|
|
Александр Борисович Прищепенко
Шипение снарядов
1. Кишки и порохУверен, читатель знает, откуда взято название книги. Песню, любимую многими, написал австриец Рудольф Грайнц, спустя два месяца после геройского боя [1]. В строках «Der Warjag»:
Es droht und krachtUnd donnert und zischt…слово zischt (шипит) присутствует, правда, по тексту оно не связано со снарядами. Эта связь появилась позже, когда Н. Мельников и Е. Студенская перевели песню с немецкого. Перевод в техническом отношении точен, поскольку звук, порождаемый летящим снарядом, действительно напоминает шипение, причем — немонотонное. Объяснение этого явления — впереди.
…В совсем уж темные времена созревшую у племени потребность навязать другим свою политическую волю реализовывали его физически развитые представители. Конечно, со временем они додумались применить в своей славной деятельности дубины, топоры, луки, но гордость дарованной природой мускулатурой, романтика ратного подвига — закрепились на генетическом уровне. Уже в конце семидесятых годов XX века автору довелось познакомиться с полковником авиации, который, подвыпив, с тоской в голосе мечтал о временах, когда мордобойцы после «дела» собирались у костров, и «под песняк» наслаждались неспешными мужскими беседами…
Понятно, что в таких беседах умничанье звучало возмутительным диссонансом, набрасывающим тень на воспоминания о «честном, открытом бое», о чем в краткой, доступной для понимания форме информировались «возникавшие» умники. Но древние времена были сугубо конкретными и закрывать глаза на реальность долго было нельзя: ширились слухи, что при осаде персидского города Галикарнасса были применены устройства, забрасывавшие за крепостные стены каменюки, тухлятину, а также — неприличествующие честному бою горшки с говном. Устройства приводились в действие натягиваемыми воинами канатами, свитыми из воловьих кишок. И если каменные снаряды причиняли защитникам не вызывавшие возмущения общественности телесные повреждения, то остальные — приводили к эпидемическому мору, что «понятиям» не соответствовало.
Применялись такие устройства (катапульты) и римлянами. Процесс фотографии в те времена еще не был разработан и придется довериться игрушечным миниатюрам, созданным в наше время любителями, — источнику информации, достаточно надежному для тех, кто знает, с какой страстью энтузиасты выискивают сведения о каждой детали одежды или причесок воинов (рис. 1.1).
От разглагольствовавших умников уже нельзя было отмахнуться кулаком или дубиной, что ясно хотя бы из того, что впечатления современников от осады Галикарнасса дошли до нас из 334-го года до новой эры. Сохранила память поколений и имя завоевавшего Галикарнасс и еще половину мира: Александр Македонский [2], что тоже свидетельствует об эффективности применявшихся им методов.
Рис. 1.1
Катапульта и ее боевое применение римлянами
«Нечестные» эти методы внедрялись медленно, но уж точно — верно. Испанцы, в 1342 году осаждавшие засевших в Альхесирасе арабов, сложив ладошки рупорами, стыдили своих противников. И были на то причины: на крепостных стенах то и дело хлопало, клубился противно пахнувший серой дым и летели оттуда осколки камней или чугунные кругляши. Камушки могли уязвить раззявившегося простолюдина, а чугунные ядра — расплющить латы, а заодно их рыцарственного обладателя, разъезжавшего под стенами в ожидании честного поединка. Если бы благородным идальго удалось подняться на занятую противником крепостную стену, они вряд ли удержались бы от непристойностей: некто тыкал в то, что он именовал «модфой», раскаленный металлический прут, а то бахало, провожая сатанинской вонью улетевшее в сторону противника.
Но не довелось благородным взять Альхесирас, а уж тем более — увидеть богопротивные гнусности, творившиеся на стенах. Был у того процесса другой зритель (рис. 1.2): благоразумно схоронившийся от опасности за телами копейщиков охраны, по всем признакам — занимающий крайне ответственную должность.
Рис. 1.2
Арабская модфа — одно из первых известных огнестрельных орудий: слева — при обороне Альхесираса; справа — воссозданная любителями старинного оружия в наши дни.
Тем, кто обратил внимание на разницу в конструкциях, заметим, что это — вина средневековых служб стандартизации: использовались и орудия с литыми из металла стволами и с выдолбленными из дерева
Можно не сомневаться, что светозвуковые эффекты выстрела произвели на начальника должное впечатление, которое неприличный, с седенькой бороденкой и проволокой в руках не нашел нужным снижать упоминанием о том, что за много веков [3] до него подобные средства поражения использовали китайцы (рис. 1.3).
Рис. 1.3
Слева — восстановленный художником на основании сохранившихся исторических свидетельств эпизод осады Кайфэня (Китай), в ходе которой обороняющиеся применили огнеметы. Огнесмесью служила сырая нефть, а пороховой заряд использовался как аккумулятор давления. Справа: китайский воин привязал ракету к своему копью и заранее радуется: близко к противнику ему подходить теперь не придется, а попадет он или нет — не так уж и важно, поскольку задумано подавить врага массированным огнем (на заднем плане — артиллеристы, открывшие «порт» и готовящиеся запустить более десятка ракет). Надо отметить, что эта концепция применения неуправляемого ракетного оружия дожила до наших дней.
…Из изобретений, поставивших рекорды долголетия в своем применении, первое место, бесспорно, принадлежит колесу, но второе — смеси селитры, серы и древесного угля, то есть черному пороху. Как и колесо, «черняшка» работает до сих пор: в огнепроводных шнурах, вышибных зарядах, воспламенителях ракетных двигателей и артиллерийских выстрелов и многом другом. Этот смесевой состав содержит все, что нужно для горения: окислитель (кислород селитры) и горючее (уголь) [4]. При сгорании кубического сантиметра выделяется тепловая энергия 3,3 килоджоуля — в общем-то, не очень много, но гораздо более важно время, за которое эта энергия выделяется: тысячные доли секунды. По развиваемой мощности с кубиком черного пороха не под силу поспорить ни одному мордобойцу.
Нагретые энергией взрывного горения газы способны на многое: они разрывали не только деревянные, скрепленные металлическими обручами, но и первые литые металлические стволы, так что шли в пушкари люди таких душевных качеств, что терзались струны:
Безумству храбрых поем мы песню!Безумство храбрых — вот мудрость жизни!Правда, попадались и такие, кто «робко прятал тело жирное в утесах» [5] (рис. 1.4). Поиск стволов, способных удержать порох «от эксцессов», продолжался и в «бронзовые» и в средние века и много позже. Не обошлось без переборов: стоит только оценить толщину стенок стволов коротышек-мортир (рис. 1.5) времен Гражданской войны в Америке (1861–1865 г.г.). Наверняка ультимативным требованием было обеспечить прочность ствола при любых обстоятельствах, а робкие возражения малохольных в пенсне: «так у вас ядро далеко не полетит» густоголосо отметались: «а нам далеко и не надо». И то верно: приглядитесь внимательно к рис. 1.5: далеко ли можно разглядеть солдат противника в негустом кустарнике, видном на заднем плане?
Рис. 1.4
Толщина стенок ствола стрелявшего копьями орудия свидетельствует, что средневековый артиллерист был озабочен своей безопасностью. Однако за все в этой жизни приходится платить и можно представить, каких усилий стоило сменить огневую позицию и даже изменить элементы наводки отлитого из медного сплава орудия. Музейная экспозиция изображает процесс заряжания: из рога, через узкое отверстие, в зарядную камору засыпается черный порох; через то же отверстие он будет подожжен и использованием укрепленного на длинной палке фитиля. На заднем плане — фотография ракеты «Сатурн», доставившей на Луну первых землян
Рис. 1.5
Пару веков тому назад испанским артиллеристам не повезло: ствол пушки разнесло преждевременным разрывом ядра (снимок слева). В центре — мортира времен гражданской войны в Америке. Справа — выстрел заряженной уже не черным, а бездымным порохом мортиры, произведенный артиллеристами-любителями в наши дни
А вот на море кустов нет, моряки видели дальше сухопутных, для чего даже поднимались на клотики мачт. И пушки их были длиннее, изящнее, хотя и их, бывало, разносила на куски «коварная» [6] черняшка (рис. 1.6).
Рис. 1.6
Верхний снимок сделан на батарейной палубе воссозданного в наши дни линейного корабля сэра Хорэса Нелсона «Вйктори» — флагманского в Трафальгарском сражении. Это сражение произошло 12 октября 1805 г., когда, по приказу Наполеона Бонапарта, насчитывавший 33 линейных корабля франкоиспанский флот под командованием адмирала Вильнёва попытался, выйдя из Кадиса, прорваться в Средиземное море. У Нелсона было 27 линейных кораблей, но он одержал убедительную победу, захватив 17 кораблей противника и положив конец попыткам Наполеона оспаривать британское морское превосходство.
Ниже — репродукция картины «Ужасный взрыв орудия «Миротворец» на американском паровом фрегате «Принстон» 28-го февраля 1844 г.» Событие явно впечатлило художника, как, вероятно, и многочисленных зрителей, в том числе и дам, в нарушение всех правил безопасности, присутствовавших на испытании
… Одной только оценки — сколько страниц содержит эта книга — достаточно, чтобы читатель понял: она не является обзором типов и характеристик артиллерийских орудий. Если в ней и приводятся фотографии, то для иллюстрации тенденций, характерных особенностей оружия. Рассмотрев рисунки 1.5 и 1.6, обратим внимание, как наводились на цели орудия в XIX веке. Горизонтальная наводка мортиры осуществлялась поворотом колес: одно стопорилось, а другое — проворачивалось с помощью лома, который виден на рис. 1.5. Вертикальная наводка пушки на линейном корабле «Виктори» (рис. 1.6) столь же «ювелирна»: на ступени задней поверхности ее лафета накладывался тот же лом, который и поддерживал ствол на нужном угле возвышения. Правда, для «тонкой» наводки применялись еще и клинья.
Понятно, какую точность стрельбы обеспечивало подобное наведение, поэтому для компенсации промахов ядрам стали придавать дополнительные поражающие свойства. Обширного опыта разрывов стволов при стрельбах хватило, чтобы сообразить: если порох горит в ограниченном объеме и давление повышается, то скорость горения возрастает, что приводит к разрыву не слишком прочного сосуда. Ядро стали делать полым и засыпать внутрь порох (рис. 1.7). Взрыв дробил ядро на осколки, также способные причинить урон. Тем самым был осуществлен переход от концепции поражения цели прямым попаданием к концепции зонного поражения (упомянутых терминов в те времена не существовало, но автор постарается понемногу знакомить читателя и с современным «боеприпасным» языком).
Рис. 1.7
Слева вверху: в музее воспроизведен процесс снаряжения ядра порохом через жестяную воронку. На заднем плане — ящик с надписью: «1000 бумажных запалов. От 3 до 8 секунд» (имеются в виду времена замедления). Справа — основные элементы артиллерийского выстрела XIX века: неснаряженное ядро; снаряженное ядро на деревянном поддоне, облегчающем заряжание; поддон с ядром в комплекте с картузом (мешочком) черного пороха; полностью снаряженный выстрел во влагозащитном футляре. Дополняет экспозицию форменный головной убор артиллериста.
Не все ядра снаряжались только порохом, некоторые снабжались также готовыми поражающими элементами (разрез такого ядра виден в нижней части правого верхнего снимка). При взрыве шарики разлетались во все стороны — возможности боеприпаса использовались нерационально.
Стрельба на небольших дистанциях могла быть более эффективной: крепостная мортира со «специальной» формой ствола (справа внизу) позволяла рассеивать поражающие элементы только по фронту
Для воспламенения разрывного заряда применили трубку, наполненную пороховой мякотью: ее горение обеспечивало задержку между выстрелом и разрывом ядра. Изготовление запальной трубки содержало много ноу-хау. Металлической ее было сделать нельзя из-за теплопередачи: начало горения привело бы к воспламенению всей пороховой мякоти, прилегающей к поверхности и преждевременному разрыву. Деревянная же (а уж тем более — бумажная) трубка вывалилась бы из ядра при сотрясении, сопровождавшем выстрел. Поэтому трубка из дерева обкатывалась в медной втулке, а ту перед боевым применением запрессовывали с помощью кувалды и специального приспособления. Бумажную трубку завинчивали металлической втулкой. На (рис. 1.7) — ядра времен Гражданской войны в Америке, выставленные в музее, но у автора есть и своя реликвия Крымской войны [7], найденная в Севастополе (она — на синем фоне). Металл этого Крымская война 1854–1856 г.г. была вызвана попытками России отобрать у переживавшей не лучшие времена Турции («больного человека Европы», как ее тогда называли) контроль над Черноморскими проливами. Поводом для начала войны послужил инцидент в Вифлееме (тогда — турецком), где были убиты несколько православных монахов. Русский флот быстро уничтожил турецкий, но превращение ядра корродировал не насквозь, а медная втулка, смявшись при ударе (возможно — о камень), намертво закупорила запальное отверстие. После осторожного удаления втулки, внутри был обнаружен сохранившийся черный порох. За почти полтора столетия он, конечно, слежался, но отколупываемые кусочки, после минимального просушивания, энергично «пыхали» с белыми облачками дыма. Если бы запальная трубка сработала как надо, ядро могло причинить неприятности защитникам севастопольских бастионов!
Число осколков, на которые дробил корпус ядра взрыв черного пороха оставляло желать большего и, чтобы исправить этот недостаток, снаряжение перемешивали с чугунными или свинцовыми шариками (как сказали бы в наши дни — «готовыми поражающими элементами», см. разрез ядра справа).
Правда, поражали такие элементы пехоту и кавалерию, а корабли защищались от них броневыми листами, навинчиваемыми на деревянный корпус (рис. 1.8). По защищенным целям на море пушки с длинными стволами стреляли бронебойными, цельнометаллическими ядрами. Экспонаты музеев свидетельствуют, что в те времена ядра были в состоянии пробить броню существенно меньшей толщины, чем калибр пушки.
Рис. 1.8
Экспонат музея военно-морской верфи в Вашингтоне: ядро калибром 381 мм «показалось» за почти пробитым листом стали толщиной 152 мм, привинченном к деревянному корпусу корабля гигантскими «шурупами». Возможно, ядро все же пробило броневой лист и было потом подобрано в помещениях, но вряд ли оно, практически потеряв скорость, нанесло поражение многим матросам. Попадание вызвало также откол брони (по краям отверстия) и разлетевшиеся осколки в этом отношении были более эффективны
Описание боеприпасов заняло пару абзацев, но по тем временам соответствующие технологии с полным правом можно было отнести к категории хайтека. И не надо снисходительно улыбаться «простоте» предков: уже в наши дни в художественном фильме о войне 1812 года пришлось увидеть, как «артиллеристы» вкладывают ядра запальными трубками к зарядной каморе. Если бы это были не киношные муляжи, а настоящие ядра, за такую ошибку расчету пришлось бы расплатиться жизнями: газы выстрела под высоким давлением обязательно прорвались бы через отверстие для трубки к заряду ядра, вызвав его взрыв в стволе (левый снимок рис. 1.5). В «грозу 12 года» и позже фейерверкеры заряжали ядра запальными трубками к дульной части: после выстрела еще горячие газы, но уже под небольшим давлением, обтекали ядро, зажигая трубку. Так, по крайней мере, было в теории, потому что объективные свидетельства отказов боеприпасов того времени поражают (рис. 1.9).
Рис. 1.9
Слева — фрагмент дагерротипа времен Крымской войны, сделанного после неудачного для русских войск сражения при Инкермане и патетически названного его автором «Долина смерти и теней». Изобретенная французом Л. Даггером в 1839 г., техника получения изображений основывалась на разложении нестойкого йодистого серебра светом. Процесс получения дагерротипа трудоемок, зато до наших дней дошли объективные свидетельства Севастопольской обороны, а также — частых отказов боеприпасов того времени. Справа — редчайшая находка наших дней: столкнувшиеся в полете более полутора веков тому назад русская и французская пули
Во времена Крымской войны позиции черного пороха казались незыблемыми, хотя специалистам уже были известны и другие способные к громким эффектам вещества с негромкими (пока!) именами. В 1788 г. Гусман, подействовав на индиго азотной кислотой, получил пикриновую кислоту, взрывчатые свойства которой обнаружили позже, а вначале использовали как ярко-желтого цвета краситель для тканей. В том же году Гусман получил и фульминаты, свойства которых сомнений не вызвали, что следует из их хорошо прижившихся (правда, не «химических») названий: гремучее серебро и гремучую ртуть. Как и нитроглицерин, полученный в 1846 г. Собреро, фульминаты взрывались от несильных ударов и чувствительность этих веществ считалась чрезмерной, исключающей практическое применение. По другой причине отвергалось военное применение полученного Шёнбайном при нитрации ваты пироксилина: был он нестойким, медленно разлагаясь из-за упорно сохраняемых следов кислоты. Все же горел пироксилин неплохо и его стали использовать, чтобы зажигать свечи на люстрах…
…И вдруг обнаружилось: нитроглицерин желатинирует пироксилин, образуя «пластмассу», малочувствительную к удару, горящую стабильно и не слишком быстро, а следы кислот в ней можно «обезвредить» добавкой веществ-нейтрализаторов. «Пластмассу» назвали баллиститом, и она, как и тоже полученный из нитроглицерина и пироксилина, но с добавкой ацетона, кордит, сразу показали свои преимущества перед «черняшкой», потому что:
— содержали баллистит и кордит почти втрое больше энергии;
— давали при сгорании намного больше газов и намного меньше засорявших при стрельбе механизмы оружия твердых остатков.
Стрелять пушки стали дальше и чаще. Выстрел обеспечивал известный процесс — горение [8], а вот разрывы новых снарядов — не изученная тогда детонация, которую возбуждал в пикриновой кислоте взрыв гремучей ртути.
Детонация тесно связана с ударной волной (УВ). Ее в XIX веке удалось ощутить немногим: разве что тем, кто выжил после близкого разрыва крупного ядра с зарядом пороха (правда, УВ ослабленную, выродившуюся в акустическую, многие слышали во время гроз).
Движение поршня, как и любое другое, можно представить как последовательность очень малых перемещений. Каждое из них формирует возмущение: чуть-чуть поджимает газ впереди себя и сообщает сжатой массе скорость поршня (рис. 1.10). В этой слабой (акустической) волне, скорость фронта равна скорости звука, но в сжатом газе скорость звука больше, чем в несжатом, и, поскольку дальнейшие возмущения пойдут именно по сжатому, они будут иметь большую скорость. Кроме того, сам сжатый газ движется со скоростью поршня и, следовательно, относительно цилиндра скорость второй волны равна сумме скоростей: поршня и увеличенной — звука. Эта сумма и подавно превосходит скорость первого возмущения, поэтому вторая волна сжатия непременно догонит первую и усилит ее. Но перегнать ее она не сможет, так как для этого ей пришлось бы перейти в несжатый газ, где скорость распространения возмущения опять равна начальной скорости звука. Таким образом, поршень погонит удаляющуюся от него волну сжатия увеличивающейся амплитуды, которая образуется в результате слияния отдельных слабых возмущений. Со временем, количество перейдет в качество: на фронте волны образуется резкий скачок уплотнения, в котором будет расти давление — до сколь угодно больших значений, в зависимости от скорости поршня. Такое резкое, происходящее на расстоянии порядка длины свободного пробега молекул изменение параметров вещества — и называется ударной волной.
Рис. 1.10
Вверху: образование ударной волны поршнем, вдвигаемым в цилиндр с газом (в «красной» области — ударно-сжатый, нагретый и более плотный газ). Внизу: ударно-волновой процесс в конденсированном веществе. Срабатывание электродетонатора (его провода видны в правой части снимка) привело к формированию в заряде динамита ударной волны, за которой последовала химическая реакция (произошла детонации этого мощного взрывчатого состава)
В сформировавшейся УВ все параметры связаны взаимнооднозначным соответствием. Иными словами: для идентичных начальных условий невозможно сформировать волны, например, с одинаковыми скоростями, но разными давлениями во фронте или температурами. Это существенно упрощает многие эксперименты: достаточно измерить скорость или любую другую характеристику УВ — и остальные ее параметры можно определить по таблицам. Правда, подобное справедливо лишь для однократного ударного сжатия вещества. Если же оно сжимается несколькими волнами — тут возможны варианты.
УВ не только сжимает, она также и нагревает вещество, из-за чего плотность сжатого вещества не становится сколь угодно большой при неограниченном росте давления, а стремится к конечному пределу (воздух, например, сжимается не более чем в 6 раз). Предел ударного сжатия существует и для конденсированных веществ, а, поскольку сжатие конечно, массовая скорость вещества (скорость поршня) всегда меньше скорости фронта (рис. 1.11).
Но все это относится к субстанциям инертным, а ведь есть и такие, распад метастабильных [9] молекул которых происходит с выделением энергии. Достаточно мощная УВ как раз и инициирует этот процесс: за ударным фронтом, в нагретом веществе начинается химическая реакция. Вначале энергией этой реакции фронт «подпитывается», ускоряясь, затем устанавливается равновесие. Такой процесс называется детонацией, а установившаяся скорость УВ и химической реакции за ее фронтом — скоростью детонации, которая была для XIX века поистине неимоверной — 7,2 км/с (для пикриновой кислоты плотностью 1,6 г/см3).
Рис. 1.11
«Карандашная» иллюстрация сжатия вещества в УВ. Моделируется «воздушный» врыв и УВ распространяется сверху вниз. Пусть сжатие — двукратное, тогда в невозмущенном веществе зазоры должны быть равны толщине карандашей (так расположены карандаши зеленого цвета, имитирующие невозмущенное вещество). Начнем двигать верхний карандаш. Выбрав зазор, этот карандаш толкнет соседний, тот, пройдя зазор, — следующий и т. д. «Ударное сжатие» привело к смещению карандашей, захваченных процессом, «повышению плотности вещества». При этом «фронт» процесса (граница области, где находятся карандаши без зазоров между ними) всегда опередит любой из двигающихся карандашей. Чем больше сжатие (больше расстояние между карандашами), тем меньше различаются массовая скорость и скорость фронта, но отличие существует всегда. Цветами карандашей автор попытался проиллюстрировать и температурный профиль волны
Понятно, что термодинамические характеристики вещества изменяются при протекании в нем реакции, но явление детонации вполне возможно описать в рамках теории УВ: скорость детонации относительно продуктов реакции равна местной скорости звука в продуктах реакции (запомним это!).
УВ как явление, вызывающее детонацию, упомянуто не случайно, именно таков основной механизм инициирования бризантных (дробящих) взрывчатых веществ (ВВ), таких как пикриновая кислота. Назвали их дробящими потому, что плотность кинетической энергии газов образованных детонацией столь высока, что они дробят преграды на множество осколков и метают их с большей скоростью, чем взрыв «черняшки». Однако если небольшое количество бризантного ВВ поджечь, то, не находясь в ограниченном объеме, оно сгорит куда менее энергично, чем чёрный порох. Правда, горение может перейти в детонацию, если сопровождается повышением давления (как это было, например, на атомной подводной лодке «Курск», где герметичное зарядное отделение торпеды нагревалось пламенем горящего двигателя другой торпеды). Существуют и такие вещества, в которых переход горения в детонацию даже вне замкнутого объема весьма быстротечен. Такие ВВ (например, те же фульминаты) называют инициирующими. В нужный момент в них возбуждают детонацию — огневым или ударным импульсом — а далее они возбуждают тот же процесс в бризантных ВВ.
В отличие от инициирующих, бризантные ВВ считаются (и почти справедливо) нечувствительными к механическим воздействиям: когда отказывают взрыватели [10], как правило, взрывов не происходит в снарядах, ударившихся о броню (рис. 1.12) и отлетевших от нее, в бомбах, сброшенных летящим на околозвуковой скорости самолетом и расколовшихся при ударе об угол здания. Однако редчайшее стечение обстоятельств может привести и к совершенно иным последствиям.
Рис. 1.12
Экспонат военного музея в Вене: бронеколпак времен Первой мировой войны, снятый с австрийского оборонительного сооружения. Снаряд, попавший ближе к вершине, разорвался: об этом свидетельствуют радиальные «лучи», расходящиеся от вмятины. А вот у снаряда, вмятина от попадания которого видна левее, вероятно, отказал взрыватель
Реакция в ВВ начинается в микроскопических очагах разогрева (горячих точках), например — в воздушных включениях (рис. 1.13).
Возникают локальные перегревы и при течении, трении, переламывании или деформации (рис. 1.14).
Рис. 1.13
При быстром сжатии, температура в пузырьках воздуха в жидких ВВ или промежутках между кристаллами спрессованного ВВ выше, поскольку теплоемкость воздуха меньше, чем у окружающего их конденсированного ВВ. Для опыта, иллюстрирующего это явление, понадобится капля эфира, старый шприц и молоток. Наберем каплю эфира в шприц, а затем ударим молотком по поршню (поберечь пальцы!) — и увидим фиолетовую вспышку его паров. Говорят, что таким способом американские солдаты добывали огонь в джунглях Вьетнама. Понятно, эфира у них не было, но нагрев воздуха приводил к тлению кусочка высушенного угля. Правда, как ни старался автор, повторить этот трюк ему не удалось
… Если у читателя есть возможность получить щепотку охотничьего зернёного черного пороха — пусть попробует перетереть ее в фарфоровой ступке, перед тем защитив глаза очками. При перетирании будут слышны негромкие потрескивания, ощущаться легкий запах серы, а в сумерках — видны неяркие вспышки между ступкой и пестом. Это — «сигналы» от небольших скоплений горячих точек, образовавшихся при дроблении зерен и трении. Реакции в очагах малых размеров затухают: теплоотвод превышает тепловыделение. Чтобы реакция стала самоподдерживающейся, должна случайно возникнуть концентрация большего количества горячих точек вблизи друг от друга. Когда воздействие на ВВ мощное — в таких центрах зарождения реакции нет недостатка и детонация начинается гарантированно. А вот если воздействие слабое, то инициирование горения или детонации будет вероятностным.
Рис. 1.14
Йодистый азот — одно из самых чувствительных взрывчатых веществ. Касание нижнего образца птичьим пером привело к появлению горячих точек при переламывании длинных и хрупких кристаллов ВВ и возникновению детонации. Расположенный выше образец йодистого азота отделен от взорвавшегося значительным воздушным промежутком, но детонацию вызвала сформированная в воздухе первым взрывом ударная волна. Промышленно синтезируемые ВВ, конечно, не так чувствительны, как йодистый азот: чтобы инициировать в них детонацию, давление в ударной волне должно превышать 20 тысяч атмосфер
В воспоминаниях В. Цукермана — участника создания советского ядерного оружия — описан случай, когда на испытательной площадке «ни с того, ни с сего» загорелся (а мог бы и сдетонировать!) большой шаровой заряд ВВ. Была сочинена скрыто-издевательская объяснительная записка: над зарядом, мол, пролетела и погадила птичка и та капелька послужила линзой, сконцентрировавшей солнечные лучи. На самом-то деле заряд просто неуважительно «тронули», но участники опыта предвидели, что сладчайшую возможность, грозно насупив брови, задать дурацкий вопрос: «Вы отдаете себе отчет о последствиях, если такое случилось бы с ядерным зарядом?!» руководящие товарищи не упустят — и направили грозу на «птичку». Перед принятием на вооружение все взрывчатые составы проходят испытания прострелом пулей и в огромном числе таких опытов не загораются и не детонируют, но вот, случается…
Участвовал и автор в работе комиссии, расследовавшей похожий случай. Охранявший склад часовой сумел отключить сигнализацию, демонтировал технологическую крышку на боевой части ракеты и штык-ножом наколупывал ВВ для дембельской «рыбалки». Что все было именно так — стало ясно, когда нашли осколок штык-ножа: на нем были следы течения стали, а такое могли сделать только сжатые до чудовищного давления газы близкой детонации…
Ясно, что если температура ВВ повышена, то и для создания очага реакции необходимо меньше горячих точек — чувствительность ВВ возрастет. Ну а если понизить температуру ВВ? В 70-х годах был разработан метод разминирования, предусматривавший охлаждение взрывоопасного предмета жидким азотом. Охлажденное устройство можно было «разобрать», постукивая по нему молотком (при таких температурах и металлы очень хрупки).
А при нормальной температуре — можно ли понизить чувствительность ВВ? Для этого надо удалить воздушные включения — области концентрации горячих точек. После прессования, под большим давлением и при высокой температуре, в присутствии небольшого количества растворителя, мощная взрывчатка (гексоген) приобретает плотность, близкую к плотности монокристалла, и становится полупрозрачной. Коллега автора выточил из «агатированного» ВВ пепельницу и любил гасить в ней окурки, сообщая посетителям, из чего пепельница сделана и наслаждаясь произведенным впечатлением. Автор отнесся к хвастовству «гусара» неодобрительно.
…Кроме детонации с постоянной скоростью, возможны и нестационарные режимы. Сходящиеся детонационные волны (цилиндрические, сферические) ускоряются по мере уменьшения радиуса. На достаточно малых радиусах энергия химической реакции вообще перестает играть существенную роль, и возрастание параметров сжатия определяется только геометрическим фактором. Кстати, именно в сферически-симметричном случае возможно достижение экстремальных состояний вещества, хотя часто от даже имеющих дипломы технических вузов приходится слышать, что для получения наибольшего давления следует организовать «лобовое» столкновение тел. Видимо, тут сказывается юношеский опыт игры в футбол, при которой лобовые столкновения происходят часто, а сферически-симметричные — никогда.
Исторически сложилось так, что термин «волны» используется для обозначения многих явлений, в природе которых общего мало (рис. 1.15). Движение вещества при взрывных процессах подчиняется уравнениям гидродинамики, названию которых тоже не всегда соответствует область их применения: ими описываются не только движения жидкости (откуда и «гидро»), они используются для решения очень многих задач. Возможно, одной из причин внедрения «волновой» лексики послужило то, что, например, процессы отражения УВ имеют сходство с волновыми. Натолкнувшись на твердую преграду, УВ может «отразиться» либо приобретя дополнительное сжатие (рис. 1.16), либо испытав разрежение вещества (вроде как с «потерей фазы»).
Рис. 1.15
Движения вещества в морских и ударных волнах различны. Если выделить небольшую массу воды вблизи поверхности чудно окрашенного тихоокеанским закатом моря, то окажется, что в волне прибоя ее траектория напоминает эллипс или окружность, а плотность не меняется. В ударной волне вещество движется только в направлении распространения волны, вначале увеличивая свою плотность, а затем (если волну не поджимает какой-либо поршень) устремляется в обратном направлении, снижая при этом плотность (в так называемой фазе разрежения или разгрузки). В других главах книги речь пойдет о волнах электромагнитных, совсем уж на морские не похожих — распространяющихся со скоростью света колебаниях напряженности электрического и магнитного полей
Критерием того, по какому сценарию это произойдет, является ударно-волновой импеданс — произведение плотности вещества на скорость звука в нем. Если преимущество в ударно-волновом импедансе за веществом преграды, отражается дополнительно «поджатая» волна, от преграды с меньшим импедансом — разреженная, но в любом случае веществу преграды будет передан импульс и оно начнет двигаться по направлению распространения УВ.
Рис. 1.16
Вверху: отражение ударной волны от преграды с большим ударно — волновым импедансом, чем у вещества в волне. В этом случае в отраженной волне возрастает не только давление, но и плотность вещества может превысить максимально достижимую при однократном ударном сжатии. Нижняя кинограмма: продукты детонации заряда ВВ цилиндрической формы, расширяясь, наталкиваются на преграды. В месте столкновений газ светится ярче, потому что там выше его температура. Г азы взрыва «перехлестывают» через преграду, что действительно напоминает морской прибой, но это — не ударная волна, а движение массы вещества, плотность которого выше плотности окружающего воздуха. Ударная волна образуется впереди этого массопотока, из воздуха, сжимаемого им
Чем более массивна преграда, тем большую кинетическую энергию она приобретет в результате воздействия ударной или детонационной волны. Сообщение энергии оболочке заканчивается на некотором расстоянии от заряда (теоретически — пока давление продуктов взрыва существенно, а практически — на расстоянии, равном нескольким характерным размерам заряда).
Кстати, а те же пороха, от которых требуется только горение в зарядной каморе орудия (и при весьма высоких давлениях!) — могут ли детонировать?
Запросто: это было продемонстрировано после Первой мировой войны, когда оставшийся порох использовали при прокладке туннелей в Альпах. Все дело в мощности инициатора детонации: если она достаточна, могут «сыграть» не только пороха, но и вещества вообще взрывчатыми не считающиеся, например — удобрение из смеси нитрата и сульфата аммония. В 1921 г. на заводе в Германии скопилась огромная его гора, соли слежались, по мере надобности их куски откалывали небольшими взрывами. Когда же поступил крупный заказ, вес «откалывающих» зарядов значительно увеличили и сработали все 4500 тонн, совершив похожее на то (рис. 1.17), что произошло спустя более чем два десятилетия в Хирошиме.
Хотя взрыв такой смеси происходит с выделением сравнительно небольшой (на единицу ее объема) энергии, детонация стала возможной не только из-за мощного инициатора, но и из-за размеров заряда, который, в соответствии со сформулированным в середине XX века Ю. Харитоном критерием, должен превышать произведение скорости звука в веществе на время его разлета.
Рис. 1.17
Последствия взрыва на заводе минеральных удобрений в германском Оппау. На фоне разрушенных цехов — воронка длиной 165 м, глубиной 19 м и шириной 95 м
…Однажды автору довелось разъяснять процесс образования ударных волн школьнице: на нее произвел известное впечатление близкий грозовой разряд (рис. 1.18). Выслушав и рассмотрев рисунок, она задала каверзный, но свидетельствовавший о понимании проблемы вопрос: «А почему поезд метро в тоннеле не делает волну?» Быть может то, что беседовали мы на немецком, помешало мне рассказывать понятно и занимательно — девушка переключила свое внимание на другие обстоятельства. Что ж, постараюсь быть более убедительным в письменных объяснениях.
Рис. 1.18
Молекулы воды — связки «положительного» водорода и «отрицательного» гидроксила (ОН). Их можно разделить механически, при соударениях, что и происходит в воздушных потоках. В грозовом облаке разделяются очень большие заряды — до тысячи кулон. Когда напряженность электрического поля между грозовым облаком и землей превышает пробивную, электроны приобретают энергию, достаточную для ионизации (это происходит вблизи облака, потому что на высоте плотность молекул ниже и электроны разгоняются дольше, приобретая большую энергию). Так формируется светящийся плазмоид — лидер (кадр 1). Носители заряда движутся по направлению поля, образуя проводящий канал и увеличивая при этом напряженность. Рост напряженности приводит к появлению и других лидеров, «разветвляющих» разряд (кадры 2–3). Там, где один из лидеров оказывается наиболее близко к земле, напряженность возрастает настолько, что происходит встречный пробой, вызванный носителями противоположного знака (кадр 4). Далее ток (сила которого может достигать миллиона ампер) протекает по сформировавшемуся плазменному каналу с температурой в десятки тысяч кельвинов, где многие атомы при высокоэнергетичных столкновениях лишились своих электронов (кадр 5). Расширение канала приводит к охлаждению плазмы, рекомбинации (воссоединение носителей электричества разных знаков) и ослаблению ее свечения (кадр 6). На снимке справа — разряд молнии, спровоцированный длинным металлическим стержнем, выступающим над грунтом. Ток протекает не только по стрежню: произошли многочисленные разряды в воздухе, образовавшие «канат». В образованной расширяющейся плазмой ударной волне температура уже недостаточна для ионизации, происходит лишь возбуждение атомов (переход их электронов на более высокие энергетические уровни). При дальнейшем охлаждении и возвращении атомов азота в основное состояние испускаются кванты «голубого цвета» (области испускающего характерное свечение воздуха отмечены стрелками). «Удар по ушам» УВ от близкого разряда молнии весьма ощутим. На других фотографиях читатель увидит и фронт УВ, но, чтобы получить такие снимки, необходимы весьма кратковременная экспозиция и специальная подсветка процесса
Разряды молнии на землю чреваты катастрофами. Так, в 1769 г. молния попала в церковь Сен-Назера (Брешия, Италия), где хранилось 100 тонн черного пороха. Взрыв разрушил шестую часть домов города и унес жизни трех тысяч человек.
Уолтер Лорд написал интереснейшую книгу «День позора» — о налете самолетов с японских авианосцев на базу ВМС США Пёрл-Харбор 7 декабря 1941 г. Лорд опросил ветеранов, рассказавших ему об «ужасных, раздиравших уши и легкие» взрывах японских бомб и торпед. Вес ВВ в каждой такой бомбе или авиационной торпеде — сотня-другая килограммов, но вот как описали очевидцы гораздо более мощный взрыв на линкоре «Аризона» (рис. 1.19):
«Бомба попала в палубу у башни № 2 главного калибра, пробила полубак и, взорвавшись внутри корабля, вызвала детонацию зарядов в боевых погребах. Огромный столб огня и дыма взметнулся вверх метров на 200, принимая форму огромного гриба. Грома взрыва почти не было. Свидетели говорят, что услышали что-то более похожее на гигантский вздох, нежели на гром. Грома не было, но ударная волна была ужасной. Она заглушила мотор на пикапе авиационного оружейника Харранда Квисдорфа, ехавшего по дороге к острову Форд [11].»
Рис. 1.19
Американский линкор «Аризона»: на написанной перед войной картине и снятый любительской камерой 7 декабря 1941 г. в Пёрл-Харборе
В этом описании всё станет на места, если заменить «детонацию зарядов» на «горение сотен тонн пороха»: бомба, вероятно, взорвалась чуть в стороне от пороховых зарядов и не возбудила в них детонацию, а подожгла осколками. Образовавшиеся при горении газы, которые после полного расширения заняли объем около миллиона кубометров, сформировали УВ, но не вблизи линкора, а на удалении в километр и более от него. Оружейнику Харранду Квисдорфу УВ наверняка сильно ударила по ушам, да и находившимся от «Аризоны» значительно дальше, чем он, скорее всего уже не показалось, что «грома не было».
Рис. 1.20
Вряд ли кто-либо заподозрит, что древний биплан с поршневым двигателем и неубирающимся шасси преодолел звуковой барьер. Поджать (очень незначительно) воздух перед собой ему удалось, но ударная волна со скачком плотности не образовалась. Но за сжатием воздуха следуют его разрежение и охлаждение, и конденсация паров воды сделала эту часть течения видимой (верхний левый снимок).
Конструкция и тяга двигателей стратегического бомбардировщика В-52 не позволяют и ему достичь сверхзвуковой скорости, хотя летит он, конечно, быстрее биплана и зоны конденсации образуются за каждой выступающей деталью (справа).
Палубный истребитель F-14 предназначен для воздушного боя на сверхзвуковых скоростях, его крылья изменяемой геометрии сложены, а двигатели работают так, что там, где газы их выхлопа достигают моря, вздымаются огромные столбы воды. Но и он пока не преодолел звуковой барьер — иначе воздух не успевал бы расступиться перед истребителем и сжимался бы им в область конической формы, со значительной плотностью и резкой границей. Такой «конус» стал бы видимым и «сел» бы на носовую часть самолета — так, как это случилось с летящей со сверхзвуковой скоростью пулей (слева внизу).
Из-за скачка плотности воздуха, ударную волну можно, увидеть, так как с увеличением плотности растет и показатель преломления, что вызывает смещение лучей света. Скачок уплотнения выглядит, как чередующиеся полосы большей и меньшей освещенности. Снимок пули сделан в 70-е годы XX века, а методы теневой съемки были детально разработаны германскими учеными в годы Второй мировой войны. Из теории ударных волн следует, что образуются они не только в носовой части летящего тела, но и на его оконечности. Мы слышим двойной хлопок головной и хвостовой ударных волн от пролетевшего со сверхзвуковой скоростью самолета, потому что его длина достаточно велика и волны возможно различить. Ударных волн от летящей пули — тоже две (одна «сидит» на головной части, другая образуется за хвостовой), но размеры пули на три порядка меньше, чем самолета, и наш орган слуха их не различает
Сформируется ли УВ и если да, то как близко к движущемуся телу, зависит от скорости тела и от того, насколько сжимаемому воздуху позволено «растекаться», сбрасывая избыточное давление. Летящий с небольшой скоростью биплан (рис. 1.20) воздух перед собой, конечно, слегка уплотняет, но не формирует ударную волну с резким скачком плотности, который было бы видно на носу машины. Другое дело — пороховые газы, вырвавшиеся из «Аризоны»: они расширялись во всех направлениях, так что сжатому на их фронте воздуху просто некуда было деваться — ему оставалось двигаться по нормали к фронту, поджимая все новые слои. Да и то, по нашим оценкам, такое течение привело к формированию УВ за тысячи метров от взрыва.
Если скорость движения превышает звуковую — УВ образуется, даже если воздух вокруг ничто не ограничивает (рис. 1.21): он просто «не успевает расступиться» и сжимается перед столь быстро летящим телом или движущимся газом. «Хлопки» самолета, пролетевшего со сверхзвуковой скоростью — выродившиеся на большом расстоянии в акустические, не способные ничего сломать или передвинуть ударные волны. Образуют «терзающую легкие и уши» ударную волну выстрел и детонация — потому что газы и в том и в другом случае движутся быстрее звука. На рис. 1.22 видно, что стрелок защитил свои уши от неприятного воздействия ударных волн. Тот же эффект дал бы и глушитель. Ну а чтобы сделать «молчаливой» гаубицу, для «гашения» куда большей, чем у револьвера, энергии ее газов, требуется и глушитель соответствующих размеров.
В метро поезд движется намного медленнее, чем расширялись пороховые газы, вырвавшиеся из «Аризоны», и уж тем более медленнее, чем газы детонации японских бомб и торпед. Мешают образованию ударной волны и помещения станций: в них, как в глушителе, «расплывается» воздушный поток. Так что ударной волны в метро можно не опасаться: длина тоннелей для этого недостаточна, хотя начальная фаза течения газа формируется: перед прибытием поезда стоящие на платформе ощущают «ветер» своими лицами…
Рис. 1.21
Ударные волны возникают не только благодаря деятельности человека. Вверху: компьютерная реконструкция Тунгусской катастрофы, произошедшей над сибирской тайгой в 1908 г. Метеорит (точнее — метеороид) представлял собой ядро неплотного льда весом порядка миллиона тонн. В правой верхней части рисунка видно, что еще при полете ядра в сравнительно разреженном воздухе образовалась УВ (конус ее справа вверху). При входе в более плотную атмосферу, выделение тепла стало столь интенсивным, что метеороид взорвался, сформировав более мощную и иной формы УВ, которая свалила и сожгла лес на площади более 2000 кв. км. Размеры «бурелома» позволили спустя полвека оценить энерговыделение процесса: оно оказалось таким же, как и при взрыве 20 миллионов тонн тринитротолуола. Внизу: после взрывного извержения курильского вулкана Пик Сарычева, в нагретых прошедшей ударной волной облаках конденсированные частицы воды вновь превратились в прозрачный пар, благодаря чему появилось «окно», через которое из космоса и было сфотографировано явление. Известный человечеству рекорд взрывного энерговыделения, произошедшего на поверхности Земли принадлежит вулкану Кракатоа: при извержении 1883 г., он был оценен, как эквивалентный пяти миллиардам тонн тринитротолуола. В воздух при этом было выброшено около 6 кубических километров пепла, а выродившаяся в акустическую ударная волна была слышна на удалении 4800 км.
Читатель наверняка заметил, что автор забежал вперед — стал приводить примеры, совсем не из того времени, когда бризантные ВВ и бездымные пороха «выходили на арену». Верно: теория ударных и детонационных волн стала достаточно полной лишь к середине XX века. До того взрывы исследовались методом «втыка» — все подбиралось опытным путем, потому что не было приборов для измерения характеристик длящихся ничтожные мгновения явлений, а без численных значений величин любая теория бесполезна. Гидродинамика в то время изучала объекты, область применения которых более соответствовала названию этой науки (рис. 1.23).
Рис. 1.22
Слева — выстрел из револьвера «Магнум» и образование при этом ударных волн. Внешняя, сферическая сформирована воздухом, вытесненным из ствола пулей, а внутренняя, также сферическая — пороховыми газами, вырвавшимися из ствола; конические ударные волны образованы летящей пулей. Плотность энергии внешней волны убывает с расстоянием, УВ замедляется. Видно, что впереди стрелка внутренняя УВ догнала и усилила внешнюю, заставив ее двигаться быстрее. Скорость ударной волны всегда превышает скорость звука в невозмущенной среде, где она распространяется, и обгоняет УВ звук тем заметнее, чем выше давление в ее фронте. Если это давление незначительно, то такую волну называют вырожденной: она мало чем отличается от акустической. В центре: глушитель, укрепляемый на стволе, значительно ослабляет звук выстрела: пороховые газы, сообщив вылетевшей из ствола пуле скорость, далее не расширяются свободно, а «расплываются» в отсеках глушителя: летящая пуля последовательно «открывает» для них все новые отсеки, в каждом последующем из которых давление меньше, чем в предыдущем. Когда пуля вылетает из глушителя, газы выходят из него уже с небольшой скоростью, не образуя ударную волну. Справа: 155-мм самоходная гаубица ведет огонь с использованием глушителя, громкий звук выстрела не демаскирует орудие
Рис. 1.23
Попытки создать «подводные снаряды» предпринимались еще в XV веке, но боевое оружие появилось лишь в 60-х годах XIX века. Торпеды тогда называли «минами Уайтхеда». Левый снимок в верхнем ряду — торпеда системы Бреннана, изготовленная в 1877 году (экспонат музея береговой обороны Гонконга). Винт приводился в движение сжатым воздухом, запасенным в баллоне. К началу Первой мировой войны сжатый воздух стали использовать для сжигания спирта, что существенно повысило энерговооруженность торпед. Германскую, тех времен, обнаружили и подняли со дна в прибрежном районе Средиземноморья в 80-е годы XX века (вверху справа). Корпус торпеды сделан из медного сплава, что и позволило изделию хорошо сохраниться. В центре — 610 мм японская (тип 93) торпеда времен Второй мировой, пожалуй, тогда — лучшая в своем классе оружия. На кислород-керосиновом топливе она развивала скорость до 48 узлов (почти 90 км/час), а вес ее зарядного отделения составлял 780 кг. После Второй мировой при создании торпед полагались более не на мощность заряда, а на точное наведение. Такой была британская электроторпеда «Стингрей» (нижний ряд слева), с эффективной акустической головкой. Однако скачок в энерговооруженности — применение борсодержащего горючего, окислителем которого служит морская вода — заставил отказаться от самонаведения: в реве ракетного двигателя ничего не «слышно». У советской подводной ракеты ВА-111 «Шквал» вместо винта — сопло и она управляется по проводам, зато «летит» сквозь водяную толщу со скоростью 200 узлов
…Торпеды двигались к цели несравнимо медленнее артиллерийских снарядов, да и дальноходность их уступала дальнобойности морской артиллерии крупных калибров. Корабль, на котором сигнальщики вовремя заметили след приближающейся торпеды, имел неплохие шансы уклониться от попадания. Но, с другой стороны, торпеда набирала скорость уже в воде, а выходила из аппарата медленно, практически не давая отдачи — и потому это оружие могли применять миноносцы, миноноски, катера и прочий малоразмерный, «москитный» флот [12]. Такие недомерки и подкрадывались: по ночам, используя плохую погоду. Если их торпеда попадала — последствия могли быть фатальными и для крупного корабля (рис. 1.24).
Автор полагает, что вместо нудных рассуждений о колебаниях атомов в молекуле воды, достаточно напомнить об ощущении, которое читатель когда-то испытал, прыгнув в воду и неудачно хлопнувшись при этом на живот. Чтобы разобраться, почему это так, опять возьмем в руки карандаши. Упрем торец одного из них в ладонь, а по другому — хлопнем другой ладонью. Карандаш тотчас и без всяких потерь передаст «принимающей» ладони приложенное усилие, потому что в условиях нашего опыта он несжимаем. Те же ощущения испытает и «хлопающая» ладонь. Повторим опыт, но не с карандашом, а с равной ему по длине полоской поролона — из тех, которыми забивают на зиму щели в окнах. Разница в ощущениях будет обусловлена тем, что поролон сжимаем очень хорошо.
Рис. 1.24
На испытаниях, проведенных в конце XX века, попадание единственной торпеды Мк-48 переломило британский фрегат постройки 60-х годов
Если между карандашами нет промежутков (среда несжимаема) — усилие передастся мгновенно и на сколь угодно большое расстояние [13]. Ударная сжимаемость воды, конечно, не нулевая, но она намного меньше, чем воздуха, а потому ударное давление в воде распространяется значительно быстрее (скорость звука в воде почти впятеро выше, чем в воздухе, а ударная волна всегда быстрее звуковой).
Но дело не в скорости фронта, а в том, какая масса вещества вовлекается в ударно-волновое движение, ведь плотность воды превышает плотность воздуха на несколько порядков! Поэтому неудивительно, что поток вещества «продавливает» не только тонкую обшивку бортов торговых судов, но и броню военных кораблей. Чтобы снизить эффект воздействия УВ на подводную часть корабля (рис. 1.25), перед главным броневым поясом устанавливали були противоторпедной защиты (рис. 1.26): за тонким броневым листом — значительный воздушный промежуток, чтобы «разгрузить» в нем ударно-сжатую воду и сохранить в целости основную броню. Такую защиту устанавливали только на линкорах, но и она спасала от торпед не всегда. На кораблях меньшего водоизмещения противоторпедная защита была менее громоздкой, поскольку считалось, что попаданий им помогут избежать скорость и маневренность.
Рис. 1.25
Испытания стойкости крупных кораблей к подводной ударной волне. Верхний снимок: модельный опыт воздействия ударной волны в воде на авианосец «Констеллейшн» (постройки 60-х годов). ВВ в этом опыте взорвали много (более тонны), но и расстояние до объекта значительно (для сравнения: длина авианосца — треть километра). Нижний снимок: авианосец «Орискани», построенный в годы Второй мировой войны, подобного испытания не выдержал
Рис. 1.26
На врезке — типовая схема противоторпедной защиты линейного корабля. На фотографии — японский линкор «Нагато» постройки 1920 г., по правому борту которого виден буль такой защиты. Снимок сделан после капитуляции Японии, 12 ноября 1946 года в порту Йокосука, откуда «Нагато» направился к тихоокеанскому атоллу Бикини, не пережив там испытательного подводного взрыва американского ядерного заряда
… Наряду с гидродинамикой, к концу XIX века достаточно развитой стала и механика, позволившая вполне удовлетворительно описать процесс стрельбы. Орудия наводились уже не на глаз, а имели оптические прицелы (панорамы) и точные механизмы горизонтальной и вертикальной наводки (рис. 1.27). Изменились форма снарядов: они «удлинились» и несли куда больше снаряжения, чем такого же калибра ядра. Ну и конечно, получение высокопрочных, легированных сталей, а, главное, — исследования процесса горения порохов, позволили создать орудия приемлемых весов и габаритов, обладающих подвижностью на поле боя, снизив при этом до минимума вероятность разрывов стволов при стрельбе (рис. 1.28).
Достижения теоретической механики позволили также решить задачу о предотвращении кувыркания снаряда в полете и обеспечить его падение у цели головной частью вперед, чтобы безотказно сработал взрыватель. Для этого имеющимися в канале ствола нарезами снаряду придается вращение при движении, а остальное делает гироскопический эффект (рис. 1.29).
Рис. 1.27
Артиллерийские орудия с внедрением бездымных порохов стали выглядеть изящнее (ср. срис. 1.5), а главное — стрелять дальше и — поскольку были снабжены оптическими приборами (панорамами) и прецизионными механизмами наводки — точнее. Слева на верхнем снимке — выстрел германской 150 мм полевой гаубицы, ниже — французская 75 мм пушка, объективно — одна из лучших в своем классе, но для решения задач позиционной войны недостаточно могущественная. Русская армия вступила в войну, имея на вооружении в полтора раза больше трехдюймовых (76 мм) орудий, чем французская — 75 мм. Справа — артиллерийская панорама конца XIX века
Попробуйте толкнуть вращающийся волчок: он не упадет на бок, а станет поворачиваться вокруг оси вращения, всегда — под прямым углом к направлению действия внешней силы. На вылетевший из ствола и делающий около 500 оборотов в секунду снаряд тоже действует сила — сопротивление воздуха — и он поворачивает ось своего вращения. Но сопротивление воздуха действует непрерывно. В том числе — и на уже слегка повернувшийся снаряд. Следствием будет прецессирование снаряда в полете.
Рис. 1.28
Центральный НИИ химии и механики, в котором долгое время работал автор, был создан в 1894 г. Сменявшиеся руководители мало заботились о сохранении реликвий, одна из них была в 60-х обнаружена на институтской свалке металлолома и восстановлена (левый снимок). В конце XIX века не существовало осциллографов и датчиков давления, но обошлись и без них: на ствол пушки, по горячей посадке, надели широкие стальные кольца с наплывами; затем через наплывы просверлили сквозные (до канала ствола) отверстия, которые закрывались извне пробками на резьбе; в отверстиях располагались подогнанные поршни и опиравшиеся на пробки медные конусы (крешеры). При выстреле давление пороховых газов сообщало импульс поршню, а тот деформировал крешер, разность в высотах которого до и после опыта служила количественной мерой явления. Подобные исследования позволили изготавливать артиллерийские стволы умеренных весов, обеспечивавших и маневренность орудий и их безопасность при стрельбе. Правда, очень редко, но случаются разрывы стволов и в наше время — вследствие дефектов металла, наличия посторонних предметов в канале ствола и прочих непредсказуемых причин (снимок справа)
Рис. 1.29
Вверху — разрез ствола 150-мм германской полевой гаубицы. Видны нарезы, сообщающие снаряду вращение в канале ствола при выстреле. Ниже — 76 мм снаряд пушки системы Гочкисса (вторая половина XIX века). Следы нарезов на ведущем пояске указывают: снаряд вращался по часовой стрелке (если посмотреть ему вслед). Составляющая силы сопротивления воздуха (на левом снимке обозначена желтым цветом) старалась «приподнять» нос снаряда. Такое действие должно привести к опрокидыванию и последующему «кувырканию», но, благодаря «эффекту волчка», быстро вращавшийся снаряд разворачивал нос не вверх, а перпендикулярно действующей силе — на читателя. На этом движение не заканчивалось и сила сопротивления воздуха действовала уже на снаряд, нос которого был развернут. Она разворачивала его далее, в направлении, соответствовавшем верху рисунка. Непрерывные развороты приводили к прецессированию — вращению оси снаряда вокруг линии, проходящей через центр тяжести (правый снимок)
…Воздух на полигоне содрогнулся от мощного звука выстрела гаубицы. Чтобы отличать артиллерийские стволы по «голосу» опыта не хватало, но слежение за звуком пролетавших высоко над головой снарядов подсказывало: траектории их были навесными, гаубичными. Снаряды, удаляясь, еще набирали высоту; вдалеке хлопали их разрывы. Звук летящего снаряда был совершенно не похож на свист, который можно услышать в саундтреке кинофильмов. Это было шипение, становившееся то громче то глуше. Частота изменений интенсивности звука была около десятка герц. Объяснить шипение было легко: это — акустические колебания, порожденные локальными сжатиями и разрежениями воздуха при полете снаряда. А вот модуляция шипения, очевидно, происходила из-за прецессирования: оно явилось причиной периодического смещения зон различной слышимости в пространстве…
… В Первую мировую войну ее участники вступили, имея в своих арсеналах два важнейших ВВ: пикриновую кислоту (тринитрофенол) и тротил (тринитротолуол). Правда, были кандидаты и помощнее: гексоген (циклотриметилентринитрамин), синтезированный Хеннингом в 1898 г. итворение Толленса 1891 г. — тэн (петаэритрттетранитрат). В них плотности химической энергии и скорости детонации были повыше процентов на 30–40, но производство было более сложным, да и для задач, которые решали боеприпасы в то время, повышенная мощность ВВ не требовалась. Тринитрофенол и тринитротолуол удовлетворительно (рис. 1.30) дробили корпуса осколочных и фугасных снарядов, которые существенно потеснили в арсеналах широко применявшуюся в эру черного пороха шрапнель (рис. 1.31) и аналогичную ей по поражающему действию картечь (рис. 1.32).
Рис. 1.30
Ручная граната — боеприпас, к прочности которого не предъявляются высокие требования, поэтому ее корпус допустимо ослабить, нанеся подрезку, за счет чего при взрыве (верхняя кинограмма) получаются осколки заданного дробления (нужных размеров и веса). Для артиллерийских снарядов такое решение годится не всегда. Детонационное дробление металлических оболочек — сложный процесс, с достаточной полнотой теорией не описанный. Важную роль поэтому играют данные высокоскоростной киносъемки, дающие возможность оценить параметры сетки образуемых трещин. Внизу слева — взрыв снаряда. Продукты детонации прорвались сквозь трещины в корпусе и закрыли разлетающиеся с меньшей скоростью осколки. Эффективными («убойными») считают осколки массами от 4 до 20 г (на нижнем правом снимке — слева). Мелкие (правее) теряют скорость, уже пролетев с десяток-другой метров, а крупные (выше) хоть и летят далеко, но из корпуса снаряда «наколоть» их можно немного, так что вероятность поражения цели будет невелика. Снаряды общего назначения в годы мировых войн снаряжались преимущественно тринитротолуолом, а в наши дни — составом A-IX-20 на основе гексогена. A-IX-20, конечно, помощнее, но благодаря наличию флегматизатора (инертного вещества, снижающего чувствительность к удару и трению) — не намного: чрезмерная бризантность привела бы к увеличению доли нежелательных мелких фракций в осколочном спектре. Кинограммы сняты, конечно, не в годы Первой мировой войны: тогда сверхскоростных кинокамер не существовало, хотя… известен достоверный случай, когда солдат выжил после очень близкого разрыва снаряда. Деревенский парень подробно описал последовательность развития трещин и прорыва газов взрыва через них. Среди слушателей был специалист, поразившийся резервам способностей человека, реализовавшимся в экстремальной ситуации
Рис. 1.31
На верхнем снимке — разрез унитарного выстрела с шрапнельным снарядом. Шрапнель была изобретена в 1803 г. иназвана по имени своего создателя, тогда — капитана английской службы (впоследствии он дослужился до генерал-майора). Форс пламени от трубки, через центральное отверстие в снаряде, достигает заряда черного пороха, взрыв которого выталкивает чугунные шарики, причем не во все стороны, как при разрыве ядра, а по направлению полета шрапнели. Чем больше дистанция полета готовых поражающих элементов, тем больше их рассеяние.
В годы Первой мировой и позже для дистанционного подрыва снаряда использовались, конечно, уже не такие трубки, которые впрессовывали в ядра те, кто осаждал Севастополь. Взрыватели с пиротехническими или механическими замедлителями, начинающими работу в момент выстрела, по старинке все так же называли трубками. В нижнем ряду слева — французская трубка HZ05, за ней — также французская, образца 1915 года, трубка двойного (дистанционного и ударного) действия. Замедление подрыва снаряда достигалось при горении пороховой мякоти на спирали (следующий снимок). Поворот колпачка изменял положение точки зажигания пороха на спирали, а значит, и задержку. Пороховая спираль долго служила во взрывателях, в чем автор убедился, найдя в 80-е годы германский взрыватель AZ-23, изготовленный в 1939 г. (правый нижний снимок), и разобрав его (дилетантам делать подобное никак нельзя!). Для короткозамедленного (при стрельбе по укреплениям) подрыва, в этом взрывателе также имелась пороховая спираль
Для шрапнели почти не осталось целей на полях боев: после краткого романтического периода, который во французской армии называли «L' ?lan vital» («душевный порыв», рис. 1.33) противники до отвала накормили друг друга огнем и стали зарываться в землю. В окопах глубиной в несколько метров солдатам не была страшна шрапнель (рис. 1.34). Снаряды гаубиц и мортир с взрывателями, установленными на замедление, конечно, могли принести неприятности, но только — при близких разрывах. Полевые оборонительные линии непрерывно совершенствовались, да еще и опирались на построенные до войны крепостные системы с совсем уж умопомрачительными бетонными сводами над головами их защитников. Такое стало возможным потому, что, несмотря на насыщенность огневыми средствами, полки и дивизии были малоподвижными, не могли быстрым маневром сорвать попытки противника построить прочную оборону. На это способны танковые и механизированные войска, но им только предстояло родиться. Ну а аристократическую кавалерию густо расставленные в обороне пулеметы (рис. 1.35) секли, как капусту.
Рис. 1.32
Картечь (верхняя кинограмма) применялась для самообороны артиллерийских орудий от приблизившейся конницы и пехоты. Картечный снаряд проще шрапнели: выстреливается только поддон с готовыми поражающими элементами, эффективными на дистанциях всего в несколько сотен метров. Для изучения действия поражающих элементов по живой силе в наши дни используют желатин: его плотность и вязкость близки к таковым человеческих тканей. Прозрачность желатина позволяет снимать кинограммы движения в нем поражающего элемента, а также получать снимки раневых каналов (после заполнения их контрастной жидкостью). Пока скорость достаточно велика, поражение наносит не столько сам элемент, сколько порождаемые им волны сжатия и разрежения: они вызывают множественные разрывы в веществе преграды (снимок в центре). Такая картина поражения наблюдается для сравнительно обтекаемого элемента, а, например, пули «дум-дум», название которых произошло от индийской деревеньки, где британские солдаты применили их против повстанцев, благодаря наличию канала, разворачиваются в «цветок» после попадания в более плотную, чем воздух, ткань (нижние снимки). «Цветок» быстро теряет свою энергию, превращая в «кашу» органы и нанося кошмарные раны. В годы мировых войн солдат, в чьих подсумках находили патроны с пулями «дум-дум» — самодельными или заводского изготовления — в плен не брали
Автор не разделяет восхищение некоторых историков технической эрудицией командования германской армии, сделавшего перед войной ставку на тяжелую артиллерию: по ее количеству, да и качеству, дивизии Центральных держав (Германии, Австро-Венгрии, Турции) превосходили соединения Антанты. Основой для скепсиса служит то, что позже, на задыхающихся от недостатка сырья заводах Рура, с натугой стали изготавливать олицетворявшие тупиковые направления развития артиллерии сверхдальнобойные орудия, эффект от применения которых вполне можно оценить как ничтожный. Автору приходилось быть свидетелем, как принимаются решения государственными мужами, и он склонен полагать, что все объясняется не предвидением характера войны, а эстетическими предпочтениями: в предвоенные годы, на одном полигоне сердце крайне высокопоставленного услаждалось видом гаубицы, которая, после суетливой беготни вокруг нее людишек в мышиного цвета мундирах и бескозырках, ахала, выпуская в небо снаряд (благодаря немалым размерам, его полет можно было и увидеть); азначительно восточнее для особы равного положения молоком и медом лился топот коней легкой полевой батареи, стремительно разворачивающейся «с передков» и, после вскрика «Огонь!» молодцеватого офицера с усиками, посылавшей в сторону мишенного поля снарядную очередь.
Рис. 1.33
Вверху — репродукция картины французского художника, наивно полагавшего, что так должна атаковать пехота. Правда, весьма схожими были и взгляды многих французских генералов, которых через несколько недель после начала войны главнокомандующий Ж. Жоффр отправил в отставку «за некомпетентность». Что же касается германских генералов, то, относясь с пренебрежением к эмоциональному противнику, нечто новое узнали о войне и они. Так, Александр фон Клук, возглавлявший наступление на Париж, в послевоенных мемуарах написал об услышанном им «совершенно необычном звуке, издаваемом пулями, попадающими в человеческие тела». Внизу — подлинный снимок атаки французских пехотинцев изрядно разбитой артиллерийским огнем, но, тем не менее, обороняемой германской позиции. Шампань, 1917 г.
Так или иначе, в начале войны вооружение армий Центральных держав более подходило для окопного противостояния. Но вот чего не смогли предвидеть обе стороны — масштабов расхода боеприпасов.
Рис. 1.34
1916 г. Слева — французские и бельгийские солдаты в окопе. В рукопашной, в тесном пространстве окопа, винтовки малополезны и к ранцу германского солдата (справа) приторочена деревянная колотушка с металлическими шипами — оружие, применявшееся еще в Крестьянских войнах XVI века
…Тринитротолуол все же был предпочтительнее. Тринитрофенол проявлял кислотные свойства: в присутствии влаги разъедал металл, образуя опасные соли, так что корпуса снаряжаемых им боеприпасов приходилось покрывать изнутри лаком (ненадежная при массовом производстве операция) или помещать снаряжение в картонный футляр (еще менее «приветствуемое» производственниками действие). Днями и ночами напролет на снаряжательных заводах плавили и заливали взрывчатку в стальные корпуса снарядов, мин и зарядных отделений торпед. И, в конце концов, в этой гонке промышленность Антанты доказала свое превосходство.
…Перед наступлением начиналось то, что в немецком языке стало с тех пор обозначаться новым словом: der Trommelfeuer (барабанный огонь). Многодневный артиллерийский барраж [14] вспахивал и перепахивал позиции противника (рис. 1.36). Пехота занимала участки мягкой, как пух земли — взбитой волнами разрежения, последовавшими за волнами ударными. Продвижение вперед измерялось порой сотнями метров, после чего все повторялось.
В конце войны возможности артиллерии еще более возросли, она стала вести практически непрерывный «беспокоящий» огонь, изматывавший солдат противника и затруднявший работы по совершенствованию обороны. Вот как описал русский военный агент [15] в очень интересной книге «50 лет в строю» посещение позиций британского экспедиционного корпуса во Франции.
Рис. 1.35
Германские станковые пулеметы обороняли позиции не только от кавалерии и пехоты. Огонь с дистанции около сотни метров, при близком к нормали угле встречи, иногда преодолевал бортовую бронезащиту первых британских танков (нижний левый рисунок). Правда, при этом пули теряли большую часть кинетической энергии и могли повлиять на боеспособность только в случае попадания в членов экипажа или важный узел машины. На нижнем правом снимке: германские пехотинцы с опаской приближаются к подбитому танку (Франция, 1918 г.)
Рис. 1.36
Разрыв снаряда крупного калибра (верхний снимок) формирует ударную волну, за которой следует волна разрежения (обратите внимание — произошло «вскипание» грунта: разрежение «вытянуло» из него пар и пыль). Внизу: мощная артиллерийская подготовка под Пашенделем перемолола германскую оборону, которую не спасли и железобетонные опорные пункты. Занявшие территорию канадские солдаты осматривают то, что осталось от позиций противника
«На третий год войны, во всю длину расширявшегося с каждым месяцем английского фронта были выстроены в три яруса орудия всех калибров, начиная с полевых и до самых тяжелых морских. Триста шестьдесят пять дней в году, с утра до ночи, не соблюдая даже пресловутых уик-эндов, англичане бомбили немецкую оборону. Подобную роскошь они могли себе позволить благодаря неограниченному запасу боеприпасов и развитой за первые годы войны мощной орудийной промышленности (рис. 1.37). Расстрелянная [16] пушка заменялась так же просто, как лопнувшая автомобильная шина. Всякому попавшему в конце войны на английский фронт казалось, что он обходит громадный кузнечный цех, и оглушающий шум молотобойцев надолго оставался в ушах.»
Рис. 1.37
Британская 305 мм гаубица ведет огонь. 1917 г., район Арраса
…Первую крупную операцию провели танки. Небольшие их группы пробовали силы и ранее, но 20 ноября 1917 г. для захвата деревушки Флескье, недалеко от Камбрэ были выделены 324 машины [17]. Командир 51-ой Горной шотландской дивизии, по свидетельству современников — смелый, но весьма стандартно мыслящий, научил солдат: «Ребята, держитесь подальше от этих чертовых баков [18], по ним наверняка будет лупить артиллерия!»
И оказался как бы прав: командир оборонявшейся от «ребят» 54-ой германской резервной дивизии хорошо организовал огонь, сумев зажечь много машин: от пуль-то их броня кое-как защищала, а вот от снарядов даже небольших калибров — нет. Понятно, затем крепко досталось и приближающейся шотландской пехоте. Флескье немцы тогда удержали. Что и говорить, негромкий дебют нового оружия, в очередной раз показавший, что не массовый навал прямо на орудийные стволы, а умелое командование решает исход боя.
…Новые и новые сотни боевых машин Антанты появлялись на фронте. Наверстывая упущенное, спешно стал сооружать нечто подобное и противник.
Если сравнить германский танк A7Y с французским «Сен-Шамоном» (рис. 1.38), то оба они напоминают сараи, клепаные из броневых листов, с «окошками» для пулеметов и пушки. Видно, не вспомнили конструкторы ни той, ни другой страны истину, изреченную Клаузевицем [19]: «Тот, кто обороняет все — не обороняет ничего!». Но все же пушка у «француза» — мощнее (75 мм против 57 мм у «немца»), да и ходовая часть показала себя более надежной. «Сумрачный германский гений» проявился лишь в названиях самоходных крепостей: «Вотан», «Хаген» [20].
Рис. 1.38
Вверху — германская машина А7 V. Ниже — французский танк «Сен-Шамон», превосходивший «немца» по основным боевым характеристикам
«Проигравшие армии всегда хорошо учатся» — суетливо накорябал на бумаге картавый господинчик, сам, впрочем, сделавший все наоборот: выучившись, с неплохими оценками, на адвоката, — споро проиграл все без исключения порученные ему дела. Затем он стяжал изрядную известность сочинением крылатых фраз и всяких «эмпириокритицизмов», а позже и вовсе учинил «ргеволюцию». Ну а немецкие танкисты будут через пару десятилетий на тех же полях не без удовольствия вдыхать смрад горящих французских и британских танков, высунувшись из люков своих превосходных машин. Впрочем, в конечном итоге они опять проиграют, подтвердив тем самым, что гениальные предначертания исторически неизбежного торжества — категория архипустейшая…
Ни подвижность, ни защищенность не позволили танкам стать главной ударной силой Первой мировой. Да и их командиры еще только учились.
Поколебать господствующие позиции в войсках артиллерии, в развитии которой наступил застой — как по дальности огневого воздействия, так и по его могуществу, могло только нечто новое.
Такое средство уже зарождалось и могло доставить на недоступную любой пушке дистанцию боеприпас, обратив во благо себе (для создания подъемной силы) сопротивление воздуха. Потрескивали в небесах пулеметики, а иногда падали оттуда же и бомбочки (рис. 1.39). Поначалу не очень-то боялись их те, кто был внизу, провожали летательные аппараты неприличными жестами. К концу войны такие пантомимы стали неуместными, поскольку бомбы потяжелели, да и не только ими досаждали коварные летуны: щедро рассеивали они в пространстве металлические стрелочки (рис. 1.40), которые, приобретя в падении значительную скорость, могли проткнуть кавалериста заодно с конем. Такие стрелочки автор впервые увидел еще школьником на музейном стенде, посвященном Гражданской войне. А следующая встреча с «готовыми поражающими элементами» произошла спустя четыре с лишним десятилетия — при посещении снарядного производства. Идея «стрелочных» снарядов — синтез двух: шрапнели и «противокавалерийского» оружия. «Обратный ход» инженерной мысли часто бывает плодотворен в технике (рис. 1.41, 1.42).
Рис. 1.39
Верхние снимки: британский летчик, так сказать, прицеливается по противнику (Франция, ноябрь 1914 г); справа — картина, на которой художник (понятно — после консультаций с руководящими персонами) отобразил роль авиации в войне на море. Внизу: К концу войны могущество АБСП (авиационно-бомбовых средств поражения на современном военном жаргоне) возросло существенно: в 1918 году Королевские ВВС применили по противнику 1600 фунтовые (747 кг) авиабомбы
В Первую мировую крылья авиации были еще слабоваты, чтобы она могла бросить вызов главенствующему положению артиллерии. На флоте авиацию считали лишь средством разведки. Полезным, что и говорить: самолеты впервые взлетели с палуб переделанных под их нужды кораблей-авианосцев, но все же — вспомогательным. А главным оружием на море адмиралы считали не бомбы самолетов и не торпеды москитного флота, а тяжелые снаряды, вылетавшие из длинных и толстых стволов. У моряков, конечно, была отличная оптика, да и стальной многотысячетонный корабль — хорошая платформа для артиллерии. Но факторы рассеяния (порывы ветра, разновесность снарядов, колебания температуры, а значит, и плотности воздуха) были причинами того, что баллистическая вероятность попадания 381 мм снаряда британского линкора «Куин Элизабет» в корабль того же класса при стрельбе отнюдь не на предельной дистанции в 13–15 км составляла 0,5 %. В залпе она, понятно, была выше (рис. 1.43).
Рис. 1.40
Готовые поражающие элементы. Вверху — стрелочки, состоявшие на вооружении австро-венгерской авиации в Первую мировую войну и предназначенные для поражения живой силы. Ниже — поражающий элемент советского артиллерийского снаряда (80-е годы XX века). Такие элементы дольше сохраняют скорость и обладают значительно большей способностью к пробитию преград, чем круглые пули шрапнели. Нижний ряд, слева: для поражения живой силы на небольших расстояниях используют отходы шарикоподшипникового производства, шарики формуются в корпус из полимерного материала (в центре — кассетный элемент BDU-26, деления линейки — дюймовые). Справа — стрелочные поражающие элементы американского боеприпаса Lazy Dog
Рис. 1.41
Слева — 76 мм снаряд, распускающий в полете «перья», прорывающие проволочные заграждения противника. Судя по тому, что снаряд снабдили взрывателем, от него, после проделывания прохода в проволочных заграждениях, ожидали еще и поражения живой силы. Очевидно, что и та, и другая задачи решаются двумя осколочно-фугасными снарядами того же калибра значительно лучше: проволока взрывом снаряда с высокочувствительным взрывателем будет «разведена» на большее расстояние, чем это сделают «перья», а дробление корпуса полным, а не уменьшенным зарядом позволит эффективнее сработать по живой силе. По сравнению с парой осколочных, производство сложного в сборке «перьевого» обойдется значительно дороже, поэтому-то в Первую мировую их расценивали, как малополезную экзотику. Однако в 70-е годы «перьевые» снаряды возродились (на снимке справа — 125 мм снаряд ЗВОФЗб и заряд к нему): основным боеприпасом к танковым пушкам стали подкалиберные снаряды, для повышения их скорости стволы стали изготавливать без нарезов, а осколочно-фугасные снаряды, выстреливаемые из «гладких» стволов, стали оснащать «перьями» для стабилизации полета
Рис. 1.42
В детстве автор с удовольствием и большой пользой прочитал книгу «Роберт Вуд», написанную У. Сибруком о великом американском экспериментаторе. Вуд, посетив в 1915 г. воюющую Францию, встретился с работавшим там русским изобретателем Шиловским, экспериментировавшим с 75-мм снарядами, снабженными спереди тонким стержнем, на конце которого вырывалось пламя горящего фосфора, обтекавшее снаряд в полете. Вуд вспоминал: «Предполагалось, что это понизит сопротивление воздуха и увеличит дальность стрельбы. Опыты показали, что давление действительно сильно снижается, но позднее эксперты по баллистике говорили мне, что такой же эффект можно получить, сделав снаряд с длинным острым концом».
Опыты Шиловского, вспомнились и автору когда он «познакомился» с советской подводной ракетой ВА-111 «Шквал», в носовой части которой, для снижения сопротивления, установлен газогенератор (он хорошо виден на среднем, в нижнем ряду, снимке рис. 1.22) и рассмотрел фотографии головной части американской морской ракеты Trident D5, созданной в 90-е годы XX века
Рис. 1.43
Сосредоточением огня всей эскадры (обычно — на головном корабле противника) сражающиеся стороны стремились компенсировать низкую вероятность попадания снаряда при стрельбе на большой дистанции. На рисунке — германский броненосец «Поммерн» под огнем в Ютландском сражении (31 мая — 1 июня 1916 г.) О количестве ведущих огонь британских кораблей дают представление оранжевые вспышки дульного пламени, заметные вдали, о величинах промахов можно судить по удалениям водяных султанов разрывов от цели (длина «Поммерна» — 127 м)
…Ползли по полям сражений и ядовитые облака (рис. 1.44). Помимо баллонов с хлором, снарядов с удушающим фосгеном и кожно-нарывным ипритом (дихлордиэтилсульфидом), шли в ход и фосфорные боеприпасы (рис. 1.45). Последние вроде и не считались ядовитыми (именовались «зажигательными», «дымовыми», «пристрелочными»), но, как известно, на вдыхание паров или продуктов горения фосфора и на попадание его же на кожу, организм человека реагирует весьма остро. Как и во времена Александра Македонского, общественность осуждала нерыцарское, негуманное химическое оружие. Германцы применили его первыми, будучи твердо уверены, что победителей не судят. Ну а непобедителей? О таком им не хотелось думать: в 1918 г. началось «наступление Людендор-фа», снова стал близок Париж и с позиции, находящейся в 130 километрах от французской столицы, по ней открыла огонь пушка «Колоссаль», ствол которой, длиной 37 м, поддерживался тросами — чтобы не прогнулся под своим же весом (рис. 1.46). Снаряд калибром 210 мм весил 120 кг, из которых на ВВ приходилось немногим более 10 кг. Иная полевая гаубица стреляла и более мощными, а уж сколько гаубиц можно было изготовить вместо одной «Колоссаль» — лучше не упоминать. Глупость часто прячется за рачительностью: когда ствол, после пары десятков выстрелов, в каждом из которых его распирали газы двухсоткилограммового порохового заряда, изнашивался, его снимали, везли на завод, растачивали канал до 240 мм, и вкупе с комплектом новых снарядов опять везли на позицию. Пушка забросила в Париж 367 снарядов, рассеявшихся по всему городу. Ни один из них не был настолько могуществен, чтобы полностью разрушить каменный дом, но на нервах обывателей поиграть, конечно, удалось.
Рис. 1.44
Слева: массированное применение фосгеновых снарядов австровенгерскими войсками по итальянской обороне 15 июня 1918 года. Фосген (карбонилхлорид) — низкокипящая жидкость, которая, при вскрытии корпуса снаряда и диспергировании, интенсивно испаряется. Ядовитые, удушающие пары эти тяжелее воздуха и в условиях влажности образовали туман, благодаря чему стали хорошо видны. В такой «фосгеновой долине» от поражения не защитит и современный общевойсковой фильтрующий противогаз
Справа: применение хлора из баллонов французскими войсками. Газовая волна приближается к германским позициям
Нелепая в военном отношении «Колоссаль» была шедевром внутренней баллистики: разогнать семь с лишним пудов до скорости существенно большей километра в секунду непросто из-за разрежения пороховых газов.
Вернемся к рис. 1.11 и представим, что поршень двигается не сжимая, а разреживая газ. Если он движется медленно, газ успевает занять освободившийся объем и давление выравнивается (в стволе оно поддерживается за счет продолжающегося горения пороха). Но, чем выше скорость поршня и расстояние от источника газа, тем большее время необходимо образуемому горящим порохом газу, чтобы «добежать» до дна поршня-снаряда и компенсировать разрежение, а ведь скорость распространения возмущения (скорость звука) в разреженном газе меньше, чем в сжатом. Поэтому плотность газа и его давление на снарядное дно снижаются, несмотря на продолжающуюся «работу» пороха — образуется волна разрежения, правда, не имеющая, как ударная, резкой границы. Снизить влияние этого явления удалось, подобрав закон горения пороха.
Рис. 1.45
Боевое применение фосфорных снарядов. Вверху слева: разрыв фосфорной гранаты прикрыл дымовой завесой американских пехотинцев в уличном бою (Вторая мировая война). Правее: обстрел вьетконговцами 122-мм фосфорными снарядами американской базы Дананг (70-е годы XX века). Нижний ряд, слева: разрывы израильских фосфорных снарядов над Газой (начало XXI века). Левее: боевые элементы фосфорных снарядов потушить сложно, они самовоспламеняются на воздухе, поэтому попавшие под обстрел спасаются бегством
Рис. 1.46
Справа — выстрел германского сверхдальнобойного орудия «Колоссаль» по Парижу. Прислуга этого мастодонта насчитывала около тысячи офицеров и нижних чинов из состава морской артиллерии. Командовал орудием контр-адмирал. Слева — разрыв современного 155 мм снаряда с установкой взрывателя на мгновенное действие. Такой снаряд содержит лишь немногим меньше ВВ по весу (около 9 кг), но зато — более мощного, чем то, которым снаряжались снаряды «Колоссаль»
…Центральные державы были сломлены материально-техническим и численным превосходством противника. Наступление Людендорфа было последней конвульсией германской армии в той войне, что бы позже не бекали о мифическом «ударе в спину» со стороны революционеров и «предательской элиты» пивные патриоты…
2. Сквозь броню — как сквозь жидкость! И забыть, как стрелял……Победители запретили Германии многое: создавать самолеты, танки, тяжелые орудия… Запрет производства 9 мм пистолетов выглядел переходом границы, отделяющей обычную глупость от идиотизма. Автор почему-то уверен, что не обошлось в этом деле без занимавшего высокий пост…
…Вылез из автомобильного салона, рокочет артиллерийский барраж (не слишком близко, но зачем глупый риск, в самом деле!), в голове чуть пошумливает от французского, коллекционного…
«…От имени… За храбрость перед лицом противника награждается…» Ну и прочая ерунда… Этот постарался приодеться, но все равно не по форме…
— Что это у вас в кобуре, лейтенант?
— Люгер-Борхардт образца 1908 года, немцы называют его парабеллум [21], сэр. Чертовски удобная штука в окопе, сэр…
— Oh, really? Tet me have a look, please… [22]
Слова не растягивает, значит — не закончил Сэндхёрст, из штатских… Боже, какие ногти… Неужели трудно выделять в день по часу, чтобы приводить их в порядок? А Парабеллум — тяжелый, сразу улегся в руку, как будто здесь и родился…
— Как случилось, что вам не выдали положенный уэбли, лейтенант? Кто виноват в этом?
— Я потерял свой уэбли, сэр. И признаться, ни разу не пожалел о нем, пока со мной парабеллум, сэр.
Хам. Негигиеничный и непатриотичный хам. Жаль, что потребовать вернуть награду неприлично. А парабеллумы — запретить, чтобы не умаляли величие подвига…
Что ж, стали выпускать парабеллумы под маузеровский патрон калибра 7,65. А конструкции будущих танков и самолетов — без спешки продумывать, как и их боевое применение.
Но бесполезными оказались дурковатые экзерсисы политиков: поднялась Германия, и, когда по выражению политработников с компактными головками, государственно насупленными бровями и крайне могучими языками, вновь запахло грозой — рассверлили стволы парабеллумов под любимый 9 мм калибр (рис. 2.1).
Вторая мировая война застала ее участников в сомнениях, колебаниях между отжившим свое, но привычным, и — новым, неизведанным.
Формировались подвижные танковые и механизированные соединения и одновременно — строились «линия Мажино» и «Система пограничных укреплений» [23].
Рис. 2.1
Левый снимок: 20 мая 1982 г. Операция «Саттон» — высадка британской морской пехоты у Сан-Карлоса (Фолклендские острова) проходит успешно, противодействия аргентинских войск пока нет. «Ройал мэрии» перебирает побывавшее в морской воде снаряжение. В правом нижнем углу снимка — доставшийся по наследству от деда парабеллум; сейчас его протрут чистой тряпочкой. Проблем с боеприпасами тоже не предвидится: после Второй мировой войны 9 мм патроны парабеллума стали стандартными во всех армиях НАТО.
Правый снимок: парабеллум, найденный поисковиками в Ленинградской области через полвека после боев
Со стапелей сходили огромные, умопомрачительно дорогие артиллерийские корабли, хотя самолеты, взлетая с пока немногочисленных авианосцев, доставляли боеприпасы на значительно большие, чем артиллерия, расстояния, а главное — попадали ими в цели куда чаще. В сражении у тихоокеанского атолла Мидуэй летом 1942 года, американские самолеты атаковали соединение, состоявшее из четырех японских авианосцев и многочисленных кораблей их охранения. Несколько атак закончилось безрезультатно, но затем четыре эскадрильи палубных пикирующих бомбардировщиков, пролетев около 200 морских миль — дистанцию, в десятки раз превышавшую дальность действительного огня линкорных пушек, и сбросив всего-то менее полусотни 450 кг бомб, добились по нескольку попаданий ими в три японских авианосца (рис. 2.2), что оказалось фатальным для огромных кораблей. Несколькими часами позже, также палубными пикирующими бомбардировщиками, был добит и четвертый японский авианосец.
Рис. 2.2
Пикирующие бомбардировщики американских авианосцев «Энтерпрайз» и «Йорктаун» атакуют японские авианосцы. Американский художник точен в деталях: у изображенного на переднем плане авианосца «Акаги» островная надстройка — на левом борту, что отличало его от других кораблей
… А линкорам пришлось сменить королевские мантии на пыльники охранников в свите авианосцев. Сражение с самолетами заканчивалось плохо даже для самого крупного артиллерийского корабля. 6апреля 1945 г., с задачей воспрепятствовать высадке американских войск на остров Окинава, из Внутреннего моря вышло соединение во главе с флагманом Объединенного флота — линкором «Ямато». Перед рассветом оно было замечено экипажем бомбардировщика В-29, летевшего над Внутренним морем. Затем радиообмен «Ямато» был перехвачен американскими подлодками, а вскоре отметки от японских кораблей появились и на экранах их радаров. Однако высокая скорость (22–24 узла), с которой шло соединение, не дала подводникам возможности выйти на позиции для торпедной стрельбы. В штабе американского 58-го оперативного соединения ожидали подобной реакции императорского флота на события близ Окинавы. По получении донесения о выходе соединения во главе с «Ямато» была срочно сформирована группа кораблей для артиллерийского боя с ним — несколько устаревших линкоров, 356 мм орудия которых могли стрелять на дистанцию до 35 км. Но количественное превосходство в данном случае вовсе не было гарантией победы. «Ямато» во многих отношениях являлся уникальным кораблем: крупнейшим по водоизмещению (полное — 72908 т), сильнейшим по бронированию (башни главного калибра — до 650 мм). А главной гордостью конструкторов была артиллерия главного калибра: девять 460 мм орудий с длиной стволов 45 калибров, дальность стрельбы которых превышала 42 км. В 1945 г. данные разведки ВМС США о кораблях этого типа были неточны (так, считалось, что калибр их орудий — 406 мм). Знай американские адмиралы всю правду, возможно, их стремление затеять с таким гигантом артиллерийский бой и поубавилось бы: держась за пределами дальности стрельбы линкоров США, он мог «достать» их своими почти полуторатонными «сеншики дан». Однако судьбу «Ямато» решила палубная авиация.
Рис. 2.3
Палубные истребители-бомбардировщики F4U «Корсэр» ВМС США атакуют японский линейный корабль «Ямато». На нижнем снимке — взрыв пороховых зарядов в башне главного калибра
«Ямато» шел в центре кругового ордера из восьми эсминцев и легкого крейсера «Яхаги», когда в 12.20 последовал налет около 150 палубных самолетов (рис. 2.3). Первым был уничтожен торпедой один из эсминцев, получил повреждения «Яхаги», а в линкор попали четыре бомбы, выкосив осколками многие зенитные расчеты и приведя в негодность радар. Попадания четырех торпед вызвали крен корабля 6° на левый борт. Интенсивный зенитный огонь «Ямато» был малоэффективен: противник потерял лишь два пикирующих бомбардировщика «Хэллдайвер». И это несмотря на то, что в отражении налета, помимо 147-ми стволов малокалиберной зенитной артиллерии линкора, 12-ти 127 мм орудий и шести 155 мм орудий, участвовала и артиллерия главного калибра, в боекомплекте которой имелись боеприпасы ПВО. Зенитный снаряд «тип 91» (весом 1300 кг) содержал готовые поражающие элементы — стальные трубочки с огнесмесью. Экспериментальный зенитный снаряд — огромные кольца проволоки, которые разворачивались при взрыве низкобризантного ВВ (рис. 2.4). Могущество этих боеприпасов намного превосходило все, на что были способны боевые части и всех послевоенных зенитных ракет, но к огромным снарядам не было неконтактных или радиокомандных взрывателей, разработка и производство которых были непосильными задачами для Японии тех лет. Трубки же, вроде шрапнельных, времен Первой мировой, подрывали «противовоздушных» мастодонтов с такими промахами, что результат их боевого применения был близок к нулю.
Рис. 2.4
Поражение цели «специальным зенитным снарядом» (по замыслу его создателей). Фотография корпуса 460 мм снаряда главного калибра линкора «Яма-то» сделана в храме Ясукуни, воздвигнутом в честь погибших японских воинов
Первая атака не вывела «Ямато» из строя: соединение шло со скоростью 22 узла, когда, через час после первой, последовала вторая атака полусотни палубных самолетов. Ее результатом стали еще пять торпедных попаданий в линкор (из них три — в левый борт), крен увеличился, пришлось прибегнуть к контрзатоплению отсеков правого борта. Скорость упала до 18-ти узлов. Еще через 45 минут последовала и третья атака, а с ней — и четыре попадания торпед. К этому времени почти вся зенитная артиллерия «Ямато» была уничтожена разрывами бомб. Загорелись пороховые заряды в одной из башен. Вышли из строя рулевые машины и связь. Был отдан приказ покинуть корабль, однако спастись удалось немногим: когда крен достиг 80°, из стеллажей стали выпадать снаряды главного калибра. Вероятно, многим «горячим точкам» довелось собраться в одном из них — и сдетонировал главный артиллерийский погреб (более 500 т ВВ). Погибли командующий соединением, командир корабля и 2500 матросов и офицеров. Операция «Тэн-ичиго» («Небеса-1») провалилась. В Сасебо вернулись лишь четыре эсминца…
…Редко доводилось линкорам вести огонь по кораблям, для сражений с которыми они предназначались (рис. 2.5). Где действительно пригодились большие стволы — так это при десантных операциях (рис. 2.6). На результаты их работы не могла нарадоваться морская пехота, потому что 406 мм снаряд, прежде чем разорваться, мог пробить девять метров железобетона…
Рис. 2.5
Вверху — залп главным калибром американского линкора «Массачусетс». Виден покинувший ствол 406-мм снаряд. Внизу слева — матрос обеспечивает подачу 406-мм снарядов из магазина в башню. Снаряд весит тонну, но стрелять такими по морским целям в годы войны линкорам приходилось нечасто. «Массачусетс» в конце 1942 г. участвовал в операции «Торч» — высадке англо-американских войск в Северной Африке и своими снарядами подавил сопротивление французского линкора «Жан Бар», подчинявшегося союзному Германии правительству и стоявшего без хода в порту Касабланки. Остаток попавшего в «Жан Бар», но не разорвавшегося бронебойного снаряда «Массачусетса» — внизу справа. Ясно, что снимок сделан в музее, потому что после бронепробития краска на снаряде сохраниться не могла
…Не давала покоя высокопоставленным более чем сомнительная слава припарижской «Колоссаль». И разъезжали по специально построенным железнодорожным веткам по берегу Ла-Манша неимоверно длинные (рис. 2.7), чьи стволы тоже поддерживали от прогиба тросы, посылали снаряд за снарядом — редко и совсем неметко. И кручинились за скудным, рационированным ужином туземцы:
«Слыхала? Позавчера-то вечером в Уэстхэме в хлев угодило, а там — коровенка. Так одна ямка от нее и осталась, даже на путный бифштекс не собрали…»
…И ползли, как беременные мокрицы, переваливаясь через кочки, короткие, но толстые и тоже редко вспыхивал горизонт от их выстрела и бахал снаряд, вышвыривая из воронки тонны земли. Стреляли-то по ночам и потому тоже не слишком метко, а днем — ну как заметит штурмовик — и как потом эту гору металлолома с фронта на переплавку переть?
Рис. 2.6
В годы Второй мировой войны острова Тихого океана были хорошо укреплены японцами. На снимке вверху — автор у построенного ими на острове Чеджу укрытия для самолета (теперь там хранится сельскохозяйственная утварь). Чеджу был тыловой позицией японской обороны, хотя там и базировались самолеты корпуса камикадзе, наносившие удары по американским кораблям. А вот за остров Иво в феврале 1945 г. произошло ожесточенное сражение. Корабельные снаряды несколько дней «размягчали» японскую оборону, после чего бункеры для самолетов вряд ли уцелели
…Под гусеницами бронетанковых соединений оборона трещала, как скорлупа, а там, где они взаимодействовали с авиацией — пикирующими бомбардировщиками и штурмовиками, — наступление напоминало нож, входящий в масло. С танком уже нельзя было справиться, метко выстрелив в него из первой подвернувшейся под руку пушки (рис. 2.8). Конечно, близкий разрыв 20–25 килограммов ВВ мог так «встряхнуть» танк, что он выходил из строя, но столько взрывчатки несет только снаряд вроде тех, которыми стреляют на море крейсера.
Рис. 2.7
Слева: 1940 г. Германское сверхдальнобойное орудие на железнодорожном ходу послало свой снаряд через Ла-Манш. Справа: как бы «самоходные» германские 600-мм орудия сделали свои первые выстрелы по Брестской крепости 22 июня 1941 г. Но и там, и при штурме Севастополя, даже при практическом отсутствии в воздухе авиации противника, эти мастодонты не продемонстрировали заметной боевой эффективности
Американскому крейсеру «Бойз» удалось как-то снарядами главного калибра отразить атаку итальянских танков, когда он обеспечивал огнем высадку на Сицилии, и странно, что после этого никто из высокопоставленных не смекнул: надо бы повытаскивать крейсера из моря, поставить на гусеничный ход и приказать им сопровождать войска…
Рис. 2.8
Редкий снимок, сделанный зимой 1941 г. с близкого расстояния солдатом вермахта: прямое попадание в советский танк Т-34. Снаряд не проник внутрь танка, а разорвался на броне, о чем свидетельствуют газы взрыва и разлетающиеся ошметки. Объем газов позволяет оценить количество взрывчатки — около сотни граммов. Вероятно, это был снаряд 37 мм противотанковой пушки. Т-34, скорее всего, не потерял боеспособности
Далеко не всегда «убивала» танк и куда более мощная, чем снаряд артиллерийского мастодонта, авиационная бомба (рис. 2.9) — энергия ее взрыва порой не могла компенсировать промахи по хорошо защищенным целям.
Рис. 2.9
Германский пикирующий бомбардировщик Ju-87 был основным средством авиационной поддержки войск на поле боя. Бомбометание с пикирования — значительно более точное, чем с горизонтального полета, но «охота» в пустыне Северной Африки закончилась безрезультатно: на «дичь» (танк «Шерман», американского производства) сброшена полутонная бомба, но промах оказался таким, что цель не получила повреждений
Необходимостью стала специализация боеприпасов. В бронебойных следовало не рассеивать энергию по всем направлениям, а наоборот — сконцентрировать ее в точке попадания, сделав ставку на меткий выстрел.
Бронебойные снаряды были вначале просто болванками из стали — по калибру соответствующей пушки. В донной части некоторые из них имели небольшой заряд — чтобы было чем «удивить» танкистов, преодолев броню, — ведь для людей взрыв в замкнутом пространстве гораздо опаснее, чем на открытом воздухе. Такой снаряд мог пробить броню равной своему калибру толщины, да и то — при благоприятном угле встречи и на небольшой дистанции (рис. 2.10).
Рис. 2.10
Бронебойный снаряд «показался», но пробить вязкую броню не смог (верхний снимок). Неизвестно, с какой дистанции был произведен выстрел, но видно, что толщина броневого листа примерно равна калибру. Незавершенное бронепробитие (слева, внизу — результат попадания 20 мм снаряда в лист алюминиевого сплава, в центре — результат компьютерного моделирования этого процесса в многослойной защите) не всегда бывает безопасным: в закаленной стали оно приводит к её скалыванию и образованию поражающих экипаж элементов (внизу справа)
Еще до войны была предложена «ультрапуля», напоминающая в разрезе гриб-поганку (рис. 2.11). В казенной части ствола была раскрыта юбка того гриба, и потому действовало давление пороховых газов на большую площадь. Но не только пуля была новшеством: канал ствола был коническим и по мере движения, складывалась юбка и покидала ствол (кстати — со скоростью до 1500 м/с) уже не сомнительной внешности поганка, а компактное тело, с небольшим лобовым сопротивлением. Пробивали ультрапули броню вдвое большей своего калибра толщины, но сложны были в производстве конические стволы, да и недолга их жизнь: и по причине быстрого износа, и потому, что опасное это дело — с ружьем, хоть и противотанковым — да на прямом выстреле…
Но ведь можно разогнать снаряд и в обычном стволе, облегчив пушке работу: сосредоточив основную массу в поражающем элементе-ломе значительно меньшего, чем калибр ствола, диаметра (рис. 2.12). Чтобы газы не прорывались, заключили лом в легкий поддон (рис. 2.13). Бывало, лом отражался от брони (рикошетировал) или переламывался, но, если внедрялся («закусывал», рис. 2.14), то пробивал броню, толщиной более чем в четыре раза превышавшую калибр орудия. Заброневое же действие лома основывалось на свойствах его материала. Бронепробитие, понятно, сопровождается очень большой нагрузкой на лом, но по выходе из брони сжатие сменяется разрежением («разгрузкой»). Разрежение может «растащить» стальной цилиндр, превращая его в подобие полена, разваленного колуном (рис. 2.15), причем внутри «полена» сохранится структура, напоминающая древесные волокна. Материал лома подбирали таким, что разгрузкой при выходе из брони он дробился: куски его поражали аппаратуру и экипаж, а если он был сделан из такого пирофорного материала, как уран, эти осколки еще и горели…
Рис. 2.11
«Ультрапули». Верхний ряд снимков, слева направо: изменение формы пули в процессе движения в коническом стволе; пуля с закаленным сердечником; пули, снаряженные зажигательным составом (моделирован вставками золотистого цвета), воспламенявшимся при пробивании брони. Бронепробитие пуль со снаряжением — пониженное, зато заброневое действие — выше. Но и сердечник не всегда пробивал броню, особенно — при встрече под углом (нижний снимок)
Рис. 2.12
Верхний снимок — эволюция бронебойных снарядов к советской авиационной пушке калибром 23 мм: цельнометаллический (есть только трассер); с сердечником из закаленной стали (баллистический наконечник удален); экспериментальный, с отделяемым поддоном из алюминия и полиэтилена и оперенным ломом.
Нижний ряд: бронебойная 12,7 мм пуля и результаты компьютерного моделирования бронепробития коротким сердечником и удлиненным ломом
…Недостатком бронебойных снарядов, которыми стреляли орудия небольших калибров, была низкая эффективность действия по целям невысокой защищенности, которых на поле боя — большинство. В боекомплекты мощных орудий бронебойные снаряды не входили, но такие орудия не были беззащитны в случае внезапной атаки: стрельба осколочно-фугасными и даже шрапнельными снарядами с установкой взрывателей на удар позволяла выводить танки из строя.
Рис. 2.13
На верхнем снимке — разработанный в начале 90-х, самый мощный советский оперенный бронебойный подкалиберный снаряд (ОБПС) ЗБМ46 «Свинец». Диаметр сердечника (изготовленного из обедненного урана) в пять раз меньше, чем калибр пушки (125 мм). На дистанции 2000 м лом ОБПС «Свинец» при встрече по нормали может пробить до 600 мм гомогенной брони. После выхода из ствола орудия, детали поддона ОБПС сдуваются набегающим потоком воздуха, и зажигается трассер в хвостовой части снаряда, позволяющий наблюдать его траекторию (нижний снимок)
…Но росла мощность танковых двигателей, все более толстую броню несли они на себе — и прорывались танки сквозь огонь. Выскочить из окопа и побежать от боевой машины — чревато, в чем убедились многие, как правило, на чужих примерах. Но если не бежать — чем встретить? Вспомнили о приближающемся столетнем юбилее открытия явления, в чьем названии, как и в названии парабеллума, звучала латынь: cumulo — накапливаю. В горячке боя не до понимания сущности эффекта, вот и разносилась по батареям 76 мм «полковух», неспособных проткнуть подкалиберным броню новых танков, команда: «Бронепрожигающим — огонь!» Подбитый артиллеристами танк горел, но не потому, что их снаряд «прожег» броню. По другую сторону фронта такой снаряд называли das Hohlladungs-geschoss — «снаряд с выемкой в заряде».
Рис. 2.14
Слева — подкалиберные снаряды израильской фирмы IML Малый угол встречи и высококачественная сталь не помешали лому 105-мм ОБПС APFSDS-Т «закусить» и пробить ствол пушки сирийского танка Т-62 (советского производства)
Рис. 2.15
Слева — стальной цилиндр, сжатый давлением взрыва, а затем «растащенный» волной разрежения («разгрузкой»). Справа — попадание ОБПС с сердечником из обедненного урана в американский танк М 24. Неизвестно, пробита ли танковая броня, но видно, как, разлетаясь, энергично горят элементы сердечника
Выемка эта, действительно, определяет многое. Внутри нее сжимается детонацией мощной взрывчатки медная облицовка, и «выдавливался» из этой облицовки поражающий броню элемент. Если облицовка — конус с острым углом при образующей (рис. 2.16), то в длинную и тонкую кумулятивную струю (КС) переходит до 30 % массы облицовки и приобретают самые быстрые части струи скорость до 10 км/с [24] — значительно больше той, с которой «схлопывает» облицовку детонация. Ничего эта струя не прожигает и даже сама состоит не из расплавленного металла, а сравнительно «холодного», но такого, в котором развившееся при схлопывании давление нарушило прочностные связи и потому — ведущего себя, как жидкость. Достигнув брони, КС и в ней создает такое давление, что течет броня, а струя «промывает» узкое отверстие, расходуя при этом себя.
Рис. 2.16
Моделирование сжатия медной воронки (врезка слева вверху) детонацией, фронт которой обозначен «радугой». Из воронки вначале выдавливается самый высокоскоростной элемент.
Далее: воронка сжата, кумулятивная струя сформировалась, внедрилась в броню. Внизу: металл струи расходится по стенкам каверны, вылетая из нее в направлении, обратном движению струи. Бронепробитие продолжается, пока кумулятивная струя не будет израсходована на всю длину
…Кумулятивные боеприпасы самых ходовых калибров промывают очень толстую броню: в наше время — до метра, однако необходимо, чтобы заряд сработал не некотором — фокусном — расстоянии от брони, и КС успела сформироваться. Потому-то кумулятивные боеприпасы имеют полые наконечники: для упреждающего подрыва, пока заряд не слишком близко подлетел к броне. Слишком дальний подрыв тоже приведет к потере способности КС промыть броню, потому что скорость головной части струи больше, чем хвостовой и струя со временем распадается в полете, а попадание отдельных элементов не приводит к формированию течения металла, реализующего кумулятивный эффект: на броне в этом случае остается неглубокая, неправильной формы воронка, которую танкисты называют «ведьмин засос» (рис. 2.17).
Рис. 2.17
Верхний снимок: неизвестно, что вызвало преждевременный подрыв кумулятивного боеприпаса (возможно — ветка дерева), но на броне танка T-VI «Тигр» остался лишь «ведьмин засос». Ниже: Танк Т-72БМ, Грозный, январь 1995 г. Места поражения кумулятивными боеприпасами показаны стрелками; слева от каждой из стрелок видны «коробки» динамической защиты. Если бы коробки были установлены штатно, а не «через одну», то поражения кумулятивной струей, попавшей ближе к пушке, можно было избежать
Укорачивает КС и динамическая защита (ДЗ). Это — расположенные под острыми углами к вероятным направлениям обстрела металлические коробки. Промежутки между двойными стенками коробок заполнены чувствительным листовым ВВ. Головная часть кумулятивной струи, попав в элемент ДЗ, инициирует детонацию, которой стенкам коробки сообщается скорость в пару километров в секунду. Летящие пластины металла бьют по кумулятивной струе сбоку и разрушают ее остаточную часть, уменьшая длину, а от этой длины напрямую зависит глубина броне пробития…
…ДЗ была впервые предложена и отработана в СССР. Однако на заседании, решавшем вопрос о принятии ее на вооружение, раздался голос Главного маршала бронетанковых войск: «Обкладывать танк взрывчаткой? Не дам!» Такой голос военные называют командным. Гражданские употребляют другой термин, но именно на многих гражданских его эффект проявляется в наибольшей мере, доставляя носителю голоса неизъяснимое наслаждение. Мир впервые увидел ДЗ полтора десятилетия спустя, в Ливане, на израильских танках…
ДЗ действительно опасна, но не для танка, а для сопровождающих его в атаке пехотинцев. А вот решетки (рис. 2.18) или другие экраны, монтируемые перед основной бронезащитой с расчетом на то, что взрыватель сработает не на расстоянии, соответствующем фокусному — безопасны для пехоты, но менее эффективны.
Рис. 2.18
Верхний снимок: танк Т-62 с наваренными на бортах и башне противокумулятивными решетками. Бронепоезд «Терек», Чечня. Такая защита спасает не всегда: прикрыть всю поверхность ею нельзя. На нижнем снимке — на американский бронетранспортер «Брэдли» были установлены решетки (видны справа), но граната из РПГ-7 попала в незащищенный участок (Ирак)
Промыв броню, КС не ведет себя в танке столь буйно, как прорвавшийся бронебойный снаряд: если она не задевает членов экипажа, минует снарядную боеукладку и другие важные узлы, танк может еще и повоевать.
Компактные кумулятивные заряды быстро получили признание не только в артиллерии. Более того, в артиллерии с их применением как раз возникают проблемы: вращение снаряда — причина развития в КС неустойчивостей, которые снижают ее действие, а вот гранаты и реактивное оружие — идеальны для нее.
Весьма широко, особенно — на завершающем этапе войны, применялись германские противотанковые реактивные гранатометы «Панцерфауст» и «Панцершрек» (рис. 2.19). Стоило такое оружие недорого, например «Панцершрек» — всего 70 райхсмарок (для сравнения: карабин 98 к обходился вермахту в ту же сумму, а уже знакомый читателю парабеллум — в 18 райхсмарок).
На фотографии выстрелить из «Панцершрека» готовятся германские пехотинцы, но в конце войны под гусеницы танков противника гнали и фольксштурмовцев — юнцов, стариков и домохозяек, вооружив их простыми в обращении гранатометами. Но не только ими. Когда дела идут неважно, высокопоставленные предпочитают опытным солдатам романтиков, поскольку эта категория граждан знаменита тем, что не сознает опасности. Именно на романтиков было рассчитано оружие совсем уж ближнего боя — ручной кумулятивный заряд HHL-3 (рис. 2.20). Предполагалось, что, выбежав из подворотни, сопляк с повязкой «Фольксштурм» скоренько укрепит HHL-3 на броне танка, дернет за шнурок терочного запала, каким комплектовались немецкие ручные гранаты и, скорее всего, проживет после этого еще целых 4,5 секунды…
Рис. 2.19
Слева — подготовка к выстрелу из одноразового реактивного гранатомета «Панцерфауст». Справа — боевое применение гранатомета «Панцершрек» (солдаты часто называли его «Offenrohr» — «открытый ствол»), В руках заряжающего — 88 мм реактивная граната. Такие использовались не только в этом гранатомете, но и в других образцах противотанкового вооружения, например, в легком орудии «Пуппхен» (нижний снимок)
Но HHL-3 был «оружием отчаяния» а вот концепция германских гранатометов нашла после войны применение во многих странах, служит она разработчикам оружия и в настоящее время. Влияние ее заметно и в наиболее распространенном в мире советском гранатомете РПГ (рис. 2.21).
Рис. 2.20
«Фронтовой город Франкфурт будет держаться!» — заклинает германский военно-патриотический плакат, а заодно и демонстрирует, кто должен «держаться». На правом верхнем снимке показано как. Правда, снимок, несомненно, инсценировка: слишком уж чиста танковая броня и, к тому же, боеприпасы ни одной армии мира не бывают окрашены «бронзовой» краской. Ножки заряда HHL-3 фиксировали его на расстоянии от танковой брони, равном фокусному, и в них же имелись магниты, за счет которых боеприпас притягивался к броне
Более сложными (но и обещавшими быть более эффективными) были ракеты «Роткеппхен» (рис. 2.22), управляемые по проводам, разматывавшимся с катушки в полете. О них — родоначальниках нового класса противотанковых средств — правильно упомянуть именно в связи с кумулятивными зарядами, потому что ракетные двигатели уже широко применялись, управление по проводам было новым, но не единственно возможным решением, а вот без малогабаритных и способных преодолеть толстую броню кумулятивных зарядов это оружие просто не появилось бы. Опытную партию «Роткеппхен» передали вермахту в апреле 1945 г., документов о результатах их боевого применения не сохранилось, но вот потом много раз громко заявляли о себе в ближневосточных конфликтах их прямые французские «родственницы» SS-10 и SS-11.
Рис. 2.21
Советский гранатомет РПГ-7В и выстрелы к нему: на переднем плане — осколочный ОГ-7В, за ним — термобарический ТБГ-7В и кумулятивный, тандемный (рассчитанный на преодоление динамической защиты) — ПГ-7ВР
…Как ни старались воюющие стороны, надежно защитить танки от пусть даже иногда не смертельных, но далеко не безопасных «уколов» кумулятивных струй не удавалось. Конечно, до экранов додумались и сами танкисты: наваривали на борта подобранные где попало стальные листы, прикрепляли к уязвимым местам запасные траки гусениц, катки, всякий хлам. Но весь танк в хлам не оденешь: машина должна видеть, а дополнительная «одежда» не должна мешать ей двигаться, потому что подвижность на поле боя — тоже защита и еще неизвестно, менее ли надежная, чем броня. До наших дней кардинальным, качественным скачком поиск защиты танков не увенчался, хотя новые идеи появляются…
Рис. 2.22
Вверху — управляемая по проводам германская противотанковая ракета «Роткеппхен». Внизу — устройство ее послевоенной «родственницы», разработанной фирмой «Бельков». В полете провода, по которым поступают сигналы управления, разматываются с малоинерционной катушки 1. Довольно примитивная электронная схема 2 состоит из нескольких механических реле. Поражает цель кумулятивный заряд 3
Разбивать кумулятивную струю на части, лишая ее способности к бронепробитию, можно не только с помощью наполненной листовым ВВ «коробчатой» динамической защиты, но и — пропуская мощный токовый импульс (рис. 2.23). Усложнение машины, оснащение ее высоковольтным оборудованием, угрожающим при неумелом обращении экипажу? И на это идут, чтобы продлить не слишком долгую жизнь танка на поле боя.
Рис. 2.23
Чтобы помешать кумулятивной струе промыть броню, перед основной бронезащитой устанавливают два электрически изолированных друг от друга экрана (второй из них на снимке — чуть толще), подключенных к источнику тока, в качестве которого может использоваться высоковольтный конденсатор большой емкости или значительно менее габаритный взрывомагнитный генератор (с устройствами этого класса читатель познакомится в главе 4). Проходя через экран, КС замыкает цепь. И если в отсутствие тока струя легко преодолевает экраны, сохраняя способность к бронепробитию (рентгенограмма «а»), то протекание очень большого (в сотни килоампер) тока оказывает существенное сжимающее действие на ее металл (о пондерромоторных силах — также в главе 4). При этом возникают так называемые «перетяжечные» нестабильности (там, где струя была чуть тоньше, она становится еще более тонкой) и КС распадается на отдельные элементы (рентгенограмма «б»), теряя способность к бронепробитию
…С восторгом встретили бы в свое время преподаватели, засиравшие студенческие мозги философией («наукой наук»), описание идеи, олицетворяющей «единство и борьбу противоположностей»: кумулятивный эффект работает против своих «товарищей по совместной борьбе» (с броней). Правда, не узкие струи, а широкие кумулятивные «сабли» терзают подлетевший к броне лом, не давая ему проткнуть машину (рис. 2.24). А уж, тем более, могут сабли перебить тонкую КС, но, правда, отсечь они в состоянии лишь небольшую ее часть.
Рис. 2.24
Попадание ОБПС на дистанции стрельбы в сотню метров пробивает в танковой броне отверстие, по площади намного превышающие поперечное сечение лома (слева — башня танка Т-54 после такого попадания). Правда, дуэли танков происходят обычно на дистанциях в пятнадцать — двадцать раз больших, но и тогда попадание лома, как правило, фатально, хотя и выглядит менее зрелищно (отверстие в бронеплите справа). Правее этого отверстия — следы пресеченной попытки бронепробития: небольшая вмятина от сердечника и след, напоминающий стиральную доску. Это сделала динамическая защита 1 с кумулятивными зарядами, но — удлиненными, формирующими при срабатывании не тонкие струи, а летящие «сабли». Удар лома 2 вызывает детонацию взрывчатого вещества в блоке защиты и ее «сабли» режут сердечник, от которого остается только «обглоданный», неспособный к «закусыванию» остаток 3
…Хотелось бы, чтобы эта книга читалась легко, а этого невозможно добиться, не упрощая изложение (например — опуская особенности удлиненных кумулятивных зарядов, приводя уже привычную схему). Но, с другой стороны, автору приходилось участвовать в работе комиссий, разбиравших примитивные предложения «изобретателей», прочно уверовавших, что «не боги горшки обжигают». Изложить идею можно и нужно просто, но на пути ее реализации приходится не раз убедиться в справедливости слов, которые Гёте вложил в уста одного из своих героев: «Raffiniert ist der Herr Gott, aber bosshaft ist er nicht…» [25]
… Медная воронка (рис. 2.16) — облицовка кумулятивного заряда — выглядит обманчиво просто. Когда после войны кумулятивные заряды стали оптимизировать — исследовали все, что могло иметь отношение к работе воронки: структуру металла, влияние его толщины и углов конусности, разработали методы интеграции воронки в заряд, гарантирующие отсутствие каверн во взрывчатке, и прочее, прочее. Но «оптимальные» и идентичные воронки в абсолютно одинаковых зарядах показывали разные величины броне пробития. Оргвыводов начальства разработчикам удалось избежать после того, как один из них припомнил, что в числе рабочих, раскатывавших воронки на станке (против или по ходу часовой стрелки — направление не регламентировалось), есть левша. Предположение о влиянии направления раскатки на бронепробитие казалось абсурдным, но оно подтвердилось. Объяснить этого не смог никто, просто в документацию внесли пункт, обязывающий раскатывать воронку «правильно», а не так, как было удобно работяге…
Подобные ловушки расставлены на пути любого экспериментатора, и все же всегда будут находиться те, кого тянет ощутить возможности и взаимосвязи явления своими руками. Ну что за опыт с карандашами — всего лишь иллюстрация! Беда домашнего естествоиспытателя в том, что эксперименты с взрывчаткой обязательно привлекут к его личности внимание государственных органов, которые, возбудившись, причиняют неприятности, вряд ли относимые к категории незначительных. В случае с кумуляцией есть возможность этого избежать.
Начать можно с наблюдений за падением в воду шарика (он должен быть несмачиваемым, например, из пластилина). При погружении в воду шарик создаст за собой полость, «схлопывание» которой приведет к формированию кумулятивной струи, бьющей вверх. Но струя эта будет «толстой» и невысокой.
Наполненная водой пробирка, отпущенная строго вертикально с высоты 5–6 см, при ударе о твердую поверхность, «выдаст» струю, бьющую выше, чем на метр. Кумулятивная воронка образуется в фазе полета — мениск смачивающей стекло воды в невесомости стремится принять вогнутую форму. Потом — удар и стенки выемки устремятся вниз, «схлопывая» полость и формируя струю. Освоив «низковысотные» опыты, можно, пожертвовав пробиркой, отпустить ее на пол от уровня груди. Удачное, но редкое стечение обстоятельств приведет к тому, что капли — элементы КС — достигнут потолка.
Но опять же — не то: да, образуется струя, но что она может? Придется подобрать на свалке старый телевизор.
КС будет сформирована без взрыва — за него сыграет высоковольтный разряд в воде. Разрядник изготовим из обрезка «телевизионного» кабеля РК-50 или РК-75 внешним диаметром 10 мм. К оплетке припаяем медную шайбу с отверстием 3 мм — соосно с жилой. Другой конец кабеля зачистим на длину 6–7 см, и за центральную (высоковольтную) жилу укрепим на конденсаторе, обеспечив контакт жилы с его выводом.
Роль воронки выполнит мениск воды. Желательна большая его глубина, а значит, стенки трубки должны хорошо смачиваться. Стеклянная неприятна тем, что разлетается на осколки. Хорошо смачиваемый эбонит редок, но выход есть: вкладыш из бумаги в трубке из любого диэлектрика. Калибр «кумулятивного заряда» (внутренний диаметр трубки) — 6–8 мм.
О воде. Та, что из-под крана — не годится: она хорошо проводит и ток пройдет по всему объему. В воде же для инъекций, приобретенной в аптеке, солей нет и вся энергия разряда выделится в области пробоя, смоделировав взрыв.
Разряд в воде между шайбой и жилой кабеля, обеспечит высокое напряжение — для этого и нужен телевизор, в котором есть высоковольтный источник. Работа с напряжением 25 киловольт, которое подается на кинескоп, требует навыка, поэтому, если есть источник на 6–7 киловольт, лучше использовать его (рис. 2.25). Для желательной в опытах энергии разряда в 10 Дж, напряжение U имеющегося у вас источника определит и емкость С конденсатора (E=CU /2). После каждого опыта конденсатор обязательно надо закорачивать, чтобы не «дернуло» остаточное напряжение на нем, но вообще-то этого все равно не избежать. Если нет серьезных проблем с сердцем, «встряхивание» будет безвредным и наилучшим образом научит правилам безопасной работы с высоким напряжением.
Рис. 2.25
Установка для формирования водяной кумулятивной струи включает (слева):
1 — источник высокого напряжения;
2 — высоковольтный конденсатор;
3 — зачищенный на половину длины радиочастотный кабель
4 — трубка с налитой водой.
В центре — пробитие слоя желатина струей воды и крупный план этой струи. КС образовалась из вогнутого мениска воды, при воздействии на него ударной волны от разряда. Энергия конденсатора коммутируется при помощи стержня из оргстекла, сближающего электроды (стержень и искра разряда при коммутации видны в нижнем правом углу снимка); справа — выход из слоя желатина вошедшей в него под углом кумулятивной струи
Соединим кабель и трубку обрезком шланга для душа. Воду нальем с помощью шприца: в ней не должно быть пузырьков, они исказят течение. Убедимся, что мениск образовался на расстоянии примерно в сантиметр от шайбы.
Зарядим конденсатор и замкнем контур. В воде пробой разовьет большое давление и образуется ударная волна, которая и «схлопнет» мениск.
Тонкую и быструю КС вы обнаружите по тычку в протянутую в метре над установкой ладонь или по водяным каплям на потолке. Увидеть ее невооруженным глазом сложно, но можно получить снимки (на черном фоне). Для этого подойдет камера CASIO Exilim Pro EX-F1, позволяющая снимать видео со скоростью до 1200 кадров в секунду. Правда, искра «подсвечивает» КС и «бронепробитие» можно заснять и недорогим фотоаппаратом, открывая в темноте его затвор и затем замыкая контакт. В качестве «брони» подойдет желатин.
Настроив установку, можно экспериментировать:
— менять толщину и угол расположения слоя желатина, посмотреть, как влияет на «бронепробитие» разделение преграды на несколько разнесенных слоев;
— менять диаметр трубки и расстояние между воронкой и точкой «взрыва», наливая в трубку разное количество воды;
— устанавливать в трубке на тонких ниточках «линзы» из пластилина, меняя тем самым форму фронта УВ, воздействующей на воронку;
— не ставить в трубку бумагу и сделать мениск выпуклым — тогда КС не образуется, а в разные стороны полетят брызги.
Полезно знать выводы теории кумуляции:
— если параметры удара КС обеспечивают ожижение материала преграды, то дальнейшее повышение ее скорости не имеет смысла — бронепробитие зависит в основном от длины струи;
— оно же зависит от соотношения плотностей брони и КС.
Понятно, что неудача попытки пробить фольгу будет обусловлена не неблагоприятным соотношением плотностей, а тем, что водяная струя установки слабовата для ожижения алюминия…
Ну, а по настоящей броне бьют не водой, а металлом: если угол раствора конусной облицовки кумулятивного заряда значителен (рис. 2.26) или облицовка представляет собой полусферу, то образуется не тонкая струя, а компактное ударное ядро (рис. 2.27). Применение ударных ядер во Второй мировой было не столь обширным, как КС. Связка самолетов «Мистель» (рис. 2.28) управлялась пилотом расположенного сверху истребителя. После расстыковки, нижний самолет летел в неуправляемом режиме, у цели в нем подрывался огромный заряд, ударное ядро которого должно было сокрушить фермы моста или проткнуть насквозь корабль противника. Применение «Мистель» было редким и малоуспешным, как и применение ударных ядер против тяжелых бомбардировщиков. Только много позже, когда появились изощренные системы наведения, способные «обнюхать» бронецель и уязвить ее в слабозащищенное место (рис. 2.29), реализовались возможности ударных ядер: проигрывая кумулятивной струе в бронепробитии, они обеспечивают значительно больший «заброневой» эффект. Результаты компьютерного моделирования выглядят иногда не менее живописно (рис. 2.30), чем фотографии, а энтузиасты вычислительных методов, бывает, похваляются, что могут рассчитать «все». Возможно, это и так, но доверять их результатам стоит ровно настолько, насколько можно доверять зависимостям, описывающим процесс и численным значениям величин, вводимым в расчеты. Иными словами: компьютерное моделирование не дает кардинально новых знаний, а позволяет подробно просмотреть варианты, не выходящие за рамки того, что уже известно.
Рис. 2.26
При взрыве заряда с облицовкой, угол раствора которой значителен, формируется поражающий элемент называемый ударным ядром (справа от облицовки). Правда, на ядро он мало похож, и автор полагает, что более точен английский термин Explosively Formed Projectile — «снаряд, формируемый взрывом». Ударное ядро может пробить броню толщиной до 0,8 диаметра заряда, но обеспечивает значительный заброневой эффект (справа: ядро прорвалось сквозь броню)
Рис. 2.27
Если облицовка кумулятивной выемки — полусферическая, то образуются поражающий элемент с промежуточными, по сравнению с элементами, формируемыми из остроконических и тупоконических облицовок, характеристиками — как по бронепробитию, так и по заброневому действию. Заряды с полусферическими облицовками применяются в основном для инженерных боеприпасов. Слева — серия рисунков, поясняющих процесс образования ударного ядра, справа — каверна в броне после попадания ударного ядра
Компьютеров в воюющей Германии не было, но кумуляция и другие полезные явления исследовались тщательно, с немецкой педантичностью. В германских оружейных фирмах существовала эффективная система поощрения сотрудников, генерировавших новые идеи: зарплата их достигала 11000 райхсмарок ($4500 по тогдашнему курсу) [26] — выше, чем у дирекции. Конечно, суетились вокруг неутомимые бойцы невидимого фронта, случались и аресты (бдительностью-то «дела» не испортишь!) но о том, что стимулом был не страх, а поощрение, свидетельствует ряд новаторских решений, многие из которых не потеряли актуальности и сейчас. Вот только предприняты были эти усилия поздновато — первые результаты их подоспели «за пять минут до двенадцати»…
Рис. 2.28
Связка самолетов «Мистель». В носовой части Ju-88A4 — длинная штанга с ударным взрывателем, обеспечивающая подрыв заряда на фокусном расстоянии от цели. Формирование ударного ядра заканчивается на этом расстоянии, но далее, в отличие от кумулятивной струи, сформированный взрывом снаряд остается компактным и сохраняет поражающие свойства на значительных (до сотен метров) дистанциях. Сфотографирована модель, поскольку черно-белые фотографии «Мистель» военных лет — плохого качества
Зато и через несколько десятилетий после войны научные программы многих стран базировались на заделе, созданном немецкими учеными. Так, в плане исследований на 1947 г., представленном на утверждение президенту США, до 80 % разделов содержали аннотации германских результатов.
Рис. 2.29
Слева: разработанный в 90-х годах 155-мм германский артиллерийский снаряд и его кассетный элемент. Купол парашюта ассиметричен, за счет чего боевой элемент вращается, сканируя местность под собой по спирали. Он не имеет органов управления и не наводится на цель, но когда та оказывается в его «прицеле» — стреляет (почему и назван самоприцеливающимся). Справа: рисунок-кинограмма поражения танка в решетку воздухозаборника двигателя ударным ядром. Основные цели кассетных артиллерийских снарядов — колонны бронетехники, двигающиеся к фронту
В Германии действовали десятки научных учреждений и полигонов. Примером может служить Luftfahrtforschungsanstalt, который располагал несколькими видами аэродинамических труб, в том числе — со сверхзвуковыми режимами течения. Даже в самые последние недели войны продолжалось строительство еще одной, самой крупной. На моделях (рис. 2.31) изыскивались оптимальные формы снарядов для ствольных и реактивных систем.
Рис. 2.30
Слева — результат компьютерного моделирования процесса пробития брони ударным ядром. Откольные элементы — острые стальные пластинки — весьма опасны для тех, кто находится за подвергшимся ударному воздействию стальным листом (справа)
К концу войны артиллерия осталась наиболее действенным огневым средством, которое германская армия противопоставляла наступательным замыслам противника. Замена или существенная модернизация наиболее массовых артиллерийских систем требовала, помимо материальных затрат, значительного времени на переучивание расчетов и перестройку системы снабжения. Проигрывавшая войну Германия не располагала ни временем, ни достаточными ресурсами, поэтому основные усилия в области повышения эффективности были связаны с разработкой новых боеприпасов — они небольшими партиями поступали во фронтовые части сразу после ограниченного числа отстрелов. Но определение их эффективности было затруднено: противник наступал.
Рис. 2.31
Модели артиллерийских снарядов и неуправляемых ракет, предназначенные для исследований в аэродинамической трубе
Особо следует упомянуть о реактивной артиллерии, поскольку эту тему до сих пор окружает сонм мифов. Германские войска располагали еще до начала войны вполне отработанными образцами реактивных минометов «Небельверфер 35, 38 и 41» (цифры обозначают год принятия на вооружение) а также химическими, зажигательными и осколочно-фугасными боеприпасами к ним. В дальнейшем вместо 100 и 150 миллиметровых «Небельверферов» первых серий появились 210 (42 г.), 280, 300 (43 г.) и 320 миллиметровые. Для них были разработаны пяти— и шестиствольные пусковые установки, однако реактивные гранаты могли запускаться также из укупорочных ящиков. «Небельверферы» применялись при штурме Севастополя, под Сталинградом, а также при подавлении Варшавского восстания.
В вермахте хорошо знали не только о преимуществах реактивных снарядов, но и о недостатках, в первую очередь — о значительном рассеянии при стрельбе [27] (взгляните на правую часть рис. 2.32: факелы взлетевших «эрэсов» указывают, что разброс курсовых углов их траекторий значителен). Немецкие специалисты не усматривали никаких мистических тайн в советских реактивных снарядах — они попали к ним в руки уже ранней осенью 1941 г. К концу же войны запас трофеев был столь велик, что советскими установками и их изготовленными в Чехословакии [28] копиями стали оснащать бронетранспортеры вермахта.
Рис. 2.32
Даже если бы не были заметны отличия формы, в которую одеты расчеты, можно легко определить, чья батарея стреляет: топливо реактивных снарядов германских «Небельверверов» и «Вурфгеретов» — смесевое, дающее при сгорании много дыма. Топливо советских «эрэсов» — бездымный порох, и их факелы — яркие, чистые
В советских реактивных снарядах топливом служил бездымный порох, а в германских — смесевые составы, при производстве которых приобретался опыт получения все более крупноразмерных шашек. Немалые и по современным меркам (диаметр — до 500, длина — до 1000 мм), высококачественные заряды нашли применение в ускорителях старта и двигателях таких ракет, как неуправляемая «Райнботе» (рис. 2.33), призванная заменить авиацию при решении задач на оперативную глубину. Четыре работающие на смесевом твердом топливе ступени сообщали боеголовке скорость, обеспечивавшую достижение дальности в 220 км, но вес ВВ (менее 20 кг) был недостаточен, что и показало боевое применение по порту Антверпена в ноябре 1944 г. После войны аналогичные системы («Луна» и «Онест Джон»), но с ядерными и химическими боевыми частями были созданы и победителями.
Рис. 2.33
Слева — неуправляемая оперативно — тактическая ракета германских сухопутных войск «Райнботе», сфотографированная со стороны соплового блока. Изображенный на рисунке справа пуск — явно аварийный: «Райнботе» падает, но ни она из ее ступеней не сброшена, а в первой даже догорает топливо
В конце войны германские ВВС слабели день ото дня. Но коль скоро самолет прорвался к цели — его боевой нагрузке следовало сработать с максимальным эффектом. Боевые элементы (рис. 2.34) при снаряжении бомбовых кассет вставлялись «один в другой», что позволяло рационально использовать объем боеприпаса — носителя. Закон их рассеяния после раскрытия кассеты был согласован с формируемыми при разрывах осколочными полями.
Помимо армейских реактивных снарядов, к самолетам подвешивали и специально разработанные авиационные. Высокими характеристиками отличались 55 мм ракеты R4M (рис. 2.35). Для них были созданы интегрированные в крыло направляющие, наличие которых слабо влияло на аэродинамику самолета, что позволяло ему маневрировать под огнем противника.
Рис. 2.34
Слева вверху — разработанные в Германии боевые элементы, вставляемые «один в другой» при снаряжении бомбовой кассеты. Справа вверху — разрез боевой части неуправляемой оперативно-тактической ракеты «Онест Джон», до конца XX века состоявшей на вооружении Армии США, и бомбовая кассета. Нижний снимок — применение бомбовых кассет бомбардировщиком В-1В, сопровождаемым истребителем F-5. Одна из кассет вскрыта шнуровыми зарядами, и ее боевое снаряжение рассеивается
Совершенствовались и авиационно-бомбовые средства поражения.
Авиабомба SB-800-R5 с ракетным ускорителем (рис. 2.36) применялась по кораблям с небольших высот. Ускоритель сообщал бомбе дополнительную скорость около 150 м/с, после чего отстреливался. Сферическая боевая часть рикошетировала от водной поверхности (иногда делая до дюжины «подскоков») и поражала корабль как при топмачтовом бомбометании, но повышенная дистанция сброса позволяла снизить потери носителей ракетных бомб по сравнению с самолетами, применявшими свободнопадающие бомбы.
В области снаряжения боеприпасов германская химическая промышленность обладала богатыми традициями.
Рис. 2.35
Слева: неуправляемые ракеты R4M — оружие, к концу войны нечасто появлявшейся над полем боя германской авиации. По характерным «надкалиберным» головным частям (верхний снимок) можно заключить, что два образца укомплектованы кумулятивными зарядами. Нижний снимок — ракета R4M, на направляющих, интегрированных в крыло. Правый снимок: пуски неуправляемых ракет по кораблю-мишени в наши дни
Для кумулятивных боеприпасов требовались ВВ с возможно большей скоростью детонации — и были разработаны методы промышленного синтеза мощных пентаэритриттетранитрата и циклотриметилентринитрамина, известных с конца XIX века. Последнее соединение, известное также как hexogen (в переводе — «рожденный ведьмой») немецкие химики напыщенно именовали «сверхвзрывчаткой». В гексогене ощущался острый дефицит, поэтому был разработан синтез аналога — циклотриметилентринитрозамина — вещества лишь немногим менее мощного, производство которого не требовало агрессивных сильных кислот (азотной и серной), что позволяло использовать для его выпуска примитивнейшее оборудование, вплоть до прачечного. Исходными компонентами служили обнаруженный на складах, накопленный в свое время для нужд мирной промышленности нитрит натрия, недефицитные формальдегид и аммиак.
Рис. 2.36
Авиабомба SB-800-R5 с ракетным ускорителем и рикошет ее боевой части от водной поверхности
Были созданы также разнообразные взрывчатые составы для снабжения диверсантов: взрывчатка вводилась в материал обувных подметок и даже — в вещество, по консистенции и цвету соответствовавшее пищевому маргарину. Этот «маргарин» диверсант, под угрозой разоблачения, мог съесть без фатального вреда для здоровья!
Появились и пластичные взрывчатые составы для бронебойных снарядов (рис. 2.37). Из стадии опытных эти работы не вышли, но позже снаряды с деформируемой головной частью входили в боекомплекты французских танков. Такие снаряды потеряли свою эффективность, когда бронирование танков стало многослойным.
Рис. 2.37
Слева: заброневое действие снаряда с пластическим снаряжением: при попадании головная часть деформируется и снаряжение плотно прилегает к броне; после детонации, на внутренней стороне броневой защиты в результате откола, вызванного разгрузкой, образуются поражающие элементы. Сквозного пробития брони при этом не происходит. На правом снимке — попадание такого снаряда в американский танк М-48
Однако расход боеприпасов — и специальных, и общего назначения был огромен и снаряжение ходовых осколочно-фугасных снарядов нередко суррогатировалось: основное ВВ (тринитротолуол) разбавлялось инертными солями иногда наполовину, что, конечно, сказывалось на могуществе.
И даже в этих отчаянных условиях выделялись силы и средства для работ по созданию аппаратурного оснащения — прямо не связанных с производством вооружения, но чрезвычайно важных.
Рис. 2.38
Рентгенограмма выстрела из пистолета. Пуля (справа) сплющилась при ударе о броневой лист. Различимы кости руки стрелка и экстрактированная гильза, а вот пороховые газы, ввиду их малой плотности, рентгеновское излучение выявить не может
Неудивительно, что в стране, где «жил, учился и боролся» первооткрыватель рентгеновского излучения [29] это явление было поставлено «на службу науке». Оно служило важным инструментом, позволяющим понять, как функционируют сложные механические системы (рис. 2.38).
Для баллистических исследований были разработаны метод теневой фотографии, упоминавшийся в предшествующей главе, а также метод интерферометрии (рис. 2.39).
Рис. 2.39
Слева: При пробитии тонкой преграды, ударные волны, сформированные летящей со сверхзвуковой скоростью пулей, отразились, образовав систему сферических волн. Пробив преграду, пуля сохранила сверхзвуковую скорость, сформировав новую систему конических волн. Поскольку характеристики ударных волн в воздухе хорошо изучены, по углу раствора конусной головной ударной волны на теневом снимке не составляет труда определить и скорость полета тела.
Справа вверху — снимок распределения плотности воздуха, возмущаемого летящим 20-мм снарядом, полученный методом интерферометрии. Интерференция (наложение) света с двумя различными длинами волн от двух поляризованных источников дает картину регулярного чередования минимумов и максимумов освещенности. Летящий снаряд сжимает воздух, меняя показатель его преломления. Измеряя расстояния между минимаксами, можно определить плотность воздуха в различных точках. По результатам подобных измерений получают распределения температур и плотностей воздуха вокруг летящего тела (справа внизу)
С методом теневой фотографии связана одна из историй, свидетелем которой пришлось быть автору. В институт, где я работал, прибыла комиссия из министерства. Вскоре выяснилось, что громогласные декларации «бронебойного» отдела о том, что «существенно превзойден мировой уровень по скорости снарядов», возбудили ревность других аналогичных подразделений отрасли, потребовавших разбирательства. Оказалось, что черно-белые теневые снимки, полученные при стрельбах на испытательной трассе, заменялись другими, которые фабриковал у себя на даче охочий до научной славы энтузиаст. Ударную волну он моделировал натянутыми под нужными углами нитками, а турбулентное движение воздуха — искусно сминаемой бумагой. Вначале энтузиаст отпирался, но после того, как кто-то из комиссии обнаружил на вклеенном в отчет снимке ворсинки, выступающие из нити — «во всем признался». Из этой поучительной истории те, кто вознамерился карабкаться по «извилистым тропам науки», должны сделать вывод: не стоит быть чересчур уж аккуратными. Если бы при получении злополучного снимка объектив был слегка расфокусирован — предательской улики не осталось бы…
… Война, чья истина конкретна, требует решительности не только от солдат — в небе, на суше и в море. Часто она требует того же и от обитателей отделанных дубом кабинетов, заставляя их до крайних пределов напрягать умишко, делая выбор: гнать ли огромными сериями освоенные промышленностью боеприпасы [30], но при этом — терять самолеты, расходовать сотни свободнопадающих бомб, которые не причинят повреждений кораблю противника или…
… Германское управляемое оружие заявило о себе весьма громко: осенью 1943 г. радиоуправляемыми авиабомбами были тяжело повреждены американские крейсера «Филадельфия», «Саванна», британские линкор «Уорспайт» и крейсер «Уганда», однако «венцом» явилось потопление 9 сентября 1943 г. итальянского линкора «Рома» (46000 т, 9 орудий калибром 381 мм). К тому времени Муссолини был арестован, правительство Италии договаривалось о перемирии, а итальянский флот шел на Мальту сдаваться англичанам. В 15.40 над объединением, на высоте около пяти километров, были замечены германские самолеты. Вероятность попадания в идущий 20-узловым ходом и маневрирующий корабль свободнопадающих бомб, сброшенных с такой высоты, пренебрежима, поэтому особой тревоги самолеты недавних союзников не вызвали. Однако в 15.41 в палубу линкора попала управляемая бомба SD-1400 (рис. 2.40), пробившая насквозь корпус корабля и разорвавшаяся в воде под котельными отделениями. Через 10 минут второе попадание подорвало погреба боезапаса, что оказалось фатальным для линкора. Погибли 1500 членов экипажа, в том числе — командовавший объединением адмирал.
Рис. 2.40
Радиоуправляемая авиабомба Руршталь SD-1400 (другие обозначения: Фриц-X, Х-1, FX-1400). Вес — 1,5 т. Имелись модификации от Х2 до Х6, последняя — весом около 3 т
Это был крупнейший успех: «Рома» был новым, мощным линейным кораблем, поэтому неудивительно, что после такой демонстрации развитие управляемого оружия получило приоритет.
Hs-293 (рис. 2.41) иногда называют планирующими бомбами, что неверно: все модификации имели ракетные двигатели. Вес этой крылатой ракеты приближался к тонне, причем около половины приходилось на боевую часть. Системы управления были в основном радиокомандными (только модификации Hs-293С2 управлялись по проводам). Имелись отличия и в органах управления, двигателях, боевых частях. Среди последних были и «ныряющие», поражающие днище корабля. Задумка была оригинальной, но, «воплощенная в крылатый металл», оказалась столь капризной, что советские специалисты, установившие было на послевоенные ракеты КСЩ такие боевые части, впоследствии отказались от них. На германских заводах преимущественно производилась модификация Hs-293A: 1700 шт. Их применяли при высадках союзников у Анттио и Салерно, против арктических и шедших к Мальте конвоев. Конструкция Hs-293 была сочтена успешной, последовали и другие: Hs-294, Hs-295, но они «опоздали»…
Рис. 2.41
Авиационная крылатая ракета Hs-293A: подвешенная к бомбардировщику и выставленная в музее. На «полураздетом» музейном экспонате видны детали жидкостного ракетного двигателя: трубопроводы и камера сгорания
… Читателям, возможно, показалось, что автору не удалось избежать унылого перечисления типов оружия, от чего он ранее зарекся.
Парировать такой упрек постараюсь, рассказав о принципах наведения. Наиболее просто объяснить такие принципы управления ракетой или бомбой, как «по проводам» и «радиокомандный»: оператор с помощью пульта, снабженного тем, что в наше время называют джойстиком, старается совместить перекрестие прицела или яркое пятно горящего на хвосте снаряда трассера с целью или ее изображением (рис. 2.42). При движениях джойстика вырабатываются команды на рули снаряда и, если реакции оператора и системы выработки команд, а также способность цели к маневру складываются в благоприятную для оператора и неблагоприятную для цели комбинацию, достигается поражение. Такие методы требуют непрерывного, вплоть до попадания, слежения как за целью, так и за снарядом, поэтому их объединили в класс, которому дали удобное для запоминания название: «выстрелил и проследил».
«Проследить» удается не всегда: погодные условия ограничивают видимость, а противник «забивает» помехами приемники радиокоманд, и — самое возмутительное — палит по носителю изо всех стволов. Гораздо предпочтительнее в такой ситуации побыстрее запустить ракету или бомбу, которая будет наводиться на цель без посторонней помощи, а самому — срочно попытаться сделать встречу с несущимися в твоем направлении снарядами противника менее вероятной.
Такой «сберегающий» сценарий возможен, если система наведения относится к классу, тоже названному достаточно понятно: «выстрелил и забыл».
Рис. 2.42
Разработчики компьютерной игры восстановили «картинку» на оптикоэлектронном прицеле германского бомбардировщика при наведении управляемой бомбы на цель
… Врезка на снимке рис. 2.43 приведена для того, чтобы читатель обратил внимание: на параболической антенне радиолокатора головки самонаведения советской противокорабельной ракеты 4К40 «Термит» — строгое предупреждение «Руками не вращать!» Читать такое смешно, потому что боевое изделие опломбировано и эта надпись никому не видна, а, если уж ракета попала на испытания и «раздета», то нужное направление антенне придают, конечно же, руками, преодолевая сопротивление ее точной механики криками «Давай!» и «нецензурными словами полового значения». Но вот в полете именно точная механика позволяет ракете обозревать («сканировать») пространство перед собой, поворачивая антенну то вправо, то влево.
При повороте антенны, поворачивается и главный лепесток [31] ее диаграммы направленности — он часто следующими импульсами «сканирует» пространство (см. «след» главного лепестка, выделенный в правой части рис. 2.43 красным цветом).
Рис. 2.43
Схема самонаведения противокорабельной ракеты на цель. Красным цветом показано (не в масштабе) сканирование водной поверхности головкой самонаведения
За излученным импульсом следует прием той же антенной отраженного сигнала. Понятно, что интенсивность отражения от корабля выше, чем от водной поверхности, и сигнал повышенной амплитуды головкой выделяется (селектируется). Если амплитуда селектируемого сигнала, принимаемого с какого-то из направлений, больше других — следует команда на рули, и ракета доворачивает в этом направлении, пока при сканировании сигналы с направлений, симметричных оси ракеты, начинают различаются незначительно — тогда цель находится в «равносигнальной зоне», то есть ракета летит прямо на нее…
В ответ на усиление противовоздушной обороны кораблей, управляемое оружие стали рассредоточивать на большом числе самолетов — даже на истребителях сопровождения (рис. 2.44). Планирующие бомбы BY-246 были применены при атаках арктических конвоев и выделялись разнообразием систем наведения. Известны модификации F1 и F2 — радиокомандные; F3 — с инфракрасной головкой самонаведения; F4 — телевизионная; F5 — акустическая; F6 — с пассивным наведением на радиосигнал — первая в классе противорадиолокационного оружия. При ветре благоприятного направления и силы сбрасываемые с высоты 7 км бомбы могли пролететь 200 км и 75 % из них — выбрать свои цели в эллипсе 18,5x15 км. Некоторые из систем наведения BY-246 работали в ранее не использовавшихся частотных диапазонах, в которых союзники ставить помехи еще «не умели». К классу «выстрелил и забыл» принадлежали и авиабомбы L-10 и BY-143 с программным управлением, но точность их попадания оказалась неприемлемо низкой.
Рис. 2.44
На верхнем снимке — управляемая бомба BV-246, подвешенная к истребителю-бомбардировщику FW-190F8 (модель). Снизу слева — BV-246 в музее Королевских ВВС. Применение планирующих бомб позволяло отдалить рубеж применения оружия по противнику, снизить потери носителей от ПВО. Позже в СССР появились и планирующие ядерные авиабомбы (внизу справа) — германское решение пригодилось для того, чтобы снизить воздействие поражающих факторов ядерного взрыва на бомбардировщик
Не были забыты и моряки, получившие наводящиеся на шум винтов торпеды «Цаункёниг», которыми германские подводные лодки успешно оборонялись от атаковавших их эсминцев. «Цаункёниг» копировалась после войны во многих странах.
Читатель, даже понаслышке знакомый с прикладной наукой, заподозрит автора в «лакировке действительности», если не упомянуть и о тех проведенных в Германии исследованиях, которые закончились ничем: природа избегает «проектов» со 100 %-ным КПД, но изделие, в основу которого заложены не противоречащие ее законам принципы, рано или поздно заработает, как было задумано, это — вопрос времени.
Не избежали упреков в «оторванном от практики теоретизировании» немецкие создатели теории прямоточных воздушно-реактивных двигателей. Такие двигатели работоспособны лишь при сверхзвуковых скоростях полета (заборный канал «запирается» скачком уплотнения в воздушном потоке), и в сороковых годах летательные аппараты для них еще не существовали. Но сама идея оказалась вполне здравой: такой «аппарат» появился в семидесятых (рис. 2.45).
Рис. 2.45
Советская противокорабельная ракета ЗМ80 «Москит» благодаря прямоточному воздушно-реактивному двигателю существенно превосходила по скорости другие образцы в своем классе оружия. Чтобы разогнать ракету до «сверхзвука», используется твердотопливный ускоритель, который размещается в камере сгорания двигателя и по выгорании топлива сбрасывается. Маршевая скорость «Москита» более чем вдвое превышает звуковую, что делало маловероятным перехват этой ракеты средствами обороны, которыми располагали корабли в конце XX века
Не «созрели» плоды исследований объемной детонации. От боеприпаса на этом принципе ожидали значительного повышения фугасного действия, поскольку в его снаряжении, в отличие от обычного ВВ, содержалось только горючее, а окислителем служил окружающий воздух. Немецкие ученые сделали ставку на угольную пыль: еще в мирное время ее детонация в шахтах была изучена достаточно подробно. Пыль рассеивали (диспергировали) в воздухе зарядом пороха, а затем образовавшееся облако подрывали бризантным ВВ. Однако пыль на воздухе детонировала хуже, чем в шахте с прочными стенами. Зрелищные взрывы пыли нравились начальству, но были слабоваты для боевого применения. Первые объемно-детонирующие бомбы были сброшены лишь через пару десятилетий.
Но «опережающие время» идеи бывают разумными не всегда…
… Дочитавшему эту книгу до последней главы предстоит узнать о результатах воздействия радиочастотного электромагнитного излучения (РЧЭМИ) на неконтактные взрыватели мин. Взрыватели после такого надругательства «дурели» и некоторое время не реагировали на проезжавшие над ними танки. Этот результат был важным достижением, но в то же время — головной болью для того отдела института, который ведал минной техникой. Когда в коллективе вызрело техническое решение, на обсуждение пригласили автора этой книги. Суть предложения сводилась к тому, чтобы снабдить мину презервативом, но не обычным, а— металлизованным. Надуваемый в нужный момент, такой презерватив был призван заслонить собой мину от зловредного РЧЭМИ. На флагмане отрасли — Ваковском заводе — были получены заверения, что в случае необходимости, щит Родины будет укреплен таким резиноизделием. Положение мое было сложным, на совещаниях издевки считаются дурным тоном: военные ученые — люди культурные, даже на пол они не плюют. Поэтому, отметив новизну предложения, пришлось поинтересоваться, кто «подскажет» мине, когда ей необходимо предохраняться. Заранее это сделать нельзя: во-первых — негигиенично, во-вторых — будет демаскировать мину, а в-третьих — снизит чувствительность ее взрывателя. В ответ на неуверенное беканье о «датчике излучения», было рекомендовано запросить Ваковский завод, возможно ли надуть их презерватив за миллионные доли секунды (такое время длился импульс РЧЭМИ). Дальнейшая судьба предложения автору не известна…
… С достаточными основаниями и несмотря на протекцию влиятельных «партейных» [32] чиновников, был отклонен проект предложенного в 1944 г. «бомбардировщика-антипода». В полете бомбардировщик должен был двигаться «прыжками», рикошетируя при каждом от плотных слоев атмосферы, за счет чего его ожидаемая дальность достигала межконтинентальных значений и позволяла угрожать США, где было сосредоточено основное военное производство союзников.
Даже если бы ценой невероятных усилий несколько таких бомбардировщиков и было создано, то бомбы с обычным ВВ расчетных весов: трехсоткилограммовые с бомбардировщика-антипода и даже четырехтонные, с орбитального — не смогли бы изменить ход войны.
… В послевоенной гонке вооружений усилия великих держав сначала были сосредоточены на создании тяжелых бомбардировщиков, а затем — межконтинентальных баллистических ракет (МБР) для доставки ядерных зарядов к важнейшим военно-политическим центрам «главного противника». МБР позволяли маневрировать траекториями более гибко, чем бомбардировщики-антиподы, однако исследование операций показало, что, помимо нанесения ядерных ударов, в ходе боевых действий в околоземном пространстве возникает и много других задач, для решения которых пригодились бы рикошетирующие летательные аппараты (ЛA). В 60-х годах в США был разработан проект ЛA «Дайна Сор», предполагавший использование для его разгона первой ступени МБР «Титан». В СССР работы над подобным ЛA были доведены до испытаний беспилотного макета (рис. 2.46).
Однако недостатки, присущие рикошетным траекториям [33], стали причиной того, что с возрастанием тяговооруженности ракет-носителей предпочтение было все же отдано орбитальным ЛA.
Так называемая «ветровая пушка» (рис. 2.47) разрабатывалась для объектовой ПВО. Детонация смеси кислорода и водорода в ее «зарядной каморе» формировала тороидальный вихрь, который на дистанции 200 м ломал дюймовую (2,5 см) доску. Подчеркивалась скорострельность и скрытность действия такого оружия, однако дальность стрельбы была явно недостаточной.
Рис. 2.46
Слева вверху — проект рикошетирующего от атмосферы космического аппарата «Дайна сор», ниже — другой проект американского «рикошетирующего» корабля. Справа вверху — снимок, сделанный самолетом-разведчиком ВМС США «Орион»: после возвращения из полета выловлен из океана и погружается на палубу советского научно-исследовательского судна макет космического аппарата
То, что сейчас именуют «вызывающим ужас акустическим оружием», было впервые создано в Германии за более чем полвека до наших дней. Генераторы (рис. 2.48), используя энергию взрыва газовоздушной смеси, формировали звуковые волны в пределах угла 65°. Летальное действие эти волны могли обеспечить на дистанции в 60 м за время около 40 секунд, а на 300 м они вызывали «крайне болезненные ощущения». Применению такого оружия также препятствовала малая дальность действия, в сочетании с большой заметностью и низкой маневренностью.
Рис. 2.47
Орудие «Виндканоне» («ветровая пушка»)
Встречались и «тяжелые случаи», когда пусть и представляющая научное достижение, но несостоятельная с военной точки зрения разработка доводилась до боевого применения. Пример — создание сверхдальнобойной пушки под названием «Хохдрукспумпе» (в демонстративной глупости такого названия — «насос высокого давления» — чувствуется неизбывная жажда бойцов молчаливого подвига бдеть при любых обстоятельствах). Чтобы избежать формирования за дном оперенного 150 мм подкалиберного снаряда (рис. 2.49) волны разрежения, с помощью электронной схемы воспламенялись дополнительные заряды пороха, расположенные в многочисленных каморах по всей длине ствола. Дульная скорость снаряда весом 140 кг превышала 1,5 км/с, а дальность полета— 160 км. Установив на бетонных основаниях (перенацеливание не предусматривалось), пять «Хохдрукспумпе» направили на город Лондон. «Боевое применение» закончилось так, как и следовало ожидать: батарея была обнаружена и уничтожена авиацией до того, как успела дать первый залп по британской столице. Все же пушка эта, с уменьшенным числом секций ствола, стреляла 30 декабря 1944 г. по Люксембургу с дистанции 42 км. Всего было выпущено 157 снарядов — с незначительным эффектом.
Рис. 2.48
Рефлекторы звукового оружия
Но, опять же, даже если бы «Хохдрукспумпе» и довелось пострелять по Лондону — не подкосили бы ее «стрелы» Британскую империю.
Рис. 2.49
Оперенные подкалиберные снаряды и сверхдальнобойная пушка «Хохдрукспумпе»
Крепкая надежда в этом отношении возлагалась на большие ракеты. Промышленность союзников значительно опережала германскую по выпуску самолетов, истребители райха были не в силах «истребить» стаи тяжелых бомбардировщиков, и те причиняли серьезный ущерб немецким заводам и городам, что навевало некоторым гражданам размышления в связи с дававшимися им ранее обещанием: «Ни одна бомба никогда не упадет на немецкий город!» Но бомбы падали (рис. 2.50), в связи с чем были поставлены задачи: героям незримых битв — выявлять чрезмерно памятливых, а благонамеренным ученым — отомстить!
…Для Fi-ЮЗ, воспетых языкастыми пропагандистами как «Оружие возмездия № 1» (или VI, от немецкого «Vergeltungswaffe, атмосфера служила одновременно и для создания подъемной силы и источником окислителя, необходимого для работы двигателя.
Рис. 2.50
Верхний ряд снимков, слева направо: в отсеке американской машины — 450 кг фугасные бомбы; бомбардировщики Б-17 Армии США в дневной бомбардировочной операции; снятый ночью камерой с открытым затвором огонь германской зенитной артиллерии трассирующими снарядами выглядел эффектно, но, как правило, был малорезультативен. Нижний ряд: там, где вследствие не очень точного прицеливания бомбовые очереди ложились слишком плотно, от районов немецкого города после бомбардировочной операции оставались даже не руины, а изрытая воронками огромная лужа. В последние месяцы войны бомбовую нагрузку перестали использовать столь расточительно: сначала фугасными бомбами разрушались крыши домов и выводилась из строя система пожаротушения, а затем применялись зажигательные кассеты. В результате восходящие потоки горячего воздуха от пожаров закручивались в поле тяжести, порождая «огненную бурю», в которой вначале сгорало все, что могло гореть, а потом — и субстанции, обычно считающиеся негорючими
В пульсирующем воздушно-реактивном двигателе Fi-103 (рис. 2.51) воздух, открыв скоростным напором клапаны на входе, поступает в камеру сгорания; одновременно впрыскивается и воспламеняется горючее; горячие газы действуют на клапаны, закрывая их, и истекают через сопло, создавая импульс тяги. После этого давление в камере сгорания понижается, а воздух вновь открывает клапаны, начиная новый цикл работы. Пусковая установка Fi-103 ориентировалась на цель, а «наводился» снаряд часовым механизмом: когда по расчету времени крылатая ракета должна была оказаться над целью — она пикировала.
Рис. 2.51
Крылатая ракета Fi-ЮЗ на пусковой установке. Над фюзеляжем хорошо различима «труба» пульсирующего воздушно-реактивного двигателя. Такой двигатель начинает работать на скорости 240 км/час, ракета приобретала ее от поршня (поршень и канал, в котором он двигался, видны на заднем плане пусковой установки). Сцепленный с ракетой поршень толкали газы, образующиеся при разложении перекиси водорода. После выхода двигателя на маршевый режим, скорость Fi-ЮЗ возрастала до 580 км/ч
Другая ракета — баллистическая А-4 — без топлива весила 4 т, а заправленная — 13 т и имела жидкостный ракетный двигатель. Неслыханно сложной для того времени была система наведения «агрегата 4»: она включала стабилизируемую гироскопами (вспомним волчок!) платформу (рис. 2.52) с акселерометрами [34]. Вес боеголовок А-4 и Fi-ЮЗ был почти одинаковым — около тонны. Среднестатистическая дальность полета Fi-103 составила около 240 км (максимальная зарегистрированная превысила 280 км/, в то время как средняя дальность полета А-4 равнялась 306 км. А-4 нуждалась в топливе, один из компонентов которого был необычен — жидкий кислород (горючее-то — спирт — было знакомо даже слишком хорошо), а Fi-ЮЗ — лишь в обыкновенном бензине.
…7 июля 1943 года Шпеер [35] вызвал Дорнбергера к Гитлеру. После показа фильма о пусках, а также демонстрации моделей ракет и пусковых установок фюрер отдал распоряжение считать Пеенемюнде — ракетный центр — важнейшим объектом, но в то же время потребовал, чтобы боеголовка А-4 весила не менее 10 т.
Последовала обычная в подобных ситуациях лихорадочная суета разнокалиберных холуев. Те, чьим призванием было воспламенять души людей на подвиг во имя победы, скоренько переименовали и А-4 в Y-2. А какие ностальгические воспоминания вызывают у людей моего поколения такие, например сентенции [36]: «Как только фюрер решил оказать поддержку вашему проекту, он перестал быть исключительно заботой управления вооружений и стал предметом внимания всего германского народа. И я здесь, чтобы защитить вас от саботажа и предательства!» Или: «Она (V-2) обязательно должна быть представлена на первом послевоенном съезде партии!»
Рис. 2.52
Платформа гироскопов системы наведения ракеты А-4
Споры вызвал вопрос: запускать ли ракеты из огромного бункера, в котором, помимо пусковых установок, будет размещена фабрика по производству жидкого кислорода, завод, производящий сами ракеты и многое другое, или — с полевых позиций. Читатель еще встретит в книге упоминания о бреде гигантомании, опирающемся на романтические воспоминания о читанных в пору безусого детства фантастических романах. В случае с А-4 здравый смысл возобладал (рис. 2.53).
Рис. 2.53
Установка баллистической ракеты А-4 (V-2) на стартовый стол подвижной пусковой установки и ее запуск. Снимки сделаны после войны на американском полигоне Уайт Сэндс, где испытывались трофейные германские ракеты
Первые две боевые Y-2 были запущены 6 сентября 1944 года по Парижу. Одна из них не долетела, другая же разорвалась в городе. Следующие две ракеты были запущены по Лондону с перекрестка шоссе на окраине голландской столицы — началось то, что англичане назвали «Роботблиц». Слово «робот» пояснений не требует, а «блиц» (в буквальном переводе — молния) означало в данном случае молниеносную войну.
Лондон атаковали и крылатые ракеты Fi-ЮЗ — общим числом 8070. Из этого количества 7488 были замечены службой наблюдения, и только 2420 достигли района цели. Истребители ПВО расстреливали V-1 бортовым оружием и сбивали с курса, «поддевая» своими крыльями крылья «роботов»; поражала крылатые ракеты и зенитная артиллерия; они разрезались тросами аэростатов заграждения. ПВО Лондона уничтожила почти 53 % крылатых ракет, и только 32 % упали в городе.
Однако против А-4, чьи боеголовки падали на цели со скоростью, существенно превышающей звуковую, ПВО была бессильна. Всего по Лондону было запущено чуть более 1300 ракет А-4, из них в пределах лондонского района ПВО упали 518. Важной целью был и Антверпен: через этот крупный порт шло снабжение союзных войск, высадившихся в Европе. Чтобы прервать этот поток, было запущено 2100 ракет (с примерно тем же процентом попаданий), но задача осталась невыполненной. А ведь сложно найти цели, более удобные для обстрела, чем Лондон и Антверпен, неподвижные, огромные мегаполисы с точно известными координатами.
Так что кардинальных изменений в ход войны германское управляемое наступательное оружие не внесло. Ну а оборонительное?
В конце войны удары союзной авиации стали важным оперативно-стратегическим фактором. В ходе лишь одной крупной бомбардировочной операции союзников на немецкий город обрушивался больший груз бомб, чем суммарный вес боеголовок, упавших на Лондон и Антверпен. Величественно возвышавшиеся среди городских кварталов «Флактурмы» (рис. 2.54) олицетворяли скорее попытку поднять дух немецкого населения.
Рис. 2.54
Посетители венского парка (молодые девушки, живущие в XXI веке) не смогли ответить автору, что это за строение (справа) и каково его назначение. А это «Flakturm» — аббревиатура четырех слов, которую можно перевести как «башня ПВО». На крышах подобных прочных сооружений в годы войны располагались мощные зенитные орудия, такие как спаренные 128 миллиметровые. Башни возвышались над городскими постройками, чтобы те не мешали стрельбе, которая, впрочем, нечасто приводила к поражению цели
Зенитные управляемые ракеты (ЗУР) в этих обстоятельствах казались германским военным и нацистским бонзам панацеей: они не требовали времени и бензина для обучения пилотов, а стоимость ракеты была ниже стоимости истребителя, да к тому же летящий на строй бомбардировщиков «робот» никогда не отворачивал под их сосредоточенным огнем. Но… если в начале войны группа в полсотни самолетов, направлявшаяся к городу, считалась крупной и десяток нашедших свои цели ЗУР сломал бы ее строй, сорвав прицельное бомбометание, то что могли сделать немногочисленные «роботы», когда на город шли 1200, а то и более машин?
Попасть в самолет, который может маневрировать и по курсу, и по высоте — сложнее, чем в корабль, который может изменять свое положение только на плоскости (водной поверхности). Алгоритмы сканирования пространства у ракет ПВО — более сложные, чем у противокорабельных, да и реакция на эволюции (маневры) цели должна быть более быстрой.
… Чтобы объяснить принцип работы одной из таких систем наведения — оптической — воспользуемся сувенирами, напоминающими о крайне неприятном для каждого оружейника случае — «отказе». Ракета пролетела вблизи цели, но не взорвалась и после падения на землю от нее остались (рис. 2.55) обломок носового обтекателя (из гнезд которого при ударе были выбиты линзы) и блок зеркал. Что было неисправно в несчастливой ракете — установить не удалось, так пусть хоть останки ее послужат учебным пособием…
Еще быстрее сканирует пространство радиолокатор с фазированной антенной решеткой, состоящей из множества излучающих/принимающих излучение элементов, управляя которыми, можно перемещать в пространстве диаграмму направленности. Типов систем наведения, способов обработки сигналов, алгоритмов работы — столь много, что даже простое их перечисление потребовало бы написания отдельной книги, что автор не осмелится сделать, поскольку оценивает свои познания в этой области как ничтожные. К тому же, такая книга не имела бы отношения к конвульсиям германской военной машины, потому что довели до надежной работоспособности сложные системы наведения позже.
Рис. 2.55
Головной обтекатель и блок зеркал, оставшиеся после неудачного пуска зенитной управляемой ракеты с оптической системой наведения. При наведении на цель блок зеркал 1 освещался источником света 2 и вращался, что приводило к тому, что через линзы нижней системы гнезд, под небольшими углами к оси ракеты, посылались световые импульсы (не сразу через все линзы, а только через те четыре, оптические оси которых в данный момент совпали с оптическими осями зеркал). Каждый канал был снабжен фотоэлементом 3 (вроде тех, что используются в экспонометрах фотоаппаратов, только более чувствительным и быстродействующим), измерявшим интенсивность отраженного сигнала. Ракета доворачивала в направлении того канала, в котором фиксировался отраженный целью свет. Если же после ее маневров во всех каналах отраженные сигналы исчезали или их амплитуды становились равными — ракета никуда не доворачивала, потому что «знала»: она летит прямо на цель, которая находится в равносигнальной зоне
Боевое применение ЗУР «Райнтохтер» (рис. 2.56) состоялось в 1945 году. Выпускались три модификации этой ракеты, различавшиеся типами двигателей и стартовыми весами (от 1,5 до 1,7 т), все — с радиокомандным управлением. По самолетам противника были запущены 82 ракеты модификации R1, из них 51 поразила цель [37].
Менее впечатляющим было боевое применение модификации R3: из 88 ЗУР цель поразили лишь 8.
Рис. 2.56
Зенитная управляемая ракета «Райнтохтер»: в музее, на рисунке художника и на испытаниях. Видны плоды усилий, направленных на экономию металла, — некоторые элементы конструкции выполнены из фанеры
В эйфории от успеха «Райнтохтер», даже еще не испытанная ЗУР Hs-297 «Шметтерлинг» (рис. 2.57) была отнесена к почетнопропагандистской категории «оружия возмездия». Концепция управлявшейся радиокомандами «Шметтерлинг» предусматривала многоцелевое применение. Малогабаритная (стартовый вес — 0,5 т) ракета могла запускаться и с самолета в воздушном бою, но менее 30 % пусков были удачными. Планер не был достаточно отработан, и испытывавшие эту ЗУР после войны советские специалисты отмечали ее неустойчивый полет.
Рис. 2.57
Зенитная управляемая ракета Hs-297 «Шметтерлинг»
Только для воздушного боя предназначались управляемые радиокомандами ракеты: Hs-298, Руршталь Х-4 и «Лойхткэфер» (рис. 2.58). Новшеством в них являлись крылья большой стреловидности и конструкция органов управления. К концу войны было произведено лишь по нескольку экспериментальных образцов.
И для ЗУР малой дальности «Фойерлилие» (рис. 2.59) были характерны проблемы с планером, несмотря на то, что ее разработка началась еще в 1942 году и включала исследования в аэродинамической трубе. Модификации этой управляемой радиокомандами ракеты значительно отличались размерами и весами: от 130 кг до 500 кг: предусматривалось ее применение с носителей различных типов. Однако проблемы устойчивости полета этой ЗУР так и не удалось преодолеть.
Рис. 2.58
Радиоуправляемые ракеты воздушного боя: Хеншель Hs-298 (вверху слева), Руршталь Х4 (правее) и «Лойхткэфер» (внизу)
Подобный отрицательный опыт был принят во внимание при разработке ЗУР «Энциан» (рис. 2.60), планер которой был уменьшенной копией прошедшего обстоятельные исследования аэродинамики и освоенного Luftschutzdienst (службой ПВО, организационно входившей в состав ВВС) ракетного самолета-перехватчика Me-163. Пусковые направляющие «Энциана» монтировались на лафете хорошо знакомого войскам 88мм зенитного орудия. Стартовый вес ЗУР — около 2 т, в том числе 0,5 т весила боевая часть. Управление — радиокомандное, но в некоторых модификациях предусматривалось и самонаведение на конечном участке траектории. Начало серийного производства «Энциана» совпало с окончанием войны.
Рис. 2.59
Зенитная управляемая ракета «Фойерлилие» в музее Королевских ВВС: на пусковой установке и на стенде
На фото (рис. 2.61) — модель ракеты «Вассерфаль», для аэродинамических исследований. При создании этой ЗУР многое было взято конструкторами из задела, накопленного при создании А-4. Сравнительно тяжелая (3,5 т), «Вассерфаль» стартовала из вертикального положения, что позволяло сэкономить время, необходимое для ориентации пусковой установки (сейчас так стартуют наша С-300 и американский «Стэндард»), Для наведения использовались две РЛС: одна сопровождала цель, а в пределах остронаправленного луча другой летела ЗУР. На конечном участке траектории было предусмотрено самонаведение на инфракрасное излучение цели. Несмотря на широкое заимствование уже апробированных решений, «Вассерфаль» оказалась сложной в производстве и применении. Последние залпы Второй мировой прогрохотали раньше, чем ее успели «довести».
Рис. 2.60
Зенитная управляемая ракета «Энциан»
…Но истинно сказано: «Паны дерутся — у холопов чубы трещат». Не остановили ЗУР потоки четырехмоторных гигантов, сыпавших на Германию бомбы, а в ответ на экзерсисы с реактивным движением стали падать на головы «учреждения» (рис. 2.62), превращавшие в крошево крупное каменное здание, а заодно — выметавшие ударной волной внутренности нескольких стоявших рядом.
Такие результаты инициировали заявления в адрес малохольных, в пенсне: «Учили вас, учили… полысели все…», разнообразные вариации на тему дармоедства и уклонения от фронта. Что ж, случается, что ищут не там, не то, а, главное — не те. Повернуть ход почти проигранной войны могло не улучшение известных образцов или создание пусть новых, но не подавляющих своим превосходством на поле боя, а— изыскание чего-то на «новых принципах».
…То, что выход энергии в ядерных реакциях таков, что меркнут любые аналогичные «достижения» химических взрывчатых веществ не являлось ни секретом, ни даже новостью в годы Второй мировой: эти данные получали на лабораторных установках [38].
Рис. 2.61
Модель ЗУР «Вассерфаль». На заднем плане, на плакате — значения моментов сил на ее управляющих поверхностях при различных скоростях полета, полученные методом аэродинамической трубы
После войны победители коллекционировали все, что имело отношение к таким исследованиям. Некоторые эскизы (рис. 2.63) малохольных в наше время выглядят наивно: содержат массу ничтожных подробностей, вроде «защитных колец» или «креплений для парашюта», а важнейший узел — нейтронный инициатор цепной реакции — не усматривается. Но вот другой малахольный жужжанул в волосатых руках заплечных дел искусников, что получать нейтроны предполагалось «в высоковольтной разрядной трубке». Такое решение было скачком через поколение в развитии систем инициирования, о которых — в следующей главе…
Рис. 2.62
В конце войны британское Бомбардировочное командование располагало сверхмощными авиабомбами двух типов: десятитонная «Грэнд слэм» предназначалась для бомбардировок высокозащищенных целей (плотин, укрытий для подводных лодок), а пятитонная «Толлбой» — для поражения крупных кораблей. Носителями этих бомб были четырехмоторные «Ланкастеры» (рисунок в центре). Благодаря совершенной аэродинамической форме, скорость падения бомбы «Толлбой», сброшенной с высоты в несколько тысяч метров, превышала звуковую. «Толлбоями» был потоплен германский линкор «Тирпиц», отстаивавшийся в норвежском фьорде
Словом, устройство ядерного заряда в Германии приблизительно представляли, а вот создать его там не было шансов: был природный уран, но не было завода для выделения из него оружейного изотопа; так и не был запущен реактор, из отработанного топлива которого можно было извлечь плутоний, да и радиохимического производства для этого тоже не существовало.
Рис. 2.63
Эскиз «урановой бомбы», выполненный немецким ученым. Схема — простейшая, «ствольная». Хотя бомба названа «урановой», из подписей следует, что в качестве делящегося материала предполагалось использовать плутоний, принципиально непригодный для такой схемы
…Не убедили малохольные высокопоставленных создать новую отрасль промышленности: «водящие руками» всегда твердо верят в свою способность предвидеть то, что недоступно остальным (что и понятно: они же именно что «поставлены высоко»!) К примеру, полководец незримых битв Гиммлер счел более соответствующим велениям времени снаряжение экспедиций в Тибет, на поиски Шамбалы, где, как подсказывала подобающая его профессии крайняя проницательность, было сосредоточено нечто скорее духовное, чем материальное, но превращающее в труху все целеуказанное.
О результатах ядерных исследований фюреру доложил как то… министр почт и телеграфа Онезорге: взалкав лавров впередсмотрящего науки, он, презрев последствия «нецелевого расходования средств», выкроил толику малую из бюджета своего ведомства. Выступление «почтаря» изрядно развлекло аудиторию. Ядерные исследования до практического применения не довели: разразилось принципиальное выяснение, какая это физика — арийская или не очень. Приоритеты на открытия устанавливались с привлечением данных о расовых признаках претендентов. Тех, кто высоким требованиям не соответствовал, выслали из райха, именовавшего себя Тысячелетним, но фиглярствовавшего на исторической арене лишь дюжину лет.
Аналогичные разборки, но касавшиеся соответствия тех же разделов физики положениям марксистко-ленинской философии, происходили несколько восточнее. Последователи вечно живого, всепобеждающего учения дали нехарактерную для себя слабину, а то бы к отщепенцам, посмевшим замахнуться на святое, были приняты куда более радикальные меры, чем высылка.
Ядерные исследования стали процветать и получили практическое воплощение в заокеанской стране, где благожеланная властная вертикаль не была выстроена монолитно, где бескомпромиссно не формулировалась национальная идея и не ставились остро идеологические вопросы. Не последний по значению вклад в исследования урана внесли те самые, с «дефектиками», изгнанники…
3. Нейтронная суета среди ядер…Даже там, где, казалось бы, безраздельно царит хаос, существуют закономерности. Нейтроны и ядра — не исключение.
…Руды урана выглядят очень красиво (рис. 3.1). Ядро урана содержит 92 положительно заряженных протона, как и все тяжелые металлы, он вреден для человека. К тому же уран очень медленно распадается, испуская альфа-частицы (ядра гелия). Пробег их в конденсированных веществах — десятки микрон и, если залить кусок урана прозрачным компаундом, получается вполне безопасный сувенир. Кроме протонов, ядро урана включает и нейтроны, число которых может быть различным: в природном уране большинство ядер содержат по 146 нейтронов и лишь 0,7 % — по 143 (ядра с другим числом нейтронов в естественных условиях чрезвычайно редки). Ядра с равными количествами протонов, но различными — нейтронов, называют изотопами. Ядерные свойства изотопов, как правило, различаются очень существенно [39], а вот химические — идентичны и разделить изотопы химическими методами нельзя, но различие в массах позволяет сделать это физическими методами.
…Припомним попытки очистить запачканные штаны или юбку. Использование бензина или другого растворителя часто приводит к тому, что после его высыхания на светлой материи вместо компактного пятна остается отчетливо различимый, расплывшийся круг (а то — и несколько, концентрических).
Рис. 3.1
Урановые руды, слева направо: друза кристаллов желтого отунита, гуммит и смолка. Обычно они содержат менее процента урана
Все наверняка слышали о броуновском, хаотическом движении молекул, а многие — о том, что при данной температуре скорость движения молекулы тем выше, чем меньше ее масса [40]. Если растворитель испаряется достаточно интенсивно, он служит «фотофинишем» — фиксирует результат гонки молекул. Возьмите лупу и рассмотрите на ваших изгаженных штанах (хорошо, если они белые) результат этого забега. Произошло вот что: раствор, благодаря капиллярным явлениям, просачивался между ворсинками материи. Стенки этих тонких зазоров «отражали» молекулы, их движение становилось менее хаотичным, приобретало преимущественное направление — вперед, вдоль зазора. Растворенные загрязнения вынуждены были пройти довольно большие расстояния по таким узкостям, легкие компоненты при этом опередили тяжелые, а испарение растворителя законсервировало распределение. Это явление называют хроматографией. Его можно наблюдать на фильтровальной бумаге, сначала капнув растворитель с загрязнениями, а потом — добавляя по каплям в центр пятна чистый растворитель (рис. 3.2). Когда бумага высохнет, ее можно по концентрическим окружностям, определяющим границы разделенных зон, разрезать, став обладателем обогащенных различными компонентами кусочков…
Рис. 3.2
Разделение методом хроматографии на промокательной бумаге синих чернил марки «Радуга-2»:
а) на бумагу капнули чернила, растворителя в них недостаточно, он быстро испарился, заметного разделения нет;
б) в центр чернильного пятна шприцем добавили растворителя (воды), разделение началось;
в) дальнейшее добавление воды привело к тому, что самая быстрая (зеленоватая) компонента настолько опередила другие, что между ней и компонентой с промежуточной скоростью диффузии образовался разрыв (светлая область, в которой, вероятно, присутствует в основном растворитель). Совсем уж «медленная» компонента занимает область в центре хроматограммы, более темную, чем остальные
В процессе разделения уранов есть много общего с хроматографией. Сначала их природную смесь переводят в газообразное состояние, соединяя с фтором, потом — прокачивают через бесчисленные пористые перегородки, так что молекулы гексафторида более легкого изотопа постепенно опережают тяжелые. Обогащенный легким изотопом газ собирают и выделяют из него металл. Разделение идет медленно, потому что массы (235 и 238 единиц), а значит, и скорости теплового движения этих изотопов различаются незначительно.
Более эффективен процесс разделения газообразных изотопов урана в центрифугах (рис. 3.3), работа которых напоминает отжимание белья в стиральных машинах, но автор воздержится от описания демонстрационного опыта, поскольку при этом возможен выход из строя ценного в любой семье аппарата. Да, к тому же, и метод газовой диффузии применяется до сих пор.
Заводы, где из природного урана извлекают легкий изотоп, занимают площади в многие квадратные километры. Миллиарды долларов расходуются, чтобы разделить «близнецов», неотличимых ни по внешнему виду, ни химическим анализом. Но их ядерные «характеры» — совершенно разные.
Рис. 3.3
Слева вверху: уран — серебристый на свежем изломе металл, который на воздухе сначала покрывается налетом цвета спелой сливы, а затем и вовсе чернеет. Ниже: центрифуга, предназначенная для разделения газообразных гексафторидов урана. Справа: цех центрифуг на заводе под Екатеринбургом. Желающие могут прикинуть, через сколько центрифуг (ступеней разделения) проходят газы, пока будет выделен достаточно «облегченный» гексафторид. Из разделенных газов опять получают металлические ураны: «оружейный» и «отвальный»
Процесс деления U238 — «платный»: прилетающий извне нейтрон должен «принести» с собой энергию более МэВа. A U235 «бескорыстен»: для возбуждения и последующего распада от пришедшего нейтрона ничего не требуется, вполне достаточно его энергии связи в ядре (рис. 3.4). При попадании нейтрона в способное к делению ядро, образуется неустойчивый «компаунд», но очень быстро (через 10–23–10–22 секунды) такое ядро разваливается на два осколка, неравных по массе и испускающих новые нейтроны (по 2–3 в каждом акте деления, процесс этот вероятностный), и, благодаря им, со временем может «размножаться» число делящихся ядер — эта реакция называется цепной. В U235 цепь развивается, а кинетическая энергия осколков деления на много порядков превышает выход энергии при любом акте химической реакции, в которой состав ядер не меняется.
Рис. 3.4
В ядерной физике оказалась весьма плодотворной модель «жидкой капли», в соответствии с которой действие внутриядерных сил приводит к явлению, напоминающему поверхностное натяжение. Возбужденное попаданием нейтрона в U235 компаунд-ядро U236 не разваливается сразу, в нем сначала образуется перетяжка (верхний рисунок), а затем происходит деление на осколки, как правило, неравной массы. Процесс этот — вероятностный, а пример показывает, что делящаяся в первом поколении, растянувшаяся «капля» вот-вот распадется на ядра бария и криптона. Из образовавшихся после распада трех мгновенных нейтронов деления один (в центре) «промахнулся», а два других — положили начало второму поколению, с образованием пар цезия и рубидия, ксенона и стронция. На графике — сечения реакции деления U235 на нейтронах разных энергий. Вероятность того, что медленный нейтрон вызовет деление, на порядки превышает ту же вероятность для быстрого нейтрона
Продукты деления нестабильны и еще долго «приходят в себя», испуская излучения самых различных видов, в том числе — те же нейтроны. Короткоживущими осколками нейтроны испускаются спустя 10-6—10-14 секунды после развала компаунд-ядра и такие нейтроны называют мгновенными. Но некоторые нейтроны испускаются через вполне ощутимое человеком время (до десятков секунд). Эти нейтроны называют запаздывающими, доля их по сравнению с мгновенными мала (менее процента).
Свободные нейтроны активно взаимодействуют с любыми ядрами, причем весьма разнообразно. Вероятность взаимодействия описывают «сечениями», измеряемыми «барнами» (барн равен 10-24 см2), уподобляя то или иное ядро мишени соответствующей площади для летящего нейтрона. Одно и то же ядро может представлять различной площади мишень для разных сценариев взаимодействия: например отскок нейтрона от ядра может быть намного более вероятен, чем его захват ядром с испусканием гамма кванта. Таких сценариев очень много и по совокупности информации о них можно «узнать» то или иное ядро так же точно, как по отпечаткам пальцев — человека.
Образованные делением частицы при многочисленных столкновениях с окружающими атомами отдают им свою энергию, повышая, таким образом, температуру вещества. После того как в сборке с делящимся веществом появились нейтроны, мощность тепловыделения может возрастать или убывать, а может быть и постоянной. Параметры сборки, в которой число делений в единицу времени не растет, но и не уменьшается, называют критическими. Критичность сборки может поддерживаться и при большом, и при малом числе нейтронов, находящихся в ней в данный момент времени. В зависимости от того, больше или меньше это число, больше или меньше и мощность тепловыделения. Тепловую мощность увеличивают, либо «подкачивая» дополнительные нейтроны извне в критическую сборку, либо делая сборку сверхкритичной (тогда дополнительные нейтроны «поставляют» все более многочисленные «поколения» делящихся ядер).
Образующиеся при делении нейтроны часто пролетают мимо окружающих ядер, не вызывая повторного деления. Чем ближе нейтрон к свободной поверхности, тем больше у него шансов вылететь из делящегося материала и никогда не возвратиться обратно (подумайте, кто из суетящейся у обрыва толпы скорее других свалится в пропасть!). Форма сборки, сберегающей нейтроны в наибольшей мере — шар: для данной массы вещества он имеет минимальную поверхность. Ничем не окруженный (уединенный) шар из 94 %-ного U235 без полостей внутри становится критичным при массе в 49 кг и радиусе 85 мм. Если же сборка из такого же урана — цилиндр с длиной, равной диаметру, она становится критичной при массе в 52 кг, а для длинного цилиндра, с высотой восьмикратно превосходящей диаметр, эта масса превысит 100 кг [41].
Понятно, что внешнюю поверхность сборки можно уменьшить и увеличив плотность ее вещества, поэтому-то взрывное сжатие, не меняя количества делящегося материала, тем не менее, может переводить сборку из докритического состояния в сверхкритическое.
И, наконец, о роли энергии нейтронов. «Отскакивая» от ядер, нейтроны передают им часть своей энергии, тем большую, чем «легче» (ближе им по массе) ядра. Чем больше столкновений претерпевают нейтроны, тем более они «замедляются», и, наконец, приходят в тепловое равновесие с окружающим веществом («термализуются»). Скорость «тепловых» нейтронов — 2200 м/с, что соответствует энергии 0,025 эВ. Время термализации (миллисекунды) ощутимо человеком, но важно помнить, что за такое время быстрые нейтроны снижают свою энергию на много порядков, до «тепловых» значений; вразы же они теряют энергию всего за несколько столкновений, что займет доли пикосекунды! Нейтроны могут ускользнуть из замедлителя, захватываются его ядрами, но с уменьшением энергии их способность вступать в реакции существенно возрастает, поэтому нейтроны, которые «не потерялись», с лихвой компенсируют убыль численности.
Так, если шар делящегося вещества окружить замедлителем, многие нейтроны покинут замедлитель или будут поглощены в нем, но будут и такие, которые, потеряв свою энергию, вернутся в шар («отразятся») и с гораздо большей вероятностью вызовут акты деления (рис. 3.4). В процессе обмена нейтронами между замедлителем и делящимся веществом установится усредненная, пониженная в сравнении с той, с которой они рождаются, энергия нейтронов, вызывающих деление. Если шар окружить слоем бериллия толщиной 25 мм, то можно сэкономить 20 кг U235 и все равно достичь критического состояния сборки. Заплатить за такую экономию придется временем: каждое последующее поколение нейтронов, прежде чем вызвать деление, должно сначала замедлиться. Эта задержка уменьшает число поколений нейтронов, рождающихся в единицу времени, а значит, энерговыделение «затягивается». Чем меньше делящегося вещества в сборке, тем больше требуется замедлителя для развития в ней цепной реакции, а деление идет на все более низкоэнергетичных нейтронах. В предельном случае, когда критичность достигается только на совсем уж тепловых, например, в растворе солей урана в воде [42], масса сборок — сотни граммов, но раствор просто периодически вскипает. Выделяющиеся в объеме пузырьки пара уменьшают среднюю плотность делящегося вещества, и цепная реакция прекращается. Затем пузырьки, всплывая, покидают жидкость и вспышка делений повторяется. Можно, конечно, закупорить сосуд, и тогда пар высокого давления разорвет его. Это будет типичный тепловой взрыв, опасность которого заключается не в мощности, а в радиационных эффектах.
Вот как описан в книге Р. Юнга «Ярче тысячи солнц» закончившийся трагично эксперимент доктора Слотина, правда, не с ураном, а другим делящимся веществом — плутонием (рис. 3.5).
Рис. 3.5
Слева: приспособления для отливки заготовки заряда из плутония. Правее: так обращался с содержащей плутоний сборкой доктор Слотин (фотография взята из отчета комиссии, расследовавшей одну из первых в истории ядерных аварий). Снимок справа вверху дает представление о такой аварии. Сфотографирован образец плутония, правда, не оружейного, как в опыте Слотина, а изотопа с массовым числом 238. Различия в ядерных свойствах «плутониев» даже более велики, чем «уранов»: в Pu238 не может возникнуть цепная реакция деления, но другие самопроизвольные ядерные реакции протекают столь интенсивно, что металлический Pu238 всегда пребывает в раскаленном состоянии; оружейный Pu239 сравнительно малоактивен (хотя его температура и превышает комнатную на несколько градусов), зато — способен к цепной реакции, которая при определенных условиях может быть взрывной. В опыте Слотина она такой не стала, но Pu239 раскалился, став на несколько секунд похожим внешне на Pu238. Еще один «беспокойный» изотоп — Pu240 — испускает нейтроны спонтанно и на четыре порядка более интенсивно, чем «оружейный» собрат. Высокий «примесный» нейтронный фон не позволяет применять полученный в реакторе плутоний в зарядах ствольного типа (об этом — в конце главы)
«Задача состояла в том, чтобы достигнуть, но не превзойти критической точки самого начала цепной реакции, которую Слотин должен был немедленно прерывать, раздвигая полушария. Если бы он «проскочил» критическую точку или недостаточно быстро прервал начавшуюся реакцию в самом ее начале, то масса превзошла бы критическую величину и последовал бы ядерный взрыв…
…Неожиданно его отвертка соскользнула. Полушария сошлись слишком близко, и масса стала критичной. Мгновенно все помещение наполнилось ослепительным блеском. Слотин вместо того, чтобы укрыться и, возможно, спасти себя, рванул голыми руками оба полушария в разные стороны и прервал тем самым цепную реакцию».
Надеюсь, читателю очевидны «ляпы»: оказывается, человек в состоянии движениями рук прервать ядерный взрыв, а уж если таковой неминуем — может «укрыться» (уж не спрятавшись ли под стол?).
Авторам книги «Критические параметры систем с делящимися веществами и ядерная безопасность» удалось избежать безграмотного пафоса.
«Лос-Аламос, 1946 г. Случай неконтролируемой вспышки цепной реакции произошел на сборке, состоящей из плутониевой сферы[43], облицованной никелем толщиной 0,13 мм (плотность плутония равнялась 15,7 г/см3, общий вес — 6,2 кг), окружаемой бериллиевыми полуоболочками. Экспериментатор, регулируя зазор между полуоболочками отверткой, неожиданно выронил ее. Бериллиевые полуоболочки сомкнулись, что явилось причиной вспышки цепной реакции, в результате которой в сборке произошло 3 ·1015 делений. Физик, проводивший эксперимент, умер через девять дней в результате переоблучения дозой 900 рентген».
Оружейник-ядерщик, мельком взглянув на характеристики «сферы», скажет, не раздумывая: сборка была изготовлена для заряда, где одно поколение быстрых нейтронов сменяется другим, более многочисленным, за неимоверно короткое, неуловимое живыми существами время. Не будучи окружена замедлителем, «сфера» была подкритичной, безопасной. В присутствии замедлителя процесс, начавшись либо с нейтрона, рожденного в спонтанных реакциях всегда присутствующих в оружейном плутонии примесных ядер, либо — что менее вероятно — со случайно попавшего в сборку фонового [44] нейтрона, далее происходил на частицах, каждое поколение которых долго замедлялось, и потому не был взрывным. Цепь делений угасла сама, когда сборка раскалилась, а значит — расширилась. Дальнейшие действия физика предотвратили два неприятных последствия: другую вспышку делений после остывания сборки и загрязнение всего окружающего плутонием, который, раскалившись, мог и сбросить с себя защитную оболочку из никеля [45].
Вероятно, целью опыта было выяснить, безопасно ли монтировать сборку в заряд, окружая при этом замедляющим нейтроны бериллием. Пошли на жутковатый эксперимент потому, что во все времена далеко не все, что необходимо для реализации новых идей, можно было рассчитать. Упоминание «ослепительного блеска» следует отнести на счет эмоциональной реакции свидетелей аварии. На самом деле, это было неяркое фиолетовое свечение ионизованного гамма квантами воздуха (обычно в такой ситуации ощущается и сильный запах озона).
Важный вывод, который следует из разобранных примеров: излюбленный журналистами параметр — критическая масса — сам по себе не характеризует способность к взрыву. Для одного и того же делящегося вещества критические массы могут отличаться на порядки (в зависимости от его формы, плотности, присутствия замедлителя), причем, даже если такая масса собрана и цепная реакция происходит, взрывной она бывает отнюдь не всегда.
Для некоторых — и весьма важных — задач необходимо избежать не только ядерного взрыва, но и «теплового эксцесса», подобного опыту доктора Слотина. В управляемых реакциях деления значительную роль играют нейтроны запаздывающие.
Рис. 3.6
В верхнем ряду слева — снимок макета ядерного реактора ВВЭР-1000. Активная зона состоит из стержней с обогащенным ураном и стержней с веществом, поглощающим нейтроны (последние служат для регулировки мощности). Стержни омываются водой, которая замедляет нейтроны и служит теплоносителем. Вода циркулирует в активной зоне под высоким давлением и нагреть ее без вскипания можно до значительно большей, чем сотня градусов, температуры, обеспечив тем самым эффективный теплоотвод. Очень горячая вода из активной зоны поступает в теплообменник, где отдает свою энергию и та преобразуется для дальнейшего потребления.
Уран в стержнях (называемых ТВЭЛами — тепловыделяющими элементами, показанными в центре) обогащен «двести тридцать пятым» изотопом на 5 или чуть более процентов, он значительно «беднее», чем оружейный. От реактора получают огромную энергию, но, кроме того, U238 из его топлива не идет «в отвал», а превращается нейтронами в другое делящееся вещество при протекании реакций:
U238 + n -> U239 -> Np239 -> Pu239
Ядерные реакции, продуктом которых является Pu239, в основном заканчиваются через несколько недель после извлечения отработавших ТВЭЛов. Это время они выдерживаются в бассейнах с водой, а их гамма-излучение столь интенсивно, что возбуждает вторичное (черенковское) излучение синеватого цвета в водяной защите (справа). В «отсветивших» ТВЭЛах остается плутоний, который отличается от урана валентностью, что делает возможным его выделение химическими методами.
Выделение энергии при ядерной реакции происходит за счет массы: суммарная масса продуктов реакций меньше, чем ядер, в реакцию вступающих. Офицеры и матросы авианосца «Энтерпрайз» (нижний снимок) выстроилась на полетной палубе, образовав формулу Эйнштейна, связывающую убыль массы («т») реагентов при делении уранового топлива и выделяющуюся при этом энергию («Е»), которой ядерные реакторы обеспечивают их корабль («с» — скорость света). Цифра «40» означает, что все сорок лет службы корабля доказывают справедливость этой формулы. Перезарядка активных зон ядерной энергетической установки авианосца производится раз в три года и обеспечивает дальность плавания более чем в 300000 миль. «Энтерпрайз» вошел в состав ВМС США в 1961 г. и останется в строю до 2013 г. Полное водоизмещение авианосца — 93400 т
…В ядерном реакторе — таком, например, какой обеспечивает энергией огромный корабль (рис. 3.6), — тепловыделение регулируют, вдвигая или выдвигая из активной зоны (той же сборки с делящимся веществом) стержни, содержащие поглощающие нейтроны элементы (кадмий, бор). Но мгновенные нейтроны размножаются слишком быстро — настолько, что затруднительно контролировать рост мощности: скорость введения стержней в активную зону всего лишь на метр (примерно 10 % ее длины) должна быть порядка километров в секунду — немыслимая для механических устройств с их блоками и тросами величина. А при меньших скоростях введения стержней реактор развалится от перегрева. Так и случается при авариях, и все же существует интервал положений стержней, в котором реактор вполне управляем. В этом режиме прирост числа нейтронов (и мощности) происходит за счет запаздывающих нейтронов (мгновенные тоже, конечно, рождаются, но каждое их последующее поколение увеличивается только на количество, соответствующее размножению запаздывающих). Реактор «вынужден ждать», пока долгоживущие осколки выпустят свои нейтроны, и не «идет в разгон» а набирает мощность медленно (проценты в секунду) — так, что прирост ее можно в нужный момент остановить, даже при ручном управлении.
…Роль нейтронов в ядерных реакциях и их практическом применении настолько важна, что очевидна необходимость, не «пережевывая» уже изложенное, закрепить у читателя представления о замедлении и взаимодействии этих частиц с ядрами. Полезно будет разобраться в опыте, проведенном автором в годы работы молодым специалистом в НИИ авиационной автоматики. Ускорительный источник — нейтронный генератор — далее будет описан подробнее, а пока важно лишь то, что формировал этот генератор субмикросекундной (т. е. много меньшей, чем время термализации) длительности поток нейтронов одинаковой (14 МэВ) энергии.
Если в замедлитель «впрыснуть» такие нейтроны, то они начнут «разбегаться»: случайное сочетание углов рассеяния при столкновениях приведет к тому, что найдутся частицы, двигающиеся в самых разных направлениях. Те же случайные факторы приведут и к разбросу энергий: в каждый данный момент времени будут наличествовать как нейтроны больших, так и меньших энергий.
…Идея пришла неожиданно. Сопоставив длительность формируемого нейтронного импульса и время замедления нейтронов (миллисекунды), я понял, что если окружить генератор замедлителем определенной толщины и сформировать импульс, то из замедлителя сначала выйдут нейтроны, испытавшие малое число столкновений, а значит — довольно высокоэнергетичные, потом — «потолкавшиеся подольше», подрастерявшие свою энергию, и уж затем — тепловые. Если для визуализации изображения применить электроннооптический преобразователь (ЭОП), то, запуская его с определенной задержкой по отношению к началу нейтронного импульса, можно менять и энергию частиц, используемых для контроля. Это сулило прямо-таки революционное расширение возможностей нейтронографии: определив ход изменения яркости свечения изображений различных деталей «просвечиваемого» объекта в зависимости от задержки (энергии нейтронов), можно идентифицировать вещество, из которого они изготовлены, потому что яркость определяется сечением взаимодействия нейтронов (рис. 3.7), которое для каждого элемента весьма индивидуально зависит от их энергии. Появлялась и возможность проявления деталей из легких элементов — задача, непосильная методу рентгеновского контроля! Можно было бы получать и цветные нейтронограммы! Нейтроны, конечно, цвета не имеют, но допустимо «присвоить» им различные, зависящие от энергий цвета: например, устанавливая задержку, соответствующую контролю на нейтронах промежуточных энергий — задавать желтый цвет изображения (густота цвета будет зависеть от пропускания нейтронов той или иной деталью). Другим величинам задержек можно поставить в соответствие красные, синие и прочие цвета, так что итоговое изображение, составленное из наложения частных, выглядело бы весьма живописно.
Рис. 3.7
Сечения взаимодействия некоторых ядер с быстрыми (МэВ-ных энергий) нейтронами. На ординатах каждого графика даны сечения в барнах. Для низко-энергетичных нейтронов различия еще более заметны и характеризуются резонансами — скачками сечений (иногда — в пределах более трех порядков).
Подобные резонансы для нейтронов с энергиями менее 0,1 эВ можно наблюдать и для реакции деления (см. рис. 3.4)
Конвертер (преобразователь нейтронного излучения в световое) изготовили, смешав бор, сульфид цинка и «связав» смесь полиэтиленом. При захвате нейтронов ядрами бора получались альфа-частицы, которые и вызывали вспышки света в сульфиде цинка.
Вскоре начались плановые испытания генераторов на полный ресурс. «Гоняя» генераторы, попутно облучали патрон. Результаты не радовали: на экране ЭОПа виделись лишь отдельные вспышки. Чтобы не подвергать риску быть экспроприированным фотоаппарат, срочно изготовили из фанеры кассету, прижимавшую к экрану кусок аэрофотопленки. Облучение длилось не минуту, не час, а неделю, но результат был получен: пленки, экспонированные при задержке запуска ЭОПа и без нее, заметно отличались, что свидетельствовало об изменении средней энергии нейтронов, на которых велся контроль (рис. 3.8)! Низкоэнергетичные нейтроны позволили обнаружить и порох, что было недоступно для нейтронов быстрых, а уж тем более — для рентгена. Неважно, что изображения были получены после недельного коллекционирования отдельных вспышек! Неважно, что компоненты конвертера оказались смешанными явно неравномерно! Главное — работал принцип! А если так, то, применив более мощный источник нейтронов (например — импульсный реактор), можно было, лишь «просветив» предмет снаружи, узнать не только его устройство, но и изотопный состав любой его детали по выбору: достаточно было укрепить на ее изображении фотоэлемент и получить зависимость его показаний от величины задержки запуска ЭОПа (а значит — и от энергий нейтронов). Ясно, что тут требовались сложные расчеты эффективности конвертера для нейтронов разных энергий, экранирования одного материала другим, но все это было под силу компьютерам, только входившим тогда в обиход научных учреждений…
Рис. 3.8
Нейтронограммы патрона, полученные на нейтронах разных энергий (при задержке запуска электронно-оптического преобразователя относительно нейтронного импульса и без нее). На верхней нейтронограмме, полученной без задержки запуска (на быстрых нейтронах), — различимы только металлические детали. Медленные нейтроны дают возможность обнаружить и заряд пороха, состоящего их «легких» элементов (азота, углерода, водорода, кислорода)
… В НИИ авиационной автоматики (НИИАА, позднее — ВНИИА) автор попал по распределению — для выполнения дипломной работы. Чтобы понять принципы действия «авиационной автоматики», вернемся к нашим сборкам.
Ранее упоминавшийся U235 ключевую роль во многих областях уступил плутонию 239, ядро которого при делении испускает в среднем 2,895 нейтрона— больше, чем U235 (2,452). К тому же в плутонии ниже сечения нейтронных реакций, не вызывающих деления.
Плутоний многолик: в разных интервалах температур он может существовать в фазах числом в полдюжины, с плотностями от 14,7 до 19,5 г/см3. «Тяжелый» плутоний предпочтителен во многих отношениях, за исключением одного: в этой (альфа) фазе он очень хрупок. Поэтому легирующей присадкой фиксируют дельта фазу [46], проигрывая в плотности чуть более 20 %, но получая пластичный и хорошо обрабатываемый металл. Уединенный шар Pu239 становится критичным при почти втрое меньшей массе, чем шар U235, а главное — при меньшем радиусе, что очень важно, поскольку позволяет снизить габариты критической сборки.
Впрочем, «двести тридцать третий» изотоп урана позволяет достичь критичности при массе сборок меньшей, чем в случае плутония, правда, ненамного. И получают его при облучении нейтронами тория, которого в земной коре содержится втрое больше, чем урана. Но U233 не вытеснил плутоний: уж очень интенсивно испускает гамма кванты сопутствующий ему изотоп с массовым числом 232. Брать в руки U233 — «чревато».
Известны и другие делящиеся изотопы. В 60-х годах из них грозились сделать «атомные пули», но когда их действительно выделили в осязаемых количествах и исследовали, оказалось, что «оружейные» их преимущества сомнительны, а стоимость — умопомрачительна [47].
…От пуль «страшной разрушительной силы» пришлось защищаться и автору — в 90-х годах, на заседании комиссии, созданной для рассмотрения изобретения, связанного, правда, не с делением, а с применением так называемого «холодного синтеза», о котором тогда верещали газетные заголовки. Синтезом называют процесс слияния легких ядер. О настоящем, протекающем при огромных температурах и сопровождаемом выделением значительной энергии, синтезе речь впереди, а изобретение касалось «холодного», якобы возможного при температурах комнатных: изобретатели обещали «стреляя из пулемета, поливать противника стамиллиметровыми снарядами».
«Холодный синтез» считало шарлатанством большинство авторитетов в области ядерной физики, но к их мнению в подобных ситуациях надо относиться с осторожностью, потому что человеческая психика устроена так, что вторжение на свою территорию, будь то квартира или возделываемое поле — воспринимается с крайним неудовольствием. Правда, наука не принадлежит кому-либо лично, но это унылое утверждение верно лишь формально, а на самом деле — парадигма «Земля принадлежит тем, кто ее обрабатывает» [48] сидит одинаково крепко как под крестьянским треухом, так и (пусть и в слегка отредактированном виде) под академической шапочкой.
Теоретики обычно стремятся оценить осуществимость предложения, опираясь на известные законы, но дело в том, что и верные законы могут «работать» по-разному, в зависимости от формулировки задачи. И потом: даже если и задача сформулирована и все преобразования проделаны безупречно — как быть с численными значениями величин, от которых зависит ответ «да, возможно» или «нет, невозможно»? Если все они точно известны — есть ли в предложении новизна? А если их приходится выбирать, руководствуясь интуицией, вряд ли такой метод отличается от того, сущность которого можно сформулировать как: «Рожа мне его не нравится…» или: «С такими ногами, девушка, в стриптизерки надо пойти, а не по комиссиям шляться…»
Автор прикинул, противоречит или нет рассматривавшееся предложение ранее известным, проверенным фактам. Доказательства, представленные изобретателями, при этом во внимание, конечно, не принимались: на столе лежали броне плиты с отверстиями, в которые можно было просунуть кулак, но ведь такой результат можно получить и не от «пуль холодного синтеза», а просто прилепив к плите кусок пластита и приладив к нему детонатор…
В обеденный перерыв пришлось съездить домой за книгой Глесстона «Действие ядерного оружия», а после перерыва — попросить специалистов по ядерным реакциям отдохнуть и задать изобретателям вопросы, проверяя, правильно ли занесены в протокол ответы на них.
В: Вы утверждаете, что источником энергии у вас является синтез, неважно — «холодный» или «горячий»?
О: Да.
В: Согласны ли вы, что в каждом акте синтеза выделяется свободный нейтрон?
О: Да.
В: Верно ли, что энерговыделение при взрыве вашего устройства эквивалентно взрыву нескольких килограммов ВВ?
О: Да.
В: У меня в руках книга Глесстона, там приведены данные об энергии, выделяющейся в акте синтеза— 17 Мэв, что соответствует 17 Мэв, что соответствует 2,7x10-12 Дж, вы согласны?
О: Да.
В: А где лично вы находились при проведении опытов?
О: В блиндаже, метрах в десяти. А какое это имеет значение?
Имело это такое значение, что в каждом из опытов должно было выделиться по 1019–1020 нейтронов: достаточно было поделить заявленное значение энерговыделения в опыте на энерговыделение в одном акте синтеза, чтобы в том убедиться. В десяти метрах от смертельной дозы нейтронов не мог спасти ни один блиндаж.
Все стали мусолить книгу, раздалось неуверенное беканье изобретателей, что, может, у них и «не выделялись нейтроны», на что последовал заготовленный ответ: «Тогда вам надо не размениваться на прикладные мелочи, а сначала заявить об открытии совершенно нового класса ядерных реакций». Далее диалог продолжался вполне предсказуемо.
— Мы не намерены вступать в споры об открытии, есть эффект — и всё!
— Тогда следует продемонстрировать на полигоне, как и чем проделываются дырки в бронеплитах, а не затевать дискуссии о так называемом холодном синтезе…
Конечно, на этом активность первопроходцев не иссякла, впоследствии до автора доходили отголоски скандалов на эту тему, но на заседания комиссий его больше не приглашали.
Механические поражения в результате взрывных эффектов ядерных реакций начинают превалировать над радиационными, если энерговыделение в сборке превысит несколько тераджоулей (что соответствует примерно килотонне тротилового эквивалента) [49]. Если бы даже «атомные пули» и были созданы, то такое мини-оружие по всем меркам было бы ядерным и после его применения остались бы неоспоримые улики: продукты реакций и наведенная нейтронами радиоактивность, а это дало бы противнику право ответить на «пулеметные» экзерциции полноценным ядерным ударом…
…Итак, поверхность сборки (рис. 3.9а), содержащей плутоний («черная сердцевина»), искусственно увеличивают, выполняя ее в форме шарового слоя (полой внутри) и заведомо подкритичной, даже — и для тепловых нейтронов, даже — и после окружения ее замедлителем (слой желтоватого цвета). Вокруг сборки из очень точно пригнанных блоков взрывчатки монтируют заряд (оранжевого цвета), также образующий шаровой слой. Читатель и сам догадывается, для чего нужен взрыв: чтобы рвать, метать, деформировать. Но чтобы сберечь нейтроны, надо и при взрыве хоть и уменьшить радиус сборки, но сохранить ее благородную форму шара, для чего подорвать слой взрывчатого вещества одновременно по всей его внешней поверхности, обжав сборку равномерно со всех сторон. Для этого служит детонационная разводка из поликарбоната — также в форме шарового слоя, плотно прилегающего к заряду взрывчатки.
…Предположим, у нас есть всего один детонатор, но кроме него — взрывчатка, по консистенции напоминающая пластилин, причем скорость ее детонации очень стабильна. Попробуем сначала одновременно «развести» детонацию только в две точки. Сначала просверлим в нужных местах два отверстия. Далее, взяв циркуль и, поочередно помещая его ногу в отверстия, произвольным, но одинаковым радиусом сделаем две засечки. Процарапаем или отфрезеруем (но на небольшую, меньшую, чем толщина разводки глубину) две прямые канавки, ведущие от отверстий к точке пересечения засечек. Плотно забьем и канавки и отверстия взрывчатым «пластилином», а в точке пересечения канавок установим наш единственный детонатор. Когда он сработает, детонация пробежит по канавкам абсолютно равные расстояния, а поскольку скорость ее высокостабильна — в один и тот же момент времени достигнет отверстий. В отверстия также забит взрывчатый «пластилин», в отличие от канавок, находящийся в контакте с основным зарядом, поэтому его детонация «заведет» и основной заряд — одновременно и в двух требуемых точках.
Рис. 3.9
Анимация: перевод сборки в сверхкритическое состояние при имплозии. Справа — «система многоточечного инициирования»: тонкая полоска целлулоида с обернутой вокруг нее нихромовой проволокой, взятой из «сгоревшего» паяльника. Эта полоска укладывается по периферии «заряда» и при подаче тока воспламеняет инициирует реакцию в бихромате по внешней поверхности
Для инициирования в трех точках задача усложнится. Вспоминаем планиметрию (правда, у нас поверхность не плоская, а сферическая, но — пойдем на такое упрощение): через три точки можно провести окружность одного-единственного радиуса (в центр ее и поместим детонатор), делать засечки произвольным радиусом уже нельзя. Для четырех точек — следующая ступень усложнения: одну из них (ближайшую к детонатору) придется соединять с детонатором не прямой, а ломаной канавкой, чтобы обеспечить равное с остальными тремя время пробега детонации.
Рис. 3.10
Слева — элемент детонационной разводки. Справа — детонационная линза, состоящая из взрывчатых веществ с разной скоростью детонации (у внешнего слоя она выше). Форма зарядов подобрана так, что если инициировать этот конус на вершине, то к его основанию придет детонационная волна сферической формы
А если точек — несколько десятков, да еще они должны равномерно покрывать всю сферическую поверхность заряда? Такая задача решается с применением методов геометрии Римана. Элемент разводки выглядит как на рис. 3.10, и не на всяком станке, даже — с числовым программным управлением, его можно изготовить, зато применение разводки позволило существенно уменьшить диаметры зарядов, по сравнению с первыми образцами, в которых для тех же целей использовались детонационные линзы. Кроме того, для заряда с разводкой необходимы всего несколько электродетонаторов в специальных, плоских розетках (рис. 3.11), в то время как для каждого «линзового» заряда их требуются десятки (рис. 3.12).
Рис. 3.11
Детали боевого блока: носовая часть и розетки электродетонаторов
…Как-то автору потребовалось сформировать сходящуюся к оси цилиндрическую волну. Конечно, восемь использованных им электродетонаторов не были «товарами народного потребления» из тех, что используют в забоях и штреках. Все восемь были соединены последовательно, но, несмотря на то, что запускающий их импульс максимально форсировали, данные скоростной съемки показали, что они не сработали одновременно (рис. 3.13). Для устройства автора такое катастрофой не явилось: исследуемое явление не было очень уж чувствительно к симметрии сжатия. Ядерный заряд в аналогичной ситуации слегка «недодал» бы энерговыделения: отклонение формы сборки от шаровой увеличило бы потери нейтронов.
Рис. 3.12
Макет, предназначенный для демонстрации экскурсантам принципа имплозии, оснащен несколькими десятками «детонаторов». Натурный заряд такого типа требует значительно большего энергообеспечения системы инициирования и менее надежен по сравнению с устройством, в котором используется многоточечная детонационная разводка
Первые «атомные» электродетонаторы срабатывали от накаливания током тончайшей проволочки: от нее воспламенялась, а затем детонировало инициирующее ВВ, передавая детонацию бризантному. Была до тонкостей «вылизана» технология изготовления таких детонаторов, и все равно готовые изделия «калибровали», выбирая те, которые минимально отличались друг от друга по параметрам. Такие образцы объединяли в «боекомплект» и хранили в специальных опломбированных контейнерах. Потом от детонаторов с мостиком накаливания отказались по соображениям безопасности: из-за наличия инициирующего ВВ они могли сработать при нагревании, да и токовые импульсы от разного рода наводок могли привести к подрыву и — в самом безобидном случае — к рассеиванию плутония, каковое к приятным обстоятельствам никак не отнесешь. Поэтому перешли на «безопасные» детонаторы: в них нет инициирующего ВВ, а формирует в бризантном ВВ ударную волну, трансформирующуюся в детонационную, канал высоковольтного разряда. Понятно, что для срабатывания таких детонаторов нужно больше энергии, чем для мостиковых, но — безопасность превыше всего!
Рис. 3.13
Верхний ряд, снимки 1 и 2: цилиндрическая имплозия. Там, где детонационные волны сталкиваются, давление и температура значительно выше, поэтому области столкновений на снимках ярко светятся. Измерив по фотографии расстояние между центром точки инициирования и границей такой области и зная скорость детонации ВВ, можно определить, какое время прошло с момента инициирования до столкновения волн. Электродетонатор, находящийся в позиции, соответствующей положению часовой стрелки «полтретьего», сработал раньше других (примерно на 0,4 микросекунды): для этой точки инициирования упомянутое расстояние больше среднего значения. Начавшаяся раньше детонация «успела» расширить свой сектор за счет соседей и раньше «толкнула» находящийся в центре объект, нарушив симметрию сжатия. От этого опыта остался и «свидетель» — медный электрод (справа), на обратной поверхности которого, в местах столкновения детонационных волн, заметны откольные явления.
Такие же наглядные снимки сферической имплозии получить невозможно, поэтому внутри метаемого взрывом шарового слоя размещается «башня» с множеством контактных датчиков различной длины (нижний левый снимок). Сжимаемый имплозией шаровой слой последовательно замыкает эти датчики, что дает возможность, зарегистрировав моменты замыкания, определить элементы движения слоя. Левее — детонаторы, применявшиеся в ядерных зарядах: вверху — мостиковый, ниже — высоковольтные, не содержащие инициирующего ВВ. Справа — контейнер для боекомплекта
…Остается доделать всякую ерунду: завинтить крышки, подключить кабели, ведущие к розеткам электродетонаторов (рис. 3.14)… Впрочем, что значит — «ерунду»? Операции при сборке «авиационной автоматики» только одной категории — «ответственные»! Выполняются они «тройкой». Один громко, с внятной артикуляцией, зачитывает пункт инструкции: «Затянуть гайку, позиция… ключом позиция… с моментом…». Второй повторяет услышанное, берет поименованные в соответствующих позициях инструкции гайку и ключ, снабженный измерителем момента, «затягивает». Третий контролирует правильность зачитывания, повторения, соответствие «позиций» и показания измерителя момента. Потом все трое расписываются в соответствующей графе за проведенную операцию (одну из многих тысяч подобных), и каждый знает: в случае чего — «следствие, протокол, отпечатки пальцев…» Таинство производило сильное впечатление на тех, кому довелось быть его свидетелями, в том числе — на С. Королева, который позже внедрил аналогичный порядок и в космической отрасли.
Работа заряда начинается с момента, когда мощный высоковольтный импульс одновременно подрывает все детонаторы. Огоньки детонации с постоянной скоростью (около 8 км/с) разбегаются по канавкам, а пройдя их — ныряют в отверстия и одновременно во множестве точек «заводят» заряд (рис. 3.96). Далее следует сходящийся внутрь [50] взрыв (рис. 3.9в), который сдавливает сборку давлением более миллиона атмосфер. Поверхность сборки уменьшается, в плутонии исчезает полость (рис. 3.9 г), а плотность его — увеличивается, сжимаемая сборка «проскакивает» критическое состояние на тепловых нейтронах и становится существенно сверхкритичной на нейтронах быстрых.
Рис. 3.14
Верхний и центральный ряды — иллюстрации процесса монтажа первого имплозивного заряда «Гаджет» (заимствованы из подлинной американской инструкции). 1 — детали из плутония; 2 — полоний-бериллиевый источник нейтронов; 3 — герметизирующая прокладка рифленого золота; 4 — капсула из урана-238; 5 — сегменты ВВ; 6 — элемент шарового слоя из алюминия. Конструкция ядерного заряда «Гаджета» иная, чем изображенная на анимации (рис. 3.9): в нем нет замедлителя нейтронов, вместо него плутониевый шар окружен слоями отвального урана и алюминия. Импеданс алюминия повыше, чем у продуктов детонации ВВ, поэтому после имплозии давление ударной волны в нем повышается (рис. 1.15). Оно повышается еще раз при переходе волны в уран, одна только плотность которого выше, чем у алюминия более чем в семь раз! Массивный шаровой слой отвального урана повышает также инерционность сборки, «давая» плутонию больше времени для деления (торцевые поверхности капсулы 4 — сферические, одного радиуса с этим слоем). Нижний ряд, слева: процесс монтажа. Снимок явно инсценирован, предназначен для публикации в журнале, логотип которого виден внизу. На самом деле, ядерный заряд монтируют не «на коленке», а на станке, позволяющем поворачивать изделие в двух плоскостях, обеспечивая свободный доступ к любому из элементов (правее)
… Не знаю, как решит читатель, по-моему — кинограмма рис. 3.9 выглядит довольно живописно. Но, как говаривал товарищ Семплеяров [51]: «Разоблачение совершенно необходимо. Без этого ваши блестящие номера оставят тягостное впечатление. Зрительская масса требует объяснения!»
«Зрительская масса» наверняка догадалась, что сфотографирован не взрыв настоящего ядерного заряда. Но на кинограмме — вообще не взрыв, а анимация. Вместо взрывчатого вещества использован оранжевый порошок бихромата аммония (с его помощью детям демонстрируют «вулкан»), «Плутоний» сделан из подкрашенного черной тушью поролона, а «замедлитель» — из термореактивного кембрика, сжимающегося при нагревании. В отличие от детонации взрывчатки, реакция в бихромате идет медленно и можно рассмотреть (и сфотографировать самой обычной, даже «телефонной», камерой), как фронт реакции «сходится» к сборке. Существенная некорректность модели в том, что «плутониевая» сборка становится «сверхкритичной» при сжатии ее нагреваемым кембриком, а не «взрывчаткой».
Но все описанное и смоделированное — детонация заряда, перевод сборки в сверхкритическое состояние — еще не ядерный взрыв. Ядерный взрыв начинается, когда через период, определяемый ничтожным временем незначительного замедления быстрых нейтронов, каждый из нового, более многочисленного их поколения добавляет производимым им делением энергию в более чем две сотни МэВ в и без того распираемое чудовищным давлением вещество сборки. В масштабах происходящих явлений прочность даже самых лучших легированных сталей столь мизерна, что никому и в голову не приходит учитывать ее при расчетах динамики взрыва. Единственное, что не дает разлететься сборке — инерция [52]: чтобы расширить плутониевый шар за десяток наносекунд всего на сантиметр, требуется придать веществу ускорение в десятки триллионов раз превышающее ускорения земного притяжения! В конце концов, вещество все же разлетается, прекращается деление, но не интересные события: энергия перераспределяется между тяжелыми, ионизованными осколками разделившихся ядер, другими испущенными при делении заряженными частицами, а также электрически нейтральными гамма квантами и нейтронами. Энергия продуктов реакций — порядка десятков и даже сотен МэВ, но только гамма кванты больших энергий и нейтроны имеют шансы избежать взаимодействия с веществом, из которого была сделана сборка и покинуть зарождающийся огненный шар ядерного взрыва. Заряженные же частицы быстро теряют энергию в актах столкновений и ионизаций. При этом испускается излучение, правда, уже не «жесткое» ядерное, а более «мягкое», с энергией на три порядка меньшей, но все же более чем достаточной, чтобы «выбить» у атомов электроны — не только с внешних оболочек, но и вообще все. Мешанина из «голых» ядер, «ободранных» с них электронов и излучения с плотностью в граммы на кубический сантиметр [53] — все то, что было зарядом — приходит в некое подобие равновесия. Температура в совсем «молодом» огненном шаре (рис. 3.15а) — десятки миллионов градусов. Если шар захватывает сталь, она превращается в ветер [54].
Казалось бы, даже и «мягкое», но двигающееся с максимально возможной скоростью света излучение должно оставить далеко позади вещество, которое его породило, но это не так: в «холодном» воздухе пробег квантов кэвных энергий составляет сантиметры и двигаются они не по прямой, а при каждом взаимодействии переизлучаясь, меняя направление движения. Кванты ионизируют воздух, распространяются в нем как вишневый сок, вылитый в стакан с водой.
Рис. 3.15
При мощном ядерном взрыве ударную волну формирует расширяющаяся плазма нагретого радиационной диффузией воздуха; при взрыве малой мощности — то же делает «плазменный пузырь» из вещества, бывшего до взрыва зарядом (снимок «а», сделанный с выдержкой 10 не, в увеличенном по сравнению с остальными масштабе). Понятно, что возможен и промежуточный случай, когда эффективны оба механизма. «Усы», выступающие в нижней части — превращенные излучением в плазму тросы, поддерживавшие металлическую «этажерку», на которой был установлен заряд. Плотность ядер в конденсированном веществе (металле) тросов на много порядков больше, чем в окружающем воздухе, поэтому и плотность энергии, отдаваемой им распространяющимся излучением, выше. Эти взаимодействия сопровождаются высвечиванием разнообразных квантов. Используется накачка излучением и в рентгеновских лазерах). В дальнейшем рентгеновским излучением вокруг пузыря (он виден в центре снимка «б») из воздуха образуется полностью ионизованная плазма; затем плазменный пузырь распадается, а его остатки «подпирают» изнутри слой горячей плазмы («в»); далее эти остатки вырождаются в струи («г»), плазма огненного шара остывает, становится непрозрачной, но интенсивно излучает в видимой части спектра («д»); наконец — формируется ударная волна, а интенсивность излучения снижается. Подобраны наиболее наглядные снимки, полученные при различных испытательных взрывах
Такое называют радиационной диффузией. Тепловая энергия вещества пропорциональна четвертой степени его температуры, поэтому на этой стадии она «умещается» в небольшом объеме. «Молодой» огненный шар через несколько десятков наносекунд после завершения мощной [55] вспышки делений имеет радиус три метра и температуру почти 8 млн. кельвинов. Но уже через 30 микросекунд его радиус составляет 18 метров, правда, температура падает — около миллиона градусов.
Шар пожирает пространство, а ионизованный воздух за его фронтом почти не двигается: диффундирующее излучение передать ему значительный импульс не может. Но оно накачивает в этот воздух огромную энергию, нагревая его и, когда энергия излучения иссякает, шар начинает расти за счет расширения горячей плазмы. К тому же изнутри шар распирает то, что раньше было зарядом. Полностью ионизованный воздух прозрачен, и на фотографиях можно увидеть (рис. 3.156) этот плазменный сгусток в центре. Расширяясь, подобно надуваемому пузырю, плазменная оболочка истончается. Ее, конечно, ничто не «надувает»: с внутренней стороны почти не остается вещества, все оно летит от центра. Через 30 микросекунд после взрыва скорость этого полета — более сотни километров в секунду, а гидродинамическое давление в веществе — более 150 тысяч атмосфер! Чересчур уж тонкой стать оболочке не суждено, она лопается, образуя «волдыри» (рис. 3.15в). Кстати, если все произошло на небольшой высоте, то плазма теряет форму шара, что видно из фотографий. Там, где вещество заряда ударяет в грунт, давление и температура умножаются по сравнению со значениями на «свободном» фронте. Такой удар способен поразить самые высокозащищенные цели, такие как шахты МБР.
Процесс захватывает новые слои воздуха, энергии на то, чтобы «ободрать» все электроны с атомов уже не хватает, уменьшается прозрачность фронта. Иссякает энергия ионизованного слоя и обрывков плазменного пузыря, они уже не в силах двигать перед собой огромную массу, вырождаются в струи (рис. 3.15 г) и заметно замедляются. Но то, что до взрыва было воздухом, движется, оторвавшись от шара, вбирая в себя все новые слои воздуха холодного — начинается образование ударной волны.
При отходе ударной волны от огненного шара, меняются характеристики излучающего слоя, и резко возрастает мощность излучения в оптической части спектра (так называемый «первый максимум»). При дальнейшем движении волны происходит сложная конкуренция процессов высвечивания и изменения прозрачности окружающего воздуха, приводящая к реализации и второго максимума, менее интенсивного, но значительно более длительного — настолько, что выход световой энергии больше, чем в первом максимуме.
Вблизи взрыва все окружающее испаряется, подальше — плавится, но и еще дальше, где тепловой поток уже недостаточен для плавления твердых тел, грунт, скалы, дома текут как жидкость под чудовищным, разрушающим все прочностные связи напором газа, раскаленного до нестерпимого для глаз сияния.
Рис. 3.16
«Постаревший» огненный шар превращается в облако радиоактивной пыли. Под местом взрыва произошло остекловывание песка, как это было и при первом испытании («Trinity Operation»). Образовавшийся новый минерал получил название «тринитит»
… Наконец, ударная волна уходит далеко от точки взрыва, где остается рыхлое и ослабевшее, но расширившееся во много раз облако (рис. 3.16) из конденсировавшихся, обратившихся в мельчайшую и очень радиоактивную пыль паров. Нет, не воды. Или в самом общем случае — не только воды, а того, что побывало плазмой заряда, рекомбинировало, и того, что в свой страшный час оказалось близко к месту, от которого следовало бы держаться как можно дальше. Облако начинает подниматься вверх. Оно остывает, меняя свой цвет, «надевает» белую шапку конденсировавшейся влаги, за ним тянется пыль с поверхности земли (рис. 3.17)…
Рис. 3.17
Испытание Encelade французского термоядерного заряда энерговыделением 440 кт. Атолл Муруроа, 12.06.1971
…Среди читателей попадаются настырные, проверяющие все с карандашом в руке. Автор сделал многое, чтобы осложнить им задачу: энергию в МэВах надо перевести в джоули, потом — в тротиловый эквивалент, вспомнить правила действий со степенями. Но все же может найтись самый настырный, который получит результат, далекий от тех десятков и сотен килотонн тротилового эквивалента, о которых он читал в газетах, и, издевательски улыбаясь, потребует объяснений. Далее возможен такой диалог:
— А со скольких нейтронов, по вашим расчетам, начинается цепная реакция?
— С одного.
— Посмотрим, что получится, если реакция в сборке начнется с миллионов нейтронов.
— У вас про миллионы не написано.
— А покажите, где у меня написано, что он — один?
Вообще-то ситуация, которую описал своим расчетом Настырный, возможна: если не сработает или сработает не вовремя источник нейтронов, что повлечет строгую ответственность тех, кто был причастен (а может — и не причастен) к такому безобразию.
Чтобы такой жалкий результат не опозорил самоотверженно трудившийся коллектив, в сверхкритическую сборку в нужную микросекунду надо «брызнуть» нейтронами. Именно — в нужную, а не когда попало.
…Процесс перевода сборки из до критического в сверхкритическое состояние происходит за десятки микросекунд: казалось бы — быстро, но иногда (правда — редко) оказывается, что медленно. Случайный фоновый нейтрон может вызвать цепь делений и в докритической сборке, правда, затухающую, не сопровождающуюся заметным выделением энергии. Но если сборка перейдет критическое состояние пока такая цепь еще не угасла, начнется размножение нейтронов. Вначале, пока деление идет на медленных нейтронах, имплозия будет «сильнее», но, по мере роста сверхкритичности, «в дело» будут вступать все более быстрые (а значит, скорее размножающиеся) нейтроны и деление преодолеет имплозию, «разбросав» сборку. Произойдет «хлопок» — пиррова [56] победа деления: уровень энерговыделения будет на порядки более низким, чем тот, который мог бы быть достигнут. Так что и при безупречной работе заряда и его автоматики существует малая вероятность того, что полноценного ядерного взрыва не произойдет. А будет он таким, если при переводе сборки из докритического в сверхкритическое состояние в ее делящемся материале не будет нейтронов, а вот когда максимум сверхкритичности почти достигнут — их окажется там очень много.
В первых ядерных зарядах для этого использовали изотопные источники: полоний-210 в момент сжатия плутониевой сборки (и только тогда) соединялся с бериллием и своими альфа-частицами (ядрами гелия-4) вызывал нейтронную эмиссию:
Be9 + He4 -> C12 + n
Но все изотопные источники — слабоваты, а самый интенсивный из них, легендарный [57] полоний — уж очень «скоропортящийся» (всего за 138 суток снижает свою активность вдвое), так что держать его в находящемся на хранении заряде было нельзя, приходилось монтировать «свежий» источник незадолго до боевого применения (рис. 3.14). Поэтому на смену изотопным пришли менее опасные (не излучающие в невключенном состоянии), а главное, более интенсивные ускорительные источники — нейтронные генераторы (рис. 3.18). За несколько микросекунд, которые длится формируемый таким источником импульс, «рождается» примерно столько же нейтронов, что и в мощном ядерном реакторе за такое же время.
«Сердце» генератора — вакуумная нейтронная трубка, в которой ускоряются ионы дейтерия (D) и бомбардируют мишень, насыщенную тритием (Т), в результате чего образуются нейтроны (п) и альфа-частицы:
D + Т -> Не4 + n + 17,6 МэВ
По составу частиц, и даже по энергетическому выходу эта реакция идентична синтезу — процессу слияния легких ядер. Синтезом происходящее в трубке в 50 годах считали многие, но позже выяснилось, что это реакция другого класса — «срыва». Когда разогнанный электрическим полем ион дейтерия попадает в ядро трития, то либо протон, либо нейтрон, из которых состоит дейтерий, «увязает» в ней. Если «увязает» протон, то нейтрон «отрывается» и становится свободным. Эти нейтроны разлетаются в разные стороны (в физике говорят: «пространственное распределение — изотропно»), «собрать» и направить их на сборку — сложно, да и особого смысла не имеет: трубка способна выдать столько нейтронов, что и при изотропном их распределении энергетические возможности сборки будут реализованы полностью.
Рис. 3.18
Верхний снимок — нейтронные генераторы, которыми комплектуются заряды W-76. Ниже слева — нейтронная трубка. В ее анодном узле 1, при приложении импульсного напряжения, происходит пробой 2 между анодом и поджигающим электродом. Изолятор между этими электродами — насыщенная дейтерием керамика (розового цвета), поэтому при разряде по ее поверхности образуется много ионов дейтерия, которые разлетаются внутри анодного узла, а затем и покидают его. Между анодным узлом и насыщенной тритием мишенью 3 (катодом), прикладывается напряжение более ста тысяч вольт. Выход ионов дейтерия из экранированной сеткой горловины анодного узла должен происходить в момент, когда это напряжение достигает максимума. Нейтронная трубка генерирует до десяти миллионов быстрых нейтронов на каждый джоуль ее энергообеспечения. Источник высокого напряжения — на нижнем левом снимке. Ток от аккумулятора преобразуется в переменный, а напряжение умножается до величины, обеспечивающей формирование ускоряющего ионы дейтерия импульса. Похожий умножитель можно видеть и в числе деталей разобранной авиабомбы В-61, на рис. 3.42. В современных ядерных зарядах системы взведения, инициирования детонаторов, программное устройство и система нейтронного инициирования объединены, как в блоке Мк-3 AFAF (Arming, Fusing And Firing System, правый снимок), обеспечивающем срабатывание ядерного заряда W-68. Энерговыделение этого заряда — 50 кт, но морская ракета «Посейдон» могла доставить к целям 10 боевых блоков с такими зарядами
Реагирующие в трубке дейтерий и тритий — изотопы широко распространенного в природе водорода (который любители научных терминов называют протием), но в их ядрах, помимо протона содержатся один (в дейтерии) или два (в тритии) нейтрона, а значит, они вдвое и втрое превосходят протий массами. Водороды способны образовывать твердые соединения с легкими металлами, например, литием и титаном. В тритиде титана и «удерживается» в трубке необходимый для реакции срыва изотоп. В таких соединениях, несмотря на наличие «балластных» ядер металла-носителя, плотность ядер любого из водородов намного выше, чем в сжатом до разумных давлений газе.
Доля дейтерия в природном водороде примерно впятеро меньшая, чем оружейного урана — в обычном, но массы их отличаются вдвое, а кинетика многих реакций — и того более. Так, электролитическое разложение дейтериевой воды протекает на порядок медленнее, чем воды легкой. На этом и основан один из методов разделения — значительно более эффективный, чем разделение уранов.
Рис. 3.19
Разрез природного ядерного реактора в урановой жиле месторождения Окла. За время «работы» реактора выделилось свыше 1018 Дж тепловой энергии, что привело к спеканию рудной массы
По составу изотопов (в их числе был и плутоний) установлено, что 2,6 миллионов лет назад там шла цепная реакция (замедлителем служила вода). Образовался и тритий, но за миллионы лет он распался без следа. Затем произошли геологические подвижки грунта, поднявшие жилу наверх, и воды стало недостаточно для развития цепной реакции, что «законсервировало» реактор. Слабым утешением автору может служить лишь то, что и великий Э. Ферми утверждал, что «ядерный реактор может быть лишь человеческим творением».
Тритий же, подобно Pu239, не существует в природе в ощутимых количествах [58] и его получают, воздействуя в ядерном реакторе мощными нейтронными потоками на изотоп литий-6, в результате чего в две стадии протекает реакция:
Li6 + n -> Li7 -> T + He4.
Дейтерий и тритий были изучены медиками. Не только радиоактивный тритий, но и стабильный дейтерий оказались опасными веществами. Например, подопытные животные, которым вводились соединения дейтерия, умирали с симптомами, характерными для старости (охрупчивание костей, потеря интеллекта, памяти и пр.). Этот факт послужил основой теории долголетия, в соответствии с которой смерть от старости и в естественных условиях наступает при накоплении дейтерия: через организм в процессе жизнедеятельности «проходят» многие тонны воды, других соединений водорода и более тяжелые дейтериевые компоненты задерживаются при этом в многочисленных мембранах и капиллярах, накапливаясь к старости. Теория объясняла и долгожительство горцев: в поле земного притяжения концентрация дейтерия действительно убывает с высотой. Об этих фактах упоминал читавший в МИФИ лекции по курсу разделения изотопов известный специалист В. Нещименко. Он понимал, что студент теряет способность воспринимать информацию, переписывая час за часом сложные математические выражения, и часто делал такие отступления.
«Дейтериевая» теория долголетия интересна еще и тем, что на ее примере можно иллюстрировать требования, предъявляемые ко всем научным гипотезам: они могут считаться верными, пока непротиворечиво объясняют все относящиеся к их «компетенции» объективные факты. По-другому это можно сформулировать так: «Утверждение верно только тогда, когда верны все следствия из него» (как нетрудно заметить, этот критерий был использован в дискуссии о «пулях синтеза»). Тем из читателей, кто в подобной ситуации услышит вещаемое солидным, бархатным голосом: «Исключения лишь подтверждают общее правило…», автор рекомендует не стучать костяшками пальцев по лбу изрекшего, сравнивая звук от аналогичного процесса, проделываемого с деревом — это невежливо. Культурный человек только поинтересуется, какое число «исключений» следует считать допустимым и что делать, если таковых станет больше, чем фактов, данной теорией объясняемых.
Некоторые соматические эффекты оказались вне рамок «дейтериевой» теории и потому она была отвергнута медициной.
…Итак, помимо сборки с делящимся веществом и заряда взрывчатки, боеголовка (рис. 3.20) должна быть оснащена высоковольтной системой инициирования детонаторов и системой нейтронного инициирования сборки, а программное устройство должно обеспечить срабатывание систем в определенной последовательности, в точно назначенные моменты времени (рис. 3.21). Читатель и сам догадывается, что электронным устройствам сильные удары противопоказаны, а уж какой удар ожидал бы их при встрече летящего с гиперзвуковой скоростью блока с землей… Для того, чтобы вся сложная электроника сработала прежде, чем превратится в подобие жижи, датчики давления, расположенные в головной части хорошо видной на макете (рис. 3.22) трубы, подают сигнал на подрыв (в боеголовке на рис. 3.21 для этой же цели используется не труба, а телескопический шток, в сложенном виде размещенный в серебристом контейнере и «надуваемый» пороховым зарядом при подлете к цели). Выбор головного зазора летящей боеголовкой занимает несколько сотен микросекунд, чего достаточно для срабатывания автоматики.
Рис. 3.20
Схема ядерной боеголовки, устройства автоматики которой размещены в отдельных блоках. Блок инициирования детонаторов — красного цвета, блок нейтронного инициирования реакции деления — белого. Советские блоки автоматики окрашивались в зеленый цвет и на жаргоне зарядчиков назывались «бочками». На врезке — «бочка», из экспозиции музея Академии ракетных войск
Рис. 3.21
Временная эпюра наиболее важных событий в ядерном заряде и блоках его автоматики. Рассмотрев рисунок справа, коллега автора ехидно спросил: «Получается, что остатки головной части летят с той же скоростью, с какой расширяется шар?» По мнению автора, рисунок основания для подобного заключения не дает, но, коль скоро такое мнение высказано, следует пояснить: скорость расширения молодого шара на порядки больше, он «вбирает» в себя остатки конструкции и через пару десятков наносекунд становится похожим на свою фотографию рис. 3.15а
Блок нейтронного инициирования должен быть расположен поближе к заряду: в этом случае больше разлетающихся во все стороны нейтронов поучаствуют в зажигании реакции деления. Кроме того, блок нейтронного инициирования должен быть по размерам больше, чем блок инициирования детонаторов, потому что к нейтронной трубке прикладывается напряжение в сотню с лишним киловольт — большее на два порядка, чем к детонаторам. Ну а снизить габариты высоковольтного устройства сложно — об этом факте читателю еще напомнят в следующей главе.
Рис. 3.22
Вверху: на полноразмерном демонстрационном макете малогабаритной МБР «Миджетмен» (не производившейся серийно) видна конструкция головного зазора ее моноблочной боевой части, тротиловый эквивалент которой должен был составить 600 кт. Внизу: боеголовка 9Н32М советской оперативно-тактической ракеты сухопутных войск «Луна-М» также снабжена устройством, обеспечивающим подрыв до того момента, когда ударные перегрузки могут повредить конструкцию ее ядерного заряда
Еще одна важная функция блока нейтронного инициирования — изменение энерговыделения ядерного взрыва. Понятно, что, получив боевую задачу, при постановке которой обязательно указывается мощность ядерного удара («перебор» может привести и к поражению своих войск), не начинают лихорадочно разбирать ядерный заряд на ракете или бомбе, чтобы оснастить его плутониевой сборкой, оптимальной для заданной мощности. В боеприпасах с переключаемым тротиловым эквивалентом просто изменяют напряжение питания нейтронной трубки. Соответственно, изменяется выход нейтронов и выделение энергии. Ясно, что при снижении мощности таким способом «пропадает зря» много дорогого плутония.
В серийном американском боеприпасе Мк-18 энерговыделение довели до 500 кт — только за счет реакции деления. В МК-18 был применен U235, которого в докритической сборке можно разместить больше, чем плутония. У сборки при этом будет выше инерционность, а значит, и актов деления в ней произойдет больше, чем в плутониевой. Мощность заряда деления можно и еще повысить, но ненамного: существуют ядерно-физические и гидродинамические ограничения допустимых размеров докритического шара.
В борьбе за рекорды энерговыделения с делением стали конкурировать реакции другого класса — синтеза.
Нельзя сказать, что даже энергия деления (рис. 3.23) избыточна для инициирования этой реакции, поэтому важно выбрать для нее наиболее «легковоспламеняющееся» топливо. Наименьшие энергии частиц требуются для «зажигания» реакции в изотопах водорода:
D + Т -> Не4 + n + 17,6 МэВ
которая на единицу массы реагентов обеспечивает выход в несколько раз большей энергии, чем реакция деления. Однако и дейтерий (D) и тритий (Т) при нормальных условиях — газы, достаточные количества которых сложно «собрать» в устройстве разумных размеров. Но оказалось возможным инициировать синтез в твердых гидридах изотопа лития-6 (Li6D и Li6T), «перевалив», с помощью заряда деления, необходимое для этого значение комбинации температуры топлива и времени его удержания при этой температуре. «Перевалить», кстати, оказалось не так просто: для этого плотности энергии разлетающегося во все стороны вещества заряда хватает не всегда, нужно сконцентрировать энергию взрыва. Имплозивный режим был реализован при сжатии топлива рентгеновским излучением, которое распространяется намного быстрее как потока вещества заряда, так и ударной волны.
Рис. 3.23
Слева вверху: схема американской авиабомбы Мк-15 mod3, с двухфазным («чистым») зарядом. Вес изделия — 3447 кг, энерговыделение — 3,8 Мт. Заряд включает: запал 1, массивный буфер 2, трубу 3, изготовленную из легкоионизуемого пенополистирола, ампулу с термоядерным топливом 4 и трубку 5 из U235 (при хранении заряда эта трубка служит для удаления гелия-3,— продукта распада содержащегося в топливе трития). Справа — последовательность событий при взрыве заряда. Выход рентгеновского излучения через прозрачный для него корпус запала и диффузия излучения (показано зеленоватым цветом) в пенополистирол («а»). Поток вещества, бывшего зарядом, сдерживается буфером, чтобы он не нарушил цилиндрическую симметрию сжатия ампулы. Давление рентгеновского излучения превышает миллиард атмосфер, а давление образованной им плазмы — еще почти на порядок выше. Топливо сжимается к оси ампулы и разогревается (происходит радиационная имплозия). В сжатом топливе (которое дополнительно «подогревает» деление в длинном сверхкритическом стержне, бывшим ранее трубкой 5), начинается термоядерная реакция («б»). Далее происходит расширение плазмы и начинается образование огненного шара ядерного взрыва («в»). Снимки слева внизу: авиабомба Мк-43 и ампула с буфером — элементы ее термоядерного заряда. При взрыве Мк-43, весящей 960 кг, энерговыделение достигало 1 Мт
По мере того как синтез самых «легкозажигаемых» изотопов разогревает топливо, в нем начинают протекать вторичные реакции с участием как содержавшихся в смеси, так и образовавшихся ядер:
D + D -> T + p + 4 МэВ;
D + D -> He3 + n + 3,3 МэВ;
T + T -> He4 + 2n + 11,3 МэВ;
He3 + D -> He4 + p + 18,4 МэВ;
Li6 + n -> He4 + T + 4,8 МэВ;
так что и литий не оказывается «балластом». При этом ядра ускоряются не напряжением, как в нейтронной трубке, а приобретают необходимую энергию при повышении температуры. Это — истинные термоядерные взаимодействия, а не похожие на них реакции срыва.
Сечения процессов, происходящих в ампуле, неодинаковы и, конечно, не все топливо успевает прореагировать. Энергетический вклад вторичных взаимодействий зависит от конструкции заряда и может оказаться существенным, но он намного меньше, чем могла бы дать реакция того же количества ядер дейтеротритиевой смеси, которая, к тому же, быстротечна настолько, что температура на фронте синтеза [59] существенно выше и достигает миллиарда градусов: продукты реакции в этой узкой области не успевают «уравнять» свою энергию в столкновениях с окружающими частицами.
Значительная часть энергии синтеза может пропасть для взрыва:
для реакции D+T более 80 % ее «ускользнуло» бы из огненного шара с быстрыми нейтронами, пробег которых в воздухе составляет многие километры. Эта часть энергии рассеялась бы в соответствующих размеров воздушной сфере, вызвав лишь слабое её возмущение, поэтому в образцах термоядерного оружия, которые рассчитаны на взрывной эффект, такого не допускают, реализуя еще и третью фазу, для чего ампула окружается тяжелой оболочкой из отвального урана, из которого также изготавливается и буфер. Нейтроны, испускаемые при рападе U238 имеют слишком малую энергию, чтобы вызывать последующие акты деления, но этот изотоп делится под действием «внешних» высокоэнергетичных нейтронов от термоядерных реакций. Нецепное деление в U238 дает прибавку энергии огненного шара, иногда превалирующую даже над вкладом термоядерных реакций.
В ампуле нет веществ, в которых при нормальных условиях может возникнуть цепная реакция, поэтому их количество не ограничено, а значит — у энерговыделения термоядерного заряда нет верхнего предела, вроде того, который существует для заряда деления. На каждый килограмм веса трехфазных изделий приходится несколько килотонн тротилового эквивалента — они существенно превосходят по удельным характеристикам другие классы ядерного оружия!
Неприятная особенность трехфазных боеприпасов — повышенный выход испускающих все виды радиации осколков деления. Нельзя сказать, что двухфазные заряды не загаживают местность нейтронами, вызывающими в практически всех элементах ядерные реакции, не прекращающиеся и спустя многие годы после взрыва [60], а также — осколками деления своих «запалов», но все познается в сравнении, и трехфазные далеко превосходят их в этом отношении. Превосходят настолько, что некоторые боеприпасы выпускались в двух вариантах: «грязных» — трехфазных и «чистых». Последние предназначались для применения на территории, где предполагались действия своих войск, и ради обеспечения их безопасности, шли на снижение мощности. Так, например, американская авиабомба Мк-36 (рис. 3.24) выпускалась в двух идентичных по внешнему виду вариантах: «грязном» Mk-36Y1, с энерговыделением 9 тротиловых мегатонн, и вдвое уступавшем ему по мощности, «чистом» варианте Mk-36Y2.
Рис. 3.24
Авиабомба Мк-36 (верхний снимок) поступила на вооружение Стратегического авиационного командования ВВС США в 1956 году. Каждый из ее вариантов («чистый» и «грязный») производился в двух модификациях. В свое время на долю бомб этого типа приходилось более половины энерговыделения американского ядерного арсенала. Менее мощная авиабомба Мк-28 (нижний снимок, позже обозначение было изменено на В-28) производилась в пяти основных вариантах, а число модификаций конструкции достигло 20. Варианты отличались «чистотой» и энерговыделением (от 70 кт до 1,45 Мт). На снимке — B-28TN, это изделие не имело тормозного парашюта и предназначалось для подвески в бомбоотсеках самолетов В-52 и F-105
О «грязных» боеприпасах все знали и в 60-е годы в армиях, тогда знаменитых своим крайне высоким уровнем технической оснащенности, не только личный состав, но и средства обеспечения его мобильности снабжали противогазами [61] (рис. 3.25).
Понятно, что если ради снижения выхода осколков деления шли на понижение мощности, то и на запал (ядерный заряд) посматривали косо. Попытались от него избавиться, заменив деление сверхскоростной кумуляцией: головной элемент струи, состоявшей из термоядерного топлива, разогнали до сотни километров в секунду и — по топливу же — ударили (в момент столкновения температура и плотность возрастают значительно). Но на фоне взрыва килограммового кумулятивного заряда «термоядерная» прибавка энергии оказалась ничтожной, и эффект зарегистрировали лишь косвенно — по незначительному выходу нейтронов. Отчет об этих проведенных в США опытах был опубликован в 1961 году в сборнике «Атом и оружие», что при тогдашней параноидальной секретности само по себе свидетельствовало о неудаче.
Рис. 3.25
Оснащение конского поголовья противогазами — важный элемент обеспечения мобильности войск в условиях ядерного конфликта
Не «увенчались» и попытки использовать энергию взрыва «кружным путем». В 1989 году автор принимал участие в конференции «Мегагаусс-5», где обсуждались вопросы магнитной кумуляции. Привлек внимание доклад пожилого китайского ученого. Нагрузкой его спирального взрывомагнитного генератора (СВМГ) [62] служили две концентрические сферические сетки (рис. 3.26). Нагрузка автора не заинтересовала, в отличие от характеристик генератора. Китаец неплохо говорил по-русски (окончил в свое время, как и автор, МИФИ) и быстро выяснилось, что характеристики генератора от оптимальных далеки. Вероятно, разочарование слушателя раззадорило ханьца, потому что, отвечая на заданный автором уже из вежливости вопрос о нагрузке, он ответил, что сетка предназначена «для имплозии». Распаляясь, он ответил и на следующий вопрос — о начальной и конечной плотности сжимаемого вещества, после чего прояснилось многое, в том числе и то, что до «зажигания» синтеза (это слово никем из собеседников, понятно, не произносилось) очень далеко.
Рис. 3.26
Устройство для неядерного инициирования реакции синтеза.
1 — спиральный взрывомагнитный генератор, формирующий мощный импульс тока;
2 — сферический сетчатый токовый контур (чтобы не загромождать рисунок, концентрические сетки изображены схематично, окружностями);
3 — термоядерное топливо.
Протекание значительного тока при срабатывании СВМГ приводит к тому, что создаваемое им поле с большой силой «расталкивает сетки», при этом легкая внутренняя сетка сжимает термоядерное топливо
… Совсем «чистый» заряд создать не удалось и по сей день, да и с «нечистыми» есть проблемы: любое соединение, содержащее тритий, нестабильно, потому что этот изотоп сам по себе «разваливается» на бета-частицы и гелий-3. В нейтронной трубке трития немного и гелий-3 поглощается там специальными пористыми материалами, а вот ампулу сделать герметичной нельзя, иначе ее просто разорвет давлением этого газа. Кроме того, гелий-3 — очень ценный продукт, его применяют в ядерных исследованиях, например, для наполнения счетчиков тех же нейтронов, так что его следует не выпускать (тем более что он изрядно «загрязнен» тритием), а накапливать (рис. 3.27) и тщательно собирать. Количество трития убывает вдвое за дюжину лет, и чтобы поддерживать готовность многочисленных термоядерных зарядов к применению, необходимо непрерывно нарабатывать тритий в реакторах, а расходы на такие хлопоты по карману не каждой державе. Когда в 70-х годах для Королевских ВМС были приобретены в США ракеты «Поларис», британские специалисты предпочли на первых порах отказаться от американского термоядерного боевого оснащения в пользу разработанных в своей стране менее мощных однофазных зарядов деления.
Но то — сдержанные и экономные англичане. А там, где «ядерный меч» считался святыней, на которой не пристало экономить, множились заложенные в бомбы мегатонны (рис. 3.28).
Рис. 3.27
На контейнере М-102, предназначенном для заводского хранения термоядерного узла, имеется манометр для контроля давления гелия-3, выделяющегося при распаде трития
Рис. 3.28
Вверху — советская термоядерная бомба А602ЭН рекордной (более 50 мегатонн) мощности, не производившаяся серийно. После взрыва экспериментального образца на Новой земле, в Норвегии еще достаточно сильная ударная волна выдавила немало оконных стекол. Приборы метеостанций зафиксировали троекратное огибание планеты воздушными возмущениями. Конструкция допускала двукратное повышение энерговыделения, однако вероятность доставки бомбы к цели представлялась сомнительной: размеры чудовища весом 26,5 т не давали возможности даже закрыть бомболюк Ту-95В — новейшего по тому времени самолета.
Энерговыделение взрыва американской авиабомбы Мк-17 (нижний снимок) не превышало 15 Мт, но с этими бомбами (вес — 10,1 т) регулярно вылетали на боевое патрулирование и подолгу находились в воздухе бомбардировщики В-36
Происходил и обратный процесс: термоядерные реакции стали участвовать даже во взрывах небольшой мощности. Появились заряды деления без нейтронных трубок, но с шариком из дейтерида лития во внутренних полостях плутониевых сборок. Повышения температуры и плотности дейтерида при ударе движимого имплозией плутония для развития самоподдерживающейся термоядерной реакции недостаточно, но хватает для эмиссии запускающих деление нейтронов: реагируют ядра топлива, скорости которых, из-за статистического разброса, превышают среднее значение. Заряд с термоядерным источником (ТИ) проще и надежнее, но и опаснее: можно уповать на то, что во внештатной ситуации нейтронная трубка не сработает и взрыв не будет очень уж мощным, а вот ТИ делает такие надежды напрасными. По этой причине распространения заряды с ТИ не получили, но попытки «включить в работу» внутреннюю полость плутониевой сборки продолжались. Сначала полноценной термоядерной реакции добились в закачиваемой в полость дейтеро-тритиевой газовой смеси, а затем и смеси их твердых гидридов. Инициировал реакцию уже не удар плутония, а мощный поток излучения, вызванного делением. Практически все современные высокотехнологичные заряды снабжены узлом, повышающим энерговыделение за счет термоядерных реакций. Найдены и способы изменения энерговыделения усиливающего узла, даже при нахождении заряда на траектории: для этого изменяют пропускную способность каналов передачи радиации.
В пятидесятые годы единственным средством доставки ядерного оружия был самолет (рис. 3.29). Но если в ходе бомбардировочной операции Второй мировой фугасные бомбы валили на цель «большими тысячами», то ядерные были (да и остаются) штучной продукцией и случайности в виде появившихся некстати истребителей противника или точно наведенной зенитной ракеты требовалось исключить, как и пресечь предательские ссылки летчиков на какие-то там «неблагоприятные метеоусловия». В высоких кабинетах мечталось о чем-то таком, что прорвется к цели «через штормы, тайфуны и снег…» Грезились широкие массы трудящихся, с радостным пением:
Мы живем все радостней, все лучше,Мы идем дорогою побед!Сердце нашей партии могучей—Ленинский Центральный комитет!марширующих на рытье котлована под что-то жюльверновское, чтоб из него и на Луну можно было… Но опять слышались вредительские речи, что не доплюнуть из жюльверновской не только до Луны, но и — через Арктику, сколько бы ни работали пороховые заводы. А через Арктику — край, как хотелось…
…Увеличить дальность полета снаряда нельзя, не увеличив его скорости, а этому, помимо волны разрежения пороховых газов в стволе, препятствует сопротивление воздуха: по мере увеличения скорости оно непропорционально возрастает.
Рис. 3.29
Производившийся в 50-х годах бомбардировщик В-36 был самым большим в истории самолетом с поршневыми двигателями. Их у него было шесть (с толкающими винтами), а, кроме них — еще и четыре турбореактивных. В-36 мог нести различные образцы ядерного оружия, например — бомбы Мк-6 весом 3,9 т, энерговыделением до 160кт (слева внизу), но не только. В полетах на межконтинентальную дальность В-36 не могли охранять истребители сопровождения, поэтому было задумано придать ему собственный истребитель (XF-85, на правом нижнем фото), также разместив его (со сложенными крыльями) в бомбоотсеке. Сбросить такой истребитель, как бомбу, было нехитрым делом, а вот принять обратно… При возвращении из бомбоотсека выпускалась рама, за которую «карманный» истребитель должен был зацепиться выпускаемым из носовой части крюком (окрашен в черный цвет). Затем истребитель складывал крылья и его втягивали в бомбоотсек. Нечего и говорить, какого мастерства требовала такая операция от пилота XF-85, фактически сидевшего верхом на турбореактивном двигателе
Ракета-то расходует свои силы куда более экономно: в начале полета, она не теряет много энергии на преодоление сопротивления воздуха, потому что движется сравнительно медленно и проходит плотные слои атмосферы по кратчайшему — вертикальному — пути; скорость ее становится значительной в уже разреженном воздухе, на большой высоте. Тут-то ее траектории придается нужный для достижения заданной дальности наклон, заканчивают работу двигатели и далее «забрасываемый вес» пролетает до 90 % дальности по баллистической траектории.
Вес этот меньше, чем тот, который нес «Ланкастер» или «Либерейтор», но производит значительно больший «эффект», каковой пытались всемерно увеличить, экономя каждый килограмм, так что порой капсула выпирала из «юбки» боеголовки, в которой прятался шар запала [63] (рис. 3.30)
…Как-то автор посетил по служебным надобностям Китай. Там гордятся своим «ядерным щитом» и в военном музее выставлены макеты, иногда — даже снабженные иллюминаторами, чтобы простой люд мог увидеть, «как все устроено» (рис. 3.31). Один макет отличался от других благородным, с синеватым отливом, белым цветом покраски. Как я и предполагал, это была боеголовка морской ракеты «Цзюйлань» — морякам всего мира не чужд снобизм, и китайские тоже предпочли не красить свои изделия в цвет, который их коллеги у нас презрительно характеризуют как «зелень подкильная». На вопрос о характеристиках, мои сопровождающие самодовольно заулыбались: мол, кудыж-те, милок, бдительность-то нашу, китайску, оммануть!
Рис. 3.30
В 70-х годах Королевским ВМС были поставлены ракеты «Поларис», разработанные фирмой «Локхид миссайлс энд спейс» (США). Эти морские ракеты получили боевое оснащение собственной, британской разработки. Слева — платформа разведения боевых блоков ракеты «Polaris АЗТК». Термоядерная капсула боевого блока выступает из юбки, в которой размещен «запал» — заряд деления. Справа: после разделения боевых блоков, платформа подрывалась — этим создавалось множество обломков, среди которых маскировались от средств ПРО противника боевые блоки ракеты
Хотя «Цзюйлань» переводится с китайского, как «большая волна», донести до цели эта «волна» может небольшой вес, и конструкторы «вылизали» боеголовку. Прикинув пальцами размеры ампулы, автор брякнул: «Термоядерная, трехфазная, мощность…» Это была большая глупость — улыбки с лиц слетели, «сопровождавшие» стали весьма скупы на какие-либо пояснения. Они явно имели смутное представления о делении и синтезе ядер, иначе продемонстрированный способ оценки был бы для них самим собой разумеющимся…
Рис. 3.31
Слева макет китайской ядерной авиабомбы. Справа — макет (с иллюминатором) термоядерной моноблочной боевой части
…Как и при описании детонации, автор забежал вперед, рассматривая высокотехнологичные имплозивные заряды. А ведь первым примененным в боевых условиях был заряд «ствольного» типа — 6 августа 1945 г. В-29 сбросил бомбу Мк1 с таким зарядом на японский город Хирошиму и только спустя три дня — имплозивного «Жирного» на Нагасаки (рис. 3.32). Ствольный заряд (рис. 3.33) проще имплозивного: не нужна ему сложная схема синхронизации подрыва детонаторов, изготовление строго однородных сферических сегментов ВВ, их подгонка и многое другое, но низка и доля реагирующего при взрыве делящегося вещества.
Рис. 3.32
Слева — макет авиабомбы Мк-1 («Малыш», Little Boy) с зарядом ствольного типа, сброшенной 6 августа 1945 г. на Хирошиму. В центре — макет бомбы Fat Man (название обычно переводят как «Толстяк», но точнее — «Жирный»), взорвавшейся 9 августа 1945 г. над Нагасаки. Справа — «Гаджет», имплозивный заряд «Жирного»
В 70-е годы на ствольные заряды (рис. 3.34) позарились в тех странах, где это было «очень нужно», например — в Южноафриканской республике, чувствовавшей себя неуютно рядом с соседями, фигурировавшими вдоль ее границ (а чаще — в их пределах) с ППШ и автоматами Калашникова.
Ствольная схема применялась в артиллерии, потому что пушек, калибр которых допускал стрельбу первыми имплозивными снарядами, в войсках просто не было.
Рис. 3.33
Схема ядерного заряда авиабомбы Мк-1. Давление газов от горения бездымного пороха 1 разгоняет по стволу 2 поддон с собранной из колец стержнем 3 из U235. Движение поддона заканчивается вхождением стержня в трубу 4 (также из U235) и ударом по источнику нейтронов 5, что приводит к контакту полония и бериллия и необходимой для инициирования цепной реакции эмиссии нейтронов (до этого момента полоний и бериллий не контактируют, так что и нейтроны не эмиттируются). В момент инициирования трубка и стрежень из U235 образуют цилиндр со сверхкритическими параметрами
Стращали народ и «ядерным чемоданчиком» (рис. 3.35) с зарядом ствольного типа, правда — выглядевшим не слишком достоверно. Заряды, предназначенные для диверсионных целей, действительно были созданы, но высота такого «чемоданчика» превышает 200 мм, что вполне позволяет разместить внутри экономичную имплозивную сборку (рис. 3.36).
Рис. 3.34
Слева — корпуса ядерных авиабомб, изготовленных в Южно-Африканской республике. Вставший в 1989 г. на путь демократических преобразований Ф. де Клерк (президент ЮАР) распорядился демонтировать и уничтожить в присутствии представителей международной общественности 6 имевшихся бомб. Общественность констатировала, что заряды бомб были урановыми, ствольного типа.
Контраст такой политике гласности — поведение правительства Израиля, которое никогда не вносило ясность в вопрос о наличии в его распоряжении ядерного оружия. Мало того, в 1985 г. оно бестактно уволило техника Вануну, трудившегося в ядерном центре Димона. Вануну в отместку вскрыл утаиваемое от международной общественности, опубликовав характерную фотографию (справа). Если предположить, что сфотографированные детали имеют отношение к делящимся веществам, то общественность имеет основания для вывода: сборка — часть заряда имплозивного типа. Полость в никелированной (вероятно — плутониевой) сердцевине закрывается ввинтной крышкой: туда, перед боевым применением, помещают изотопный источник. Источник этот инициирует цепную реакцию нейтронами, когда внутренняя поверхность сжимаемой взрывом плутониевой сборки ударом вминает золотую оболочку, на которую электролитически нанесен полоний, в шарик из бериллия. Шаровой слой темного цвета, скорее всего, предназначен для увеличения инерционности сборки. В отличие от ЮАР, в Израиле нет урановых месторождений, поэтому создание более сложного заряда из реакторного плутония было, возможно, вынужденным решением
Рис. 3.35
Конгрессмен Курт Уэлдон выпучив глаза от ужаса, демонстрирует макет «ядерного чемоданчика» со ствольным зарядом, который «мог попасть в руки террористов». Вполне вероятно, что выступление на пресс-конференции было игрой, рассчитанной на достижение политических целей, причем — весьма рискованной: случись в числе слушателей специалист — он мог бы рассмеяться, увидев макет, сработанный любителями. Размеры свинченного из обрезков водопроводных труб «ствола» чересчур малы, чтобы разместить в нем критическую сборку; вызывают улыбку и тумблер бытового назначения, а также создающие впечатление «сложности» лампа и конденсатор. Автор лично знаком с Куртом Уэлдоном и подозревает, что этот компетентный политик, председатель подкомитета Палаты представителей Конгресса США по делам вооруженных сил, знает, как выглядит, например, диверсионный ранцевый заряд В-54, длиной 44 см и весом 26 кг, оснащенный имплозивной сборкой
Но в узкую скважину, пробуренную на большую глубину, имплозивного «Жирного» не затолкать. Правда, и диаметр «Малыша» (рис. 3.33) не так уж мал, но при боевом применении бомба должна сама «снять» в полете последние предохранители, определить высоту подрыва, так что помимо заряда в ней размещено много обеспечивающей аппаратуры. Для скважинного заряда такая аппаратура не нужна (все запускающие заряд импульсы подаются по кабелям), поэтому даже термоядерное устройство (рис. 3.37), в котором ствольный заряд служит только запалом, выглядит весьма изящно, да еще раскрашено в яркие, радующие глаз цвета. Воронка от взрыва такого заряда тоже приметна, а вот радует она или нет — тут уж какой у кого вкус…
Рис. 3.36
Слева — имитация ядерного устройства SADM (оружия диверсантов Армии США), изготовленная фирмой WMD Training Devices как учебное пособие для агентов спецслужб. Справа — произведенный той же фирмой имитатор самодельного ядерного заряда имплозивного типа. Если «чемоданчик» выглядит правдоподобно, то о «заряде» этого сказать нельзя: его диаметр — чуть ли не минимально возможный. В СССР подобную продукцию признали бы вредительской, созданной специально для того, чтобы ввести в заблуждение неустанно бдящих в бессонном карауле героев незримых битв, потому что работоспособный самодельный заряд, слепленный террористами «на коленке», размерами скорее напоминал бы «Гаджет» (рис. 3.33). Изготовление же именно малогабаритного заряда — сложнейшая задача, для этого нужны специалисты наивысшей квалификации и уникальное оборудование, да еще необходимо где-то украсть плутоний высокой чистоты
…В СССР ядерные заряды с самого начала создавали по имплозивной схеме (рис. 3.38), а «доработанную» американскую документацию на «технологически отсталый» ствольный заряд, несмотря на ее явную историческую ценность (чего стоили только подлинники подписей на некоторых форматках!) Главный конструктор Н.Духов распорядился уничтожить. Думается, были у него и объективные причины для нежелания связываться со ствольной схемой: в ее простоте заключалась и опасность — при сильном ударе урановый цилиндр мог начать двигаться по стволу и без помощи порохового заряда. Ядерного взрыва при этом не произошло бы, но утрачено было бы изделие, из тех, что тогда считали по пальцам, а драгоценный изотоп оказался бы рассеянным по окрестностям. Нет сомнения, что поставившие ранее свою подпись на форматках (особенно — один из них, носивший пенсне [64]), вновь потрудились бы подобным же образом, но уже — над документом, озаглавленным «Обвинительное заключение», а некоторое представление о самом справедливом и гуманном в мире советском правосудии Николай Леонидович имел…
Рис. 3.37
Слева — разработанное по программе «Плоушер» для мирного применения термоядерное устройство с зарядом ствольного типа в качестве запала. Справа вверху — скважина для подземного ядерного испытания. Чтобы исключить прорыв радиоактивных газов, ее устье изрядно укреплено. Вверху видны аэростаты с регистрирующей аппаратурой. Ниже — воронка, образовавшаяся после одного из экскавационных (предназначенных для выемки грунта) взрывов, проведенного еще во времена, когда испытания, сопровождающиеся радиоактивными выбросами, не были запрещены. Фото предоставлено архивом Национальной лаборатории в Лос-Аламосе
Рис. 3.38
В создании первых образцов советского ядерного оружия решающую роль сыграла информация разведки. Однако бомба РДС-1 (слева) не была слепой копией «Жирного», из тех, при создании которых дюймовые резьбы винтов и гаек скрупулезно переводятся в метрические (достаточно взглянуть на антенны системы предконтактного подрыва: у РДС-1 и «Жирного» они отличаются). Да и ядерный заряд РДС-1 (справа) «облагорожен» по сравнению с американским аналогом
…Вопросы безопасности становились все более актуальными, по мере того как возрастало количество изготовленных зарядов и они «расползались» по базам хранения в войсках. Разрабатывались специальные контейнеры для ядерных боеприпасов, защищающие опасное содержимое при ударах и пожарах (рис. 3.39), но было понятно, что в самом угрожающем случае — когда такой контейнер похитят — его запоры вряд ли станут непреодолимым препятствием для тех, чьей целью является ядерный шантаж. Поэтому в контейнерах хранились неполностью укомплектованные изделия, а установка на них важнейших элементов и введение допускающих взведение заряда кодов — производились непосредственно перед санкционированным применением (рис. 3.40). Последние же сигналы, запускающие работу всех электронных систем изделия, поступают уже с борта самолета, находящегося над целью.
Рис. 3.39
Вверху слева — британский контейнер с ядерной авиабомбой WE-177. В первых образцах британского ядерного оружия одна из мер безопасности предусматривала заполнение полости в сборке с делящимся веществом стальными шариками. Тем самым исключалось достижение критичности при несанкционированной имплозии. Перед санкционированным применением холостая заглушка из сборки удалялась, шарики высыпались и вместо заглушки монтировался боевой элемент. Правее — контейнер хранения американского ядерного заряда. В зарядах W-47, которыми комплектовались боеголовки ракет Polaris А1 и А2, через плутониевый шар проходила проволока из сплава, содержавшего интенсивно поглощающий нейтроны бор: в такой сборке цепная реакция развиться не могла. Перед подрывом заряда проволока сматывалась электродвигателем; возвращение в сборку поглощающей нейтроны проволоки не предусматривалось. Нижний ряд: слева — советская боеголовка 15Ф54 в раскрытом контейнерах хранения, справа — контейнер для боеголовки 9Н65
Процедуры, повышающие безопасность ядерного оружия, тщательно продумываются и совершенствуются и в настоящее время, хотя собственно ядерные заряды новых конструкций по известным причинам не появляются уже около двадцати лет. И, надо признать, что работу над проблемой безопасности никак нельзя назвать бесполезной (рис. 3.41). Разработана «гидроядерная» методика [65], позволяющая предсказывать поведение зарядов в различных ситуациях, не доводя дело до мощных взрывов.
Рис. 3.40
На верхнем снимке — сержант ВВС США проводит экскурсию для полного (четырехзвездного) генерала. Судя по тому, что лючки обслуживания ядерной авиабомбы В-61 открыты, даются пояснения процесса подготовки к боевому применению. В британской авиабомбе WE-177 для этого необходимо (средний ряд): заменить холостые заглушки (красного цвета) на боевые, содержащие детонаторы и замыкающие важнейшие контакты; подать по кабелям в изделие кодированную последовательность электрических сигналов, делающую возможным взведение. Нижний ряд: поворот боевого ключа (слева), а также установка высоты подрыва — следующий этап приведения бомбы в боевую готовность. При сбросе, современная ядерная бомба подает сигнал на самописец навигационной системы самолета, что позволяет при «разборе полета», определить, где именно было сброшено изделие
…Приходилось автору внимать шуршащему шепотку: «Дык я в том самом подразделении срочную служил…» или: «Так я ж первый курс того самого училища закончил…» и засим — таким откровениям в ядерной области, что терзался автор восхищенно: каким же вселенским был бы рывок человеческих знаний, останься конфидент служить, как сейчас говорят «контрабасом» [66], а уж если б более, чем один курс «того самого училища» закончил… Также никуда не деться от мыслей о причинах, помешавших собеседнику совершить образовательный подвиг, а паче — о ничтожности своих собственных знаний. Так, назначение далеко не всех деталей на фотографиях разобранной ядерной бомбы В-61 (рис. 3.42, 3.43) может объяснить автор…
…Только уничтожая города, войну не выиграть, примеры Германии и Японии свидетельствовали, что этим можно ослабить сопротивление, но не сломить его окончательно. Понятно, что поначалу, когда ядерных зарядов насчитывалось немного, нацеливать их предполагали только на очень важные объекты. Таким объектом с полным правом мог считаться и ударный авианосец — корабль, чье боевое значение не уступает ценности иного промышленного центра. Для выяснения «военно-морских» возможностей ядерного оружия в июле 1946 года на тихоокеанский атолл Бикини была стянута эскадра старых кораблей: японских, германских, американских.
Рис. 3.41
17 января 1966 г. над испанской деревушкой Паломарес столкнулись два самолета Стратегического авиационного командования ВВС США: бомбардировщик В-52 и заправщик КС-135. С падающего В-52 аварийно сбросили четыре не взведенных термоядерных боеприпаса. Это были бомбы B-28F1 (мощностью по 1,1 Мт), предназначенные для применения с внешней подвески и отличающиеся от уже знакомых читателю B-28TN наличием хвостового отсека с двумя парашютами — вытяжным и основным. Ни одного взрыва (даже неядерного) при приземлении и приводнении бомб не произошло, хотя изделия получили повреждения, и утечка из них радиоактивных материалов сделала необходимой рекультивацию почвы в местах падения. За несколько лет до этой аварии при пожаре произошел взрыв (неядерный) боеголовки W-40 зенитной ракеты «Бомарк». В этом случае имело место рассеяние очень ядовитого плутония, что потребовало снятия и захоронения значительного слоя почвы на месте аварии
Рис. 3.42
Верхний снимок: авиабомба В-61 (учебная) на внешней подвеске истребителя-бомбардировщика. Ниже — её неполная разборка. Не разобранными остались неконтактный взрыватель (в носовой ее части), аппаратура проверки (в чемоданчике). Не разобран и ядерный заряд, что, возможно, методически и верно, потому что бомбы эти снаряжаются устройствами нескольких типов, например (для решения тактических задач), — зарядом деления, предусматривающим переключение энерговыделения в пределах от 300 т до 170 кт тротилового эквивалента. Для изделия, предназначенного для действия по стратегическим целям, энерговыделение термоядерного заряда (правый нижний снимок) достигает 340 кт. В этом заряде запал деления и термоядерная ампула заключены в оболочку, внутренняя поверхность которой хорошо отражает рентгеновское излучение, концентрируя его на ампуле. С 1963 года были разработаны полтора десятка модификаций этой бомбы, а всего было произведено 3155 штук. 1265 бомб В-61 до сих пор состоят на вооружении. Более того, планируется разработка новой модификации В-61-12, с зарядом, энерговыделение которого будет меняться в столь широких пределах, что станет возможным его универсальное использование — как для решения стратегических, так и тактических задач
Испытания начались с конфуза: с самолета В-29, летевшего на высоте более 9 км, сбросили бомбу и… промахнулись более чем на шестьсот метров относительно точки прицеливания. В результате большой авианосец «Саратога» оказался в 4 км от взрыва с энерговыделением в 23 кт и повреждений не получил. Некоторые сразу задались вопросом, какова будет вероятность поражения авианосца в бою, когда он будет маневрировать, а не смиренно ожидать своей участи подобно несчастному городу, причем его самолеты постараются «пощупать» приближающийся бомбардировщик. Экипаж бомбера тоже можно понять: изображать что-то, напоминающее пикирование, зная, что произойдет внизу — чревато, причем настолько, что вряд ли помогло бы в этой ситуации даже проникновенное слово духовного пастыря или комиссара. Так в ходе испытаний проявилось то, что сейчас уже считается общеизвестной истиной: мощность заряда нет смысла неограниченно наращивать, она должна соответствовать маневренности и защищенности цели, точности средства доставки и обеспечивать безопасность тех, кто его применяет.
Рис. 3.43
Элементы заряда одной из модификаций авиабомбы В-61. Специалисты Национальной лаборатории в Лoc Аламосе, где он создавался, не указали их назначение, но можно предположить, что позолоченные, вставляющиеся один в другой, сферические элементы — детали сборки деления, а цилиндрические принадлежат термоядерному узлу
…Между тем, испытания продолжались. Для «усиления эффекта», следующий взрыв произвели на глубине в 30 м, принайтовав заряд тросами к барже. Правда, баржа в боевых условиях вряд ли может служить носителем ядерного оружия, но получилось очень красиво (рис. 3.44). Кое-какие корабли затонули сразу, а «Саратога», дрейфовавший в 500 м от взрыва, бортом к нему, оставался на плаву в течение 7,5 часов. Рассуждать, стал ли экипаж, окажись он на «Саратоге», в течение долгих часов созерцать, как тонет родной корабль, или все же прекратил бы поступление воды, задним числом бессмысленно. В 1990 году подводная экспедиция обследовала «Саратогу» (рис. 3.45). Корабль лежал на ровном киле, были видны прогибы обшивки корпуса, вызванные ударной волной в воде, исчезла сорванная воздушной ударной волной огромная дымовая труба, по которой до войны можно было без труда опознать красавец-корабль. Нашим корабелам повезло в том отношении, что не довелось им строить авианосцы, потому как после подобных испытаний пришлось бы «чистосердечно признаться»: мол, выполняя задание японской разведки, специально сконструировали мы для корабля трубу с большой парусностью. Судите нас строже, граждане судьи!
Рис. 3.44
Натурные испытания ядерного оружия на морских целях
Есть у автора и личные впечатления от последствий воздействия поражающих факторов ядерного оружия на корабли. В 90-х годах наша группа прибыла на остров Коневец в Ладожском озере. Обратил на себя внимание корабль (рис. 3.46), севший на дно недалеко от берега. Это был старый германский тральщик Т-219, переживший два ядерных взрыва при натурных испытаниях в октябре 1957 г. на новоземельском полигоне.
Рис. 3.45
Изображенный на картине, лежащий на дне, потопленный ядерным взрывом авианосец «Саратога» (вверху) и фотография того же корабля в его лучшие времена
Находясь сначала в восьмистах метрах, а потом — почти в километре от взрывов заглубленных на 30 м зарядов с энерговыделением по 30 кт, тральщик остался на плаву и его затем перевели по системе каналов с Новой земли на Ладогу. Там корабль потопили, стреляя по нему крылатыми ракетами с инертными боевыми частями. Каждому, кто осмотрел корабль, дырки от попавших ракет были очень заметны, а вот повреждения, характерные для воздействия поражающих факторов ядерного взрыва (деформация бортов, надстроек, повреждения рангоута), не очень. Правда, в ходе ядерных испытаний по тральщику ударили волны сравнительно удаленных взрывов, а потом он получил прямые попадания ракет, но стоит учесть и разницу в стоимости ракет и ядерного заряда: в пятидесятых годах первые были куда дешевле.
Рис. 3.46
Бывший германский тральщик Т-219, использованный как мишень при испытаниях ядерного оружия, а затем — крылатых ракет
Нет ничего удивительного в том, что анализ результатов этого и других испытаний привел к тому, что началась «специализация» ядерного оружия, его характеристики приводились в соответствие с условиями боевого применения.
Постепенно оргастическое упоение зарядами огромной мощности сменилось трезвыми расчетами. Поскольку радиус поражения возрастает пропорционально корню квадратному из энерговыделения, при помощи логарифмической линейки не составляло труда прикинуть, что несколько боеголовок, пусть даже и меньшей суммарной мощности (ведь каждая из них должна иметь свою систему инициирования и прочее) обеспечивают большее действие у цели, чем одна мощная, того же веса. «Забрасываемый вес» поделили между несколькими боевыми блоками, на первых порах — просто рассеиваемыми. Для поражения цели большой площади и такое решение годилось, но огромный скачок в эффективности произошел, когда каждый из блоков (рис. 3.47) стали нацеливать [67] на специально для него предназначенный объект.
Оптимизировались и эффекты: при ударе по слабозащищенным целям, подрывать заряд следует на небольшой, зависящей от энерговыделения, высоте — тогда ударная волна с необходимыми для поражения параметрами формируется на большей площади. Для уничтожения же прочного подземного бункера необходим «заглубленный» подрыв (рис. 3.48), и это требовало разработки специальных конструкций — надо только представить себе, какие огромные нагрузки испытывает довольно сложный заряд, когда боеголовка, на скорости в несколько километров в секунду, внедряется в грунт, а то и в бетон.
Рис. 3.47
На верхнем левом снимке — боевая ступень советской ракеты средней дальности 15Ж53 «Пионер УТТХ». Из трех боевых блоков 15Ф542 (индекс их ядерного заряда — АА-74) установлен только один и его плохо видно, зато хорошо видны сопла двигателей, обеспечивающих маневры «автобуса» (ступени разведения). Ракеты 15Ж53 уничтожены в соответствии с договором между СССР и США, однако у российской МБР 15Ж65 «Тополь М» боевая ступень во многом аналогична «пионерской». Боевой блок входит в атмосферу с такой скоростью, что не просто образует ударную волну: температура сжатого воздуха столь высока, что происходит ионизация. Благодаря свечению плазмы, маневры разведения боевых блоков хорошо видны на левом нижнем снимке, сделанном камерой с открытым затвором (правее — результат компьютерного моделирования течения воздуха при движении блока). Понятно, что сфотографированы макеты боевых блоков, но и холостая болванка, летящая с гиперзвуковой скоростью, при прямом попадании поразила бы точечную цель вроде ракетной шахты. Однако подобное завершение полетного задания крайне маловероятно, современные системы наведения такую точность не обеспечивают, и ядерный заряд служит для компенсации промаха, который тем значительнее, чем больше дальность стрельбы. Представить «компенсацию» поможет аналогия: внизу справа — сделанный с экрана микроскопа снимок проросших на травленой подложке структур CoFeB.
Точность характеризуется круговым вероятным отклонением (КВО) — радиусом круга, в который, при стрельбе на максимальную дальность, боевой блок попадет с вероятностью 50 %. Поражение цели — также задача, описываемая теорией вероятностей: например, при наземном подрыве боевого блока с энерговыделением около 500 кт на расстоянии 160 м от шахты, выдерживающей давление ударной волны в 70 атмосфер, вероятность поражения — 90 %. Максимальные дальности стрельбы МБР 15Ж65 и морской ракеты UGM 133А «Трайдент» D5 (ее боевая ступень — на правом верхнем снимке) одинаковы (10500 км), однако D5, стартовый вес которой — 59 т (на 25 % больший, чем у «Тополя»), несет восемь блоков, в то время как «Тополь» — один. Правда, мощность боевого блока «Тополя» (550 кт) выше, чем у «Трайдента» (475 кт для заряда W-88). Поскольку плотность энергии в ударной волне убывает пропорционально квадрату расстояния, такое соотношение обеспечивает «Тополю» выигрыш 8 % в дальности компенсации промаха по цели равной стойкости. Однако зарядам W-88 требуется компенсировать куда меньшие промахи (КВО каждого из блоков «Трайдента» — 90 м, в то время как блока «Тополя» -400 м) и это придает ракете D5 способность поражать намного лучше защищенные цели
Рис. 3.48
Примерно так выглядит поражение цели проникающей боеголовкой ракеты средней дальности «Першинг 2», предназначенной для уничтожения высокозащищенных целей (таких, как пункты боевого управления). При значительном заглублении (справа вверху) огненный шар не образуется. При меньшем заглублении (внизу слева), плазма прорывается через слой метаемого взрывом грунта
Появилось оружие сверхмалой мощности (рис. 3.49) для сухопутных войск — чтобы они могли сами поражать важные и высокозащищенные цели (рис. 3.50), а не бежали от них в кошмаре быть испепеленными «своим» же огненным шаром. Появилось оно и для кораблей — чтобы гарантированно уничтожить подкравшуюся подводную лодку (рис. 3.51), а не изводить себя многочасовыми прослушиваниями глубин океана, чередующимися с бомбометанием.
Рис. 3.49
Калибр советского ядерного снаряда 35B3 с энерговыделением, эквивалентным одной килотонне тротила — всего 152 мм. Особенность работы ядерного заряда на носителе с малым подлетным временем — минимальное время приведения в готовность к подрыву. Все потребности в электроэнергии заряда и блоков его автоматики обеспечиваются витковым взрывомагнитным генератором (об устройстве ВМГ — в следующей главе), который срабатывает от детонационного импульса неконтактного радиолокационного взрывателя. При сжатии созданного постоянными магнитами поля за микросекунды ВМГ генерирует токовый импульс энергией в несколько джоулей
…Автор полагает, что описывать конструкции ядерных зарядов нецелесообразно: во-первых, эта книга — не учебное пособие, а во-вторых — не надо забывать и о тех самых органах. Вполне достаточно напомнить: если шар из плутония окружить тяжелым материалом — повысится инерционность сборки и большее число ядер разделится; если же окружить его замедлителем — уменьшится потребное для взрыва количество плутония, но понизится мощность взрыва и разделится меньшая доля плутония.
Рис. 3.50
Выстрел ядерным снарядом. Энерговыделение эквивалентно взрыву 15 килотонн тротила
Если необходимо всемерно уменьшить диаметр заряда — можно практически отказаться от метания: слой ВВ сделать очень тонким, а сверхкритическое состояние получить за счет инициирования при взрыве фазового перехода (рис. 3.52), повышающего плотность плутония (правда, мощность взрыва и доля разделившихся ядер в этом случае минимальны). Рациональное решение, примененное в запале заряда W-87,— придать плутонию форму не шарового слоя, а эллипсоида вращения, вытянутого к полюсам (рис. 3.53), профилировав толщины слоев ВВ и плутония. Детонационная разводка подрывается одновременно у двух полюсов и имплозия «гонит» плутоний к центру: от полюсов — быстрее, ближе к экватору — медленнее, — с расчетом, что и не сферически-, а осесимметричная имплозия все равно сформирует из него шар. Такая схема, за счет увеличения длины заряда, позволяет минимизировать диаметр.
Рис. 3.51
Взрыв (с энерговыделением 10 кт) заряда W-44, которым комплектуется противолодочная ракета «Асрок»
Термоядерному заряду можно добавить мощности, использовав нейтроны синтеза для нецепного деления, или повысив долю реагирующего топлива, сделав термоядерный узел сферически-симметричным; заряду цепного деления, не имеющему узла радиационной имплозии — разместив в самом центре полого плутониевого шара термоядерное топливо, которое прореагирует, будучи сжато и разогрето взрывом.
Рис. 3.52
В отличие от статического, всестороннего сжатия, деформация вещества в ударной волне происходит в направлении ее распространения. При этом возникают напряжения вдоль других осей и, если они превосходят предел прочности, кристаллическая решетка ломается, что создает условия для возрастания плотности вещества. На полученном при большом увеличении снимке — фазовый переход: слева внизу — кристаллическая структура, справа вверху — аморфное вещество
Это — не всё, но достаточно, чтобы понять: технические возможности для создания зарядов различных размеров и мощностей есть. Однако истинная специализация оружия заключается в другом.
… Энергия в 202 МЭв, от каждого акта деления, следующим образом распределяется между продуктами этой реакции. Мгновенно выделяются:
— кинетическая энергия осколков деления;
— кинетическая энергия нейтронов;
— энергия гамма излучения.
Со значительным запаздыванием выделяются:
— энергия бета излучения продуктов деления;
— энергия гамма излучения продуктов деления.
Все то, что при ядерном взрыве проходит по «второму списку», вызывает радиоактивное заражение местности — явление, только на эмоциональном уровне вызывающее извращенное удовлетворение в ассоциации с образом ненавистного врага, но на самом деле — весьма опасное для обеих сторон.
Рис. 3.53
Слева — монтаж боевых блоков на платформе боевой ступени МБР LGM-118А «Пискипер». Заряд W-87 каждого из этих блоков весит 242 кг и при взрыве формирует ударную волну с такими же параметрами, как и взрыв 47 5 тысяч тонн тринитротолуола (чтобы перевезти это количество взрывчатки по железной дороге, потребовалось бы 8000 грузовых вагонов). В запале используется ВВ 1, содержащее 90 % октогена (циклотетраметилентетранитроамина), более мощного, чем гексоген, но менее чувствительного к удару и нагреву. Инициирование детонации в разводке запала производится одновременно только в двух точках электродетонаторами 2, сигнал на которые, так же как и импульсный поток нейтронов, запускающий цепную реакцию, формирует блок AFAF 3. Для минимизации размеров запала плутоний 4 окружен замедлителем 5 из бериллия, но применено газовое термоядерное усиление мощности. Промежутки между ампулой и запалом заполнены пенополистиролом 7. Конструкция термоядерного узла обеспечивает наиболее эффективную — сферическую — радиационную имплозию ампулы, состоящей из концентрических шаровых слоев: тяжелых урановых 8 (внутренний — полый) и тяжеловодородного соединения лития-6 95 %-ного обогащения (9). В одной из модификаций заряда внешняя оболочка и сердцевина ампулы сделаны из урана-235. Не только нейтрон с «термоядерной» энергией, но и любой (например — низкоэнергетичный, из запала) вызовет в такой ампуле деление, да не одно, а целую цепь! В результате заметно повышается мощность, поскольку возрастают параметры сжатия и доля топлива, вступающего в реакции. Корпус 10 (на жаргоне разработчиков — «арахис», хотя, на взгляд автора, он более напоминает грушу) отражает и максимально сберегает для радиационной имплозии излучение запала и включает, для дополнительного усиления взрывного эффекта, U238. Все эти решения позволили достичь для заряда W-87 очень высокого отношения энерговыделения к массе.
Помимо боевых блоков, на платформе размещаются ложные цели, а также генераторы помех — для противодействия РЛС противоракетной обороны противника
Энергия же факторов первого списка определяет могущество ядерного оружия. Если взрыв происходит в сравнительно плотном воздухе — почти две трети его энергии переходит в ударную волну. Львиную долю остатка забирает световое излучение, оставляя лишь десятую часть проникающей радиации (рис. 3.54), а из этого мизера лишь 6 % достается сотворившим взрыв нейтронам. Существенную энергию уносят с собой нейтрино, но они настолько неуловимы, что найти им и их энергии практическое применение не удается до сих пор.
Рис. 3.54
Проникающую (нейтронную и гамма) радиацию увидеть нельзя, но можно наблюдать вызываемые ею эффекты. Так, ионизация воздуха приводит к возрастанию его проводимости и, если недалеко от взрыва есть грозовые облака, электропрочность воздуха нарушается и следуют разряды молний
…Все было достаточно ясно с ударной волной (рис. 3.55): оптимизация поражения целей упрощалась, поскольку решения уравнений, описывающих движение вещества при взрывах, автомодельны (подобны) и характеризуются безразмерными, относительными параметрами. Например, можно текущие значения давления и радиуса задавать в виде отношений к соответствующим значениям в начале процесса, и решение будет описывать и явление радиусом в дециметр и в километр, так что получать необходимые численные данные для расчетов можно и на моделях (рис. 3.56)
Если стойкость цели по отношению к ударной волне известна — можно определить высоту подрыва заряда данной мощности, при которой площадь поражения целей будет максимальной, или — если носитель доставляет заряд с высокой точностью — минимизировать мощность заряда.
Рис. 3.55
Читатель, возможно, удивится, но изображенное на снимке называется… компьютером. Такие механические вычислители на заре ядерной эры имели командиры, чтобы рассчитывать эффекты ядерных взрывов
Правда, могла поджечь деревянные постройки и причинить тяжелые ожоги вспышка света (рис. 3.57), но то же самое делал и входивший в моду напалм (рис. 3.58)…
А вот непривычное «общественности», не превращающее цель в головешки или тривиальную груду развалин, конечно же, почиталось «варварством». Чтобы прикинуть, как это варварство использовать порациональнее, пригляделись к тому, что возмутительно уклонялось от созидания главных поражающих факторов — к ускользавшим из огненного шара нейтронам и высокоэнергетичному («жесткому») гамма излучению.
Рис. 3.56
МБР базируется в шахте, крышка которой весит многие десятки тонн (снимок вверху), и для получения данных о стойкости шахты по отношению к ударной волне необходим чрезвычайно мощный взрыв и колоссальные расходы на такой опыт. Однако автомодельность процессов газовой динамики дает возможность оценить стойкость на макете: на нижнем левом снимке — «обдутая» копия шахты МБР LGM-118A в масштабе 1:8 в воронке от модельного взрыва. Данные в этом случае получены при подрыве всего нескольких тонн обычного ВВ (правее)
Рис. 3.57
Эффекты воздействия светового излучения ядерного взрыва в Хирошиме. Там, где на кимоно этой японки был темный рисунок, поглощено больше лучистой энергии, нагрев прилегавший к телу ткани вызвал тяжелые ожоговые поражения. Ткань светлых оттенков отразила значительную часть излучения, послужив защитой
Выход гамма излучения можно повысить, окружив заряд конвертером — веществом, ядра которого интенсивно испускают гамма-кванты под действием нейтронов, но на поле сражения прямое действие гамма излучения уступает по боевому эффекту и ударной волне, и свету. Оно может, например, причинить неприятности электронике, но — в огромных дозах (десятках миллионов рад [68]). От таких доз плавятся металлы, а ударная волна с куда меньшей плотностью энергии уничтожает цель без подобных излишеств.
Рис. 3.58
На фотографии слева — «гриб» не от ядерного взрыва, а от срабатывания напалмовой «зажигалки». Явления похожи вследствие подобия конвективных течений газа. Такое течение возникает, когда в поле тяжести пузырь нагретого (и потому — более легкого) газа поднимается вверх, чуть-чуть поджимая перед собой «омывающий» его холодный воздух (ни о какой ударной волне, понятно, речи в этом случае нет). Ну а позади пузыря, в область разреженного его движением воздуха, втягиваются пыль и дым, образуя «ножку» гриба.
Напалм — горючее (бензин, авиационный керосин), загущенное солями жирных кислот, преимущественно нафтеновых и пальмитиновых, откуда и название: «На-Палм». Впервые применено во Второй мировой войне американскими войсками против японцев, оборонявшихся в многочисленных пещерах на островах Тихого океана. Смесь солей — сыпучий порошок, она вполне безопасна. Будучи разбавлена бензином, смесь приобретает консистенцию студня, и, когда этот «студень» воспламеняется, жар вокруг очень силен. Горящий напалм становится жидким, затекает в щели. Его «звездным часом» стала война в Корее, (1950–1953 гг.), где самолеты тактической авиации США штурмовали зажигательными баками густые цепи китайских «народных добровольцев», которые наступали, не считаясь с потерями от артиллерийского и пулеметного огня. Позже, во Вьетнаме, в напалм стали добавлять капсулированные шарики белого фосфора. Такую смесь нельзя было погасить — она самовоспламенялась (снимок справа), а ожоговые травмы от нее, из-за присутствия фосфора стали еще кошмарнее
Если же плотность энергии гамма излучения меньше, оно становится безвредным для сделанной из железа технике, вроде тех же пушек — а ударная волна и тут может сказать свое слово (рис. 3.59)…
Так что прямое гамма облучение существенного боевого эффекта не обеспечивает, чего нельзя сказать об эффектах вторичных, порожденных им же…
Рис. 3.59
Действие ударной волны по наземным целям можно усилить, поскольку при отражении ударной волны от грунта (ударно-волновой импеданс которого довольно высок) давление возрастает. Оптимальная высота подрыва зависит от энерговыделения заряда и стойкости целей. На теневом снимке подрыва всего 10 мг динитродиазофенола — отражение волны. Давление максимально в области, где падающая и отраженная волны сопрягаются. На снимке справа, за снятым обтекателем авиабомбы Мк-17 — устройство, обеспечивающее высотный подрыв
…Начинается все с Комптон-эффекта [69] в ходе которого образуются электроны отдачи. Магнитное поле Земли, не сообщая заряженной частице кинетическую энергию, «закручивает» ее траекторию (рис. 3.60). Но движение, отличное от равномерного и прямолинейного, есть движение с ускорением — так учит нас школьный курс механики; хотя и не изучаемая подробно в школе, наука электродинамика учит еще и тому, что двигающийся с ускорением заряд излучает. Излучение это тоже электромагнитное, то есть представляет собой колебания электрического и магнитного полей — как и свет, со скоростью которого они распространяются. Характеристики электромагнитного импульса ядерного взрыва (ЭМИ ЯВ) отличаются от характеристик породившего его гамма излучения лишь количественно, но зато — на много порядков. Начнем с того, что в энергию ЭМИ переходит лишь 0,6 % энергии гамма квантов, а ведь их доля в балансе энергии взрыва сама по себе мала. Еще более различаются частоты колебаний: у ЭМИ — килогерцы-мегагерцы, у его «родителя» — на пятнадцать порядков бо?льшие.
Рис. 3.60
В иллюстрации Комптон-эффекта (слева вверху), вызывающего формирование ЭМИ ЯВ, многие объекты стилизованы: электромагнитные излучения изображены простыми синусоидами, хотя они представляют колебания напряженностей электрического и магнитного полей. Изображение атома несколько ближе к реальности: электроны в нем не представляют компактные частицы, вращающиеся по орбитам, а в соответствии с принципом Гайзенберга «размазаны» по ним (автор также попытался изобразить орбиты, соответствующие различным энергетическим состояниям). Принцип неопределенности следует из квантовой природы частиц: точности одновременного определения координаты и скорости частицы связаны константой. Характерный размер ядра на несколько порядков меньше размеров электронных орбит (а не в несколько раз, как на рисунке), но в ядре сосредоточена практически вся масса атома. Оно также может находиться в различных энергетических состояниях (основном или возбужденных).
Углы рассеяния и отдачи при Комптон-эффекте невелики, так что от точки взрыва расходится ток электронов, быстро опережающих намного более тяжелые ионы, за счет чего происходит разделение зарядов (справа вверху). Сферически-симметричная система зарядов излучать не может, однако плотность воздуха меняется с высотой, что вносит асимметрию и в плотность зарядов. Параметры такого электрического диполя при движении зарядов разных знаков меняются, при этом генерируется излучение, мощность которого пропорциональна второй производной дипольного момента по времени.
Деформация магнитного поля образованным ядерным взрывом, хорошо проводящим плазмоидом (не в масштабе, в центре справа) вызывает излучение вследствие изменения магнитного момента.
Помимо Комптон-эффекта, при ядерном взрыве на большой высоте происходят и другие взаимодействия, вызывающие переходы атомов (в основном — кислорода и азота) на возбужденные уровни и последующее их высвечивание в различных областях видимой части спектра. Становится видна структура магнитных силовых линий нашей планеты (внизу слева), а также происходит красивое явление, известное как «северное сияние» (естественным образом оно вызывается потоками заряженных частиц от вспышек на Солнце)
Но возникновение ЭМИ — не только результат «закручивания» электронов. Вклад вносит и излучение электрического диполя, образованного носителями разных знаков (плотность зарядов меняется с высотой, вверху справа). Еще одна причина — возмущение проводящим плазмоидом магнитного поля Земли.
Все эти явления приводят к формированию непрерывного спектра (континуума) ЭМИ ЯВ — совокупности волн в огромном частотном диапазоне. Лишь колебания с частотами от десятков килогерц до сотен мегагерц вносят заметный энергетический вклад, но и эти волны ведут себя по-разному: те, чьи частоты превышают мегагерцы, затухают в атмосфере, а низкочастотные — «оборачиваются» в естественном волноводе между поверхностью Земли и ионосферой, помногу раз огибая земной шар. Правда, «долгожители» напоминают о своем существовании лишь хрипением в приемниках, похожим на «голоса» грозовых разрядов, а вот их более высокочастотные родственники заявляют о себе весьма опасными для аппаратуры «щелчками».
Казалось бы, длинноволновое излучение вообще должно быть безразлично военной электронике — такой ложный вывод подсказывает известная из курса электродинамики теорема взаимности: эффективности приема и излучения любым устройством волн одинаковых частот в данном направлении жестко связаны, чем выше первая, тем выше и вторая [70]. А принимает и излучает военная электроника в гораздо более высокочастотных, чем ЭМИ ЯВ, диапазонах, что и понятно: при создании оружия всемерно «ужимают» габариты, а чем меньше длина волны, тем меньше и размеры антенны.
Действительно, в соответствии с законами электродинамики, ЭМИ ЯВ индуцирует в малогабаритных антеннах ничтожные сигналы, но оно же «выбирает» в качестве антенн другие элементы конструкции: если ракету длиной в 10 метров «накрывает» длинная волна с не поражающей воображение напряженностью электрического поля в 100 В/см, то на металлическом ракетном корпусе наводится разность потенциалов в 100 тысяч вольт! Мощные импульсные токи через заземляющие связи «затекают» в схемы, да и сами точки заземления на корпусе оказываются под существенно отличающимися потенциалами, что тоже ведет к протеканию больших токов. Токовые перегрузки опасны для полупроводниковых элементов: для того, чтобы «сжечь» высокочастотный диод, достаточно импульса мизерной (в десятимиллионную долю Джоуля) энергии. ЭМИ занял почетное место могущественного поражающего фактора — иногда им выводилась из строя аппаратура за тысячи километров от ядерного взрыва — такое было не по силам ни ударной волне, ни световому импульсу.
Понятно, были оптимизированы и параметры вызывающих ЭМИ взрывов (в основном это — высота подрыва заряда данной мощности). Разрабатывались и меры защиты: аппаратура снабжалась дополнительными экранами, охранными разрядниками. Ни один образец боевой техники не принимался на вооружение, пока не была доказана испытаниями — натурными или на специально созданных имитаторах (рис. 3.61) — его стойкость к ЭМИ ЯВ — по крайней мере такой интенсивности, которая характерна для не слишком уж больших дистанций от взрыва.
Рис. 3.61
База ВВС США Кёртлэнд. Испытания стойкости электронного оборудования бомбардировщика В-52 — ветерана стратегической авиации, вот уже полвека находящегося в строю. Этот уникальный самолет останется на вооружении и в 30-х годах XXI века. Поскольку длины волн ЭМИ ЯВ — сотни метров, огромны и размеры антенны, излучающей имитирующий импульс (для сравнения: длина самолета — 48 м, размах крыльев — 56 м). Установка сделана из дерева, чтобы не вносить искажений в распределение полей, и представляет самое большое в мире сооружение из этого материала
…Если нет или очень мало вокруг воздуха, то нет и главного поражающего фактора наземного ядерного взрыва — ударной волны: ей просто не из чего образоваться. Именно так и обстоит дело на рубежах противоракетной обороны, когда необходимо перехватить боевой блок противника. Сделать это предпочтительнее на большой высоте, чтобы даже в случае подрыва блока не пострадали объекты, на которые он нацелен. Но на больших высотах плотность газов столь низка, что они способны только не очень ярко светиться (рис. 3.62). Правда, в безвоздушном пространстве возрастает выход электромагнитного излучения различных частот, но помогает это мало: лучистая энергия поверхность блока, конечно, нагревает, но ведь он и рассчитан на преодоление теплового барьера при входе в атмосферу — снабжен обгорающим (абляционным) теплозащитным покрытием (рис. 3.63). Заряд с повышенным выходом рентгеновского излучения (не «мягкого», а очень жесткого) может нанести поражение электронике, но на небольшом расстоянии, поскольку излучение заметно ослабится в корпусе, сделанном из тяжелого металла. Нейтроны же корпус свободно «проскакивают» и бьют в «сердце» боевого блока — сборку, содержащую делящееся вещество. Ядерный взрыв при этом невозможен — сборка-то пока докритична — но нейтроны порождают в ней много затухающих цепей деления, внутренний «подогрев» от которых может сборку и развалить, но, даже если облучающих нейтронов для этого недостаточно, «подсвеченный» заряд сработает потом с пониженным энерговыделением [71].
Рис. 3.62
На высотах порядка сотни километров плотность газов очень низка, но об их присутствии свидетельствуют те же фотографии ядерных взрывов. Слева — фотография взрыва Kingfish, мощностью около 1 Мт на высоте 97 км. Красное свечение вызвано возбуждением атомов (не молекул!) кислорода. Справа — тот же эффект после взрыва на меньшей высоте, где преобладает вызванное возбуждением электронами молекул воздуха и последующим их высвечиванием синего цвета
В заряде, предназначенном для перехвата боевого блока, не чинят преград нейтронам: в нем есть ядерный запал, но ампула с термоядерным топливом не окружена тяжелой оболочкой, поскольку взрывной эффект — ненужное излишество. За счет этих мер возрастает удельный выход нейтронов (до примерно 1,6x1024 нейтронов на килотонну, что вшестеро выше, чем для заряда деления) а их энергия всемеро превышает среднюю энергию нейтронов деления. Такими двухфазными термоядерными зарядами W-66 (весом всего 68 кг) оснащены американские перехватчики «Спринт» (рис. 3.64), охраняющие шахты межконтинентальных баллистических ракет.
Рис. 3.63
Внешняя оболочка боевого блока Mk-2RB морской ракеты «Поларис АЗ» получена методом намотки асбестового волокна, скрепленного фенолформальдегидной смолой. Этот слой расходуется (уносится набегающим потоком воздуха) по мере выгорания, но, ввиду его низкой теплопроводности, успевает предохранить от воздействия высокой температуры основную конструкцию на конечном участке траектории. Заряд W-58 боевого блока, весом 116 кг и с энерговыделением 200 кт, состоял на вооружении подводных ракетоносцев ВМС США с 1964 по 1984 г.
Но и ЭМИ и нейтроны при перехвате боевого блока противоборствуют с бездушными машинами, а где же пресловутое варварство? Вполне могло ядерное оружие представить и «фильм ужасов» любителям этого жанра. И изумляли непомерным слюноотделением газетенки, заливаясь в брехе об изуверских «нейтронных бомбах» — мародерском оружии, предназначенном якобы для уничтожения людей, но сохранения материальных ценностей для последующего разграбления.
Рис. 3.64
«Спринт» отличается от других зенитных ракет внешним видом, что объяснимо: ее цели — боевые блоки МБР — самые высокоскоростные, и маневрировать при их перехвате необходимо с очень высокими скоростями и перегрузками (на изображенном в центре испытательном пуске противоракету «заставили сделать крендель», чтобы продемонстрировать эти качества). Ядерный взрыв, уничтожающий боевой блок на большой высоте, также выглядит необычно: «космы» образовались из обрывков плазменного пузыря, в безвоздушном пространстве интенсивно рассеивающих свое вещество в полете
Двухфазными термоядерными зарядами (по американской терминологии — «боеприпасы с повышенным выходом радиации») оснащались боевые части ракет «Лэнс» и 203-мм гаубичные снаряды (рис. 3.65).
С ядрами железа (из которого, в основном, и состоит броня) нейтроны МэВных энергий взаимодействуют не очень активно. Иное дело — человеческие ткани, содержащие много водорода, — легким ядрам такие нейтроны при столкновениях придают значительную скорость, а сами — замедляются и затем активно участвуют в разнообразных реакциях. Все эти процессы приводят к ионизации, то есть — к радиационным поражениям.
Рис. 3.65
Вверху — 203-мм снаряд ХМ-753 с нейтронным зарядом W-79 (изображен на рисунке красным цветом). Было произведено 325 таких снарядов и 225, при взрыве которых происходило только деление плутония. Внизу — заряд W-70 для боеголовки оперативно — тактической ракеты «Лэнс». Заряд W-70 mod3 — нейтронный вариант, энерговыделение при взрыве которого лишь немного превышало 1 кт. Отказ от нейтронного поражения, полное использование энергетических возможностей этого заряда в одной из его модификаций позволило поднять энерговыделение в сто раз
Предметы, подвергшиеся воздействию значительных нейтронных потоков (основного поражающего фактора двухфазных боеприпасов), опасны для жизни, потому что нейтроны после взаимодействия с ядрами инициируют в них разнообразные реакции, являющиеся причиной вторичного (наведенного) излучения, которое испускается в течение длительного времени после того, как распадется последний из облучавших вещество нейтронов.
На самом деле нейтронные боеприпасы предназначались для поражения бронетехники, по численности которой Варшавский пакт превосходил НАТО в несколько раз. Выбор носителей и их досягаемость (десятки километров) указывали, что создавалось это оружие для решения оперативно-тактических задач.
Боевые машины хорошо противостоят воздействию ударной волны (рис. 3.66), поэтому после изучения стойкости бронетехники различных классов, с учетом последствий заражения местности продуктами деления и разрушений от мощных ударных волн, основным поражающим фактором решили сделать нейтроны.
По расчетам, для борьбы с танками и другими хорошо защищенными целями, нейтронный заряд с энерговыделением в 1 кт в 60 раз более эффективен, чем залп всех неядерных огневых средств бронетанковой дивизии (а это — около 800 тонн боеприпасов)!
Рис. 3.66
Слева — приготовления к опыту. Один из объектов испытания — танк Т-62 советского производства. Судя по размерам, на вышку поднят заряд из нескольких тонн обычного ВВ. Справа: по таким целям предполагалось применять оружие с повышенным выходом нейтронного излучения
Рассчитывая остановить навал «брони», в штабах НАТО разработали концепцию «борьбы со вторыми эшелонами», стремясь отнести подальше рубеж применения нейтронного оружия по противнику. Основной задачей бронетанковых войск является развитие успеха на оперативную глубину, после того как их бросят в брешь, пробитую в обороне, например, ядерным ударом большой мощности. В этот момент применять двухфазные боеприпасы уже поздновато: особенности радиационных поражений таковы, что даже получившие абсолютно смертельную дозу в тысячи бэр экипажи танков оставались бы боеспособными в течение нескольких часов. За это время подвижные, хорошо вооруженные и защищенные броней машины успели бы сделать многое. Поэтому такие удары планировались по выжидательным районам, где изготавливались к введению в прорыв основные массы бронетехники: за время марша к линии фронта должны были проявиться последствия облучения экипажей.
На долю термоядерных реакций в нейтронном заряде W70, приходилось 60 % энерговыделения, а гаубичные снаряды ХМ-753 могли применяться и с «холостыми» ампулами — как однофазные, класса мощности «Эй» [72].
…В повествованиях об оружии других видов о провалах упоминалось, так что умалчивать о том же в настоящей главе — неэтично, возможны упреки.
Были среди них не только неудачи с неядерным «зажиганием» синтеза. На фотографии рис. 3.67 слева запечатлен процесс, навевающий траурные ассоциации: разделка на лом. На переднем плане — корпуса бомб Мк-2, для которых разрабатывался заряд ствольного типа: на значительной длине корпус бомбы тонок (там, без всяких излишеств, размещен только ствол), а головная часть утолщена (там — место замедлителя и основной массы делящегося вещества). Очевидно, что готовилось производство не одного и не двух образцов и наверняка выпущены были не только корпуса, но Мк-2 не повезло в том отношении, что делящимся веществом ее заряда был выбран плутоний. Позже выяснилось, что плутоний обладает значительным собственным нейтронным фоном, на два порядка превышающим таковой U235 (нейтроны испускаются как им самим, так и сопутствующими ему, при «реакторном» получении, примесями). Но повышенный нейтронный фон весьма нежелателен, поскольку вместо ядерного взрываиз-за него может произойти «хлопок», а ствольная схема такую вероятность умножает: по сравнению с имплозией сближение масс делящегося вещества происходит в этом случае значительно медленнее (вспомним о трудностях достижения сверхвысоких скоростей снарядов в орудийных стволах). Поэтому, когда читаешь в книге Ричарда Родса «Черное солнце» воспоминания оружейников-ядерщиков: «Уверенность в правильности всех расчетов и в том, то „Малыш“ (с зарядом ствольной схемы) сработает, была столь велика, что эту бомбу было решено не испытывать на полигоне, а рекомендовать сразу к боевому применению…»— невольно хочется посоветовать: "Albo lapillo diem notare [73]"— ведь в 1945-м, не обладая информацией о собственном нейтронном фоне плутония, «ствольного» первенца вполне могли бы решить снарядить им, а не U235.
Но такой конфуз все же выглядит мелочевкой на фоне проектов масштабных, можно сказать — вселенских, вроде ядерного ракетного двигателя. Не такого, в котором рабочее тело — вода или воздух — нагреваются в реакторе и создают движущую морской или воздушный объект силу, а такого, который пинает то, на чем он установлен, ядерными взрывами (рис. 3.68).
Рис. 3.67
Разделка на металлолом корпусов американских ядерных авиабомб. На переднем плане — корпуса Мк-2, неудачный выбор делящегося вещества для которых привел к закрытию проекта
Проект «Орион» в книге «Укрощение ядра» охарактеризован емко: «Несмотря на внешнюю абсурдность этой идеи, многие выдающиеся физики работали над этим проектом, и они были уверены, что в принципе он может быть практически реализован». Это утверждение, в котором, похоже, излишне прилагательное «внешнюю», — сильный аргумент: на крыльях финансирования, отринув филистерские оковы здравого смысла, научная мысль достигает небывалых высот. Так, в наши дни, стремясь обрести те наижеланнейшие крылья, подстрекает она же устами преданных ей членов и корреспондентов к добыче гелия-3 на Луне! За счет термоядерной реакции в этом изотопе благодетели клянутся избавить человечество от энергетических кризисов, незаметно передергивая: «нерешенных инженерных проблем тут нет, дело только в инвестициях…». Может, в добыче и доставке на Землю гелия-3 проблем действительно нет, но есть другая, очень маленькая: управляемый синтез вот уже более полувека, несмотря ни на какие «инвестиции», не удается «зажечь» даже в DT смеси, где условия для этого наиболее благоприятны. А уж, если впередсмотрящие науки столь уверены, что им покорится синтез куда более труднозажигаемого топлива, то возникает вопрос: почему бы не использовать в качестве такового протий, которого на Земле неизмеримо больше, чем гелия-3 — на Луне?
Рис. 3.68
На рисунках изображены возведение и полет космического корабля «Орион». Он напоминал пулю высотой в 16-этажный дом, должен был весить 4000 т и быть снабжен платформой теневой защиты диаметром 40 м. Корабль должны были пинать взрываемые каждую секунду ядерные заряды с энерговыделением в 100 т. В 1964 г. ВВС США, одумавшись, прекратили финансирование «Ориона»
… Душными, недобрыми ночами преследовали высокопоставленных видения: полчища красных танков подобно саранче заполоняют собою Ла-Манш и далее прут неудержимо… И нет управы на эту тучу… Но научная мысль и тут не оставила в беде, шепнув: «а нарыть на их пути колодези, в коих спрятать заряды…» Освежающим утром, когда развеялись ночные кошмары, эта мысль показалась вполне здравой, тем более, что колодцы-то должны были располагаться не на своей, а на германской земле. Наступающие танковые и механизированные войска, конечно, полюбовались бы красивыми султанами не очень мощных заглубленных ядерных взрывов, тем более, что потери от них были бы минимальны, а пострадало бы от радиации в основном местное население. Закладывать в колодцы предполагалось заряды британских ядерных бомб, романтично названных «Голубой Дунай» (рис. 3.69), а «изюминка» идеи заключалась в том, что обеспечивать температурный режим аппаратуры своим биологическим теплом должны были… куры, клетка с которыми примыкала к электронному блоку и замуровывалась вместе с зарядом. В клетке были запасы пищи и еды на неделю (такой срок, согласно техзаданию, заряд должен был находиться в готовности к применению). Понятно, что, если бы команда на подрыв не последовала, заряд следовало извлечь, преодолевая отвращение от вони и липнущего к рукам говна…
…Но бывало и так, что действительно грохало под землей, навевая воспоминания о «Хохдрукспумпе»…
… Читатель наверняка заметил, что все описанные варианты ядерных взрывов характеризуются практически изотропным полем поражения: и ударная волна, и гамма кванты, и нейтроны летят во всех направлениях. Но натурам утонченным претило такое неизящество: как дубиной — хрясь и всё в разные стороны? Нет, сделайте нам красиво, как в синематографе: чтоб неуловимые выпады шпажкой — шир-шир-шир — и улеглись вокруг поверженные враги лепестками ромашки!
Ну, если нельзя пока шпажкой, то — хоть мечом, волшебным Эскалибуром [74]…
Рис. 3.69
Хотя британская авиабомба Мк-1 «Голубой Дунай», с имплозивным зарядом деления, была принята на вооружение спустя восемь лет после появления «Жирного», она превосходила его по габаритам в полтора раза, а по энерговыделению — уступала вдвое
…Атомы могут находиться в различных энергетических состояниях. При переходе из возбужденного состояния в основное атом испускает квант электромагнитного излучения (фотон), благодаря чему мы видим пламя — и костра и факела ракетного двигателя. Кроме самопроизвольных переходов с одного энергетического уровня на другой, могут произойти и вынужденные, обусловленные действием на атом падающего излучения. Самопроизвольные переходы могут осуществляться только в одном направлении — с более высоких уровней на более низкие, а вынужденные — в любом. В случае перехода на более высокий уровень атом поглощает падающее на него излучение. При вынужденном переходе с одного из возбужденных уровней на более низкий энергетический уровень происходит излучение атомом фотона, дополнительного к тому фотону, под действием которого произошел переход. Это дополнительное излучение называется вынужденным (или индуцированным).
Вынужденное излучение по частоте, фазе и поляризации совпадает с таковыми излучения вызвавшего переход: вынужденное и внешнее излучения когерентны. Эта особенность лежит в основе действия усилителей, называемых лазерами.
Эйнштейн в 1917 г. показал, что соотношение между вероятностями спонтанного и индуцированного излучения обратно пропорционально кубу длины волны. Выход лучистой энергии ядерного взрыва реализуется в основном в рентгеновской части спектра. Для таких коротких волн требуемая энергия накачки очень высока, но у ядерного взрыва ее много! При огромной плотности энергии активная среда лазера может быть только плазмой, причем полностью ионизованной.
Когда плазма ядерного взрыва охлаждается, в ней начинается рекомбинация, при этом на короткое время для некоторых уровней становятся возможными индуцированные переходы, из-за чего такой тип лазера называют рекомбинационным, а излучает он в течение времени, не превышающего наносекунду.
Плотность электронов (они теряют энергию быстрее других частиц) не должна быть слишком велика, поскольку при инверсной населенности с увеличением энергии состояния количество атомов, которое может находиться в этом состоянии — уменьшается. Число переходов между двумя уровнями пропорционально населенности исходного уровня, так что поглощение в системе атомов, находящейся в термодинамическом равновесии, может и преобладать над вынужденным излучением. Для усиления же нужно, чтобы на «высоком» энергетическом уровне находилось намного больше атомов, чем в состоянии с меньшей энергией. Это возможно для атомов таких элементов, как железо, цинк, медь.
Длины волн квантов, излучаемых при индуцированных переходах в этих элементах, — немногим более десятка ангстрем. Такое «мягкое», излучение поглощается в субмикронных слоях металлов, вызывая тепловой взрыв на поверхности цели. Но малая длина пробега — и недостаток: поглощение в воздухе тоже значительно, поэтому войны с применением такого поражающего фактора задумали затевать в космосе.
Длинный стержень — рабочее тело рентгеновского лазера — за короткое время накачки практически не изменит свою форму: образовавшаяся плазма расширяется со скоростью 50 км/с, так что при начальном радиусе стержня в доли миллиметра, за необходимые для накачки десятки наносекунд диаметр расширяющегося стержня едва превысит миллиметр.
Для формирования, фокусировки, усиления рентгеновского излучения бесполезны зеркальная оптика и оптические резонаторы. Все определяется формой рабочего тела: расходимость луча зависит от отношения его диаметра к длине. Длина стержня определяется плотностью энергии воздействующего излучения, а значит — энерговыделением ядерного взрыва: необходимо полностью ионизовать самый удаленный от заряда край стержня, иначе он не будет прозрачным для излучения. Для ядерного взрыва с энерговыделением около 30 килотонн этим условиям удовлетворяют: диаметр стержня — около миллиметра и длина — около 10 м.
Хотели поначалу тем лазером, как шпажкой, одним махом поразить тучу целей: наводить на каждую по нескольку стержней (рис. 3.70). С американских субмарин, через считанные минуты после старта советских МБР, запускали бы противоракеты, разворачивающие в космосе заставу из рентгеновских лазеров. В мечтах, боевая станция «Эскалибура» напоминала гигантского ежа множеством металлических стержней, смонтированных радиально вокруг ядерного заряда. Каждый из них наводился системой слежения за целями на основе небольшого телескопа. После выбора целей, ядерный заряд подрывали, а рентгеновские лазерные лучи «ударяли» по ракетам.
…Такой радужный вариант опровергли расчеты: энергии для поражения не хватало. На каждую цель требовалось навести тучу стержней, так что для перехвата одной ракеты надо было потратить как минимум одну ядерную боевую станцию. А уж если допустить, что с перехватом можно слегка опоздать — каждая ракета успеет тогда «развести» по нескольку боевых блоков и кучу ложных целей (рис. 3.71) в придачу — число противоракетных станций надо увеличивать на порядок. Да и неочевидно было, выведут ли из строя не очень-то мощные лучи снабженный теплозащитой боевой блок (рис. 3.72)
Рис. 3.70
Плод фантазии художника: перехват боевых блоков рентгеновскими лазерами, рабочие тела каждого из которых — медные стержни — направляются на несколько целей. Такой тип лазера никогда не испытывался, потому что сразу появились обоснованные сомнения в его эффективности: любому из стержней достается лишь мизерная часть излучений ядерного взрыва
Рис. 3.71
В процессе разведения блоков в их боевой порядок включают ложные цели (ЛЦ) — для отвлечения средств ПРО противника. Материал легких надувных ЛЦ (слева, вверху) — металлизованная майларовая пленка. На достаточно большом расстоянии отличить такую ЛЦ от боевого блока ни оптическими, ни радиолокационными средствами невозможно. При входе боевого порядка в атмосферу легкие надувные ЛЦ отстают, но «стрелять» ренгеновскими лучами уже поздно: защитой блоков служит слой воздуха. При движении в высокоскоростном воздушном потоке, поверхность боевого блока нагревается, его можно обнаружить по тепловому излучению и уничтожить ракетой-перехватчиком. На этом этапе «работают» ЛЦ другого типа: малоразмерные, но тяжелые. Горение пиротехнического состава в такой ЛЦ имитирует тепловой «имидж» (ниже) боевого блока. Справа — вставленные одна в другую «тяжелые» ЛЦ из экспозиции музея Академии ракетных войск
Когда дело дошло до эксперимента, образовали из стержней цилиндр (рис. 3.73), забыв о поражении многих целей одним взрывом.
Но от подземного, с энерговыделением в 30 килотонн (2x1014 Дж) взрыва Cabra 26 марта 1983 г. на полигоне в штате Невада лишь жалкие 130 килоджоулей только и перепали острию космического меча. Да размазывается и эта энергия: на дистанции 1000 км — по кругу диаметром около сотни метров, что для цели вполне безопасно, так что и очень уж дальний выпад с таким мечом пока что не сделаешь…
…И насмехались по эту сторону идеологического фронта над жалкими потугами, разъясняли снисходительно: не может быть верных знаний там, где капитал простер свои грязные щупальца, потому как нет у них прочнейшего марксистско-ленинского философского фундамента! И делились простой, как правда, пропорцией, озарившей полуночной зарницей мозг: «Если кумулятивный заряд с несколькими килограммами взрывчатки пробивает метр брони, то 10 килотонн — они ж на 10 тысяч километров брызнут неумолимой струей! И можно, бабахнув где-то в шахте, что вырыли там, где не ступала нога человека, струей, прошедшей аж сквозь всю голубую планету, преобразовать в слякоть говномерзавца, покусившегося на то, что нам свято. И не спасет его никакой бункер-мункер!» И далее, ласково улыбнувшись и приложив ладошку к кепочному козыречку: «Верной, единственно верной дорогой идите, товаг’ищи!»
Рис. 3.72
Программа испытаний боевых блоков на стойкость к различным поражающим факторам весьма обширна. Среди оригинальных методик — комплексные «нагревоударные» испытания, в ходе которых вокруг изделия форсунками распыляется жидкое взрывчатое вещество, затем инициируемое во множестве точек излучением лазеров
…Случилось как-то читать диссертацию, посвященную строительству. Основная мысль ее автора состояла в том, что движение больших масс людей описывается уравнениями гидродинамики и это позволяет рассчитывать пропускные способности эскалаторов, проходов и прочего. Но этим же законам подчиняется и движение вещества при взрывах, причем результат — применим для явления любого масштаба. Так что, если поверить автору той диссертации и найти несколько десятков тысяч (а лучше — сотню тысяч) энтузиастов, можно ставить изумительные по наглядности опыты, наблюдая за ними с крыши высотки. Надо только объяснить, куда людишкам бежать, толкая друг друга (это — обязательно), услышав вой сирены, возвещающей начало эксперимента.
Рис. 3.73
Накачка рентгеновским излучением ядерного взрыва стержней (рабочих тел лазера 1) через плазму 2, образованную из пенополистирола, более эффективна, чем их прямое облучение, но пока удалось достичь величины излучаемой энергии немногим более сотни килоджоулей, а лучи 3 могут быть направлены только на одну цель. Рабочие тела — очень длинные и тонкие — изображены не в масштабе
Можно будет изучать даже перемешивание «вещества», при турбулентном течении, порекомендовав различным слоям «общества» надеть разноцветные хламиды. Такой эксперимент будет первым явлением миру новой разновидности метода аналогий, поскольку автору книги такая идея в голову хоть и пришла, но за помощью в ее реализации к начальству он не обратился, опасаясь ответного обильного слюноизвержения, а возможно даже — укуса в припадке неконтролируемой истерики…
Полагаю все же, что большинство читателей этой книги — не звезды шоу-бизнеса, вялое беканье которых моментально соберет требуемое количество готовых на все поклонников. Опять же, если бы читатель располагал хотя бы несколькими граммами ВВ (желательно — инициирующего), проинструктировать его об организации опыта можно было «на счет раз», как говорят пролетарии умственного и физического труда. Но вместо этого приходится посоветовать перечитать то, что в предшествующей главе написано об органах.
Вблизи взрывающейся плутониевой сборки «собрать» энергию в определенной мере можно: это и делают в термоядерных зарядах, чтобы максимально нагреть ампулу с топливом. А чтобы понять, что происходит со сфокусированным потоком плазмы далее — рассмотрим снимок (рис. 3.74), на котором запечатлена ударная волна, сформированная при выстреле.
Понятно, что в стволе газы двигались только вперед. Если бы мы нашли способ учинить подобное при ядерном взрыве, то немедля возник бы рядом некто неброский и сформулировал убедительно, подобно Саиду из «Белого солнца пустыни»: «Не говори никому! Не надо!» И то верно: так и шныряют вокруг агенты империалистических разведок, переодетые в эмиссаров неправительственных организаций, метают там и сям ложные каменюки — начиненных электроникой подколодных слухачей.
Рис. 3.74
Теневой снимок ударных волн, сформированных при выстреле
Но не дожили мы пока до такого счастья, чтоб все — ив одну сторону. Ну хоть полюбуемся, как бы это выглядело.
Из ствола газы выходят со сверхзвуковой скоростью, так что на фронте течения сразу образуется ударная волна. А дальше и газы выстрела и сжатый воздух начинают перетекать в области с более низким, чем в них, давлением. И форма ударной волны, даже на небольшом расстоянии от ствола, весьма напоминает сферическую. Диаметр отверстия, из которого происходит истечение — характерный размер источника возмущения — можно оценить: это размер линии пересечения основания газового потока с дульным срезом ствола. Сколько таких характерных размеров уложится на расстоянии, пройдя которое волна уже мало отличается от сферической? Десятки? Меньше сотни — заведомо!
Ну а теперь вернемся к рис. 3.53 и прикинем, каков характерный размер боевого блока. Пусть — метр (на самом деле — меньше: всякие там головные зазоры — не в счет). Значит, на выигрыш в плотности энергии ударной волны можно рассчитывать на дистанциях менее сотни метров. Но в пределах этого радиуса такой боевой блок и без всякой кумуляции гарантированно уничтожит шахту, в которой базируется межконтинентальная баллистическая ракета противника, а много ли существует более стойких к ударной волне целей? На больших расстояниях от взрыва источник возмущения будет ничтожной, незаметной точкой, «растаскивание» энергии сведет на нет начальную анизотропию поля поражения.
В неядерных кумулятивных боеприпасах все важные события происходят на расстояниях, сравнимых с размерами их заряда. Усиливает эффект и металлическая облицовка, а вот для ядерной кумуляции и она — не помощник: вблизи заряда металл превратится в плазму, а, рекомбинировав, — в тот же газ (пар), хотя поначалу и плотный.
…Так что не прославилось ядерное оружие, воплотившись в тучи боеприпасов направленного поражения, не стяжало лавры «снарядов с выемками». Но и не полетели туда-сюда ядерные заряды после Хи-рошимы и Нагасаки. А потому — стрёмно стало высокопоставленным подпирать такими аргументами свою «заботу о государственных интересах»…
4. Сделать им «клоуна»!«Клоун» — удар в глаз (жаргон шпаны).
…Говорят, ничего не боятся только пьяные да сумасшедшие. Знавала новейшая история и президента, часто пребывавшего в первом из упомянутых состояний и министра обороны, сиганувшего из окна с «поехавшей крыши». Но не была нажата кнопочка— может, мелковата оказалась для трясущегося пальца, а может, даже и плотно задрапированное сознание противилось, чтобы впечатления от земной жизни завершились ощущениями крепкой встряски от близкого взрыва заглубленного ядерного заряда и легких покалываний по всему телу — вялой и последней реакции организма на очень большую дозу проникающей радиации.
Но грохотать-то вокруг продолжало и без ядерного оружия, а обходились без него потому, что начала постепенно сбываться мечта о волшебной шпаге. Не жалкую сотню ядерно-рентгеновских килождоулей несла волшебница на острие, а в миллионы раз больше — в обычной взрывчатке, и входила она с таким подарком прямо в дверь того же бункера или подносила его танку (рис. 4.1). В море образцов высокоточных боеприпасов можно купаться (рис. 4.2), но надо помнить об обещании читателю: не перегружать книгу перечислением типов и характеристик.
Рис. 4.1
Верхний снимок: управляемая ракета «Мейврик» поражает высокозащищенное укрытие. В центре: попадание в танк оперативно-тактической ракеты 9К79 «Точка». Нижние снимки: поражение самолета в укрытии управляемой бомбой GBU-39 с проникающей боевой частью
…И алкали многие славы офтальмологов (рис. 4.3): «Патриот может видеть! РЭНТЭК (компания, производящая электронику) сделала его зрячим!», и под снимком ракеты, устремившейся на перехват — втискивали фото большой интегральной схемы, той, что посылает команды на рули, задающие курс, крен и рысканье.
Рис. 4.2
Верхний снимок: среди высокоточных боеприпасов. База ВВС США Эглин, 1999 г. Современные технологии позволяют превратить и устаревшие снаряды и свободнопадающие бомбы в управляемые. На нижней серии снимков: на полетной палубе авианосца команда оружейников, ввинтив в свободнопадаюшую бомбу вместо взрывателей стальные штанги, готовится поднатужиться и подвесить изделие к самолету; когда вместо штанги в очко под головной взрыватель будет ввернут блок управления, бомба приобретет способность наводиться на указанную лазерным лучом цель. Аналогичная технология разработана и для артиллерийских боеприпасов (правый снимок)
Правда стал перехват менее зрелищным: не слепящие ядерные космы в полнеба, а неяркая вспышка (рис. 4.4), потому что не термоядерный заряд уничтожал боевой блок, а развернувшаяся вблизи от цели стальная пружина резала все встреченное на пути.
Рис. 4.3
Пуск управляемой ракеты MIM-104 зенитно-ракетного комплекса «Пэтриот»
… И забивали баки тем офтальмологам энтомологи, сооружавшие совсем уж ничтожных нанотехнологических роботов-инсектов (рис. 4.5), чтобы те, подобно неприличным паппараци, нагло высматривали своими миниатюрными камерами сокровенное, не для чужих глаз предназначенное…
…В популярных изданиях принято приводить бросающиеся в глаза сравнения — чтобы оживить изложение, сделать его более запоминающимся. Не без зависти, цитирую: «Современная электроника в состоянии зарегистрировать электромагнитные волны мощностью еще меньшей той, что развивает муха, поднимаясь в течение ста лет на один сантиметр».
Рис. 4.4
Повышение точности систем наведения позволяет реализовать безъядерный перехват боевого блока. Верхний ряд, слева направо:
—старт и маневр противоракеты, снятые камерой с открытым затвором;
—инфракрасная система наведения позволяет с высокой точностью вывести ракету на курс перехвата;
—вблизи цели обтекатели сбрасываются и разворачивается, до этого момента
—свернутый, кинетический перехватчик.
Нижний снимок: столкновение с таким перехватчиком, на скорости около 10 км/с, гарантированно уничтожает боевой блок
Сложно удержаться от восхищения ярким образом, хотя из него следует и некомплиментарный вывод: всякое устройство имеет пределы работоспособности, и если регистрируемая им в нормальном режиме мощность очень и очень мала, то мощность сигнала, который оно «не вынесет» и выйдет из строя, тоже не слишком велика. Образно говоря — достаточно бросить горстку песка, чтобы настроенная крайне патриотически, но ничего не «видящая» дура, весом более тонны, с обиженным ревом пронеслась мимо, оставив, как напоминание о себе, лишь зловоние сгоревшего смесевого топлива. Ну а механической мухе — не песка, а ничтожной песчинки надо, чтобы, забыв о постыдных порнографических экзерсисах, хлопнулась неслышно она на спинку и, посучив конвульсивно крылышками из полиэтилен-терефталата, затихла навсегда…
Рис. 4.5
Такие нанотехнологические роботы-разведчики уже разрабатываются и должны начать жужжать, выполняя свои миссии к 2015 г.
…Обретение радиочастотным электромагнитным излучением (РЧЭМИ) свойств поражающего фактора произошло как в результате создания мощных его источников, так и эволюции элементной базы электроники: на смену лампам, которые невозможно «сжечь», пришли микросхемы, размеры полупроводниковых элементов в которых непрерывно уменьшаются и в настоящее время составляют доли микрона. Между тем, понятно, что, с уменьшением размеров полупроводниковых элементов, снижается и их стойкость к токовым перегрузкам, так что появление и совершенствование ЭМО противостоит этой тенденции, которая в первую очередь и обеспечивает быстрый рост функциональных возможностей ЭС. полупроводники. Платой за колоссально возросшие функциональные возможности стала повышенная уязвимость электроники к токовым перегрузкам. В результате, при действии по целям, в состав которых входят современные электронные средства, РЧЭМИ значительно превосходит по энергетической эффективности ударную волну и осколки. Например, стойкий функциональный отказ крылатой ракеты происходит при воздействии одного из поражающих факторов со следующими значениями плотности энергии (Дж/м2):
• осколки весом не менее одного грамма каждый — 100000;
• воздушная ударная волна— 50000;
• РЧЭМИ микросекундной длительности — 1-10.
Повышение степени интеграции, дальнейшая миниатюризация полупроводниковых элементов означают, что такие элементы будут становиться все менее стойкими к токовым перегрузкам. Так что РЧЭМИ — эффективный поражающий фактор, когда речь идет о целях, в состав которых функционально входит электроника: сама угроза его боевого применения встает на пути миниатюризации — основной тенденции развития электронных средств.
Есть у РЧЭМИ и недостатки: с хранением не только излучения, а и электромагнитной энергии других видов дело обстоит неблагополучно. Так, например, в заряженном высоковольтном конденсаторе максимальная плотность электрической энергии не превышает десятых долей джоуля на кубический сантиметр, и хранится она недолго; ваккумуляторе или в ионистере (конденсаторе сверхбольшой емкости) плотность энергии повыше, но ее нельзя извлечь быстро — за миллионные доли секунды. Так что энергию приходится «доставать» из других «хранилищ» и уж затем преобразовывать ее в электромагнитную; при этом не избежать существенных потерь, и потому итоговые эффективности электромагнитного и традиционного оружия отличаются не так разительно, как эффективности отдельно взятых поражающих факторов.
«Хорошие» хранилища энергии существуют: это те же взрывчатые вещества. Но если появление электроники привело к качественному скачку в боевых возможностях оружия, то скачка в характеристиках взрывчатых веществ не произошло: «на арену» вышел лишь октоген, превосходящий гексоген всего-то на несколько процентов по энергосодержанию. Дело в том, что, в соответствии со вторым началом термодинамики, любая реакция с выделением энергии самопроизвольно протекает всегда и ВВ не могут не разлагаться.
«Начало» ничего не сообщает о скорости такой реакции, но вариантов достаточно. Если вещества много, а начальный импульс существенен — возможна детонация или горение (взрывное или довольно вялое). Если возмущения нет — все зависит от условий хранения. Иногда признаки разложения могут не быть заметны в течение сотен лет; бывает, что увеличивается чувствительность к удару или трению, а иногда продукты разложения ускоряют распад и все заканчивается самовоспламенением и взрывом. Требование стабильности ограничивает плотность химической энергии и в современных ВВ она не превышает 10000 Дж/куб. см [75]. Может быть, и можно синтезировать более мощное вещество, но чувствительность и стойкость его будут такими, что к нему небезопасно станет приближаться.
… Из многих тысяч взрывчатых соединений отобрано всего несколько таких, которые сравнительно стабильны, но достаточно действенны при возбуждении детонации. На их основе созданы разнообразные взрывчатые материалы. В годы «холодной войны» в «быках» многих стратегически важных мостов в Западной Европе были блоки, наполнителем бетона которых служил октоген: марш численно превосходящих советских танковых соединений рассчитывали остановить, не тратя драгоценное время на заложение зарядов, а только — прилепляя куски пластита с детонаторами на известные саперам участки опор. Из композиций на основе октогена горячим прессованием получают прочные заряды ВВ — в них можно нарезать метчиком резьбу, и она будет хорошо держать винт. Правда, изготовление пресс-форм сложно, и иногда применяют менее энергоемкие литьевые составы. Используя вязкие присадки, можно получить и эластичные (с консистенцией латекса — мягкой резины) и пластические взрывчатые материалы (с консистенцией детского пластилина) — еще менее мощные. К тому же скорость их детонации не очень стабильна, потому что технологически сложно добиться идеально-однородного перемешивания связки и наполнителя. Эластичный состав с высокостабильной скоростью детонации создали, не тупо, час за часом, перемешивая компоненты, а — подбирая характеристики ударного сжатия наполнителя и связки. Если скорости звука в связке и в продуктах детонации наполнителя будут близки, то и скорость звука в их смеси не будет зависеть от отклонений в соотношении компонент, а значит, скорость детонации будет постоянна [76]. Такая пара была подобрана: нитрат многоатомного спирта и один из видов синтетического каучука.
Скорость детонации этого состава менее 8 км/сек, (октогена — более 9 км/сек), но создан такой эластит (рис. 4.6) не ради получения рекордных параметров взрыва, а для детонационной автоматики, где главное — максимальная стабильность характеристик. Этот состав и используется в детонационных разводках ядерных зарядов, описанных в главе 3, и именно использование таких разводок позволило уменьшить диаметр заряда более чем на порядок, в чем можно убедиться, сравнив снимки: «Толстяка», (рис 3.32) и артиллерийского снаряда (рис. 3.50).
Гарантированный срок службы ВВ — чуть более десятилетия, но фактически взрывчатые свойства сохраняются значительно дольше: даже снаряжение пролежавших более чем полвека в земле боеприпасов (рис. 4.7) демонстрирует образцовое дробление корпуса.
Рис. 4.6
Верхний ряд: американский листовой эластичный взрывчатый материал «деташит» с постоянной скоростью детонации. По требованию заказчика, в него могут быть добавлены красители разных цветов. Тот же ВМ выпускается в шнуровом варианте («детафлекс»), в пластиковой оплетке или без нее (центральный ряд), а также — в виде тонких (0,5 мм) лент (нижний ряд, слева). Для промышленных целей выпускаются жидкие взрывчатые материалы (правее). Их, например используют для извлечения взрывом обломков сверл, застрявших в заготовках. Бинарные ВМ (справа) повышают безопасность: они приобретают взрывчатые свойства, только когда смешивают их компоненты, по отдельности к взрывному разложению не способные
Объяснить, как из хранимой в ВВ химической энергии получают электромагнитную, невозможно, обойдя вниманием важнейшую физическую величину — магнитный поток, потому что именно ее «поведение» позволяет понять многое в этом процессе.
Рис. 4.7
Обнаруженная в середине 90-х годов и уничтоженная подрывом мина к 82-мм миномету, произведенная в 1939 году (слева). Дилетантам нельзя «оприходовать» и даже трогать такие находки, потому что их взрыватели были взведены при выстрелах и неизвестно, какая малость помешала им сработать.
Нечего и говорить, что обезвреживание боеприпасов, особенно, мин — весьма опасная задача. Некоторые саперы полагаются в их поиске не на индукционными миноискатели, а на чувствительное обоняние… прирученных крыс (справа)
Магнитным потоком Ф через данную поверхность называется число линий вектора В (индукции магнитного поля), пересекающих эту поверхность. Если вектор В всюду нормален к поверхности (площадью S) и имеет постоянное значение во всех ее точках, магнитный поток равен: Ф = BS. Поведение потока, как и все электромагнитные явления, определяется уравнениями Максвелла, но обобщенное описание на неспециалиста способно навеять лишь скуку, поэтому рассмотрим частный случай, когда по периферии такой поверхности располагается проводящая среда, а в центре — непроводящая (рис. 4.8). Проводимость сильно влияет на подвижность магнитного поля: оно «занимает» область в вакууме или диэлектрике со скоростью света, а в проводящей среде движется тем медленнее, чем выше проводимость. Так, за микросекунду оно проникает, например, в медь на глубину в десятки микрон (характерная скорость — всего лишь десятки метров в секунду). При этом в окружающей поток проводящей среде обязательно протекает и ток — эти величины неразрывно связаны, так что потоку можно дать и другое определение: это произведение индуктивности L контура на ток I, протекающий в нем (Ф = IL). Допустимо, рассматривая магнитный поток, «преобразовать» контур, «завив» его в несколько витков; можно поступать и наоборот, «разворачивая» витки.
При деформации контура поток сопротивляется таким попыткам тем энергичнее, чем он свободнее, отвечая на стремление изменить себя генерацией ЭДС, препятствующей этому [77]. Например, если сжать контур, то благодаря такой ЭДС в нем возрастут и ток и индукция поля, компенсируя уменьшение площади. Если же попытаться «разорвать» контур и «выпустить» поток, он отреагирует на это, опять же — генерируя ЭДС, чтобы пробой замкнул разрыв.
Рис. 4.8
Равенство значений магнитного потока в контуре, «свернутом» в пару витков и в том же, но «развернутом» контуре. В первом случае магнитный поток равен тройному произведению: индукции магнитного поля на площадь витка и на число витков; во втором — той же индукции на общую площадь контура (равную удвоенной площади одного витка)
Несмотря на «заботу» потока о самосохранении, полностью ему удается достичь этого лишь в контуре из сверхпроводника. В обычные же металлы магнитное поле частично или полностью проникает. «Увязшее» в проводнике поле лишается подвижности и не участвует в процессах преобразования энергии, а только нагревает проводник. Глубину проникновения называют скин-слоем, и зависит она, помимо проводимости, от частоты тока или от длительности импульса переменного во времени поля. Распределение индукции поля по толщине скин-слоя неравномерно (описывается уравнением диффузии).
Из рис. 4.8 ясно, что при прочих равных условиях потери такого рода тем выше, чем на большей длине провода (или числе витков) происходит диффузия поля. Так что если задумано для усиления тока и магнитной энергии сжать контур, то делать это надо быстро, чтобы существенная часть потока в нем сохранилась свободной: чем она больше, тем выше «качество» процесса сжатия.
Правда, не всегда из сохранения потока надо «делать культ»: величина тока неразрывно связана с индукцией магнитного поля, создаваемого этим током, а эта связь влечет за собой и другую — магнитного потока с магнитным моментом. Модуль последней величины равен произведению площади, охватываемой контуром, на ток в нем (М = IS). Второй производной магнитного момента по времени пропорциональна мощность электромагнитного излучения и связь магнитного потока и магнитного момента приводит к тому, что для контура, в котором магнитный поток изменяется несущественно (магнитное поле квазистационарно), незначительно меняется и магнитный момент, а значит — излучение пренебрежимо, даже если магнитная энергия в контуре очень велика. Один из способов получить излучение — «выпустить» [78] магнитный поток, что не всегда проходит безнаказанно: так, юный Адя Сахаров, без всяких мыслей об излучении, отключил руками батарейку от игрушечного электромотора. Напряжение батарейки мало, но, из-за большого числа витков обмотки, магнитный поток (произведение тока на индуктивность) был заметным и он индуцировал в контуре ЭДС, направленную так, чтобы изгнанию потока воспрепятствовать. Эта ЭДС, равная отношению величины подвергнутого остракизму [79] потока ко времени, за которое произошел разрыв, и «дернула» естествоиспытателя.
Ну а позже Сахаров и американец Макс Фаулер прославились изобретением устройств для преобразования энергии взрыва в электромагнитную — таких, в которых магнитный поток сжимается, а не выпускается.
Сам Андрей Дмитриевич отмечал, что мысли о возможности магнитной кумуляции (МК) еще раньше высказывались Я. Терлецким и В. Аркадьевым, но: «осуществление культуры МК стало возможным лишь тогда, когда возникла определенная культура обращения со сложными зарядами ВВ — кумулятивными, которые появились только во время Второй мировой войны, взрывными линзами (тогда же), с имплозивными зарядами. По существу, именно объект (имеется в виду центр разработки ядерного оружия — ВНИИ экспериментальной физики в г. Саров, ранее известный, как Арзамас-16) и ему подобные учреждения были наиболее подходящими для этих работ. В делах такого рода осуществление идеи — это даже не полдела, а все 99 %».
Следует добавить, что чрезвычайно важно представлять и порядки величин, существенных для реализации идеи. У Сахарова было и это преимущество, потому что в годы войны он был одним из создателей прибора для контроля бронебойных сердечников на патронном заводе. В основу работы этого прибора был положен скин-эффект.
Фаулер — в США и Сахаров — в СССР предложили сжать взрывом металлическую трубку (лайнер), в которой заранее создавалось магнитное поле (рис. 4.9). Чтобы «впустить» внешнее поле, лайнер вначале делали разрезным (взрыв «захлопывал разрез»), но последующее сжатие происходило неравномерно, поэтому позже стали навивать катушку из множества изолированных проводков (рис. 4.10), изоляция которых передавливалась при взрыве.
Рис. 4.9
Предложенный А. Сахаровым и М. Фаулером метод сжатия магнитного поля лайнером под действием давления взрыва
Если сжатие лайнера такого имплозивного взрывомагнитного генератора (ИВМГ) происходит быстро, то большая часть потока не успевает уйти в проводник и индукция магнитного поля внутри лайнера «вынуждена» возрастать, чтобы компенсировать убывание площади сечения:
Е = E0 (S0/S)?2
Ток I и магнитная энергия Е также при сжатии усиливаются, что следует из определения потока: I = I0(L0/L)?2 = I0(S0/S)? и Е = Е0(L0/L)? , где подстрочные символы относятся к начальным значениям, а ? — доля потока, оставшегося свободным, не связанным в металле (коэффициент сохранения).
Существуют работы, посвященные расчету сохранения магнитного потока в ИВМГ, но автор не очень им доверяет, предпочитая определить все, что нужно, из осциллограмм. Чтобы объяснить, что это такое, не обойтись без экскурса в политику…
Рис. 4.10
Схема имплозивного взрывомагнитного генератора (ИВМГ). Через катушку 1, свитую из множества параллельно соединенных между собой проводков, пропускается ток от разряда конденсатора 2. Проволочки изолированы, поэтому поле свободно проникает как между витками, так и проволочками обратного токопровода. Когда ток запитки близок к максимуму, срабатывает цилиндрическая детонационная разводка 3. Она значительно проще сферической, описанной в предыдущей главе (из рисунка видно, какими элементами она образована), точек инициирования в ней — несколько десятков. В кольце мощного взрывчатого вещества 4 формируется сходящаяся детонационная волна, которая, достигнув катушки, сдавливает витки. Изоляция проволок при сдавливании перемыкается и далее взрывом сжимается просто трубка из металла (лайнер) и находящееся в ней поле.
На оси — катушка для измерения производной индукции магнитного поля. Если сигнал с нее интегрируется, то получается осциллограмма тока или напряженности поля (справа), если нет — их производных. Сначала видна синусоида тока разряда конденсатора, создающего начальное поле (участок «а»); когда ток максимален, взрыв замыкает витки катушки и сжимает ее к оси, значительно увеличивая индукцию поля внутри лайнера (участок «б»). Нелинейность сигнала на участке «б» вызвана тем, что летящий лайнер «дышит»: в нем «гуляют» волны сжатия и разрежения
Понимаю, как возмущает многих нигилизм, все эти неприличные намеки насчет руководящих товарищей, пекущихся о народном благе. Создается ложное впечатление, что суетятся в науке одни фрондеры, высмеивающие идеи, ниспосланные сверху. Так нет же, подобно «свинье под дубом вековым» из басни Крылова, пробавляются насмешники теми идеями!
…Вспомним, как доходчиво и красочно представляют на графиках наше с вами благосостояние. По оси абсцисс — годы, годы… Но взметнулась вверх красная кривая и сучит по экрану указочка, или — пляшет лазерный зайчик: сейчас вот — да, не очень, но посмотрите: через пару-тройку годков скакнет в разы, а через десять-то — ой, «запируем на просторе!»
… Опыт готовят долго, но вот датчики и кабели подсоединены, и всех загнали в бункер. Кнопка нажата; на взрыв не смотрят, это опасно. Видна отраженная от стен вспышка. Через доли секунды воздух на мгновение становится тугим и бьет по ушам. Близкая детонация разгоняет соломинку так, что она втыкается в сталь. На дистанции около метра от взрыва поток газов до песчинки счищает почву с корня дерева (иногда этим пользуются, оставляя вблизи заряда «сувениры»; при инструктаже невредно напомнить, что так же чисто могут быть «обдуты» и мышцы с кисти руки). Наконец, гром взрыва умирает, сделав слышным тихий шелест летящих осколков — остатков того, что еще несколькими мгновениями ранее было генератором, собранным вашими руками. Первый взгляд — на осциллографы: есть ли сигналы от датчиков тока.
Осциллограф — главнейший в экспериментальной физике прибор. Тонкий луч непрерывно эмитируемых в его трубке электронов вызывает свечение в той точке экрана, на которую он падает. По горизонтали отклоняет этот луч одна пара пластин, на которую подается возрастающее во времени напряжение, и пробегает он равномерно сантиметры экрана, только не за годы, а за микросекунды. А на вертикальную пару пластин подается напряжение исследуемого сигнала. Нет сигнала — и ровную линию прочертит осциллограф. Есть сигнал — и получи?те осциллограмму — объективное свидетельство развития во времени процесса, который вы исследуете. И если все подключено правильно, не сомневайтесь: осциллограмма — не партийная программа (хорошо сформулировал, в рифму!).
Вот и подал автор на вход осциллографа сигнал с пробной катушки, размещенной на оси устройства. В опыте, при сжатии лайнера в полтора раза (от 45 мм до 30 мм) магнитный поток уменьшился всего на 9 % от того, который был создан разрядом конденсатора.
От этого ИВМГ требовалась высокая скорость схождения лайнера, а потому катушка, из которой он образовался, была намотана алюминиевыми, а не медными проводками: ради скорости метания проводимость была принесена в жертву. Сохранение потока и так было достаточным, поскольку представляла интерес ранняя стадия сжатия, на которой еще не слишком развиты нестабильности на внутренней поверхности лайнера.
Каждый видел, по крайней мере — по телевидению, «кусты» разрывов — это и есть нестабильности. Весьма наглядна и фотографии 2.6, 2.9: слой песка, метаемый взрывом бомбы, вырождается в струи, летящие в воздухе.
Нестабильности развиваются при большой разнице в плотности движущегося вещества и среды, где происходит его движение. Именно такое соотношение и имеет место в ИВМГ: лайнер из металла движется в воздухе. На кадрах высокоскоростной съемки (рис. 4.11) видно, как на внутренней поверхности лайнера начинают расти «пальцы», а потом образуется «звезда», разрезающая объем сжатия, на чем процесс усиления поля и заканчивается. В опытах автора (о них речь впереди) лайнер выполнял две функции, причем главной являлось формирование ударной волны при ударе лайнера о цилиндрическое тело. Ударной волне тоже следовало быть цилиндрической, а, значит, в лайнере — недопустимы значительных размеров нестабильности. «Поджатие» же поля было приятным, но не решающим обстоятельством.
Рис. 4.11
Процесс развития нестабильностей в лайнере ИВМГ. Со временем (интервал между снимками 1,6 мкс) внутренняя поверхность лайнера из цилиндрической становится звездообразной
Привыкшие достигать совершенства, специалисты ВНИИЭФ добились того, что в кинетическую энергию лайнера передавалось до 30 % химической энергии ВВ (теоретически возможный уровень — 32 %). Но химическая энергия распределена по большому объему заряда ВВ, а кинетическая энергия лайнера в конце процесса кумулируется в полости небольших размеров, что и позволило достигнуть рекордного значения плотности энергии магнитного поля (4·107 Дж/см3), на несколько порядков превышающего плотность химической энергии в бризантных ВВ.
Но даже если подавить нестабильности, лайнер все равно будет остановлен магнитным давлением: оно возрастает быстрее, чем гидродинамическое давление в его веществе. Площадь области, охватываемой лайнером, убывает обратно пропорционально квадрату радиуса, а значит, в той же пропорции возрастает индукция поля; для магнитного же давления эта зависимость еще сильнее — оно пропорционально квадрату индукции, то есть — обратно четвертой степени радиуса! Закон возрастания давления гидродинамических сил куда слабее — оно всего лишь обратно пропорционально логарифму радиуса. Из этого следует, что магнитное поле, пусть даже очень слабое вначале, неизбежно станет «сильнее» взрыва и остановит движение лайнера к оси. Между прочим, чем слабее начальное поле, тем выше может быть магнитная энергия в точке остановки: ведь слабое поле дольше усиливается, а значит, будет остановлено ближе к оси, где гидродинамическое давление выше. В проведенных во ВНИИЭФ опытах давление магнитного поля индукцией в 1000 Тл достигало четырех миллионов атмосфер, что превышало прочностные пределы любых материалов.
Рекордные значения магнитной энергии в лайнерном ИВМГ получают только при очень большом токе запитки, потому что усиление, определяемое отношением начального и конечного радиусов сжатия, в генераторе этого типа невелико.
Взрывомагнитные генераторы всех типов создавались для применения в ядерном оружии, в частности — для энергообеспечения систем нейтронного инициирования, но предпринимались и попытки расширения области их использования.
…В то, что импульсное магнитное поле способно хорошо «нажать» на металлическое тело, читателю до сих пор приходилось «только верить», но желающие могут убедиться в этом. Установка, которую им предстоит собрать, проста (рис. 4.12).
Рис. 4.12
Схема домашней пушки Гаусса и ее элементы:
1– диод;
2 — резистор;
3 — конденсатор;
4 — катушка с расположенным на ее оси стволом из диэлектрика;
5 — центратор с насаженным кольцом и стальные кольца-снаряды на постоянном магните (см. также врезку слева);
6 — штанга для закорачивания контура.
Выдающийся германский физик и математик К. Гаусс (1777–1885) теоретически обосновал возможность достижения неограниченных скоростей метания проводящих тел магнитным полем (именно — теоретически, потому что на практике эти скорости всегда чем-нибудь да ограничиваются). Он показал, что в энергию метаемого тела может быть преобразовано около 7 % энергии тока, протекающего в катушке (что примерно впятеро ниже КПД выстрела заряженного порохом орудия крупного калибра). Но заставить вырвавшиеся из ствола пороховые газы дополнительно ускорить снаряд нельзя, а вот запитать «отработанным» токовым импульсом другую катушку — можно, поэтому идея Гаусса заключалась в разгоне тела при прохождении им последовательности катушек. Максимальная энергия передается метаемому телу, если ток заканчивается в момент достижения телом середины обмотки, но обеспечить синхронную запитку нескольких катушек в домашних условиях сложно: потребуется много конденсаторов, тиристоров для коммутации, линий задержки, а главное — осциллограф, без которого экспериментатор слеп. Так что воспроизведена всего лишь секция пушки Гаусса, как и в «Хохдрукспумпе» — одна из многих.
Главный элемент — катушка. Ее наматывают эмалированным проводом (ПЭВ, ПЭВТЛ) диаметром 0,5–0,8 мм. Каркасом служит обрезок трубки из диэлектрика (подойдет та, что прилагается к пакету с соком или корпус шариковой ручки, главное — чтобы стенки были потоньше) и два диска-ограничителя из любого диэлектрика. Всего надо намотать примерно 500 витков, стараясь, чтобы обмотка была плотной (ее можно уместить в 12–15 слоев).
Другой важный элемент — конденсатор. Как и при намотке катушки, здесь возможна импровизация, но ориентир указать стоит: у автора под рукой оказался японский, полярный, емкостью 4700 мкФ. Допустимое напряжение зарядки должно быть не менее 400В.
Заряжать конденсатор можно и от сети — через диод. Не забудьте для ограничения тока включить последовательно резистор сопротивлением не менее килоОма, иначе «накроются» и диод и конденсатор. 220 В — эффективное напряжение, а пиковое значение его в сети выше. До пикового значения в конечном итоге зарядится конденсатор, и этого должно хватить для удачного опыта, но всегда может потребоваться резерв, поэтому разумно предусмотреть зарядку по схеме удвоения напряжения.
Энергию накопителя коммутируйте на катушку проводом, укрепленным на пластмассовой штанге. При перерывах в работе штангу оставьте в положении, закорачивающем конденсатор (как на фотографии), иначе вас, вернувшегося полным идей за лабораторный стол, может для начала «дернуть» остаточным напряжением. О метаемом теле. Подойдет и обрезок гвоздя, но большую энергию поле отдаст кольцу, поскольку на единицу массы дипольный момент кольца выше. Хорошо «летят» шайбы стального крепежа. Кольцо вставьте внутрь трубки на центраторе — подходящем по диаметру стержне из любого диэлектрика, заостренном на карандашной точилке. Не надо усердствовать, насаживая кольцо, иначе оно может вообще не полететь или «захватить» центратор с собой.
Ну вот и все. Напряжение зарядки будет возрастать достаточно медленно, и контролируя его тестером, вы сможете выбрать значение, при котором решили стрелять. Яркая вспышка, хлопок разряда, за которыми последуют частые щелчки укатившегося безвозвратно кольца, будут вашими первыми впечатлениями. Немного терпения — и вам удастся добиться того, на что не была способна установка «водяной» кумуляции: пробить метаемым телом алюминиевую фольгу…
…Профессор В. Соловьев с кафедры боеприпасов МГТУ попросил о помощи в реализации новой идеи. В то время правительство СССР было обеспокоено угрозой, исходящей от американских крылатых ракет, разворачиваемых в Западной Европе (рис. 4.13). Лететь они могли на небольшой высоте, «копируя» рельеф местности, так что обнаружить их было непросто. Но проблемы возникали и с уничтожением обнаруженной ракеты: если поражающие элементы пробивали ее корпус, чувствительные датчики формировали сигнал подрыва ядерного заряда, с которого при полете над территорией противника снимались все ступени предохранения. Взрыв с энерговыделением в сотни килотонн не оставлял шансов выжить тому пилоту или расчету, который попал бы в такую цель. Откуда-то возникла оценка (в ее правильности автор испытывал сильные сомнения), согласно которой поражающий элемент должен иметь скорость пять, а лучше — семь километров в секунду: тогда он пробьет корпус ракеты и вызовет детонацию взрывчатого вещества ядерного заряда в одной точке. Взрыв произойдет, но сборка с плутонием не будет обжата со всех сторон (автоматика ядерного заряда просто не успеет сработать за время, пока произойдут эти события). Вместо шара сборка в этом случае превратится в нечто, напоминающее хлебный каравай и цепная реакция из-за потерь нейтронов разовьется не полностью [80].
Однако поражающий элемент должен быть компактным телом, а не тонкой кумулятивной струей, потому что вероятность того, что струя инициирует детонацию малочувствительного ВВ, которым снаряжен заряд, невелика.
Скорости метания компактных тел, превышающие 5 км/с, получают с помощью легкогазовых пушек и рельсотронов.
Рис. 4.13
Верхние снимки: дальность полета крылатой ракеты AGM-86A, (свыше 1500 км) позволяла ударной авиации применять ее вне зоны воздействия средств ПВО. Крылатая ракета BGM-109 морского базирования (на снимке — ее старт с подводной лодки) могла лететь более чем на 500 км дальше. Как AGM-86A, так и BGM-109 комплектовались зарядом W-80 Mod 1. Даже если бы проблема формирования высокоскоростного поражающего элемента и была бы решена, за ней встала бы другая, не менее сложная: чтобы избежать ядерного взрыва, надо было попасть не в любой важный узел ракеты, и даже не просто в термоядерный заряд, а — в запал этого заряда. На вооружении бомбардировщиков В-52 состояли также ракеты AGM-69A SRAM (Short Range Attack Missile, снимок в центре) — существенно меньшей дальности, но более скоростные. Эти ракеты комплектовались зарядами W-69 (ниже) с энерговыделением 170–200 кт
Рис. 4.14
Хранилище ядерных авиабомб В-61
…Надеюсь, читатель не забыл о «Хохдрукспумпе», не слишком лестно охарактеризованной в главе 2. Когда необходимо достичь скоростей, сравнимых с первой космической, бесполезно дополнительными пороховыми зарядами «подкачивать» в ствол газы, потому что тепловая скорость их молекул становится сравнимой со скоростью снаряда и при соударениях с его дном они уже не сообщают сколь-нибудь значительный импульс. В легкогазовой пушке продукты сгорания пороха не воздействуют непосредственно на метаемое тело, а толкают перед собой слой более легкого газа (водорода или гелия), в котором скорость молекул выше, что дает возможность разогнать метаемое тело (правда, очень и очень легкое — доли грамма) до скоростей порядка 10 км/с. Но и сверхлегкий снаряд приходится разгонять долго, поэтому длина легкогазовых пушек достигает десятков метров и место им — в лабораториях, а не на поле боя.
Рельсотрон также весьма громоздок (рис. 4.15), так что в боеприпасах, где экономят каждый грамм и каждый миллиметр, необходим разгон поражающего элемента с куда большим ускорением. Идея Соловьева заключалась в том, чтобы обойти газокинетический барьер, обусловленный недостаточной тепловой скоростью молекул в газах взрыва, применив магнитное поле для разгона, значительно более «жесткого», чем в рельсотроне.
Рис. 4.15
Верхний ряд: слева — схема рельсотрона (рэйлгана). Пондерромоторные силы действуют в течение всего времени разгона и «выталкивают» скользящий по шинам и сохраняющий с ними контакт поддон со снарядом. Сооружение «домашнего» рэйлгана (правее) вполне доступно читателю и можно рассчитывать на достижение скоростей в десятки метров в секунду для тела массой в граммы. В рекордной же установке 31 января 2008 года достигнута скорость 2,5 км/с для снаряда массой чуть более трех килограммов. Учитывая, что энергия зависит от квадрата скорости, а энергоемкости «домашних» и «специальных» конденсаторов — одного порядка, нетрудно понять, почему размеры такого сооружения — циклопические (в центре). Выстрел рейлгана — феерическое зрелище (на нижнем левом снимке — полет его снаряда, видна носовая ударная волна), но близки к истине авторы книги «Артиллерия» (М; Воениздат, 1938 г.), подсчитавшие, что для энергообеспечения тактически значимого режима огня «электропушки» необходима небольшая электростанция
Если внутрь сжимаемого лайнера (см. рис. 4.9) поместить хорошо проводящее тело, то и оно испытает действие огромных пондерромо-торных сил магнитного поля — совсем другого порядка по сравнению не только с «домашней» пушкой Гаусса, но и рельсотроном — и может приобрести значительную скорость. Причем, если в выстреле «домашней» пушки существенную роль играют ферромагнитные свойства метаемого тела, то в ИВМГ плотности энергии такие, что ферромагнетизмом можно пренебречь. Для тех ИВМГ, которые можно было собрать в МВТУ, оценки давали массу метаемого тела (его стали называть «стрелочкой», хотя по форме оно напоминало капельку) чуть более грамма. Были идеи и как подавить нестабильности — до радиусов сжатия в несколько миллиметров, чего для метания было вполне достаточно.
Стрелочки изготовили из самого тугоплавкого металла — вольфрама. Это мало повлияло на результат: на блоке из алюминия, служившим мишенью, осталась лишь неглубокая вмятина от близкой детонации заряда ИВМГ. Напрашивалось предположение, что стрелочка еще в процессе метания испарилась, будучи нагрета вихревыми токами, индуцированными сильным магнитным полем (проводимость вольфрама втрое ниже, чем меди, и глубина проникновения поля (скин-слоя) для микросекундного времени сжатия превышает сотню микрон).
Тогда в приповерхностный слой вольфрама с помощью установки ионной имплантации внедрили частицы углерода, а поверх — еще и десятимикронный слой очень хорошо проводящего серебра. Это позволяло надеяться, что почти все магнитное поле и ток будут сосредоточены в слое серебра. Серебро, конечно, должно было испариться, а углерод — хоть как-то воспрепятствовать теплопередаче в вольфрам. Участники опытов с восхищением рассматривали блестящие, высокотехнологичные стрелочки. Потом прогремел взрыв и в алюминиевом блоке было, наконец, обнаружено долгожданное отверстие. В него радостно тыкали иголками, наивно пытаясь что-то нащупать. Даже небольшой кусочек вольфрама должен контрастно выделяться на фоне алюминия, но рентгеновский снимок мишени (рис. 4.16) показал: кратер «чист», и чуть искривлен, что указывало на потерю устойчивости образовавшего его тела. Стрелочка летела, расходуя себя, испарения не удалось избежать, его только замедлили. Провели еще один опыт: стрелочкой выстрелили в блок оргстекла, снимая ее полет скоростной камерой. На проявленной пленке увидели, как нечто оставляет за собой конус из помутневшего от ударной волны оргстекла, а потом все поле съемки закрывали трещины. И эти снимки сохранились, но разобраться в них, не являясь специалистом, непросто; они позволили определить скорость того, что поначалу оставалось от стрелочки, — 4,5 км/с и дистанцию, на которой от нее не оставалось ничего — несколько сантиметров. Дальнейшее «дожимание» конструкции привело к тому, что эффект высокоскоростного удара стал существенным даже в броне, но стрелочки все равно испарялись в преграде без остатка. Газокинетический барьер вроде и удалось обойти, но за ним стоял другой, «выстроенный» вихревыми токами.
Рис. 4.16
Слева — рентгенограмма алюминиевой мишени. Кратер образовала летящая с высокой скоростью вольфрамовая стрелочка, без остатка испарившаяся в полете. В центре — срез броневого листа с кратером от попавшей в него, летевшей под углом и с высокой скоростью стрелочки. Мишень не пробита, но высокоскоростной удар вызвал откол элементов брони (также обладающих определенным поражающим действием). Справа — образование кратера в жидкости. При высокоскоростном ударе броня течет как жидкость, и вокруг кратера образуется «валик», который виден и на срезе броневого листа
Следует быть корректным и отметить, что подобные опыты были проведены за пару десятков лет до описываемых событий группой А. Сахарова — и с тем же результатом: алюминиевое кольцо испарилось спустя пару микросекунд после метания. Правда, ВМГ, использовавшийся в тех опытах для ускорения кольца, был другого типа…
…Предложенный в 50-х годах спиральный ВМГ (СВМГ) выглядит примитивным устройством (рис. 4.17): труба со взрывчаткой внутри да установленная соосно проволочная спираль. При взрыве труба растягивается в конус и, последовательно закорачивая при расширении виток за витком, уменьшает индуктивность спирали.
Рис. 4.17
Схема спирального взрывомагнитного генератора.
Металлическая труба 1, заполненная взрывчатым веществом 2, окружена обмоткой 3. При подрыве газы растягивают трубу в конус, основание которого движется по виткам обмотки, замыкая их и приближая точку контакта к индуктивной нагрузке 4, куда и вытесняется магнитный поток. В растянутой взрывом части трубы видны продольные канавки. Это — зарождающиеся нестабильности
Как и в случае кумулятивного заряда, простота СВМГ обманчива. Ну, взять хотя бы ту же трубу: при взрывном расширении в ней не только не допустима ни единая трещинка (иначе магнитный поток «упорхнет»), но и поверхность ее должна оставаться достаточно ровной (иначе поток хоть и не «упорхнет» весь, но в каждой ложбинке будет помалу отсекаться). «А как же нестабильности?» — слышится вопрос Настырного. Они, конечно, не могут не появиться (присмотритесь к трубе на рис. 4.17 — ее изображение заимствовано из подлинной фотографии), но начальные диаметры спирали и трубы различаются примерно вдвое и нестабильности не успевают достаточно развиться, пока расширяющаяся часть трубы достигает витка.
Поскольку усиление тока пропорционально отношению начальной и нагрузочной индуктивностей, казалось бы, естественно наматывать всю обмотку с наименьшим возможным шагом. Это — простое, но ложное представление: для устройств с большими временами работы и значительными отношениями начальной и нагрузочной индуктивностей роль сохранения магнитного потока в усилении превалирует и приходится жертвовать индуктивностью обмотки (рис. 4.18).
Теоретическое рассмотрение приводит к экспоненциальным законам возрастания шага и уменьшения индуктивности генератора с длиной спирали. Обычно изоляция провода постоянна по толщине, а значит, и рабочее напряжение рационально делать постоянным. В СВМГ с правильно подобранными обмоточными данными экспонециально возрастает и ток, а экспонента как функция замечательна тем, что и ее производная — тоже экспонента, так что осциллограммы как тока, так и его производной (приводимые далее) будут выглядеть подобно, пока происходит усиление.
Рис. 4.18
Магнитная энергия пропорциональна первой степени индуктивности и квадрату тока, но индуктивное сопротивление ограничивает ток, поэтому получение максимальной энергии от СВМГ возможно лишь при оптимальном соотношении этих величин.
Пусть ток запитки и начальный шаг намотки двух СВМГ одинаковы. Для СВМГ с постоянным шагом обмотки (вверху) это означает, что энергия запитки у него больше, поскольку его индуктивность выше, чем у СВМГ, шаг обмотки которого увеличивается по мере приближения к нагрузке. Но вот преимущество в усилении тока — за «нижним» вариантом: за равный промежуток времени труба «отсечет» (показано синим пунктиром) то же число витков (начальные шаги намотки равны), но нагрузки, при примерно равных наведенных ЭДС, будут существенно различаться: в «нижнем» случае остаточная индуктивность меньше. К тому же, в «нижней» обмотке меньше потери потока, так как меньше длина провода остатка сжатого контура.
Если для энергии в контуре прибавка от «повышенного» тока превалирует над убылью индуктивности вследствие «разрежения» ее витков, то, по мере дальнейшего движения конуса, преимущество «нижнего варианта» возрастает (каждый из последующих его участков будет начинать с большего начального тока и лучше его усиливать) и он имеет все предпосылки не только компенсировать начальное энергетическое преимущество «верхнего», но и многократно превзойти его. Главное — не «переборщить», все более «круто» профилируя обмотку (и уменьшая при этом индуктивность), иначе можно «добиться», что ВМГ вообще перестанет усиливать энергию и даже начнет терять ее, несмотря на значительный генерируемый ток
Из экспоненциального закона изменения индуктивности следует, что в любой момент работы СВМГ (хоть в первую, хоть в последнюю микросекунду) суммарная индуктивности спирали и нагрузки должна уменьшаться на определенную и одинаковую долю за одинаковое время (например, на 10 % за микросекунду). Нагрузка упомянута не случайно: в начале работы, когда индуктивность спирали еще велика, вклад нагрузки в общую индуктивность генератора незаметен. Положение меняется к концу работы: если индуктивность нагрузки недостаточна (или чрезмерна), то ее наличие существенно «отклонит» закон изменения индуктивности от оптимального. Удобно рассматривать зависимость логарифма индуктивности от длины — это будет отрезок прямой (рис. 4.19). Если нагрузка «встроена в закон» (согласована), усиление продолжается вплоть до закорачивания расширяющейся трубой последнего витка.
Подобрать соответствующие теории обмоточные данные спирали непросто. Расчет соленоидов с переменным по длине шагом намотки (а иногда — и переменного диаметра) ненадежен из-за трудности учета взаимной индуктивности витков и граничных эффектов. Так что приходится возбуждать в последовательно подбираемой по секциям обмотке электрические колебания и, измеряя их период, решать эту проблему «в лоб» (рис. 4.20).
Рис. 4.19
СВМГ и в самый последний момент своей работы «не должен знать», что впереди уже не осталось ни одного витка, а только нагрузка (осциллограмма справа внизу, производная тока в этот момент резко падает до нуля). Но, когда «очень нужно», нагрузку все же меняют. На начальных стадиях работы, пока индуктивность спирали велика, это не сказывается, но в конце отклонения от выбранного закона становятся заметны и СВМГ начинает быстрее терять поток и снижать усиление (осциллограмма справа вверху)
Когда нагрузку необходимо изменить, мучительно не хочется менять что-нибудь в уже доказавшей свою эффективность, подобранной с таким трудом обмотке. Перейти на меньшую индуктивность нагрузки — не проблема, просто надо добавить к спирали одну-две секции с большими шагами намотки, продолжив зависимость рис. 4.19 до согласования с новой нагрузкой (при этом, если не требуется большее усиление, можно «отбросить» такое же число секций с наименьшими шагами намотки). Хуже (но чаще случается), если индуктивность новой нагрузки больше, чем согласованное со спиралью значение, тогда ту же зависимость придется продлевать в сторону меньших шагов и все более вероятной станет встреча с «перескоком» (рис. 4.21), транжирящим драгоценный магнитный поток.
Рис. 4.20
Схема прибора для измерения индуктивности и осциллограмма ударно-возбужденных колебаний.
В металлической трубке 1 размещены два элемента: коммутатор 2 и конденсатор 3. На трубку надет конус со скользящим контактом, имитирующий расширяемую взрывом трубу СВМГ. Когда коммутатор срабатывает, возникают колебания в контуре, включающем эти два элемента и исследуемую индуктивность. Вычислить индуктивность по их периоду не составляет труда (из этого значения вычитается собственная индуктивность прибора, определенная в режиме, когда он был «закорочен»). Начав процесс измерений с нагрузки, можно изменять шаг витков секций, подбирая требуемый закон изменения индуктивности соленоида по его длине
Но бывает и так, что нагрузка — вообще ни в какие ворота, и тогда ее согласуют, используя взрывной трансформатор (рис. 4.22). Внимательный читатель задастся вопросом, есть ли смысл подключать трансформатор к СВМГ, в котором магнитный поток только теряется: можно просто «разорвать» контур первичного тока, соединив точки разрыва с нагрузкой. Так иногда и делают, когда требуется только высокое напряжение, но если нужно существенно усилить энергию (пусть даже за счет снижения напряжения), без СВМГ не обойтись.
Рис. 4.21
Несовпадение осей: обмотки (красная) и расширяющейся трубы (синяя) приведет к «перескоку»: синим пунктиром показано, как конец витка (слева вверху) будет замкнут расширяющейся трубой раньше, чем его нижняя часть, поток в которой будет потерян для дальнейшего сжатия. «Перескок» приводит к «провалу» в усилении (осциллограмма вверху справа). Но такая ситуация — еще не катастрофа. А вот если величина начального тока слишком велика, то напряжение между трубой и обмоткой, развивающееся при работе СВМГ, может превысить электропрочность изоляции проводов, пробой «отсечет» область, где сосредоточена большая часть потока, и конечное усиление тока будет просто жалким (нижняя осциллограмма)
СВМГ с правильно подобранными намоточными данными и согласованной нагрузкой — эффективный усилитель, ведь если в имплозивном ВМГ усиление заканчиваются после того, как диаметр лайнера уменьшился в несколько раз, то отношение начальной индуктивности спирали к индуктивности нагрузки может достигать многих тысяч, а усиление тока и энергии — до трех порядков (есть и такие схемы, где усиление практически не ограничено). По мере роста коэффициента усиления СВМГ, КПД преобразования им химической энергии ВВ в энергию токового импульса снижается, но только когда усиление приближается к тысяче, имеет смысл задуматься, что рационально увеличить для дальнейшего его повышения: габариты СВМГ или размеры источника запитки, такого, как конденсатор.
…В военной науке, конечно, существовала конкуренция, но общая обстановка была благожелательной: если конфликт интересов не просматривался, то бескорыстная помощь считалась сама собой разумеющейся. В конце 1982 года меня попросили провести опыты по «замагничиванию» объемно-детонирующего облака.
Рис. 4.22
Схема взрывного трансформатора, допускающего согласование СВМГ с любой нагрузкой. К СВМГ, подключен коаксиал из центрального проводника 1 и цилиндра 2 из тонкой фольги. В конечной фазе цилиндрическая детонационная разводка 3, формирует в кольцевом заряде 4 сходящуюся детонационную волну. Взрывом токовый контур разрывается при продавливании фольги цилиндра 2 в пазы между ребрами изоляционной катушки 5. При этом за время в сотни наносекунд «освобождается» магнитный поток, что ведет к индуцированию на разрыве напряжения (вспомним ощущения юного Ади Сахарова!). Напряжение это, которое иногда достигает миллиона вольт, и прикладывается к нагрузке 6. Пока газы взрыва (окислы углерода и азота), сжатые до огромных (граммы на кубический сантиметр) плотностей, еще не разлетелись, они хорошо изолируют катушку 5
…Применение вместо предложенной германскими оружейниками угольной пыли горючих жидкостей (а на первых порах — даже сжиженных газов) позволило реализовать режим объемной детонации их смесей с воздухом не в шахте с прочными стенками, а на открытом пространстве. Правда, при этом развивается давление, в десятки тысяч раз уступающее давлению детонации конденсированных ВВ, но энерговыделение — выше, поскольку окислитель для реакции берется из воздуха, да и размеры облака огромны (оцените из кинограммы рис. 4.23, насколько они превышают размеры авиабомбы) [81].
Рис. 4.23
Двухтактный (диспергирование, а затем инициирование снаряжения) взрыв объемно-детонирующей авиабомбы ФАБ-5000ДС (она — слева, на врезке). Для замедления падения и придания корпусу перед подрывом положения, близкому к нормали, бомба снабжена парашютом 1. Вес жидкого снаряжения (2) — 193 кг. Диспергирует снаряжение заряд взрывчатого вещества 3. По сигналу датчика 4 подрывается диспергирующий заряд (на высоте порядка десятка метром над землей) и выбрасываются инициаторы аэрозольного облака
После подрыва диспергирующего заряда горючее распыляется, но реакция в нем вначале не происходит и лишь по достижении облаком значительного объема и перемешивании снаряжения с воздухом инициируется детонация (слабая в сравнении с аналогичным процессом в конденсированных ВВ: бризантного (дробящего) эффекта она не обеспечивает). Такие боеприпасы называют двухтактными (взрывное диспергирование + подрыв образованного облака), во Вьетнаме их использовали для расчистки посадочных площадок для вертолетов: «выметая» растительность в радиусе нескольких десятков метров, они не оставляли воронок. Позже их применяли по живой силе и для разрушения домов — весьма чувствительных к действию ударной волны целей — а также в системах разминирования (рис. 4.24): от ударной волны срабатывают механические взрыватели мин.
Рис. 4.24
Система взрывного разминирования MICLIC (на основе объемно-детонирующего заряда) в действии
… Однажды журналистам — людям энциклопедических знаний — удалось заснять в многострадальном Бейруте, как улицу после взрыва засыпало обломками зданий. На такое, по их мнению, был способен лишь «вакуум», созданный бомбой, к которой соответствующая кликуха впоследствии прочно «приклеилась». Действительно, если ударную волну сзади не «поджимает» какого-либо вида поршень, то за сжатием следует разрежение. Иначе и быть не может, ведь, как указывал еще Михайло Васильич Ломоносов, «…все перемены в натуре случающиеся, такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимается, столько присовокупится к другому…». Кадры киносъемки воздействия ударной волны ядерного взрыва подтверждают правоту Михайлы Васильича (рис. 4.25): на внешней поверхности гигантского купола, образованного волной, воздух сжимается, «забирая» с собой тот, что находится позади фронта. Это вызывает ветер — массопоток в направлении распространения волны (видно, как скоростной напор гнет деревце). Далее идет отток побывавшего сжатым воздуха к центру взрыва и направление ветра меняется на обратное (опять же — смотри на деревце, лишившееся листвы). Однако в фазе разрежения — всего лишь падение давления на десяток-другой процентов по сравнению с нормальным. Так что, если «замахнуться на вакуум», то необходимы численные оценки импульса, сообщаемого преграде в фазе разрежения, за представлением коих не исключена встреча с потоком слюнного аэрозоля, сопровождаемого ревом: «Я видел — я знаю!». Однажды автор по недомыслию стал рассуждать о конвективных потоках воздуха в ответ на восхищение гражданина, наблюдавшего за подъемом дымного облака после взрыва и высказавшего твердое убеждение, что такое мог сделать только «атом». Дидактические усилия завершились советом автору при выборе дальнейшего маршрута руководствоваться направлением на
[82].
В боеприпасах среднего калибра двухтактный принцип работы неэффективен, поскольку вес инициирующих облако зарядов не может быть существенно уменьшен — это приведет к затуханию детонации, а инициаторы «нормального» веса займут практически весь отведенный под снаряжение объем. Фугасное снаряжение в этом случае представляет смесь горючего (включающего и металлическую пудру) с конденсированным ВВ. Эту смесь инициирует обычный взрыватель и детонирует она, как слабая взрывчатка, но при разлете продукты взрыва смешиваются с воздухом, сразу загораются (рис. 4.26) и подпитывают своим горением тоже не слишком мощную ударную волну. Тротиловый эквивалент однотактных боеприпасов существенно меньше, чем двухтактных, но они воздействуют на цели еще и потоком тепла от горения, за что их именуют термобарическими.
Рис. 4.25
Изменения давления и массопотоков воздуха в ударной волне. Направление ее распространения на рисунке — справа налево
Применить боеприпасы объемного взрыва было задумано в совершенно новой для них области: радиоэлектронной борьбе. Просители — специалисты по помехам — надеялись получить при «замагничивании» облака значительную эмиссию РЧЭМИ. Мнение у автора об этой идее восторженным не было, потому что существенное поле в облаке создать было нельзя: из ВМГ небольших размеров не «выжмешь» большого тока, так как нагрузка — проволочная петля диаметром в несколько дециметров — «непосильна» для него. Да и в качестве источника помех система «генератор-облако» вряд ли подходила, потому что время ее излучения (микросекунды) недостаточно для такого применения.
Рис. 4.26
Кинограмма подрыва экспериментального термобарического заряда. Горение начинается еще в процессе взрывного диспергирования снаряжения
Опыты начались в подмосковном Красноармейске с первых недель 1983 года. Спешки не было, в неделю проводили один — два эксперимента. Излучение от «замагниченного» объемного взрыва измеряли рупорными антеннами, и результат был предсказуем: интегральная мощность порядка киловатт, время генерации — микросекунды. Организаторы сессии признавали, что этого недостаточно, но считали, что обоснование финансирования их работ такой результат обеспечит.
Перерывы в опытах дали возможность обдумать ситуацию. Плазма объемного взрыва выполняла роль конвертера (преобразователя) энергии. Магнитное поле «закручивало» [83] электроны этой плазмы, заставляя ее излучать по тому же механизму, что и комптоновские электроны — при генерации ЭМИ ЯВ. Расчеты показали, что число электронов (и проводимость) не имело смысла повышать: поглощение плазмой ею же эмитированного РЧЭМИ было и без того существенным, его «выпускал» лишь приповерхностный слой детонирующего облака. Рост же напряженности магнитного поля «уводил [84]» спектр излучения из радиочастотного диапазона в бесполезный тепловой. Словом, в каком виде ни «закачивай» энергию в облако — преобразует оно ее в РЧЭМИ тем хуже, чем больше получает. От такого конвертера стоило избавиться.
Однако сам по себе ВМГ излучателем служить не может: магнитное поле, которое он генерирует при срабатывании — квазистационарно. Правда, ранее во ВНИИЭФ его все же пытались «заставить»: подключили взрывной трансформатор, а к нему — антенну. Но и на выходе трансформатора длительности получаемых импульсов были великоваты (около микросекунды), основная энергия реализовалась для волн длинами в сотни метров, что требовало примерно таких же по размерам антенн. Для имитации ЭМИ ЯВ такое циклопическое сооружение (рис. 3.59) сгодиться могло, но в качестве оружия — вряд ли.
Для того чтобы излучение было мощным, поле должно меняться не просто быстро, а так, чтобы характерное время его изменения соответствовало бы длине волны, сравнимой с размерами устройства. Если эти размеры оценить в дециметры, время, за которое должно существенно измениться поле (чтобы оценить его, надо поделить характерный размер на скорость электромагнитной волны), составляет наносекунды — на три порядка меньше, чем в ИВМГ! Безбожно завышая оценку скорости для любого, самого тончайшего лайнера (10 км/с) [85], получим и минимальный радиус сжатия: десятки микрон ((104 {м\сек} x 10-9 {сек} = 10-5 {м}) — нереально малое значение, поскольку нестабильности «не допустят» такого.
Но ведь можно сжимать поле не лайнером, а токопроводящей ударной волной, такие процессы происходят во Вселенной и известны астрономам. Особенность ударного сжатия в том, что, начиная с некоторого предела, плотность энергии в ударной волне увеличивается только за счет температуры, а плотность вещества не растет.
Ясно, что чем плотнее «упаковано» атомами вещество, тем сильнее оно «сопротивляется» увеличению плотности при сжатии. Например, такая в высшей степени упорядоченная структура, как монокристалл, сжимается УВ с давлением в миллион атмосфер всего вдвое. Повышение же температуры в мощной ударной волне приводит к тому, что молекулы вещества за фронтом волны сначала диссоциируют, а потом — ионизуются и составлявшие их атомы: вещество, в исходном состоянии бывшее диэлектриком, может, будучи ударно-сжатым, превратиться в проводник [86].
… Вернемся к аналогии с карандашами и сделаем промежутки между ними совсем незаметными. Тогда стоит чуть-чуть тронуть их ряд — и фронт «процесса» окажется очень далеко, а «движение вещества» будет несущественным. Если сжимаемость мала, а ионизация все же происходит, то магнитное поле сразу оказывается в проводящем веществе, которое «не успеет» сколь-нибудь заметно вытеснить поле в область сжатия — произойдет «вмораживание» (рис. 4.27). Предельный случай вмораживания — ионизация вещества мощным излучением, когда среда может вообще не двигаться. Не сможет двигаться и поле, оказавшееся в такой среде после ионизации. Потери на вмораживание специфичны именно для ударного сжатия, они «откусывают» поле по краям области сжатия, «уводят» из него магнитный поток, в противоположность лайнеру, который «толкает перед собой» поле, сохраняя поток (за исключением того, что диффундирует внутрь него).
Подытожим причины, по которым применение ударной волны целесообразно для очень быстрого и очень «глубокого» сжатия магнитного поля.
• По обе стороны фронта ударной волны разница плотностей мала: даже ударные волны с давлением в миллион атмосфер сжимают твердые тела примерно вдвое, а дальнейшее повышение давления сопровождается ростом не плотности, а температуры. Малая разность плотностей означает, что при ударно-волновом сжатии не развиваются нестабильности.
• При ударно-волновом нагревании возможны ионизация и скачок проводимости: перед фронтом вещество является изолятором, в котором магнитное поле распространяется со световой скоростью, а за фронтом — проводником, в котором скорость распространения поля на много порядков ниже. Такой волной, образующей замкнутое кольцо, сходящееся к центру, может сжиматься магнитное поле — как лайнером, но без нестабильностей, и к тому же быстрее, чем лайнером, потому что скорость фронта всегда превышает массовую скорость.
• Как вмораживание, так и диффузия, приводят к потерям магнитного поля: оно «захватывается» проводящим веществом и уже далеко не полностью концентрируется в области сжатия. Становится возможным «сбрасывать» излишнее поле за фронт ударной волны, препятствуя тем самым чересчур быстрому усилению магнитного давления. Выбирая характеристики вещества (степень сжатия и проводимость в ударно-сжатом состоянии) можно регулировать «сброс» поля, согласуя тем самым закон возрастания его давления в области сжатия с давлением в веществе ударной волны, устраняя препятствие для достижения сколь угодно малого радиуса. Будем, однако, помнить, что работа против сил магнитного поля (а значит, и повышение энергии поля) совершается за счет кинетической энергии вещества, так что необходим компромисс. Если ударное сжатие будет слишком мало (очень малы промежутки между карандашами), то все магнитное поле будет вморожено, а существенного движения массы вещества не будет, а значит, не хватит и энергии в момент, когда она особенно нужна — на конечной стадии сжатия. Если же сжатие будет слишком велико, случится то, что случается в ИВМЕ — магнитное давление остановит компрессию поля, потому что быстро станет «сильнее» гидродинамического давления.
Рис. 4.27
Иллюстрация «вмораживания» магнитного поля в проводящую среду при помощи знакомой читателю «карандашной» аналогии. Силовые линии поля моделируются обрезками стальной проволоки. Сдвинувшись, карандаши зажмут («вморозят») обрезки между собой, и двигаться дальше им можно будет только вместе. Некорректность аналогии в том, что проволока и в несжатом веществе не совсем свободна (может двигаться только в пределах зазоров между карандашами), в то время как магнитное поле в диэлектрике — в любом направлении со скоростью света
…Непрост в экспериментальной физике переход от научной болтовни к практическим решениям. Вы знаете, что «стрелять» до бесконечности вам не позволят: и время, и финансирование ограничены всегда. Не верьте лжи, что перед опытом все было рассчитано: для устройства, созданного впервые, слишком многие параметры, необходимые для расчетов, сомнительны. Поэтому после арифметических вычислений (в крайнем случае — после решения простейшего дифференциального уравнения) от вас требуется твердо произнести что-либо вроде: «Рабочее тело в источнике излучения будем делать из монокристалла иодида цезия!». Основания для такого решения были следующими.
• Если конечный размер области сжатия — около десятка микрон, то фронт ударной волны должен быть очень гладким: с неровностями, размеры которых меньше размеров этой области. Вспомнилась статья об оптических исследованиях ударных волн в монокристаллах: С. Кормер утверждал, что фронт там «гладок, как зеркало», размер неровностей не превышает микрона. В любом случае, монокристалл — наиболее упорядоченная структура вещества — последняя надежда: если не выйдет в монокристалле, то не выйдет нигде!
• Этот монокристалл должен включать атомы с самым низким потенциалом ионизации, чтобы скачок проводимости в ударной волне был существенным. Значит — цезий.
• Этот монокристалл должен существовать в осязаемых размерах, не стоить бешеных денег, не быть ядовитым, и желательно, чтобы хотя бы некоторые его свойства были исследованы ранее.
Изготовить новые устройства (цилиндрические ударно-волновые излучатели, ЦУВИ, рис. 4.28) не заняло много времени…
Рис. 4.28
Внешний вид и схема сборки Е-7 — цилиндрического ударно-волнового излучателя (ЦУВИ). Цилиндр из монокристалла иодида цезия 1 помещен в кольцевой заряд 2,(и тот, и другой размещены в футляре из плексигласа), а детонация на внешней поверхности заряда инициируется стаканом 3 из эластичного ВВ, через который проходит пара окружающих монокристалл параллельно включенных витков медного провода 4, соединенных с высоковольтным конденсатором 5. Секторный вырез в стакане из эластичного ВВ сделан только на макете — для наглядности
…02 марта 1983 года атмосфера на испытательной площадке была благодушная: два совместных подрыва — ВМГ и облака горючего — продемонстрировали ожидавшийся результат прибывшим на показ начальникам. Приступили к «факультативу» — испытаниям ЦУВИ. Первая сборка по каким-то причинам сработала неважно, но готовить взрывной опыт и не предусмотреть необходимость его повторения — непростительная глупость! При взрыве второй сборки лучи осциллографов рванулись вверх, «выскочив» за пределы экранов. Офицеры сообщили, что вышли из строя смесительные диоды в антеннах, стоявших в пяти метрах от взрыва. Мощность излучения по крайней мере в сто раз превысила ту, которую зарегистрировали в опытах с объемной детонацией! Этот опыт поставил некоторых участников испытаний в затруднительное положение: их начальники увидели устройство размерами в десятки раз меньшее, чем объемно-детонирующие макеты, но излучавшее РЧЭМИ на два порядка большей мощности. Когда шок миновал, начались «маневры»: стали требовать описания ЦУВИ — «для отчета». Уступить «коллективу» такую находку, как ЦУВИ — неразумно: не так уж часто они выпадают в жизни исследователя. Уклончивость попытались преодолеть шантажом: заявили, что диоды из строя не выходили, сигналы на осциллографах были наводками от токов запитки, РЧЭМИ вообще не было, потому как «электрончиков, электрончиков в твоем устройстве не видать», а, если не будет отчета, то и в дальнейших испытаниях офицеры участвовать не намерены. Саркастически «согласившись» с противоречивыми доводами, пришлось заметить, что, раз все это было наводками, то, действительно, нет смысла тратить время на опыты, а тем более — на написание отчета.
… Разговоры о наводках продолжались много лет и «достали» настолько, что позже пришлось изготовить демонстрационную сборку (рис. 4.29): начальное поле в ней создавалось системой постоянных магнитов, а не большими токами. Понятно, что генерируемое такой сборкой РЧЭМИ не было рекордным по мощности, но — достаточно мощным, чтобы его можно было зарегистрировать. Сладкоголосые певцы «наводок» чуть приутихли, но не заткнулись, как им настоятельно советовали, а стали списывать регистрируемые сигналы на счет электромагнитного излучения, возникающего при взрыве ВВ (хотя мощность такого излучения, по свидетельству первооткрывателей этого явления, на много порядков ниже).
Рис. 4.29
Слева — сборка ЕХ-10. Начальное поле в рабочем теле создается системой постоянных магнитов. 1 — детонатор; 2 — детонационная разводка из эластичной взрывчатки; 3 — постоянные магниты; 4 — рабочее тело; 5 — кольцо из взрывчатки.
Справа — «чистая», без каких-либо наводок от срабатывания высоковольтных цепей, осциллограмма производной магнитной индукции при сжатии ударной волной созданного постоянными магнитами поля (полученная с пробной катушки, размещенной в отверстии, просверленном в рабочем теле). Сигнал вышел за поле экрана осциллографа, но так и было задумано, потому что за слишком быстрым изменением поля в конце сжатия луч осциллографа «проследить» все равно не в состоянии, а ценную информацию о сохранении потока на начальной стадии, когда поле меняется сравнительно медленно, получить можно
Попытки шантажа были, понятно, основной движущей силой такого рода маневров, но встречались и проблемы, с которыми ранее сталкиваться не приходилось…
… 17 июня 1986 года, с аппарели [87] десантного корабля, группа испытателей сошла на остров Коневец в Ладожском озере: там готовили к испытаниям крылатую противокорабельную ракету П-15 [88] (рис. 4.30).
П-15 разрабатывалась в конце 50-х, и в системе ее наведения преобладали схемы на лампах. Имелись только четыре полупроводниковых диода: два — в смесителе и два — в канале автоподстройки частоты. Будучи мишенью для излучателей РЧЭМИ, П-15 и сама нуждалась в цели, которую соорудили, подняв над шлюпкой «железный парус». Шлюпку поставили на якорь в 120 метрах от ракеты, и отраженный сигнал был очень мощным («больше, чем от крейсера при стрельбе в упор» — говорил офицер, обслуживавший ракету).
…Радиолокационная головка самонаведения жадно захватывала «железный парус». После подрыва сборки в полусотне метрах от ракеты стрелка прибора «ток смесителя» заметно дернулась, но на осциллографе контрольного стенда осталась «картинка», соответствующая удержанию цели головкой самонаведения. Это было невероятно: надо только представить, насколько мощным должно быть ударное возбуждение от наносекундного импульса РЧЭМИ, чтобы стрелочный прибор среагировал на него двукратным отклонением от номинального уровня! И тем не менее — ракета цель не потеряла! Пара следующих дней принесла аналогичные результаты: хотя сборки подрывали все ближе к ракете, потери цели головкой ее самонаведения не фиксировались.
Рис. 4.30
Слева — противокорабельная ракета П-15. Целью для нее служил «железный парус» — уголковый отражатель из листов жести (справа)
Пошли дожди, опыты прервали и стали обследовать «пятнадцатую». Выяснилось, что все ее диоды имеют одинаковые сопротивления как для «прямого», так и для «обратного» тока. После долгих препирательств их стали поочередно заменять резисторами с сопротивлениями в сотни Ом. Можно было заменить на резисторы все диоды в канале автоподстройки частоты и один в смесителе (три из четырех имевшихся во всей схеме), и все равно захват «железного паруса» не срывался: на дистанции в сотню метров мощность отраженного от него сигнала превышала все разумные пределы!
Следующий солнечный день был ветреным, Ладога покрылась пенными «барашками». В ракете заменили все диоды на новые, сборку расположили в 20 метрах под углом примерно 30 градусов к оси головки самонаведения и стали ждать. Наконец, кто-то заорал: «Баржа!» Начали лихорадочно заряжать батарею, приводить в рабочее состояние ракету. Ракета «увидела» шедшую на дистанции около трех морских миль баржу, и сборку подорвали. Захват был немедленно потерян. Тот же результат получили, и когда ракета «смотрела вслед» уже уходящей барже, а сборку (последнюю из имевшихся) подорвали в 30 метрах под углом в 45 градусов к линии визирования головки. Два фактора: отраженный от цели сигнал реальной, а не аномальной амплитуды и наличие помех от «барашков» на водной поверхности (весьма незначительных по морским меркам) привели к тому, что и должно было произойти. Эта серия показала, как сложны процессы, вызываемые РЧЭМИ в электронике и как противоречивы могут быть оценки эффектов. Впоследствии не раз приходилось отклонять предложения дилетантов провести «оценочные» испытания с использованием в качестве мишеней электронных часов или туристических приемников, потому что это было бесполезной тратой сил и средств: боеприпасы не предназначены для выведения из строя часов. Если часы все же вышли из строя, то это не значит, что выйдет из строя военная электроника; если же часы продолжают после опыта идти, то военная электроника как раз может и «сгореть».
Понятно, что демонстрация эффекта — только начало пути. А явление оказалось очень «капризным», сверхчутко реагируя на величину энергии магнитного поля в монокристалле перед началом его ударного сжатия. Выход РЧЭМИ нарастал с увеличением этой энергии, причем особенно резко — при приближении к значению, соответствующему максимуму, а при переходе этого значения от РЧЭМИ не оставалось и следа. Это было причиной многих неудач, в частности — при испытаниях, на которых мишенью служила ракета ЗМ80 (рис. 2.45).
Сжатие магнитного поля в монокристалле исследовалось и теоретически, но задача оказалась сложной и результаты были получены только спустя полдесятка лет, когда оптимум магнитного поля был уже «нащупан» эмпирически: он соответствовал энергии запитывающего излучатель токового импульса около килоджоуля.
Когда теория сжатия поля в монокристалле стала более или менее полной, для закрепления приоритета в журнал «Известия академии наук «Механика жидкости и газа» (МЖГ) была послана статья с описанием принципов работы ЦУВИ. Цензуру удалось перехитрить, заменив «излучение» эвфемизмом «диссипативные потери энергии», а «ударную волну» — еще менее понятным дилетантам термином «скачок второго рода». В гидродинамике так называют автомодельные решения дифференциальных уравнений, описывающие процессы, при которых доля энергии прилегающей к фронту области от общей кинетической энергии движущегося вещества уменьшается, но плотность энергии у фронта возрастает (теоретически — неограниченно). В этом случае законов сохранения для описания движения недостаточно, а показатели степенных зависимостей получают при исследовании поведения решений при переходе через некую особую точку.
Статья вышла в № 6 за 1988 г. иозначала заявку на утверждение позиций ЦУВИ. Некоторые из коллег, считавшие себя законодателями как в области мощных электровакуумных источников РЧЭМИ (о них — в конце главы), так и в области традиционных ВМГ, не восприняли ее с восторгом.
Один, стяжавший славу размахом даваемых авансов (достижение мощности РЧЭМИ в тераватт, извлечение при помощи РЧЭМИ золота из руд и т. д.) ученый поделился не слишком свежей мыслью о том, что излучает в ЦУВИ не сжимаемое магнитное поле, а детонация заряда ВВ.
Понятными были и мотивы второго корреспондента, который как-то, без особых сантиментов и ссылок, переписал в свою статью выкладки В. Демидова, касающиеся СВМГ. Ранее «переписчиком» была предложена идея сжать магнитное поле ударной волной, «пакующей» хорошо проводящий металлический порошок до высокой плотности — чтобы сохранить магнитный поток, однако заявлений о достижении рекордов магнитной энергии не последовало. Мысль о том, что если свернуть с проторенной М.Фаулером и А. Сахаровым тропинки и не слишком стараться сохранить поток, то можно получить новый эффект — эмиссию РЧЭМИ, ученого не посетила, а узнать о ней со страниц МЖГ было обидно. Путь переписывания выкладок был им отвергнут ради демонстрации богатства научного арсенала: слегка изменив формулировку задачи о сжатии поля в кристалле, оппонент в 1991 году заявил на конференции о «независимом» подходе. Нельзя сказать, что за «независимость» он бился «до последнего патрона»: еще через несколько лет его позиция по ударно-волновым источникам была скорректирована на подпадающую под категорию «этого не может быть, потому что не может быть никогда». Однако в 1999 г. крайне подвижный в своих воззрениях ученый, в отчете о работе, выполненной по гранту, вновь возвестил о том, что им «впервые изложен» механизм генерации мощного излучения при схождении УВ в цилиндре из Csl.
Были среди оппонентов и суровые люди, пребывавшие в кручине о государственных интересах. Один из них, встретившись с автором после публикации статьи всего лишь раз (!), впоследствии выразил твердое убеждение, что «тоже в этой тематике участвовал», причем, в поиске доказательств сему, даже распорядился найти список рассылки диссертации автора. Не найдя желаемого доказательства — крайне огорчился. Дальнейшие его действия были связаны с уверениями, что написание такой книги есть поругание святой для каждого гражданина Государственной тайны.
… Запитываемый токовым импульсом оптимальной амплитуды, ЦУВИ выводил из строя большие радиолокаторы, работавшие в сантиметровом и метровом диапазонах длин волн, на радиусах до 50 метров от точки подрыва.
…Совершенствовали ЦУВИ по нескольким направлениям. Во-первых, ударную волну в монокристалле стали формировать не контактной детонацией, а ударом сходящегося лайнера (рис. 4.31), образованного катушкой, свитой из алюминиевых проволочек. Это обеспечивало повышение давления в ударной волне, а заодно — позволяло примерно вдвое повысить энергию магнитного поля за счет дожатия его лайнером, но все равно сборка вместе с конденсатором выглядела так (рис. 4.32), что никаких ассоциаций с устройством, которое можно разместить в боеприпасе, не вызывала.
Рис. 4.31
Слева — схема цилиндрического ударно-волнового излучателя, в котором катушка, окружающая рабочее тело (РТ) из монокристалла выполняет три функции:
—создает начальное магнитное поле;
—увеличивает индукцию созданного поля при сжатии взрывом;
—формирует в рабочем теле ударную волну при ударе по его поверхности.
Справа — осциллограмма производной магнитного поля на оси рабочего тела, снятая с помощью высокоскоростного осциллографа. «Хлыст» соответствует сжатию поля после удара лайнера по поверхности РТ. Видно, насколько ударная волна сжимает поле быстрее, чем лайнер, жалкий сигнал от сжатия поля которым — на уровне высот меток времени (ср. с осциллограммой рис. 4.10)
Габариты «ужали» на порядок, когда вместо конденсаторной батареи источником питания стал значительно более компактный СВМГ. Но СВМГ — усилитель, он тоже нуждается в начальной энергии, а ее необходимо получить «из ничего» — в полете боеприпас не соединишь с каким-либо источником энергии.
…Импульс тока «выжал из себя» ферромагнитный генератор (ФМГ, рис. 4.33) — при ударной демагнетизации пластин из электротехнического железа. Такое устройство впервые было разработано во ВНИИЭФ и адаптировано для применения в ЦУВИ. Каждую пластину набора надо изолировать (чтобы поле «выходило» по изоляции в обмотку, а не растрачивало свою энергию на нагрев металла вихревыми токами), и, кроме того, образовать из сложенных пластин конус (чтобы труба одновременно ударила по всем ним), для чего используются клинья из бронзы. Сложный ФМГ работал не очень стабильно, но с одного кубического сантиметра набора пластин удалось получить до 0,5 Дж энергии токового импульса!
Рис. 4.32
Цилиндрический ударно-волновой излучатель (в верхней левой части снимка) подключен к высоковольтному конденсатору (вес — 120 кг), ток разряда которого создает в рабочем теле из монокристалла необходимое для эмиссии РЧЭМИ магнитное поле
Рис. 4.33
Слева — схема ферромагнитного генератора начального импульса тока. В ферромагнетиках во взаимодействии с внешнем полем основную роль играют собственные, не зависящие от орбитального движения, магнитные моменты электронов (спины), а атомы связаны в кристаллической решетке. Остаточная намагниченность ферромагнетиков не исчезает и при снятии внешнего поля.
Расширяемая взрывом ВВ 1 труба, прежде чем начать движение по виткам обмотки ВМГ, ударяет по набору 2 железных пластин, в котором системой постоянных магнитов 3 и магнитопроводов 4 создано поле с индукцией около 2 Тл. Удар трубы формирует в железе волну, которая разрушает его доменную структуру, превращая из ферромагнетика в парамагнетик. В парамагнетике реакция на внешнее магнитное поле обусловлена движением электронов на атомных орбитах. Оси моментов электронных токов вращаются (прецессируют) при приложении поля, а, кроме того, упорядочиванию их ориентации мешает тепловое движение атомов. По этим причинам существенное намагничивание невозможно и ранее заключенное в доменах поле освобождается. Оно вытесняется в обмотку 5, где наводит ЭДС, которая и создает начальный ток в ВМГ.
Справа — сборка Е-29 — полностью автономный прототип электромагнитного заряда, включающий ферромагнитный генератор для получения начального импульса тока, усилитель тока (ВМГ) и цилиндрический ударноволновой излучатель. Рядом — элементы магнитопровода ФМГ
После этих усовершенствований внешность ЦУВИ изменилась разительно: теперь это было компактное, вполне подходящее для применения в боеприпасах устройство! Однако «военную карьеру» ЦУВИ сгубили причины технологические. Даже незначительное отклонение от номинальных значений генерируемого ФМГ тока или коэффициента усиления ВМГ вело к весьма существенным неблагоприятным изменениям в режиме излучения ЦУВИ. Разброс же характеристик энергообеспечения был явно неудовлетворительным: дня ФМГ — до 30 % по току, а дня СВМГ (даже для варианта, изготовленного во ВНИИЭФ, где культура производства неизмеримо выше, чем на всех серийных заводах) — около 10 % по коэффициенту усиления. Проконтролировать все эти отклонения заранее, до подрыва, было невозможно. Оптимум генерации РЧЭМИ при ударном сжатии — весьма «острый», и, чтобы обеспечить «попадание» в него, ФМГ и СВМГ нуждались в кропотливой «доводке», сопряженной с огромным расходом времени и средств, а размышления о стоимости их в серийном производстве были подобны ночным кошмарам.
Очень не хотелось терять накопленные почти за десятилетие результаты: были разработаны устройства, где система энергообеспечения была полностью заимствована от ЦУВИ, но вместо монокристалла на оси катушки-лайнера располагался излучатель другого типа (о таких попытках — немного позже).
«Опоздавшая» теория подсказала: при повышении мощности ударной волны, соответствующая оптимальному режиму излучения начальная индукция магнитного поля снижается. Значит, если форсировать возрастание давления, то для существенного излучения могли оказаться достаточными и значения начальной индукции, создаваемые системой постоянных магнитов, что предельно упростило бы устройство. Для случая максимально возможного роста давления — при сферической кумуляции — оценки показали, что диаметр шарового заряда должен быть менее дециметра. Требовалась сферическая детонационная разводка соответствующего размера — ее надо было создавать заново, потому что готовые, для ядерных зарядов, были больше.
09 сентября 1993 г. была впервые испытана сборка Е-35 — ударно-волновой излучатель, сферический (УВИС, рис. 4.34.)
… После срабатывания детонатора со скоростью около 8 км/с огоньки детонации, многократно разветвляясь, разбегаются по каналам, одновременно ныряют в десятки отверстий и инициируют сферическую детонацию. Достигнув поверхности шара из иодида цезия, волна детонации формирует в нем ударную волну, причем, поскольку импеданс монокристалла больше, чем газов взрыва, давление на его поверхности увеличивается, превышая миллион атмосфер. Сферическая ударная волна мчится к центру со скоростью более 10 км/с, сжимая магнитное поле и оставляя за собой уже не монокристалл, а проводящую как металл, жидкую мешанину из плазмы йода и цезия.
Если заряд собран правильно, то ударная волна, сойдясь в точку и отразившись, устремится обратно; скачком и очень существенно изменится магнитный момент области сжатия, что и приведет к генерации импульса РЧЭМИ. За доли наносекунды поле меняется, конечно же, не по закону синуса с периодом равным времени сжатия-разрежения, а более резко, а это значит, что в функции, описывающей его изменение, существенны вклады многих частот. Они берутся вот откуда.
Рис. 4.34
Вверху слева: ударно-волновой излучатель, сферический (УВИС), правее — его схема.
В центре заряда из мощного взрывчатого состава на основе октогена устанавливается рабочее тело 1 — шар, выточенный из монокристалла. Поверх заряда расположен детонационный распределитель 2 (шаровой слой из поликарбоната) — уменьшенная копия аналогичной детали ядерного заряда. Плотность точек инициирования на заряде УВИС больше, чем на поверхности ядерного заряда, поскольку диаметр излучателя намного меньше, чем плутониевой сборки. Поэтому разводку в УВИС иногда делают «двухэтажной»: верхний этаж, с меньшим числом точек инициирования, возбуждает детонацию в узловых точках нижнего, а тот — в заряде.
Вокруг шара собирается магнитная система. В ее основе — два постоянных магнита, от которых к монокристаллу идут два усеченных конуса 3 из магнитномягкой стали, «собирающие» поле постоянных магнитов в область, занятую рабочим телом. Сохранению потока, создаваемого магнитами, служат и магнитопроводы 4. Кристалл устанавливается в центре системы так, чтобы его главная ось совпадала с направлением магнитного поля, иначе различия в свойствах вдоль других осей могут нарушить симметрию сжатия.
Начальное поле, создаваемое в монокристалле имеет «бочкообразную» структуру силовых линий (внизу, слева). Усредненное значение индукции поля в монокристалле — всего 0,05 Тл, но в конечной фазе сжатия отношение размера области сжатия к начальному значению радиуса монокристалла — менее одной тысячной. Сохранись при сжатии весь поток — и индукция магнитного поля возросла бы миллион раз, а энергия — в триллион (миллион миллионов) раз! Хотя в реальной ситуации при ударно-волновой магнитной кумуляции в конечной области сжатия остается лишь мизерная часть поля, а остальное — «выбрасывается» за фронт ударной волны, преобразование оставшейся энергии в излучение существенно (нижний ряд, центр). Джоули на герц — единицы спектральной плотности энергии, ими пользуются, когда описывают непрерывные спектры излучения (континуумы), в которых присутствует огромное число частот. Проинтегрировав график численно в пределах заинтересовавшего нас диапазона, получим привычные джоули, причем тем больше, чем в более высокочастотном диапазоне ведется интегрирование.
Справа: 105-мм реактивная граната с боевой частью на основе УВИС
…Представим, что, находясь в уличной «пробке», мы плавно тронули свою машину и притормозили у стоящей впереди. В следующий раз, едва мы сняли ручник, в нас «въехали» сзади; доли секунды — и мы «целуем» стоящую впереди. Как пройденные расстояния, так и времена движения в обоих случаях близки, но ваш организм подсказывает, что в элементах движения имелись и отличия: в последнем случае он сначала «ускорился», как от сильного пинка, потом — парил, блаженствуя, и, наконец — «замедлился», как бы упав. Подсознательно сложное движение представлено, как сумма более простых. Это и есть задача гармонического анализа, основы которого заложил французский математик Симон Фурье: любая функция может быть представлена как сумма синусоид (гармоник). Вообще-то можно произвести разложение и в ряд других функций, не синусов, но для расчета эмиссии РЧЭМИ удобны именно они, потому что эта задача для кругового синусного тока давно решена. Именно на гармониках больших частот («быстрых») и реализуется основной выход излучения.
… Огромное преимущество магнитов — их постоянное во времени поле не нуждается в синхронизации с взрывными процессами и может быть измерено еще до того момента, когда сборку разнесет на осколки. Средства измерения известны — преобразователи Холла (рис. 4.35).
Если металлическую пластинку, вдоль которой протекает постоянный ток, поместить в перпендикулярное к ней магнитное поле, то на краях пластины возникнет разность потенциалов, называемая по имени первооткрывателя этого эффекта. Измерив ее и зная ток, вычисляют напряженность поля. Понятно, что колебания питания датчика приводят к ошибкам, а на высокогорном полигоне лампочки «мигают» довольно заметно. Но стабилизаторы есть в осциллографах. Использовав это обстоятельство, запитку датчика Холла сделали «импульсной» — от разряда электролитического конденсатора, и считывали с экрана осциллографа как данные о питании датчика, так и сигнал с него. Чтобы в измерения не «вмешивался» скин-эффект (тогда распределения тока и поля будут неравномерными, а результаты измерений — недостоверными), применили конденсатор большой (десятки микрофарад) емкости, чтобы запитывающие преобразователь токовые импульсы были достаточно длительными.
Рис. 4.35
Вверху слева — прибор для измерения индукции магнитного поля; внизу — осциллограммы сигналов: напряжения питания и ЭДС Холла.
На лучи осциллографа выводятся два сигнала: один — с питающего датчик конденсатора (который заряжается хоть от даже не совсем «свежих» батареек), другой — с самого датчика. Для снятия показаний достаточно выбрать на луче питания регламентированное значение напряжения питания датчика и, переведя маркер на другой луч — прочитать значение ЭДС Холла в этот момент времени. Для дополнительного контроля, в коробочке, где смонтирован прибор, имеется кусочек постоянного магнита — эталон поля
…«Доведенные» УВИС продемонстрировали надежную и стабильную работу, но сложность сборки и наличие дорогой в производстве сферической детонационной разводки повышали их стоимость до уровня, немыслимого для неядерных боеприпасов. Прототип электромагнитного боеприпаса— 105 мм реактивная граната с боевой частью на основе УВИС — был создан и успешно испытан, но из-за дороговизны не имел шансов стать массовым: его можно применять только в особо ответственных случаях, для поражения важных целей, а на поле боя нужно другое оружие — «числом поболее, ценою подешевле». Параллельно с ударно-волновыми излучателями, разрабатывались и генераторы частоты…
Как мы знаем, магнитный поток «выпустить» непросто — надо разорвать контур тока, например, взрывающегося ВМГ — да еще успеть изолировать разрыв. Но можно создать изолированный разрыв заранее (рис. 4.36), включив в контур высоковольтный конденсатор: ведь между его пластинами — тот же разрыв. Ток в таком генераторе осциллирует, так как емкость контура существенна, и по мере уменьшения индуктивности частота колебаний возрастает (рис. 4.36,а). Иногда обмотку такого генератора (он получил название взрывомагнитного генератора частоты, ВМГЧ) делают из нескольких проводов, подсоединяя каждый к отдельному конденсатору: из-за рассогласования токов в проводах обмотки, излучение [89] рассеивается в этом случае более равномерно. Оценив период колебаний (для единиц микрогенри и нанофарад), получим сотни наносекунд, что не очень благоприятно (волны в сотни раз «длиннее» самого ВМГЧ). Но эти «несущие» волны — не основные в излучении: компрессия поля трубой, давая прибавку тока тем большую, чем выше его мгновенное значение, приводит к появлению «быстрых» гармоник. При каждой осцилляции тока меняется и состав этих гармоник, что естественно — ведь меняются и параметры контура. Так что излучает ВМГЧ не один импульс, а последовательность (цуг) — по числу полуволн тока.
Рис. 4.36
Вверху — схема взрывомагнитного генератора частоты (ВМГЧ).
1 — медная труба;
2 — взрывчатое вещество;
3 — обмотка;
4 — высоковольтный конденсатор;
Ниже — осциллограммы: а — производной тока ВМГЧ («рыба» — на жаргоне разработчиков электромагнитных боеприпасов); б — производной тока в спирали с обмоточными данными, точно соответствующими ВМГЧ, но с индуктивной нагрузкой вместо малоемкостной; в — полуволн производной тока ВМГЧ, снятая на значительно более быстрой развертке, чем осциллограмма «а». Закон усиления тока в спирали, замыкаемой трубой, известен из трудов А. Сахарова. На осциллограмме «в» видно, что форма полуволн ломаная, несинусоидальная, а значит, в разложении существенна доля быстрых гармоник. Делают форму колебаний такой бешеные «впрыскивания» тока при сжатии создаваемого им поля (обе эти величины жестко связаны). Луч осциллографа слишком медлителен, чтобы воспроизвести скачки тока, достоверна лишь огибающая — линия, соединяющая токовые амплитуды. Она служит для их нормировки, когда ломаную кривую тока представляют как сумму уже «чистых» синусоид (гармоник). Остальное понятно: для каждой гармоники тока известной частоты и амплитуды вычисляют мощность излучения через спиральную антенну — витки обмотки, в данный момент еще не закороченные ударом трубы. Доля гармоник с частотами от сотен до десятков тысяч мегагерц (много большими частоты «несущей» волны) к концу работы существенно возрастает (красный график справа), растут и потери на излучение, «подсаживая» ток
Сделать модель ВМГЧ пригодной для численных расчетов можно, учитывая в ней (в виде эквивалентного сопротивления) интегральные потери на излучение. Причины других потерь — такие же, как и в СВМГ (диффузия магнитного поля, сопротивление изоляции проводов), поэтому их можно определить из осциллограмм тока, который генерируется СВМГ с точно такой же, как и ВМГЧ, обмоткой, но — с индуктивной нагрузкой, и, следовательно, не излучающим (рис. 4.36,6). Из осциллограмм же, полученных при работе ВМГЧ, которые все стали называть «рыбами» (рис. 4.36,а), определили суммарное сопротивление потерь, как излучательных, так и обусловленных иными причинами. Оставалось только найти разность этих величин в каждый из моментов работы ВМГЧ, чтобы получить все данные, необходимые дня спектральных вычислений (графики справа). Нельзя назвать такой метод безупречным, но это было лучше, чем ничего.
Пиковая мощность излучения ВМГЧ меньше, чем у ЦУВИ, но время генерации (десятки микросекунд) на четыре порядка больше и энергия РЧЭМИ даже выше.
ВМГЧ показали интересные результаты при испытаниях, в которых мишенями служили мины, точнее, их неконтактные взрыватели.
…Понятно, что мины не остались в стороне от технического прогресса, который в наше время выражается в том, что оружие становится «умным», избирательным. Американские М93 (рис. 4.37) предназначены для применения армейской авиацией в составе кассет. Рассеянные, они могут долго оставаться в невзведенном состоянии, но по радиосигналу — раскрывают до того момента сложенные опорные поверхности, принимая боевое (вертикальное) положение на грунте, и начинают «слушать», что происходит вокруг, а также — регистрировать колебания почвы. Если, проанализировав акустические и сейсмические сигналы, мина «решает», что от нее не далее чем в сотне метров появился танк — запускается пороховой двигатель боевого блока (прицеливающегося в полете) и несчастная машина поражается в крышу башни ударным ядром. Фотографии прорвавшегося ударного ядра и результаты компьютерного моделирования этого процесса выглядят красиво, но внутри танка может произойти то, что изображено на рис. 4.38.
Рис. 4.37
Выпрыгивающая противотанковая мина М93 — в служебном и боевом состоянии
Противопехотная система НВУ-П (рис. 4.39), более известная как «Охота», охраняет территорию радиусом около 30 м, распоряжаясь пятью минами. Как только сейсмический датчик зарегистрирует движение человека, включится обрабатывающий блок, определит местонахождение нарушителя, и если тот окажется в зоне поражения одной из мин — к ней по проводам пройдет подрывной импульс тока. В запасе останутся еще четыре мины — любого типа. Это могут быть и гранаты РГД-5 или Ф-1, вместо запалов снабженные электродетонаторами, или даже ямы, в которых толовые шашки с электродетонаторами завалены камнями. Взводится «Охота» при помощи взрывателя-замедлителя МУВ-4: после того, как из него вытянут чеку и время замедления (3–6 минут — чтобы успел удалиться сапер) истечет, он выбросит металлический боек, который и замкнет контакт, подавая питание на электронную схему. Обрабатывающие блоки могут быть объединены в минную позицию. Их можно приводить в боевое или безопасное положение с пульта управления, подключенного к ним опять же проводами. Поставив минное поле «на паузу», саперы могут без опаски устанавливать новые мины взамен подорванных. Когда «Охота» израсходует последнюю мину или начнет иссякать энергия батарей питания — она, подобно героической канонерской лодке «Кореец», подорвет сама себя, чтобы не достаться врагу: пошлет импульс на детонатор, помещенный в прикрепленную изолентой к корпусу обрабатывающего блока толовую шашку. Говорят, что приблизиться к взведенному блоку и обезвредить его руками невозможно, но понятно, что «слухом», «осязанием» и интеллектуальными способностями все подобные мины обязаны электронике, а ее-то способно «давить» РЧЭМИ.
Рис. 4.38
Слабонервные могут утешиться: на левом снимке — не голова, а арбуз, но сходство этих объектов в том, что они содержат много жидкости. Сжимаемость жидкостей мала и потому даже небольшое увеличение объема содержимого сосуда, вызванное влетевшим с высокой скоростью телом, вызывает значительное повышение давления, действующего на стенки. Если же в сосуде хорошо сжимаемое вещество (например — газ), то высокоскоростной удар повреждает стенки (правый снимок), но не «взрывает» сосуд. Автор, конечно, интересовался мнением знакомых специалистов о рукописи книги, но решил не прислушиваться к советам некоторых из них «дать трупняк для оживляжа»: все-таки книга — популярная; однако читатель должен понимать, для чего предназначено оружие
…Конечно, при испытаниях в качестве целей использовались не описанные выше мины, которые тогда существовали лишь как опытные образцы. Применялись изделия попроще, рассчитанные на срабатывание от магнитных полей проезжающей мимо бронетехники, разработанные еще в начале 60-х годов, но проверенные в боях: вьетконговцы применяли их против американской армии (рис. 4.40). Мины очаровали всех: они полностью автономны (питание — от батареек) и легко проверялись постоянным магнитом, а значит, не требовали осциллографирования эффектов облучения и использования для этого кабелей, кои не переводившиеся брехунки по-прежнему трактовали как «антенны», наличие которых делало результаты «недостоверными».
Рис. 4.39
В нижней части рисунка — позиция противопехотной минной системы НВУ-П «Охота». Вверху слева — обрабатывающий блок «Охоты», с сейсмическим датчиком 1 и ликвидационной толовой шашкой 2, справа (3) — замедлитель МУВ-4, при срабатывании которого подается питание на схему изделия. В правом верхнем углу — знак минной опасности, такими маркируются границы минного поля, которые автор настоятельно рекомендует не нарушать
Взрыватели размещали по всем азимутам в пределах до полусотни метров от точки подрыва ВМГЧ. После подрыва они в течение 20–30 минут не реагировали на близкие пассы сильного магнита. За это время через минное поле мог пройти танковый батальон. Правда, затем облученные взрыватели оживали и срабатывали от малейшего прикосновения и без магнита, а иногда — вообще без видимой причины. Даже на спор безнаказанно не удавалось, с максимальной осторожностью повернув ключ на корпусе взрывателя, обесточить его схему: разъяренное устройство реагировало на такие попытки хлопком контрольного детонатора. Через час-другой чувствительность мин вновь приближалась к штатной. В этих опытах был зафиксирован эффект, получивший название «временного ослепления» — мишень выводилась из строя не «навсегда», а на время, достаточное, чтобы сорвать выполнение ею боевой задачи. Впечатляли и оценки эффективности: при разминировании прохода размером 20x100 метров, самоходное орудие «Нонна» должно было выпустить по минному полю либо 550 осколочно-фугасных снарядов, либо — 5 электромагнитных. Применение электромагнитных боеприпасов (ЭМБП) сулило экономию времени и средств, но только если учесть другие важные обстоятельства…
Рис. 4.40
Вот такими бывают последствия подрыва на мине
… Читателю до сих пор не разъяснено, почему в опытах с ЦУВИ и с ВМГЧ «мишени размещались по всем азимутам…» или «мишени вышли из строя в пределах радиуса…». Теперь, когда он знает о «быстрых» гармониках тока, настало время объяснить: для волн различных частот имеются благоприятные и неблагоприятные направления излучения. Если «завить» проводник в петлю (изготовить магнитный диполь), то, в зависимости от расположения на нем минимаксов токовой волны, вблизи будут наблюдаться и минимаксы магнитного поля. Переменное магнитное поле на некотором расстоянии индуцирует и электрическое — сформируется электромагнитное излучение, тоже характеризующееся минимаксами. Число таких минимаксов будет зависеть от соотношения длин: проводника, из которого изготовлен диполь и токовой волны.
Проиллюстрируем это простейшее качественное описание (рис. 4.41). Каждая из диаграмм приведена для случая одной токовой волны, а если этих волн несколько? Наложите друг на друга хотя бы четыре диаграммы рис. 4.41, длины волн дня которых различаются в пределах всего-то одного порядка! А ведь излучение УВИС и ВМГЧ состоит из мириадов гармоник, с частотами, отличающимися друг от друга в пределах трех порядков, а не в 10 раз. Отражение от земли еще более усложняет распределение, но в целом можно считать, что интегральная (проинтегрированная по всему диапазону частот) энергия рассеивается в пространстве по всем направлениям.
Рис. 4.41
Слева — зависимость пространственного распределения излучения простейшего диполя от его размера и длин излучаемых волн (цифры под диаграммами — отношения этих величин, длина ординаты, проведенной из центра любой из диаграмм, пропорциональна плотности потока энергии в направлении ее проведения). Художники (особенно — американские) часто изображают поражение целей РЧЭМИ как удары молнией. Хотя, конечно, РЧЭМИ невидимо, да и пробоя воздуха всеми средствами стараются избежать, достоверность часто приносят в жертву зрелищности, как это сделала редакция журнала Aviation Week, в иллюстрации потока изотропного излучения, формируемого взрывным источником (справа)
Насколько мучителен процесс спектральных измерений — передать сложно. Без особой надежды на сочувственную реакцию читателя постараюсь его описать. То, что для измерений спектра необходимы специально разработанные приборы, понятно. Измерения производятся в узких «полосах» (пропускание существенно лишь для РЧЭМИ с частотами, отличавшимися примерно на 5 % от «центральной»), а в остальных диапазонах, которые, по оценкам, охватывали минимум четыре частотные декады (от десятков мегагерц до десятков гигагерц), фильтры препятствуют приему. Спектрометр (рис. 4.42) регистрирует и огибающую нескольких импульсов, давая информацию о мощности каждого из них в своей «полосе». Вся полученная информация хранится в памяти спектрометра и выводится на компьютер после опыта и вскрытия тщательно экранированного корпуса прибора (иногда — после перевозки его с полигона в гостиницу). Спектрометр полностью автономен (питание — от аккумуляторов). Отсутствие каких-либо гальванических [90] связей является дополнительной гарантией от наводок, вызванных внеполосным РЧЭМИ. Зарегистрировав значение мощности РЧЭМИ в пределах «полосы» и поделив его на протяженность этого частотного интервала, получают значение спектральной плотности мощности или энергии — одну точку, каплю в огромном, более чем трехдекадном частотном море. Нечего и думать, чтобы получить таким методом весь спектр, а также пространственное распределение излучения, потому что для этого потребовались бы тучи спектрометров, для закупки которых не хватило бы доли бюджета, выделяемой Министерством обороны на исследовательскую деятельность во всех областях. Но вполне реальна другая возможность: получив несколько точек, восстановить по ним спектр, используя теоретическую модель явления. Если довериться этому способу, достаточно и одной точки, но такая самонадеянность вряд ли оправданна.
Рис. 4.42
Спектрометр, регистрирующий энергию и форму огибающей импульса РЧЭМИ в пределах очень узкой полосы частот и пример «цуга» — серии импульсов РЧЭМИ
Дело здесь не в точности спектрометра (инструментальная ошибка невелика и составляет проценты) а в самой природе процесса.
Для излучения простейшего диполя (проволочная петли), число максимумов (рис. 4.41) возрастает с ростом различий размера петли и длин волн.
Сверхширокополосный источник излучает во всех направлениях. Но это не значит, что в пространственном распределении его излучения не существует минимаксов для отдельных, очень узких частотных диапазонов, и, даже если нет никаких признаков изменений режима работы излучателя, едва заметный его поворот приводит к тому, что мощность, регистрируемая спектрометром, изменяется весьма существенно. Каждый опыт стоит дорого и набирать статистику весьма накладно, поэтому из соответствующего вероятностного распределения и следуют огромные величины ошибок. Только когда экспериментальных точек для разных частот достаточно много, восстановить спектр РЧЭМИ можно более-менее достоверно.
… При испытаниях лабораторных макетов ВМГЧ не было смысла возиться с автономной системой их энергообеспечения, но когда проявились перспективы боевого применения излучателей этого класса
— такая задача стала актуальной. ВМГЧ и сам может «раскачивать» электрические колебания (рис. 4.36а), поэтому напрашивалось решение: применить для создания, пусть и очень небольшого, начального поля в обмотке излюбленные постоянные магниты (рис. 4.43)! Их расположили так, что внутри обмотки ВМГЧ поля суммировались, а вне обмотки — вычитались. Но и такие ухищрения не позволили повысить энергию начального поля в СВМГ до величин, превышающих джоуль — слишком мала остаточная магнитная индукция даже в лучших материалах, таких как «железо — неодим — бор». А это означало, что ВМГЧ с такой системой создания начального поля будет весьма «длинным» — объем, отведенный под боеприпас, будет использован нерационально. Альтернативой была связка СВМГ с ФМГ, разработанным для ЦУВИ. Чтобы использовать ценный задел, необходимо было доработать излучатель.
Рис. 4.43
Система постоянных магнитов, предназначенная для создания начального поля в ВМГЧ. Ориентация элементов системы такова, что внутри спирали поля элементов складываются, а вне спирали — вычитаются
В имплозивном магнитном генераторе частоты (ИМГЧ, рис. 4.44) детонационная разводка ИМГЧ формирует при срабатывании не цилиндрическую, а тороидальную детонационную волну, а вместо рабочего тела из монокристалла на оси лайнера размещен излучающий при срабатывании индуктивно-емкостной контур. При сжатии лайнером магнитное поле происходит процесс, подобный таковому в трансформаторе. Во внутренней катушке при ударе лайнера скачком изменяются и ток и напряжение, а последующее замыкание витков добавляет энергию, которую тут же расходуют излучение и другие виды потерь. На подобном умножении магнитного потока основано получение сверхбольших коэффициентов усиления энергии. В. Демидов, получивший в одном из созданных им СВМГ магнитную энергию, более чем в миллион раз превышавшую начальную, помог автору советами по реализации этого метода для ИМГЧ.
Время генерации РЧЭМИ для такой схемы оценивалось в пару микросекунд, а начальная энергия ограничивалась только электропрочностью изоляции катушки. Главное же — зависимость выхода РЧЭМИ от величины начальной энергии, «закачиваемой» в катушку близка к линейной и нестабильность работы ФМГ и ВМГ не приводит к фатальным последствиям: выход РЧЭМИ по этой причине меняется незначительно. Такие заряды запускались с помощью метеорологических ракет, в грозовые облака, чтобы провоцировать в них внутренние разряды (рис. 4.45) и нейтрализовать таким образом. Срабатывали ИМГЧ достаточно надежно, но стоимость их оказалась великовата даже для военного применения, не говоря уж о «метеорологическом».
Рис. 4.44
Иллюстрации, поясняющие работу имплозивного магнитного генератора частоты (ИМГЧ):
а — схема генератора: внутри соленоида 1, которому после подрыва кольцевого заряда взрывчатки 2 суждено стать лайнером, располагается катушка 3, а внутри нее — два последовательно соединенных конденсатора 4 (второй из них не виден);
б — фотография «излучающей» катушки с индуктивно — емкостным контуром внутри;
в — осциллограмма производной тока в контуре катушки после удара по ней лайнера. Колебания тока носят довольно причудливый, не похожий на косинусоиду, характер, а это значит, что в них велика доля «быстрых» гармоник
Работа с мертвой точки сдвинулась только тогда, когда отказались от паллиативных решений, сделав все «по-новому».
Рис. 4.45
В грозовых облаках имеются области концентрации зарядов разных знаков и можно «провоцировать» внутренние разряды, «добавляя» к и без того значительной напряженности внутреннего электрического поля внешнюю — от электрической составляющей РЧЭМИ. Для этого в облако стреляют ракетой и подрывают внутри него ЭМБП, предотвращая тем самым опасные разряды между облаком и землей
… Электрические заряды в диэлектриках связаны и не могут двигаться свободно, как в металлах. Диэлектрики способны накапливать энергию: если «закоротить» заряженный конденсатор (удалив, таким образом, свободные заряды с металлических обкладок), а затем снять закоротку, спустя небольшое время конденсатор снова окажется частично заряжен (возможно, некоторые читатели убедились в этом, работая с установкой «водяной кумуляции»). Причина в том, что изолятор при зарядке был поляризован внешним полем. При закорачивании сразу исчезло поле, а направленная поляризация — частично сохранилась. Возвращение поляризации к равновесному значению вызывает протекание тока смещения, вновь заряжающего конденсатор.
Структурные элементы некоторых видов диэлектриков (сегнето-электриков, пьезоэлектриков) обладают собственными электрическими дипольными моментами. Сегнетоэлектрики неограниченно долго сохраняют остаточную поляризацию, а деполяризуются при нагревании до точки Кюри (для большинства из них — около 100 градусов Цельсия). Нагревает любое вещество ударная волна, но сегнетоэлектрики «капризны»: слишком мощная волна может индуцировать в них столь сильное поле, что возникнет пробой и ток смещения не будет заряжать металлические обкладки, между которыми расположен диэлектрик. Но пусть все обошлось без пробоя, тогда пьезоэлемент — такой же, как в зажигалке, но значительно больший по размерам — зарядит конденсатор генератора частоты.
Как и в ядерных боеприпасах, в крупнокалиберных ЭМБП целесообразно размещать несколько небольших излучателей, рассеиваемых перед групповым подрывом — тогда цели поражаются на большей площади. Для кассетных элементов был разработан витковый генератор частоты (ВГЧ, рис. 4.46). И для ВГЧ была создана полуэмпирическая модель, опирающаяся на результаты токовых измерений.
Рис. 4.46
Вверху — витковый генератор частоты (ВГЧ) и его схема. Обмотка состоит из одного, и то неполного витка 1. Короткая труба 2 смещена в сторону пьезоэлементов 3, поэтому сначала она, расширяясь под действием взрыва, «выбивает» из них ток, заряжая конденсатор 4, а уж затем замыкает контур, генерирующий излучение. Средний ряд — осциллограммы производной тока: а) в ВГЧ, электроды которого соединены с конденсатором; б) в том же (не излучающем) устройстве, электроды которого соединены не конденсатором, а «закороткой» из провода. Внизу — 125-миллиметровая реактивная граната с кассетной боевой частью, содержащей витковые генераторы частоты
В 125 мм реактивной гранате размещаются три кассетных элемента. При срабатывании боевой части они рассеиваются, что позволяет повысить стабильность эффектов поражения, воздействуя на цель с разных направлений — тогда более вероятны совпадения лепестков на наиболее «чувствительных» для цели частотах. Кроме того, время генерации РЧЭМИ не превышает для ВГЧ микросекунды, и взрывом можно образовать вокруг источника облако очень плотных газов, что позволяет избежать пробоя (важная особенность, о которой подробно — позже). По сравнению с другими генераторами частоты, ВГЧ формирует самый короткий импульс РЧЭМИ, но для военного применения даже такая длительность избыточна.
Это и так должно быть ясно: чем короче токовый импульс, наведенный РЧЭМИ, тем меньше теплоотвод от р-п перехода, в котором энергия этого импульса выделяется в виде тепла (рис. 4.47). Оценки показывают, что режимы более длительные, чем единицы микросекунд, не являются рациональными, энергосберегающими. Существует, правда, и другой механизм выхода р-п перехода из строя (пробой), но он реализуется только при наносекундных длительностях облучения, характерных для ударно-волновых излучателей. Режим излучения генераторов частоты нельзя признать эффективным с точки зрения нанесения поражений электронике противника, но зато устройства этого класса значительно проще и надежнее других и по параметру «эффективность/стоимость» они вполне конкурентоспособны.
…Опять попросили о помощи друзья, и снова святое это дело принесло богатый урожай. По просьбе разработчиков противотанковых средств из филиала НИИ «Базальт», решили проверить концепцию противотанкового гранатомета нового поколения.
Рис. 4.47
Слева — распределение температур в кремнии при различных режимах тепловыделения.
Красный график — гипотетический режим, при котором тепловыделение от токового импульса бесконечно малой длительности сосредоточено только в области р-n перехода, размер которого — микрон;
зеленый график: тепловыделение произошло также в слое микронной толщины, но время выделение тепла составило 100 наносекунд;
синий график: условия те же, но время тепловыделения — 1 микросекунда.
Видно, что чем больше время тепловыделения, тем более существенным становится теплоотвод и для достижения той же температуры нагревать придется уже не микронный слой р-п перехода, а и близлежащие слои кремния, что ведет к снижению КПД (график справа)
…На полигоне Главного автобронетанкового управления стоял один из не часто встречавшихся тогда танков, оснащенный системой активной защиты (САЗ, рис. 4.48).
В присутствии автора этой книги были расстреляны несколько гранат, подлетавших к танку с разных курсовых углов. Для «Базальта» работа с ЭМБП была поиском концепции гранатомета, способного преодолеть «глухую» активную защиту танка.
Рис. 4.48
САЗ — миниатюрный комплекс ПВО танка. Радиолокатор или оптикоэлектронная система контролирует пространство впереди боевой машины, летящие к танку предметы селектируются и навстречу тем, которые представляют опасность, выстреливаются осколочные боеприпасы. Слева направо, верхний ряд: Танк Т-80, оснащенный САЗ «Дрозд», более чем на два десятилетия опередившей зарубежные аналоги; радиолокатор (1) и мортирки 2 боеприпасов защиты, головные части которых окрашены в красный цвет. Нижний ряд: боеприпасы защиты САЗ «Дрозд 1» и «Дрозд 2» (более крупного калибра); израильская САЗ Iron Fist, «активно защитившая» бронетранспортер от подлетавшей кумулятивной гранаты
Концепция нового гранатомета просматривалась такая (рис. 4.49).
Рис. 4.49
Боевое применение гранатомета-«двустволки» для поражения танков, оснащенных системой активной защиты. На врезке — 42-мм реактивная граната «Атропус» с электромагнитной боевой частью, лидирующая при выстреле из гранатомета
Помимо малокалиберного ствола с ЭМБП, ручной противотанковый гранатомет имеет еще один ствол (большего калибра) со второй — кумулятивной — гранатой.
При выстреле сначала запускается двигатель электромагнитной, потом — с небольшой задержкой — кумулятивной гранаты. Радиолокационное сечение первой очень мало, поэтому защита пропускает ее. Попав в танк, ЭМБП временно ослепляет защиту, обеспечивая прорыв кумулятивной гранаты к броне. Требуемый радиус ослепления — всего 2–3 метра: антенна радиолокатора расположена на башне танка, и если промах больше, то и летящая вслед кумулятивная граната не попадет в цель (стрелок «промазал»). Главным требованием к ЭМБП — вспомогательному боеприпасу — были малые размеры: основной объем одноразового гранатомета отводился под гранату, пробивающую танковую броню после преодоления САЗ. Поэтому список кандидатов был короток: ВМГЧ малого диаметра, да пара «новичков».
…Идея, положенная в основу ферромагнитного генератора частоты (ФМГЧ, рис. 4.50), состояла в прямом преобразовании содержащейся в ферромагнетике энергии в энергию РЧЭМИ.
Рис. 4.50
Общий вид и схема ферромагнитного генератора частоты (ФМГЧ). Мощная ударная волна нагревает ферромагнетик до температуры, превышающей точку Кюри. Освобожденное волной поле наводит ЭДС в обмотке 1, окружающей магнит 2. К обмотке подключен конденсатор 3 и колебания в высоко добротном контуре приводят к смене полярности тока, направление поля внутри магнита меняется и периодически состояние вещества за фронтом ударной волны становится существенно неравновесным, что приводит к излучению энергии. Таким образом, чередуются циклы «подкачки» энергии в контур и ее излучения. Спектр РЧЭМИ (справа) такого источника очень сложен и меняется с каждой «излучательной» полуволной тока
Но излучение может и не «выйти», а превратиться в ненужное тепло, если проводимость ферромагнетика высока, как у пластин железа в ФМГ. Поэтому в ФМГЧ рабочим телом (РТ) служит не железо, а магниты, изготовленные по «порошковой» технологии, такие как FeNdB — они проводят плохо и «выпускают» поле из примерно сантиметрового слоя. Поделив размер деполяризуемого структурного элемента (микроны) на скорость ударной волны (5 км/с), получим грубую оценку характерного времени элементарного акта излучения (изменения магнитного момента), а значит, и длины волны — дециметр. На самом же деле, спектр излучения очень сложен: он меняется с каждой последующей «излучательной» полуволной. Ударная волна служит лишь спусковым механизмом, а в излучение преобразуется небольшая часть содержащейся в постоянном магните энергии. Мощность и энергия РЧЭМИ, генерируемого ФМГЧ — почти на три порядка меньше, чем у источников с кумуляцией магнитного поля [91].
Память читателей, наверняка верещит: «Про «точку Кюри и 100 градусов» — уже было…» Правильно, в строении постоянных магнитов и пьезоэлектриков есть много общего и грубой методической ошибкой было бы не допустить к «соревнованиям» и аналог ФМГЧ — пьезоэлектрический генератор частоты (ПЭГЧ, рис. 4.51).
Рис. 4.51
Схема пьезоэлектрического генератора частоты (слева). В таком генераторе заряд взрывчатого вещества (ВВ) 1 состоит из двух конусов с разными скоростями детонации (у внутреннего конуса она меньше), чтобы обеспечить плоский фронт детонационной волны. Достигнув буфера 2, детонация формирует в нем ударную волну (УВ), которая, в несколько раз ослабившись (иначе — произойдет пробой), переходит из буфера в рабочее тело (РТ) 3 из сегнетоэлектрика, вызывая нагрев вещества РТ до температуры, превышающей точку Кюри и переход его в параэлектрическое состояние. Структурные элементы разрушаются и направленная поляризация вещества исчезает, что вызывает протекание тока деполяризации. Этот ток заряжает последовательно соединенные конденсаторы: образованный металлизованными поверхностями на РТ и обычный 4, подсоединенный к обмотке 5 для получения нужной частоты колебаний в контуре. Другой вывод обмотки подключен к обкладке РТ. Через промежуток времени, определяемый емкостью и индуктивностью контура, ток, а значит, и поле в РТ меняют полярность (осциллограмма справа). Полуволны тока одной полярности сравнительно велики (происходит «подкачка» энергии в контур за счет деполяризации), а другой — значительно меньше из-за отбора энергии, том числе и на излучение (из вещества, ставшего неравновесным в поле изменившегося направления). Взрыв используется лишь как спусковой механизм, но его энергия на пять порядков превышает заключенную в веществе рабочего тела
Задания военных на разработку ФМГЧ и ПЭГЧ не было, но не покидало предчувствие, что эти идеи не пропадут всуе. Как у ПЭГЧ, так и у ФМГЧ мощности доставало только для создания перегрузок в электронных цепях целей, да и то кратковременных (сотни миллисекунд). Но для временного ослепления САЗ хватило и этого…
Прорывы кумулятивных гранат (рис. 4.52) регистрировались при срабатываниях всех без исключения типов излучателей. Разработчики защиты пытались (правда, довольно вяло) оспорить результаты, но все, чего они добились, был переход к опытам с боевой стрельбой, и здесь спорить стало трудно: САЗ перехватила все летящие на танк гранаты в отсутствие воздействия РЧЭМИ, но «пропустила» те, подлет которых сопровождался подрывом макетов ЭМБП.
Рис. 4.52
Пример эффекта временного ослепления автоматической миллиметровой РЛС наведения САЗ защиты танка при перехвате ракеты. Левая осциллограмма — нормальный сигнал от блока определения дальности до цели. Правая осциллограмма — после разрыва 30-мм ЭМБП в нескольких метрах от РЛС под углом 160° по отношению к оси антенны. Система потеряла способность оценивать расстояние до цели, пуск и перехват не состоялись. Момент взрыва ЭМБП показан стрелкой
Можно ли повысить чувствительность САЗ, чтобы она перехватила и ЭМБП? Можно, но это не поможет танку: вспомогательную гранату уничтожат на подлете, а кумулятивная все равно поразит машину — защите уже не останется времени для повторной реакции. К тому же, при повышенной чувствительности САЗ, быстро исчерпывается ее потенциал: немногие оборонительные выстрелы расходуются на отражение ложных угроз (пролетающих осколков, обломков и даже птиц).
Это был важный результат. На демонстрацию были приглашены В. Базилевич (один из главных конструкторов «Базальта») и В. Житников (заместитель начальника управления ГРАУ). ЭМБП не подвели и на показе, обеспечив прорыв всех гранат, подлетавших к танку с самых разных курсовых углов, в том числе при разрыве ЭМБП на корме танка (этого, вообще-то не требовалось). Тем вечером запасам спирта испытателей пришел конец. Причины для ликования, действительно, были.
Во-первых, ФМГЧ и ПЭГЧ идеально вписывались в те габариты, которые «Базальт» мог выделить в гранатомете под вспомогательную гранату. Габариты излучателей можно было и еще уменьшить, но это не имело смысла, потому что их диаметры и так были меньшими, чем у подходящих по характеристикам взрывателей. Во-вторых, для вспомогательной гранаты требовался контактный подрыв, который мог обеспечить производившийся с 50-х годов отработанный и надежный взрыватель М-6 к минометным боеприпасам. В-третьих, перечень целей для нового оружия исчерпывался танками с САЗ, и эффективность ЭМБП при стрельбе по такой цели была продемонстрирована абсолютная.
В «пожарном» порядке была разработана малокалиберная (42 мм) реактивная граната «Атропус» и два варианта боевых частей к ней: на основе ФМГЧ и ПЭГЧ (ВМГЧ «отсеяли», поскольку он сложнее и дороже). Двигатель взяли от уже находящейся на вооружении ракеты.
…Новогодние праздники еще не закончились, когда меня 02 января 1995 г. вызвали в ГРАУ, на очередное совещание. Началась, причем неудачно, операция в Чечне и военное руководство пыталось пожарными мерами компенсировать изъяны в боевой подготовке войск, дав указание форсировать их оснащение новыми образцами оружия, не выделив на это финансирования и не очень поразмыслив над тем, какие из них действительно будут полезны в такой операции. Нелепость ситуации понимали и в ГРАУ, но приказ оставался приказом. Так или иначе, В. Базилевич дал обещание «за счет внутренних резервов» обеспечить производство реактивных гранат: «Атропус» и другой, крупного калибра — для борьбы с минами. Позиция Базилевича была достаточно ясна в том, что касалось «Атропуса»: это был логичный шаг к созданию гранатомета нового поколения, который предстояло разработать и без понуканий. С «противоминной» гранатой все было сложнее: противник устанавливал нажимные и натяжные мины, а кроме них — самодельные ловушки и диверсионные фугасы. Против мин с механическими взрывателями РЧЭМИ бессильно, а схем «самоделок» было великое множество, с самыми разнообразными исполнительными элементами (мобильниками, радиоуправляемыми игрушками, кухонными таймерами и пр.) и было неясно, что последует за облучением: то ли мгновенный подрыв, то ли временное, но непонятно, насколько длительное, ослепление. Для выяснения требовалось немалое время и средства, а без такой информации нельзя было даже написать инструкцию, как применять новое оружие.
Для «противоминного» ЭМБП нежелателен контактный подрыв, потому что прикопанные мины «напрямую» не могли быть облучены разорвавшейся на грунте гранатой, а значит, воздействующая на них плотность энергии РЧЭМИ была бы существенно снижена. Для подрыва на высоте в несколько метров, требовался радиолокационный неконтактный взрыватель (рис. 4.53) — вроде тех, что применяют в артиллерийских снарядах. Его антенна напоминает антенну старого телевизора: обе имеют по два «плеча», только плечи антенны взрывателя — неравные и изготовлены не из металлических трубок. Большее из них образовано металлическим корпусом снаряда, а меньшее — находится внутри самого взрывателя. Стрельбовой перегрузкой разрушается разделяющая компоненты батарей перегородка, и питание поступает в электронную схему. Эта схема — автодинная: антенна вначале излучает короткий импульс РЧЭМИ, потом она же «слушает» отраженный от приближающегося препятствия отклик. Снаряд быстро вращается, и определять направление наилучшего приема, как это делают при настройке телевизора, ни к чему: когда усредненные параметры отклика превосходят порог — срабатывает детонационная цепь.
Рис. 4.53
Неконтактные артиллерийские взрыватели. Во избежание разрушения при стрельбовой перегрузке, элементы схемы залиты компаундом
Подобный взрыватель и был нужен для боеприпаса разминирования, но перегрузка в канале артиллерийского ствола достигает 13000, а при выстреле из гранатомета — 6000, так что приведение батарей в действие во втором случае не гарантировалось. Кроме того, чтобы исключить возможность подрыва снаряда в опасной близости от орудия, взрыватель взводится с задержкой — небольшой для условий артиллерийской стрельбы, но сравнимой с характерным подлетным временем реактивной гранаты. И, наконец, артиллерийскому взрывателю цельнометаллический корпус снаряда служит элементом антенны, а сделать таким корпус ЭМБП нельзя, так как станет невозможным выход РЧЭМИ. Все эти проблемы можно было решить, но разработчики взрывателей заявили: необходимо создание нового изделия, что займет не один год. Это была обоснованная позиция, я вновь посетил ГРАУ, где был сочувственно выслушан, но проинформирован: «Решение принято не на нашем с тобой уровне, машина запущена, и ее не остановить». Базилевич разделял мои опасения, но считал, что противоминный вариант «рассосется». Дальнейшие события подтвердили его правоту.
Первоочередная реализация противоминного варианта была нежелательной потому, что именно от первого образца всегда ожидают наглядной демонстрации эффективности нового оружия. Поскольку минные поля могли состоять из различных, в том числе механических мин, возможны были подрывы техники, преодолевающей «разминированные» излучением проходы. Нареканий (пусть несправедливых) в подобных случаях не избежать.
ЭМБП могли «прозвенеть» не при разминировании, а там, где роль электроники витальна, то есть в маневренных видах боя. Если мины выходили из стоя на несколько минут, то совершенно иные — в сотни миллисекунд — длительности ослепления необходимы для срыва атаки ракеты класса «воздух-воздух». Плотности энергии РЧЭМИ, для такого применения требуются тоже меньшие. Еще более ценно, что, в отличие от зрелищно разлетающихся в разные стороны от самолета инфракрасных ложных целей (рис. 4.54), РЧЭМИ эффективно против ракет с любым принципом наведения, что тоже было подтверждено. Кроме уже продемонстрированного «Атропусом» преодоления активной защиты танка, можно было привести и другие примеры боевых ситуаций, в которых возможности ЭМБП проявились бы вполне:
• оборона корабля от низколетящей ракеты (при автоматической стрельбе малокалиберными ЭМБП в упрежденную точку моря перед ракетой с последующим короткозамедленным подрывом рикошетирующих снарядов, что сделало бы ракету «слепой»);
• прикрытие боевых блоков МБР на конечном участке траектории (требуемая длительность временного ослепления канала подрыва противоракеты — десятки миллисекунд);
• защита от самоприцеливающихся боеприпасов в фазе поиска ими цели.
Рис. 4.54
Электромагнитные боеприпасы могли бы решать задачи защиты самолетов от ракетных атак, подобно тому, как это делается при применении ложных инфракрасных целей (слева) или довольно громоздких, сковывающих маневр буксирующих их самолетов, генераторов радиочастотного излучения (справа)
Иными словами, рациональным эффектом применения ЭМО является функциональное поражение цели на такое время, чтобы она не смогла выполнить свою боевую задачу. Это время зависит от длительности цикла обработки информации целью. Эта длительность может служить масштабом эффектов воздействия:
— короткое последействие — перегрузка электронных цепей в течение времени, равного длительности одного или немногих циклов обработки информации — незначительно влияет на вероятность выполнения целью боевой задачи ввиду того, что выработка команд производится по накоплении информации за довольно большое число циклов;
— временное ослепление — перегрузка в течении времени, значительно превышающего длительность цикла обработки информации, существенно снижающая вероятность выполнения целью боевой задачи, как это было проиллюстрировано на примере с САЗ;
— стойкий отказ.
Механизм воздействия РЧЭМИ на полупроводниковые приборы к моменту написания этой книги не вполне ясен. Попытка его описания сделана Л. Алтджильберсом, указавшим, что при протекании импульсных токов возможны следующие эффекты:
— утрата диодами выпрямительных функций;
— интермодуляционные искажения;
— «запирание» микросхем при накоплении в них объемного заряда;
— тепловой пробой (при воздействии сравнительно длительных (микросекундных) импульсов);
— электрический пробой (при воздействии наносекундных и более коротких импульсов).
Вследствие утраты диодами своих функций, подвергаются воздействию и другие элементы. Воздействие возможно также через паразитные связи, наводки на соседних кабелях, путем ударного возбуждения колебаний на различных резонансных частотах. Подобный сигнал преобразуется в «видеоимпульс» нелинейными устройствами, такими как биполярные транзисторы, и, благодаря своей аномальной мощности, вызывает срыв передачи данных, сброс информации, а в некоторых случаях — приводящие к повреждениям наиболее чувствительных элементов перегрузки.
Ясно, что данное описание может объяснить наблюдавшиеся эффекты лишь на качественном уровне и далеко не все. Так, например, указанными выше причинами нельзя объяснить зарегистрированное однажды восстановление работоспособности электроники спустя несколько суток после воздействия РЧЭМИ.
Остро необходимыми стали не только научно-технические решения, но и дидактическая деятельность — разъяснение особенностей нового оружия и рациональных приемов его боевого применения.
…Одна из основ электродинамики — теорема взаимности: любое устройство принимает волны данной частоты с данного направления тем эффективнее, чем эффективнее оно излучает на той же частоте, в том же направлении (а излучает любая электроника, даже и не предназначенная дня этого). Так, например, радар принимает/излучает остронаправленно только на «своей» частоте (правда, всегда существуют и боковые лепестки). Чем больше частоты воздействующего излучения отличаются от рабочей, тем более вырождается диаграмма (рис. 4.55): число максимумов растет, а их отличия от минимумов уменьшаются.
Простота «вырожденной» диаграммы обманчива, потому что иллюстрирует интегральную эффективность приема. Но в сложном электронном устройстве функционирует множество контуров и у каждого из них — своя резонансная частота, зачастую существенно отличающаяся от рабочей частоты устройства. Даже при незаметных поворотах цели и источника сверхширокополосного излучения взаимодействие их частных диаграмм направленности приводит к калейдоскопу эффектов, где каждая последующая «картинка» не похожа на предшествующую.
Рис. 4.55
Диаграмма излучения/приема, типичная для радиолокатора: а) остронаправленная, для рабочей частоты; б) для частот, на порядок отличающихся от рабочей
Казалось бы, самый выгодный вариант — поражение цели излучением ее рабочей частоты, которое преобразуется в приемных трактах очень эффективно. Громогласные авансы дальностей поражения в километры это подразумевают, хотя обычно стараются обойти молчанием факт, что многие цели оснащены не имеющими отношения к радиолокации головками самонаведения (телевизионными, инфракрасными и прочими). Что же касается целей с радиолокационными головками самонаведения, то уровни их поражения излучением их же рабочей частоты минимальны, это правда, но такая, что «хуже всякой лжи». Для этого надо очень точно совместить пучок РЧЭМИ и крайне узкий «главный лепесток» антенны головки, иначе дальность поражения упадет даже не в разы, а на порядки. Борьба с управляемыми ракетами на их собственных рабочих частотах потребует воспитания военнослужащих в духе кодекса Бусидо [92]: ослепить в этой ситуации можно лишь ракету, «смотрящую прямо в глаза», остальные придется пропустить, потому что облучать их «со стороны» бесполезно: нельзя попасть в главный лепесток. Но даже и ослепленную в нескольких километрах от позиции ракету следует «ждать в гости» спустя секунды; промах ее по ранее захваченной цели будет небольшим, а боевая часть и ударный взрыватель — исправны.
Можно, конечно, восславить «безумство храбрых», но, скорее всего, каждый из восславленных предпочел бы стрелять ЭМБП. Во-первых, сделать это можно «из-за угла», наплевав ради безопасности на рыцарские манеры; во-вторых — дальность стрельбы определяется не рассеянием РЧЭМИ, а возможностями носителя ЭМБП, соответственно и цель может быть выведена из строя на большей дистанции, а значит — менее вероятно попадание уже неуправляемой ракеты в обороняемый объект.
Электроника играет главную роль не только в наведении ракет, но и во многих других процессах боя, и научиться предсказывать ее «поведение» — весьма важно. Пока не известны модели, надежно описывающие реакцию сколько-нибудь сложного электронного устройства на облучение сверхширокополосным РЧЭМИ, а она может быть различной: наложение эффектов в нескольких контурах, самопроизвольное восстановление некоторых схем спустя иногда миллисекунды, а иногда — часы и даже дни.
Для наработки данных о таких эффектах требовалось столько ЭМБП, что опытному производству выпуск их был не по силам. По-спорьем стал источник РЧЭМИ со сверхпроводниковым коммутатором — опять же результат попытки помочь друзьям.
… Попросил о помощи В. Слепцов из НИИ вакуумной техники: он хотел определить критические токи в создаваемых его лабораторией высокотемпературных сверхпроводниках — микронной толщины пленках из YBa2Cu3O7 , нанесенных на подложки из искусственного сапфира. Как предполагал Слепцов, токи, при которых такие пленки должны переходить из разряда сверхпроводников в плохие изоляторы, составляли килоамперы. Но скачки сопротивления ведут к скачкам тока в контуре, что не может не сопровождаться существенным изменением магнитного момента, второй производной которого по времени, как известно, пропорциональна мощность РЧЭМИ…
Ценность источника с переключателем из сверхпроводника, помимо простоты (рис. 4.56), заключается в том, что излучает он тоже сверхширокополосное РЧЭМИ, но его можно сделать невзрывным (например, получив импульс тока в соленоиде от кабельного формирователя), и в этом качестве использовать для исследований стойкости электроники в лабораторных, а не полигонных условиях. Многие образцы электроники, подтвердившие ранее свою стойкость к ЭМИ ЯВ, выходили из строя при воздействии сверхширокополосного импульса РЧЭМИ: принимая во внимание различия в спектральном составе излучения, такой результат можно было предвидеть.
Рис. 4.56
Схема излучателя с переключающим элементом из сверхпроводника и элементы «сверхпроводникового» излучателя: соленоид с подводящими кабелями (их много — чтобы снизить сопротивление) и кольцо из сверхпроводника. Одновитковый соленоид из меди 1 окружает кольцо 2. Оба погружены в жидкий азот 3, где кольцо обретает сверхпроводимость. Источник тока формирует в соленоиде 1 импульс с коротким (в сотню наносекунд) фронтом. Индуктивность соленоида вначале мала, потому что внутри него находится сверхпроводящая вставка, поэтому возрастание тока определяется только возможностями формирователя. Магнитное поле сосредотачивается в узком зазоре между сверхпроводником и соленоидом: в сверхпроводник оно не может проникнуть, потому что там индуцируется ток, полностью его компенсирующий, а в соленоид из меди хоть и проникает, но медленно. Когда ток в сверхпроводнике превышает критическое значение, возникает фазовый переход, по одну сторон которого пленка еще сверхпроводящая, а по другую — проводит плохо. Фронт перехода двигается от периферии кольца к его оси. Как оказалось, скорость этого движения довольно велика (десяток километров в секунду или сантиметр в микросекунду), но слабо зависит от индукции внешнего магнитного поля. Это позволяет за те доли микросекунды, пока магнитное поле «ест» сверхпроводимость кольца шириной в несколько миллиметров, успеть «накачать» существенную энергию в соленоид. Когда же фронт фазового перехода достигает внутренней границы кольца, ток, а значит, и магнитный момент меняются очень быстро и эмиссия РЧЭМИ существенна, хотя и уступает по мощности излучению ЦУВИ почти два порядка
…Одним из парадоксов электромагнитного оружия является то, что создавать чересчур мощный и одновременно малоразмерный источник РЧЭМИ бессмысленно — может произойти пробой [93] (рис. 4.57) среды, где распространяется излучение.
Рис. 4.57
Слева — пробой воздуха моночастотным РЧЭМИ однократно сработавшего вакуумного источника И-3000 (снято в темноте камерой с открытым затвором, рупорная антенна расположена слева). Снимок предоставлен В.Д Селемиром и В.А. Демидовым
Пробой происходит в том случае, когда свободные электроны успевают за время между столкновениями с нейтральными молекулами получить от электрической компоненты РЧЭМИ энергию, достаточную для ионизации атома такой молекулы. Далее происходит процесс лавинообразного размножения заряженных частиц (и электронов, и ионов), то есть образование плазмы.
При нормальных условиях свободных электронов в воздухе практически нет: они «прилипают» к молекулам кислорода, углекислого газа и паров воды, конфигурация электронных оболочек которых такова, что присоединение электрона энергетически выгодно. Однако энергия связи электрона в отрицательном ионе мала (десятые доли электронвольта) и в сильном электрическом поле отрицательные ионы «отдают» в столкновениях свои электроны.
И на образование электронов, и на ионизацию, и на разогрев плазмы расходуется энергия, а ей просто неоткуда взяться, иначе как быть «отобранной» у поля. Поэтому-то «избыточная», превышающая пробивную, напряженность электрической составляющей РЧЭМИ (на правом рисунке выделена красным цветом) быстро убывает. Когда, наконец, напряженность становится меньше пробивной, она убывает куда как медленнее — обратно пропорционально расстоянию от источника.
В приведенном примере самая мощная амплитуда примерно втрое превышает первую из тех, что не вызывают разряд. Мощность РЧЭМИ пропорциональна квадрату напряженности, из чего следует, что около 90 % энергии импульса было израсходовано на бесполезный «фейерверк». Иными словами, за исключением зоны разряда, такую же плотность мощности на равных расстояниях может создать на порядок менее мощный источник РЧЭМИ.
Если бы в поле снимка оказалось изображение какого-нибудь предмета с известными размерами, то оказалось бы возможным получение важной информации: по расстояниям между плазмоидами — о длине волны генерируемого РЧЭМИ, а по расстоянию, на котором разряды затухают — о его мощности. Для пробоя, вызванного не моночастотным, а сверхширокополосным РЧЭМИ, разделения плазмоидов не наблюдается
Пробивная напряженность тем выше, чем короче импульс РЧЭМИ (рис. 4.58), так что, применяя источник, формирующий короткие импульсы, можно получить и выигрыш в эффективности действия по цели и сделать устройство более энергоемким. Но в любом случае явление пробоя связывает размеры источника и его мощность: чересчур мощный и малогабаритный источник приходится снабжать длинным рупором или ставить дополнительный слой изолятора, искусственно увеличивая его размер, чтобы не допустить бесполезного нагрева плазмы излучением!
Рис. 4.58
Уровни плотности потока мощности и энергии импульса РЧЭМИ, приводящие к пробою чистого, сухого воздуха при нормальном атмосферном давлении на уровне моря. Далее, в пояснениях к критерию «Тысяча длин или радиусов», для краткости упоминается лишь одна из приведенных на графике величин, но подразумевается, что источник максимально форсирован (для импульса формируемой им длительности как плотность энергии, так и плотность потока мощности РЧЭМИ на его поверхности близки к пробивным значениям)
… Поразить цель — танк, боевой блок — можно, либо точно попав в нее подкалиберным снарядом, кинетическим перехватчиком, либо не попав, но доставив достаточно близко боеприпас, рассеивающий свою энергию во все стороны: нейтронную боеголовку, мощную авиабомбу.
Если в цель должно попасть излучение направленного источника, то его необходимо наводить. Кроме того, пучок формируемого им
РЧЭМИ надо сузить — чтобы добиться максимальной дальности поражения. Сужение пучка неизбежно приведет к тому, что на выходе источника плотность энергии РЧЭМИ приблизится к пробивному значению для окружающего воздуха и далее суживать пучок станет возможным, лишь наращивая длину рупора (например, для двукратного повышения дальности поражения — более чем вдвое).
Сделаем обратный ход: расширим до предела диаграмму направленности. Абсолютные значения дальности поражения при этом уменьшатся, но исчезнут необходимости в искусственном увеличении габаритов, в наведении источника на цель.
Пробой — фундаментальное ограничение, с которым ничего нельзя поделать, и, как угодно изменяя конструкцию источника РЧЭМИ, невозможно устранить связь не только его размеров с мощностью, но тех дальностей поражения электроники, которые можно ожидать при боевом применении (рис. 4.59). В чистом, сухом воздухе на уровне моря цель средней стойкости поражается на дальности, не превышающей тысячу размеров источника (R<1000r) [94]. даже если плотность энергии РЧЭМИ на его поверхности максимально возможная — пробивная.
Рис. 4.59
Если пробоя нет, то плотность потока мощности/энергии РЧЭМИ ослабляется пропорционально квадрату расстояния (как в источнике, так и вне его), значит, и максимальная дальность поражения (R) жестко связана с размером источника (r) и отношением плотностей энергии РЧЭМИ: максимально допустимой — пробивной ((Dd) к минимально необходимой для требуемого воздействия на цель (Deff):
Для направленных источников РЧЭМИ в качестве «r» выступает длина, для изотропных «r» — радиус
Для ЭМБП калибра 130 мм оценка в «тысячу радиусов» дает максимальный радиус поражения 65 м, примерно равновероятного по направлениям. Этот радиус на порядок превышает тот, в пределах которого разрывом 130-мм осколочно-фугасного снаряда уничтожается крылатая ракета. А вот дня направленных источников РЧЭМИ оценка в «тысячу длин» полна трагизма: они проиграют в дальности поражения равным им по габаритам огневым средствам, например — той же автоматической пушке.
Обычно эти пояснения быстро надоедали высокопоставленным собеседникам и следовала реплика: «Ну и что?». Законы жанра требуют заинтересовать чем-то близким, дорогим и понятным.
Из, казалось бы, отвлеченных физических рассуждений, вырисовывался облик того, что предлагалось заказчикам.
• ЭМБП следует применять в залпе, потому что облучение цели с разных направлений делает более вероятным совпадение лепестков излучения и приема на частотах, к которым цель наиболее чувствительна, да и воздействие на полупроводниковый элемент последовательности токовых импульсов вызывает его деградацию при меньшей интегральной энергии, чем это имеет место для единичного импульса.
• Применять ЭМБП следует в первом ударе, чтобы ослепить противника и обеспечить возможность в дальнейшем добить его огневыми средствами. Отличия ЭМБП от других средств радиоэлектронной борьбы проявляются в том, что цель не может избежать поражения ЭМБП, сменив свою рабочую частоту и даже вообще прекратив работу: токи при воздействии РЧЭМИ наводятся и в выключенной аппаратуре. Цель не становится вновь работоспособной сразу при прекращении облучения, в то время как при подавлении помехами дело обстоит именно так.
• Применение ЭМБП эффективно против рассредоточенных целей, таких как летящий на танковую колонну «рой» кассетных само-наводящихся элементов; при этом подрыв всей завесы ЭМБП можно осуществить одновременно от датчиков облучения, реагирующих на срабатывание любого из ЭМБП, составляющих завесу.
• Габариты ЭМБП допускают размещение их на самых массовых носителях, таких как снаряды ствольной и реактивной артиллерии, оснащение которых ЭМБП обнаружить техническими средствами разведки невозможно. Не главные, но дополнительные поражающие факторы взрывных источников — ударная волна и осколки: в чрезвычайной ситуации ЭМБП можно использовать и как боеприпасы общего назначения. Им можно даже намеренно придать, например, функции бронебойных, разместив в том же ВМГЧ в торце трубы со взрывчаткой медную воронку для образования ударного ядра. Но все же ЭМБП не могут вытеснить из арсеналов огневые средства: признаки поражения после воздействия РЧЭМИ неочевидны и наиболее важные цели необходимо добивать. ЭМБП — обеспечивающие боеприпасы, позволяющие сократить наряд сил и средств, необходимых для достижения целей операции.
Если пояснения особенностей и перспектив нового оружия были достаточно понятными, а, главное, краткими, они вызывали интерес, но требовали преодоления стереотипов: дело в том, что каждая существующая система оружия оптимизировалась для поражения определенного класса целей, мало отличающихся по уязвимости традиционными поражающими факторами. Например, самолеты и крылатые ракеты поражаются воздушной ударной волной с примерно одинаковым давлением и в осколочных полях с примерно равными плотностями энергии. Для РЧЭМИ же, как поражающего фактора, существует своя шкала стойкости целей. Так, две модификации однотипной ракеты, одна — с радиолокационной, другая — с инфракрасной головкой самонаведения, поражаются ударными волнами равной интенсивности, а по стойкости к излучению — могут различаться на порядок и более. Это не должно вызывать удивления: мир традиционных систем оружия обязан своим многообразием тому факту, что для уничтожения одной цели хватает пистолетной пули с кинетической энергией в десятки джоулей, а для другой недостаточно и бронебойного снаряда с энергией, в миллион раз большей. Когда воздействующие плотности энергии РЧЭМИ снижаются, функциональное поражение становится вероятностным, зависящим от расположения точки подрыва ЭМБП. Но ведь и дня осколков, с увеличением дистанции от подорванного боеприпаса, сплошное поражение целей вырождается в вероятностное.
…За «выходом на арену» ЭМБП угрюмо наблюдала могущественная команда сторонников направленных источников РЧЭМИ.
Такие источники создаются на основе вакуумных трубок, в которых движутся электроны. Если движение не равномерно-прямолинейное, оно происходит с ускорением, и, как читатель уже знает, в случае заряженных частиц — с излучением. В виркаторе (рис. 4.60) РЧЭМИ генерируется при колебаниях объемного заряда электронов. Все это возможно лишь в вакууме, где электронам не мешают столкновения с молекулами, но абсолютного вакуума добиться нельзя и, благодаря столкновениям электронов с остаточными частицами в объеме трубки, их поток становится видимым: это — красивое голубоватое свечение.
Рис. 4.60
Вверху — лабораторный макет и схема виркатора мощностью менее мегаватта. Между эмиттером Э и сеткой С импульсом высокого напряжения формируется электронное облако — виртуальный катод ВК. Электроны ускоряются к сетке, затем замедляются, пролетев сквозь ее ячейки, и колеблются далее относительно сетки вплоть до нейтрализации заряда. Внизу — снятое в темноте свечение плазмы, образовавшейся на эмиттере виркатора при микровзрывах острий в электрическом поле высокой напряженности
Но на рис. 4.60 изображен сравнительно маломощный лабораторный макет излучателя, а для генерации РЧЭМИ мощностью в гигаватты нужно много электронов, и эмитгирует их плазма от микроострий, «взрываемых» электрическим полем высокой напряженности. Нужные плотность микронеровностей и проводимость получаются, например, на сломе графита, и, увидев в лаборатории кучу выпотрошенных карандашей, можно предположить, что их грифели использованы в эмиттере. Но главное — надежная изоляция источника: для эмиссии этого типа необходимо напряжение около мегавольта. Изоляция и определяет габариты: кубометры. Отношение энергии импульса РЧЭМИ к объему у источников вакуумной электроники мало (10-6 Дж/см3) [95], но зато вакуумный излучатель может срабатывать многократно. Малый разброс энергий электронов, узкий диапазон частот позволяют формировать остронаправленное излучение, но всегда будут и боковые лепестки, опасные для системы наведения этого источника.
Ясно, что, чем мощнее оружие, тем больше его габариты, но мастодонты с вакуумными источниками РЧЭМИ превосходят размерами и орудия особой мощности (рис. 4.61), а ограничение, накладываемое пробоем воздуха, не сулит перспектив их уменьшения. Едва способные передвигаться «электромагнитные пушки» быстро обнаружила бы техническая разведка противника, вскрыв замысел операции. К тому же пучок РЧЭМИ не заставишь искривиться, а на прямой наводке такое оружие прозвища «Прощай, Родина» не избежит. Да и поразить противника у него будет немного шансов, потому что если от обычного снаряда защищает броня, то от РЧЭМИ — листва, и полей сражений, где нельзя укрыться в ближайшем кустарнике, найдется немного.
Разработчикам направленных источников и их влиятельным покровителям, понятно, не понравилась оценка в «тысячу длин»: максимальная дальность поражения крылатой ракеты излучателем длиной в 1 м — не более 1 км [96]. Их наиболее сильным контраргументом был такой: в США разрабатываются мощные направленные излучатели РЧЭМИ и предполагается их военное применение — довод скорее эмоциональный, чем рациональный, тем более что дальности поражения ЭМБП электроники в несколько десятков метров были уже привычны военным, а вот сторонникам направленных источников продемонстрировать дальности поражения, даже близкие к километру, не удавалось.
Рис. 4.61
Виркатор гигаваттной мощности Техасского технологического университета
Но не всегда исход противостояния решают, как говаривал Остап Бендер, «медицинские факты», иногда в качестве аргументов идут в ход и мифы. Так, в дни конфликта в Югославии во влиятельной газете «Независимое военное обозрение» можно было прочитать: «На вооружении США — электромагнитные бомбы, разрушительное действие которых сравнимо с электромагнитным импульсом ядерного взрыва. Этот импульс способен вывести из строя всю электронную технику в радиусе десятков километров… Однако из-за маневренных действий югославской ПВО применение данного оружия не зафиксировано». В те дни собеседник с большими звездами на погонах сравнивал радиусы поражения: «у них — десятки километров, а у тебя — десятки метров». Довод, что «их» данные дня источника разумных размеров нереальны из-за пробоя воздуха, был отметен: «Ядерный заряд не намного больше твоих боеприпасов!» Впрочем, оппонент был достаточно эрудирован, чтобы признать: ЭМИ ЯВ исходит не из заряда. Условия его генерации — из плазмоида многокилометровых размеров — куда менее жесткие, чем в ЭМБП. «Ну и создай такой же плазмоид, что тебе мешает?» — последовало далее. Знание числа «жестких» гамма-квантов (1023 на килотонну тротилового эквивалента), испускаемых при ядерном взрыве, позволило по минимуму оценить, что энергии на подобный процесс потребуется на много порядков больше, чем содержится в ВВ, которым может быть снаряжен боеприпас разумных размеров. Энергообеспечение эффекта могло быть только ядерным. Речь зашла о продуктах реакций, радиационных поражениях людей — явных признаках эволюции войны в ядерную — и спор стал увядать. Аргумент, что войскам не страшен ответный ядерный удар даже мегатонного класса мощности, не прозвучал: то, что немыслимая маневренность сербской ПВО существует лишь в фантазиях журналистов, генералу было известно лучше, чем мне.
Часто для отделения зерен от плевел нужен лишь здравый смысл. Например, в газете «Военно-промышленный курьер» № 40, 2004 г., декларировалась способность устройства массой 5 т излучаемой мощностью 500 МВт поражать высокоточное оружие (ВТО) на дистанции 10 км. Через строку — данные о том, что устройство с массой в 1,5 т и на четыре порядка менее мощное (10 кВт) эффективно на дистанции 500 км. Излучение в десятки киловатт типично для РЛС кораблей и самолетов, но ни в авиации, ни на флоте не отмечалось случаев, когда «жгли» друг друга работавшие на расстояниях в 500 км РЛС. Они мирно соседствуют за сотни метров друг от друга на мателотах [97] или на аэродромах.
И за рубежом заинтересованные фирмы время от времени тужились продемонстрировать перспективность военного применения электровакуумных излучателей. В ходе операции «Буря в пустыне» крылатые ракеты, несущие виркаторы, прорывали иракскую ПВО. Энергия для питания источника отбиралась от двигателя ракеты. Маршевый полет при этом невозможен: ракета падала, как только начинал работать источник, зато он успевал «выдать» несколько десятков импульсов излучения. Но и реализация основного преимущества электровакуумного излучателя — способности к многократным срабатываниям — по-видимому, помогла мало, что следовало из унылого: «… Результат не удалось выявить в связи с использованием против РЛС и других средств» (рис. 4.62). Неизвестно, насколько внятно разработчики электромагнитного «Томахока» растолковали военным особенности своего оружия, но изъяны в сценарии боевого применения «резали глаз»: если что и вышло у иракских радаров из строя, так это — приемные тракты, но работать-то на излучение РЛС продолжали, а значит — фиксировались электронной разведкой, как действующие. Выбора у офицеров управления, кроме как добить «Хармами» [98] позицию ПВО, признаков поражения которой они не наблюдали, не было.
Рис. 4.62
Поражение РЛС наводящейся на ее излучение авиационной ракетой. Ракета может «захватить» как главный лепесток диаграммы направленности РЛС, так и (как в данном случае), один из боковых
Победители в следующей иракской кампании как-то неуверенно прогнусавили о дебюте управляемой электромагнитной бомбы (с виркатором и СВМГ) весом около 2 тонн (рис. 4.63). Ее сбросили 26 марта 2003 г. на телецентр Ирака, прекратив вещание более чем на час. Применение направленного источника в боеприпасе противоречиво: во-первых, такой источник надо наводить на цель, а наличие системы наведения существенно повышает стоимость изделия; во-вторых, поскольку в СВМГ используется ВВ, его срабатывание однократно и не реализуется возможность длительной работы электровакуумного излучателя. Малиновый звон о радиусах поражения в десятки километров не звучал: бомба была управляемой, а значит — вероятное отклонение директрисы облучения от точки прицеливания — меньше десятка метров. Вопрос, на какое время прекратилось бы вещание после попадания управляемой «двухтонки», но — фугасной, отечественные оппоненты воспринимали болезненно, как издевку, но тут же слащаво улыбались, потому как знали «неотразимый» ответ-вопрос: «Так что ж, по-вашему, американцы — дураки, что ли?».
Боже упаси. И не думал автор покушаться на лавры задорного смехача, возлюбленного в высоких кабинетах и получившего посему возможность неограниченной пропаганды означенного утверждения в своих «юмористических» сольных концертах.
Тем более, в тех же высоких кабинетах получил благословение и «наш ответ». Не такой, как в двадцатые годы — самолет с кукишем вместо кока пропеллера, а — с нежным, лирическим именем «Доверие»: тысячи направленных источников РЧЭМИ должны были сфокусировать свои лучи перед летящим боевым блоком и встряхнуло бы очутившийся в плазме боевой блок, да так, что развалился бы оный от подобной встряски.
Рис. 4.63
Схема управляемой авиационной бомбы на основе виркатора и взрывной системы его энергообеспечения
А «там, у них» — тоже готовили «ответ»: направленный источник РЧЭМИ воздушного базирования, презрев, что потенциал пробоя воздуха с высотой снижается, значит, будет низка и начальная плотность энергии РЧЭМИ на выходе источника, а уж до цели на земле дойдет пучок, вполне для нее безопасный.
… Направленные излучатели не бесполезны, но они, как и любое другое оружие, могут быть эффективны в ситуациях, где их достоинства используются максимально, а недостатки не так уж важны. Для них приемлемы, например, полицейские задачи: продолжительное — пока есть солярка в генераторе — «отпугивание» демонстрантов на дистанции в сотню метров легкими ожогами. Полицейская машина (рис. 4.64) может быть и неповоротливой: на демонстрации не приходят, захватив из дома гранатомет, в противном случае для такого мероприятия надо подобрать иное название.
Многократно срабатывающий вакуумный источник может прикрыть бронетехнику с углов, близких к вертикали — оттуда стреляют ударными ядрами высокоточные боеприпасы. Рассеяв излучение в пределах нужного телесного угла, можно долго оборонять танк, временно ослепляя подлетевшие боеприпасы.
Там, где счет времени не идет на минуты (как идет он у прорывающего оборону подразделения), а минное поле не простреливается противником, нет смысла и ослеплять неконтактные мины с помощью ЭМБП: это дорого, да и боеприпасы лучше приберечь для боя. Выход — в создании машины разминирования с «долгоиграющим» источником РЧЭМИ (рис. 4.65).
Рис. 4.64
На левом снимке — «Молчаливый страж» (The Silent Guardian) — полицейский автомобиль с источником РЧЭМИ, разработанный фирмой «Рейтеон» (США) и предназначенный для разгона демонстрантов. Справа — российская машина «Ранец», предназначенная для постановки помех. Габариты машин немалые, но ни одна из них не продемонстрировала способность выводить из строя электронику на километровых дальностях
Что же касается «электромагнитных пушек» — иногда хочется воскликнуть «Сам сказал!», адресовав реплику Марка Туллия Цицерона адептам этого направления, с гордостью вещающим:
«В последние годы в России были достигнуты серьезные успехи в разработке стационарных исследовательских генераторов, создающих высокие значения напряженности магнитного поля и максимального тока. Подобные генераторы могут послужить прообразом электромагнитной пушки, дальность действия которой может достигать сотен метров и более…» («Независимое военное обозрение», № 32, 2006 г.)…
…Стихией электромагнитного оружия является высокотехнологичная война, с широким применением электроники, а не «контртеррористические операции», в которых основным аргументом сторон является стрельба из ручного оружия, реже — огонь артиллерии. Пока ЭМБП приходится ждать своего часа, как пришлось ждать его черному пороху, потом — бездымному, потом тротилу, потом — гек-согену. Но энергетические возможности химических ВВ, по-видимому, исчерпаны. Процессы преобразования их энергии в традиционные поражающие факторы тоже достаточно хорошо изучены, так что кардинального скачка в этой области могут ожидать лишь сугубые оптимисты. Правда, куда как большие энергетические возможности таятся в ядерных реакциях, но отрицательные экологические последствия применения ядерного оружия свели до минимума вероятность возникновения ситуаций, реально оправдывающих его использование.
Рис. 4.65
Слева — разминирование неконтактных мин вакуумным излучателем, работающим в частотном режиме. Обратите внимание на соотношение размера источника РЧЭМИ и расстояния, на котором его излучение вызвало подрыв мины. Справа — опытный образец такой системы разминирования, созданный германской фирмой Rheinmetall на базе автомобиля высокой проходимости «Унимог» (излучатели установлены на бампере)
А вот радиоэлектронная борьба эволюционировала за последние годы из обеспечивающего вида боевых действий в основной, ее роль особенно возросла в скоротечных операциях. Возможности повышения могущества боеприпасов заключаются в изменении выбора целей
— поражении высокотехнологичных электронных средств, быть может, и хорошо защищенных от механических повреждений, но вряд ли столь же стойких по отношению к РЧЭМИ, поскольку его прием им функционально необходим.
Единичные случаи боевого применения ЭМБП не связаны с громкими победами, но подождем со скепсисом: наступление первых танков осенью 1917 г. тоже было «негромким» — взять Флескье англичанам не удалось, несмотря на оставленные на поле боя 60 чадивших остовов «сухопутных дредноутов». После того боя шли годы, такие теоретики, как У. Фуллер, создавали для танков внешне логичную тактику, подобную морской, с «базами» и «эскадрами», но лишь через два с лишним десятилетия, когда машины повел в бой настоящий знаток — моложавый, с щеточкой усов генерал Хайнц Гудериан, — осенила себя триумфальным венком танковая броня…
…Научно-популярные книги часто завершают эффектным дидактическим назиданием: мол, немедленно — «учиться, учиться и учиться», или другой цитатой из классика. Но, как наверняка заметил читатель, автор относится к поучениям без пиетета, находя, что труды большинства «властителей дум» содержат свидетельства беспорядочных, противоречивых тычков мысли. Так что завершение книги цитатой не гармонировало бы с остальным содержанием: описанием физических явлений и их применений. Насколько это описание было увлекательным — судить читателю.
5. Об авторе и его книгах«Александр Прищепенко родился в Москве, Россия, 04 ноября 1948 года. Выпускник Московского инженерно-физического института 1972 г. Кандидатская степень по экспериментальной физике присвоена в 1984 г., докторская — в 1991 г. Член-корреспондент Академии военных наук России (с 1997 г.).
Основные работы посвящены: нейтронным генераторам для ядерного оружия; боеприпасам объемного взрыва; ионной кинетике в плотных газах; электронике больших токов; взрывным источникам микроволнового излучения. В настоящее время — заместитель директора по научной работе [99] предприятия «Сириус», Москва». «Jane’s Infrastructure Security 2000»
«В июне 1994 года А.Б. Прищепенко опубликовал статью об устройствах прямого преобразования — взрывомагнитных генераторах с малоемкостными нагрузками, которые излучали РЧЭМИ в диапазоне частот от мегагерц до десятков гигагерц. Прищепенко назвал эти устройства электромагнитными боеприпасами (ЭМБП). Прямое преобразование не предполагает наличие такого источника излучения, как виркатор, энергия непосредственно передается от взрывного источника тока антенне. Размеры таких устройств — от бейзбольного мяча до 105-мм артиллерийского снаряда. В статьях описаны несколько типов ЭМБП, некоторые из которых не нуждаются во взрывомагнитных генераторах как источниках первичной энергии.
Типы ЭМБП
Как отмечалось выше, существует несколько отличных друг от друга типов ЭМБП. Они образуют отдельный класс, поскольку используют энергию взрыва, генерируют электромагнитную энергию и объединены общностью применения. Для обозначения этих устройств используют названия, данные им Прищепенко, а именно:
• взрывомагнитный генератор частоты;
• имплозивный генератор частоты;
• цилиндрический ударно-волновой источник;
• сферический ударно-волновой источник;
• пьезоэлектрический генератор частоты;
• ферромагнитный генератор частоты;
• сверхпроводниковый формирователь волны магнитного поля.»
L.L. Altgilbers, Marc D.J. Brown, Bucur M. Novae etal. “Magnetocumulative Generators” Springer. NY, Berlin, Heidelberg, 1999. ISBN 0-387-98786-X
«В этой статье доктор А.Б. Прищепенко, изобретатель ряда компактных радиочастотных электромагнитных боеприпасов, описал, как эти боеприпасы могут воздействовать на различные цели… В конце 2000 года Джеймс О’Брайон, заместитель директора департамента оценок и испытаний министерства обороны США, заявил в интервью: „Мы стараемся проследить, что они делают такого, что может нанести нам вред…“ Британский журнал „Нью Сайентист“ (167, № 2245, с. 20) от 01 июля 2000 г. опубликовал популярную статью на эту тему, в которой писал: „Встревоженные этими русскими достижениями, британские ученые с предпринимают попытки создать собственную электромагнитного оружия…“ Andrew Hiles. „Enterprise Risk Assessment and Business Impact Analysis. Best Practices“. Rotstein Associates Inc. ISBN 1-931332-12-6.
«В 1994 году А.Б. Прищепенко представил доклад на конференции во французском городе Бордо. В докладе он описал боеприпасы с прямым преобразованием радиочастотной энергии. Эти устройства теперь часто называют „устройствами Прищепенко“. Доклад привел к переклассификации электромагнитного оружия на устройства прямого преобразования и электронные… В соответствии со взглядами доктора Прищепенко, и эффекты воздействия радиочастотных излучений на цели должны классифицироваться в зависимости от того, какое влияние они оказывают на выполнение целью боевой задачи. Компьютерами систем оружия информация обрабатывается циклично и, по Прищепенко, когда нарушается их функционирование в течение немногих таких циклов, имеет место „короткое последействие“.
Такой эффект не сказывается фатальным образом на функционировании головки самонаведения ракеты, поскольку она вновь может захватить цель, но последовательность подобных эффектов может и не позволить ей сделать это. Доктор Прищепенко ввел также понятие временного ослепления, при котором возможность цели выполнить свою миссию сводится к минимуму» Jane’s Unconventional Weapons Handbook, 2000, p.p.243, 257. ISBN 0-7106-2208-2
«Доклад доктора Прищепенко „Радиочастотное оружие на поле боя будущего“ вызвал панику среди западных экспертов. Стал вероятным поистине кошмарный сценарий высокотехнологичной войны, в которой связь, радары, компьютеры в системах оружия будут выведены из строя, что приведет к полной беззащитности… Только через полтора десятилетия появились британские аналоги электромагнитных боеприпасов. За „весьма успешную демонстрацию боеприпаса, пригодного для доставки 155 мм снарядами и ракетами“, его создатели получили в 2000 году Золотую премию». The Daily Telegraph, December 27, 2000
«В этой главе обсуждается, как оружие на основе мощного микроволнового излучения может стать решающим в конфликтах XXI века. Интригующим свойством микроволнового излучения является его способность обеспечивать значительный боевой эффект, не обязательно сопровождаемый механическими разрушениями… Впервые на это обратили внимание в 1994 году, когда генерал Владимир Лоборев, директор Физико-технического института, представил доклад физика Прищепенко, описывавший, как могут применяться взрывные источники радиочастотного излучения». William С. Martel. «The Technological Arsenal: Emerging Defense Capabilities» Smitsonian Institute Press, 2001, ISBN 1-56098-961-0, p.84
«А.Б. Прищепенко, создавший источники РЧЭМИ в Высокогорном геофизическом институте, считает, что эффекты воздействия электромагнитного оружия должны классифицироваться в зависимости от их влияния на способность цели выполнить ее миссию. Временный вывод из строя — утверждает он — имеет место, когда функционирование цели нарушается в течение нескольких циклов (компьютеры систем наведения ракет работают в циклическом режиме)». Nontraditional Warfare. Twenty-First-Century Threats And Responses. Ed. William R. Shilling, Foreword by Norman R. Augustin. Brassey’s Inc., 2002, ISBN 1-57488-505-7. p.277.
«Фирма „Rheinmetall“ сосредоточилась на создании образцов сверхширокополосных излучателей, которые, по-видимому, могут быть применены против многих целей, включая радары, связь, системы наведения, различных охранных устройств, а также против бомб террористов с электронными взрывателями. Как уже сообщалось в IDR № 1, 2003 г., „Rheinmetall“ сотрудничает с русскими институтами в создании генераторов, пригодных для применения в артиллерийских 155 миллиметровых снарядах. Экспериментальный образец такого излучателя мощностью в 100 МВт был создан в 2002 году (рис. 6.9 м), а полноразмерный излучатель мощностью в 1 ГВт должен быть испытан в 2004 году». International Defense Review, 2003, Feb. 01.
«Как сообщала лондонская „Дэйли телеграф“, в Англии разрабатывается неядерный и не причиняющий смертельные ранения снаряд для выведения из строя электронного оборудования противника. Толчком к разработке этой технологии явилась статья „Радиочастотное оружие на поле боя будущего“, представленная А.Б. Прищепенко на конференции в Бордо…
Отделение новых технологий британской компании Matra BAe Dynamics избрано ответственным как за разработку контрмер против русского оружия, так и за создание аналогичного западного. Успешные испытания продемонстрировали, что подобное устройство может парализовать передачу команд, вывести из строя боевую электронику и сорвать работу компьютеров. Разработчики доказали, что создание электромагнитного оружия реально и британское Министерство обороны недавно утвердило технические требования к «электромагнитному заряду для 155 мм артиллерийского снаряда».
Предполагается, что этот снаряд будет недорогим и простым в применении, обнаружить которое весьма непросто». Dorothy L. Finley «Lindando com a Degradagao das Comimicagoes» (португ.) Military Review (Brasilian) 2° Trim. 2004 s.77
«Электромагнитный импульс впервые наблюдали при ядерных взрывах на больших высотах — довольно радикальный способ создать оружие на таком принципе. Однако угроза электромагнитного оружия стала реальной в 1994 г., когда генерал Лоборев, начальник Физико-технического института, представил на конференции EUROEM доклад русского изобретателя компактных и мощных радиочастотных излучателей.
А.Б. Прищепенко описал, как эти излучатели применять, например, против систем связи. Его концепция была более подробно изложена в русских военно-морских журналах и других изданиях для профессионалов». Andrew Hiles. Business Continuity: Best Practices. World-Class Business Continuity Management. FBCI, 2004, ISBN 1-931332-22-3. p.42.
«А. Прищепенко на основе анализа взаимодействия средств нападения (ЭМИ-оружия) и защиты от него сформулировал основные требования к новому оружию, обеспечивающие его эффективное применение против некоторых целей, оснащенных электроникой. Одновременно на этой основе есть возможность определять основные направления по повышению стойкости этих устройств к действию ЭМИ-излучения, разрабатывая активные меры защиты. Это дает возможность считать длительность цикла обработки информации целью в качестве масштаба эффективности воздействия ЭМИ, разделив их условно на три группы…» В. Белоус «Угроза использования ЭМИ-оружия в военных и террористических целях.» Ядерный контроль, 2005 г. № 1 (75)
«Большинство таких устройств представляет спиральные генераторы и они весьма малы: размеры их — сантиметры, они содержат всего несколько граммов взрывчатого вещества. Своей популярностью эти исследования обязаны Прищепенко и его сотрудникам, описавшим применение малоразмерных генераторов в различных экспериментах.» С.М. Fowler. «Megagauss X: A Conference Milestone» In: Megagauss X. ed. M. von Ortenberg, Berlin, Humboldt University at Berlin (2005) ISBN 3-00-015743-3, p. 3.
«Как отмечает А. Прищепенко, отличительной особенностью УВИС является применение вместо конденсаторной батареи мощных постоянных магнитов, которые не требуют первичных энергозатрат…
После одновременного инициирования детонации с равномерно распределенных точек, во взрывчатке возникает сферическая детонационная волна, направленная к центру. В момент ее столкновения с поверхностью сферического монокристала, в нем происходит скачкообразный рост давления до более чем миллиона атмосфер. Магнитное поле оказывается "пойманным в «ловушку», которая стремительно сжимается до центральной точки микронных размеров. В центре ударная волна отражается и происходит стремительное расширение границ существования магнитного поля, что приводит к генерации мощного электромагнитного излучения. Существенно, что при таких изменениях несущей частоты и размеров излучателя (области сжатия) в широких пределах изменяется соотношение длины волны и эффективного размера излучателя. Это приводит к излучению электромагнитной энергии во всех направлениях. Важно, что потребность в специальной антенне для УВИС отпадает. По данным А. Прищепенко, 105-мм реактивная граната, описанная в справочнике «Jane’s Unconventional Weapons Handbook 2000», снаряжена УВИС. Основным недостатком таких генераторов является пока что чрезмерная дороговизна. По оценкам специалистов, стоимость УВИС приближается к стоимости 152-мм ядерного снаряда». О.П. Ковтуненко В.В. Богучарський В.І. Слюсар П.М. Федоров. «Зброя на нетрадиційних принципах дії(стан, тенденції, принципи діїта захист від неї)». Монографія Полтава, Видавництво ПВ13, 2006. (украинск.)
«Германская компания „Rheinmetall Weapons and Munitions“ также разрабатывает электромагнитное оружие и располагает его опытными образцами. Электромагнитный снаряд создается в связи с опасениями, что Россия значительно опередила Запад в области так называемого радиочастотного оружия.
Конференция в Бордо в 1994 г. показала, что русские считают допустимым применять такое оружие для выведения из строя электроники противника. Доклад А.Б. Прищепенко, заместителя директора научного центра «Сириус», члена-корреспондента Академии военных наук, описал советские исследования в этой области…» Vladimir Gurevich. Ph.D., Electric Relays. Principles And Applications. ISBN 0-8493-4188-4. CRS Press, Taylor & Francis Group. 2006.
«…c 1984 no 1997 год он возглавлял лабораторию спецбоеприпасов ЦНИИ химии и механики. Его авторитет признан во всем мире: на Западе боеприпасы с прямым преобразованием радиочастотной энергии называют „устройствами Прищепенко“ (Prishchepenko-type). В журнальных статьях сложно подробно раскрыть эти темы с научной и технической точек зрения, а книга с иллюстрациями (в том числе уникальными) предоставляет больше возможностей. История и конструкция различных видов боевой техники, а также случаи из жизни автора, изложенные живым языком, делают книгу „Огонь!“ полезной и интересной для широкого круга читателей. „Популярная механика“, апрель 2009, № 4 (78), стр. 20.
Многочисленные легенды о бесчеловечном оружии рассказывали о том, как поток безжалостных нейтронов уничтожает без разбора все живое на своем пути, оставляя невредимыми материальные ценности: здания, технику, оборудование. Многие всерьез верили, что недруг может с легкостью очистить наши города от людей и прийти жить в наших домах, на все готовое. Как и большинство фобий, эти страхи были основаны на банальном дефиците информации. Взаимодействуя с ядрами атомов, нейтроны порождают наведенное излучение, которое испускается в течение длительного времени после атаки. Сумасшедший, который решится жить среди зараженных предметов, будет наслаждаться своим триумфом очень недолго. На самом деле нейтронные боеприпасы предназначаются вовсе не для тотальной зачистки местности, а для решения узкоспециализированных тактических задач. О них нам рассказал ученый и конструктор Александр Прищепенко, в течение 13 лет возглавлявший лабораторию специальных боеприпасов ЦНИИ химии и механики. Сергей Апресов. Колонка редактора. Популярная механика, июнь 2009, № 6 (80) стр. 3.
В книге доктора технических наук, члена-корреспондента Академии военных наук А.Б. Прищепенко «Огонь! Об оружии и боеприпасах» прослеживается ход развития средств поражения с древнейших времён до сегодняшнего дня. В частности, рассказано о пути от первых ядерных зарядов до рентгеновских лазеров с накачкой от ядерного взрыва, о боеприпасах, поражающих электронные средства мощным импульсом радиочастотного электромагнитного излучения. Потребность в такой книге, как справедливо замечает в рецензии на неё И. Петров, «ощущается особенно остро с тех пор, когда бездумными преобразованиями была развалена отрасль производства боеприпасов — важнейшая в деле обеспечения обороны страны. К работам в этой области в настоящее время трудно привлечь талантливую, способную на творческие решения молодежь. Возможным это станет лишь тогда, когда будет продемонстрировано, насколько обширен и интересен круг решаемых здесь задач». В.И. Евсеев, А.В. Лосик, А.Н. Щерба. «Развитие отечественного оборонно-промышленного комплекса в конце XX — начале XXI века» Военно-исторический журнал, № 6, июнь 2010, с. 52.
На фотографии и схеме сферического ударно-волнового генератора сжатия магнитного потока, созданного Прищепенко, видны детонационные линии задержки, выполненные таким образом, чтобы получить равномерно сходящуюся ударную волну. Постоянные магниты служат для создания начального поля, а в качестве рабочего тела использован йодид цезия. Вплоть до настоящего времени все имплозивные генераторы этого типа обеспечивают преимущества в параметрах сходящихся ударных волн.
…Прищепенко и Третьяков проводили интенсивные испытания пьезоэлектрических генераторов с начала 80-х. Интегрировав пьезоэлектрический и ферромагнитный генераторы, они получили очень компактный источник энергии. Larry L. Altgilbers, Jason Baird, Bruce L. Freeman, Christopher S. Lynch. «Explosive Pulsed Power» Imperial College Press, London, 2011, ISBN-13 978-1-84816-322-5.
«Об УВИ, как о самостоятельном устройстве для создания сверхмощных электромагнитных импульсов, в качестве оружия, впервые было официально заявлено начальником Лаборатории боеприпасов специального назначения ЦНИИ химии и механики доктором технических наук А.Б. Прищепенко после успешных испытаний 2 марта 1984 г. на полигоне Красноармейского научно-исследовательского института „Геодезия“ (ныне ФКП НИИ „Геодезия“), Позднее А. Б. Прищепенко были сформулированы общие принципы боевого применения электромагнитных боеприпасов». Гуревич В.И. «Микропроцессорные реле защиты. Устройство, проблемы, перспективы». Учебно-практическое пособие. М.: Инфра-Инженерия, 2011. ISBN 978-5-9729-0043-5, с. 289.
* * *
…Наслаждаться натуральными винами принято, закусывая их сырами, в просторечии называемыми «портяночными». Угождая эстетическим потребностям людей высокой культурки, литературных гурманов, автор счел необходимым привести некоторые отзывы, которые ему удалось выловить в чане Интернета (орфография исправлена).
* * *
(О «Взрывах и волнах»), VSoshenko: «Я слишком хорошо знаю автора и неоднократно проводил тестирования его устройств. Могу сказать следующее: многие положения противоречат основам элементарных знаний радиотехники. После прочтения сего творения могу высказать следующее: 1. Сие творение ни в коем случае не может быть использовано для обучения военных специалистов. 2. Автор не знает основы радио и электротехники (2–3 курс).3. Автор занимается просто подтасовкой данных. 3. Автор не вспоминает, что отцом электромагнитной бомбы считают Тейлора, который курировал программу „Звездных войн“. Однако автора, видно, мания величия (или паранойя) придавила. 4. По результатам испытаний 1997 и 1998 г. австралийские и американские ученые дали отрицательное заключение соответствия полученных данных, данным заявляемым Прищепенко. Такая же характеристика работ Прищепенко получена и из Германии. 5. Результаты испытаний ВМГ в ЦФТИ МО РФ, проведенные до конференции во Франции, показали полное отсутствие излучения во всех диапазонах. Поэтому с ним уже никто и не взаимодействует. Приходится автору представляться от организации СИРИУС, фирмы рога и копыта».
jeremia: «Автор (ссылка на „Взрывы и волны“ и „Шелест гранаты“) типичный писака, на мой взгляд, выдал на гора два томика ненаучной профанации и, видать, понял что на этом деньжат не срубить… решил поменять сферу интересов — на инстинкте размножения (ссылка на „Неприличный слалом“) — видимо, можно поболее срубить…»
OCR: Когда идет речь об области профессиональных интересов автора, книга «Шелест гранаты» очень интересна. Но складывается впечатление, что почти все встретившиеся (и понаслышке известные) автору люди наплевали ему в компот или отдавили любимую мозоль и теперь он сводит с ними счеты. О многом говорит и фраза в конце книги — «Персонажи книги, занимаемые ими должности, приписываемые им слова и поступки — плод художественного вымысла автора». Мда…
graphist 29.09.11: Увы, обстановка в научных учреждениях автором описана достоверно. Научная деятельность и по сей день наполовину состоит из «отдавливания мозолей» и «наплёвывания в компот» (В книге именно такая пропорция: половина науки, половина грызни) и читать это не очень-то интересно.
Tramp (О «Взрывах и волнах»). Почитать интересно, но список литературы — публикации в популярных изданиях, хотя бы одна статья в какой-нибудь «Физика горения и взрыва».
(ШГ) Сергей Горбачевский: Случайно начал читать, лазя по флибусте. При совке за подобную книгу дали бы срок, наковыряв множество фактов разглашения секретов…
У Прищепенко вообще целая куча книг на эту тему. Но увы… хотелось бы чего-то конкретнее. Пол инета при "копании" оказывается "плагиатом" этого автора. Неужели ничего нет другого?
Wyvern Не читай ты этого Боцмана! Не существует в природе ВВ, тем более «в форме пластилина» имеющего такую стабильность скорости детонации. Вообще.
* * *
Персонажи книги, занимаемые ими должности, приписываемые им слова и поступки — плод художественного вымысла автора.
Примечания
127 января 1904 г. японская эскадра атаковала стоявшие на рейде Чемульпо (в настоящее время — Инчон, Южная Корея) два русских корабля — крейсер «Варяг» и канонерскую лодку «Кореец». После неравного боя канлодка — корабль, сделавший первые выстрелы Русско-японской войне 1904–1905 г.г. — была подорвана своим экипажем. Не сдался врагу и «Варяг»
(обратно)
2Александр Македонский (356–323 г.г. до н. э.) — полководец, основатель огромной империи, простиравшейся от Дуная до Ганга.
(обратно)
3Первые свидетельства боевого применения смесей с селитрой относятся еще к Бронзовому периоду (35–11 века до н. э.), названному так археологами, обнаружившими много изделий из бронзы, датированных в пределах этого временного интервала.
(обратно)
4Сера — тоже горючее, но — неэффективное. Необходима она для облегчения воспламенения: на начальной стадии происходит ее плавление и за счет жидкой фазы улучшается контакт частиц селитры и угля. Когда смесь достаточно разогревается, выделение кислорода трудно отдающей его селитрой возможно и без серы.
(обратно)
5Обе поэтические цитаты взяты из сочинений «пролетарского» писателя М. Горького: «Песни о соколе» и «Песни о буревестнике».
(обратно)
6Подобные определения излюблены теми, чьи знания о зависимостях, описывающих явление, весьма приблизительны. Для средних веков такие эпитеты вполне извинительны, однако в мае 1975 г. автору довелось увидеть, как в первом и последнем опыте разорвало взрывную камеру, изготовленную по чертежам начальника отдела, кандидата химических наук. Развалилось и здание, где камера была установлена. Чудом обошлось без жертв. Из развалин, в облаке мата, явился конструктор камеры.
(обратно)
7Крымская война 1854–1856 г.г. была вызвана попытками России отобрать у переживавшей не лучшие времена Турции(«больного человека Европы», как ее тогда называли) контроль над Черноморскими проливами. Поводом для начала войны послужил инцидент в Вифлееме (тогда — турецком), где были убиты несколько православных монахов. Русский флот быстро уничтожил турецкий, но превращение России в Средиземноморскую державу не устраивало Англию и Францию: они выступили на стороне Турции. В этой проигранной Россией войне были и яркие эпизоды, такие, как оборона Севастополя, в которой принимал участие молодой артиллерийский офицер Лев Толстой.
(обратно)
8При горении вещество из конденсированного состояния переходит в газообразное, а в газообразных продуктах (в так называемой зоне горения) происходит химическая реакция с выделением тепла. Скорость горения определяется процессами диффузии и теплопроводности.
(обратно)
9То есть устойчивых относительно, могущих распасться при незначительном внешнем воздействии, в данном случае — нагреве.
(обратно)
10Не только. Стрельба «на рикошетах» ведется на настильных траекториях и с установкой взрывателей на замедление. Отразившись (рикошетировав) от грунта, снаряд затем набирает высоту и разрывается в воздухе. Такая стрельба менее точна, зато поражение целей осколками более эффективно. Аналогично выполняется и низковысотное бомбометание — штурмовыми бомбами прочной конструкции.
(обратно)
11Судя по карте — более чем в километре от места швартовки «Аризоны».
(обратно)
12Позже к этой «компании» присоединились подводные лодки и самолеты.
(обратно)
13Если карандашей вообще нет (среда бесконечно сжимаема) — усилие может передать только ваш двигающийся палец и только при контакте с преградой. Такая ситуация складывается в космосе, где ударная волна не образуется в связи с тем, что вещество весьма разрежено, и даже о мощном взрыве «узнаю?т» на достаточно большом расстоянии только по испускаемым им излучениям
(обратно)
14Le barrage (франц.) — заграждение. После подавления обороны переднего края артиллерией и начала атаки пехоты, огонь большинства орудий переносится вглубь позиций противника. Он «размягчает» вторую линию обороны и изолирует район боя: воспрещает подход резервов. «Авиационное» значение этого слова (барражирование) — патрулирование охраняемого объекта (например — авианосца).
(обратно)
15Атташе.
(обратно)
16С износившимся после многих выстрелов каналом ствола.
(обратно)
17Это много. В наступавшем на Прохоровку 12 июля 1943 г. танковом корпусе СС было на несколько машин меньше. В контрударе участвовали 860 танков и самоходных орудий 5-й Гвардейской танковой армии.
(обратно)
18Буквальный перевод слова «tank» с английского.
(обратно)
19Клаузевиц Карл — прусский военный теоретик (1780–1831). Его фундаментальный труд «О войне» не потерял актуальности и в наши дни.
(обратно)
20Вотан — лишенный покоя странник, вызывающий междоусобицы там, где он появляется. Хаген — также персонаж древнегерманского эпоса («Песни о нибелунгах»), убийца героя — Зигфрида.
(обратно)
21Оборванное латинское изречение: Si vis pacem, para bellum — «Хочешь мира — готовься к войне!» И действительно, в 1908 году настроения в Германии были такими, что упоминать о первой части изречения считалось неприличным.
(обратно)
22О, в самом деле? Позвольте взглянуть… (англ.)
(обратно)
23Военно-политическое руководство Франции стремилось избежать в следующей войне столь же тяжелых людских потерь, как в Первую мировую, и затратило огромные средства на возведение укреплений («Линии Мажино»), Оно не смогло предвидеть, что новая война будет маневренной, а не позиционной: подвижные соединения германских войск обошли «Линию», избежав заметных потерь. «Система пограничных укреплений» была создана в СССР и также оказалась вполне бесполезной.
(обратно)
24Здесь и далее приведены данные уже достаточно оптимизированных современных устройств.
(обратно)
25«Изощрен Господь, но не злонамерен» (нем.)
(обратно)
26С учетом инфляции, этот уровень превышает и современную оплату профессора в университете США ($10000). В послевоенные годы потенциал поиска новых решений был в значительной мере утрачен. Автор убедился в этом, посещая по приглашениям известные германские и австрийские оружейные фирмы в 90-е годы, где его собеседники придерживались сходной точки зрения. На вопрос о причинах один из них упомянул утрату преемственности (оккупационными властями все оружейные разработки были прекращены) и низкий социальный статус специалистов-оружейников в настоящее время: с их зарплат (примерно 3 тыс. евро) взимаются все налоги, в то время как живущие на пособия налоги не платят и пользуются многочисленными льготами, из-за чего реальные доходы исследователя немногим превышают таковые деклассированных лиц.
(обратно)
27Вот как оценивал эрэсы начальник Главного артиллерийского управления, маршал артиллерии Н.Д. Яковлев: «Конечно, по площадям они действовали прекрасно: снаряд мощный, тяжелый… Но ведь безусловного поражения важных целей «катюша» в отличие от ствольных систем не гарантировала. Поэтому при планировании операций мы тщательно считали выделяемые пушки и гаубицы, а «катюши» вообще не учитывали. То есть как бы и не было их…»*. Техника-Молодежи, 1993 г. № 3, с. 23.
(обратно)
28Тогда именовавшейся «протекторатом Богемии и Моравии»
(обратно)
29Излучение, которое открыл В. Рентген, генерируется в трубке, где ускоряются электроны: достигнув мишени, они тормозятся другими электронами, составляющими оболочки ее ядер. Движущийся с ускорением или замедлением заряд излучает — это явление будет упомянуто еще много раз. Энергия квантов такого электромагнитного излучения — десятки — сотни килоэлектронвольт (электронвольт — единица энергии в ядерной физике равная той, которую приобретает электрон, ускоренный потенциалом в 1 вольт). Излучение рентгеновской трубки — направленное.
(обратно)
30На подавление одной пулеметной точки по нормативам, действовавшим во времена Второй мировой войны, выделялось 60–80 артвыстрелов, при том, что боекомплект самой массовой 122 мм гаубицы, состоявшей тогда на вооружении Красной Армии, насчитывал 80 выстрелов и по весу превосходил орудие. Но, несмотря на такое расточительство, артиллерия занимала главенствующие позиции среди средств поражения и во Второй мировой войне: на ее долю приходилась половина потерь личного состава противника.
(обратно)
31В пределах этого, очень узкого «лепестка» антенной излучается (и принимается) большая часть электромагнитной энергии. Диаграмма направленности описывает положение в пространстве не только главного лепестка антенны, но и многочисленных боковых лепестков, без которых невозможны излучение и прием электромагнитной энергии.
(обратно)
32Чтобы читатель, упаси Бог, не перепутал, укажем все-таки их партийность: Национал-социалистическая рабочая партия Германии.
(обратно)
33Так, например, бомбардировка наземных целей возможна только в точке рикошета («нырка»).
(обратно)
34Для определения элементов движения акселерометрами измеряются ускорения, возникающие в трех различных направлениях при полете ракеты (возникновение ускорения можно «засечь», измеряя, например, изменение веса тела известной массы). Интегрирование показаний акселерометров дает возможность получить всю необходимую информацию о положении ракеты.
(обратно)
35Министр вооружений Третьего райха.
(обратно)
36Изречения приведены в книге воспоминаний военного куратора проекта V-2, генерала Вальтера Дорнбергера и принадлежат, соответственно, генералиссимусу невидимого фронта Гиммлеру и занимавшего вторую ступень в нацистской иерархии Герингу, по совместительству ведавшего и авиацией.
(обратно)
37Более чем два десятилетия спустя, в ходе войны на Ближнем Востоке, на один сбитый израильский самолет приходилось от 4,4 до 8,3 выпущенных ЗУР типов С-75 и С-125.
(обратно)
38В частности, в 70-х годах, выполняя в Московском инженерно-физическом институте лабораторную работу по спектрометрии бета-частиц, автор прочитал на полузакрашенном шильдике весьма древнего вида установки: «Kaiser Wilhelm Institut» — ее предшествующим владельцем был расположенный в пригороде Берлина — Далеме, известный своими исследованиями в области ядерной физики институт имени кайзера Вильгельма II.
(обратно)
39Так, для углерода — «основы жизни» — известно несколько изотопов. Наиболее распространенный из них (С12) стабилен, изотоп С14 распадается с полупериодом 55 лет, излучая бета-частицы, а половина ядер С15 распадается за 2,4 секунды. Попадание радиоактивных изотопов в организм очень опасно, потому что они «занимают» места стабильных ядер и облучают ткани изнутри.
(обратно)
40Например, при комнатной температуре скорость теплового движения молекул водорода — 1800 м/с, а азота — 470 м/с.
(обратно)
41Читатель может решить, что данные о критичности цилиндров практического значения не имеют, но это не так: из коротких цилиндров урана состояла сборка заряда ствольного типа в бомбе «Малыш», а цепная реакция в длинных цилиндрах «подогревала» топливо в первых термоядерных зарядах.
(обратно)
42Вода — хороший замедлитель, поскольку содержит много ядер водорода, почти равных нейтронам по массе. Чтобы термализоваться, быстрому нейтрону требуется поучаствовать, в среднем, менее чем в 19-ти столкновениях с ядрами водорода, а с ядрами бериллия — впятеро больше. На первые столкновения быстрые (МэВные) нейтроны затрачивают ничтожное время, так что длительность термализации определяется в основном последними столкновениями, когда скорости нейтронов приближаются к тепловой.
(обратно)
43Ошибка или неточность перевода. Сфера — геометрическое место точек пространства, равноудаленных от центра, то есть — поверхность. Правильно: «шаровой слой».
(обратно)
44Где бы вы не находились, такие нейтроны присутствуют рядом. Они летят из космоса, образуются в результате ядерных реакций в содержащихся в земле минералах. К счастью, фоновых нейтронов не так уж много.
(обратно)
45Контакта человека с очень ядовитым плутонием стараются избежать, нанося на детали электролитические покрытия из никеля или золота. Попадание в организм бериллия тоже пользы не принесет.
(обратно)
46Для этого в плутоний добавляют галлий (менее 1 % по весу). По сравнению с другими подходящими для легирования трехвалентными металлами, у галлия наименьшее сечение захвата нейтронов.
(обратно)
47Кандидатами на такое применение были кюрий-245 и калифорний-251. Позже выяснилось, что критические массы уединенных шаров из них уступают плутониевому всего лишь в 4 и 10 раз соответственно и в пулю их не затолкать. Стоимость же непомерна потому, что в ядерном реакторе, где нейтроны вызывают ядерные реакции, по завершении которых и появляется оружейный изотоп, он сразу же начинает делиться, причем — активнее, чем реакторное топливо (сравним критические массы!). Наработать такие изотопы за одну загрузку реактора можно в количестве, годном разве что для анализов. А вот при ядерном взрыве плотность нейтронного потока огромна, и она очень быстро спадает, что практически сводит на нет «выгорание». Такой способ более экономичен, но не реализуется по двум причинам: во-первых, ядерные взрывы запрещены; во-вторых, оружейные кюрий и калифорний и в этом случае более чем на порядок дороже полученных аналогично плутония или урана-233.
(обратно)
48Лозунг партии социалистов-революционеров (эсэров), до и некоторое время после Октябрьского (1917 г.) переворота — союзников большевиков, а затем — объявленных «врагами народа», со всеми вытекающими последствиями, как для самих эсэров, так и для их лозунгов.
(обратно)
49Энерговыделение ядерного заряда характеризует энергию его взрыва и, по смыслу, должно выражаться в Джоулях, но принято использовать внесистемную единицу (тротиловый эквивалент): вес тринитротолуола, содержащего равное количество энергии. Применение такого сравнения без оглядки на различия процессов чревато ошибками: во-первых, оно возможно только на достаточном удалении, поскольку температура, давление и другие параметры вещества вблизи ядерного взрыва недостижимы для взрыва обычного ВВ; во-вторых, как предстоит узнать читателю, соотношение каналов распределения энергии (на формирование УВ, на проникающую радиацию и т. д.) неодинаково для взрывов в разных средах.
(обратно)
50Такой инициируемый одновременно во многих точках на внешней поверхности и распространяющийся внутрь заряда взрыв называют имплозией. Считается, что термин введен в обращение американскими разработчиками ядерных зарядов, но автору удалось обнаружить его в книге А. Штеттбахера «Пороха и взрывчатые вещества», изданной еще в 1919 году (в русском переводе — в 1936 г.). Там этим термином описывается схлопывание газов в область разрежения (пример такого процесса — лопнувшая лампочка).
(обратно)
51Персонаж романа М. Булгакова «Мастер и Маргарита».
(обратно)
52Инерционность сборки — важное условие развития цепной реакции. В некоторых ядерных зарядах плутониевый шар окружен слоем U238, не участвующим в делении, но повышающим инерционность, за счет чего успевает прореагировать больше плутония. В 70-х, когда оптические квантовые генераторы стали достаточно мощными, в СССР появился проект энергетической установки, в которой плутониевый шарик массой в миллиграммы и радиусом в полмиллиметра, подвергался всестороннему их облучению. Испарение поверхности шарика носило взрывной характер, и плутоний сжимался до такой плотности, что достигалось сверхкритическое состояние. Надеялись, что энергия микровзрыва составит пару мегаджоулей, но она практически не выделялась: малоинерционный шарик разлетался прежде, чем в нем успевали достаточно развиться цепи деления. Необходимо было существенно увеличить размер шарика, но эквивалент энерговыделения в одном цикле поднялся бы при этом до десятка тонн тротила, что влекло за собой такое увеличение размеров взрывной камеры (ведь она должна быть неразрушаемой) и повышение мощности лазеров, что строить установку было признано бессмысленным.
(обратно)
53Попытайтесь представить, как хорошо можно «загореть» под светом, приобретшим плотность алюминия.
(обратно)
54«Железный ветер в лицо» ощущают политработники, строчащие книги с такими названиями, а регистрируют скоростной напор и турбулентные «завихрения» в стали специальные датчики.
(обратно)
55В приводимом примере число делений в десятки триллионов раз больше, чем в эксперименте доктора Слотина. Оно соответствует делению примерно 5кгPu239 (это не означает, что заряд содержал именно столько плутония: его было существенно больше, остальной разлетелся, не разделившись). Тротиловый эквивалент такого взрыва — 100 килотонн.
(обратно)
56Эпирский царь Пирр в 279 г. до н. э. одержал победу над римлянами, но ценой таких потерь, что с тех пор его именем стали называть предприятия, вроде и успешные, но не оправдывающие понесенных затрат.
(обратно)
57Лишившись важнейшей роли в военном применении, полоний — 210 в начале ХХI века стал символом прогресса в техническом оснащении малопочтенного ремесла «ликвидатора», придя на смену ледорубу, которым был убит Троцкий, начиненной взрывчаткой коробке конфет, положившей предел земным дням украинского националиста Коновальца и разнообразным устройствам для введения ядов.
(обратно)
58Здесь Настырный может «схватить автора за язык»: в 1980-х годах в Габоне, на месторождении Окло (где руды очень богаты изотопом U235) был обнаружен уникальный природный «реактор» (рис. 3.19).
(обратно)
59У этой реакции много общего с детонацией химических ВВ, где энерговыделение также происходит в узкой области, прилегающей к фронту, только при термоядерной детонации скорость и другие параметры на много порядков выше. А вот при делении ядер длина свободного пробега нейтронов сравнима с размерами сборки, реакция не имеет выраженного фронта и охватывает сразу весь объем делящегося вещества (такой процесс принято называть «гомогенным взрывом»).
(обратно)
60Это явление называют «наведенной радиоактивностью».
(обратно)
61«Не в интересах правды, а в интересах истины» надо упомянуть о защитных свойствах противогаза. От проникающих излучений (нейтронного и гамма) он не спасет, фильтр задержит лишь пыль, иногда — весьма радиоактивную. Если противогаз не надет, пыль оседает в легких и облучает организм «изнутри», что очень опасно для здоровья, но не имеет значения для хода и исхода боя. При применении противником, например, нейтронного боеприпаса (о них — далее) надевший вовремя противогаз при прочих равных условиях получит ту же «нейтронную» дозу облучения, что и ненадевший.
(обратно)
62СВМГ, устройство которого описано в гл.4, способен сформировать очень мощный импульс тока: образцы с характерными размерами в метры — до сотен миллионов ампер.
(обратно)
63В советских морских ракетах, например в Р-29, капсулу не «выставляли», а «прятали» в корпусе, чтобы уменьшить длину «изделия».
(обратно)
64Глава Спецкомитета при Совете министров СССР, ведавший ядерным комплексом, популярный настолько, что воспевали его в песне юные ленинцы: «Сегодня праздник у ребят, Ликует пионерия! Сегодня в гости к нам пришел Лаврентий Палыч Берия!»
(обратно)
65При гидроядерном эксперименте, в натурном заряде снижают его надкритичность при срабатывании, например — заменяя большую часть оружейных плутония или урана на инертные по отношению к делению уран-238 или плутоний-240. При имплозии сборки, гидродинамические характеристики которой после такой замены остаются прежними, ядерное энерговыделение эквивалентно взрыву нескольких килограммов обычного ВВ, но измерения нейтронного потока и других параметров позволяют надежно экстраполировать эти данные на взрыв номинальной мощности.
(обратно)
66Контрактником
(обратно)
67У читателя может сложиться неверное мнение, что каждый из боевых блоков имеет собственную систему наведения. На самом деле, нацеливает блоки ступень разведения, на жаргоне называемая «автобус». Траектория «сошедшего с автобуса» блока, как правило, уже не корректируется. Исключение составляют маневрирующие блоки.
(обратно)
68Эффекты, производимые излучениями разных видов в тех или иных веществах отличаются, поэтому различны и единицы, в которых измеряются дозы облучения. Рад — энергетическая единица, соответствующая поглощению одним килограммом вещества энергии в 0,01 Дж. Более известная единица — Рентген — определяется ионизационным эффектом гамма квантов в воздухе: при такой дозе в килограмме воздуха образуется заряд в 2,58x10-4 Кулон. Бэр (биологический эквивалент рентгена) — доза любого вида излучения, производящая такое же действие в биологическом объекте, как 1 рентген. Перевести одну единицу в другую, не зная характеристик вещества и излучения нельзя. Так, например, ионизационный эффект облучения нейтронами может быть не прямым, а обусловленным продуктами их реакций, то есть — определяться изотопным составом облучаемого вещества. Отличается этот эффект и для нейтронов разных энергий.
(обратно)
69Так (по имени первооткрывателя) называют эффект рассеяния гамма квантов на внешних электронах атома. Если импульс, сообщенный при этом внешнему (наименее связанному) электрону достаточен, он покидает атом, становясь свободным электроном отдачи. Частота кванта при таком взаимодействии падает — он теряет энергию.
(обратно)
70Для этой теоремы существует остроумное практическое применение. Представьте, что необходимо определить, насколько, при внешнем облучении весьма сложного устройства, ослабляется РЧЭМИ данной частоты в наиболее уязвимой и малоразмерной его части (например — в электродетонаторе). Расчетным методам в подобной ситуации верят только патологические оптимисты, а разместить в мизерном объеме электродетонатора аппаратуру регистрации нереально. Но можно поместить там миниатюрный излучатель (например — на основе диода Ганна) и, «обходя» с аппаратурой изделие, определить, как будет изменяться регистрируемая мощность. Полученная зависимость будет в точности совпадать с зависимостью, описывающей воздействие на уязвимый объект при облучении изделия с разных направлений.
(обратно)
71Читатель наверняка помнит о нецепном делении U238 от термоядерных нейтронов. А уж тем более нейтроны способны «выжечь» U235 илиPu239 даже и в докритической сборке, поскольку каждый прореагировавший нейтрон вызовет в ней не единственное деление, а цепь, пусть и затухающую. Правда, для полного «выжигания» необходимо огромное количество, без преувеличения — килограммы нейтронов.
(обратно)
72В американских военных документах классы тактических ядерных боеприпасов обозначаются латинскими буквами. Боеприпасы мощностью менее 2 кт относят к классу «А» («Элфа»), а самые мощные (свыше 500 кт) — к классу «G» («Голф»)
(обратно)
73«Отметь день белым камешком» (лат.) — так древние римляне отмечали память о счастливых днях.
(обратно)
74Название проекта разработки оружия направленной энергии в «Стратегической оборонной инициативе» — любимом детище одного президента, в прошлом — киноактера.
(обратно)
75Что, однако, на пять порядков больше плотности энергии в конденсаторе и позволяет развить при детонации мощность в многие тераватты.
(обратно)
76Вспомним, что первой главе было написано про скорость детонации: она равна местной скорости звука в продуктах реакции. Понятно, что связки не должно быть слишком много — иначе детонация может и затухнуть.
(обратно)
77Так автор попытался сформулировать закон электромагнитной индукции, известный из школьного курса физики.
(обратно)
78Имеется в виду только «свободная» часть потока. Несохранение потока — необходимое, но отнюдь не достаточное условие генерации излучения. Так, можно сжимать лайнер нарочито медленно, используя для этого не мощное ВВ, а тот же черный порох. В этом случае почти весь поток диффундирует в металл лайнера, но магнитный момент все равно будет меняться столь незначительно, что его вторая производная, а значит, и излучаемая мощность, будут ничтожны.
(обратно)
79От греческого «остракон» — черепок. В древней Греции высылка граждан, «опасных для государства», происходило после тайного голосования, в ходе которого имя кандидата на изгнание писалось на черепках.
(обратно)
80Не стоит думать, что такие взрывы совсем уж безопасны: эксперимент с зарядом номинальной мощностью в сотни килотонн показал, что, при «одноточечном» его инициировании, энерговыделение понижается почти на четыре порядка, но и это — железнодорожный вагон взрывчатки! Однако окажись поблизости другой заряд, также «заведенный» в одной точке — выход энергии существенно возрастет, потому что многие нейтроны от начального, «неполного» взрыва инициируют затухающие цепи деления. Подобное развитие событий в хранилище ядерных боеприпасов (рис. 4.14) может быть катастрофичным. Чем большая доля в энерговыделении приходится на термоядерные реакции, тем менее опасен заряд в этом отношении.
(обратно)
81Если читатель заинтересуется эффективностью таких боеприпасов, однозначно ответить ему нельзя. На близких расстояниях объемная детонация вчистую проигрывает традиционным ВВ. Например, для полутонной объемно-детонирующей бомбы радиус облака превышает два десятка метров ив 10 м от его внешней границы давление в ударной волне все еще равно лишь половине значения, характерного для взрыва равной массы тротила на 30 м, но спадает давление УВ от объемного взрыва медленнее и на расстоянии в 50 м уже превышает «тротиловое» более чем в три раза.
(обратно)
82Китайский товарищ, имя которого часто упоминается в русской разговорной речи.
(обратно)
83Хотя поле в этих опытах было значительно более сильным, чем магнитное поле Земли, оно не «закручивало» электроны полностью, а лишь искривляло траектории, пока длился их свободный пробег между столкновениями.
(обратно)
84Чем «сильнее» поле, тем меньше радиусы траекторий «закручиваемых» частиц, а длины излучаемых волн близки к значениям этих радиусов.
(обратно)
85Скорость расширения в вакууме ничем не «нагруженных» продуктов детонации конденсированного ВВ — 13 км/с.
(обратно)
86Скачок проводимости в некоторых ударно-сжатых веществах не связан с термической ионизацией.
(обратно)
87Опускаемая сходня.
(обратно)
88К 70-м годам XX века советский флот, главкомом которого был С. Горшков, стал действительно океанским, но все же и количественно и качественно он уступал ВМС США. Ставка советского ВМФ в предполагаемом столкновении с хорошо оснащенным и численно превосходящим противником делалась на применение противокорабельных ракет. СССР опередил западные страны в создании этого оружия. 21 октября 1967 года две П-15, из числа поставленных в Египет, потопили израильский эсминец «Эйлат» (бывший английский, постройки 1944 г.). Еще через пять лет они же были запущены с индийских кораблей по береговым объектам Пакистана. Такое применение было «самодеятельностью» индийских моряков, но успешной: модифицированные П-15 с инфракрасными головками самонаведения «Снегирь» «захватили» нагревшиеся на южном солнце резервуары нефтехранилища, которое после попаданий горело несколько дней. П-15 несет на борту и горючее, и окислитель для своего жидкостного ракетного двигателя, поэтому максимальная дальность стрельбы ее (42 км) уступает ракетам с турбореактивными двигателями, которые несут на борту только горючее, а в качестве окислителя используют воздух.
(обратно)
89В 2006 г. В. Барышевский и А. Гуринович показали, что в ВМГЧ существенно излучение не только оставшихся в данный момент незакороченными витков обмотки, но и «емкостной антенны» — включенного в контур конденсатора.
(обратно)
90Проводных, кабельных.
(обратно)
91На конференции по сверхсильным магнитным полям «Мегагаусс-7» сообщалось о веществах с гигантской магнитострикцией (TbFe2,YCo5, PrCo5 и других) и огромной индукцией насыщения (10–20 Тл), плотность магнитной энергии в которых близка к плотности химической энергии в обычной взрывчатке. Если удастся «извлечь» эту магнитную энергию, скачок удельных характеристик устройств типа ФМГЧ будет поистине революционен: они оставят далеко позади излучатели на основе компрессии магнитного поля.
(обратно)
92«Путь самурая обретается в смерти. Когда для выбора есть два пути, существует лишь быстрый и единственный выход — смерть. Это не особенно трудно» Хагакурэ. «Сокрытое в листве».
(обратно)
93Кстати, из-за пробоя практически нереально и создание на поле боя таких плотностей мощности РЧЭМИ, которые вызывали бы поражение человека.
(обратно)
94Автор счел необходимым выделить оценку жирным курсивом, но решил дать еще и дополнительное разъяснение. Приходилось сталкиваться с ее использованием в титанической борьбе за финансирование: в ход шли подтасовки (утверждалось, например, что РЛС выводится из строя импульсом РЧЭМИ энергией в наноджоули). Ощущая острое сочувствие к страждущим, автор все же не счел возможным взять на себя долю ответственности за вымогаемое решение. Однажды создатели направленных излучателей радостно загомонили, что их устройство «вывело из строя» нечто «на значительно больших расстояниях». Оказалось, что это — правда, но, как водится, — не вся: в качестве мишени при проведении опытов выбирались объекты с приборами зарядовой связи, стойкость которых к РЧЭМИ более чем на два порядка меньше средних для электроники значений. Оценка в «тысячу характерных размеров» — предварительная, применяемая в тех случаях, когда стойкость цели по отношению к РЧЭМИ заранее не известна. Если же такие данные имеются, то следует использовать оценку, приведенную в подписи к рис. 4.59.
(обратно)
95Для источников РЧЭМИ на основе компрессии магнитного поля характерна иная комбинация рабочих параметров (большой ток — умеренное напряжение) и это отношение выше в тысячи раз.
(обратно)
96Что более чем втрое уступает дальности действительного огня 30 мм корабельного автомата АК-630 с длиной блока стволов также около 1 м (еще раз напомню: речь идет только об излучателе, еще более габаритные устройства его энергообеспечения и наведения остаются вне рассмотрения, что ясно из рис. 4.61).
(обратно)
97Мателот (морск.) — соседний в строю корабль.
(обратно)
98AGM-88 HARM — предназначенная для поражения РЛС, наводящаяся на ее излучение авиационная ракета.
(обратно)
99К моменту выхода этой книги — на пенсии.
(обратно)Оглавление
1. Кишки и порох 2. Сквозь броню — как сквозь жидкость! И забыть, как стрелял… 3. Нейтронная суета среди ядер… 4. Сделать им «клоуна»! 5. Об авторе и его книгах
