Бомби, які не вибухають

1. Бомба з олівців
2. вакуумні мастодонти
3. поліцейське зброю
4. лабораторне зброю
5. гібридне зброю

ПМ »вже не раз писала про електромагнітне зброю. У ударно-хвильових і взривомагнітних генераторах частоти в електромагнітне випромінювання перетвориться енергія вибухових речовин. Однак існує й інший різновид електромагнітного зброї - невибухові джерела випромінювання.

Перше бойове застосування подібної зброї можна датувати 17 січня 1991 року, коли американські війська використовували модифіковані крилаті ракети Tomahawk. При наближенні до мети двигуни ракет останні кілька секунд вже не підтримували горизонтальний політ, а працювали як джерела живлення генераторів потужного випромінювання. Воно повинно було вивести з ладу радіолокатори іракської системи ППО, що значно полегшило б досягнення переваги в повітрі. Чи було застосування електромагнітного зброї успішним, ми ніколи не дізнаємося: може, приймачі радарів і вийшли з ладу, але випромінювачі - немає, тому американські військові, бажаючи підстрахуватися, застосували ракети, разнесшіе радари на шматки.

Бомба з олівців

При русі електронів з прискоренням виникає електромагнітне випромінювання, тому досить, наприклад, просто викривити траєкторію електрона (будь-який рух, відмінне від рівномірного і прямолінійного, є рух з прискоренням). Це можна зробити за допомогою магнітного поля - саме так влаштований магнетрон, основа будь-якої СВЧ-печі. Але за питомою (на одиницю об'єму) потужності їх перевершує так званий віркатора.

Влаштований віркатора дуже просто: уявіть собі електронну лампу, у якій є два електроди - катод і сітка. При додатку до них імпульсу високої напруги формується хмара електронів, яке рухається до сітки, пролітає крізь її осередки і коливається щодо сітки аж до повної нейтралізації заряду, випромінюючи радіочастотне ЕМІ. Хмара електронів виконує роль «віртуального катода», від якого, власне, і походить назва «віркатора».

Генерація гігаватного потужності вимагає такого числа електронів, яке можна отримати лише при вибуховий емісії (що не має ніякого відношення до вибухівки): на мікроостріях поверхні емітера під дією поля високої напруженості відбувається сильний місцевий розігрів речовини і воно перетворюється в щільну плазму (тобто вибухає). Цікаво, що потрібна щільність микронеровностей (в поєднанні з потрібною провідність) виходить на зламі графіту, тому один з найбільш зручних матеріалів для емітера - зламані грифелі олівців.

вакуумні мастодонти

«Потрошіння» олівців - не основна складність створення віркатора. Вибухова емісія ефективна лише при величезних (близько МегаВольт) напружених, і, щоб уникнути пробою в випромінювачі, доводиться збільшувати розміри до кубометрів. Висока напруга, характерне для роботи джерел вакуумної електроніки, не дозволяє значно знизити габарити, тому ставлення енергії генерується радіочастотного електромагнітного випромінювання (РЧЕМІ) до об'єму у таких джерел мало (мікроджоулів на кубічний сантиметр). Малий розкид енергій електронів, а значить, вузький частотний діапазон генерується вакуумними випромінювачами РЧЕМІ дозволяє зробити випромінювання гостронаправленим, але уникнути наявності бічних пелюсток, які можуть спалити систему наведення основного пучка, все одно не можна: відбувається «фратріцід», тобто «пожирання побратимів», - термін запозичений із сленгу біологів.

«Гібрид»: віркатора плюс ВМГ Навантаженням спірального ВМГ (на малюнку ліворуч) служить коаксіал з центрального провідника 1 і циліндра 2 з тонкої фольги. Коаксиальная навантаження малоіндуктівна, тому при спрацьовуванні ВМГ ток і енергія швидко зростають. У кінцевій фазі спрацьовує циліндрична розводка 3, формуючи в кільцевому заряді 4 сходящуюся детонационную хвилю. Вибухом циліндр 2 з фольги руйнується на багато частин при продавлюванні в пази між ребрами ізоляційної котушки 5. Розрив токового контуру призводить до генерації напруги, що прикладається від точок розриву до емітера і сітці віркатора. Воно дорівнює відношенню магнітного потоку до часу, за яке стався розрив контуру. Це час - близько мікросекунди, а електропрочность котушки 5 досить висока: ізоляцію забезпечують електронегативні газоподібні продукти вибуху (оксиди вуглецю та азоту), стислі до величезних (близько 1 г / см3) щільності. Такий вибуховий трансформатор має менші габарити, ніж традиційний.

Корисна властивість вакуумного випромінювача - можливість багаторазових спрацьовувань: його конструкція не перетворюється вибухом в кришиво, що летить в різних напрямках. Однак реалізація цієї властивості дається дорогою ціною: вакуумний випромінювач не запрацює при включенні в розетку з напругою в 220 вольт, для його енергозабезпечення необхідні високовольтні формувачі, трансформатори, обострітель. Вони теж мають чималі габарити - тим більші, чим більше споживана енергія. Обсяги потужних випромінювачів вимірюються кубометрами, маса - десятками тонн.

поліцейське зброю

Зрозуміло, якими зручними цілями для противника будуть на полі бою такі мастодонти. Та й по дальності ураження цілей спрямовані випромінювачі РЧЕМІ на основі вакуумних джерел завжди програють рівним за габаритами «спрямованим» вогневим засобам - реактивної і ствольної артилерії. А вже габарити рівного за потужністю вибухового випромінювача будуть менше в сотні разів, тому що для його роботи характерний великий струм, але мала напруга. Треба шукати області застосування, де недоліки не такі вже й важливі, а гідності використовуються максимально. До таких відноситься застосування в поліцейських і миротворчих цілях.

Уже кілька років в США випробовується машина з «мікрохвильової гарматою» - спрямованим джерелом РЧЕМІ, призначеним для «відлякування» демонстрантів на дистанції в сотню метрів легкими опіками. Ця машина цілком може бути важкою і неповороткою, наводити джерело за сотню метрів можна без використання електроніки, а працювати він буде, поки вистачить солярки для генератора.

Вакуумні джерела можуть також «прикрити» бронетехніку від сучасних керованих боєприпасів, що вражають танки зверху. РЧЕМІ розсіюється в межах великого тілесного кута, що робить непотрібним наведення. Але проти звичайних подкалиберних снарядів або навіть протівобортовой хв ця система абсолютно марна. Кілька років тому було запропоновано створити на основі вакуумного джерела РЧЕМІ спеціалізовану машину розмінування, яка могла б проробляти проходи в мінних полях, «засліплюючи» неконтактні міни. Але достатньо однієї «низькотехнологічній» міни з механічним підривником - і ефективність цього методу падає до нуля.

лабораторне зброю

Чи можна позбутися від громіздкої і примхливої ​​вакуумної і високовольтної техніки? Так, якщо скористатися деякими властивостями високотемпературних надпровідників.

Надпровідникової випромінювач - одновиткового соленоїд з міді, розміщений всередині нього диск зі штучного сапфіра, на який напилю кільце з надпровідної кераміки. Коли робочі напруги близькі до мегавольтної, проблеми запобігання пробою - завжди найважливіші, і не тільки в конструкції власне випромінювача, де можуть застосовуватися ефективні ізолятори. РЧЕМІ з високою щільністю потужності теж здатне викликати розряд в навколишньому повітрі. Зрозуміло, що змінити склад земної атмосфери, зробивши її більш електропрочной, нереально, і, якщо щільність потоку потужності / енергії РЧЕМІ на виході з випромінювача перевищить пробивну значення, то випромінювання буде марно нагрівати утворену ним же плазму. Чим коротше імпульс РЧЕМІ, тим вище щільність потоку енергії, відповідна пробою, тому випромінювачі, що формують сверхкороткие (менш наносекунди) імпульси, мають кращі військові перспективи (до того ж, такі імпульси більш ефективно впливають на опромінюється електроніку). Пробій - фундаментальне фізичне обмеження, існування якого диктує жорстку зв'язок габаритів випромінювача з максимально можливим для нього рівнем потужності, а для даного рівня потужності - визначає мінімальне значення тілесного кута, в межах якого може формуватися РЧЕМІ. Один із способів подолати це обмеження - застосування розподіленої мережі порівняно малопотужних керованих спрямованих джерел невеликих габаритів.

Надпровідникової випромінювач - дуже простий пристрій: одновиткового соленоїд з міді і розміщений всередині нього диск зі штучного сапфіра, на який напилю кільце з кераміки YBa2Cu3O7. При охолодженні рідким азотом кільце стає надпровідним. Тепер подамо в соленоїд імпульс струму (з тривалістю фронту менше мікросекунди і амплітудою 30-50 кілоампер). Індуктивність соленоїда в початковий момент часу дуже мала завдяки наявності надпровідного вкладиша всередині, і струм швидко наростає. Настає момент, коли зовнішнє поле перевищує критичне значення і в кільці виникає фазовий перехід, фронт якого рухається від периферії до осі кільця і ​​за яким надпровідність зникає. Швидкість цього руху - кілометри в секунду (або міліметри в мікросекунду), і при ширині кільця в кілька міліметрів за час менш мікросекунди (поки поле «їсть» надпровідність) можна «накачати» енергію в одиниці джоулів в випромінювач. У момент, коли фронт фазового переходу досягає внутрішньої кордону кільця, ток і його магнітний момент стрибкоподібно змінюються, при цьому генерується імпульс РЧЕМІ.

Для такого сверхпроводникового випромінювача характерні великі струми і порівняно малі напруги, а значить, і невеликі габарити. Однак і йому притаманні серйозні недоліки, які перешкоджають бойового застосування: необхідність використовувати рідкий азот, а найголовніше - порівняно низький рівень генерується (мегавати). Зате в лабораторних дослідженнях реакції електроніки різних типів на надширокосмугові імпульси РЧЕМІ йому немає рівних.

гібридне зброю

Система енергозабезпечення вакуумних емітерів характеризується великими габаритами і масою. Так чому б не поєднати віркатора з вибуховою системою енергозабезпечення - наприклад, досить компактним спіральним взривомагнітних генератором?

Однак ВМГ - джерело струму, а не напруги, тому для формування високовольтного імпульсу харчування вакуумного випромінювача потрібно трансформатор. При детонації кількох кілограмів вибухівки в ВМГ випромінювач навряд чи вціліє, тому немає потреби берегти і трансформатор - його теж можна зробити одноразовим, отримавши високу напругу при вивільненні магнітного потоку.

Концепція «гібридного» боєприпасу суперечлива. З одного боку, віркатора формує направлене випромінювання і, отже, вимагає наведення на ціль, а адже перевага РЧЕМІ перед іншими вражаючими факторами - як раз в більшій енергетичної ефективності, яка робить можливим відмову від систем наведення. З іншого боку, в такому боєприпасі використовується вибухівка, тому ні про яку можливість тривалої роботи випромінювача не йдеться - його спрацьовування одноразово. Тим не менше 26 березня 2003 року, під час другої війни з Іраком, американські військові скинули на один з телецентрів двотонну бомбу з «гібридної» бойовою частиною, забезпеченою спрямованим електромагнітним випромінювачем. Бомба була керованою, а значить, кругове імовірне відхилення директриси опромінення від точки прицілювання було менше десятка метрів. Результатом стало відключення телемовлення більш ніж на годину. На який же час припинилося б мовлення після попадання двухтонной керованої бомби, якби вона була не електромагнітної, а фугасної? На це питання будь-якої з читачів «ПМ» може відповісти самостійно.

Автор статті з 1984 по 1997 рік очолював лабораторію спеціальних боєприпасів ЦНІІХМ (хімії і механіки). У 1994 році його доповідь «Бездротовий зброю на полі бою майбутнього» на конференції в Бордо призвів до перегляду класифікації електромагнітного зброї. З тих пір на Заході боєприпаси з прямим перетворенням радіочастотної енергії називають «пристроями Прищепенко» (Prishchepenko-type)

Стаття опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №8, серпень 2008 ).