Наведение и навигация баллистических ракет

Москва

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана

2007

Допущено Учебнометодическим объединением вузов
по университетскому политехническому образованию

в качестве учебного пособия для студентов высших

заведений, обучающихся по направлениям подготовки

Ракетостроение и космонавтика

и Гидроаэродинамика и динамика полета

«
»

«
»

учебных

Наведение
и навигация

баллистических

ракет

Наведение
и навигация

баллистических

ракет

Л.Н. Лысенко

УДК 629.76
ББК 34.4
Л886

Л886

Р е ц е н з е н т ы:
д-р техн. наук Э.П. Спирин,
чл.-кор. РАН, проф., д-р техн. наук О.М. Алифанов
(заведующий кафедрой Московского государственного авиационного
института (технический университет))

Лысенко Л.Н.
Наведение и навигация баллистических ракет: Учеб. пособие. – М.:
Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. – 672 с.: ил.

ISBN 978-5-7038-2913-4

Изложены научные и методологические основы наведения и навигации летательных аппаратов баллистического типа. Рассмотрены вопросы программирования движения (задачи наведения) и информационнонавигационного обеспечения управления (задачи навигации), а также
проблемы статистической динамики полета — оценивание движения и определение точности стрельбы (задачи оценки точности возмущенного движения). Показаны направления решений соответствующих задач при
создании существующих ракетных комплексов тактического, оперативнотактического и стратегического назначений, возможные пути совершенствования баллистико-навигационного обеспечения полета ракет последующих
поколений.
Для студентов технических вузов, слушателей военных академий, а также аспирантов, инженеров и научных работников, специализирующихся в
области баллистики, динамики полета и управления движением летательных
аппаратов.
УДК 629.76
ББК 34.4

c⃝ Л.Н. Лысенко, 2007
c⃝ Оформление. Издательство МГТУ
ISBN 978-5-7038-2913-4
им. Н.Э. Баумана, 2007

В «холодной войне» не было миллионов
убитых на полях сражений. Но в КБ, лабораториях, засекреченных цехах и на полигонах напряжение, а порой и трудовой героизм не уступали тому, который проявляли люди, создававшие оружие для фронта во время войны.
Б.Е. Черток
«Семерка» с ядерным зарядом представлялась некой прекрасной богиней, которая защитит и прикроет страну от страшного заокеанского врага.
Ядерное оружие — «простое» и водородное — было уже создано. На нашей ракете Р-5
было впервые совмещено его фантастическое
могущество со скоростью достижения цели.
Но США пока оставались вне пределов досягаемости «пятерки». «Семерка» должна была
лишить США неуязвимости.
Б.Е. Черток

ОТ АВТОРА∗

Со времени принятия на вооружение в СССР первого стратегического ракетного комплекса (РК) с баллистической ракетой (БР)
Р-5М (8к51) в 1956 г. ракетные войска стратегического назначения
стали самым мощным видом Вооруженных сил, в составе которого сосредоточено до двух третей ядерного потенциала государства
[43, 78, 83, 89].
Средства доставки ядерных боеголовок к цели, основу которых
составляют БР дальнего действия (БРДД), — наиболее эффективный
и, пожалуй, важнейший элемент ракетно-ядерного щита нашей Родины, служащий сдерживающим фактором, исключающим возможность развития мирового ядерного конфликта.

∗Изложенные сведения основываются на доступных автору архивных материалах, воспоминаниях очевидцев, а также следующих работах:
Из истории развития ракетной техники и космонавтики / Сост. В.Л. Иванов,
Ю.И. Плотников и др. – М.: МО РФ, 1995;
Карпенко А.В., Уткин А.Ф., Попов А.Д. Отечественные стратегические ракетные
комплексы: Справочник / Под ред. В.Ф. Уткина, Ю.С. Соломонова, Г.А. Ефремова.
– СПб.: Невский бастион – Гангут, 1999;
Кузница
кадров
оборонных
специальностей
/
Под
ред.
В.В. Зеленцова,
В.В. Драгомира, Л.Н. Лысенко и др. – М.: Гелиос АРВ, 2003;
Черток Б.Е. Ракеты и люди. Мемуары: В 4-х т. – М.: Машиностроение, 1994—
1999.

3

Достижения советской ракетной техники стали реальностью благодаря успешному развитию многих областей науки и техники, в
частности теории полета ракет (баллистики ракет).
Первыми публикациями в области теории полета ракет, внесшими заметный вклад в данную науку, принято считать работы английского ученого и изобретателя Уильяма Конгрева (1772—1828) и
русского специалиста в области артиллерии и ракетной техники
генерал-лейтенанта Александра Дмитриевича Засядко (1779—1837).
К числу важнейших теоретических результатов У. Конгрева относят установление влияния скорости истечения газов и их расхода
на скорость полета ракеты, определение оптимального угла запуска
ракет на максимальную дальность, рекомендации по созданию ракет,
обладающих металлическим корпусом и боевой головной частью.
Основные результаты исследований А.Д. Засядко нашли отражение в труде «О деле ракет зажигательных и рикошетных» (1817),
являющемся первым достаточно полным наставлением по изготовлению и боевому использованию ракет в русской армии.
Огромную роль в области разработки теоретических проблем
реактивной техники сыграли публикации другого нашего соотечественника Ивана Всеволодовича Мещерского (1859—1935), заложившего в своих работах «Динамика точки переменной массы» (1897)
и «Уравнения движения точки переменной массы в общем случае»
(1904) основы теории динамики тел переменной массы.
Общепризнанным является вклад в динамику полета ракет
Константина Эдуардовича Циолковского (1857—1935), первым решившего задачу о движении ракеты в неоднородном гравитационном поле, приближенно оценившего влияние атмосферы на полет
ракеты и вычислившего требуемые запасы топлива для преодоления сопротивления воздушной оболочки Земли. Важное значение
имели и изложенные им в работе «Теория многоступенчатых ракет»
(1926—1929) результаты по рациональному расходованию энергетического запаса (топлива) для достижения максимальной дальности
полета и грузоподъемности.
Американский ученый Роберт Годдарт (1882—1945) считается
одним из пионеров создания теории жидкостных ракет. К тому же
он был талантливым изобретателем, получившим в 1914—1940 гг.
83 патента на изобретения в области ракетной техники. Над созданием объектов ракетной техники Р. Годдарт работал до конца 1941 г. Им
впервые было обосновано и реализовано на практике использование

4

газовых рулей и гироскопических систем для управления полетом, а
в 1937 г. сформулирована и впервые практически решена задача автоматической стабилизации положения ракеты относительно ее центра
масс.
Особое место в истории развития ракетной техники и ракетодинамики занимает имя Юрия Васильевича Кондратюка (1897—1941).
Он заинтересовался проблемами ракетной техники еще будучи учеником гимназии. В 1919 г. он заканчивает работу «Тем, кто будет
читать, чтобы строить», которая так и не была опубликована при
его жизни. В ней Ю.В. Кондратюк независимо от К.Э. Циолковского получил оригинальный вывод основного уравнения движения
ракеты, привел схему и описание четырехступенчатой ракеты на
кислородно-водородном топливе. Именно он, задолго до Р. Годдарта, высказал идею построения гироскопических систем управления
угловым движением ракет, впоследствии реализованную американским специалистом. Огромен вклад Ю.В. Кондратюка и в теорию
космических полетов.
Не меньшую известность получил советский ученый и изобретатель реактивных двигателей и конструкций летательных аппаратов
Фридрих Артурович Цандер (1877—1933), который, начиная с 20-х
годов прошлого века, выполнил ряд теоретических исследований
по оценке эффективности реактивных двигателей различных схем,
включая воздушно-реактивные и комбинированные.
Ф.А. Цандеру принадлежат и первые работы в области создания
возможных способов защиты от нагрева в атмосфере движущегося
со сверхзвуковыми скоростями аппарата.
Период с 20-х до конца 30-х годов XX столетия без преувеличения следует считать эрой немецких специалистов ракетной техники.
Не располагая крупными теоретиками, за исключением, может быть,
Эйгена Зенгера (1905—1964), выпустившего в свет известную работу «Техника ракетного полета» (1933), отчасти Вернера фон Брауна
(1912—1977) и Германа Оберта (более известного все же в качестве
одного из пионеров космической техники), за счет высокого уровня
организации экспериментальных работ и постановки процесса создания ракетной техники на промышленной основе уже к 1938 г. фашистская Германия далеко обогнала в этой области другие государства.
Э. Зенгер оставил свой след в развитии ракетной техники прежде всего как последовательный сторонник создания ракетно-косми
5

ческого самолета. Он обосновал возможность осуществления суборбитального полета с последовательным рикошетированием от верхних слоев атмосферы. Эти идеи через десятки лет составили концепцию аэробаллистических маневрирующих головных частей БРДД и,
в какой-то степени, многоразовых орбитальных аппаратов типа систем «Зенгер—Хорус», американского «Спейс шаттл» и нашей системы «Энергия—Буран».
В. фон Браун — один из ведущих специалистов в области ракетной техники Германии и США. Его первая научная работа «Теория
дальних ракет» (1929), написанная 19-летним студентом, была посвящена теории проектирования ракет дальнего действия. Затем его
интересы сосредоточились на практической деятельности по созданию первых образцов боевой реактивной техники, где наиболее
полно раскрылся его талант конструктора и организатора. В 1930 г.
он под руководством Г. Оберта принял участие в полномасштабных
экспериментальных работах по созданию ЖРД «Кегельдюзе». Затем
участвовал в создании армейского ракетного исследовательского
центра Пенемюнде. С 1937 г. и до конца Второй мировой войны был
его техническим руководителем. В 1938—1942 гг. под руководством
фон Брауна была создана баллистическая ракета А-4 («Фау-2») с
дальностью полета до 300 км и боевой частью из обычного взрывчатого вещества массой около одной тонны. В Пенемюнде были разработаны и другие ракеты серии А (баллистические ракеты): А-3,
А-5 (прошли стадию летных испытаний), А-6, А-9, А-10. Первые
испытательные пуски БР были осуществлены осенью 1938 г.
Боевое применение ракет «Фау-2» было начато в сентябре 1944 г.
Из 4300 запущенных ракет 1402 были применены против Великобритании, 517 из них достигли Лондона (по другим данным — 447).
21 сентября 1933 г. в СССР состоялось весьма значимое событие. На базе ленинградской Газодинамической лаборатории (ГДЛ)
и московской Группы изучения реактивного движения (ГИРД) в
Москве был создан Реактивный научно-исследовательский институт (РНИИ) — научно-исследовательская и опытно-конструкторская
организация для теоретического и практического решения проблем
реактивного движения.
Если до этого времени работы в области реактивной техники
велись в стране в значительной степени на голом энтузиазме исключительно талантливых и безмерно увлеченных данной проблемой Н.И. Тихомирова, В.П. Глушко, В.А. Артемьева, Б.С. Петропавловского, Г.Э. Лангемака, Н.Я. Ильина в ГДЛ и С.П. Королева,

6

Ф.А. Цандера, М.К. Тихонравова, Ю.А. Победоносцева и других в
ГИРДе (хотя к началу 1933 г. ГДЛ насчитывала около 200 человек
и находилась в непосредственном подчинении Военно-исследовательского комитета при Реввоенсовете СССР), то теперь эти работы
были поставлены на «плановые рельсы социалистического народного хозяйства».
С этого времени к созданию БР были привлечены крупные коллективы ученых и инженеров, обеспечивших достижение поставленных целей на базе «задействования» коллективного разума, таланта
многих, объединенных единой задачей, стремлением решить ее как
можно лучше и в возможно короткие сроки.
РНИИ в 1944 г. был преобразован в НИИ-1. Примерно в это же
время наши войска заняли полигон в Дембице близ Варшавы со стартовыми позициями ракет «Фау-2». В сентябре отдельные элементы
комплекса и части конструкции ракет были доставлены в Москву, в
НИИ-1.
По доставленным элементам конструкции, отдельным деталям и по обломкам корпусов взорванных БР «Фау-2» группа конструкторов и инженеров-расчетчиков НИИ в составе А.М. Исаева,
А.Я. Березняка, Н.А. Пилюгина, Б.Е. Чертока, Л.А. Воскресенского,
М.К. Тихонравова, В.П. Мишина и других в кратчайший срок воссоздала общий вид ракеты, рассчитала ее аэродинамическую схему,
определила основные тактико-технические характеристики.
Это явилось основанием для разработки предложения по созданию и боевому применению на базе «Фау-2» более совершенной БР
с дальностью действия порядка 600 км.
Реализация этого проекта требовала модернизации двигательной установки «Фау-2». Главным конструктором КБ, которому было
поручено решить эту задачу, был назначен А.М. Исаев. Однако актуальность сверхбыстрого создания в СССР БР на основе частично
воспроизведенной документации по «Фау-2» по мере приближения
конца войны становилась все менее очевидной. 5 мая 1945 г. войска
2-го Белорусского фронта заняли исследовательский центр Пенемюнде. И хотя в результате многочисленных налетов «летающих
крепостей» Б-29 и Б-17 американских и английских ВВС ракетный
полигон Пенемюнде был до основания разрушен (особенно в дни,
предшествующие его захвату Красной армией), в советской зоне
оккупации Германии оказалось достаточно предприятий и организаций, имевших отношение к созданию фашистской ракетной техники.

7

С июля по август 1945 г. в Восточную Германию, в район города Нордхаузен, была направлена группа советских специалистов,
включавшая С.П. Королева, В.П. Глушко, В.П. Бармина, Н.А. Пилюгина, В.П. Мишина, М.С. Рязанского, В.С. Кузнецова, А.М. Исаева,
Б.Е. Чертока, Г.А. Тюлина, М.К. Тихонравова, В.С. Будника и др.
Среди них находился молодой в ту пору преподаватель кафедры
сопротивления материалов МВТУ им. Н.Э. Баумана В.И. Феодосьев
(1916—1991), будущий декан специального факультета, руководитель кафедры ракетной техники, крупнейший ученый, Герой Социалистического Труда, лауреат Ленинской и Государственной премий
СССР, член-корреспондент АН СССР. Как неоднократно признавался сам Всеволод Иванович, в ракетной технике он тогда «мало что
понимал». Для него эта командировка, как и для многих других, в
том числе профессора возглавляемой автором кафедры В.Ф. Устинова (1920—2004), послужила своего рода образовательным университетом, в котором были получены исходные знания по аэродинамике,
баллистике, проектированию двигателей, конструкции ракет. Заметим, что к этому времени нацист, кавалер рыцарского креста — высшей награды рейха — штурмбан-фюрер СС Вернер фон Браун, сдавшийся к моменту окончания войны американцам, в числе 127 других
ведущих немецких ракетчиков уже находился в США, где приступил
к работам по воссозданию ракеты «Фау-2» на полигоне Уайт-Сейдз.
Правительство нашей страны, практически в одиночку сломавшей становой хребет фашистской Германии, не могло не принять
адекватных мер, связанных с созданием ракетной техники.
Под руководством командированных в Германию специалистов
при участии немецких ученых и инженеров в советской оккупационной зоне было создано несколько организаций по восстановлению
уничтоженной и утерянной конструкторской документации.
Одним из первых таких учреждений стал научно-исследовательский институт «Рабе» (от сокращенного «ракетенбау» — строительство ракет), возглавляемый А.М. Исаевым и Б.Е. Чертоком. Позднее
он вошел в состав более крупного института «Нордхаузен», заместителем начальника и главным инженером которого был назначен
С.П. Королев. Поиск материалов по баллистике и теории полета ракет был возложен на В.П. Мишина.
К середине 1946 г. задачи, стоявшие перед группой советских
специалистов в Восточной Германии, в основном были решены.
Они вернулись на Родину, увозя с собой десять полностью готовых

8

к сборке комплектов «Фау-2», восстановленных на основе технической документации, обнаруженной группой советских специалистов, возглавляемой В.П. Мишиным, в военно-техническом архиве
в Праге (серия Т), а также десять собранных на заводе «Клейнбодунген» и прошедших технологические испытания ракет, готовых к
летным испытаниям (серия Н). Заметим, что американцы вывезли из
Германии в качестве трофеев более 100 готовых к отправке на фронт
ракет.
Вместе с нашими специалистами в СССР были отправлены и
некоторые немецкие специалисты-ракетчики (всего около 150 человек). Возглавлял эту группу один из ближайших сотрудников
фон Брауна по Пенемюнде (его заместитель по радиоуправлению
баллистическими ракетами) Гельмут Греттруп. В составе группы
находились довольно известные специалисты: профессор Упфенбах, доктора Хох, Магнус, Вольф, Альбринг, Андерс, Шефер и др.
Среди перечисленных обращают на себя внимание имена докторов Вольдемара Вольфа, бывшего главным баллистиком фирмы
«Крупп», Вернера Альбринга — известного аэродинамика, заместителя директора института аэродинамики в Ганновере, Ганса Хоха —
известного теоретика в области автоматического управления, а также
Курта Магнуса, ставшего впоследствии одним из крупных специалистов в области гироскопии.
Конечно, совершенно несерьезно говорить о том, что у «советских ракетных триумфов было немецкое начало», однако следует
признать несколько очевидных фактов:
— накопленный Германией опыт в создании БР, воспринятый нашими специалистами, позволил им сэкономить много лет творческой
работы и практически мгновенно (с исторической точки зрения) ликвидировать отставание в этой области;
— знакомство с постановкой работ в фашистской Германии по
созданию современных (на тот период) средств вооружения позволило руководству страны сделать своевременный и исключительно
важный вывод о том, что создание ракетной техники не под силу
одной организации или даже крупному министерству; решение этой
проблемы требовало мощной общегосударственной кооперации;
— организация работ по «приоритетному захвату ракетных интеллектуальных трофеев» фашистов помогла нашему правительству
создать «золотой запас» элитных специалистов в соответствующей

9

области и обеспечила качественный скачок, выразившийся в создании межконтинентальных баллистических ракет, позволивших Советскому Союзу занять лидирующее положение в мировой практике
ракетостроения и космонавтике.
В мае 1946 г. советское правительство принимает постановление
о создании ракетостроительной промышленности страны, сыгравшее определяющую роль в развитии ракетного вооружения дальнего
радиуса действия.
Этим постановлением были определены головные министерства,
предусмотрено создание специализированных конструкторских бюро (СКБ), научно-исследовательских институтов и полигонов как в
системе Министерства обороны, так и в промышленности.
На основе постановления ЦК КПСС и Совета министров СССР в
Подлипках (ныне г. Королев) создается головной ракетный Институт
Министерства вооружения НИИ-88, начальником которого назначается генерал-майор артиллерии Л.Р. Гонор, а главным инженером
Ю.А. Победоносцев. Заместителем главного инженера становится
Б.Е. Черток, возглавивший одновременно отдел систем управления.
С.П. Королев руководил отделом № 3 СКБ института и был назначен
главным конструктором автоматически управляемых БРДД. Он же
возглавил Совет главных конструкторов, в состав которого входили
В.П. Глушко, М.С. Рязанский, а несколько позднее Н.А. Пилюгин,
В.И. Кузнецов, В.П. Бармин и другие видные конструкторы ракетной
техники.
При создании НИИ-88, существующего по сей день под названием ЦНИИМаш, в его составе было только одно КБ. Однако вскоре отделы были реорганизованы в самостоятельные КБ в составе НИИ-88,
а затем КБ С.П. Королева и А.М. Исаева были выделены из НИИ-88
в самостоятельные организации ОКБ-1 и ОКБ-2. Немного позднее
было создано ОКБ-3 под руководством Д.Д. Севрюка (жидкостные
тактические ракеты и жидкостные ракетные двигатели).
С именем Сергея Павловича Королева (1907—1966) — основоположника практической космонавтики — связаны первые успехи
нашей Родины в области создания боевых баллистических ракет.
В сентябре 1947 г. в НИИ-88 состоялось расширенное заседание
НТС под председательством директора НИИ Л.Р. Гонора, сыгравшее
в определенном смысле судьбоносную роль. На это заседание было вынесено обсуждение проекта Г-1 (модернизируемого варианта
А-10), разработанного немецкими специалистами под руководством

10