Авиация и ядерные испытания - Серафим Куликов

19. Обеспечение безопасности ядерных испытаний. Самолетные средства измерений

Для обеспечения безопасности ядерные испытания перенесли в безлюдную зону Ледовитого океана; расстояние до жизненно важных объектов Мурманской обл. и границ европейских государств достигало 900 км, а до населенного пункта Амдерма — 450 км. Однако задача обеспечения безопасности самолетов-носителей оставалась актуальной.

Как отмечалось, каждое очередное испытание изделия с повышенной мощностью, по сравнению с ранее испытанными, требовало особого рассмотрения и принятия необходимых мер. Начавшиеся ядерные испытания с десятков килотонн мощности взрыва с переходом на полигон о-ва Новая Земля предполагали увеличение ее в сотни и тысячи раз. При этом высота полетов при бомбометании, определяемая летными характеристиками самолетов-носителей, практически оставалась на том же уровне — 10–12 км, а высота взрывов возросла до нескольких километров — исключалось касание «огненным шаром» поверхности Земли, радиоактивное заражение местности и атмосферы. Таким образом, для изделий, обладающих обычными аэробаллистическими характеристиками, расчетное значение расстояний от точки взрыва до самолета-носителя существенно сократилось и достигало 6–7 км. Естественно, для таких удалений гарантировать безопасность самолетов-носителей при мегатонных взрывах оснований не имелось. Решить задачу можно путем увеличения времени падения изделия от высоты сбрасывания до высоты взрыва за счет использования парашютных систем. За это время самолет мог уйти на гарантированно безопасное расстояние. Однако при этом необходимо было учитывать, что увеличение времени замедленного снижения изделия могло привести к недопустимо большим промахам бомбометания, вызываемым влиянием ветра. Это может привести к утрате значительного объема наземных измерений. В выборе парашютной системы немаловажным является и то обстоятельство, что применяемая при испытании система в последующем может стать составной частью штатной ядерной бомбы, где увеличение времени снижения отрицательно скажется на эффективности поражения целей из-за снижения точности бомбометания и уязвимости к средствам ПВО.

Второй путь обеспечения безопасности испытаний — повышение защитных свойств самолета от воздействия поражающих факторов взрыва. Для защиты от теплового воздействия светового излучения взрыва на самолетах тонкие дюралюминиевые обшивки на элеронах и рулях управления были заменены на утолщенные, кабины пилотов и кормовые закрывались светонепроницаемыми и металлическими шторками, а облучаемые с нижней полусферы поверхности самолета окрашивались специальными белыми красками с высокой термостойкостью и отражательной способностью до 95–97 %. Что касается ударной волны, то на самолетах, по существу, не могли быть реализованы какие-либо меры, усиливающие прочностные характеристики силовых элементов конструкции, повышающие устойчивость полета самолета и управляемость ими в условиях воздействия УВ. Эти характеристики определялись конструктивными особенностями самолета, закладываемыми на этапе проектирования. При этом возможность изменения их какими-либо доработками в процессе испытаний исключалась. Кроме этого важно было изучить воздействие УВ на работу двигателей самолетов — было опасение срыва нормальной работы их, вплоть до того, что они могли заглохнуть, а это уже предпосылки катастрофы. Задачу обеспечения безопасности самолетов-носителей при воздушных ядерных испытаниях изделий приходилось решать комплексно. Исходными данными для расчетов были ожидаемая мощность взрыва и соответствующая ей назначаемая высота взрыва. В расчетах учету подлежали аэробаллистические характеристики изделия, степень защищенности самолета от светового излучения, а также летно-технические и прочностные характеристики самолета. В случае несоответствия значений расчетных воздействий допустимым по условиям безопасности самолета принималось решение об оснащении изделия парашютной системой. Таким образом, обеспечение безопасности самолета-носителя при ядерных испытаниях требовало учета многих факторов. Значительную роль при этом имели расчеты, основанные на экспериментальных материалах, измерениях опытных полей полигонов и самолетных. При этом роль самолетных измерений была весьма существенной, а по некоторым параметрам — определяющей.

Принимая во внимание значительность самолетных измерений в ядерных испытаниях, приведу краткие сведения о комплексе самолетных средств, которые решали следующие основные задачи: определение мощности взрыва, измерение поражающих факторов взрыва, воздействующих на самолет в полете, оценку ответной реакции элементов конструкции самолета на воздействие этих факторов. В уточнении закономерностей распространения поражающих факторов в атмосфере большое значение имели приборы самолетных навигационных измерений и материалы метеорологических наблюдений. Роль самолетных измерений наряду с решением задач безопасности полетов также значительно возросла и в связи с тем, что средства опытного поля полигона о-ва Новая Земля в 1961–1962 гг. не могли обеспечить полноту измерений основных параметров взрыва в соответствии с задачами испытаний.

Определение мощности взрыва

Определение мощности взрыва полного тротилового эквивалента (ПТЭ) при испытаниях являлось одной из главных задач. Основным способом экспериментального определения ПТЭ взрыва при атмосферных испытаниях был принят метод, основанный на регистрации развития светящейся области в течение ее первой фазы, — метод «огненного шара» (ОШ). Этот метод, обладавший высокой точностью, имел основное применение в наземных измерительных комплексах полигонов. Наши испытатели совместно с представителями ОКБ-156 МАП и ИХФ АН СССР внедрили метод ОШ в систему самолетных измерений путем установки на самолет-носитель Ту-16 камеры СК-ЗМ, применяемой в комплексе наземных измерений. Однако работу до практического применения довести не удалось из-за их особенностей конструктивного исполнения. Для метода ОШ требовалась разработка, изготовление и внедрение на самолет специальной дальномерной системы, фиксирующей расстояние от камеры до точки взрыва. Вместе с тем наземные измерения мощности взрыва методом ОШ позволили оценить и внедрить в систему самолетных измерений приборы, основанные на использовании других принципов.

Были также проведены работы по использованию доработанных штатных самолетных аэрофотоаппаратов (АФА) для измерений мощности по методу ОШ. Доработанные АФА давали возможность фиксировать на неподвижную фотопленку через вращающийся обтюратор развитие ОШ в первой фазе свечения. Вмонтированный в АФА фотоэлемент обеспечивал регистрацию моментов экспонирования. При этом имелась возможность в одном полете неоднократно проводить измерения с предварительной частичной перемоткой пленки АФА перед очередным взрывом. АФА имели длиннофокусные объективы, что позволяло получать изображения ОШ более четко и больших размеров, чем это было возможно на СК-ЗМ. Идея внедрения этих средств сулила в сочетании с дальномерными системами хорошую перспективу. Однако задержки в разработке специальных дальномерных систем на этом этапе не позволили использовать эти методические проработки с должным эффектом.

Работы по внедрению метода ОШ послужили основой для формирования требований на разработку специальных самолетов-лабораторий.

Другой метод определения мощности взрыва был основан на регистрации длительности первой фазы свечения ОШ — метод «минимума». Этот метод является эмпирическим, основанным на обработке результатов совместных измерений по методу «огненного шара» и измерений длительностей первой фазы свечения взрыва.

В системе самолетных измерений метод «минимума» являлся основным, как обладающий приемлемой точностью определения мощности, а также простотой применения на самолетах — сравнительно легко обеспечивалось размещение на каждом самолете до шести (иногда до десяти) фотоприемников с регистрацией их сигналов на шлейфовых осциллографах. При этом имелась возможность неоднократно измерять в одном из полетов без перезарядки аппаратуры, что было немаловажно для многих этапов испытаний.

Наряду с измерениями мощности ядерного взрыва в системе самолетных комплексов применялась аппаратура измерения параметров ударной волны и светового излучения взрыва как для уточнения закономерностей их распространения в атмосфере, так и для изучения ответной реакции элементов конструкции самолетов на воздействие взрывов по условиям прочности, устойчивости, управляемости и пожаростойкости.

Определение параметров ударной волны

На первых этапах ядерных испытаний на самолетах-носителях Ту-4 и Ил-28 для измерения давления в ударной волне использовались приборы ИДД разработки и изготовления ИХФ АН. Прибор ИДД имел существенные недостатки: характеристики его не были стабильными, фактические погрешности измерений оценить не представлялось возможным. Необходимо было принимать меры по устранению этих недостатков. Перед испытаниями на Новоземельском полигоне наши специалисты Тукай А.Н., Смирнов А.П., Борисов В.Ф. предложили усовершенствованный метод измерения параметров ударной волны. В схему измерений была включена тензометрическая аппаратура, регистрирующая на осциллографической аппаратуре давление во времени по измеряемой деформации мембран датчика. Кроме этого к датчику давления был введен управляемый из кабины самолета электроклапан, перекрывающий канал сообщения внутреннего объема датчика с атмосферой на время прихода ударной волны. Это в определенной мере было реализацией замечаний Я.Б. Зельдовича, высказанных им при ознакомлении с самолетным измерительным комплексом. Введение электроклапана обеспечило проведение дополнительно к наземной более точной тарировки аппаратуры непосредственно в полете после взрыва путем регистрации на той же осциллограмме определенных перепадов атмосферного давления при снижении самолета и возвращении на аэродром вылета.