Трудности прохождения звукового барьера в космическом аппарате

Звуковой барьер ракета проходит с нулевым углом атаки. Это обеспечивает наилучшие условия управления в критический момент ее движения. Поэтому разворот ракеты после вертикального участка движения производится так, чтобы, с одной стороны, она возможно быстрее могла выйти на оптимальную траекторию движения и, с другой стороны, были бы обеспечены нулевые углы атаки в момент достижения ракетой скорости звука.

Трудности прохождения звукового барьера связаны с резким скачкообразным возрастанием аэродинамических сил, действующих на отдельные части и всю ракету в целом при приближении ее скорости к скорости звука. Впереди тела при этом образуется так называемая ударная волна, сопровождаемая скачкообразным повышением давления и температуры.

Нулевые углы атаки обеспечивают симметричное обтекание ракеты набегающим потоком. Симметричность формы ракеты способствует образованию симметричных скачков при достижении скорости звука, а следовательно, и симметричных аэродинамических сил. Это существенно упрощает задачу управления ракетой и способствует обеспечению ее устойчивого движения. Если же ракета имеет значительные углы атаки, то симметричность обтекания нарушается, возрастает нагрузка на исполнительные органы системы управления, что может привести к потере устойчивости движения ракеты.

Еще более жесткие требования к условиям движения предъявляются на этапе разделения ступеней. Эта сложная операция связана с нарушением механических связей отдельных частей ракеты-носителя и освобождением ее от ступени, выработавшей свое топливо. Желательны наименьшие аэродинамические силы и угловая скорость для того, чтобы в процессе разделения не произошло столкновения отделяющихся частей с основной частью ракеты-носителя, продолжающей выведение космического объекта. Поэтому разделение ступеней проводится на высоте нескольких десятков километров, где плотность атмосферы весьма незначительна.

Возможны различные схемы разделения ступеней, зависящие от конструктивных особенностей ракеты-носителя. При последовательном соединении ступеней, когда они поставлены одна на другую, отработавшая нижняя ступень отделяется от верхней разрывом скрепляющих их пироболтов или открыванием замков. Затем одной из них или обеим сообщаются скорости в противоположных направлениях вдоль оси ракеты, обеспечивая тем самым их безударное разведение.

Возможны различные способы разведения ступеней. Например, перед разрывом механических связей между нижней ступенью и верхней частью ракеты-носителя выключается двигатель нижней ступени; после разрыва связей включается двигатель верхней части ракеты-носителя.