Помните как Рогозин обещал украсить ракеты хохломой? В общем вот, предположительно ракета Союз для запуска модуля "Причал" на МКС с украшением в честь 800-летия Нижнего Новгорода. Первоначально фотографии были опубликованы в твиттере Роскосмоса, но сразу удалены, поэтому пока неясно действительно-ли это ракета для "Причала".
ЦРУ против советских РЛС: как найти иголку в стоге сена с помощью Луны
Развитие радиотехники и средств перехвата чужих трансляций шли всегда рука об руку. Подслушать, что происходит в эфире у противника, было разумным желанием любой армии. Но появление новых видов радиотехники, не связанных с передачей информации – радиолокаторов – толкнуло разведки мира к новой необычной задаче: перехвату сигналов вражеских радаров. Задача эта, сколь простая в теории, столь сложная на практике, привела к нескольким неординарным решениям, о которых сегодня и пойдёт речь.
Рыбалка в эфире
В 1947 году, после реорганизации американского разведсообщества, впервые в истории США техническая разведка была оформлена в отдельное направление – SIGNT (разведка сигналов). При этом внутри SIGINT выделялись три основных вида деятельности:
COMINT — коммуникационная разведка, связанная с перехватом, расшифровкой и анализом зарубежных коммуникаций, осуществлялась преимущественно Агентством Национальной Безопасности (АНБ);
ELINT -радиоэлектронная разведка, связанная с перехватом и анализом сигналов связи между радиоэлектронными средствами, например, радиолокационных и других сигналов;
TELINT — телеметрическая разведка, как правило, получаемая из сбора и анализа телеметрии и прочих неголосовых коммуникационных передач, осуществлялась в основном ЦРУ.
Все три направления были связаны с перехватом вражеских коммуникаций, но далеко не все из них могли похвастаться значительными успехами. Пока перехваты COMINT обеспечивали разведку свежими данными о СССР и их союзниках, сказать того же про ELINT и TELINT в начале 50-х было сложно. Оба направления были критически зависимы от близости к источникам сигналов – в основном им требовалась прямая видимость объекта изучения для перехвата, что в большинстве случаев было невозможно. Из-за околонулевого выхлопа подразделения, занятые в ELINT/TELINT, были хронически недофинансированы. Кроме того, добавляли проблем и постоянные войны между ЦРУ и АНБ за контроль над обоими направлениями. В ЦРУ отношение к программам ELINT/TELINT было скорее отрицательное, но отдавать в руки АНБ даже очевидный чемодан без ручки агентство не хотело, не только из-за престижа и финансирования, но и из-за всё более мрачных отчётов от аналитиков после полётов самолётов-разведчиков U-2 над СССР.
Легендарный разведчик U-2
Оставаясь вне досягаемости советского ПВО, U-2 мог снимать все районы, которые желало увидеть командование. Но каждый новый полёт приносил всё больше опасений: на самолётах стояла пассивная система фиксации облучения радаром, которая всё чаще отмечала, что самолёт был засечён. Частота срабатываний устройства говорила о том, что советское ПВО увеличивало плотность радарного покрытия, а это уже пугало Пентагон. Все планы ядерной войны США строились на массированном применении бомбардировочной авиации с ядерными бомбами на борту. Шансы на успех такой миссии зависели от плотности советской ПВО и её возможностей засечь угрозу. К концу 50-х стало очевидно, что советская ПВО достигла такой плотности радарного покрытия, что шанс проскочить через него у бомбардировщиков был крайне мал, если не знать слепых пятен в зонах покрытия.
Эти соображения привели к активизации в 1959 году работ ЦРУ — начались попытки узнать хоть что-то о советских радарах. Для успеха в войне требовалось знать параметры работы радаров, чтобы предусмотреть компенсирующие меры. Но ни перехваты сообщений, ни более классические методы шпионажа не позволяли выудить ни крупицы полезной информации. Тупик, единственным выходом из которого было обратиться ко всеми забытой и забитой ELINT. Кроме того, было и ещё одно соображение, заставившее ЦРУ начать поиски: проект нового самолёта-разведчика OXCART (позднее ставший А-12). Его создатели намеревались сделать самолёт как можно более радиолокационно незаметным, для чего требовалось рассеивать или поглощать большую часть сигнала радара и отражать обратно лишь его меньшую часть, тем самым уменьшая размеры объекта на экране оператора. Но провернуть такой трюк можно было только тонко просчитав элементы конструкции под существующие параметры советских радаров. Без нового самолёта разведывательные полёты над СССР грозили для американских лётчиков в ближайшее время превратиться в игру на выбывание, а лишаться столь ценного источника информации ЦРУ не могло.
Эта фотография Lockheed А-12 #932 — одно из самых популярных изображений этого самолета в интернете и оно же последнее фото данного борта. Оно было сделано 5 июня 1968 года а спустя 19 минут он бесследно исчез в Филиппинском море в 500 милях к востоку от Филиппин.
Старый пёс, новые трюки
Проблему перехвата сигналов радаров до 1959 года ELINT решала двумя довольно простыми методами:
1) Вывод приёмника на расстояние прямой видимости радара и фиксация его сигналов. Метод с сомнительной эффективностью: так незаметно установить приёмную аппаратуру где-то на пути сигнала радара и в прямой его видимости было проблематично. А так как использовались обычные передвижные радары, то большинство таких перехватов были скорее случайными, нежели результатом спланированной операции. Например, именно таким образом специалистам ELINT в Западном Берлине удалось случайно перехватить в 1959 году сигнал РЛС советского комплекса ПВО С-75.
РЛС советского комплекса ПВО С-75 — «рабочая лошадка» на момент описываемых событий
2) Перехват сигнала, отражённого ионосферой. Перспективный метод, но ещё более зависимый от случайности. Для перехвата такого сигнала, значительно ослабленного при отражении от ионосферы, требовалась установка мощных приёмных антенн в месте наиболее вероятного отражения. Но антенны достаточной для перехвата чувствительности, были только стационарные, а значит, и ловить отражённые сигналы могли только в небольшом секторе обзора. Кроме того, большинство радаров работает на слишком коротких длинах волн, чтобы они успешно отражались от ионосферы. Поэтому ни одного успешного перехвата сигнала от этого метода добиться не удалось.
Ионосфера и электромагнитные волны (КВ и УКВ)
Решение проблем обоих методов стало приоритетным в работе специалистов ELINT. Первый прорыв в этом направлении связан с Юджином Потитом. До прихода в ЦРУ он работал в BellTelephoneLaboratories в Нью-Джерси и участвовал в испытаниях ракет на мысе Канаверал. Ознакомившись с существующими проблемами перехвата сигналов РЛС, он вспомнил, как во время испытания баллистической ракеты «Тор» радар на мысе Рэй (почти в 3 тысячах километров от мыса Канаверал) случайно поймал сигнал от радара, расположенного в 1500 километров, за горизонтом от мыса Канаверал. В ходе разбирательства выяснилось, что сигнал был отражён от корпуса ракеты.
Идея, высказанная Потитом, была проста: а что если наводить свои радары на советские ракеты по их радиомаякам и ловить отражённые от их корпусов сигналы советских РЛС? С учётом того, что на дворе у нас начало космической эры, и ракеты взлетают чуть ли не каждую неделю, ЦРУ дало одобрение на разработку оборудования для перехвата. Система получила название MELODY (Потиту просто нравилось это слово). Уже в следующем году установка была перевезена в Северный Иран и установлена на берегу Каспийского моря, как можно ближе к советским ракетным полигонам. Идея себя полностью окупила: с помощью установки удалось поймать сигналы всех советских радаров в радиусе 1500 километров.
Вторая идея, оказавшаяся прорывной, была в основе своей противоположна первой: чтобы поймать сигнал советского радара, надо не ловить его, а просто заставить его облучить тебя. При облучении радаром самолёта мощность его сигнала не будет столь сильно рассеяна, как при отражении, а значит, для считывания его параметров понадобится оборудование гораздо меньшего размера. На U-2, конечно, такие установки не поместятся, а вот на транспортники C-97 вполне. Установки получили название PPMS – система измерения мощности и развёртки. Самолёты с установленным оборудованием PPMS летали как вдоль границ СССР, так и внутри его зоны ПВО по «берлинскому коридору». Благодаря этим полётам удалось уточнить зоны покрытия советских радаров и установить, что радарное покрытие достаточно плотное даже на небольших высотах. Минусом метода было то, что оборудование из-за высоких требований к весу и компактности не позволяло с достаточной точностью считывать сигналы. Тем не менее сама программа была успешной, но результаты этих полётов военных совершенно не обнадёживали.
Boeing C-97 Stratofreighter — и это ещё не самый пузатый в линейке
Что система MELODY, что PPMS позволяли лишь одним глазком заглянуть за линию границы, но каких-то внятных данных о радарном покрытии внутренних районов они дать не могли. Тем более, что фоторазведка с U2 установила строительство в глубине территории СССР нового крупного радарного комплекса в районе ракетного полигона Сары-Шаган (Балхашская РЛС), названного разведчиками «Курятник» (HenHouse). Размеры этого радара делали его самым мощным радаром СССР. При этом американцы могли только догадываться об их точном числе, расположении и характеристиках. Требовался срочно новый прорыв, и им стала Луна.
Луна в прицеле
Свойства Луны как отражателя радиосигналов интересовали учёных ещё в начале ХХ века. Столь близкий и столь таинственный спутник Земли манил своими загадками, но очень понемногу расставался с ними. А радиоволны, казались довольно простым способом достучаться до Луны. Проблема была в том, что отражённый от Луны сигнал был в миллионы раз слабее, чем испускаемый источником. Чтобы уловить такой, нужны были приёмники огромных размеров, на что не было ни денег, ни технических возможностей, потому все попытки экспериментов, начатые в 20-х годах, давали посредственный результат. Развитие радиолокации во время войны сделало возможным в теории такие исследования. Ещё в ходе войны американский флот столкнулся с тем, что иногда его радары фиксировали паразитные сигналы, которые определялись как радары, работавшие в Азии или Европе. Озадаченные таким явлением, инженеры начали рассматривать возможность перехвата сигналов радаров (совершенно независимо от проектов ЦРУ, прошу отметить). В 1948 году инженер Джеймс Трекслер, работавший в Исследовательской лаборатории флота (NRL), впервые предложил использовать Луну, как отражатель для поиска сигналов советских радаров. В отличие от случая отражения от ионосферы, Луна, двигаясь относительно Земли, могла отражать сигналы радаров, рассеянных на большей площади вследствие изменения углов отражения. Этим значительно увеличивалась зона возможного обзора РЛС перехвата. ВМС США одобрили эту идею, назвав проект PAMOR (PassiveMoonRelay).
Всё как всегда: простая, как полено, идея, требующая фантастической проработки при реализации
Построенная в 1949 году установка из двух антенн на площадке BluePlains служила для отработки самой концепции, подтвердив возможность засекания отражённого от Луны сигнала. А в 1950 началось строительство более мощной антенны в Стамп-Нек, штат Мэриленд, на пристройке к заводу ВМФ по производству ракетного топлива IndianHead. К сожалению, о каких-либо успешных перехватах сигналов советских радаров в этот период информации нет. Но опыты с отражением сигналов от Луны натолкнули инженеров флота на совершенно иное использование установок – связь с удалёнными загоризонтными объектами. Проект получил название CommunicationMoonRelay. В отличие от попыток поймать сигнал РЛС для связи через «отскок» от Луны, можно было специально подобрать такие параметры сигнала, чтобы он минимально рассеивался при отражении от поверхности спутника Земли. В итоге изысканий удалось создать довольно компактную (по сравнению с предыдущими антеннами) систему из 10 кВт источника 300 МГц и морского радара SK-2 со всего лишь 16-футовой параболической антенной. 27 ноября 1957 года был осуществлён первый успешный сеанс связи на расстоянии больше 1000 км, а в 1961 впервые была осуществлена связь берег-корабль. После чего ВМФ в течение пары лет ввёл систему в строй, и до конца 1960-х она активно использовалась флотом, пока не была заменена спутниковой связью.
Антенна лунной связи SK-2
Тем не менее и проект PAMOR заброшен не был. В 1959 году Трекслер пришёл к выводу, что существующие антенны не могут удовлетворить нужды для лунного перехвата сигналов, а требуется новая 600-футовая антенна, которая точно будет эффективна для перехвата. Проект такой антенны оценивался в 60 миллионов долларов, но в процессе проектирования и обоснования затрат в Конгрессе общая сумма проекта выросла до безумных 300 миллионов долларов (в нынешних ценах это около 3 млрд. долларов). Таких денег на программу с сомнительной эффективностью Конгресс выделять не хотел от слова совсем, и ВМФ пришлось в 1962 «урезать осетра» до стандартной 150-футовой антенны. Из-за этого проект PAMOR забуксовал. В ЦРУ с интересом следили за работами флотских, эксперименты с отражением сигналов от Луны заинтересовали и специалистов ELINT, которые начали просчитывать варианты использования существующих массивов антенн для такого метода без необходимости строить новые объекты. Так был создан проект Moonbounce («Лунный отскок») ELINT.
Лунный отскок
Как уже указывалось выше, лунный перехват был очень сложной задачей. Кроме того, что сигнал, отражённый от Луны, приходил сильно ослабленным, существовали и другие сложности, препятствовавшие их поимке. Главной проблемой было время наблюдения Луны. Для перехвата сигнала от радара должно было выполняться сразу два условия:
1) Луна должна быть одновременно видна, как радару-источнику, так и приёмнику;
2) Сигнал радара источника должен хотя бы на мгновение попасть в поверхность Луны, и часть его отразиться в сторону радара-приёмника.
Одновременное выполнение этих условий было чрезвычайно редким. Так, для объекта в Сары-Шаган полное время наблюдения с помощью «лунного отскока» в случае размещения детектора в Пало-Альто, Калифорния — всего 38 часов в год (для сравнения всего в году 8760 часов). Но это если предполагать, что радар имеет сектор обзора в 360 градусов. Реальный радар в Сары-Шаган (РЛС типа «Днестр») имел поле обзора всего в 32 градуса, что снижало время наблюдения цели до 18 часов в год. Но даже эти 18 часов на практике были малореальными, так как радар работает далеко не всё время.
Антенная решётка загоризонтной РЛС типа Днестр/Днепр
Ещё одна проблема была связана с использованием уже имеющихся РЛС: 150-футовая параболическая антенна РЛС на базе NRL в Чесапикском заливе на восточном побережье и точно такая же антенна в Стэнфордском университете, Пало-Альто, западное побережье. ВМФ потерпели неудачу в своём проекте по причине того, что пытались ловить вообще любой отражённый сигнал, но специалисты ЦРУ считали куда более актуальным заниматься поиском конкретного типа сигнала конкретной частоты. Настройка на определённую частоту позволяла повысить чувствительность и тем самым увеличить шансы на успех. Оставалась одна проблема: частота «Курятника» была совершенно неизвестна.
Но ELINT на этот раз помог случай. В 1962 году случайно был перехвачен отражённый сигнал РЛС от ионизированного облака после советского ядерного испытания. Сигнал был сильно смазан и искажён, но его анализ позволил определить, что это с высокой долей вероятности был«Курятник». После этого перехвата инженеры начали проводить подстройку параметров радаров под параметры «Курятника», благодаря чему уже в 1964 году удалось осуществить первый перехват его отражённого от Луны сигнала на базе в Чесапике, а в 1965 году этого же добились и в Пало-Альто. В обоих случаях перехватывались сигналы именно Балхашской РЛС, так как её положение специалисты ЦРУ знали и ориентировались на неё.
Советская надгоризонтная радиолокационная станция Днестр, предназначенная для систем контроля космического пространства. Снимок со спутника-шпиона США, 1967 г
Но в процессе наблюдения за Луной, благодаря её движению относительно Земли, стали возможны и перехваты других аналогичных РЛС, благодаря чему ЦРУ сумело установить приблизительные локации их расположения на территории СССР. Подспудную помощь в процессе перехвата оказал тот занятный факт, что советские радары примерно на полчаса в день были нацелены исключительно на Луну в режиме отслеживания (постоянный сигнал, а не импульсный, как в режиме поиска), вероятно, просто в качестве практического упражнения для расчётов. Анализ самих сигналов, позволил ЦРУ сделать выводы о том, что «Курятник» был чрезвычайно продвинутой разработкой. Во-первых, радар имел режим «расширенного спектра», когда спектр сигнала менялся либо для увеличения его дальности, либо разрешающей способности. Во-вторых, сканирующая система радара имела не только режим поиска и слежения за целью, но и комбинированный, способный одновременно искать и отслеживать несколько целей, что подразумевало продвинутую компьютеризацию системы. В-третьих, пиковая мощь радара была оценена в 25 МВт, что делало его одним из самых мощных радаров в мире.
А это обслуживание вычислительного комплекса радара типа Днестр/Днепр. Лампово
Точно также команда ELINT сумела определить параметры работы и расположение другого типа радаров – П-14 «Лена» (названных ЦРУ TallKing), которые начали развёртываться в одно время с «Днестрами». Для ВВС все полученные ELINT данные были очередным мрачным предвестником изменения концепции войны. А вот для ЦРУ, и особенно для ELINT, это была абсолютная победа: «Лунный отскок» дал такие данные о радарах врага, которые не могли предоставить ни одна из других разведывательных программ.
3) David K. van Keuren «Moon in Their Eyes: Moon Communication Relay at the Naval Research Laboratory, 1951-1962» (Сайт истории НАСА: history.nasa.gov)
4) From the Sea to the Stars: A Chronicle of the U.S. Navy's Space and Space-related Activities, 1944-2009 (National Security archive: nsarchive2.gwu.edu)
5) Wyman H. Packard «A Century of U.S. Naval Intelligence» (Google books)
6) Jeffrey T. Richelson «The Wizards Of Langley: Inside The Cia's Directorate Of Science And Technology»
Во время запуска ракеты Astra rocket 3.0 компании Astra Space с полигона Кодьяк около Аляске сразу после отрыва ракета потела не вверх, а вбок, предположительно из-за отказа одного двигателя из пяти. Спустя несколько секунд ракета смогла начать подъём, но через 2.5 минут полёта двигатели отключились и ракета была потеряна. Это была третья попытка запуска данной модификации ракеты и пятая для компании. Все предыдущие также оканчивались неудачами.
Всем привет! Меня зовут Илья и у меня есть хобби - это любительское ракетостроение. Точнее даже, скажем так, карамельное ракетостроение. За то время, что я занимаюсь темой, я успел набить себе немало шишек, во многом действуя по наитию и ставя различные, часто неудачные, эксперименты. Возможно, кто-то скажет, что я криворук и это не моё, что нужно срочно учить матчасть, что всё придумано до меня. И, пожалуй я соглашусь. Но, на мой взгляд, в любительском ракетостроении, как хобби, важен сам процесс инженерных поисков. Решение возникающих проблем и, конечно, создание себе новых. Наверное было бы проще взять уже готовую модель, заправить её готовым двигателем и…Но если бы действительно этим путём пользовались все, то наверное не было бы и развития.
Ракетостроение, даже не ракетомоделизм из кружков (Model Rocketry или High Power Rocketry), пожалуй отличное хобби для технаря, и, конечно айтишника. Даже сам Джон Кармак (один из создателей Doom, кто не знает) в детстве занимался ракетостроением, что уже после id Software переросло в свою ракетную компанию Armadillo Aerospace.
И таких, как он и я, к счастью не единицы. Хотя и совсем немного по земному шару. Наверное это из-за трудоёмкости, спектра проблем из разных научных областей. У той же Амперки в серии «Ракета против Лёхи» по официальной версии всё закончилось как раз из-за отсутствия возможности столько вкладывать ресурсов. Потому что процесс создания любой ракеты - это череда неудач, начала сызнова и итеративное приближение к цели. И к новой. И к ещё одной.
Для меня увлечение ракетами началось с . Сама простота и дешевизна такой «ракетой техники» меня подкупила и я решил воспроизвести этот эксперимент. Собственно тогда родилась цель - сделать такую ракету, которая бы взлетела метров на 300-400, ну, до полкилометра, и спокойно бы вернулась обратно на парашюте. С полезной нагрузкой: скажем, с небольшим бортовым компьютером и камерой. Всё тогда казалось просто, если бы не нюансы, коих было… много…
Конструкция ракеты
Конструкции большинства ракет в основном схожи между собой. Они удовлетворяют в большинстве случаев, так скажем, идеальной "эмпирической ракете":
- длина ракеты полная: L= 15~25 D
- длина головного обтекателя: Ln = 2.5~3.5*D
- размах стабилизатора: S = 1~2*D
- общая площадь стабилизаторов: F= 0,7~0,8*A, где A=L*D - площадь продольного сечения корпуса,
- запас устойчивости: k = 1,5~3*D
В зависимости от поставленных целей и используемых компонентов параметры ракеты могут варьироваться, конечно же, но почти всегда укладываются в вышеобозначенные границы. В моём случае размер ракеты будет определяться исходя из размеров двигателя, парашюта и электроники. Чтобы уместить всё в корпусе ракеты я использую трубу диаметром в 50мм. Трубу можно сделать, в идеале, из стеклопластика, а можно взять ПП канализационную трубу - она сравнительно прочная и лёгкая. Головной обтекатель так же делается из этой же трубы - вырезается "корона" (длиной в 2-3 диаметра ракеты) и склеивается вместе, образуя параболическую форму. Хотя, конечно есть и другие варианты - выточить обтекатель из деревянной заготовки на токарном станке или распечатать его на 3D-принтере. Обтекатель должен быть максимально правильной формы, гладким - это необходимо для снижения аэродинамического сопротивления ракеты и снижения вредных срывных течений в носовой части ракеты.
Стабилизаторы стоит изготавливать из достаточно лёгкого, но прочного материала. Например пластика, фанеры или бальзы. Форма и размер стабилизаторов зависят от размеров ракеты, а если быть точным, то от расположения центра тяжести ракеты и центра давления.
Ракета никогда не летит прямо, а все время поворачивается от направления полета то в одну, то в другую сторону, т.е. рыскает. На ракету набегает встречный поток воздуха, направление которого строго противоположно направлению полета. Получается, что ракета все время поворачивается боком к набегающему потоку на некоторый угол. В аэродинамике такой угол называется углом атаки. Мы уже установили, что ракета, как любое твердое тело, поворачивается относительно ЦТ, но результирующая сила давления воздуха приложена совсем к другой точке, т.е. к ЦД. Если ракета имеет симметричную форму относительно оси, то ЦД потока воздуха расположен на оси ракеты. Если ЦД расположен ближе к хвосту ракеты, то давление воздуха стремится вернуть ракету навстречу набегающему потоку, т.е. на траекторию. Ракета будет устойчива. Тут вполне допустима аналогия с флюгером. Если ракету насадить на стержень, проходящий поперек оси ракеты через ЦТ и вынести её на улицу, где сильный ветер, то устойчивая ракета повернется навстречу ветру. Из этих же соображений делается простейшая проверка ракеты на устойчивость с помощью веревки: привязываем веревку к ракете в месте расположения центра тяжести и начинаем вращать ракету вокруг себя. Если ракета при вращении ориентируется строго по направлению движения, то она аэродинамически устойчива, если ракету крутит в разные стороны или она летит хвостом вперед, то ракета неустойчива.
Центр давления рассчитывается используя метод определения центра давления по Борроумену. К слову сказать, есть и другой, хотя и куда менее точный способ определения центра давления - метод аэродинамической проекции. В любом случае, какой бы мы метод не использовали, чтобы ракета была устойчивой, расстояние между центром тяжести и центром давления должно составлять хотя бы 1,5 диаметра самой ракеты. Эта, так называемая "устойчивость в диаметрах" может быть и выше, хотя устойчивость больше 2-2,5 диаметров не рекомендуется, так как в этом случае стабилизаторы будут больше, а значит тяжелее. Кроме того, большая площадь стабилизаторов приведёт к тому, что ракета будет испытывать большие боковые нагрузки, что приведёт к тому, что она будет, как флюгер разворачиваться по ветру и лететь не вверх, а вбок; в худшем случае - флаттер приведёт к разрушению ракеты в полёте. Подробно об устойчивости можно почитать здесь.
Есть готовые программные решения для расчёта параметров ракеты. Я использую Rocki-design, но чаще, тем более в англоязычном мире используют OpenRocket. Подобрав нужный размер стабилизаторов, вырезаем их из заготовки и прикручиваем винтами к корпусу, используя металлические уголки. Крепление должно быть жёстким. Для лёгких ракет сгодится и просто приклеивание, но для тяжелой ракеты лучше перестраховаться.
Система спасения - одна из самых сложных в ракете. Она включает в себя парашют, крепление к корпусу, а так же механизм выброса парашюта. Она в обязательном порядке порядке должна быть проверена не один раз на земле. Я использую пиротехнический вариант выброса парашюта (мортирка), инициируемый бортовым компьютером. Хотя встречаются и другие решения - механические и пневматические, или вовсе инерционные. Пиротехническая система одна из самых популярных и простых, содержит минимум компонентов.
Сам парашют - это купол диаметром в 70 сантиметров, сшитый из прочной и лёгкой ткани (рип-стоп). Можно рассчитать точно необходимую площадь парашюта для плавного спуска в зависимости от массы ракеты. Хотя, из практики, парашют лучше делать меньше диаметром - это увеличит скорость падения ракеты, конечно, но ракету будет меньше сдувать ветром, и поэтому меньше шансов намотать километры от места запуска до места падения.
Не менее важно обеспечить крепление ракеты с корпусом. Обычно в корпус устанавливаются силовые болты, к которым привязывается силовой трос (фал), соединяющийся со стропами парашюта. Фал пропускается через пыж - лёгкий цилиндр, который впритирку устанавливается ко внутреннему диаметру ракеты - он необходим для выброса парашюта, работая как поршень, приводимый в движение газами из мортирки.
В отличие от ракетомоделизма, в любительском, "карамельном" ракетостроении используются собственно изготовленные двигатели. Ракетные двигатели - это долгий и обширный разговор, который можно растянуть на не одну статью. Если рассказывать очень кратко, то в любительском ракетостроение в большинстве случаев используются твердотопливные двигатели, которые по конструкции очень схожи с двигателями настоящих твердотопливных ракет. Отличие состоит в материалах из которых изготовлен двигатель и в используемом топливе. Чаще всего для изготовления двигателей используется бумага, пластик или композит (стеклоровинг). В моём случае - пластик (полипропиленовая армированная труба в 40мм внешним диаметром). В качестве топлива используется смесь из калиевой селитры и сахара\сорбита в пропорции 65\35. Собственно при плавлении такой смеси образуется сладкая масса (несъедобная!), похожая на карамель, откуда и происходит название "карамельное топливо".
Топливо запресовывается в так называемые "топливные шашки" - цилиндры с отверстием. Размер шашек подбирается таким образом, чтобы во время работы двигателя топливо успевало выгореть равномерно во всех направлениях (в направлении от внутреннего канала к краю). Оптимальной длиной шашки внешним диаметром D и внутренним диаметром d является длина L=1.67D. Шашки в обязательном запрессовываются\оборачиваются в так называемую "бронировку" - внешнюю негорючую оболочку шашки. Бронировка препятствует горению шашки по внешней поверхности, что недопустимо. Слишком большая площадь горения топлива может привести к разрушению двигателя.
Из шашек формируется сборка двигателя с единым топливным каналом. При этом шашки укладываются в теплоизоляционную (негорючую) трубку из тефлона\бумаги, пропитанной силикатным клеем. Теплоизоляция нужна для того, чтобы не допустить разрушения двигателя из-за температуры (фронта горения и горячих газов) при горении топлива.
Карамельное топливо горит сравнительно медленно, поэтому для создания тяги зажигание двигателя производится в дальней точке канала (противоположного от сопла). Немаловажными параметрами двигателя, кроме тяги, является критика сопла и рабочее давление. Чем больше давление в двигателе - тем больше тяга. Чем больше давление - тем выше скорость горения топлива. Настоящим вызовом в создании двигателя является задача создания такого решения, которое при минимальной массе корпуса будет держать максимальное давление и содержать наибольшее количество топлива.
Для расчёта двигателя используются расчёты на основе закона горения. Безусловно, есть готовые решения для расчёта параметров двигателя.
Кроме того, обязательно проводятся стендовые испытания движков. Это позволяет отработать надёжность двигателя на земле, а так же снять реальные показания тяги двигателя (которые могут отличаться от расчётных).
При запуске компьютера инициализируются все датчики и модули, записывается текущая высота, подаётся звуковой сигнал перехода в режим ожидания старта. Моментом старта считается случай изменения высоты на пороговое значение (например 5 метров).
В момент старта фиксируется (записывается время), далее на карту начинают записываться данные с датчиков. В процессе полёта отслеживается апогей - записывается текущая высота, если она меньше предыдущей. Если текущая высота падает на пороговое значение, активируем вышибной заряд. Момент приземления не вычисляется, просто считаем, что через две минуты ракета должна сесть на землю. Через две минуты останавливается запись на карту и начинается подача звуковых сигналов для облегчения поиска ракеты.Полный скетч можно найти тут.
Полёт и результаты
Характеристики собранной ракеты:
- Длина: 1300 миллиметров
- Диаметр: 50 миллиметров
- Масса корпуса (со всеми компонентами): 1000 грамм
Любопытно, что на данных с акселерометра видны всплески, соответствующие работе системы спасения (мортирки).
В итоге...
проект у меня занял целый год в неспешном режиме. Это отличное хобби, которое позволяет столкнуться с огромным разнообразным спектром задач из разных областей. Это и физика, химия, электроника, программирование, инженерия и технология изготовления, включая токарные работы. И, конечно, позволяющее получить незабываемые эмоции от рёва гула у взлетающей ракеты, до трепета и переживаний во время поиска ракеты и снятия показаний с логгера.
![,Ракета,детская площадка,Кажется тег "жизненно" будет в тему](https://img2.joyreactor.cc/pics/post/full/Ракета-детская-площадка-Кажется-тег-"жизненно"-будет-в-тему-6846046.jpeg "Ракета,детская площадка,Кажется тег \"жизненно\" будет в тему")
Отличный комментарий!