Для того щоб мати можливість домагатися перемоги в битвах на максимальній дистанції, людьми були винайдені спочатку луки, а потім - рушниці і снаряди. У давнину відстежити точку попадання можна було легко візуально. Сьогодні мета ракет відстоїть настільки далеко, що потрапити в неї без додаткових приладів вийде навряд чи.
Особливості руху тіл, в тому числі і снарядів, після того, як на них припиняє діяти сила ззовні, вивчає така наука, як зовнішня балістика. Фахівці цієї області складають різного роду схеми і таблиці, розробляючи оптимальні варіанти для стрільби.
Балістична траєкторія
На об 'єкт, що пересувається за певними координатами, як відомо, діють такі сили:
- приводить його в рух пристрій на початковому етапі;
- сила опору повітря;
- сила тяжкості.
Тобто прямолінійним рух, наприклад, кулі або снаряда бути в будь-якому випадку не може. Та траєкторія, по якій переміщуються такі об 'єкти після запуску і називається балістичною. Виглядати цей шлях може, як парабола, окружність, гіпербола або еліпс.
Перші два різновиди траєкторій досягаються відповідно при 2-й і першій космічних швидкостях. Обчислення для переміщення по таких траєкторіях фахівці проводять для балістичних ракет.
Якщо тіло рухається в результаті роботи будь-якого пристрою, балістичної його траєкторія вважатися не може. В даному випадку вона відноситься до динамічної або авіаційної. Наприклад, літак по балістичній траєкторії буде летіти тільки в тому випадку, якщо його пілот вимкне двигуни.
Балістичні ракети міжконтинентальні
Такі ракети переміщуються по особливій балістичній траєкторії. Спочатку вони рухаються вертикально вгору. Так відбувається протягом невеликого проміжку часу. Далі система управління розгортає об 'єкт у бік мети.
Конструкцію МБР мають багатоступеневу. Завдяки цьому, така ракета може долетіти навіть до мішені, розташованої в іншій півкулі Землі. Після вигоряння палива використаний ступінь МБР відокремлюється, і в ту ж секунду підключається наступний. При досягненні певних висоти і швидкості ракета цього різновиду спрямовується до землі, до наміченої мети.
Ділянки балістичного руху
Траєкторії переміщення куль, ракет або снарядів можна умовно поділити на:
- точку вильоту - пункт відліку;
- горизонт зброї - ділянка біля точки вильоту, що перетинається об 'єктом при пуску і завершенні руху;
- піднесення - умовно триваюча горизонт лінія, що утворює вертикальну площину;
- вершина траєкторії - розташована посередині між метою і місцем запуску точка;
- наводка - лінія прицілювання між мішенню і точкою випуску;
- кут прицілювання - умовний кут між мішенню і горизонтом зброї.
Властивості траєкторії
Під впливом сили тяжкості та атмосферного опору швидкість запущеного об 'єкта починає поступово знижуватися. В результаті падає і висота його польоту. Траєкторії руху випущених тіл ділять в основному на три типи:
- сполучений;
- настільний;
- навісної.
У першому випадку при неоднакових траєкторіях дальність польоту тіла залишається незмінною. Якщо в траєкторії кут піднесення перевищить кут найбільшої дальності - шлях буде називатися навісним, в іншому випадку - настільним.
Як виконується розрахунок: спрощена формула
Для того щоб визначити, де саме на землі вибухне ракета, фахівці проводять розрахунки з використанням методики інтегрування і диференційних рівнянь. Подібні обчислення зазвичай відрізняються складністю і дають максимально точні результати попадання.
Іноді для розрахунків балістичної траєкторії ракет може використовуватися і спрощена методика. Повітря на кордоні атмосфери, як відомо, розріджене. А тому його опір для балістичних ракет іноді може не враховуватися. Виглядає спрощена формула розрахунку балістичної траєкторії наступним чином:
- y = x-tgѲ0-gx2/2V02-Cos2Ѳ0, де:
x - відстань від точки вильоту до вершини шляху, y - вершина траєкторії, v0 - швидкість при запуску, Ѳ0 - кут запуску. Шлях об 'єкта в даному випадку являє собою параболу. Називається така траєкторія вакуумною.
Якщо опору повітря при польоті балістичної ракети буде враховано, формули вийдуть дуже складними. Виконувати ж такі тривалі розрахунки часто буває недоцільним, оскільки похибка, що виникає через вплив атмосфери в розрідженому повітрі, незначна і особливої ролі не відіграє.
Більш складні методи розрахунків
Крім вакуумної, при виконанні різного роду обчислень фахівці можуть визначати траєкторії:
- матеріальної точки;
- твердого тіла.
У першому випадку, крім сили тяжкості, враховуються:
- кривизна поверхні землі;
- опір повітря (лобовий);
- швидкість обертання планети.
З використанням цієї більш складної методики може описуватися, наприклад, траєкторія руху артилерійських снарядів.
При розрахунку шляху переміщення твердого тіла до уваги береться не тільки лобовий повітряний опір, але й інші аеродинамічні сили. Адже в польоті снаряд часто рухається не тільки поступально, але і з обертанням. За цією методикою, наприклад, може розраховуватися шлях ракет, випущених під прямим кутом до траєкторії переміщення в повітрі високошвидкісного літака.
Керовані снаряди
Якщо об 'єкт є ще й керованим, розрахунки стають ще більш складними. У даному випадку до формул руху твердого тіла додаються, крім усього іншого, рівняння наведення.
Це дозволяє підкоригувати траєкторію у разі, наприклад, зміни тяги, повороту керма тощо. Тобто поступово зменшити відхилення шляху руху об 'єкта від розрахункового.
Мета обчислення
Найчастіше розрахунки балістичних траєкторій проводяться саме для ракет і снарядів при проведенні бойових дій. Основною їх метою при цьому є визначення місця розташування системи зброї таким чином, щоб ціль можна було б вразити максимально швидко і точно.
Доставка снаряда до мішені після проведення розрахунків здійснюється зазвичай у два прийоми:
- визначається бойова позиція таким чином, щоб мета знаходилася не далі радіусу доставки;
- виконується прицілювання і проводиться стрільба.
У процесі прицілювання визначаються точні координати мішені, такі, наприклад, як азимут, дальність і піднесення. Якщо мета динамічна, її координати обчислюються з урахуванням руху снаряда, що випускається.
Дані наведення при стрільбі сьогодні зберігаються в електронних базах. Спеціальне комп 'ютерне ПЗ автоматично направляє зброю в положення, необхідне для ураження цілей боєзарядами.
Також подібного роду обчислення можуть вироблятися і в космонавтиці. Розрахунки навколоземних і міжпланетних траєкторій, з урахуванням руху Землі і мети, наприклад, Місяця або Марса, при запуску космічних апаратів здійснюються, звичайно ж, тільки на комп 'ютерах з використанням різного роду складних програм.