. Потому включил следующий аргумент "да там технологий передали то на 5 копеек". Хотя я ни слова о их возможной стоимости вообще не сказал ))

[asharky.livejournal.com]

«…P.S. На всякий случай проведу экспресс-тест на вменяемость. Как вы считаете, американцы летали на Луну?…»

Думаю, что летали.