В. Жуков - Физика в бою

Моряки с незапамятных времен имеют дело с колебаниями судов в волнующемся море, с вибрациями отдельных частей корпуса судна из-за действия неуравновешенных масс судовых механизмов. Помимо вертикальных колебаний, корпус корабля подвергается так называемой бортовой и килевой качке. Для уменьшения таких колебаний разработаны специальные устройства, получившие названия поглотителей колебаний судовых механизмов и успокоителей качки корабля.

В авиации, в связи с увеличением скоростей, возникла проблема исключения вибраций крыла и других несущих поверхностей самолета от действия аэродинамических сил, которые могут вызвать вибрации с нарастающими амплитудами, получившие название флаттера.

Наконец, успешное развитие ракетной техники во многом определялось решением проблемы колебаний корпусов ракет, вибрации отдельных частей, устройств и систем. Вибрационные нагрузки, возникающие в корпусе ракеты во время старта и полета, как сообщалось в зарубежной печати, часто приводили к снижению надежности механических и электронных систем. Появились в ракетной технике и другие проблемы, связанные с защитой от механических колебаний. Американские военные круги, делая ставку на межконтинентальные баллистические ракеты, сильно обеспокоены тем обстоятельством, что ракеты легко уязвимы от воздействия ударной волны и других поражающих факторов ядерного взрыва. Это вынудило специалистов искать пути обеспечения неуязвимости ракет от воздействия ядерного оружия.

По мнению руководящих деятелей Пентагона, эта задача должна решаться созданием подземных, так называемых шахтных пусковых установок. Однако на деле это оказалось не так-то просто. При разработке и строительстве шахтных установок возник ряд сложных научно-технических проблем. Одна из них как раз и ставит вопросы обеспечения сохранности ракет и различного электронного пускового оборудования от силового воздействия взрывов ядерных зарядов и вызываемых ими колебаний грунтовых массивов в местах расположения защитных сооружений — пусковых шахт и центров управления ракетных баз. Решить эту задачу, как отмечали зарубежные специалисты, оказалось особенно трудно в связи с тем, что американские межконтинентальные ракеты на жидком топливе типа «Атлас» и «Титан» и на твердом топливе «Минитмен» весьма чувствительны к сравнительно небольшим силовым перегрузкам.

Известно, что при взрыве ядерного заряда на поверхность земли действует огромное давление. От эпицентра взрыва распространяются ударные волны в воздухе и волны сжатия в грунте. В результате их воздействия в сооружениях возникают, как правило, быстрые по времени перемещения, приводящие к вертикальным, горизонтальным и крутильным колебаниям шахтных пусковых установок с относительно большими амплитудами и частотами, а на ракеты и оборудование, размещенные в шахтах, действуют значительные инерционные и вибрационные нагрузки.

Характер колебательных движений шахты существенно зависит от физико-механических свойств грунта и геологического строения района, где сооружена шахтная пусковая установка. В специальной литературе указывается, что параметры движения шахты при одном и том же избыточном давлении больше зависят от геологических условий, чем от мощности ядерного взрыва. Если шахта заложена в мягком грунте, имеющем низкочастотные характеристики колебаний, она будет подвержена большим перемещениям и сравнительно малым ускорениям. Иное дело — шахта, размещенная в твердых породах, обладающих высокочастотными характеристиками колебаний. Под воздействием взрыва она получит лишь небольшие перемещения, но зато значительные по величине ускорения.

В большинстве случаев шахтные пусковые установки, из-за их больших вертикальных размеров, приходится располагать в неоднородных грунтах, характеризующихся различной плотностью и частотными характеристиками. В связи с этим в американской практике возникли два направления в проектировании таких установок. Первое базируется на заблаговременной геологической разведке в районах предполагаемого строительства ракетных баз. В зависимости от геологического разреза и расчетного эквивалента ядерного заряда определяются период и амплитуды колебаний грунта и расчетные параметры движения шахты. Второе направление предусматривает разработку и проектирование шахтных пусковых установок для наиболее распространенных, так называемых «стандартных», грунтовых условий, с последующим проведением проверочных расчетов применительно к конкретным геологическим условиям, выявленным в процессе проходки шахт и их возведения. В американской печати сообщалось, что, как правило, проектировщики используют второе направление и только в исключительных случаях первое.

На рис. 4 показана зависимость перемещений и ускорений шахты от частотных характеристик колебаний «стандартного» грунта, возникающих при наземном ядерном взрыве. Как видно из графиков, чем меньше частота колебаний грунта, тем больше перемещение и меньше ускорение шахты.

Проектирование и строительство шахтных пусковых установок и обеспечение сохранности ракет и электронного пускового оборудования, отмечалось в иностранной печати, в значительной степени усложняется, когда ракетные базы размещаются в районах с водонасыщенным грунтом. Требуется знать его гидростатическое давление (гидростатика — часть гидродинамики, изучающая равновесие жидкости, а также равновесие твердых тел, полностью или частично погруженных в жидкость). При наличии гидростатического давления грунтовых вод горизонтальные ускорения пусковой шахты по своей величине будут близкими к вертикальным и могут достичь весьма значительных величин.

Следует, однако, заметить, что источником нагрузок и вибраций могут быть не только взрывы ядерных зарядов, но и работа вспомогательных агрегатов и машин. Ее тоже приходится учитывать проектировщикам.

Колебания шахтных пусковых установок вызывают расстройство функций аппаратуры и систем, размещаемых на борту ракеты, а также механизмов технологического оборудования. Все это может сорвать боевой пуск ракет. И вот, для того чтобы снизить действующие на ракету перегрузки до безопасных значений, применяют специальные системы амортизации как для ракет в целом, так и для отдельных, наиболее чувствительных объектов технологического оборудования и пусковой аппаратуры.