Введение
Баллистика – это область механики, изучающая запуск, поведение в полёте и воздействие снарядов, особенно боеприпасов для оружия дальнего действия, таких как пули, неуправляемые бомбы, ракеты и аналогичные средства; наука или искусство проектирования и разгона снарядов для достижения требуемых характеристик. Баллистическое тело – это свободно движущийся объект, обладающий импульсом и подвергающийся воздействию сил, таких как силы давления газов из ствола орудия или сопла двигателя, сила нареза ствола, а также гравитация и сопротивление воздуха в полёте. Баллистическая ракета – это ракета, управляемая только на относительно коротком начальном участке траектории с работающим двигателем, а дальнейшее движение которой определяется законами классической механики; в отличие, например, от крылатой ракеты, которая управляется аэродинамически в полёте с работающим двигателем, подобно самолёту с неподвижным крылом.
Ballistics is the field of mechanics concerned with the launching, flight behaviour and impact effects of projectiles, especially ranged weapon munitions such as bullets, unguided bombs, rockets or the like; the science or art of designing and accelerating projectiles so as to achieve a desired performance. A ballistic body is a free moving body with momentum which can be subject to forces such as the forces exerted by pressurized gases from a gun barrel or a propelling nozzle, normal force by rifling, and gravity and air drag during flight. A ballistic missile is a missile that is guided only during the relatively brief initial phase of powered flight and the trajectory is subsequently governed by the laws of classical mechanics; in contrast to (for example) a cruise missile which is aerodynamically guided in powered flight like a fixed wing aircraft.
История и доистория
Самыми ранними известными баллистическими снарядами были камни, копья и метательные палки. Самые древние свидетельства использования снарядов с каменными наконечниками, которые могли быть выпущены как с лука, так и с использованием других приспособлений (например, алатля), датируются примерно 280 000 лет назад и были обнаружены в Эфиопии, в современной Восточной Африке. Самые древние свидетельства использования луков для стрельбы стрелами относятся к периоду около 10 000 лет назад и основаны на стрелах из сосны, найденных в долине Аренсбург к северу от Гамбурга. На их основании были обнаружены мелкие прорези, указывающие на то, что они были выпущены из лука. Самый старый из ныне известных луков, возрастом около 8000 лет, был найден в датском болоте Холмегард. Стрельба из лука, по-видимому, появилась в Америке вместе с арктической традицией мелких орудий примерно 4500 лет назад. Первые устройства, которые можно идентифицировать как огнестрельное оружие, появились в Китае около 1000 года нашей эры, а к XII веку эта технология распространилась по остальной Азии, а к XIII веку – в Европу. После тысячелетий эмпирического развития дисциплина баллистики была впервые изучена и разработана итальянским математиком Никколо Тарталья в 1531 году. Он продолжал использовать сегменты прямолинейного движения, опираясь на представления, сформированные греческим философом Аристотелем и Альбертом Саксонским, однако ввёл новшество, соединяя эти прямые линии круговой дугой. Галилей установил принцип сложного движения в 1638 году и использовал его для вывода параболической формы баллистической траектории. Исаак Ньютон заложил прочный научный и математический фундамент баллистики, опубликовав в 1687 году труд «Математические начала натуральной философии» (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica). В этой работе были сформулированы математические законы движения и гравитации, которые впервые позволили успешно предсказывать траектории. Слово «баллистика» происходит от греческого глагола βάλλειν, означающего «бросать».
Стрелковые снаряды
Снаряд — это любой объект, запущенный в пространство (независимо от того, пустое оно или нет) посредством приложения силы. Хотя любой объект, движущийся в пространстве (например, брошенный бейсбольный мяч), является снарядом, этот термин чаще всего относится к оружию дальнего боя. Для анализа траектории снаряда используются математические уравнения движения. Примеры снарядов включают мячи, стрелы, пули, артиллерийские снаряды, не оснащенные крыльями ракеты и т.д.
Бросание
Бросание — это запуск снаряда рукой. Хотя некоторые другие животные тоже способны бросать, люди необычайно хорошо это делают благодаря высокой ловкости и точному чувству времени, и считается, что это развившийся в процессе эволюции признак. Свидетельства бросковых движений у людей датируются периодом в 2 миллиона лет. Скорость броска, достигаемая многими спортсменами (около 145 км/ч), значительно превышает скорость, с которой шимпанзе могут бросать предметы (около 32 км/ч). Стрельба из лука — это искусство или вид спорта, заключающийся в стрельбе стрелами из лука.
Катапульта
Катапульта — это устройство, используемое для метания снаряда на большое расстояние без применения взрывчатых веществ, в особенности различных типов древних и средневековых осадных машин. Катапульты использовались с древнейших времён, поскольку они доказали свою эффективность как одно из наиболее действенных средств ведения войны. Слово "катапульта" происходит от латинского catapulta, которое, в свою очередь, восходит к греческому καταπέλτης, образованному от κατά — "против" и πάλλω — "бросать, швырять". Катапульты были изобретены древними греками.
Пистолет
Оружие – это обычно трубчатое оружие или другое устройство, предназначенное для метания снарядов или других материалов. Снаряд может быть твердым, жидким, газообразным или представлять собой энергию и может быть несвязанным, как в случае пуль и артиллерийских снарядов, или связанным, как в случае с электрошокерами и китобойными гарпунами. Способ метания варьируется в зависимости от конструкции, но обычно осуществляется за счет давления газа, создаваемого либо быстрым сгоранием пороха, либо сжатого и сохраняемого механическими средствами, воздействующего на снаряд внутри открытой трубы наподобие поршня. Заключенный газ ускоряет движущийся снаряд вдоль длины трубы, придавая ему достаточную скорость для продолжения полета после прекращения действия газа в конце трубы или на дульном срезе. В качестве альтернативы может применяться ускорение посредством генерации электромагнитного поля, в этом случае труба может быть упразднена и заменена направляющей. Инженер-оружейник или оружейник, применяющий научные принципы баллистики для разработки патронов, часто называется баллистиком.
Ракета
Ракета – это ракета, космический аппарат, самолет или другое транспортное средство, которое получает тягу от ракетного двигателя. Выхлопные газы ракетного двигателя формируются исключительно из компонентов топлива, находящихся внутри ракеты до использования. Ракетные двигатели работают по принципу действия и противодействия. Они толкают ракету вперед, выбрасывая выхлопные газы назад с огромной скоростью. Хотя ракеты относительно неэффективны для использования на малых скоростях, они отличаются небольшим весом и высокой мощностью, способны создавать большие ускорения и достигать очень высоких скоростей с приемлемой эффективностью. Ракеты не нуждаются в атмосфере и прекрасно работают в космосе. Использование ракет в военных и развлекательных целях известно, по крайней мере, с XIII века в Китае. Однако значительное научное, межпланетное и промышленное применение началось в XX веке, когда ракетостроение стало ключевой технологией космической эры, включая высадку на Луну. Сегодня ракеты используются для фейерверков, вооружения, катапультируемых кресел, пусковых установок для искусственных спутников, пилотируемых космических полетов и исследования космоса. Химические ракеты – наиболее распространенный тип высокопроизводительных ракет, которые обычно создают выхлоп в результате сгорания ракетного топлива. Химические ракеты накапливают большое количество энергии в легко высвобождаемой форме и могут быть очень опасными. Тем не менее, тщательное проектирование, испытания, изготовление и эксплуатация позволяют минимизировать риски.
Внутренняя баллистика
Внутренняя баллистика (также известная как внутренняя баллистика) — раздел баллистики, изучающий процессы, происходящие при движении снаряда в канале ствола. В отношении огнестрельного оружия внутренняя баллистика охватывает период времени от воспламенения пороха до момента покидания снарядом ствола. Изучение внутренней баллистики важно для разработчиков и пользователей всех видов огнестрельного оружия, от малокалиберных винтовок и пистолетов до высокотехнологичной артиллерии. Для ракетных снарядов внутренняя баллистика охватывает время работы ракетного двигателя, пока он обеспечивает тягу.
Переходная баллистика
Переходная баллистика, также известная как промежуточная баллистика, – это изучение поведения снаряда от момента его покидания ствола до момента уравновешивания давления позади снаряда, что делает её промежуточным звеном между внутренней и внешней баллистикой.
Внешняя баллистика
Внешняя баллистика – это раздел науки о баллистике, изучающий поведение неподвижного снаряда в полёте. Внешняя баллистика часто связана с огнестрельным оружием и рассматривает фазу свободного полёта пули после выхода из ствола и до попадания в цель, находясь между переходной и терминальной баллистикой. Однако внешняя баллистика также охватывает свободный полёт ракет и других снарядов, таких как мячи, стрелы и т.п.
Терминальная баллистика
Терминальная баллистика – это изучение поведения и поражающего действия снаряда при встрече с целью. Терминальная баллистика актуальна как для малокалиберных, так и для крупнокалиберных снарядов (выпущенных из артиллерии). Исследование воздействия при сверхвысоких скоростях – относительно новая область, которая пока в основном применяется в проектировании космических аппаратов.
Судебная баллистика
Судебная баллистика включает анализ пуль и следов от их воздействия для получения информации, представляющей ценность для суда или другой части правовой системы. Помимо баллистической информации, экспертиза огнестрельного оружия и орудийных следов ("баллистическая дактилоскопия") предполагает анализ огнестрельного оружия, боеприпасов и следов орудий, чтобы установить, использовалось ли конкретное оружие или орудие при совершении преступления.
Астродинамика
Астродинамика – это применение баллистики и небесной механики к решению практических задач, связанных с движением ракет и других космических аппаратов. Движение этих объектов обычно вычисляется на основе законов движения Ньютона и закона всемирного тяготения Ньютона. Это ключевая дисциплина в проектировании и управлении космическими миссиями.