Американская ракета Локи: от зенитного вооружения к зондированию космоса

Введение

Американская не управляемая зенитная ракета "Локи", официально обозначенная как 76-мм HEAA Rocket T220, была американской не управляемой зенитной ракетой, созданной на основе немецкого "Тайфуна". Как и "Тайфун", "Локи" так и не поступил на вооружение для выполнения своей первоначальной задачи, но впоследствии получил широкое распространение в качестве ракеты-зондирующей. Он оказался настолько успешным в этой роли, что на базе базовой конструкции "Локи" было разработано несколько усовершенствованных версий, включая финальную Super Loki.

Разработка

В рамках программы разработки зенитных вооружений в 1942 году Люфтваффе приступило к разработке ряда проектов управляемых ракет. Однако возникла обеспокоенность, что эти проекты не будут завершены вовремя для применения в 1943/44 годах. Чтобы восполнить этот пробел, Клаус Шёйфелен предложил создать простую неуправляемую ракету, которую можно было бы запускать массово непосредственно в потоки бомбардировщиков. Так появился «Тайфун». «Тайфун» работал на гиперголической смеси, подаваемой под давлением в камеру сгорания. Давление создавалось небольшими зарядами кордита, которые воспламенялись в топливных баках, при этом разрывались две тонкие диафрагмы, позволяя топливу и окислителю поступать в камеру сгорания. Немцам так и не удалось добиться надёжной работы двигателя, и ракета так и не была принята на вооружение. Армия США впервые изучила «Тайфун» в 1946 году, и немецкие инженеры, работавшие теперь на армию, были убеждены, что эта концепция заслуживает дальнейшей разработки. Когда возникли аналогичные опасения относительно сроков разработки собственных проектов управляемых ракет, «Тайфун» был вновь рассмотрен, и в 1948 году на предприятии Bendix началась программа разработки. Одним из основных изменений стала замена боевой части на обтекаемый снаряд, который отделялся от основного корпуса ракеты после выгорания двигателя, чтобы продолжить полёт без сопротивления аэродинамики и достичь большей высоты. Как и немцы до них, компания Bendix столкнулась со значительными проблемами с двигателем и в конечном итоге решила разработать двигатель на твердом топливе на основе нового эластомерного топлива из Лаборатории реактивного движения (JPL), начиная с марта 1951 года. Первый полёт ракеты Loki на твердом топливе состоялся 22 июня 1951 года. Новый двигатель оказался успешным, и от разработки жидкостного двигателя отказались в феврале 1952 года. На первой встрече 25 июня 1954 года на арсенале Редстоун, с участием доктора Вернера фон Брауна, Фредерика Дюранта, Александра Сатина, Дэвида Янга, доктора Фреда Л. Уиппла, доктора С. Фреда Сингера и коммандера Джорджа В. Гувера, было достигнуто соглашение о том, что ракета Redstone с кластером Loki в качестве второй ступени сможет вывести спутник на орбиту высотой 200 миль (322 км) без проведения значительных новых разработок. В конечном итоге JPL произвела 3544 запуска ракет Loki на полигоне Уайт-Сэндс в ходе испытательной программы. Эти испытания показали, что запуск одной ракеты влияет на траекторию полёта последующих, что приводило к слишком большому разбросу для использования в качестве оружия. Хотя эта проблема была тщательно изучена, очевидного решения найдено не было. В конечном итоге армия отказалась от проекта Loki в сентябре 1955 года в пользу ракеты Nike Ajax, которая недавно была принята на вооружение, и MIM-23 Hawk, которая ожидалась в ближайшее время.

As part of their anti aircraft development program of 1942, the Luftwaffe began developing a number of guided missile projects. However, there was concern that these would not develop in time to be useful in the 1943/44 time frame. To fill the gap, Klaus Scheufelen suggested building a simple unguided rocket that would be fired en masse directly up into the bomber streams. The result was the Taifun. Taifun was powered by a hypergolic mixture pressure fed into the combustion chamber. The pressure was provided by small cordite charges that were fired into the fuel tanks, in the process bursting a pair of thin diaphragms to allow the fuel and oxidizer to flow into the combustion chamber. The Germans were never able to get the engine to work reliably, and the rocket was never deployed operationally. The US Army had initially studied the Taifun in 1946, and the German engineers now working for the Army were convinced the concept deserved more development. When similar concerns about the development time of their own guided missile projects were raised, the Taifun was reconsidered and a development program started at Bendix in 1948. One major change was to replace the warhead area with a dart like version, which was separated from the main rocket body at engine burnout to continue on without the drag of the airframe and thereby reach higher altitudes. Like the Germans before them, Bendix had significant problems with the engine, and eventually decided to develop a solid fuel engine based on a new elastomeric fuel from the Jet Propulsion Laboratory (JPL), starting in March 1951. The first flight of a solid fuel Loki occurred on 22 June 1951. The new engine was successful, and the liquid engine was abandoned in February 1952. An initial meeting on June 25, 1954, at the Redstone Arsenal, of Dr. Wernher von Braun, Frederick C. Durant, Alexander Satin, David Young, Dr. Fred L. Whipple, Dr. S. Fred Singer, and Commander George W. Hoover resulted in an agreement that a Redstone rocket with a Loki cluster as the second stage could launch a satellite into a 200 mile (322 km) orbit without major new developments. JPL eventually fired 3,544 Lokis at White Sands during the testing program. These tests demonstrated that the launch of one rocket would affect the flight path of the ones behind it, making the dispersion too large to be a useful weapon. Although this problem was studied in depth, it appeared there was no obvious solution. The Army eventually gave up on Loki in September 1955, in favour of the Nike Ajax missile, which had recently reached operational status, and the MIM 23 Hawk which was expected to be available shortly.

Зондирующие ракеты

В 1955 году ВМС США использовали многие из уже готовых ракет "Локи", заменив взрывчатую боевую часть на устройство для выброса дипольных отражателей. Эти ракеты WASP запускались с кораблей вертикально вверх, а дипольные отражатели выпускались в апогее, где их обнаруживали с помощью радара для точного измерения скорости ветров на больших высотах. ВВС США также использовали "Локи" для этой цели, присвоив ей обозначение XRM 82. ONR также использовал "Локи" в некоторых запусках Rockoon, поднимая ракету на большую высоту на гелиевом шаре перед запуском. Многие другие ракеты "Локи" были проданы на гражданском рынке, где они стали популярными для метеорологических исследований под названием "Локи Дарт". Для лучшего удовлетворения потребностей в этой области в 1957 году был разработан двигатель большего диаметра с на 50% большим запасом топлива, что привело к созданию "Локи II", а первоначальная модель ретроспективно получила название "Локи I". Другие компании разработали дополнительные версии, включая Rocksonde 100 от Cooper Development/Marquardt с максимальной высотой 100 000 футов и Rocksonde 200, способную достигать 200 000 футов.

Вариант, известный как HASP (High Altitude Sounding Projectile), запускался непосредственно из 5-дюймового орудийного ствола. Для стабилизации HASP во время стрельбы небольшие стабилизаторы ракеты оснащались "направляющими", которые вели ракету вдоль нарезного ствола, придавая ей вращение. Направляющие отсоединялись сразу после выхода ракеты из ствола орудия.

СДК

В 1963 году была создана корпорация Space Data Corporation (SDC) для поставки небольших зондирующих ракет различным оборонным ведомствам. Они использовали метеорологические ракеты и разработали приборный отсек для ракеты Loki вместо рассеивателя дипольных отражателей. Существовало как минимум три варианта приборного отсека: PWN 10, PWN 11 и PWN 12. Приборы состояли главным образом из термистора для измерения температуры, данные с которого передавались по маломощному радио в метеорологическом диапазоне 1680 МГц. Высоту отслеживали с земли, отражая радиолокационный сигнал от "стартута" зонда – квадратного парашюта из майлара и радиолокационного отражателя, или, в случае PWN 10, с помощью дальномерного транспондера. Версия SDC была немного тяжелее оригинальной Loki для повышения стабильности на участке "круиза", что снизило максимальную высоту примерно на 10 000 футов. Производство Loki Datasonde началось в 1966 году, и до прекращения производства в 1985 году было выпущено более 20 000 экземпляров. Военно-воздушные силы США запросили версию, не требующую радиолокационного сопровождения, и SDC ответила, разместив транспондер в приборном отсеке. Это увеличило вес полезной нагрузки и потребовало увеличения площади "стартута", что, в свою очередь, увеличило вес при запуске. Для достижения требуемой высоты SDC разработала более мощный ускоритель, который также увеличил общий вес и еще больше повысил стабильность. Первая ракета Super Loki совершила полет в 1968 году, и с тех пор было поставлено 9000 экземпляров. Метеорологи ВВС и ученые NASA в начале 1970-х годов нуждались в более высоких апогеях для полезных нагрузок ROBINSphere. В 1972 году Space Data завершила разработку твердотопливного ракетного двигателя Viper IIIA. Этот двигатель был практически идентичен по конструкции Super Loki и обеспечивал апогеи около 120 км для ROBINSphere. Эта большая высота позволила измерять ветер и вертикальные профили атмосферы в диапазоне 110–95 км, что было невозможно при использовании ROBINSphere с ускорителем Super Loki. ROBINSphere – это откалиброванный, надувной радиолокационный отражатель в форме шара диаметром 1 метр, весом около 150 грамм. Вес измеряется с точностью до половины грамма. В 1993 году произошли изменения в конструкции, связанные с заменой эластомерного твердого топлива на более распространенный полимер – HTPB (полибутадиен, завершенный гидроксильными группами). Это изменение коснулось как Super Loki, так и Viper IIIA. В 1990 году корпорация Orbital Sciences Corporation приобрела SDC. Производство Super Loki и ракеты Viper IIIA с метеорологическими полезными нагрузками продолжалось до 2001 года, когда данная линейка продукции была закрыта.

In 1963 Space Data Corporation (SDC) formed to provide small sounding rockets to the various defence agencies. They used the meteorological rockets and created an instrument payload for the Loki in place of the chaff dispenser. There were at least three variants of the instrument payload, PWN 10, PWN 11, and PWN 12. The instruments consisted primarily of a thermistor to collect temperature, which was broadcast via a small radio operating in the 1680 MHz Meteorological Band. Altitude was tracked from the ground, by reflecting radar off the probe's "starute", a square mylar parachute and radar reflector, or with the PWN 10 by means of a ranging transponder. The SDC version was slightly heavier than the original Loki in order to improve stability during "cruise", which lowered maximum altitude by about 10,000 ft. Production of the Loki Datasonde started in 1966, and more than 20,000 were built until production ended in 1985. The Air Force requested a version that would not require radar tracking, and SDC responded by placing a transponder in the payload. This increased payload weight, and required the starute to be enlarged, further increasing launch weight. To reach the required altitudes, SDC developed a much larger booster, which also increased overall weight and further improved stability. The resulting Super Loki first flew in 1968, and since then 9,000 have been delivered. The Air Force Meteorologists and NASA's Observational Scientists desired higher apogees with the ROBINSphere payloads in the early 1970s. In 1972, Space Data completed the development of the Viper IIIA solid propellant rocket motor. This motor followed the design of the Super Loki nearly identically and provided apogees of ~120 km for the ROBINSphere. This higher apogee allowed for measuring the wind and atmospheric vertical profiles through the 110–95 km region that were unobtainable from the Super Loki boosted ROBINSphere. The ROBINSphere is a calibrated weight inflatable 1 meter diameter radar reflecting balloon, weighing in at about 150 grams. The weight is measured within one half gram. A design change occurred in 1993 with a change in the elastomeric solid propellant with the more commonly available polymer, HTPB (hydroxyl terminated polybutadiene). This propellant design change occurred both in the Super Loki and the Viper IIIA. Orbital Sciences Corporation bought SDC in 1990. The production of the Super Loki and the Viper IIIA rocket boosted meteorological payloads continued until 2001 when the product line was abandoned.