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미국 주변의 기술, 기술, 개체의 역사
탄도 미사일. 발명과 생산의 역사
탄도 미사일은 미사일 무기의 일종이다. 탄도 궤적을 따라 대부분의 비행을 수행합니다. 즉, 제어되지 않은 동작입니다. 원하는 비행 속도와 비행 방향은 미사일의 비행 제어 시스템에 의해 활성 비행 단계에서 탄도 미사일에 전달됩니다. 엔진을 끈 후 나머지는 로켓의 페이로드인 탄두가 탄도 궤적을 따라 움직입니다. 탄도 미사일은 다단계일 수 있으며, 이 경우 주어진 속도에 도달한 후 소모된 단계는 폐기됩니다. 이 체계를 사용하면 로켓의 현재 무게를 줄여 속도를 높일 수 있습니다.
거의 천년의 개발 역사 동안 로켓 기술은 원시적인 "불화살"에서 수톤급 우주선을 궤도로 발사할 수 있는 가장 강력한 현대식 발사체에 이르기까지 먼 길을 왔습니다. 로켓은 중국에서 발명되었습니다. 전투 용도에 대한 최초의 문서화된 정보는 1232년 중국 도시인 비엔킹(Pien-King)에 대한 몽골군의 포위 공격과 관련이 있습니다. 그 후 요새에서 발사되어 몽골 기병에게 공포를 심어준 중국 로켓은 화약으로 채워진 작은 가방이었고 일반 활 화살에 묶여있었습니다. 중국인에 이어 인도인과 아랍인은 소이 로켓을 사용하기 시작했지만 총기의 보급으로 로켓은 의미를 잃었고 수세기 동안 광범위한 군사적 사용에서 제외되었습니다.
1804세기에 다시 로켓에 대한 관심이 군사무기로 각성되었다. 20년에 영국 장교 William Congreve에 의해 로켓 설계가 크게 개선되었으며, 그는 유럽에서 처음으로 전투 로켓의 대량 생산에 성공했습니다. 로켓의 질량은 3kg에 달했고 비행 범위는 1000km에 달했습니다. 적절한 기술을 사용하면 최대 1807m 거리의 목표물을 공격할 수 있으며 25년 영국군은 코펜하겐 포격 당시 이 무기를 널리 사용했습니다. 짧은 시간에 XNUMX 개 이상의 로켓이 도시에서 발사되어 도시가 거의 완전히 타 버렸습니다. 그러나 곧 소총 총기의 개발로 미사일의 사용이 무효화되었습니다. XNUMX세기 후반에는 대부분의 주에서 서비스를 중단했습니다. 다시 거의 XNUMX년 동안 로켓은 퇴역했습니다. 그러나 그 당시 이미 제트 추진 사용에 대한 다양한 프로젝트가 한 발명가 또는 다른 발명가로부터 나타났습니다. 1903년 러시아 과학자 Konstantin Tsiolkovsky는 그의 저서 "반응 기기를 사용한 우주 조사"를 출판했습니다. 그것에서 Tsiolkovsky는 로켓이 언젠가는 사람을 우주로 데려가는 차량이 될 것이라고 예측했을 뿐만 아니라 처음으로 새로운 액체 추진제 제트 엔진의 개략도를 개발했습니다. 이어 1909년 미국 과학자 로버트 고다드(Robert Goddard)가 다단 로켓을 만들어 사용하는 아이디어를 처음으로 표현했다. 1914년에 그는 이 디자인에 대한 특허를 받았습니다. 여러 단계를 사용하는 장점은 단계에 탱크의 연료가 떨어지면 폐기된다는 것입니다. 이것은 더 높은 속도로 가속해야 하는 질량을 줄입니다. 1921년 Goddard는 액체 산소와 에테르로 작동하는 액체 추진제 제트 엔진의 첫 번째 테스트를 수행했습니다. 1926년 그는 액체 추진 로켓을 처음으로 공개 발사했지만 높이가 12m에 불과했고 그 후 Goddard는 로켓의 안정성과 제어 가능성에 많은 관심을 기울였습니다. 5년 그는 처음으로 자이로스코프 방향타가 달린 로켓을 발사했습니다. 궁극적으로 최대 1932kg의 시작 무게를 가진 그의 로켓은 최대 350km의 높이까지 상승했습니다. 3년대에 로켓을 개선하기 위한 집중적인 작업이 이미 여러 국가에서 진행 중이었습니다. 액체 추진제 제트 엔진의 작동 원리는 일반적으로 매우 간단합니다. 연료와 산화제는 별도의 탱크에 있습니다. 고압에서 연소실로 공급되어 집중적으로 혼합, 증발, 반응 및 발화됩니다. 생성된 뜨거운 가스는 큰 힘으로 노즐을 통해 다시 던져져 제트 추력이 나타납니다.
그러나 이러한 간단한 원칙을 실제로 구현하는 것은 초기 설계자가 직면한 큰 기술적 어려움에 부딪쳤습니다. 그 중 가장 심각한 것은 연소실에서 안정적인 연료 연소를 보장하고 엔진 자체를 냉각시키는 문제였습니다. 로켓엔진의 고에너지 연료와 연소실에 연료를 어떻게 공급해야 하는지에 대한 질문도 매우 어려웠다. 최대의 열을 방출하는 완전 연소를 위해서는 각 성분이 잘 분산되고 고르게 혼합되어야 했기 때문이다. 챔버의 전체 볼륨에 걸쳐 기타. 또한 엔진의 작동과 로켓의 제어를 제어하는 안정적인 시스템을 개발해야 했습니다. 이 모든 어려움을 성공적으로 극복하기까지는 많은 실험, 실수 및 실패가 필요했습니다. 일반적으로 말해서 액체 추진제 엔진은 단일 성분 연료로도 작동할 수 있습니다. 예를 들어, 농축된 과산화수소 또는 히드라진이 작용할 수 있습니다. 촉매와 결합하면 과산화수소 H2O2 열이 많이 방출되면 산소와 물로 분해됩니다. 히드라진 N2H4 이러한 조건에서 수소, 질소 및 암모니아로 분해됩니다. 그러나 수많은 테스트에서 하나는 연료이고 다른 하나는 산화제인 두 개의 개별 구성 요소로 작동하는 엔진이 더 효율적이라는 것이 밝혀졌습니다. 좋은 산화제는 액체 산소 O2, 질산 HNO3, 다양한 질소 산화물 및 액체 불소 F2. 등유, 액체 수소 H2, (액체 산소와 결합하면 매우 효율적인 연료임), 히드라진 및 그 유도체. 로켓 기술 개발의 초기 단계에서 에틸 또는 메틸 알코올은 종종 연료로 사용되었습니다. 연료(산화제 및 연료)의 더 나은 분무 및 혼합을 위해 연소실 앞에 특수 노즐이 사용되었습니다(실의 이 부분을 노즐 헤드라고 함). 일반적으로 많은 노즐로 형성된 평평한 모양이었습니다. 이 모든 노즐은 산화제와 연료의 동시 공급을 위해 이중 튜브 형태로 제작되었습니다. 연료 분사는 고압에서 이루어졌습니다. 고온에서 산화제와 연료의 작은 방울이 집중적으로 증발하여 서로 화학 반응을 일으켰습니다. 연료의 주요 연소는 인젝터 헤드 근처에서 발생합니다. 동시에 결과 가스의 온도와 압력이 크게 증가하여 노즐로 돌진하여 고속으로 폭발했습니다. 연소실의 압력은 수백 기압에 이를 수 있으므로 연료와 산화제는 더 높은 압력으로 공급되어야 합니다. 이를 위해 첫 번째 로켓은 압축 가스로 연료 탱크를 가압하거나 추진제 구성 요소 자체의 증기(예: 액체 산소 증기)를 사용했습니다. 나중에 가스터빈으로 구동되는 특수 고성능 고출력 펌프가 사용되기 시작했습니다. 엔진 가동 초기에 가스터빈을 회전시키기 위해 가스발생기에서 뜨거운 가스를 공급했다. 나중에 그들은 연료 자체의 구성 요소에서 형성된 뜨거운 가스를 사용하기 시작했습니다. 터빈이 가속된 후 이 가스는 연소실로 들어가 로켓을 가속하는 데 사용되었습니다. 처음에는 특수 내열재나 특수 냉각수(예: 물)를 사용하여 엔진 냉각 문제를 해결하려고 했습니다. 그러나 연료 자체의 구성 요소 중 하나를 사용하여보다 수익성 있고 효율적인 냉각 방법이 점차 발견되었습니다. 챔버에 들어가기 전에 연료 구성 요소 중 하나(예: 액체 산소)가 내부 벽과 외부 벽 사이를 통과하여 열 스트레스를 가장 많이 받는 내부 벽에서 열의 상당 부분을 제거했습니다. 이 시스템은 즉시 해결되지 않았으므로 로켓 생성의 첫 번째 단계에서 발사에는 종종 사고와 폭발이 동반되었습니다. 공기 및 가스 방향타는 첫 번째 로켓을 제어하는 데 사용되었습니다. 가스 방향타는 노즐 출구에 위치했으며 엔진에서 흐르는 가스 제트를 편향시켜 제어력과 모멘트를 생성했습니다. 모양이 노의 칼날과 비슷했습니다. 비행 중 이 방향타는 빠르게 타버리고 무너졌습니다. 따라서 미래에는 사용을 포기하고 장착 축에 대해 회전 할 수있는 특수 제어 로켓 엔진이 사용되기 시작했습니다. 소련에서는 30년대에 액체 추진 로켓 제작 실험이 시작되었습니다. 1933년에 모스크바 제트 추진 연구 그룹(GIRD)은 최초의 소련 로켓 GIRD-09(설계자 Sergei Korolev 및 Mikhail Tikhonravov)를 개발하고 발사했습니다. 길이 2m, 지름 4cm인 이 로켓의 발사 중량은 18kg입니다. 액체 산소와 응축 가솔린으로 구성된 연료의 질량은 약 19kg이었습니다. 엔진은 최대 5kg의 추력을 개발했으며 32-15초 동안 작동할 수 있었습니다. 첫 발사에서 연소실의 소진으로 인해 가스 제트가 측면에서 빠져 나가기 시작하여 로켓이 막히고 부드러운 비행이 이루어졌습니다. 최대 비행 고도는 18m였습니다. 그 후 몇 년 동안 소련 로켓 과학자들은 몇 차례 더 발사했습니다. 불행히도 1939년에 Reactive Research Institute(GIRD가 1933년에 변형됨)는 NKVD에 의해 패배했습니다. 많은 디자이너들이 감옥과 수용소로 보내졌습니다. 코롤레프는 1938년 XNUMX월에 체포되었습니다. 로켓 엔진의 미래 수석 설계자인 Valentin Glushko와 함께 그는 카잔의 특별 설계국에서 몇 년을 보냈습니다. 그곳에서 Glushko는 항공기 추진 시스템의 수석 설계자로, Korolev는 그의 대리인으로 등재되었습니다. 얼마 동안 소련의 로켓 과학 개발이 중단되었습니다. 독일 연구원들은 훨씬 더 확실한 결과를 얻었습니다. 1927년에는 Wernher von Braun과 Klaus Riedel이 이끄는 행성간 여행 협회가 이곳에서 결성되었습니다. 나치의 집권으로 이 과학자들은 전투 미사일 제작에 착수했습니다. 1937년, 로켓 센터가 Peenemünde에 설립되었습니다. 550년 동안 1943억 15천만 마르크가 건설에 투자되었습니다. 1년에 Peenemünde의 핵심 인력은 이미 2명이었습니다. 여기에 유럽에서 가장 큰 풍동과 액체 산소 생산 공장이 있습니다. 센터는 V-12700 발사체와 느슨하게 던진 돌처럼 발사 중량 XNUMXkg의 역사상 최초의 직렬 V-XNUMX 탄도 미사일을 개발했습니다. 로켓 작업은 1936년 브라운과 리델에게 120명의 직원과 수백 명의 직원이 배정되면서 시작되었습니다. V-2의 첫 실험 발사는 1942년에 이루어졌지만 실패했습니다. 제어 시스템의 고장으로 로켓은 발사 1,5분 만에 땅에 떨어졌다. 1942년 96월의 새로운 출발은 성공적이었습니다. 로켓은 190km의 높이로 상승하여 XNUMXkm의 사거리에 도달했으며 목표물에서 XNUMXkm 떨어진 곳에서 폭발했습니다. 이 로켓을 만들 때 많은 발견이 이루어졌고 로켓 과학에서 널리 사용되었지만 많은 결함도 있었습니다. Fau는 연소실에 연료를 공급하기 위해 터보 펌프를 사용한 최초의 회사였습니다(그 이전에는 일반적으로 압축 질소로 대체되었습니다). 과산화수소는 가스 터빈을 회전시키는 데 사용되었습니다. 처음에는 연소실 벽에 열전도율이 낮은 두꺼운 강판을 사용하여 엔진 냉각 문제를 해결하려고 했습니다. 그러나 맨 처음 시작은 이 때문에 엔진이 빠르게 과열된다는 것을 보여주었습니다. 연소 온도를 낮추기 위해 에틸 알코올을 25% 물로 희석해야 했으며, 이는 엔진 효율을 크게 떨어뜨렸습니다.
1944년 300월 "V"의 연속 생산이 시작되었습니다. 사거리 1km에 달하는 이 미사일은 1944톤에 달하는 탄두를 탑재했고, 6100년 4300월부터 독일군은 영국 영토를 폭격하기 시작했다. 총 1050개의 미사일이 제조되었고 3개의 전투 발사가 수행되었습니다. XNUMX개의 로켓이 영국으로 날아갔고 그 중 절반은 런던에서 직접 폭발했습니다. 그 결과 약 XNUMX천명이 사망하고 XNUMX배 이상의 부상자가 발생했습니다.
V-2의 최대 비행 속도는 1,5km/s에 달했고, 비행 고도는 약 90km였다. 영국군은 이 미사일을 요격하거나 격추시킬 방법이 없었습니다. 그러나 불완전한 유도 시스템으로 인해 전체적으로 다소 비효율적인 무기로 판명되었습니다. 그러나 로켓 기술의 발전이라는 관점에서 보면 Vs는 거대한 도약을 의미한다. 가장 중요한 것은 세계가 미사일의 미래를 믿었다는 것입니다. 전쟁 후 로켓 과학은 모든 주에서 강력한 국가 지원을 받았습니다. 처음에 미국은 더 유리한 조건에 있음을 알게 되었고 브라운 자신이 이끄는 많은 독일 로켓맨들이 독일의 패배 후 몇몇 기성품 Vs와 마찬가지로 미국으로 이송되었습니다. 이러한 잠재력은 미국 미사일 산업 발전의 출발점이 되었습니다. 1949년에 V-2를 소형 Vak-Corporal 연구 로켓에 설치한 후 미국인들은 400km 고도까지 발사했습니다. 동일한 "V"를 기반으로 Brown의 지도력하에 약 1951km / h의 속도를 개발하는 미국 탄도 미사일 "Viking"이 6400 년에 만들어졌습니다. 1952년에 동일한 브라운이 미국을 위해 최대 900km 범위의 레드스톤 탄도 미사일을 개발했습니다. . 소련은 미국인들을 따라잡아야 했다. 여기에서 자체 중탄도 미사일의 생성도 독일 V-2에 대한 연구와 함께 시작되었습니다. 이를 위해 승리 직후 독일 (Korolev 및 Glushko 포함)에 디자이너 그룹이 파견되었습니다. 사실, 그들은 하나의 완전한 "Fau"를 준비하지 못했지만 간접적 인 표시와 수많은 증언에 따르면 아이디어는 매우 완전했습니다. 1946년 소련은 장거리 자동 유도 탄도 미사일 제작에 대한 집중적인 작업을 시작했습니다. Korolev가 조직한 NII-88(나중에 모스크바 근처 Podlipki의 TsNIIMash, 현재 Korolev시)은 즉시 상당한 자금과 포괄적인 국가 지원을 받았습니다. 1947년, 최초의 소련 탄도미사일 R-2이 V-1를 기반으로 만들어졌습니다. 이 첫 번째 성공에는 큰 어려움이 따랐습니다. 로켓을 개발하는 동안 소련 엔지니어들은 많은 문제에 직면했습니다.
소련 산업은 로켓 과학에 필요한 강철 등급을 생산하지 않았고 필요한 고무와 필요한 플라스틱도 없었습니다. 액체 산소로 작업할 때 큰 어려움이 발생했습니다. 당시 사용 가능한 모든 윤활유는 저온에서 즉시 농축되고 방향타가 작동을 멈췄기 때문입니다. 새로운 유형의 오일을 개발해야 했습니다. 일반적인 생산 문화는 결코 로켓 기술의 수준과 일치하지 않았습니다. 부품 제조의 정확성, 용접 품질은 오랫동안 많은 요구 사항을 남겼습니다. 1948년 Kapustin Yar 시험장에서 실시된 시험에서는 R-1이 V-2를 능가하지 못했을 뿐만 아니라 여러 면에서 열등한 것으로 나타났습니다. 거의 모든 시작이 순조롭게 진행되지 않았습니다. 일부 미사일의 발사는 오작동으로 인해 여러 번 지연되었습니다. 시험용으로 의도된 12개의 미사일 중 9개만이 큰 어려움으로 발사되었습니다. 1949년에 수행된 테스트는 이미 훨씬 더 나은 결과를 제공했습니다. 20개의 미사일 중 16개가 16 x 8km의 주어진 직사각형을 명중했습니다. 엔진을 시동하는 데 단 한 번의 실패도 없었습니다. 그러나 그 후에도 시작되고 날아가 목표물을 명중하는 안정적인 미사일을 설계하는 방법을 배우기까지는 많은 시간이 흘렀습니다. 1949년에는 R-1을 기반으로 발사 중량 약 1톤(직경 약 14m, 높이 1,5m)으로 V-15A 고고도 지구물리학 로켓을 개발했다. 1949년에 이 로켓은 과학 장비가 든 컨테이너를 고도 102km까지 운반한 다음 안전하게 지구로 돌아왔습니다. 1950년에 R-1이 사용되었습니다. 그 순간부터 소련 로켓 과학자들은 이미 자신의 경험에 의존했고 곧 독일 교사뿐만 아니라 미국 디자이너를 능가했습니다. 1950년에는 단일 캐리어 탱크와 분리 가능한 탄두를 갖춘 근본적으로 새로운 R-2 탄도 미사일이 만들어졌습니다. (V의 연료 탱크는 일시 중단되었습니다. 즉, 전력 부하를 운반하지 않았습니다. 소련 설계자는 처음에이 계획을 채택했지만 나중에는 외부 쉘, 즉 로켓 본체가 작동했을 때 캐리어 탱크 사용으로 전환했습니다. 벽 연료 탱크, 또는 동일한 것으로 로켓의 몸체를 구성하는 연료 탱크.) R-2는 R-1의 두 배 크기이지만 특수 설계된 알루미늄 합금을 사용하여 무게가 350kg을 초과했습니다. 에틸 알코올과 액체 산소는 여전히 연료로 사용되었습니다. 1953년에 사거리 5km의 R-1200 로켓이 사용되었습니다. 기반으로 만들어진 V-5A 지구 물리학 로켓(길이 - 29m, 발사 중량 약 29톤)은 최대 500km 높이까지 하중을 들어올릴 수 있습니다. 1956년에 R-5M 로켓이 테스트되었는데, 이 로켓은 세계 최초로 우주를 통해 핵 충전을 하는 탄두를 운반했습니다. 그녀의 비행은 발사 장소에서 1200km 떨어진 Aral Karakum의 주어진 지역에서 진정한 핵폭발로 끝났습니다. Korolev와 Glushko는 사회주의 노동 영웅의 별을 받았습니다. 50년대 중반까지 모든 소련 미사일은 단일 단계였습니다. 1957년, 전투 대륙간 다단 탄도 미사일 R-7이 바이코누르의 새로운 우주 비행장에서 성공적으로 발사되었습니다. 길이 약 30m, 무게 약 270톤의 이 로켓은 107단의 측면 블록 108개와 400단의 역할을 하는 자체 엔진이 장착된 중앙 블록으로 구성됐다. 첫 번째 단계에서는 RD-XNUMX 엔진이 사용되었으며 두 번째 단계에서는 산소 - 등유 연료의 RD-XNUMX이 사용되었습니다. 처음에는 모든 엔진이 동시에 켜지고 약 XNUMX톤의 추력이 발생했습니다.
단일 단계 로켓에 비해 다단계 로켓의 장점은 이미 위에서 논의되었습니다. 두 가지 가능한 단계 배열이 있습니다. 첫 번째 경우 가장 무거운 로켓은 바닥에 위치하고 비행 초기에 발사되며 첫 번째 단계라고 합니다. 일반적으로 두 번째 단계로 사용되는 더 작은 크기와 질량의 두 번째 로켓이 설치됩니다. 필요한 단계 수에 따라 세 번째 로켓을 놓을 수 있습니다. 이것은 단계가 순차적으로 배열된 로켓 유형입니다. R-7은 단계가 세로로 분리되어 다른 유형에 속했습니다. 첫 번째 단계의 별도 블록 (엔진 및 연료 탱크)이 두 번째 단계의 몸체 주위에 위치했으며 시작시 두 단계의 엔진이 동시에 작동하기 시작했습니다. 연료가 바닥난 후 첫 번째 단계의 블록은 폐기되었고 두 번째 단계의 엔진은 계속해서 더 작동했습니다. 몇 달 후인 같은 1957년에 역사상 최초의 인공 지구 위성을 궤도로 발사한 것은 이 로켓이었습니다. 저자: Ryzhov K.V.
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