Микроклимат шахт с температурой от 16 до 21 градуса при относительной влажности воздуха не более 32 процентов, по мнению американских специалистов, в значительной мере уменьшает коррозионное разрушение ракет «Титан-2» из-за возможного просачивания четырехокиси азота из баков и воздействия на ракету агрессивных компонентов шахтной среды. Сообщалось, что за счет применения системы осушки воздуха в шахте образование течей в баках ракеты «Титан-2» сократилось с 20 до трех в месяц.
Для защиты металлоконструкций шахтных пусковых установок ракет от воздействия блуждающих токов за рубежом применяют изолирующие покрытия, гидравлическую и электрическую изоляцию, отсасывающие фидеры и специальные устройства для электродренажа. Однако наиболее эффективным методом противокоррозийной защиты металлоконструкций шахт считается катодная поляризация — метод, хорошо известный в электрохимии.
Исследования показали, что если два металла находятся в контакте и один из них легче корродирует, растворяется в данном растворе, то он становится анодом (положительно заряженным) и разрушается, а второй металл — катодом (отрицательно заряженным) и совсем не корродирует. Исходя из этого, к металлической поверхности, которую хотят сохранить, скажем, к борту корабля, прикрепляют листы легко корродирующего металла — специально «на съедение» коррозии.
Еще более эффективен способ, когда защищаемой от коррозии поверхности металла (катоду) «навязывается» отрицательный потенциал от постороннего источника тока. Именно так и поступают, сообщалось в печати, защищая шахтные металлоконструкции от коррозии. Принципиальная схема катодной защиты шахт для ракет «Минитмен» посторонним источником тока приведена на рис. 14. От отрицательного полюса источника тока 5, через провод 6 отрицательные заряды поступают в места присоединения дренажа 7 на ствол шахты 3 и текут по нему, попадая через дефектные места сооружения
в грунтовый массив. Из грунтового массива ток течет на анодное заземление 5, откуда по проводу 9 возвращается к положительному полюсу источника тока 5 Несмотря на дороговизну катодной защиты, она себя, по мнению американских специалистов, вполне оправдывает, так как в качестве вспомогательных электродов (анодов), которые преднамеренно отдаются коррозии на разрушение, используются полосы из дешевых металлов. В зарубежной печати утверждается, что катодная защита может оказаться весьма эффективной для коррозионной защиты самих ракет и некоторых агрегатов технологического оборудования.
Следует заметить, что катодная защита находит применение не только при строительстве новых шахт, но и в шахтах для ракет «Титан-2» и «Минитмен-1», уже имеющих значительные коррозионные повреждения. Отмечалось, что она позволяет стабилизировать эти повреждения и приостановить процесс дальнейшего коррозионного разрушения металлических конструкций шахт.
Как видно, предоставляемый современной наукой арсенал средств защиты стратегических ракет и их шахтных установок от коррозии довольно велик. И тем не менее, отмечается в зарубежной печати, при этом еще не удается полностью исключить заботы о коррозии. За процессами возможного разрушения металлов от действия агрессивных сред в шахтах приходится постоянно следить.
На пусковых установках ракет «Титан-2» и «Минитмен» для оценки состояния внутренней атмосферы используется, например, визуальный химический способ. Он основан на свойстве особого вещества — силикагеля изменять окраску при увеличении влажности окружающей среды сверх определенного уровня. Проверку коррозионного состояния ракет осуществляют с помощью металлического индикатора в виде тонкой металлической пластинки, на которую нанесен молекулярный по толщине слой другого металла, весьма чувствительного к коррозии. Процесс корродирования пластинки дает возможность косвенно определить суммарное воздействие агрессивной среды шахты на чувствительные элементы ракеты. Но и эти способы, как сообщалось в печати, стремятся заменить дистанционными электрическими системами, обеспечивающими непрерывное и более точное наблюдение за микроклиматом шахт и состоянием ракет.
Таковы некоторые проблемы защиты ракет от коррозии. А поскольку важнейшее слово в борьбе с ней принадлежит химии, ее по праву можно считать одной из ближайших союзниц и помощниц ракетной техники.
СТЕКЛОПЛАСТИКИ НА РАКЕТАХ
Пожалуй, ни один вид техники так быстро не видоизменяется, не модернизируется, как военная техника. Естественно, касается этот процесс и ракетного вооружения. Один из весьма важных факторов совершенствования ракет, указывается в печати, — улучшение их летно-технических характеристик, и прежде всего увеличение веса боевой части и дальности стрельбы при заданном стартовом весе ракеты, либо, наоборот, — уменьшение стартового веса и габаритов ракеты при неизменном весе боевой части и дальности стрельбы. Решать подобные задачи можно различными способами, однако главным специалисты считают уменьшение веса конструкции ракеты, или, иначе, — ее «пассивного веса».
Взаимосвязь пассивного веса ракеты и дальности стрельбы, зависящей от скорости в конце активного участка траектории полета (после выгорания топлива), установлена основоположником ракетостроения К. Э. Циолковским в его классической формуле:
где V — скорость в конце активного участка траектории полета;
С — эффективная скорость истечения газов;
GCT —стартовый вес ракеты;
GT —вес топлива.
Влияние веса конструкции ракеты на дальность стрельбы в зарубежной литературе иллюстрировалось следующим примером: если уменьшить вес конструкции последней, третьей ступени американской стратегической ракеты «Минитмен» только на 1 килограмм, то дальность стрельбы увеличивается на 16 километров. Именно поэтому с самого начала развития ракетной техники конструкторы уделяют большое внимание использованию таких конструктивных решений и конструкционных материалов, которые позволяют добиться максимально возможного снижения пассивного веса ракеты. С этой целью, сообщала печать, для наиболее ответственных узлов и элементов ракеты в последнее время используют высокопрочные конструкционные материалы, среди которых особое место занимают так называемые композиционные материалы. К ним относятся материалы, состоящие из связующего вещества — матрицы, армированной, то есть усиленной, высокопрочными волокнами, частицами или нитевидными кристаллами. В качестве матрицы могут быть использованы металлы (сплавы, стали) и неметаллические связующие вещества — смолы. Более подробно о композиционных материалах рассказывается в следующей главе книги. Здесь же мы остановимся лишь на одной их разновидности — стеклопластиках, получающих в последние годы за рубежом все более широкое применение для изготовления силовых элементов конструкций ракет.
Стеклопластики — это искусственные материалы. Они состоят из стекловолокон, обеспечивающих образцу механическую прочность, и матрицы, служащей для скрепления стекловолокон. В США в ракетной технике используются обычно стекловолокна марок Е и S-994, в состав которых в различных пропорциях входят окиси кремния, магния, бора, натрия, калия, а в качестве матрицы— различные связующие смолы, чаще всего эпоксидные. Относительная доля стекловолокна в стеклопластике около 80 процентов, остальное приходится на долю связующих смол.
Плотность стеклопластика невелика — около 2 г/см3, а предел прочности на растяжение достигает 100 кг/мм2 и более. К этому следует добавить немагнитность, хорошие тепло-, звуко- и электроизоляционные свойства в сочетании с высокой коррозионной и химической стойкостью к морской воде, растворителям и другим агрессивным средам. Подобные качества стеклопластиков и определяют уверенность зарубежных специалистов в способности этих синтетических материалов успешно конкурировать с традиционными конструкционными материалами— сталями и высокопрочными сплавами. Уже в настоящее время в американском ракетостроении стеклопластики используются при изготовлении баллонов для хранения на борту ракет газов высокого давления, носовых конусов боевых частей баллистических ракет. Из них изготовляются отсеки корпуса второй ступени ракеты-носителя «Сатурн-1» между баком с окислителем и баком с горючим. На некоторых типах зарубежных зенитных ракет из стеклопластиков изготовлены управляющие поверхности, стабилизаторы, пусковые трубо-контейнеры. Стеклопластиковый корпус имеет, в частности, твердотопливная противоракета «Спринт».
Однако наибольшее распространение, отмечает печать, стеклопластики получили при изготовлении корпусов двигателей стратегических ракет, работающих на твердом топливе. Из них изготовлены, например, корпуса двигателей третьих ступеней американских ракет «Минитмен», размещаемых в шахтных пусковых установках, второй ступени ракеты «Поларис» А-2 и обеих ступеней ракеты «Поларис» А-3, которыми вооружены атомные ракетные подводные лодки. Сообщалось, что стеклопластики применяются также для корпусов двигателей разрабатываемых стратегических ракет «Минитмен-3» и морской ракеты «Посейдон», которыми в США плакируют заменить ракеты устаревших модификаций.
В других странах стеклопластики также довольно широко используются в ракетной технике. Во Франции, например, из стеклопластиков намечено изготовлять корпуса двигателя второй ступени создаваемой в настоящее время стратегической ракеты, предназначенной для вооружения подводных лодок. В печати приводились сведения об использовании стеклопластиков и в ракетостроении Англии, Швеции.