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HISTORIA DE LA TECNOLOGÍA, TECNOLOGÍA, OBJETOS ALREDEDOR DE NOSOTROS
Misil balístico. Historia de la invención y la producción.
Directorio / La historia de la tecnología, la tecnología, los objetos que nos rodean. Un misil balístico es un tipo de arma de misiles. Realiza la mayor parte del vuelo a lo largo de una trayectoria balística, es decir, en movimiento incontrolado. La velocidad y dirección de vuelo deseadas se comunican al misil balístico en la fase activa del vuelo mediante el sistema de control de vuelo del misil. Después de apagar el motor, el resto del camino, la ojiva, que es la carga útil del cohete, se mueve a lo largo de una trayectoria balística. Los misiles balísticos pueden ser de varias etapas, en cuyo caso, después de alcanzar una velocidad determinada, las etapas gastadas se descartan. Este esquema le permite reducir el peso actual del cohete, lo que le permite aumentar su velocidad.
Durante su historia de desarrollo de casi mil años, la tecnología de cohetes ha recorrido un largo camino desde las primitivas "flechas de fuego" hasta los más poderosos vehículos de lanzamiento modernos capaces de poner en órbita naves espaciales de varias toneladas. El cohete fue inventado en China. La primera información documentada sobre su uso en combate está asociada con el asedio de los mongoles a la ciudad china de Pien-King en 1232. Los misiles chinos, que luego se lanzaron desde la fortaleza e infundieron miedo a la caballería mongola, eran pequeñas bolsas llenas de pólvora y atadas a una flecha de arco común. Siguiendo a los chinos, los indios y los árabes comenzaron a utilizar cohetes incendiarios, pero con la difusión de las armas de fuego, los cohetes perdieron su importancia y se vieron obligados a abandonar su uso militar durante muchos siglos.
Nuevamente, el interés por el cohete como arma militar se despertó en el siglo XIX. En 1804, el oficial inglés William Congreve realizó mejoras significativas en el diseño del cohete, quien por primera vez en Europa logró establecer la producción en masa de cohetes de combate. La masa de sus cohetes alcanzó los 20 kg y el rango de vuelo: 3 km. Con la habilidad adecuada, podrían alcanzar objetivos a una distancia de hasta 1000 m En 1807, los británicos utilizaron ampliamente estas armas durante el bombardeo de Copenhague. En poco tiempo, se dispararon más de 25 mil cohetes contra la ciudad, como resultado de lo cual la ciudad se quemó casi por completo. Pero pronto el desarrollo de armas de fuego con rifle hizo que el uso de misiles fuera ineficaz. En la segunda mitad del siglo XIX, fueron retirados del servicio en la mayoría de los estados. Nuevamente, durante casi cien años, el cohete fue retirado. Sin embargo, ya en ese momento aparecieron varios proyectos para el uso de la propulsión a chorro de uno u otro inventor. En 1903, el científico ruso Konstantin Tsiolkovsky publicó su trabajo "Investigación del espacio con instrumentos reactivos". En él, Tsiolkovsky no solo predijo que el cohete algún día se convertiría en el vehículo que llevaría a una persona al espacio, sino que también desarrolló por primera vez un diagrama esquemático de un nuevo motor a reacción de propulsante líquido. A continuación, en 1909, el científico estadounidense Robert Goddard expresó por primera vez la idea de crear y utilizar un cohete de varias etapas. En 1914 sacó una patente para este diseño. La ventaja de usar múltiples etapas es que una vez que la etapa se ha quedado sin combustible de los tanques, se desecha. Esto reduce la masa que debe acelerarse a velocidades aún mayores. En 1921, Goddard realizó las primeras pruebas de su motor a reacción de propulsante líquido, que funcionaba con oxígeno líquido y éter. En 1926, realizó el primer lanzamiento público de un cohete con un motor líquido, que, sin embargo, se elevó solo 12 m En el futuro, Goddard prestó mucha atención a la estabilidad y controlabilidad de los cohetes. En 5, lanzó por primera vez un cohete con timones giroscópicos. En última instancia, sus cohetes, que tenían un peso inicial de hasta 1932 kg, se elevaron a una altura de hasta 350 km. En la década de 3, ya se estaba realizando un trabajo intensivo para mejorar los cohetes en varios países. El principio de funcionamiento de un motor a reacción de propulsante líquido es, en términos generales, muy simple. El combustible y el comburente están en tanques separados. Bajo alta presión, se alimentan a la cámara de combustión, donde se mezclan intensamente, se evaporan, reaccionan y se encienden. Los gases calientes resultantes se expulsan a través de la boquilla con gran fuerza, lo que provoca la aparición de un chorro de empuje.
Sin embargo, la implementación real de estos principios simples se topó con grandes dificultades técnicas, a las que se enfrentaron los primeros diseñadores. Los más graves fueron los problemas para garantizar una combustión estable del combustible en la cámara de combustión y enfriar el motor. Las preguntas sobre el combustible de alta energía para un motor de cohete y cómo suministrar componentes de combustible a la cámara de combustión también fueron muy difíciles, ya que para una combustión completa con la liberación de la máxima cantidad de calor, tenían que estar bien dispersados y mezclados uniformemente con cada uno. otro a lo largo de todo el volumen de la cámara. Además, fue necesario desarrollar sistemas confiables que regulen el funcionamiento del motor y el control del cohete. Fueron necesarios muchos experimentos, errores y fracasos antes de que todas estas dificultades se superaran con éxito. En términos generales, los motores de propulsante líquido también pueden funcionar con un combustible de un solo componente, denominado unitario. Como tal, pueden actuar, por ejemplo, peróxido de hidrógeno concentrado o hidrazina. Cuando se combina con un catalizador, el peróxido de hidrógeno H2O2 con una gran liberación de calor se descompone en oxígeno y agua. Hidracina N2H4 en estas condiciones, se descompone en hidrógeno, nitrógeno y amoníaco. Pero numerosas pruebas han demostrado que los motores que funcionan con dos componentes separados, uno de los cuales es un combustible y el otro un oxidante, son más eficientes. Buenos agentes oxidantes fueron oxígeno líquido O2, ácido nítrico HNO3, varios óxidos de nitrógeno, así como flúor líquido F2. Queroseno, hidrógeno líquido H2, (en combinación con oxígeno líquido es un combustible extremadamente eficiente), hidracina y sus derivados. En las etapas iniciales del desarrollo de la tecnología de cohetes, a menudo se usaba alcohol etílico o metílico como combustible. Para una mejor atomización y mezcla del combustible (oxidante y combustible), se utilizaron boquillas especiales, ubicadas frente a la cámara de combustión (esta parte de la cámara se llama cabeza de la boquilla). Por regla general, tenía una forma plana, formada por muchas boquillas. Todas estas toberas se realizaron en forma de tubos dobles para el suministro simultáneo de comburente y combustible. La inyección de combustible se realizó a alta presión. Pequeñas gotas de agente oxidante y combustible a alta temperatura se evaporaron intensamente y entraron en una reacción química entre sí. La combustión principal de combustible ocurre cerca de la cabeza del inyector. Al mismo tiempo, la temperatura y la presión de los gases resultantes aumentaron considerablemente, que luego se precipitaron hacia la boquilla y estallaron a gran velocidad. La presión en la cámara de combustión puede alcanzar cientos de atmósferas, por lo que el combustible y el comburente deben suministrarse a una presión aún mayor. Para ello, los primeros cohetes utilizaban la presurización de los depósitos de combustible con gas comprimido o vapores de los propios componentes propulsores (por ejemplo, vapores de oxígeno líquido). Más tarde se empezaron a utilizar bombas especiales de gran potencia y alto rendimiento accionadas por turbinas de gas. Para hacer girar la turbina de gas en la etapa inicial de funcionamiento del motor, se suministró gas caliente desde el generador de gas. Posteriormente se empezó a utilizar gas caliente formado a partir de los componentes del propio combustible. Después de que la turbina aceleró, este gas entró en la cámara de combustión y se usó para acelerar el cohete. Inicialmente, intentaron resolver el problema del enfriamiento del motor utilizando materiales especiales resistentes al calor o un refrigerante especial (por ejemplo, agua). Sin embargo, poco a poco se fue encontrando un método de enfriamiento más rentable y eficiente utilizando uno de los componentes del propio combustible. Antes de entrar en la cámara, uno de los componentes del combustible (por ejemplo, el oxígeno líquido) pasó entre sus paredes interior y exterior y se llevó consigo una parte importante del calor de la pared interior más sometida a estrés térmico. Este sistema no se desarrolló de inmediato y, por lo tanto, en las primeras etapas de la creación de cohetes, sus lanzamientos a menudo iban acompañados de accidentes y explosiones. Se utilizaron timones de aire y gas para controlar los primeros cohetes. Los timones de gas estaban ubicados en la salida de la boquilla y creaban fuerzas y momentos de control al desviar el chorro de gas que fluía del motor. En forma, se parecían a las palas de un remo. Durante el vuelo, estos timones se quemaron y colapsaron rápidamente. Por lo tanto, en el futuro, se abandonó su uso y comenzaron a usarse motores de cohetes de control especial, que podían girar en relación con los ejes de montaje. En la URSS, los experimentos sobre la creación de cohetes de combustible líquido comenzaron en la década de 30. En 1933, el Grupo de Estudio de Propulsión a Chorro de Moscú (GIRD) desarrolló y lanzó el primer cohete soviético GIRD-09 (diseñadores Sergei Korolev y Mikhail Tikhonravov). Este cohete, con una longitud de 2 m y un diámetro de 4 cm, tenía un peso de lanzamiento de 18 kg. La masa de combustible, compuesta por oxígeno líquido y gasolina condensada, era de aproximadamente 19 kg. El motor desarrollaba un empuje de hasta 5 kg y podía funcionar de 32 a 15 s. En el primer lanzamiento, debido al desgaste de la cámara de combustión, los chorros de gas comenzaron a escapar por el costado, lo que provocó el bloqueo del cohete y su vuelo suave. La altitud máxima de vuelo era de 18 m. En los años siguientes, los científicos de cohetes soviéticos llevaron a cabo varios lanzamientos más. Desafortunadamente, en 1939, el Instituto de Investigación Reactiva (en el que se transformó el GIRD en 1933) fue derrotado por el NKVD. Muchos diseñadores fueron enviados a prisiones y campos. Korolev fue arrestado en julio de 1938. Junto con Valentin Glushko, el futuro diseñador jefe de motores de cohetes, pasó varios años en una oficina de diseño especial en Kazan, donde Glushko figuraba como el diseñador jefe de sistemas de propulsión de aviones y Korolev como su adjunto. Durante algún tiempo, cesó el desarrollo de la ciencia espacial en la URSS. Los investigadores alemanes han logrado resultados mucho más tangibles. En 1927, se formó aquí la Sociedad de Viajes Interplanetarios, dirigida por Wernher von Braun y Klaus Riedel. Con la llegada al poder de los nazis, estos científicos comenzaron a trabajar en la creación de misiles de combate. En 1937, se fundó un centro de cohetes en Peenemünde. En su construcción se invirtieron 550 millones de marcos en cuatro años. En 1943, el número de personal básico en Peenemünde ya era de 15. Aquí estaban el túnel de viento más grande de Europa y una planta para la producción de oxígeno líquido. El centro desarrolló el proyectil V-1, así como el primer misil balístico V-2 en serie de la historia con un peso de lanzamiento de 12700 kg como una piedra lanzada suelta). El trabajo en el cohete comenzó ya en 1936, cuando a Brown y Riedel se les asignaron 120 empleados y varios cientos de trabajadores para ayudar. El primer lanzamiento experimental del V-2 tuvo lugar en 1942 y no tuvo éxito. Debido a la falla del sistema de control, el cohete se estrelló contra el suelo 1,5 minutos después del lanzamiento. Un nuevo comienzo en octubre de 1942 fue un éxito. El cohete se elevó a una altura de 96 km, alcanzó un alcance de 190 km y explotó a cuatro km del objetivo. Al crear este cohete, se hicieron muchos descubrimientos, que luego se utilizaron ampliamente en la ciencia espacial, pero también hubo muchos defectos. El Fau fue el primero en utilizar una turbobomba para suministrar combustible a la cámara de combustión (antes se solía utilizar su desplazamiento con nitrógeno comprimido). Se usó peróxido de hidrógeno para hacer girar la turbina de gas. En un principio, intentaron resolver el problema de la refrigeración del motor utilizando gruesas láminas de acero con baja conductividad térmica para las paredes de la cámara de combustión. Pero los primeros arranques mostraron que debido a esto, el motor se sobrecalienta rápidamente. Para reducir la temperatura de combustión, el alcohol etílico debía diluirse con un 25 % de agua, lo que a su vez reducía considerablemente la eficiencia del motor.
En enero de 1944, comenzó la producción en serie de "V". Este misil, con un alcance de hasta 300 km, llevaba una ojiva que pesaba hasta 1 tonelada y, a partir de septiembre de 1944, los alemanes comenzaron a bombardear el territorio británico con ellos. En total, se fabricaron 6100 misiles y se realizaron 4300 lanzamientos de combate. 1050 cohetes volaron a Inglaterra y la mitad de ellos explotaron directamente en Londres. Como resultado, unas 3 mil personas murieron y el doble resultó herida.
La velocidad máxima de vuelo del V-2 alcanzó los 1,5 km/s, y la altitud de vuelo fue de unos 90 km. Los británicos no tenían forma de interceptar o derribar este misil. Pero debido al sistema de guía imperfecto, resultaron ser un arma bastante ineficaz en su conjunto. Sin embargo, desde el punto de vista del desarrollo de la tecnología de cohetes, los V representaron un gran paso adelante. Lo principal era que el mundo creía en el futuro de los misiles. Después de la guerra, la ciencia espacial recibió un poderoso apoyo estatal en todos los estados. Al principio, Estados Unidos se encontró en condiciones más favorables; muchos coheteros alemanes, liderados por el propio Brown, fueron entregados a Estados Unidos después de la derrota de Alemania, al igual que varios Vs. Este potencial sirvió como punto de partida para el desarrollo de la industria estadounidense de misiles. En 1949, después de haber instalado un V-2 en un pequeño cohete de investigación Vak-Corporal, los estadounidenses lo lanzaron a una altitud de 400 km. Sobre la base de la misma "V", bajo el liderazgo de Brown, se creó el misil balístico estadounidense "Viking" en 1951, que desarrolló una velocidad de aproximadamente 6400 km / h. En 1952, el mismo Brown desarrolló para los Estados Unidos el misil balístico Redstone con un alcance de hasta 900 km (fue este misil el que se utilizó en 1958 como primera etapa en el lanzamiento del primer satélite estadounidense, el Explorer 1, en órbita) . La URSS tuvo que ponerse al día con los estadounidenses. La creación de sus propios misiles balísticos pesados aquí también comenzó con el estudio del V-2 alemán. Para esto, inmediatamente después de la victoria, se envió un grupo de diseñadores a Alemania (incluidos Korolev y Glushko). Es cierto que no lograron tener listo un solo "Fau" completo, pero según las señales indirectas y numerosos testimonios, la idea era bastante completa. En 1946, la URSS comenzó su propio trabajo intensivo en la creación de misiles balísticos guiados automáticamente de largo alcance. Organizado por Korolev, NII-88 (más tarde TsNIIMash en Podlipki cerca de Moscú, ahora la ciudad de Korolev) recibió de inmediato fondos significativos y un apoyo estatal integral. En 1947, se creó el primer misil balístico soviético R-2 sobre la base del V-1. Este primer éxito llegó con gran dificultad. Durante el desarrollo del cohete, los ingenieros soviéticos enfrentaron muchos problemas.
La industria soviética no producía entonces los grados de acero necesarios para la ciencia espacial, no había ni el caucho ni los plásticos necesarios. Surgieron enormes dificultades al trabajar con oxígeno líquido, ya que todos los aceites lubricantes disponibles en ese momento se espesaron instantáneamente a bajas temperaturas y los timones dejaron de funcionar. Tuve que desarrollar nuevos tipos de aceites. La cultura general de producción de ninguna manera correspondía al nivel de tecnología de cohetes. La precisión de las piezas de fabricación, la calidad de la soldadura dejó mucho que desear durante mucho tiempo. Las pruebas realizadas en 1948 en el sitio de pruebas de Kapustin Yar mostraron que el R-1 no solo no superaba al V-2, sino que también era inferior a ellos en muchos aspectos. Casi ninguno de los comienzos fue sin problemas. Los lanzamientos de algunos misiles se retrasaron muchas veces debido a fallas en el funcionamiento. De los 12 misiles destinados a la prueba, solo 9 se lanzaron con gran dificultad. Las pruebas realizadas en 1949 ya dieron resultados mucho mejores: de 20 misiles, 16 impactaron en un rectángulo dado de 16 por 8 km. No hubo un solo fallo al arrancar el motor. Pero incluso después de eso, pasó mucho tiempo antes de que aprendieran a diseñar misiles confiables que comenzaran, volaran y dieran en el blanco. En 1949, sobre la base del R-1, se desarrolló el cohete geofísico de gran altitud V-1A con un peso de lanzamiento de aproximadamente 14 toneladas (con un diámetro de aproximadamente 1,5 m, tenía una altura de 15 m). En 1949, este cohete lanzó un contenedor con instrumentos científicos a una altitud de 102 km, que luego regresó sano y salvo a la tierra. En 1950 se puso en servicio el R-1. A partir de ese momento, los científicos de cohetes soviéticos ya confiaron en su propia experiencia y pronto superaron no solo a sus maestros alemanes, sino también a los diseñadores estadounidenses. En 1950, se creó un misil balístico R-2 fundamentalmente nuevo con un solo tanque portador y una ojiva desmontable. (Los tanques de combustible en la V estaban suspendidos, es decir, no llevaban ninguna carga de energía. Los diseñadores soviéticos inicialmente adoptaron este esquema. Pero luego cambiaron a usar tanques portadores, cuando la capa exterior, es decir, el cuerpo del cohete, sirvió como paredes de los tanques de combustible o, de manera equivalente, los tanques de combustible componían el cuerpo del cohete.) El R-2 era el doble del tamaño del R-1, pero gracias al uso de aleaciones de aluminio especialmente diseñadas, excedía su peso por solo 350 kilos El alcohol etílico y el oxígeno líquido todavía se usaban como combustible. En 1953, se puso en servicio el cohete R-5 con un alcance de 1200 km. El cohete geofísico V-5A creado sobre esta base (longitud: 29 m, peso de lanzamiento de aproximadamente 29 toneladas) podría elevar cargas a una altura de hasta 500 km. En 1956 se probó el cohete R-5M, que por primera vez en el mundo transportaba una ojiva con carga nuclear a través del espacio. Su vuelo terminó con una auténtica explosión nuclear en un área determinada de Aral Karakum, a 1200 km del lugar de lanzamiento. Korolev y Glushko recibieron luego las estrellas de los Héroes del Trabajo Socialista. Hasta mediados de la década de 50, todos los misiles soviéticos eran de una etapa. En 1957, se lanzó con éxito un misil balístico multietapa intercontinental de combate R-7 desde el nuevo cosmódromo de Baikonur. Este cohete, de unos 30 m de largo y un peso de unas 270 toneladas, constaba de cuatro bloques laterales de la primera etapa y un bloque central con motor propio, que servía de segunda etapa. En la primera etapa, se utilizó el motor RD-107, en la segunda etapa, RD-108 con combustible de oxígeno y queroseno. Al principio, todos los motores se encendieron simultáneamente y desarrollaron un empuje de unas 400 toneladas.
Las ventajas de los cohetes de etapas múltiples sobre los de una etapa ya se han discutido anteriormente. Hay dos arreglos posibles de pasos. En el primer caso, el cohete más masivo, ubicado en la parte inferior y disparado al comienzo del vuelo, se denomina primera etapa. Por lo general, se instala un segundo cohete de menor tamaño y masa, que sirve como segunda etapa. Sobre él, a su vez, se puede colocar un tercer cohete, y así sucesivamente, según el número de etapas que se requieran. Este es un tipo de cohete con una disposición secuencial de etapas. R-7 pertenecía a un tipo diferente, con una separación longitudinal de pasos. Los bloques separados (motores y tanques de combustible) de la primera etapa se ubicaron alrededor del cuerpo de la segunda etapa y, al principio, los motores de ambas etapas comenzaron a funcionar simultáneamente. Después de quedarse sin combustible, los bloques de la primera etapa se descartaron y los motores de la segunda etapa continuaron funcionando. Unos meses después, en el mismo 1957, fue este cohete el que puso en órbita el primer satélite artificial de la Tierra de la historia. Autor: Ryzhov K.V.
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