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

[yamilker.livejournal.com]

Вроде раньше адекватные комментарии видел - откуда столь концентрированная чушь?

Начнем с конца.

1.
Разгонять будем реально существующий EKV массой 64 кг, пусть даже и до 2 км/с (изначально предполагалось до 3). Своего маршевого двигателя у него нет, по параметрам должен подойти С5.92 от Фрегата - 75 кг, тяга 18кН, удельный импульс 327с (327 * 9.81 = 3207м/с).
На баки авансом накидываем 50кг (между прочим, пустой Фрегат за вычетом двигателя весит 850кг).

В формуле Циолковского логарифм массы заправленной ракеты к массе пустой, помноженный на характеристический импульс.

2000 = 3200 * ln(x/(64+75+50)), x = 185 * exp(2/3.2) = 185*1.87 = 350кг
Если разгонятся до 3км/с - масса перевалит за 500кг (скорее, с учетом всех накладных, будет около тонны).
Ускорение с приведенным двигателем порядка 50-60м/с^2, т.е. время разгона около минуты.

2. От осколочного (шрапнельного в подстрочнике) поражения американцы отказались, что бы снизить нагрузку на следующие эшелоны ПВО (поди угадай - цель летит исправная, или продырявленная осколками). Только прямое попадание, что бы в брызги, и в этом есть глубокий смысл.

3. Компьютеру может двух секунд на расчет и хватит.
Но надо сначала проанализировать траеторию, что бы с приемлемой точностью указать, что и куда летит.
Для этого нужно собрать достаточное количество точек измерения.
С учётом того, что ракета маневрирует - надо бы несколько минут после отключения двигателей.
Но я даю офигенную фору, граничащую с ясновидением - две минуты с момента старта.

4. Ступень разведения ("bus" на языке вероятного противника) сбрасывает головки по одной, выводя каждую на свою индивидуальную траекторию.
Нужны картинки?
Их есть у меня...
(http://atomas.ru/milit/tridentIC4.htm)

И таки да, процесс начинается после отработки двигателей, которая заканчивается уже после выхода из атмосферы.
Тополь за 3 минуты улетает примерно на 7км/с /2 * 3 * 60с = 630км - этого достаточно, что бы пройти всю атмосферу даже под углом 30 градусов. И две минуты с момента отсечки (пять минут с момента запуска) - это офигенная фора, которой скорее всего не будет.

5. Маск так и сказал - "4000 станций"?
Ссылочку на оригинал можно?
...
Нашел, он в 2015 пригрозил организовать новый проект - глобальный интернет на базе спутников на орбитах 750миль.
Масса спутников заявлена по 100кг, общая стоимость проекта - 10 млрд$.
Есть признаки аферы - лазерная межспутниковая связь, которую в таких масштабах никто еще не делал.
Получил под это дело 1 млрд баксов от гугла, подал заявку на согласование размещения в правительство США и....
тишина с середины 2015 года.

Но, в общем-то, все ясно - ни в какое сравнение по массогабаритам с боевыми станциями имени Рональда Уилсоновича этот проект не идет.

[zampotehkenguru.livejournal.com]

> по параметрам должен подойти С5.92 от Фрегата - 75 кг

На Тополь поставьте двигатель от Фрегата. ... Вижу, что вы не инженер, не знаете как чего проектируется, и поэтому цепляетесь, за какие-то нелепые, неподходящие, зато доступные вашему пониманию решения. Заниматься ликбезом - мне некогда. Оставайтесь при своём самоуспокоительном мнении, что на Западе все дураки сидят, и не знают как чего надо делать.

> Но надо сначала проанализировать траеторию, что бы с приемлемой точностью указать, что и куда летит.

На начальном этапе они все вверх летят.

> этого достаточно, что бы пройти всю атмосферу даже под углом 30 градусов.

Они не под углом в 30 градусов летят.

> Масса спутников заявлена по 100кг

Вообще-то несколько сотен килограмм - это как минимум 200 кг. Впрочем занимайтесь самоуспокоением без меня.

[yamilker.livejournal.com]

Ну мне как бы тоже уровень спорщика понятен (ниже плинтуса).

Реальная траектория реальной северокорейской ракеты Ынха-3 в сравнении c "усредненной" траекторией МБР:
(http://allthingsnuclear.org/dwright/trajectory-of-satellite-launch-vs-icbm-launch)http://media.tumblr.com/tumblr_m28l8ssbQk1qbnrqd.jpg

То, как ее планировали сбивать (перехватчик в 550 км с разгоном до 8.5 км/с):
(http://fas.org/rlg/991117.htm)

После чего наши сделали маневрирование на начальном (разгонном) участке.
Несложное, но делающее запуск перехватчика до отсечки двигателей бессмысленным.
Последние ракеты застуканы за тем, что иногда уходят подозрительно настильно - грядет эра квазибаллистических боеголовок.

Тема про радары вообще проскипана зря.
Поинтересуйтесь ТТХ и массогабаритными характеристиками "глаз" Иджиса - радара AN/SPY-1.
И продолжайте верить, что Святой Илоний запихает его вместе с солнечными батареями и аккумуляторами в 100 кг веса.
Заодно прогуглите Лакросс.

[zampotehkenguru.livejournal.com]

Зачем на вашей картинке запускают ракету на 400 км вверх - ответа нет. На МКС что ли собрались? Она как раз там летает.

Хотелось бы узнать, куда вообще вы этими ракетами собираетесь стрелять? По Обаме? Так он сам скоро уходит. По Трампу и Клинтон? Так они ещё не пришли. По промышленности? Так она в Китае, а не в США. По финансовому центру, по ВТС как Бин Ладен? Так это ничего не изменило, так как информация вся продублирована. По простому населению? Так это бессмысленная жестокость, которая ничего не меняет. ... Вы не знаете куда стрелять. Потому, что не знаете персоналей, которые реально там правят. Это и есть главный секрет защиты. Не знаете куда стрелять - значит все эти ракеты - бессмысленны.

И вот турки сбили наш самолёт - и какой был ответ? Никакого. А значит можно сбить и второй и третий, и сотый и тысячный самолёт. Особенно если есть космическая ПРО могущая нанести удар по любой точке в течении нескольких минут без подготовок и перебросок авианосцев. И не будет никакого ответа. Сбивай всё, уничтожай всё, что хочешь, а ответа не будет. И не забудьте, что если вдруг вы запустите все ракеты - вы окажитесь полностью безоружными. Дальше стрелять нечем. Приходи, да бери.

[yamilker.livejournal.com]

Какую ракету?
Перехватчик?
Так иначе просто не успеть.
Опять же я уже обозначил проблему - траектория взлетающей ракеты в общем случае неизвестна - ее надо замерять, что бы вывести перехватчик в точку встречи.
И перехватчик должен иметь охрененную энергетику - и что бы успеть, и что бы скомпенсировать маневр цели.
Возможности EKV по маневру, кстати, более чем скромные.

Дальше вы отклоняетесь от технических подробностей, и лезете в политику.

Куда нацелены ракеты - военная тайна.
"РФ оставляет за собой право применить ядерное оружие в ответ на применение против нее и (или) ее союзников ядерного и других видов оружия массового поражения, а также в случае агрессии против РФ с применением обычного оружия, когда под угрозу поставлено само существование государства"

Целью является "нанесение неприемлемого ущерба" в виде поражения достаточного количества населения и уменьшения военно-экономического потенциала.
(http://www.nationaldefense.ru/includes/periodics/armedforces/2014/1017/145314357/detail.shtml)
Список предполагаемых объектов поражения на той страничке тоже есть.

Работы по "космической ПРО" (а на данном уровне технологии она возможна только в виде многотонных боевых станций, которых потребуются сотни и даже тысячи штук) неизбежно вызовут встречные работы - квазибаллистические (гиперзвуковые) боеголовки и системы типа нашумевшего недавно Статус-6.

Опять же напомню, что в ответ на выход Штатами из договора по ПРО в 2001 - мы вышли из договора СНВ-II и на базе моноблочного Тополя сделали Ярс с РГЧ.
У нас еще много договоров, из которых мы можем выйти...

[zampotehkenguru.livejournal.com]

> Дальше вы отклоняетесь от технических подробностей, и лезете в политику.

Не в политику, а в географию. География определяет какая нужна ракета и её траекторию. Если вы не можете сформулировать куда именно хотите стрелять, то я и не могу вам ответить какая вам нужна ракета. Если хотите стрелять просто куда-нибудь, то берите любую, куда-нибудь вы обязательно попадёте.

И в отличии от времён СССР, финансовая система сейчас не в бумажках, а в электронике. Так, что хоть все США забросайте ядерными боеголовками - на финансовой системе это никак не скажется. Так, что жду от вас ответа по географии.

[yamilker.livejournal.com]

Межконтинентальные баллистические ракеты предназначены для стрельбы, сюрпрайз, по другим континентам.
Соответственно с точки зрения ТТХ - цель находится на другом континенте или, как минимум, на межконтинентальных расстояниях.

С точки зрения геополитики (а без политики тут не обойтись) нам стоит рассматривать удар по:
1. США
2. Инфраструктуре, политическим и экономическим объектам стран-членов НАТО в Европе (с баз на ДВ и ракетами меньшего радиуса действия - крылатыми, местами оперативно-тактическими)
3. Китаю (с баз в европейской части и, опять, ракетами меньших классов).

Кроме нас у американцев есть ещё лепшие друзья - как минимум, Китай, Иран и Северная Корея, которые готовятся при необходимости ЖАХНУТЬ.

Далее, экономика, которую я обсуждать как-то тоже не планировал.
Есть прямо противоположное мнение - уничтожение буквально полудюжины объектов типа Белого Дома, Пентагона, хранилищ золотого запаса и т.п. вызовет коллапс экономики и прекращение существования США как доминирующей сверхдержавы, а то и распад государства.
К сожалению, не могу найти тот обзор - автор утверждал, что для США таких ключевых объектов всего 5, а для России - 7 (особо доставил центральный офис Газпрома).

В плане производства штаты тесно завязаны на международную кооперации.
Кто будет с ними торговать, когда доллар обратится в бумагу, а флот - в металлолом на дне океана?

ЗЫ
География при достаточной мощности МБР мало что определяет - существует множество траекторий к цели, и попытки городить районы ПРО - только стимулируют прогресс в этом направлении.

Траектории корейских ракет -


Это просто для размышления.


По подобным траекториям летают Тополь/Ярс/Булава/Синева:
(выдрано из http://scienceandglobalsecurity.org/archive/sgs03gronlund.pdf, стр 9)

На закуску - траектории перспективного Сармата.

[zampotehkenguru.livejournal.com]

> 3. Китаю (с баз в европейской части и, опять, ракетами меньших классов).

Прежде чем ударять по Китаю, надо подумать о том, где потом товары покупать. Потому, что прекращение импорта из Китая - пострашнее атомной бомбы. Магазины будут как в конце СССР - хоть шаром покати.

Кто будет с ними торговать, когда доллар обратится в бумагу

Доллар - и есть бумага. Давно уже не привязанная ни к золоту, ни к чему. Золото - это лишь один из товаров. И если оно вдруг всё исчезнет - ничего не изменится. Ибо экономика в электронном виде давно.

> 2.политическим и экономическим объектам ... Белого Дома, Пентагона

У военных - достаточно бункеров понастроено. А Белый дом - это просто дом, и ничего больше. Не будет этого дома - будут заседать в каком-нибудь другом доме. Не будет этого президента - поставят другого такого же. Ибо центр управления давно уже не в публичной политике. Политикам нужны деньги на предвыборные компании, поэтому они зависят от тех, у кого деньги, а потом расплачиваются с ними принимая нужные решения.

> 2. Инфраструктуре,

Какой именно? Долбанём атомной бомбой по автостраде? Или по железной дороге?