На рис. 4 показана зависимость перемещений и ускорений шахты от частотных характеристик колебаний «стандартного» грунта, возникающих при наземном ядерном взрыве. Как видно из графиков, чем меньше частота колебаний грунта, тем больше перемещение и меньше ускорение шахты.
Проектирование и строительство шахтных пусковых установок и обеспечение сохранности ракет и электронного пускового оборудования, отмечалось в иностранной печати, в значительной степени усложняется, когда ракетные базы размещаются в районах с водонасыщенным грунтом. Требуется знать его гидростатическое давление (гидростатика — часть гидродинамики, изучающая равновесие жидкости, а также равновесие твердых тел, полностью или частично погруженных в жидкость). При наличии гидростатического давления грунтовых вод горизонтальные ускорения пусковой шахты по своей величине будут близкими к вертикальным и могут достичь весьма значительных величин.
Следует, однако, заметить, что источником нагрузок и вибраций могут быть не только взрывы ядерных зарядов, но и работа вспомогательных агрегатов и машин. Ее тоже приходится учитывать проектировщикам.
Колебания шахтных пусковых установок вызывают расстройство функций аппаратуры и систем, размещаемых на борту ракеты, а также механизмов технологического оборудования. Все это может сорвать боевой пуск ракет. И вот, для того чтобы снизить действующие на ракету перегрузки до безопасных значений, применяют специальные системы амортизации как для ракет в целом, так и для отдельных, наиболее чувствительных объектов технологического оборудования и пусковой аппаратуры.
Системы амортизации, по мнению зарубежных специалистов, значительно повышают вибростойкость ракет и позволяют изолировать от нежелательных колебаний оборудование шахты. Действительно, если ракета жестко соединена с опорным основанием шахтной пусковой установки, она и ее системы будут испытывать те же ускорения, скорости и перемещения, которым подвержена сама установка. Особенно опасны ускорения, поскольку они способны развивать значительные силы инерции и приводить в конечном счете к расстройству бортовых систем ракет и механизмов шахтного оборудования.
Чтобы избежать этих нежелательных явлений, ракеты в шахтах устанавливают на упругие элементы — амортизаторы, которые растягивают во времени действие сил инерции и таким образом уменьшают передаваемые усилия.
Однако разработка эффективных систем амортизации ракет и объектов технологического оборудования вызывает за рубежом значительные научно-технические трудности. Процессы взаимодействия шахт с грунтом при механическом действии ядерного взрыва еще недостаточно изучены. В американской практике расчетные параметры амортизации ракет и технологического оборудования выбираются на основании обобщения большого количества опытных данных с учетом собственных колебаний амортизируемых объектов.
Ракеты и другие крупные объекты технологического оборудования шахты имеют низкие частоты собственных колебаний, в то время как большинству элементов электронно-пусковой аппаратуры свойственна высокая частота колебаний. Поэтому системы амортизации ракет и оборудования шахт и центров управления ракетными базами в США конструктивно выполняются по трем различным схемам.
По первой схеме ракета и все оборудование шахты объединяются в общую клеть, снабженную единой системой амортизации.
По мнению американских специалистов, основное преимущество такой схемы заключается в том, что из-за большой массы она способна гасить высокочастотные колебания и ускорения шахты, а также снижать низкочастотные колебания. К таким колебаниям чувствительны ракеты и крупные объекты технологического оборудования.
При разработке подобной амортизации общая масса колебательной системы и суммарная жесткость ее упругих элементов выбирается в зависимости от частоты вынужденных колебаний шахты. Сообщалось, что, если удачно выбраны расчетные параметры, такая система значительно ослабляет действие вынужденных колебаний шахты на ракету и оборудование. Она особенно эффективна для шахт, размещаемых в грунтовых породах, частотные характеристики которых мало изменяются при взрывах ядерных зарядов различной мощности.
Надо сказать, что общая система амортизации накладывает определенные условия на конструктивную стойкость отдельных элементов оборудования. Элементы, находящиеся в общей колебательной системе, должны быть устойчивы к перегрузкам, возникающим при избыточных давлениях во фронте воздушной ударной волны до 2 кг/см2. Что же касается работающих агрегатов технологического оборудования, размещенных в шахте, то они должны иметь собственные системы виброизоляции, чтобы исключить передачу вибраций (колебаний, дрожаний) опорным основаниям.
Общая система амортизации нашла применение в шахтных пусковых установках для амортизации ракеты «Атлас». Она состоит из четырех пружинных блоков-подвесок, поддерживающих квадратную клеть с ракетой и необходимым оборудованием. Общий вес клети составляет 1350 т, высота ее 45 м при длине стороны основания 14,7 м.
В клеть вмонтирована ферма, обеспечивающая распределение нагрузки от четырех точек крепления на десять вертикальных несущих элементов. Верхняя часть пружинного блока крепится к металлическим кронштейнам на стене шахты, а нижняя — к кронштейнам клети. Каждая блок-подвеска представляет собой набор из шести пар параллельно работающих телескопических пружин. Диаметр одной пружины 600 мм, толщина прутка, из которого она изготовлена, — 62,5 мм.
Амортизация клети в вертикальной плоскости осуществляется за счет упругости пружин, а в горизонтальной плоскости — маятниковой конструкцией подвески. Для уменьшения амплитуд горизонтальных колебаний маятниковой подвески между клетью и стенками шахты установлены специальные гасители. Они ограничивают перемещения клёти до приемлемых пределов. Зазор между стенкой шахты и клетью составляет 45 см, что, по мнению зарубежных специалистов, достаточно для максимально возможных перемещений клети при действии на шахту избыточного давления во фронте воздушной ударной волны, равного 7 кг/см2.
По второй схеме для ракеты и каждого из объектов оборудования шахты разрабатывается отдельная, так называемая автономная, система амортизации. Сообщалось, что это требует не только огромной конструкторской работы, но и проведения весьма дорогих натурных или стендовых испытаний. Если же испытательные стенды, позволяющие воспроизводить или моделировать действия ядерного взрыва на шахты, отсутствуют, разработка систем автономной амортизации в еще большей степени затрудняется. Применение автономной системы амортизации за рубежом признается оправданным в конструкциях тех пусковых установок, где предусматривается небольшое количество объектов технологического оборудования, нуждающихся в амортизации, или если используются устройства, обладающие высокой стойкостью к механическому действию ядерного взрыва. По этой схеме выполнена, в частности, система амортизации американских ракет «Титан II» (рис. 5). Несколько другая, но основанная на тех же принципах система амортизации ракеты «Минитмен». Особенность ее — наличие специального устройства, обеспечивающего вертикальное положение ракеты путем поджатия или ослабления упругих элементов амортизаторов.
Третья схема предусматривает объединение групп оборудования, размещаемых на одном уровне (этаже) шахты или центра управления ракетными базами и применение для этой группы оборудования индивидуально-групповой системы амортизации. Такая схема амортизации получила наименование комбинированной. Она находит применение при амортизации электронно-пусковой аппаратуры как в шахтных пусковых установках, так и в центрах управления.