Особенности движения тел, в том числе и снарядов, после того, как на них прекращает действовать сила извне, изучает такая наука, как внешняя баллистика. Специалисты этой области составляют разного рода схемы и таблицы, разрабатывая оптимальные варианты для стрельбы.

Баллистическая траектория

На передвигающийся по определенным координатам объект, как известно, действуют следующие силы:

  • приводящее его в движение устройство на начальном этапе;
  • сила сопротивления воздуха;
  • сила тяжести.

То есть прямолинейным движение, к примеру, пули или снаряда быть в любом случае не может. Та траектория, по которой перемещаются такие объекты после запуска и называется баллистической. Выглядеть этот путь может, как парабола, окружность, гипербола или эллипс.

Первые две разновидности траекторий достигаются соответственно при 2-ой и первой космических скоростях. Вычисления для перемещения по таким траекториям специалисты проводят для баллистических ракет.

Если тело движется в результате работы какого-либо устройства, баллистической его траектория считаться не может. В данном случае она относится к динамической или авиационной. К примеру, самолет по баллистической траектории будет лететь только в том случае, если его пилот выключит двигатели.

Баллистические ракеты межконтинентальные

Такие ракеты перемещаются по особой баллистической траектории. Сначала они движутся вертикально вверх. Так происходит на протяжении небольшого промежутка времени. Далее система управления разворачивает объект в сторону цели.

Конструкцию МБР имеют многоступенчатую. Благодаря этому, такая ракета может долететь даже до мишени, расположенной в другом полушарии Земли. После выгорания топлива использованная ступень МБР отделяется, и в ту же секунду подключается следующая. При достижении определенных высоты и скорости ракета этой разновидности устремляется к земле, к намеченной цели. 

Участки баллистического движения

Траектории перемещения пуль, ракет или снарядов можно условно поделить на:

  • точку вылета — пункт отсчета;
  • горизонт оружия — участок у точки вылета, пересекаемый объектом при пуске и завершении движения;
  • возвышение — условно продолжающая горизонт линия, образующая вертикальную плоскость;
  • вершина траектории — расположенная посередине между целью и местом запуска точка;
  • наводка — линия прицеливания между мишенью и точкой выпуска;
  • угол прицеливания — условный угол между мишенью и горизонтом оружия.

Свойства траектории

Под воздействием силы тяжести и атмосферного сопротивления скорость запущенного объекта начинает постепенно снижаться. В результате падает и высота его полета. Траектории движения выпущенных тел делят в основном на три типа:

  • сопряженный;
  • настильный;
  • навесной.

В первом случае при неодинаковых траекториях дальность полета тела остается неизменной. Если в траектории угол возвышения превысит угол наибольшей дальности — путь будет называться навесным, в противном случае — настильным.

Как выполняется расчет: упрощенная формула

Для того чтобы определить, где именно на земле взорвется ракета, специалисты производят расчеты с использованием методики интегрирования и дифференциальных уравнений. Подобные вычисления обычно отличаются сложностью и дают максимально точные результаты попадания.

Иногда для расчетов баллистической траектории ракет может использоваться и упрощенная методика. Воздух на границе атмосферы, как известно, разреженный. А поэтому его сопротивление для баллистических ракет иногда может не учитываться. Выглядит упрощенная формула расчета баллистической траектории следующим образом:

  • y=x-tgѲ0-gx2/2V02-Cos2Ѳ0, где:

x — расстояние от точки вылета до вершины пути, y — вершина траектории, v0 — скорость при запуске, Ѳ0 — угол запуска. Путь объекта в данном случае представляет собой параболу. Называется такая траектория вакуумной.

Если сопротивления воздуха при полете баллистической ракеты будет учтено, формулы получатся очень сложными. Выполнять же такие длительные расчеты зачастую бывает нецелесообразным, поскольку погрешность, возникающая из-за влияния атмосферы в разреженном воздухе, незначительна и особой роли не играет.

Более сложные методы расчетов

Помимо вакуумной, при выполнении разного рода вычислений специалисты могут определять траектории:

  • материальной точки;
  • твердого тела.

В первом случае, помимо силы тяжести, учитываются:

  • кривизна поверхности земли;
  • сопротивление воздуха (лобовое);
  • скорость вращения планеты.

С использованием этой более сложной методики может описываться, к примеру, траектория движения артиллерийских снарядов.

При расчете пути перемещения твердого тела во внимание принимается не только лобовое воздушное сопротивление, но и другие аэродинамические силы. Ведь в полете снаряд зачастую движется не только поступательно, но и с вращением. По этой методике, к примеру, может рассчитываться путь ракет, выпущенных под прямым углом к траектории перемещения в воздухе высокоскоростного самолета.

Управляемые снаряды

Если объект является еще и управляемым, расчеты становятся еще более сложными. В данном случае к формулам движения твердого тела добавляются, помимо всего прочего, уравнения наведения.

Это позволяет подкорректировать траекторию в случае, к примеру, изменения тяги, поворота руля и пр. То есть постепенно уменьшить отклонение пути движения объекта от расчетного.

Цель выполнения вычислений

Чаще всего расчеты баллистических траекторий производятся именно для ракет и снарядов при проведении боевых действий. Основной их целью при этом является определение места расположения системы оружия таким образом, чтобы цель можно было бы поразить максимально быстро и точно.

Доставка снаряда к мишени после проведения расчетов осуществляется обычно в два приема:

  • определяется боевая позиция таким образом, чтобы цель находилась не далее радиуса доставки;
  • выполняется прицеливание и производится стрельба.

В процессе прицеливания определяются точные координаты мишени, такие, к примеру, как азимут, дальность и возвышение. Если цель динамична, ее координаты вычисляются с учетом движения выпускаемого снаряда.

Данные наведения при стрельбе сегодня хранятся в электронных базах. Специальное компьютерное ПО автоматически направляет оружие в положение, необходимое для поражения целей боезарядами.

Также подобного рода вычисления могут производиться и в космонавтике. Расчеты околоземных и межпланетных траекторий, с учетом движения Земли и цели, к примеру, Луны или Марса, при запуске космических аппаратов осуществляются, конечно же, только на компьютерах с использованием разного рода сложных программ.