|
|
Прищепенко А. Б.
Огонь! Об оружии и боеприпасах
1. КИШКИ И ПОРОХ…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 (рис. 1.1) 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 снаряды первой категории причиняли защитникам не вызывавшие возмущения общественности телесные повреждения, то остальные — приводили к эпидемическому мору, что «понятиям» не соответствовало.
От разглагольствовавших умников уже нельзя было отмахнуться кулаком или дубиной, что ясно хотя бы из того, что впечатления 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, что тоже свидетельствует об эффективности применявшихся им методов.
Рис. 1.1. Катапульта, применявшаяся при осаде Галикарнасса
«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: с крепостных стен то и дело хлопало, клубился противно пахнувший серой дым и летели осколки камней или чугунные кругляши. Камушки могли уязвить раззявившегося простолюдина, а чугунные ядра — расплющить латы, а заодно и рыцаря, 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 — посмотреть на богопротивные гнусности, творившиеся на стенах. Был у того процесса другой зритель (рис. 1.2): окруженный охраной, по всем признакам — занимающий крайне ответственную должность.
А неприличный, с бороденкой и проволокой в руках просто нашел полезное применение тому, что за много веков до него использовали для увеселительных фейерверков китайцы: смеси селитры, серы и древесного угля.
Рис. 1.2. Арабская модфа — первое из известных огнестрельных орудий
Черный порох не столь древен, как колесо, но, как и колесо, работает до сих пор: в огнепроводных шнурах, вышибных зарядах, воспламенителях ракетных двигателей, артиллерийских выстрелов и многом другом.
Он содержит в своем составе все, что нужно для горения: окислитель (кислород селитры) и горючее (уголь)[1]. При сгорании кубического сантиметра «черняшки» 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.
То, что нагретые энергией взрывного горения газы способны на многое, стало ясно сразу: они разносили не только деревянные, скрепленные металлическими обручами, но и первые литые металлические стволы. Поиски оптимума не обошлись без переборов: стоит только оценить толщину стенок стволов коротышек-мортир (рис. 1.3) времен гражданской войны в Америке (1861–1865 гг.). 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: через даже негустые кустарники на полях Джорджии и Алабамы противника было не разглядеть.
Рис. 1.3. Мортира времен гражданской войны в Америке
А вот на море кустов нет, моряки видели дальше сухопутных, для чего даже поднимались на клотики мачт. И пушки их были длиннее, изящнее, что легко узреть из фотографии (рис. 1.4) времен Крымской войны[2]: в защищавшем Севастополь форте — орудия с типично морскими лафетами.
…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 1.3 и 1.4, 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. 1.3. Вертикальная наводка пушки защищавшей редут (рис. 1.4) столь же «ювелирна»: обратите внимание на ступени задней поверхности ее лафета — на них накладывался тот же лом, который и поддерживал ствол на нужном угле возвышения.
Рис. 1.4. Развалины форта Редан, составлявшего оборонительную систему Севастополя. Потери британских войск, долго и безуспешно штурмовавших этот форт, составили более 4000 только убитыми. Взяли же его (и тоже — дорогой ценой) французы
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, который дробил его на осколки, также способные причинить урон. А 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 трубка вываливалась из ядра при сотрясении, сопровождавшем выстрел. Поэтому трубка из дерева обкатывалась в медной втулке, а ту — запрессовывали перед боевым применением в ядро, с помощью кувалды и специального приспособления (обратите внимание на задний план рис. 1.3 — трубки в ядра еще не запрессованы, а возможно, не засыпан и порох).
Описание производства боеприпаса заняло несколько строк, но по тем временам его 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, последствия были бы трагическими: газы выстрела под высоким давлением обязательно прорвались бы через отверстие для трубки к заряду ядра, вызвав его взрыв в стволе. В «грозу 12 года» и позже фейерверкеры заряжали ядра запальными трубками к дульной части: после выстрела еще достаточно 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. 1.5).
Рис. 1.5. Из дагерротипа времен Крымской войны, сделанною после неудачного для русских войск сражения при Инкермане и патетически названного его автором «Долина смерти и теней», можно представить, насколько частыми были отказы боеприпасов того времени
Однажды в Севастополе автор набрел на такое ядро (рис. 1.6). Чугун корродировал не насквозь, а медная втулка, смявшись при ударе (возможно — о камень), намертво закупорила его. После осторожного удаления ее, 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!
Рис. 1.6. Ядро времен Крымской войны, найденное в Севастополе
Во времена Крымской войны позиции черного пороха казались незыблемыми. Но робко появлялись на арене безобидные (пока!) вещества с негромкими именами. Гусман в 1788 г., подействовав на индиго азотной кислотой, получил краситель для тканей, изумительно желтого цвета — пикриновую кислоту. В том же году Гусман получил и первый фульминат — гремучее серебро, а позже — и гремучую ртуть. Оба фульмината взрывались от несильных ударов, также как и нитроглицерин, полученный в 1846 г. Собреро. Чувствительность этих веществ считалась чрезмерной, исключающей практическое применение. Также чересчур капризным считался пироксилин, полученный Шенбайном при нитрации ваты: был он нестойким, упорно сохраняя следы кислоты. Все же, горел пироксилин неплохо и его стали использовать, чтобы зажигать свечи на люстрах, а позже — для получения первой пластмассы — целлулоида…
…И вдруг обнаружилось, что нитроглицерин желатинирует пироксилин, образуя «пластмассу», нечувствительную к удару, горящую стабильно и не слишком быстро, а следы кислот в ней можно связать добавкой веществ-стабилизаторов. «Пластмассу» назвали баллиститом и она, как и 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 — твердых остатков, засорявших при стрельбе механизмы оружия.
Габариты пушек заметно уменьшились, а стрелять они стали дальше и чаше. Но в новых пушках происходил известный процесс — горение[3], а вот в новых снарядах — ранее не известная детонация, которую возбуждал взрыв гремучей ртути в контакте с пикриновой кислотой.
Детонация тесно связана с ударной волной (УВ). Удар такой волны в XIX веке удалось ощутить немногим: тем, кто оказался близко от разряда молнии, в котором быстро расширялся нагретый током газ. а также тем, кто выжил после близкого разрыва крупного ядра с зарядом пороха. Правда, ту же УВ, но — ослабленную, выродившуюся в акустическую, многие слышали.
Пусть поршень начал двигаться в цилиндре с газом (рис. 1.7). Он чуть-чуть подожмет и погонит газ впереди себя, при этом по газу пойдет акустическая (звуковая) волна, скорость фронта которой равна скорости звука, а массе сжатого газа будет придана скорость поршня. Отметим, что в сжатом газе скорость звука больше, чем в несжатом. Пусть поршень прошел еще некоторое расстояние. Тогда следующая волна пойдет по уже сжатому газу и, значит, будет 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. Но перегнать се она не сможет, так как для этого ей пришлось бы перейти в несжатый газ, где скорость распространения опять равна начальной скорости звука. Обе волны сольются. Если поршень продолжит движение, он погонит впереди себя волну сжатия увеличивающейся амплитуды, которая образуется в результате слияния отдельных слабых воли. В слившихся волнах, как едином скачке уплотнения, будет расти давление — до произвольно больших значений, в зависимости от скорости поршня. Этот скачок — резкое, происходящее на расстоянии порядка длины свободного пробега молекул изменение параметров вещества — и называется ударной волной (УВ).
Рис. 1.7. Образование ударной волны поршнем, вдвигаемым в цилиндр с газом
В УВ массовая скорость вещества (скорость поршня) всегда меньше скорости фронта. Чтобы продемонстрировать это, возьмем несколько карандашей и. оставляя зазоры равные их толщине (что будет моделировать двукратное увеличение плотности вещества при сжатии), разложим в ряд на столе. Затем начнем двигать крайний из карандашей. Выбрав зазор, этот карандаш толкнет соседний, тот, пройдя зазор — следующий и т. д. Заметьте, что «фронт» процесса (граница области, где находятся карандаши без зазоров между ними) всегда опережает любой из двигающихся карандашей. Чем больше сжатие (больше расстояние между карандашами), тем меньше различаются массовая скорость и скорость фронта, но отличие существует всегда.
УВ не только сжимает, она также и нагревает вещество. Из-за этого плотность сжатого вещества не становится сколь угодно большой при неограниченно большом давлении, а стремится к конечному пределу (воздух, например, сжимается не более чем в 6 раз). Предел ударного сжатия существует и для конденсированных веществ.
Но все это относится к субстанциям инертным, а ведь есть и такие, молекулы которых метастастабильны и распад их 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 может «подпитываться», ускоряясь при этом, но затем устанавливается равновесие. Такой процесс называется детонацией, а установившаяся скорость симбиоза УВ и химической реакции за ее фронтом — скоростью детонации, которая, для той же пикриновой кислоты, была для XIX века поистине «космической» — 7,2 км/с (при плотности 1,6 г/см3).
Понятно, что термодинамические характеристики вещества изменяются при протекании в нем реакции, но и с учетом этого 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 при детонации столь высока, что они дробят преграды на куда большее число осколков и метают их с большей скоростью, чем взрыв «черняшки». Однако, если небольшое количество бризантного ВВ поджечь, то, не находясь в ограниченном объеме, оно в отличие от черного пороха, спокойно горит. Это горение переходит в детонацию, если сопровождается повышением давления (как это было, например, в замкнутом сосуде — зарядном отделении торпеды на атомной подводной лодке «Курск», нагреваемом пламенем горящего двигателя другой торпеды). Но существуют и такие вещества, в которых горение быстро ускоряется за счет химической реакции и вне замкнутого объема, а переход в детонацию весьма быстротечен. Такие ВВ (например — те же фульминаты) называются инициирующими и служат они для возбуждения детонации в бризантных ВВ.
Мы рассмотрели стационарную детонацию с постоянной скоростью, но возможны и нестационарные режимы. Например, если кривизна детонационного фронта существенна, это может приводить к рассеянию или концентрации энергии. Сходящиеся детонационные волны (цилиндрические, сферические) движутся не с постоянной скоростью, а 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 параметров ударного сжатия, 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.
Несмотря на встречающиеся «волновые» термины, для описанных процессов не характерны циклические движения вещества, как например, в морских волнах. Но, с другой стороны, движение вещества при взрывных процессах подчиняется уравнениям гидродинамики, названию которых тоже совершенно не соответствует область их применения: ими описываются не только движения жидкости (откуда и «гидро»), они применяются 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. 1.8), либо — с разрежением вещества (вроде как с «потерей фазы»).
Рис. 1.8. Отражение ударной (или детонационной) волны от преграды с большим ударно — волновым импедансом, чем у вещества в волне
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 волна сжатия, в противном случае имеет место разрежение, но, так или иначе, веществу преграды будет передан импульс и оно начнет двигаться по направлению распространения УВ.
Ясно, что, чем более массивна преграда, тем большую кинетическую энергию она приобретет в результате воздействия ударной или детонационной волны. Сообщение энергии оболочке продуктами взрыва 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 для горных работ при прокладке туннелей в Альпах. Все дело в мощности инициатора детонации. Если эта мощность достаточна, могут «сыграть» 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, их понемногу откалывали небольшими взрывами. Когда же поступил крупный заказ, мощность «откалывающих» зарядов значительно увеличили и сработали все 4500 тонн, совершив похожее на то (рис. 1.9), что произошло только спустя более чем два десятилетия в Хиросиме.
Рис. 1.9. Последствия взрыва на заводе минеральных удобрений в германском Оппау. Размеры воронки: длина -165 м, глубина — 19 м, ширина — 95 м
Разложение такой смеси происходит с выделением небольшой (на единицу ее объема) энергии, но детонация стала возможной не только из-за мощного инициатора, но и из-за размеров заряда, который, в соответствии со сформулированным в пятидесятых годах XX века Ю.Б. Харитоном критерием, должен превышать (и — превысил!) произведение скорости звука на время разлета вещества.
Читатель наверняка заметил, что автор забежал вперед — стал приводить примеры, совсем не из того времени, когда «вышли на арену» бризантные ВВ и бездымные пороха. Верно: теория детонации стала достаточно полной лишь к середине XX века, а до того взрывы изучались методом «втыка» — все подбиралось опытным путем, потому что не было приборов для изучения столь быстрых процессов. А вот механика была уже достаточно развитой наукой, позволившей вполне удовлетворительно описать процесс стрельбы, что было необходимо: орудия наводились уже не на глаз, а имели оптические прицелы, панорамы и вполне точные механизмы горизонтальной и вертикальной наводки (рис. 1.10). Из фотографии также видно, что изменились и форма снарядов: теперь они несли куда больше снаряжения, чем такого же калибра ядра. Но такой выигрыш дался непросто: необходимо было предотвратить кувыркание снаряда в полете и обеспечить его падение у цели головной частью вперед, чтобы безотказно сработал взрыватель. Для этого снаряду придавалось вращение в стволе (благодаря имеющимся там нарезам), а остальное делал гироскопический эффект.
Рис. 1.10. Мортиры (как эта, 305 мм австрийская, затащенная в 1916 г. на высоту 1700 м), с внедрением бездымных порохов стали выглядеть значительно изящнее (сравните с рис. 1.3), а главное — стрелять дальше и — поскольку были снабжены прецизионными механизмами наводки — точнее
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 (рис. 1.11). Но сопротивление воздуха действует непрерывно и следствием будет прецессирование снаряда в полете (рис. 1.12), признаки которого автору пришлось наблюдать лично.
Рис. 1.11. Действие сопротивления воздуха на вращающийся снаряд
Рис. 1.12. Прецессирование снаряда в полете
…Воздух на полигоне содрогнулся от мощного звука артиллерийского выстрела. Стреляли гаубицы. Чтобы отличать артиллерийские стволы по «голосу» опыта не хватало, но траектории пролетавших высоко над головой снарядов были навесными, гаубичными. Снаряды, удаляясь, еще набирали высоту; вдалеке хлопали их разрывы. Удивил звук полета, совершенно не похожий на свист, который можно услышать в саундтреке кинофильмов. Это было шипение, становившееся то громче то глуше. Частота изменений интенсивности звука была около десятка герц. Конечно, кино не может рассматриваться как надежный источник информации о физических, а тем более, исторических явлениях и пришлось задумался над результатами наблюдений.
Объяснить шипение было легко — это были акустические колебания, порожденные локальными сжатиями и разрежениями воздуха при полете снаряда. А вот модуляция шипения… Очевидно, она происходила из-за прецессирования: оно явилось причиной периодического смещения зон различной слышимости в пространстве…
…В Первую мировую войну ее основные участники вступили, опираясь на два важнейших вещества в своих арсеналах: пикриновую кислоту (тринитрофенол) и тротил (тринитротолуол). Правда, были кандидаты и помощнее: гексоген (циклотриметилентринитрамин), синтезированный Хеннингом еще в 1898 г. и творение Толленса 1891 г. — тэн (пентаэритриттетранитрат), но время их пока не пришло: производство было сложнее, а плотности химической энергии и скорости детонации — хоть и повыше, но процентов на 30–40. Основные ВВ вполне удовлетворительно дробили корпуса осколочных и фугасных снарядов, которые существенно потеснили в арсеналах широко применявшуюся в «эру черного пороха» шрапнель.
Этот снаряд для поражения живой силы был изобретен в 1803 г. и назван по имени своего создателя, капитана английской службы. В полете трубка (таймер, обычно — пиротехнический) воспламеняет в шрапнели заряд черного пороха, выталкивая из корпуса снаряда готовые поражающие элементы — чугунные шарики (рис. 1.13). А не собрала шрапнель свой урожай потому, что почти не было целей для нее на полях боев: после краткого романтического периода, который во французской, например, армии называли «элан виталь» (душевный порыв) стороны до отвала накормили друг друга огнем и стали зарываться в землю (рис. 1.14). В окопах глубиной в несколько метров солдатам не были страшны ни шрапнель, ни фугасные гранаты небольших калибров. Мощные 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 такое способны танковые и механизированные войска, но им только предстояло родиться. Ну а аристократическую кавалерию густо расставленные в обороне пулеметы секли, как капусту.
Рис. 1.13. Шрапнель в полете и в момент разрыва
Рис. 1.14. Солдаты британского Пограничного полка вылезли из своих «лисьих нор» на дне окопа, чтобы погреться на солнышке. Франция, июль 1916 г.
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, Турции, Австро-Венгрии) существенно 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 не раз приходилось быть свидетелем, как принимаются решения государственными мужами и он склонен полагать что 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, мощно ахала, выпуская в небо снаряд — благодаря немалым размерам, его можно было и увидеть; а значительно 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.
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.
…Тротил все же был предпочтительнее. Тринитрофенол. хоть и твердый, проявлял кислотные свойства: в присутствии влаги разъедал металл, образуя опасные соли. Днями и ночами на снаряжательных заводах 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 вспахивал и перепахивал окопы противника. Пехота занимала после него участки мягкой, как пух земли — взбитой волнами разрежения, последовавших за ударными волнами. Продвижение вперед измерялось порой сотнями метров, после чего все повторялось.
…20 ноября 1917 г., без обычной всесокрушающей артиллерийской подготовки, но под прикрытием тумана, на германские позиции вблизи деревушки Флескье, недалеко от Камбрэ, поползли почти четыре согни новехоньких британских танков. Окопники не видали раньше этих чудищ, но опыт и крепко въевшиеся представления о долге перед фатерландом погнали «мышиные мундиры» к орудиям — единственному, на что их интуиция указывала как па средство спасения. 62 монстра остались на поле боя, зловонно чадя: от пуль-то их броня защищала, а вот от снарядов даже небольших калибров — нет. Флескье немцы тогда удержали. Что и говорить, негромкий дебют нового оружия, но не обескуражил он британцев: новые и новые партии боевых машин доставляли транспорты на континент. Наверстывая упущенное, спешно стал сооружать нечто подобное и противник. Автор решил привести фотографию (рис. 1.15) именно германского танка A7V, потому что британские танки той поры более известны — они даже принимали участие и в Гражданской войне в России. Сравнение их с немецкими — не в пользу последних: A7V — сарай, склепанный из листов брони, с «окошками» для пулеметов и пушки. Бронировано все, вплоть до ходовой части. Видно, не вспомнили конструкторы истину, изреченную их соотечественником, Клаузевицем[4]: «Тот, кто обороняет все — не обороняет ничего!» «Сумрачный германский гений» проявился лишь в названии сухопутного дредноута — Хаген[5].
Рис. 1.15. Германский танк A7V. Франция, июнь 1918 г. Машинам этого типа впервые в истории довелось участвовать в танковых дуэлях
Но «проигравшие армии всегда хорошо учатся» — так говаривал недоучившийся семинарист из грузинского городка Гори. Пройдет немного времени — и немецкие танкисты будут не без удовольствия вдыхать смрад горящих британских танков, высунувшись из люков своих превосходных машин.
Ни подвижность, ни защищенность не позволяли танкам стать главной ударной силой Первой мировой. Да и их командиры еще только учились.
Поколебать господствующие позиции в войсках артиллерии, в развитие которой наступил явный застой — как по дальности огневого воздействия, так и по его могуществу — могло только нечто новое.
Вообще-то такое средство существовало и могло доставить к недоступной любой пушке цели боеприпас, обратив во благо себе — для создания подъемной силы — даже сопротивление воздуха. Потрескивали сверху пулеметики, а иногда падали и бомбочки (рис. 1.16). Но не очень-то боялись их те, кто был внизу, провожали летунов неприличными жестами. К концу войны такие пантомимы стали неуместными, поскольку бомбы потяжелели, но грамотному применению авиации еще предстояло учиться и учиться.
Британский летчик прицеливается по противнику. Ноябрь 1914 г.
На флоте — так вообще авиацию считали лишь средством разведки. Полезным, что и говорить — самолеты впервые взлетели с палуб переделанных под их нужды кораблей — авианосцев — но все же вспомогательным.
И на море поклонялись длинным и толстым стволам. У моряков, конечно, была отличная оптика, да и стальной многотысячетонный корабль — хорошая платформа для артиллерии. Но естественное рассеяние (от порывов ветра, колебаний плотности воздуха, разновесности снарядов) было причиной того, что баллистическая вероятность попадания огромной (381 мм) пушки британского линкора…«Куин Элизабет» в равный ему по размеру корабль при стрельбе отнюдь не на предельной дистанции в 13–15 км составляла 0,5 % и, с возрастанием дистанции стрельбы, понятно, еще более уменьшалась… В залпе она, понятно, была выше, но все равно давала полное основание задуматься, стоит ли вообще открывать огонь.
…Ползли по полям сражений и ядовитые облака. Как и во времена Александра Македонского, общественность осуждала нерыцарское, негуманное оружие. Германцы применили его первыми, будучи твердо уверены, что победителей не судят. Ну, а непобедителей? О таком им не хотелось думать, уже на последнем издыхании, в 1918 году началось «наступление Людендорфа», снова стал близок Париж и, с позиции 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. 1.17). Вес снаряда калибром 210 мм составлял 120 кг (из которых на ВВ приходилось немногим более 10 кг) — полевые гаубицы стреляли и более мощными, а уж сколько гаубиц можно было изготовить вместо одной «Колоссаль» — лучше не упоминать. Глупость часто прячется за рачительностью: когда 210 мм ствол, после пары десятков выстрелов, в каждом из которых его распирали газы двухсоткилограммового порохового заряда, изнашивался, его снимали, везли на завод, растачивали до 240 мм, и, вкупе с комплектом новых снарядов, снова везли на позицию. Пушка выпустила по Парижу 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. 1.17. Выстрел германского сверхдальнобойного орудия «Колоссаль» по Парижу
Нелепая в военном отношении «Колоссаль» была шедевром внутренней баллистики: разогнать снаряд в тринадцать пудов до скорости 1700 м/с непросто. Ни бездымные пороха, ни самые прочные стали не способны обеспечить такое, если ствол орудия короток. А при значительном увеличении длины ствола эффективность разгона падает: снаряд настигает волна разрежения в пороховых газах.
Вернемся к рис. 1.7 и представим, что поршень двигается в обратном направлении. 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 порохом газу, чтобы компенсировать разрежение вблизи поршня-снаряда, 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.
…Центральные державы были сломлены материально-техническим и численным превосходством противника. Наступление Людендорфа было последней конвульсией германской армии в той войне. И проиграл райхсвер не после мифического «удара в спину» со стороны революционеров и «предательской элиты», а — уступив в соревновании снарядов и стволов.
2. Пробить, промыть, проткнуть! А для этого — найти!…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, вспомнившего о своем героизме…
…Вылез из автомобильного салона («Боже, как воняет бензином эта самобеглая коляска!»), 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[6], сэр. Чертовски удобная штука в окопе, сэр…
— Oh, really? Позвольте взглянуть…
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 его и, признаться, ни разу не пожалел об этом, пока со мной Парабеллум, сэр (рис. 2.1).
Рис. 2.1. 20 мая 1982 года. Операция «Саттон» — высадка британской морской пехоты у Сан-Карлоса (Фолклендские острова) прошла успешно: противодействия аргентинских войск пока нет. «Ройал мэрин» перебирает побывавшее в морской воде снаряжение. В правом нижнем углу снимка — возможно доставшийся но наследству от деда Парабеллум; сейчас его протрут чистой тряпочкой. В руках того, кто любит свое оружие и заботится о нем, оно не отказывает
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 тоже мощный маузеровский патрон калибра 7,63. 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 меткому выражению политработников с компактными головками, по государственно насупленными бровями и крайне могучими языками, вновь запахло грозой — рассверлили стволы Парабеллумов под любимый 9 мм калибр.
Вторая мировая война застала ее участников в робких сомнениях, колебаниях между отжившим свое, но привычным и — новым, неизведанным.
Создавались мощные и подвижные танковые и механизированные соединения и одновременно — строились «линия Мажино» и «Система пограничных укреплений».
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 из четырех японских авианосцев. Несколько атак закончились 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 четыре десятка полутонных бомб, добились по нескольку попадании ими в три японских авианосца (рис. 2.2), что оказалось фатальным для этих мощных 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. На переднем плане — авианосец «Акаги», отличавшийся от других кораблей расположением «островной» надстройки — по левому борту.
…Пришлось сменить линейным кораблям королевские мантии на пыльники охранников в свите авианосцев. Дуэль с самолетами заканчивалась трагедией даже для самого мощного артиллерийского гиганта. Вот при каких обстоятельствах была поставлена последняя точка в боевом использовании крупных надводных кораблей японского флота. 6 апреля 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 Б-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 ОС ожидали подобной реакции императорского флота на события близ Окинавы. Поэтому по получении донесения о выходе соединения во главе с «Ямато» была срочно сформирована группа кораблей для артиллерийского боя с ним — несколько устаревших линкоров из сил огневой поддержки, 356 мм орудия которых могли стрелять на дистанцию 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, дальность стрельбы которых 1,4-т снарядами достигала 42,05 км. В 1945 г. данные разведки о кораблях этого класса были неточны (так, считалось, что калибр его орудий был 406 мм). Знай американские адмиралы всю правду, возможно, их стремление сразиться с таким гигантом в артиллерийском бою и поубавилось бы, потому что, держась за пределами дальности стрельбы линкоров США, он мог «достать» их своими почти полуторатонными «сеншики дан». Однако, судьбу «Ямато» решила палубная авиация.
«Ямато» шел в центре кругового ордера из восьми эсминцев и легкого крейсера «Яхаги» (головного), когда в 12–20 последовал первый налет, в котором участвовало около 150 палубных самолетов (рис. 2.3). Первым был уничтожен торпедой один из эсминцев, получил повреждения «Яхаги», а в линкор попали четыре бомбы, вызвав пожар, уничтожив несколько зенитных расчетов и пост РЛС. Были и попадания торпед (3–4), вызвавшие крен корабля 5–6° на левый борт. Интенсивный зенитный огонь «Ямато» был малоэффективен: противник потерял лишь два пикирующих бомбардировщика «Хэллдайвер». И это несмотря на то, что в ПВО, помимо 147-ми стволов малокалиберной зенитной артиллерии линкора, 12-ти 127-мм орудий и шести 155-мм орудий, участвовала даже артиллерия главного — 460-мм — калибра. Она имела для этого боеприпасы двух типов: «зенитный снаряд типа 91» весом 1300 кг с готовыми поражающими элементами (стальными трубочками с огнесмесью) и экспериментальный зенитный снаряд, снаряженный низкобризантным ВВ. При его разрыве разворачивались огромные кольца проволоки, уложенной вдоль заряда. Могущество этих боеприпасов намного превосходило все, на что были способны боевые части и всех послевоенных зенитных ракет, но технологическое отставание — отсутствие неконтактных или радиокомандных взрывателей — значительно снижало эффективность.
Рис. 2.3. Палубные истребители-бомбардировщики F4U «Корсэр» ВМС США атакуют японский линейный корабль «Ямато»
Как бы то ни было, первая атака незначительно сказалась на боеспособности линкора, и соединение шло со скоростью 22 узла, когда через час после первой последовала вторая атака полусотни палубных самолетов. Ее результатом стали еще пять торпедных попаданий (из них три — в левый борт), крен увеличился, пришлось прибегнуть к контрзатоплению. Скорость упала до 18-ти узлов. Еще через 45 минут последовала и третья атака, а с ней и четыре новых попадания торпед. К этому времени почти вся зенитная артиллерия «Ямато» была уничтожена попаданиями бомб. Взорвались пороховые заряды в башне № 1 главного калибра. Вышли из строя рулевые машины и связь. Крен продолжал увеличиваться, был отдан приказ покинуть корабль. Однако спастись удалось немногим: когда крен достиг 80°, из стеллажей стали выпадать полуторатонные снаряды главного калибра. Один из них упал неудачно и сплющил своим ударом головной взрыватель, в результате чего сдетонировал главный артиллерийский погреб, содержавший 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.
Где действительно пригодились большие пушки линкоров — так это при десантных операциях (рис. 2.4). На результаты их работы не могла нарадоваться морская пехота, потому что 406 мм снаряд (рис. 2.5), прежде, чем разорваться, мог пробить девять метров железобетона…
Рис. 2.4. Корабельная артиллерия проявила себя: после ее двухдневной работы, десантно-высадочные средства американской морской пехоты (их кильватерные струи видны в верхней части снимка) приближаются к тихоокеанскому атоллу Эниветок
Рис. 2.5. Погрузка на британский линкор «Родни» 406 мм снаряда артиллерии главного калибра. Снаряд весит тонну, но стрелять такими за годы войны пришлось совсем нечасто, а в морских сражениях — очень редко. «Родни» поучаствовал в потоплении германского «Бисмарка», но лишь после того, как торпеда самолета, взлетевшего с авианосца, попав в корму, лишила его противника хода
…Но все ж не давала покоя высокопоставленным более чем сомнительная слава припарижской «Колоссаль». И разъезжали по специально построенным железнодорожным веткам по берегу Ла-Манша неимоверно длинные (рис. 2.6), чьи стволы тоже поддерживали от прогиба тросы, посылали на ту сторону снаряд за снарядом — редко и совсем уж 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…».
Рис. 2.6.1940 г. Германское сверхдальнобойное орудие на железнодорожном ходу послало свой снаряд через Ла-Манш
…Под гусеницами бронетанковых соединений оборона трещала, как скорлупа, а там, где они взаимодействовали с авиацией — пикирующими бомбардировщиками и штурмовиками — их наступление напоминало нож, входящий в масло. Артиллерия продолжала оставаться главной огневой силой сухопутных войск, но с танком уже нельзя было справиться, просто метко выстрелив в него из первой подвернувшейся под руку пушки (рис. 2.7). Конечно, очень 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. 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 па броне, о чем свидетельствуют газы взрыва и разлетающиеся ошметки. Объем газов позволяет оцепить количество взрывчатки — около сотни граммов. Вероятно, это был снаряд 37 мм противотанковой пушки. Т-34, скорее всего, не потерял боеспособности
Американскому крейсеру «Бойз» удалось снарядами своего главного калибра отразить атаку итальянских танков, когда он обеспечивал огнем десантную операцию на Сицилии и весьма странно, что после этого никто из высокопоставленных не смекнул: повытаскивать крейсера из моря, поставить на гусеничный ход и приказать сопровождать войска, охраняя их от наседающих танков.
Далеко не всегда «убивала» танк и куда более мощная, чем снаряд крейсера, авиационная бомба (рис. 2.8) — взрывчатка не могла компенсировать даже небольшие промахи по высокозащищенным целям и необходимостью стала специализация боеприпасов. В бронебойных догадались не рассеивать драгоценную энергию по всем направлениям, а наоборот — концентрировать ее в точке попадания, сделав ставку на меткий выстрел.
Рис. 2.8. Безрезультатная охота германского пикирующего бомбардировщика в пустыне Северной Африки. На «дичь» (танк «Шерман», американского производства) сброшена мощная (похоже — полутонная) бомба, но промах оказался таким, что цель не получила повреждений
Еще до войны была предложена профессором Герлихом «ультрапуля», напоминающая в разрезе гриб-поганку (рис. 2.9). В казенной части ствола была раскрыта юбка того гриба и потому действовало давление пороховых газов на большую площадь, ускоряя «ультрапулю» с большей силой. Но не только пуля была новшеством: канал ствола имел коническую форму и по мере движения, складывалась юбка и покидала ствол (кстати — со скоростью 1500–1700 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, и недолга их жизнь: то ли по причине износа, то ли потому, что опасное это дело — с ружьем, хоть и противотанковым — да на прямом выстреле…
Рис. 2.9. «Ультрапули» профессора Герлиха.
Показаны различные типы таких пуль и изменения их форм в процессе движения в коническом стволе. Справа — пули, снаряженные зажигательным составом, воспламенявшимся при пробивании брони. Бронепробитие таких пуль — пониженное по сравнению с цельнометаллическими, изображенными слева, зато заброневое действие — выше
В полевой артиллерии бронебойные снаряды были вначале просто болванками из стали — по калибру соответствующей пушки (рис. 2.10). В донной части некоторые из них имели небольшой заряд — чтобы было, чем «удивить» танкистов, преодолев броню — ведь взрыв в замкнутом пространстве гораздо опаснее для людей, чем на открытом воздухе. Такой снаряд мог пробить броню равной своему калибру толщины, да и то — при благоприятном угле встречи и на небольшой дистанции. Позже стали вставлять в снаряд сердечник закаленной стали — бронепробитие увеличилось, но не намного.
Рис. 2.10. Эволюция бронебойных снарядов к авиационной пушке калибром 23 мм.
Сверху вниз:
— цельнометаллический (есть только трассер);
— с сердечником из закаленной стали (головной обтекатель удален);
— экспериментальный, с отделяемым поддоном из алюминия и полиэтилена и оперенным «ломом»
Тогда облегчили пушке работу: разгонять она стала совсем легкий снаряд, а массу его сосредоточили в тяжелом «ломе», значительно меньшего, чем калибр ствола, диаметра. Чтобы газы не прорывались — заключили лом в легкий поддон, который сдувался после выстрела набегающим потоком воздуха (рис. 2.11). Ломы могли отразиться от брони (рикошетировать) или переломиться, но, если внедрялись («закусывали», рис. 2.12), то обеспечивали бронепробитие почти в три раза превышающее калибр орудия. Заброневое же действие подкалиберных снарядов основывалось не на взрыве, а на свойствах материала лома. Дело в том, что 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. 2.13), причем внутри «полена» сохранится структура, напоминающая древесные волокна. Разгрузкой при выходе из брони дробился и лом: куски его поражали аппаратуру и экипаж, а, если он был сделан из такого материала, как уран — эти осколки еще и горели…
Рис. 2.11. Выстрел из танковой пушки подкалиберным снарядом. В середине снимка видны отделившиеся части поддона, справа — газы выстрела
Рис. 2.12. Малый угол встречи и высококачественная сталь не помешали «лому» 105 мм израильского подкалиберного снаряда APFS-DS-T «закусить» и пробить ствол пушки сирийского танка Т-62 (советского производства)
Рис. 2.13. Стальной цилиндр, сжатый давлением взрыва, а затем «растащенный» волной разрежения («разгрузкой»)
…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[7]. 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. Понятно, что, когда бьют по ушам ударные волны — не до понимания сущности эффекта. Вот и разносилась по батареям 76 мм «полковух», неспособных проткнуть подкалиберным снарядом 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 Hohlladungsgeschoss» — «снаряд с выемкой в заряде».
Выемка эта, действительно, определяет многое (рис. 2.14). Внутри нее сжимается детонацией мощной взрывчатки медная облицовка — и «выдавливался» из этой облицовки поражающий броню элемент. В длинную и тонкую кумулятивную струю (КС) переходит до 30 % массы облицовки и приобретают самые быстрые части струи скорость до 10 км/с — значительно больше той, с которой «схлопывала» облицовку детонация. Ничего эта струя не прожигает и даже сама состоит не из расплавленного металла, а 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» в защите узкое отверстие (рис. 2.15), расходуя при этом себя.
Рис. 2.14. Слева — взрыв кумулятивного заряда, поражающий элемент начинает формироваться. Рисунок в центре: характеристики поражающего элемента зависят от формы облицованной металлом кумулятивной выемки.
Из конуса с малым углом при образующей формируется длинная и тонкая кумулятивная струя, обеспечивающая значительное бронепробитие (до 10 диаметров заряда)[8], но слабый заброневой эффект.
Из конуса с большим углом при образующей формируется сравнительно компактное ударное ядро, пробивающее броню толщиной до 0,8 диаметра заряда, по обеспечивающее значительный заброневой эффект, о котором дает представление правый снимок: ударное ядро прорвалось сквозь броню.
Из полусферы образуется поражающий элемент с промежуточными характеристиками — как по бронепробитию, так и по заброневому действию
Рис. 2.15. Танк Т-72БМ, Грозный, январь 1995 г. Места поражения кумулятивными боеприпасами показаны стрелками; слева от каждой из стрелок видны «коробки» динамической защиты
Элементы струи имеют разную скорость и со временем струя распадается в полете, теряя способность промыть броню, поэтому необходимо, чтобы заряд сработал па некотором — фокусном — расстоянии от брони, и КС успела сформироваться, но еще не распалась. Потому-то кумулятивные боеприпасы имеют полые наконечники, при ударе которых о преграду и срабатывает взрыватель мгновенного действия.
…Кумулятивные боеприпасы самых ходовых калибров промывают очень толстую броню: в наше время — около метра, но и в годы войны соревноваться с КС, наращивая бронезащиту, было бессмысленно. Стремясь защитить танк, стараются «разорвать» КС, тем самым значительно понизив ее способность к бронепробитию. Для этого, например, на некотором расстоянии от танковой брони монтируют решетки (рис. 2.16) — с расчетом на то, что взрыватель сработает не на расстоянии, соответствующем фокусному, а на значительно большем. Эффективна также динамическая защита — элементы ее можно видеть на рис. 2.15, в непосредственной близости от отверстий, промытых КС. Это — расположенные под острыми углами к вероятным направлениям обстрела металлические коробки с двойными стенками, промежуток между которыми заполнен чувствительным листовым взрывчатым веществом. Головная часть кумулятивной струи, попав в элемент ДЗ, инициирует детонацию листового ВВ, которой стенкам коробки сообщается скорость около пары километров в секунду. Летящие пластины металла разрушают остаточную часть кумулятивной струи, уменьшая ее длину, а от этой длины напрямую зависит глубина бронепробития…
Рис. 2.16. «Противокумулятивные» решетки на бортах и башне танка Т-62. Чечня, 2000 г.
…Промыв броню (рис. 2.17), КС не ведет себя в танке столь буйно, как прорвавшийся бронебойный снаряд: если она не задевает членов экипажа, минует снарядную боеукладку и другие важные места, танк может еще и повоевать.
Рис. 2.17. Рентгенограмма срабатывания кумулятивного заряда, слева направо: взрыв заряда, начало формирования из облицовки и дальнейшее развитие кумулятивной струи, прорыв остатка кумулятивной струи сквозь броню
…Компактные кумулятивные заряды быстро получили признание не только в артиллерии. Более того, в артиллерии с их применением не все было гладко, поскольку вращение снаряда — причина возникновения неустойчивостей в КС, оно снижает ее действие, а вот гранаты и реактивное оружие — идеальны для нее. «Панцершрек», «Базука», «Пуппхен» — все и не перечислишь (рис. 2.18—2.21). Появились и ракеты «Роткеппхен» (рис. 2.22), управляемые по проводам, которые разматывались с катушки в полете. О них — родоначальниках нового класса противотанковых средств — правильно упомянуть именно в связи с кумулятивными зарядами, потому что ракетные двигатели на твердом топливе 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. Опытная партия «Роткеппхен» была передана в вермахт в апреле 1945 г., документально подтвержденных данных о результатах их боевого применения не сохранилось, по вот потом много раз громко заявляли о себе в ближневосточных конфликтах их прямые французские «родственницы» SS-10 и SS-11. Концепция «Роткеппхен» более чем полвека служила разработчикам ракет разных стран. Впрочем, об управляемом оружии речь впереди.
Рис. 2.18. Германское противотанковое орудие «Пуппхен».
В руках захвативших орудие американских солдат видны боеприпасы к нему — реактивные снаряды «Панцершрек», применявшиеся также и в других системах оружия
Рис. 2.19. Приемам стрельбы из одноразового гранатомета «Панцерфауст» обучали фольксштурмовцев — стариков и домохозяек, которых в конце войны гнали под гусеницы наступавших танков союзников
Рис. 2.20. Американский ручной противотанковый гранатомет «Базука» (уже — послевоенная модификация) и снаряд к нему
Рис. 2.21. Германская ручная противотанковая граната с кумулятивной боевой частью
Рис. 2.22. Германская противотанковая, управляемая по проводам ракета «Роткеппхен»
Применение ударных ядер было не столь обширным из-за умеренного бронепробития, а также потому, что формирование ударного ядра завершалось на больших расстояниях от заряда. Связка самолетов «Мистель» (рис. 2.23) управлялась пилотом расположенного сверху истребителя. После расстыковки, нижний самолет летел в неуправляемом режиме, на подходе к цели в нем подрывался огромный кумулятивный заряд, а образовавшееся ударное ядро крушило фермы моста или пробивало мощное укрепление. Но применение «Мистель» было редким и малоуспешным, как и применение ударных ядер для поражения тяжелых бомбардировщиков. Только много позже, когда появились изощренные системы наведения, способные «обнюхать» бронецель и уязвить ее в слабозащищенное место (рис. 2.24) — реализовались возможности ударных ядер: проигрывая кумулятивной струе (КС) в бронепробитии, они обеспечивают значительно больший «заброневой» эффект.
Рис. 2.23. Связка самолетов «Мистель». Пилот с истребителя Мессершмитт-109F (сверху) нацеливал бомбардировщик Юнкерс-88S1 с боевой частью типа «ударное ядро» на важный и высокозащищенный объект, после чего расцеплял машины
Рис. 2.24. а) Кассетный самоприцеливающийся элемент для 300 мм реактивного снаряда «Смерч»; б) Ударное ядро кассетного самоприцеливающегося боевого элемента поражает танк в решетку воздухозаборника двигателя
…По себе знаю, как тянет «пощупать» явление своими руками, ощутить его возможности и взаимосвязи. Ну что за опыт с карандашами — это всего лишь иллюстрация! Беда домашнего естествоиспытателя в том, что эксперименты со взрывчаткой обязательно привлекут к его личности внимание государственных органов, которые, возбудившись, причиняют неприятности, вряд ли относимые к категории незначительных. В случае же с кумуляцией есть счастливая возможность такого внимания избежать.
Начать можно с наблюдений за падением в воду шарика (он должен быть несмачиваемым, например — из пластилина). При падении и погружении в воду, шарик создаст в ней полость, «схлопывание» которой приведет к формированию струи, бьющей вверх. Но струя эта будет «толстой» и невысокой.
Улучшить этот «кумулятивный заряд» можно, применив наполненную водой пробирку: отпущенная в строго вертикальный полет с высоты 5–6 см, она, при ударе о твердую поверхность, «выдаст» мощную, тонкую 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 может привести к тому, что капли — элементы КС — достигнут потолка.
Но опять же — не то: да, образуется струя, но что она может? Для углубленных исследований 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, укрепим на нем конденсатор, соединив его с центральной (высоковольтной) жилой.
Роль воронки выполнит мениск воды. Желательна большая глубина «воронки», 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 — такой, что внутренний диаметр капилляра составит 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.
Пробить воду между шайбой и жилой кабеля, должно 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. Для желательной в опытах энергии разряда в 10 Дж, напряжение U имеющегося у вас источника определит и емкость С конденсатора (вспомним, что эти величины, связаны с запасаемой энергией Е зависимостью: Е = CU2/2). После каждого опыта конденсатор обязательно надо закорачивать, чтобы не «дернуло» остаточное напряжение на нем, но вообще-то — этого все равно не избежать. Если нет очень серьезных проблем с сердцем, «встряхивание» будет безвредным и самым лучшим образом научит правилам безопасной работы с высоким напряжением.
Соединим разрядник и капилляр обрезком шланга для душа. Воду нальем с помощью шприца: в капилляре не должно быть пузырьков — они исказят течение воды. Убедимся, что мениск образовался на расстоянии примерно в сантиметр от разрядника.
Зарядим конденсатор (рис. 2.25) и замкнем контур изолирующей штангой. В области пробоя разовьется большое давление и образуется ударная волна (УВ), которая «побежит» к мениску и «схлопнет» его.
Рис. 2.25. Схема установки для формирования водяной кумулятивной струи. 1 — источник высокого напряжения, 2 — зачищенный радиочастотный кабель, 3 — капилляр с налитой водой, 4 — высоковольтный конденсатор
Тонкую и быструю КС вы обнаружите по ее тычку в протянутую в метре над установкой ладонь или — по водяным каплям на потолке. Увидеть же ее невооруженным глазом сложно, но можно получить снимок (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 недорогим обычным фотоаппаратом, открывая в темноте его затвор и затем замыкая контакт. В качестве «брони» лучше всего подойдет желатин (рис. 2.26): можно менять толщину его слоя, ставить под углом (рис. 2.27), разделить пробиваемый КС слой на два и посмотреть, будет ли пробивать КС «броню» той же толщины, но «разнесенную»…
Рис. 2.26. Пробитие водяной кумулятивной струей слоя желатина. Кумулятивная струя образовалась из вогнутого мениска воды, при воздействии на него ударной волны от разряда в дистиллированной воде. Энергия конденсатора коммутируется при помощи стержня из оргстекла, сближающего электроды (стержень и искра разряда при коммутации видны в центре снимка)
Рис. 2.27. Выход из слоя желатина вошедшей в нее под углом кумулятивной струи
Настроив установку, можно экспериментировать:
— менять диаметр капилляра и расстояние между воронкой и точкой «взрыва», наливая в капилляр разное количество воды;
— устанавливать в капилляре на тонких ниточках «линзы» из пластилина, меняя форму фронта УВ, воздействующей на воронку.
— не ставить в капилляр бумагу и сделать мениск выпуклым — тогда КС не образуется, а от капилляра в разные стороны полетят брызги.
Полезно знать выводы теории кумуляции:
— бронепробитие зависит не от скорости КС, а от ее длины;
— оно же зависит от соотношения плотностей брони и КС.
Но, понятно, не все выводы теории описывающей столкновение «текущих» металлов надо воспринимать как истину в последней инстанции и переносить их на «водяную» модель: неудача попытки пробить фольгу будет обусловлена не неблагоприятным соотношением плотностей, а тем, что водяная струя установки слабовата для ожижения алюминия…
…Вот и в Германии и кумуляция и другие полезные явления исследовались — тщательно, с немецкой педантичностью. Потому и имена «пионерских» образцов оружия в большинстве — немецкие. В германских оружейных фирмах существовала эффективная система поощрения сотрудников, «генерировавших новые идеи». Зарплата таких специалистов достигала 11000 райхсмарок (4500$ по тогдашнему курсу)[9], что было выше, чем у дирекции в институтах, где они работали. Конечно, суетились вокруг неутомимые бойцы невидимого фронта, случались и аресты (понятно, необоснованные, но ведь «бдительностью 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.
Еще несколько десятилетий после войны исследования развитых стран базировались на заделе, созданном немецкими учеными. Так, в плане исследований на 1947 г., представленном на утверждение президенту США, до 80 % разделов содержали аннотации результатов, полученных германскими учеными в соответствующих областях. В Германии насчитывались десятки научно-исследовательских учреждений и полигонов, таких как Luftfahrtforschungsanstalt (LFA).
LFA располагал несколькими видами аэродинамических труб, в том числе — обеспечивающими сверхзвуковой режим течения. Даже в самые последние недели войны продолжалось строительство еще одной, самой крупной.
Неудивительно, что в стране, где «жил, учился и боролся» первооткрыватель названного его именем излучения[10] это явление было поставлено «на службу науке». Оно стало важным инструментом, позволяющим понять, как функционируют сложные механические системы (рис. 2.28).
Рис. 2.28. Рентгенограмма выстрела из пистолета. Пуля (справа) сплющилась при ударе о броневой лист. Видны кости руки стрелка и экстрактированная гильза, а вот пороховые газы, ввиду их малой плотности, рентгеновскому излучению обнаружить не под силу. Эту иллюстрацию автор заимствовал не из германского, а из американского источника, что ясно хотя бы из того, что на ней изображен пистолет Кольт М1911А1
В баллистических исследованиях важное значение приобрел метод теневой фотографии. Основой его является тот факт, что, с увеличением плотности газа, растет и показатель его преломления, поэтому ударная волна вызывает смещение лучей света, и на снимке она будет выглядеть, как две чередующиеся полосы: черная и белая. Источник света располагают за рассеивающей свет преградой и получают снимки ударных волн, образующихся при полете с высокой скоростью (рис. 2.29), например — подкалиберного снаряда. Поскольку характеристики ударных волн в воздухе хорошо изучены, по углу раствора конусной головной ударной волны не составляет труда определить и скорость полета.
Рис. 2.29. Теневой снимок головной части бронебойного подкалиберного снаряда (вроде изображенных на рис. 2.10 и 2.11)
С методом теневой фотографии связана одна из историй, свидетелем которой пришлось быть автору. Началась она с прибытия в институт комиссии из министерства. Вскоре выяснилось, что расследуется «фальсификация научных результатов». В одном из «бронебойных» отделов наметилось отставание по важнейшей характеристике — скорости снарядов. Метод для исправления ситуации был выбран кардинальный: теневые снимки, полученные при стрельбах на испытательной трассе, заменялись другими, которые изготавливал 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 следует вывод для тех, кто вознамерился карабкаться по «извилистым тропам науки»: не стоит быть чересчур уж аккуратными. Если бы тот злополучный снимок был слегка расфокусирован — улик в виде выступающих ворсинок не осталось бы…
…Но вернемся в Германию военных лет. Помимо методики теневой съемки, там была создана и уникальная для своего времени установка интерферометрии, позволявшая визуализировать распределение плотности в обтекающем тело воздушном потоке (рис. 2.30). Наложение световых волн от двух источников приводило к чередованию максимумов и минимумов освещенности, а изменение плотности нарушало эту картину, поскольку менялся показатель преломления. Получить такой снимок в дачных условиях значительно сложнее, чем теневой…
Рис. 2.30. Картина обтекания тела воздушным потоком, полученная методом интерферометрии
…К концу войны число самолетовылетов люфтваффе неуклонно снижалось, росли потери, поэтому эффективности боевой нагрузки уделялось повышенное внимание. Результаты в области прикладной аэродинамики явились базой для создания класса кассетных боеприпасов. Боевые элементы (рис. 2.31) при снаряжении бомбовых кассет, вставлялись «один в другой», что позволяло с высокой эффективностью использовать объем боеприпаса — носителя. Закон их рассеяния после раскрытия кассеты, был согласован с формируемыми при разрывах осколочными полями.
Рис. 2.31. Боевые элементы, вставляемые «один в другой» при снаряжении бомбовой кассеты, что позволяет повысить коэффициент ее заполнения
Но превосходство в воздухе люфтваффе утрачивала день ото дня и артиллерия оставалась наиболее действенным огневым средством, которое германская армия могла противопоставить наступательным замыслам противника. Замена или существенная модернизация наиболее массовых полевых артиллерийских систем требовала, помимо материальных затрат, значительного времени на переучивание расчетов и перестройку системы снабжения, а именно этого Германия уже не могла себе позволить, поэтому основные усилия в области повышения эффективности были связаны с разработкой новых боеприпасов. Научные исследования в этой области касались прежде всего внешней баллистики. На рис. 2.32 видны свидетельства этого поиска — изыскивались оптимальные аэродинамические формы фугасных, оперенных, подкалиберных и надкалиберных снарядов для ствольных и реактивных систем. Процесс полигонных испытаний «поджимало» время, поэтому новые снаряды небольшими партиями поступали во фронтовые части сразу после ограниченного числа отстрелов. Но и на фронте определение эффективности было затруднено: противник наступал.
Рис. 2.32. Модели артиллерийских снарядов и неуправляемых ракет для исследований в аэродинамической трубе
Особо следует упомянуть о полевой реактивной артиллерии, поскольку эту тему до сих пор окружает сонм мифов. Германские войска располагали еще до начала войны рядом вполне отработанных образцов 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 реактивные минометы совершенствовались: вместо 100 и 150 миллиметровых «Небельверферов» первых серий появились 210 (42 г.), 280, 300 (43 г.) и 320 миллиметровые. Для 210 мм «Вурфгранате» была разработана пятиствольная пусковая установка (рис. 2.33), однако эта и другие реактивные гранаты могли запускаться также из укупорочных ящиков и с самоходных шасси. Германская реактивная артиллерия широко применялась при штурме Севастополя, под Сталинградом, а также при подавлении Варшавского восстания.
Рис. 2.33. Германские артиллеристы готовятся к открытию огня из «Небельверфера-42». Италия, 1943 г.
В вермахте хорошо представляли не только сильные стороны реактивного оружия, но и его недостатки, в первую очередь — значительное рассеяние ракет при стрельбе. В начальный период войны, при маневренных действиях, потребность в подавлении мощной обороны стрельбой по площадям возникала не часто. 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 стали оснащать бронетранспортеры вермахта.
Германские реактивные снаряды отличались от советских прежде всего типами твердых топлив — в советских использовался бездымный порох, а в германских — смесевые составы (рис. 2.34). При производстве зарядов смесевого твердого топлива приобретался опыт получения все более крупноразмерных шашек (тот, кто знает о технологических трудностях производства твердого топлива для современных МБР, поймет ценность этого опыта).
Рис. 2.34. Даже если бы не были заметны отличия формы, в которую одеты он юные расчеты, можно легко определить, чья батарея стреляет: топливо реактивных снарядов германских «Небельверферов» и «Вурфгеретов» — смесевое, дающее при сгорании много дыма. Топливо советских «эрэсов» — бездымный порох и их факелы — яркие, чистые
Для иллюстрации упомянем «гисслинг пульвер». При производстве шашек из него, паста из нитроклетчатки и диэтиленгликольдинитрата, стабилизированная дифениламином и карбамитом, в сыром виде размельчалась и добавлялась к расплавленному тринитротолуолу. Далее смесь в горячем состоянии вакуумировалась, (удалялись воздух и вода) и заливалась в стальные формы, охлаждаясь в течение 48 часов. В результате получались высококачественные заряды немалых даже по современным меркам (диаметр — до 500, длина — до 1000 мм) размеров, которые нашли применение в ускорителях старта и двигателях таких ракет, как неуправляемая «Райнботе» (рис. 2.37), призванная заменить авиацию при решении задач на оперативную глубину. Четыре работающие на смесевом твердом топливе ступени сообщали последней из них скорость, необходимую для достижения дальности в 220 км, но вес боевой части (40 кг) был явно 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. 2.35. Оперативно-тактическая ракета германских сухопутных войск «Райнботе»
Помимо аналогов армейских «Вурфгранатен», подвешивавшихся к штурмовикам, были созданы специальные образцы авиационных неуправляемых ракет и двигателей для них. Высокими характеристиками отличался 55-миллиметровый R4M, который нашел применение для противотанковых авиационных ракет (рис. 2.36). Для таких ракет были разработаны интегрированные в крыло направляющие (рис. 2.37), наличие которых слабо влияло на аэродинамику носителя и позволяло вступать в воздушный бой сразу по завершении штурмовых действий.
Рис. 2.36. Неуправляемые ракеты R4M — оружие нечасто появлявшейся над полем боя к концу войны германской авиации. По характерным «надкалиберным» головным частям можно заключить, что два нижних образца укомплектованы кумулятивными зарядами
Рис 2.37. Направляющие для ракет R4M, интегрированные в крыло самолета-носителя и позволяющие ему маневрировать с высокими перегрузками сразу по израсходовании ракет
Совершенствовались и авиационно-бомбовые средства поражения.
Весьма оригинальной была авиабомба SB-800-R5 с ракетным ускорителем (рис. 2.38). Она применялась по кораблям с небольших высот. Ускоритель сообщал бомбе дополнительную скорость около 150 м/с, после чего отстреливался. Сферическая боевая часть продолжала полет, рикошетируя от водной поверхности (иногда делая до дюжины «подскоков») и поражала корабль на уровне ватерлинии — как при топмачтовом бомбометании, но повышенная дистанция сброса позволяла снизить потери носителей ракетных бомб по сравнению с самолетами, применявшими свободнопадающие бомбы.
Рис. 2.38. Рикошетирующая от водной поверхности авиабомба SB-800-R5 с ракетным ускорителем
Предпринимались значительные усилия для повышения эффективности действия боеприпасов у цели. 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 недостаток, поэтому был разработан синтез его аналога — циклотриметилентринитрозамина — вещества лишь немногим менее мощного, производство которого не требовало агрессивных сильных кислот (азотной и серной), что позволяло производить его на примитивнейшем оборудовании, вплоть до прачечного. Исходными компонентами служили обнаруженный на складах, накопленный в свое время для нужд мирной промышленности нитрит натрия, недефицитные формальдегид и аммиак.
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!
Разрабатывались и специальные пластичные взрывчатые составы для использования в бронебойных снарядах. Идея заключалась в том, чтобы не пробивать броню, а, обеспечив плотное прилегание к ней ВВ после попадания снаряда — сформировать ударную волну. На обратной стороне бронезащиты ударную волну сменяет волна разрежения, вызывающая откол частиц брони, обладающих определенным поражающим действием (рис. 2.39). Из стадии опытных германские работы не вышли, но позже снаряды с деформируемой головной частью входили в боекомплекты французских танков. Такие снаряды потеряли свою эффективность, когда на танки стали устанавливать многослойную броню.
Рис. 2.39. Заброневое действие снаряда с пластическим снаряжением: при попадании пластическое снаряжение плотно прилегает к броне; после детонации, на внутренней стороне броневой защиты, в результате откола, вызванного разгрузкой, из брони образуются поражающие элементы. Пробития при этом не происходит
Все эти достижения не могли, однако, компенсировать недостаточную производительность химических предприятий: расход боеприпасов — и специального, и общего назначения — был огромен и для снаряжения тех же осколочно-фугасных снарядов нередко применялись суррогаты: основное ВВ (тринитротолуол) разбавлялось инертными солями иногда наполовину, что, конечно, сказывалось на могуществе.
Война, чья истина всегда конкретна, требует решительности не только от солдат — в небе, на суше и на 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, но при этом — терять самолеты, расходовать не один десяток тех самых, серийных бомб в вылете, который не причинит повреждений кораблю противника или…
…Германское управляемое оружие заявило о себе весьма громко: осенью 1943 года радиоуправляемыми авиабомбами запущенными с самолетов, были тяжело повреждены американские крейсера «Филадельфия», «Саванна», британские линкор «Уорспайт» и крейсер «Уганда», однако «венцом» явилось потопление нового итальянского линкора «Рома» (водоизмещение 46000 т, 9 орудий калибром 381 мм) 9 сентября 1943 г. К тому времени Муссолини был арестован, правительство Италии вело переговоры о мире, а итальянский флот шел на Мальту сдаваться англичанам, что, конечно, не могло быть расценено недавними партнерами по оси иначе как предательство. В 15–40 на высоте 5 км, были замечены самолеты. Вероятность попадания в идущий 20-узловым ходом корабль свободнопадающих бомб, сброшенных с такой высоты, пренебрежима, поэтому особой тревоги самолеты не вызвали. Однако в 15–41 в палубу линкора попала почти вертикально падавшая управляемая бомба SD-1400 (рис. 2.40), пробившая насквозь корпус корабля и разорвавшаяся в воде под котельными отделениями. Экипаж своевременно начал борьбу за живучесть, но через 10 минут последовало второе попадание, в результате которого сдетонировали 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-Х, 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 наглядной демонстрации, развитие управляемого оружия получило приоритет.
Hs-293 (рис. 2.41) часто называют планирующими бомбами, что неточно: все модификации имели ракетные двигатели. Вес этих крылатых ракет приближался к тонне, причем около половины приходилось на боевую часть. Системы управления были в основном радиокомандными (только ракеты модификации С2 управлялись по проводам). Ракеты отличались конструкциями органов управления, типами двигателей и боевых частей. Среди последних были и «ныряющие», поражающие днище корабля. Задумка-то была вроде и оригинальной, но, «воплощенная в крылатый металл», оказалась столь капризной, что советские специалисты, установившие было такие боевые части на послевоенной противокорабельной ракете КСЩ, впоследствии отказались от них. На германских заводах преимущественно производилась модификация HS-293A: 1700 шт. Их применяли в Бискайском заливе, при высадках союзников у Анцио и Салерно, против конвоев, шедших к Мальте и в Арктике. Конструкция Hs-293 была сочтена успешной, последовали и другие: Hs-294, Hs-295, но они «опоздали». Контрмеры союзников сводились к постановке помех в рабочих диапазонах радиочастот, а также к борьбе с самолетами-носителями, что было не очень сложным, ввиду небольшой дальности применения управляемых ракет.
Рис. 2.41. Авиационная крылатая ракета «Хеншель-293А»
Ответ на эти меры также был предсказуем: управляемое оружие стали рассредоточивать на возможно большем числе носителей, причем не исключая даже истребители сопровождения: малогабаритная 730-килограммовая управляемая бомба BV-246 (рис. 2.42) была пригодна для подвески на Fw-190 и Ме-109. Планирующие бомбы BV-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 BV-246 не только работали в ранее не использовавшихся частотных диапазонах, в которых мероприятия РЭБ противника в то время не были эффективны; в них был реализован качественный скачок в развитии управляемого оружия: переход от принципа «выстрелил и проследил» к принципу «выстрелил и забыл». К этому же классу принадлежали и авиабомбы L-10 и BV-143 с программным управлением, правда, показавшие на испытаниях низкую эффективность.
Рис. 2.42. Управляемая бомба «Блом и Фосс BV-246», подвешенная к истребителю-бомбардировщику Fw-190
Не были забыты и моряки, получившие наводящиеся на шум винтов торпеды «Цаункёниг», которыми германские подводные лодки успешно оборонялись от атаковавших их эсминцев. «Цаункёниг» копировался после войны во многих странах.
Читатель, даже понаслышке знакомый с прикладной наукой, заподозрит автора в «лакировке действительности» если не рассказать и о неудачах в исследованиях: ничто в природе не делается со 100 %-ным КПД. Всем понятно, что изделие, в основу которого заложены не противоречащие законам природы принципы, рано или поздно заработает, как было задумано, это — вопрос времени. Но задумки-то бывают здравыми не всегда, концептуально ущербные проекты тоже встречались, как и «брошенные» на полпути к успеху.
С достаточными основаниями и несмотря на протекцию влиятельных «партейных» чиновников был отклонен проект предложенного в 1944 г. «бомбардировщика-антипода» доктора Зенгера. В полете бомбардировщик должен был двигаться «прыжками», отражаясь (рикошетируя) при каждом от плотных слоев атмосферы, за счет чего его ожидаемая дальность достигала межконтинентальных значений и позволяла угрожать стране, где было сосредоточено основное военное производство союзников — США. Сухой вес бомбардировщика был определен в 20 т, вес топлива и бомбовой нагрузки — 80 т.
Для заправленного бомбардировщика весом в 100 т очень много топлива требовалось для взлета. Доктор Зенгер предлагал построить стартовый трек, по подобию использовавшегося для запуска Фау-1, но более протяженный — длиной 3 км. На самолет в этом случае могло быть установлено любое потребное количество ракетных ускорителей, которые должны были работать около 10 секунд, что позволяло достичь скорости 500 м/с. Затем набор высоты обеспечивал маршевый двигатель.
Максимальная скорость бомбардировщика доводилась до 6000 м/с, а максимальная высота полета — до 260 км. Самолет в течение некоторого времени мог оставаться на высоте 40 км, а в 23000 км от точки старта терял высоту и, пролетев еще 500 км, то есть примерно половину расстояния вокруг Земли, совершил бы посадку. Посадочная скорость должна была составить всего 140 км/час, что давало возможность такому бомбардировщику совершить посадку на любом аэродроме. Однако в этом варианте самолет Зенгера мог нести только 300 кг полезной нагрузки, не считая пилота.
Доктор Зенгер занимался проблемой полетов и на более короткие расстояния. Основная трудность в этом случае состояла в развороте самолета-ракеты на обратный курс. Оказалось, что развернуть самолет, идущий со скоростью почти 1600 м/сек, чрезвычайно сложно: многие приборы и агрегаты могут отказать из-за чрезмерных перегрузок, и, кроме того, для выполнения такого маневра необходимо огромное количество топлива. Гораздо выгоднее было бы осуществить прямой полет с посадкой на базе, расположенной на «противоположном конце» Земли. В этом случае бомбардировщики стартовали бы в Германии, сбрасывали бомбы в заданном районе и приземлялись бы в точке-антиподе (отчего и произошло название бомбардировщика). Там предполагались перевооружение, заправка топливом и полет в обратном направлении, также сопровождаемый бомбардировкой цели. Однако точка-антипод аэродрому в Германии оказывалась в районе Австралии и Новой Зеландии, то есть на территории, контролируемой западными союзниками. Далее, любая бомбардировка должна была производиться с одной из нижних точек траектории, но даже и тогда рассеивание при бомбометании оказалось бы исключительно большим, а точки, пригодные для бомбометания не всегда находились над районами, где располагались важные цели. Единственной целью в Западном полушарии, которая при полете из Германии по схеме Зенгера находилась бы под нижней точкой траектории и бомбардировка которой представлялась эффективной, был город Нью-Йорк. При этом бомбардировщик направлялся бы в Японию или в ту часть Тихого океана, которая тогда находилась в руках японцев.
Зенгер исследовал и возможность облета вокруг Земли с возвращением на ту базу, с которой был осуществлен старт, без приземления в точке-точке-антиподе. В этом случае девятое снижение лежало бы на расстоянии 27500 км от стартовой позиции, а посадка в точке старта могла быть сделана через 3 часа 40 минут после взлета.
Доклад Зенгера заканчивался рекомендацией принятия схемы с одной базой, как наиболее практичной, и перечислением исследовательских проектов, которые нужно было выполнить для ее осуществления. Даже если бы, ценой невероятных усилий, несколько таких бомбардировщиков и было создано, то трехсоткилограммовые бомбы с бомбардировщика-антипода или даже четырехтонные — с бомбардировщика, совершающего облет Земли 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 для доставки боезарядов к важнейшим военно-политическим центрам «главного противника» Бесспорно, МБР позволяли маневрировать траекториями более гибко и, в целом, представляли более эффективное оружие, 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 летательные аппараты (ЛА) типа Зенгера. В 60-х годах в США был разработан проект «рикошетирующего» ЛА «Дайна Сор», предполагавший использование для его разгона первой ступени МБР «Титан». В СССР работы над таким ЛА были доведены до испытаний беспилотного макета (рис. 2.43). Однако органические недостатки, присущие «рикошетирующим» траекториям, стали причиной того, что с возрастанием тяговооруженности ракет-носителей предпочтение было все же отдано орбитальным ЛА.
Рис. 2.43. Макет «рикошетирующего» от атмосферы космического аппарата после возвращения из полета выловлен из океана и возвращается па палубу советского научно-исследовательского судна. Снимок сделан самолетом-разведчиком «Орион» ВМС США
Не избежали упреков в «оторванном от практики теоретизировании» и 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. Подходящий «аппарат» появился только в семидесятых (рис. 2.44).
Рис. 2.44. Советская противокорабельная ракета ЗМ80 «Москит», благодаря своему 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, отработав, сбрасывается. Маршевая скорость «Москита» более чем вдвое превышает звуковую, что делало весьма маловероятным перехват этой ракеты средствами обороны, которыми были вооружены 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 диспергировали зарядом двухосновного пороха, а затем образовавшееся облако подрывали инициирующим зарядом бризантного ВВ. По отчетам, такая объемно-детонирующая система обеспечивала не только формирование ударной волны, но и генерировала «вихревые образования, сохраняющие поражающее действие на время около секунды». 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, когда для горючего в них стали использовать окись этилена (рис. 2.45).
Рис. 2.45. Автор у объемно-детонирующей авиабомбы BLU 76В. База ВВС США Эглин, 2002 г.
Так называемая «ветровая пушка» (рис. 2.46) 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. Орудие «Виндканоне» (ветровая пушка) на полигоне в Хиллерсдебене
То, что сейчас именуют «вызывающим ужас акустическим оружием» было впервые создано в Германии за более чем полвека до наших дней. Генераторы (рис. 2.47), используя энергию взрыва газовоздушной смеси, формировали звуковые волны с давлением 1 миллибар в пределах главного лепестка. Летальное действие эти волны могли обеспечить на дистанции в 60 м за время около 40 сек, а на 300 м они вызывали «крайне болезненные ощущения». Применению такого оружия также препятствовала «малая дальность действия», хотя более корректно было бы говорить о малой дальности в сочетании с большой заметностью и низкой маневренностью.
Рис. 2.47. Рефлекторы звукового оружия. Полигон Лофер
Встречались и «тяжелые случаи», когда пусть и представляющие научное достижение, но совершенно несостоятельная с военной точки зрения разработка доводилась до боевого применения. Примером служит создание сверхдальнобойной пушки под названием «Хохдрукспумпе» (в демонстративной глупости такого названия — «насос высокого давления» — чувствуется неизбывная жажда бойцов невидимого фронта бдеть при любых обстоятельствах). Устанавливая на бетонном основании, «Хохдрукспумпе» направляли только на одну мишень — город Лондон. Перенацеливание не предусматривалось. Оперенный 150 мм подкалиберный снаряд (рис. 2.48) разгоняло давление пороховых газов, причем, чтобы избежать формирования за дном движущегося в стволе снаряда волны разрежения, по мере его движения, с помощью электронной схемы воспламенялись дополнительные заряды пороха, расположенные в многочисленных (рис. 2.51) каморах по всей длине ствола. Прислуга орудия тренировалась в смене секций (нередки были разрывы). Дульная скорость снаряда весом 140 кг превышала 1,5 км/с, а дальность стрельбы — 160 км. Боевое применение «Хохдрукспумпе» закончилось так, как и следовало ожидать: установленная в районе Кале батарея из пяти орудий была обнаружена и уничтожена авиацией еще 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. Оперенные подкалиберные снаряды для сверхдальней стрельбы
Рис. 2.49. Сверхдальнобойная пушка, именовавшаяся для секретности в документах «Хохдрукспумпе», с фиксированной наводкой на цель
Но мало кто сомневался, что даже если бы «Хохдрукспумпе» и довелось пострелять по Лондону, то не привело бы это к крушению Британской империи.
Крепкая надежда в этом отношении возлагалась на большие ракеты Промышленность союзников превосходила по производству самолетов германскую, истребители райха не могли «истреблять» стаи тяжелых бомбардировщиков и те причиняли серьезный ущерб немецким заводам и городам, что навевало некоторым неблагонамеренным гражданам размышления в связи с дававшимися им ранее обещаниями, вроде: «Ни одна бомба никогда не упадет на немецкий город!» Но бомбы падали (рис. 2.50), в связи с чем были поставлены задачи: бойцам молчаливого подвига — выявлять чрезмерно памятливых, а благонамеренным ученым — отомстить!
Рис. 2.50. Осень 1944 г. Летящие во главе строя машин американские Б-24 «Либерейтор» положили бомбовые очереди на германский город Киль. И это — только начало дневной бомбардировочной операции…
…Для воспетой языкастыми пропагандистами как «Оружие возмездия № 1» (или Фау-1, от немецкого «фергельтунг») Fi-103, выпускавшихся известной самолетостроительной фирмой «Физеллер» атмосфера служила одновременно и для создания подъемной силы и источником окислителя, необходимого для работы двигателя. В наше время такое оружие называют крылатыми ракетами.
В пульсирующем воздушно-реактивном двигателе, какой был установлен на Fi-103, воздух, открыв скоростным напором клапаны решетки на входе, поступает в камеру сгорания; одновременно сюда впрыскивается и воспламеняется горючее; в результате расширившиеся 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. Такой двигатель начинает работать на скорости минимум 240 км/час. Для разгона использовалась наклонная пусковая установка с трубой, имеющей продольный паз. Поршень, приводимый в движение за счет газов, образующихся при распаде перекиси водорода, двигался в этой трубе и был снабжен выступом, которым сцеплялся с самолетом-снарядом при разгоне. После начала работы пульсирующего воздушно-реактивного двигателя скорость самолета-снаряда возрастала до 580 км/час. Пусковая установка Fi-103 ориентировалась на цель, а «наводился» снаряд часовым механизмом: когда по расчету времени крылатая ракета оказывалась над целью — она пикировала (рис. 2.51).
Рис. 2.51. Лондон, 1944 г. На город пикирует крылатая ракета Fi-103 (в правом углу снимка). Над фюзеляжем хорошо различима «труба» пульсирующего воздушно-реактивного двигателя
Другая ракета — баллистическая А-4 — без топлива весила 4 т, а заправленная —13 т (абсолютный рекорд для того времени) и имела жидкостный ракетный двигатель невиданных ранее размеров и сложности. Сложной была система стабилизации и наведения «агрегата 4», она включала гиростабилизированную платформу с акселерометрами[11]. Вес боеголовок А-4 и Fi-103 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 ракеты А-4 равнялась 306 км. А-4 нуждалась в топливе, по крайней мере один компонент которого был необычен — жидкий кислород (горючее-то (спирт) было знакомо даже слишком хорошо), a Fi-103 — лишь в обыкновенном бензине.
Через два дня после показательных пусков А-4 на полигоне, Шпеер[12] вызвал Дорнбергера к Гитлеру на аудиенцию, которая состоялась 7 июля 1943 года в Растенбурге (Восточная Пруссия). Гитлеру были показаны фильм о пусках, а также модели ракеты и средств ее транспортировки. Гитлер отдал распоряжение считать Пенемюнде — центр ракетных исследований — самым важным объектом, но в то же время потребовал, чтобы боевая головка ракеты весила не менее 10 т.
Последовала обычная в подобных ситуациях лихорадочная суета разнокалиберных холуев вокруг ракетного центра. Те, чьим призванием было воспламенять души людей на подвиг во имя победы, скоренько переименовали и А-4 в Фау-2. А какие ностальгические воспоминания вызывают у людей моего поколения такие, например сентенции[13]: «Как только фюрер решил оказать поддержку вашему проекту, он перестал быть исключительно заботой управления вооружений сухопутных войск или вообще армии и стал предметом внимания всего германского народа. И я здесь, чтобы защитить вас от саботажа и предательства!» Или: «Она (Фау-2) обязательно должна быть представлена на первом послевоенном съезде партии!»
Большие споры вызвал вопрос: запускать ли ракеты из огромного бункера, к котором, помимо пусковых установок, будет размешена фабрика по производству жидкого кислорода, завод, выпускающий 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. 2.52).
Рис. 2.52. Подвижная пусковая установка баллистической ракеты А (Фау-2) и машины ее обеспечения
Первые две боевые «Фау-2» были запущены 6 сентября 1944 года не по Лондону, а 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.
В официальном британском докладе этот первый обстрел Лондона ракетами «Фау-2» описан следующим образом. «Приблизительно в 18 часов 40 минут 8 сентября 1944 года лондонцы, возвращавшиеся домой с работы, были сильно удивлены резким звуком, который очень походил на отдаленные раскаты грома. В 18 часов 43 минуты в Чизуике упала и взорвалась ракета, убив троих и тяжело ранив еще около десяти человек. Через 16 секунд после первой недалеко от Эппинга упала другая ракета, разрушив несколько деревянных домов, но не вызвав никаких жертв. В течение дальнейших десяти дней ракеты продолжали падать с интенсивностью не более двух ракет в день. 17 сентября союзники предприняли воздушно-десантную операцию в низовьях Рейна у Арнема. Германское верховное командование передвинуло ракетные части в восточном направлении, и со следующего дня ракетные удары по Лондону временно прекратились. За этот период по Англии было выпущено 26 ракет, причем 13 из них упали внутри лондонского района обороны».
Тем временем Лондон атаковали и крылатые ракеты Fi-103. Общее их число составило 8070. Из этого количества 7488 были замечены службой наблюдения, и только 2420 достигли района цели. Истребители ПВО расстреливали Фау-1 бортовым оружием и сбивали с курса, «поддевая» своими крыльями крылья «роботов»; сбивала крылатые ракеты и зенитная артиллерия; они разбивались об аэростаты заграждения. ПВО Лондона уничтожила почти 53 % крылатых ракет, и только 32 % упали в городе.
Однако ПВО была бессильна против А-4, чьи боеголовки падали на цели со скоростью, существенно превышающей звуковую. Всего по Лондону было запущено чуть более 1300 ракет А-4, из них в пределах лондонского района ПВО упали 518. Важной целью являлся 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. А ведь это были цели, удобнее которых сложно представить: неподвижные, огромные мегаполисы с точно известными координатами. Груз боеголовок, обрушившихся на эти города за всю войну, не превзошел вес бомб, сбрасывавшихся (и с гораздо большей точностью!) на немецкий город в ходе лишь одной крупной бомбардировочной операции союзников (рис. 2.53).
Рис. 2.53. Схема ночной бомбардировочной операции британских ВВС.
Франкфурт на Майне, 1944 г.
1 — «Следопыты», 20 машин, эшелон — 6000 м, доложили о погодных условиях над целью, активности средств ПВО, сбросили осветительные бомбы;
2 — «Маркеры», 20 машин, эшелон — 4000 м, сбросили пиротехнические бомбы разноцветных огней, обозначившие цели;
3 — «Хозяин» — самолет командующего, по радио управлявшего операцией, эшелон 9000 м;
4 — основной поток бомбардировщиков, 460 машин, эшелон 6000 м.
Так что «возмездие» было, как принято говорить в наше время, неадекватным, не будоражащим радостью созерцания выбитого из рук врага оружия. В конце войны удары союзной авиации стали важным оперативно-стратегическим фактором, а борьба с бомбардировочными силами противника была невозможна без эффективных средств ПВО. Управляемые зенитные ракеты казались германским военным и нацистским бонзам панацеей: они не требовали времени и бензина для обучения пилотов, а стоимость ракеты была куда ниже стоимости истребителя, да к тому же летящий на строй бомбардировщиков «робот» никогда не отворачивал под их сосредоточенным огнем.
Была изучена уязвимость нашедшего широкое применение на Европейском театре военных действий бомбардировщика ВВС армии США — Б-17 — по отношению к основным поражающим факторам (как сказали бы сейчас — сформулирована система исходных данных).
Боевое применение зенитных управляемых ракет (ЗУР) «Райнтохтер» (рис. 2.54) состоялось в 1945 году. Выпускались три модификации этой ракеты, все — с радиокомандным управлением, различавшиеся типами двигателей и стартовыми весами (от 1,5 до 1,7 т). По бомбардировщикам союзников были запущены 82 ракеты модификации R1, из них 51 поразила цель[14]. Менее впечатляющим было боевое применение модификации R3: из 88 ЗУР цель поразили лишь 8.
Рис. 2.54. Зенитная управляемая ракета «Райнтохтер» на пусковой установке
Успешное боевое применение ЗУР «Райнтохтер» стало причиной эйфории, проявившейся, в частности, в том, что даже еще не испытанная ЗУР — Hs297 «Шметтерлинг» (рис. 2.55) — была поспешно отнесена ведомством доктора Геббельса к почетно-пропагандистской категории «Фергельтунгсваффе» и наречена Фау-3. Концепция управлявшейся радиокомандами «Шметтерлинг» предусматривала многоцелевое применение — ракета была малогабаритной (стартовый вес — 0,5 т) и могла запускаться с самолета в воздушном бою. Разрабатывалось сразу несколько модификаций, но ни одна «не успела»: в ходе летных испытаний лишь менее 30 % пусков были удачными. Планер ракеты не был достаточно отработан и испытывавшие эту ЗУР после войны советские специалисты отмечали ее неустойчивый полет.
Рис. 2.55. Запуск зенитной управляемой ракеты Hs297 «Шметтерлинг»
Только для воздушного боя предназначались управляемые радиокомандами ракеты «Лойхткэфер» (рис. 2.56). Новшеством в них являлись крылья большой стреловидности и конструкция интерцепторов в органах управления. К концу войны было произведено лишь несколько экспериментальных образцов.
Рис. 2.56. Радиоуправляемая ракета воздушного боя «Лойхткэфер»
И для ЗУР малой дальности «Фойерлилие» (рис. 2.57) были характерны проблемы с планером, несмотря на то, что ее разработка началась еще в 1942 году и планер подробно исследовался в аэродинамической трубе. Модификации этой управляемой радиокомандами ракеты значительно отличались размерами и весами: от 130 кг до 500 кг: имелось в виду ее многоцелевое применение с носителей различных типов. Однако проблемы устойчивости полета этой ЗУР с необычными для своего времени крыльями большой стреловидности так и не удалось преодолеть до конца войны.
Рис. 2.57. Двигатель и планер зенитной управляемой ракеты «Фойерлилие»
Подобный отрицательный опыт был принят во внимание при разработке ЗУР «Энциан», планер которой был уменьшенной копией прошедшего достаточно обстоятельные исследования аэродинамики и освоенного люфтшутцдинст (службой ПВО, организационно входившей в состав ВВС) ракетного самолета-перехватчика Me-163. Более того, пусковые направляющие «Энциана» монтировались на лафете хорошо знакомого войскам 88-мм зенитного орудия (рис. 2.58). 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. Топливом для жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) служили азотная кислота и керосин. Начало серийного производства «Энциана» совпало с окончанием войны.
Рис. 2.58. Зенитная управляемая ракета «Энциан» на направляющих, смонтированных на лафете 88-мм орудия
Взгляда на фото моделей для аэродинамических исследований достаточно, чтобы узнать зенитные ракеты «Вассерфаль» (рис. 2.59). При создании этой ЗУР с ЖРД (рис. 2.60) — 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 на ориентации пусковой установки (сейчас так стартуют наша С-300 и американский «Стэндард»), Для наведения этой ЗУР использовались две РЛС: одна сопровождала цель, а в пределах остронаправленного луча другой происходил полет ЗУР На конечном участке траектории было предусмотрено самонаведение на инфракрасное излучение цели. Несмотря на широкое заимствование уже апробированных решений, «Вассерфаль» оказалась довольно сложной в производстве и применении. Последние залпы Второй мировой прозвучали раньше, чем ее успели «довести».
Рис. 2.59. Модель ЗУР «Вассерфаль». На заднем плане, на плакате — значения моментов сил на ее управляющих поверхностях при различных скоростях полета, полученные методом аэродинамической трубы
Рис. 2.60. Пуск зенитной управляемой ракеты «Вассерфаль»
…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 сбрасывать они на головы хоть и городских, но — холопов такие «учреждения» (рис. 2.61), которые превращали в крошево крупное каменное здание, а заодно — выметали ударной волной несколько стоявших рядом. И морщась, как от зубной боли, улавливали, со страшным напряжением ума, после многоступенчато упрощенных пояснений, засевшие в глубоких бункерах, с тучами телефонов под руками: нет смысла долбить бомбами город до основания, а лучше слегка подразрушить его крыши и пожарную систему небольшими фугасками, а потом — засеять зажигалками из кассет. И поднимались над городами, особенно — японскими, где дерева много, восходящие протоки воздуха от пожаров, закручивались те потоки в поле тяжести в огненные смерчи (рис. 2.62), которые сжирали вначале все, что могло гореть, а потом и то, что обычно слыло за субстанции негорючие.
Рис. 2.61. Несмотря на то, что вся десятитонная бомба «Грэнд Слэм» пе уместилась на снимке, размеры ее можно представить. Бомбу готовятся подвесить к британскому четырехмоторному бомбардировщику «Ланкастер»
Рис. 2.62. Внизу, в немецком городе — огненная буря. Кабина кормового стрелка бомбардировщика «Ланкастер» залита ее светом
А под занавес — содрогнулись два японских города от невиданной и неслыханной мощи ядерных взрывов…
3. БАХ-ПО ЯДРАМ…Осуществить описанное в заголовке можно, лишь предварительно ядра «пощупав». Приобрести соответствующие знания пытались еще в довоенной Германии, в чем автор убедился в 70-х годах, выполняя в Московском инженерно-физическом институте лабораторную работу по спектрометрии бета-частиц. На полузакрашенном шильдике весьма древнего вида установки можно было разобрать: «Kaiser Wilhelm Institut»[15].
Правда, в Германии ядерные исследования до практического применения не довели: разразилось принципиальное выяснение, какая это физика — арийская или не очень. Приоритеты устанавливались с привлечением данных о расовых признаках претендентов на открытия.
О тех разборках, как и об аналогичных — касающихся соответствия тех же разделов физики положениям марксистко-ленинской философии (науки наук!) автор знает только из литературы. В Германии коллизию довели до логического завершения, а вот последователи вечно живого, всепобеждающего учения — дали слабину. Если бы упомянутая слабина допущена не была, то наверняка к отщепенцам, посмевшим замахнуться на самое святое, были бы приняты куда более радикальные меры, чем высылка (так, проявив слюнявый либерализм, поступили в райхе, именовавшем себя Тысячелетним, но фиглярствовавшем на исторической арене лишь дюжину лет).
Стечение обстоятельств привело к тому, что 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 — элемента, изменившего лицо цивилизации в XX веке — внесли те самые, с «дефектиками», изгнанники…
Рис. 3.1. Урановые руды: черная смолка и друза кристаллов желтого отунита
…Содержание урана в рудах невелико, но сами руды выглядят очень красиво (рис. 3.1). Добываемый из них уран — белый на свежем изломе металл, который на воздухе сначала покрывается налетом цвета спелой сливы, а затем и вовсе чернеет (рис. 3.2). Ядро урана содержит 92 положительно заряженных протона как и все тяжелые металлы, он вреден для человека. К тому же, уран распадается (правда очень медленно), испуская альфа — частицы (ядра гелия), но, если залить его кусок 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. Химические свойства изотопов абсолютно идентичны, потому и разделить их химическими методами нельзя, но различие в массах (для «уранов» весьма незначительное: 235 и 238 единиц) — позволяет сделать это физическими методами. Чтобы объяснить, как это происходит, вспомним о запачканных штанах (или юбке). Попытка отмыть бензином или другим растворителем жирное пятно часто приводит к тому, что после высыхания растворителя на светлой материи остается отчетливо различимый круг (а то — и несколько, концентрических).
Рис. 3.2. А это — металлический уран
Все наверняка слышали о броуновском, хаотическом движении молекул, а многие — о том, что, при данной температуре, скорость движения молекулы тем выше, чем меньше се масса. Представим, что две емкости разделены перегородкой. В одной части находится чистый растворитель, а в другой — с примесями двух различных по молекулярным весам «загрязнений». Пока в «грязной» половине движение ограничено со всех сторон, обе компоненты равномерно перемешаны, поскольку их молекулы долго совершали хаотические броски, хотя и с разными скоростями. Если перегородку убрать, то «загрязнения» начнут переходить на «чистую половину». За достаточное время легкая компонента сделает больше «шажков» в «чистом» направлении, потому что скорость ее между столкновениями больше, за то же время она поучаствует в большем числе соударений и среди них — тех, что сообщат ей скорость в «чистую» сторону.
Таким образом, «чистая» половина вначале окажется обогащенной легкой компонентой — до тех нор, пока молекулы легкой компоненты не «упрутся» в границы сосуда, бывшего ранее «чистым», а тяжелые молекулы не догонят легкие у его стенки. Если растворитель испаряется достаточно интенсивно, он работает, но фотофиниш фиксирует результат гонок молекул. Возьмите лупу и рассмотрите на ваших изгаженных штанах (надеюсь, они — белые, возможно, привезенные из Рио-де-Жанейро) результат этого драматического забега. В них произошло вот что: растворитель, благодаря капиллярным явлениям просачивался по тонким зазорам между ворсинками материи. Растворенные загрязнения вынуждены были пройти довольно большие расстояния по таким узкостям и легкие компоненты при этом опередили тяжелые. Потом испарение растворителя привело к консервации распределения. Это явление называется хроматографией. Его можно наблюдать и на фильтровальной бумаге, сначала капнув растворитель с загрязнениями, а потом — добавляя по каплям в центр пятна чистый растворитель (рис. 3.3). Когда растворитель высохнет, можно, по концентрическим окружностям, определяющим границы разделенных зон. разрезать фильтровальную бумагу, став обладателем «обогащенных» различными компонентами кусочков.
Рис. 3.3. Разделение методом хроматографии па промокательной бумаге синих чернил марки «Радуга-2». Видно, что самая быстрая компонента настолько опередила другие, что между ней и компонентой с промежуточной скоростью диффузии образовался разрыв (светлая область, в которой, вероятно, присутствует в основном растворитель- вода). 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 отделяются от тяжелых. Потом обогащенный легким изотопом газ собирают и вновь обращают в металл. Разделение идет весьма медленно, потому что массы, а значит, и скорости изотопов различаются незначительно.
Заводы, где из природного урана извлекают легкий изотоп, стоят многие миллиарды долларов и занимают площади в десятки квадратных километров. На расходы идут потому, что, хотя «ураны» неотличимы ни по внешнему виду, ни химически, их разделяет пропасть в свойствах ядерных «характеров».
Процесс деления U238 — «платный»: чтобы он начался, прилетающий извне нейтрон должен «принести» с собой энергию — МэВ или более. A U235 «бескорыстен»: для возбуждения и последующего распада от пришедшего нейтрона ничего не требуется, вполне достаточно его энергии связи в ядре. 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), так что со временем может «размножаться» и число делящихся ядер (такая реакция называется цепной). Возможно такое только в U235, потому что «жадноватый» U238 не «желает» делиться от своих собственных нейтронов, энергия которых на порядок меньше МэВа. Кинетическая энергия частиц-продуктов деления на много порядков превышает выделение энергии при любом акте химической реакции, в которой состав ядер не меняется.
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 после деления (до десятков секунд). Такие нейтроны называют запаздывающими и, хотя доля их по сравнению с мгновенными мала (менее процента), роль в работе ядерных установок — важнейшая.
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 окружающего 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» в критическую сборку дополнительные нейтроны извне, либо делая сборку сверхкритичной (тогда дополнительные нейтроны «поставляют» все более многочисленные «поколения» делящихся ядер). Например, если надо повысить число нейтронов (а значит, и тепловую мощность) реактора, то его выводят на такой режим, что каждое поколение мгновенных нейтронов чуть менее многочисленнее предыдущего, но благодаря запаздывающим нейтронам — критическое состояние едва заметно переходят. Тогда реактор не «идет в разгон» а набирает мощность достаточно медленно — так, что прирост ее можно в нужный момент остановить. Это делают, вводя в сборку поглотители нейтронов (например — стержни, содержащие кадмий или бор), что уменьшает плотность нейтронов в сборке, а значит — и выделяющуюся в ней тепловую мощность.
Образующиеся при делении нейтроны часто пролетают мимо окружающих ядер, не вызывая повторного деления. Ясно, что чем ближе к поверхности «рожден» нейтрон, 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!) Поэтому формой сборки, сберегающей нейтроны в наибольшей мере, является шар: для данной массы вещества он имеет минимальную поверхность. Ничем не окруженный (уединенный) шар без полостей внутри сделанный из 94 %-ного U235 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.
Поверхность уменьшается и при возрастании плотности (критичность обратно пропорциональна ее квадрату). Поэтому-то взрывное сжатие, не меняя количества делящегося материала, тем не менее, может приводить сборку в критическое состояние.
И, наконец, о роли энергии нейтронов. В неделящемся веществе, «отскакивая» от ядер, нейтроны передают им часть своей энергии, тем большую, чем «легче» (ближе им по массе) ядра. Чем в большем числе столкновений поучаствовали 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, за которое нейтроны термализуются ощутимо человеком: это миллисекунды (но будем помнить, что это — время снижения быстрыми нейтронами своей энергии на много порядков, до «тепловых» значений; в разы же они могут снизить свою энергию за небольшое число столкновений, что займет доли пикосекунды). При замедлении нейтроны могут ускользнуть из замедлителя, захватываются его ядрами, но со снижением их энергии вступать в реакции возрастает очень существенно, 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 вернутся в шар («отразятся») и, потеряв свою энергию, 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. Но за такую экономию придется заплатить 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.
Рис. 3.4. Вероятность того, что медленный нейтрон вызовет деление, на порядки превышает ту же вероятность для «быстрого» нейтрона (сечения реакции деления U233 на нейтронах разных энергий)
В предельном случае, когда критичность достигается только на совсем уж тепловых, например — в растворе солей урана в воде[16], 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 покидают жидкость и повторяется вспышка делений. Можно, конечно, закупорить сосуд и тогда пар высокого давления разорвет его. Это будет типичный тепловой взрыв, лишенный всех «ядерных» признаков, о которых речь пойдет далее, но, тем не менее — опасный.
Вот как описывается в книге Р. Юнга «Ярче тысячи солнц» закончившийся трагично эксперимент доктора Слотина.
«Задача его состояла в том, чтобы достигнуть, но не превзойти критической точки самого начала цепной реакции, которую он 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 явные «ляпы»: оказывается, человек в состоянии движениями рук предотвратить ядерный взрыв, а уж, если таковой неминуем — может «укрыться» (уж не спрятавшись ли под письменный стол?).
В издании для профессионалов — книге «Критические параметры систем с делящимися веществами и ядерная безопасность» та же авария описана без безграмотного пафоса.
«Лос-Аламос, 1946 г. Случай неконтролируемой вспышки цепной реакции произошел на сборке, состоящей из плутониевой сферы[17], 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 с помощью отвертки, неожиданно выронил ее. Бериллиевые полуоболочки сомкнулись, что явилось причиной внезапной вспышки цепной реакции, в результате которой в сборке произошло 3х1015 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 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. То, что авария носила «невзрывной» характер, объясняется только тем, что процесс, начавшись либо с нейтрона, рожденного спонтанным делением плутония, либо со случайно попавшего в сборку «фонового[18]» нейтрона, далее происходил на частицах, каждое поколение которых долго замедлялось до тепловых скоростей. Деление прекратилось, когда сборка раскалилась, а значит — расширилась. Если физик затем действительно начал действовать руками, то это предотвратило 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[19].
Вероятно, целью опыта являлось выяснение, безопасно ли монтировать сборку в заряд, окружая при этом замедляющим нейтроны бериллием. Пошли на жутковатый эксперимент потому, что и в те времена, и сейчас далеко не все, что необходимо для реализации новых идей, поддается расчету: значения многих важных величин неизвестны. 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).
…Нейтроны играют настолько важную роль в ядерных реакциях и их практическом применении, что очевидна необходимость закрепить у читателя представления о динамике их замедления и взаимодействии с другими ядрами. Ясно, что лучше сделать это, не «пережевывая» вновь уже изложенное. К сожалению, эти частицы не вполне безопасны для человека, поэтому нельзя рекомендовать любителю изучить их свойства на установке вроде той, которая формировала кумулятивную струю из воды. Остается надежда, что делу поможет описание опыта, проведенного в годы работы молодым специалистом во НИИ авиационной автоматики. Работал автор с ускорительным источником — нейтронным генератором. Далее опишу его поподробнее, а пока важно лишь то, что формировал этот генератор импульсный нейтронный поток микросекундной длительности.
…Идея пришла неожиданно. Сопоставив длительность формируемого нейтронного импульса (менее микросекунды) и время замедления нейтронов (миллисекунды), автор понял, что, если окружить генератор замедлителем 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 электронно-оптический 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 зависимостей от энергии нейтронов яркости свечения изображений различных деталей исследуемого объекта, можно идентифицировать вещество, из которого изготовлена деталь, потому что яркость пропорциональна сечению взаимодействия нейтронов (рис. 3.5), которое для каждого элемента весьма индивидуально зависит от их энергии. Причем, появлялась возможность проявления деталей из легких элементов — задача, непосильная методу рентгеновского контроля!
Рис. 3.5. Сечения взаимодействия некоторых ядер с нейтронами разных энергий. Для низкоэнергетичных нейтронов различия заметны и характеризуются резонансами — значительными (иногда — до трех и более порядков) скачками сечений
После выяснения, в каких подразделениях института есть подходящее оборудование, пришлось обратился в лабораторию, занимавшуюся регистрацией гамма-излучений ядерных взрывов. Подобные подразделения считались вспомогательными, не были избалованы вниманием начальства и их руководители стремились наладить прочные связи с подразделениями «основной тематики». «Нейтронная» тематика считалась основной, поэтому меня радушно приняли и рассказали о достижениях, в частности — о системе спектроскопии гамма квантов, показали огромные монокристаллы йодида цезия в специальных контейнерах и фотоэлектронные умножители, регистрирующие вспышки в кристаллах, порожденные гамма квантами. Подобное было памятно еще по институтским лабораторным работам, но здесь уровень аппаратуры был куда более высок, а контейнеры с самыми большими монокристаллами можно было поднять лишь обеими руками. Я вспомнил о существовании таких монокристаллов десятилетие спустя, а тогда стал задавать вопросы об ЭОПах. Оказалось, что и они имелись.
Настал и мой черед рассказать о задаче. Тут лица собеседников вытянулись от разочарования: тематика хотя и была «нейтронной», но не оружейной, а значит — не главной. Аппаратуру дать взаймы отказались, но компромисс был достигнут: разрешили, чтобы с ней работал их техник, «а уж вы с ним сами договоритесь». «Договаривались» в таких ситуациях при помощи спирта. Техник оказался веселым и знающим малым, наладив аппаратуру и получив, что причиталось, он заходил потом лишь изредка, проверяя только наличие всех приборов.
Технологические возможности института позволили изготовить конвертер (преобразователь нейтронного излучения в световое), 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 и не минуту, не час, а почти неделю! Результаты не радовали: на экране виделись лишь отдельные вспышки. Чтобы не подвергать риску быть «экспроприированным» фотоаппарат, срочно изготовили из фанеры кассету, прижимавшую к экрану кусок аэрофотопленки. И 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. 3.6)! 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, по все эго было под силу ЭВМ, только входившим тогда в обиход научных учреждений…
Рис. 3.6. 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 упоминался U235, но ключевую роль во многих областях это вещество уступило плутонию — 239. Плутоний получают в реакторах, облучая «очищенный» от 235-го изотопа уран мощными нейтронными потоками. Далее следуют ядерные превращения, в результате в облученных «блочках» остается плутоний, который отличается от урана валентностью, что допускает его отделение химическими методами, но все равно стоит плутоний примерно в шесть раз дороже U235. Однако стоимость уступает по значению другим свойствам плутония. При делении ядро Pu239 испускает в среднем 2,895 нейтрона — больше, чем U235 (2,452). К тому же, в плутонии ниже сечения нейтронных реакций не вызывающих деления. Все это приводит к тому, что 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, еще один изотоп урана — «двести тридцать третий» — позволяет достичь критичности при массе сборок еще 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, отделить который химически, как мы знаем, невозможно, а «отцеживать» в бесчисленных ступенях разделения — очень накладно. Брать в руки U233 — «чревато».
Известны и другие делящиеся изотопы. В 60-х годах из них грозились сделать «атомные пули»[20], но, когда их действительно выделили в осязаемых количествах и исследовали, оказалось, что существенных «оружейных» преимуществ перед плутонием они не имеют, а вот по стоимости — превосходят на порядки.
Итак, поверхность сборки (рис. 3.7), содержащей плутоний («черная сердцевина»), искусственно увеличивали, 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). Любителям испускать по каждому поводу гнусавые вопли о поругании секретности, сразу замечу, что эта схема описана Фиттером еще в конце пятидесятых. Плутониевую «сердцевину» всегда собирали из двух тщательно подогнанных половинок, разделять ее на «дольки апельсина», приходило в голову разве что журналистам. Вокруг сборки, из очень точно пригнанных блоков взрывчатки монтировали заряд, также образовывавший 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, чтобы обжать сборку равномерно, со всех сторон. Для этого служила детонационная разводка из поликарбоната — также в форме шарового слоя, плотно прилегающего к заряду взрывчатки.
Рис. 3.7 Схема ядерного боевого блока
…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 набьем 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.
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 (лучше — ближайшую к детонатору) придется соединять с детонатором не прямой, а ломаной канавкой, чтобы обеспечить равное с остальными тремя время пробега детонации.
А если точек — несколько десятков, да еще они должны равномерно покрывать всю сферическую поверхность заряда?
Такая задача для сферической поверхности решается с применением методов геометрии Римана. Элемент разводки выглядит как на рис. 3.8, и не на всяком станке, даже — с числовым программным управлением, его можно изготовить.
Рис. 3.8. Элемент детонационной разводки
Все же, на разводку помещали не один, а несколько детонаторов в специальных розетках (рис. 3.9).
Рис. 3.9. Детали боевого блока: носовая часть и розетки электродетонаторов
Оставалось доделать всякую ерунду: установить крышку, подключить кабели, ведущие к детонаторам… Впрочем, что значит — «ерунду»? Операции при сборке «авиационной автоматики» были только одной категории — «ответственные»! Выполнялись они «тройкой». Один громко, с внятной артикуляцией, зачитывал пункт инструкции: «Затянуть гайку, позиция…, ключом, позиция…, с моментом…». Второй повторял услышанное, брал поименованные в соответствующих позициях инструкции гайку и ключ, снабженный измерителем момента, «затягивал». Третий контролировал правильность зачитывания, повторения, соответствие «позиций» и показания измерителя момента. Потом все трое расписывались в соответствующей графе за проведенную операцию (одну из многих тысяч подобных) и каждый знал: в случае чего — «следствие, протокол, отпечатки пальцев…» Таинство производило сильное впечатление на тех, кому пришлось быть его свидетелями, в том числе — и на С. Королева, который позже внедрил аналогичный порядок и в космической отрасли.
Рис. 3.10. На полноразмерном макете малогабаритной МБР «Миджетмен» (не производившейся серийно) хорошо видна конструкция головного зазора ее моноблочной боевой части
…Но вот, во исполнение поступившего с самого «верха» приказа, ракета доставила боевой блок к цели и он «со страшной силой» ударился о землю. Пока удар не превратил блок в подобие жидкости, датчики давления, расположенные в головной части изображенной на рис. 3.7 фиолетовым цветом и хорошо видной на макете рис. 3.10 трубы подают сигнал на подрыв. Выбор головного зазора летящим боевым блоком занимает несколько сот микросекунд и этого вполне хватает, чтобы одновременно сработали от мощного импульса высокого напряжения все детонаторы, огоньки детонации с постоянной скоростью (около 8 км/с) разбежались по канавкам, а пройдя их — нырнули в отверстия и одновременно во множестве точек подорвали заряд (рис. 3.11 а). Далее следует направленный внутрь взрыв (рис. 3.11 в), который сдавливает сборку давлением более миллиона атмосфер. Поверхность сборки уменьшается, в плутонии почти исчезает внутренняя полость (рис. 3.11 г), а плотность его — увеличивается, причем очень быстро — за десяток микросекунд сжимаемая сборка «проскакивает» критическое состояние на тепловых нейтронах и становится существенно сверхкритичной на нейтронах быстрых.
Рис. 3.11. Анимация: перевод сборки в сверхкритическое состояние при имплозии
…Не знаю, как решит читатель, по-моему — кинограмма рис. 3.11 выглядит довольно живописно. Но, как говаривал товарищ Семплеяров[21]: «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 часто демонстрируют «вулкан»), «Плутоний» сделан из подкрашенного черной тушью поролона, а «замедлитель» — из термореактивного кембрика, сжимающегося при нагревании. Начало реакции разложения бихромата инициировано при подключении тока к нихромовой проволоке, взятой из «сгоревшего» паяльника и обернутой вокруг полоски целлулоида, которая уложена по внешней поверхности «заряда». 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».
…Ну, а в настоящей сборке, 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 происходивших 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: чтобы расширить плутониевый шар за десяток наносекунд всего на сантиметр, требуется придать веществу ускорение в десятки триллионов раз превышающее ускорение земного притяжения, а такое вовсе непросто. 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 место, где начинает зарождаться 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[22] — все то, что мгновение назад было зарядом — приходит в некое подобие равновесия. В совсем «молодом» огненном шаре устанавливается температура порядка десятков миллионов градусов. Если шар захватывает сталь, в ней (именно в ней, а не вокруг нее) поднимается ветер[23].
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.
Такое называют радиационной диффузией. 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[24] 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 — «всего лишь» менее миллиона градусов.
Рис. 3.12. Молодой огненный шар ядерного взрыва малой мощности.
Снимок сделан с выдержкой 10 наносекунд
Шар пожирает пространство, а ионизованный воздух за его фронтом почти не двигается: передать ему значительный импульс при диффузии излучение не может. Но оно накачивает в этот воздух огромную энергию[25], нагревая его и, когда энергия излучения иссякает, шар начинает расти за счет расширения горячей плазмы из воздуха. К тому же, изнутри шар распирает то, что раньше было зарядом. Полностью ионизованный воздух прозрачен и на фотографиях это можно увидеть (рис. 3.13а). Расширяясь, подобно надуваемому пузырю, оболочка из вещества заряда истончается. В отличие от пузыря, ее, конечно, ничто не «надувает»: с внутренней стороны почти не остается вещества, все оно летит от центра по инерции, но 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. 3.13б). 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. Так и было задумано: большинство целей «авиационной автоматики» (хотя и не все) находится на земле.
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 и заметно замедляются. Но то, что до взрыва было воздухом, двигается по инерции, оторвавшись от шара, вбирая в себя все новые слои воздуха холодного — начинается образование ударной волны.
При отрыве ударной волны от огненного шара меняются характеристики излучающего слоя и резко возрастает мощность излучения в оптической части спектра (рис. 3.13в, 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 мощного, но значительно более длительного — настолько, что выход световой энергии больше, чем в первом максимуме.
Рис. 3.13. Фотографии ранних стадий развития огненного шара низковысотного ядерного взрыва.
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, разрушавшим все прочностные связи, напором газа, раскаленного до нестерпимого для глаз сияния.
Наконец, ударная волна уходит далеко от точки взрыва, где остается рыхлое и ослабевшее, но расширившееся во много раз облако 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[26], 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. 3.14)…
Рис. 3.14. Подъем облака ядерного взрыва в верхние слои атмосферы
…Среди читателей попадаются настырные, проверяющие все с карандашом в руках. 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 настырный, который получит результат, далекий от сотни килотонн тротилового эквивалента 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, произойдет «хлопок», «пшик», и это повлечет строгую ответственность тех, кто был причастен (а может — и не причастен) к такому безобразию.
Рис. 3.15. Нейтронное инициирование сверхкритической сборки
Чтобы «хлопок» не опозорил самоотверженно трудившийся коллектив, в сверхкритическую сборку в нужную микросекунду надо «брызнуть» нейтронами (на рис. 3.15 изображены «зелененьким») — так, чтобы как можно больше их попало в сверхкритическую сборку. В первых ядерных зарядах для этого использовались изотопные источники: полоний-210 в момент сжатия плутониевой сборки 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[27] полоний — уж очень «скоропортящийся»: всего за 138 суток снижает свою активность вдвое. Поэтому на смену изотопным пришли менее опасные (не излучающие в невключенном состоянии), а главное — более интенсивные ускорительные источники нейтронов: за несколько микросекунд, которые длится формируемый таким источником импульс, «рождается» примерно столько же нейтронов, что и в мощном ядерном реакторе за такое же время.
Рис. 3.16. Схема питания нейтронной трубки
Все происходит в вакуумной нейтронной трубке (рис. 3.16). Между насыщенной тритием мишенью (катодом) 1 и анодным узлом 2, прикладывается импульсное напряжение в сотню тысяч вольт. Когда напряжение максимально, необходимо, чтобы между анодом и катодом оказались ионы дейтерия, которые и требуется ускорить. Для этого служит ионный источник. На его анод 3 подается «поджигающий импульс» и разряд, проходя по поверхности насыщенной дейтерием керамики 4, образует ионы (дейтоны, D). Поджигающий импульс должен быть сформирован в строго определенный момент времени: чуть раньше, чем ускоряющее напряжение достигнет максимума, потому что дейтонам требуется несколько десятых долей микросекунды, чтобы, продрейфовав внутри анодного узла, оказаться в ускоряющем промежутке. Ускорившись, они бомбардируют мишень, насыщенную тритием (Т), в результате чего образуются нейтроны (n) 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»: либо протон, либо нейтрон (из которых состоит ион дейтерия, разогнанный электрическим полем) «увязает» в ядре мишени (трития). Если «увязает» протон, то нейтрон «отрывается» и становится свободным.
И дейтерий и тритий будут еще упомянуты, поэтому о них стоит рассказать. Это — 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 массой. Все три «водорода» при нормальных условиях — газы, а в этом агрегатном состоянии достичь высоких плотностей веществ затруднительно. Но «водороды» способны образовывать и твердые соединения, преимущественно с легкими металлами, например литием или 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 «водородов» существенно выше, чем в сжатом до разумных давлений газе.
Дейтерий «примешан» к природному водороду в еще примерно впятеро меньших количествах, чем «оружейный» уран — к обычному. Но разность масс у протия и дейтерия — двойная, поэтому процессы их разделения в противоточных колоннах более эффективны.
Тритий же, подобно Pu239, не существует в природе в ощутимых количествах и его получают, воздействуя мощными нейтронными потоками в ядерном реакторе на изотоп лития-6, в результате чего в две стадии протекает реакция:
Li6 + n -> Li7 -> T + He4.
Дейтерий и тритий были изучены медиками. Как самораспадающийся тритий, так и стабильный дейтерий оказались опасными веществами. Удивительным же было то, что 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 дольше, чем протиевые, задерживаются при этом в многочисленных мембранах и капиллярах. Больше времени находясь среди клеток, они накапливаются в них к старости. Теория объясняла и долгожительство горцев: в поле земного притяжения концентрация дейтерия действительно незначительно убывает с высотой. Об этих фактах упоминал читавший в МИФИ лекции по курсу разделения изотопов известный специалист В. Нешименко. 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, если непротиворечиво объясняют все известные к моменту их появления объективные факты. По-другому эго можно сформулировать так: «Если утверждение верно, то верны и следствия из него» (как нетрудно заметить, этот критерий был использован в дискуссии о «пулях синтеза»). Многие соматические эффекты оказались вне рамок «дейтериевой» теории и потому она была отвергнута медициной.
Но вернемся к нейтронному инициированию. Оно дает возможность изменять энерговыделение ядерного взрыва. Понятно, что, выполняя боевую задачу, при постановке которой обязательно указывается мощность ядерного удара, 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.
Но о необходимости регулирования энерговыделения стали задумываться много позже, а в первые послевоенные годы — какие могли быть разговоры о снижении мощности и «пропаже» плутония! Нет, не зря отец и учитель, а также вождь всех времен и народов учит нас повсеместной бдительности! Мощнее, мощнее и еще раз — мощнее! Но оказалось, что существуют ядерно-физические (вспомним «опыт» Слотина!) и гидродинамические ограничения допустимых размеров докритической сферы. Тротиловый эквивалент энерговыделения взрыва в сотню килотонн близок к физическому пределу для однофазных боеприпасов, в которых происходит только деление. Для деления последовали оргвыводы — от него, как основного источника энергии отказались, ставку сделали на реакции другого класса — синтеза.
Заряду деления отвели роль «запала» (рис. 3.17). Материал корпуса «запала» 1 сделали «прозрачным» для мягкого рентгеновского излучения, о котором читатель уже знает. Излучение опережает разлетающееся вещество заряда и превращает ампулу, состоящую из оболочки 2 и топлива 3 в плазму. Вещество оболочки 2 подобрано так, что его плазма существенно расширяется, сжимая топливо 3 к оси ампулы (такой процесс называют радиационной имплозией[28]).
Рис. 3.17. Схема термоядерного заряда
Нельзя сказать, что энергия ядерного взрыва избыточна для инициирования второй — термоядерной — фазы работы боеприпаса, поэтому важно выбрать для нее наиболее «легковоспламеняющееся» топливо. Наименьшие энергии частиц требуются для «зажигания» реакции:
D + Т -> Не4 + n + 17,6 МэВ
которая на единицу массы реагентов обеспечивает выход в несколько раз большей энергии, чем реакция деления. Однако изотопы водорода — дейтерий (D) и тритий (Т) при нормальных условиях — газы, достаточные количества которых нельзя «собрать» в устройстве разумных размеров. Но оказалось возможным инициировать синтез в твердых гидридах изотопа лития-6 (Li6D и Li6T), «перевалив», с помощью ядерного заряда, необходимое для этого значение комбинации температуры топлива и времени его удержания при этой температуре. По мере того, как синтез самых «легкозажигаемых» изотопов разогревает топливо, в нем начинают протекать и другие 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 оказывается не совсем уж «балластом». При этом ядра ускоряются не напряжением, как в нейтронной трубке, а приобретают необходимую скорость за счет теплового движения, то есть — температуры. Это — истинные термоядерные взаимодействия, а не похожие на них реакции срыва. Сечения реакций, происходящих в ампуле, неодинаковы и, конечно, не все топливо успевает прореагировать. Для взрывных целей кпд двухфазного (деление+синтез) процесса невысок: значительная часть энергии (для первой из упомянутых реакций — более 80 %) уносится из огненного шара быстрыми нейтронами, пробег которых в воздухе составляет многие километры.
Эта часть энергии «пропала» бы, рассеявшись в соответствующих размеров воздушной сфере, практически не возмущая ее, поэтому в образцах термоядерного оружия, которые рассчитаны на взрывной эффект, такого не допускают, реализуя еще и третью фазу, для чего ампула окружается тяжелой оболочкой 4 из U238. Нейтроны, испускаемые при развале ядер этого изотопа имеют слишком малую энергию, чтобы вызывать последующие акты деления, продолжающие цепную реакцию, но U238 делится под действием «внешних» высокоэнергетичных нейтронов от термоядерных реакций. Неценная реакция, в окружающей ампулу оболочке дает прибавку энергии огненного шара, превалирующую даже над вкладом синтеза.
В капсуле 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 осколков деления. Не то, чтобы двухфазные боеприпасы не загаживали местность нейтронами, вызывавшими в практически всех элементах ядерные реакции, не прекращавшиеся и спустя многие годы после взрыва[29], а также осколками деления своих «запалов», по 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 В53 выпускалась в двух идентичных по внешнему виду вариантах: «грязном» B53Y1, с энерговыделением 9 мегатонн и ровно вдвое уступавшем ему по мощности, «чистом» варианте B53Y2.
К тому же, не слишком удобны для оружейного применения твердые гидриды: любое соединение, содержащее тритий, нестабильно, потому что этот изотоп сам по себе «разваливается» на бета-частицы и гелий-3. Тот же гелий-3 выделяется и из насыщенных тритием мишеней нейтронных трубок, но, чтобы предотвратить потерю вакуума, там этот газ поглощается специальными пористыми материалами. Однако в трубке количество трития ничтожно по сравнению с ампулой, из которой гелий-3 надо просто откачивать: ее «распирает» давлением этого газа. Количество основного реагента в ампуле убывает (вдвое за дюжину лет). Чтобы поддерживать готовность многочисленных образцов термоядерного оружия к применению, необходимо непрерывно нарабатывать тритий в реакторах, а расходы на такие хлопоты по карману не каждой ядерной державе. Например, английские специалисты, получив в 70-х годах из США ракеты «Поларис», предпочли отказаться от американского термоядерного боевого оснащения в пользу разработанных в своей стране по программе «Шевалин» 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. 3.18).
Рис. 3.18. На заднем плане — советская термоядерная бомба АН602 рекордной — более 50 мегатонн — мощности (конструкция допускала еще почти двукратное повышение энерговыделения). После ее взрыва на Новой земле, приборы метеостанций зафиксировали троекратное огибание планеты воздушными возмущениями. В Норвегии еще достаточно сильная ударная волна выдавила оконные стекла. Размеры изделия не давали возможности закрыть бомболюк новейшего по гаму времени самолета Ту- 95В, так что существовали сомнения, сможет ли он «дотащить» чудовище весом 26,6 тонн до цели.
На переднем плане — тоже «рекордсмен». Калибр ядерного снаряда с энерговыделением в одну килотонну — всего 152 мм
В пятидесятые годы единственным средством доставки ядерного оружия был самолет. Но если в ходе бомбардировочной операции фугасные бомбы валили на цель «большими тысячами», то ядерные были (да и остаются) штучной продукцией и случайности в виде появившихся некстати истребителей противника или метко выпущенной зенитной ракеты хотелось 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…», виделись широкие массы трудящихся, с радостным пением:
Кругом кипит могучее строительство.Кремль величавый на холме стоит,А там — такое мудрое правительство,Оно нас кормит, одевает и поит!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 не работали пороховые заводы. А через Арктику — край, как хотелось…
…Увеличить дальность полета снаряда нельзя, не увеличив его скорости, а этому, помимо волны разрежения в стволе, препятствует сопротивление воздуха: по мере увеличения скорости, оно непропорционально возрастает.
Ракета-то расходует свои силы куда более экономно: в начале своего пути, в плотном воздухе, она не теряет много энергии на преодоление его сопротивления, потому что двигается сравнительно медленно и проходит плотные слои атмосферы по кратчайшему — вертикальному — пути; скорость ее становилась значительной в уже разреженном воздухе, на большой высоте. Тут-то ее траектории придается нужный для попадания в цель наклон, заканчивают работу двигатели и далее «забрасываемый вес» пролетал до 90 % дальности по баллистической траектории.
Вес этот был меньше, чем тот, который нес «Ланкастер» или «Либерейтор», но производил значительно больший «эффект», каковой пытались всемерно увеличить, экономя каждый килограмм, так что порой капсула выпирала из «юбки» боеголовки, где прятался шар «запала»[30] (рис. 3.19).
Рис. 3.19. Французские ядерные боеприпасы традиционно окрашены в красный цвет. На снимке — баллистическая ракета S-3 шахтного базирования. Боеголовка ракеты — термоядерная, капсула хорошо заметна, она выступает из юбки, где помещается запал — заряд деления
…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. 3.20). Один макет отличался от других благородным, с синеватым отливом, белым цветом покраски. Как автор и предполагал, это была боеголовка морской ракеты «Цзюйлань» — морякам всего мира не чужд снобизм и китайские тоже предпочитали не красить свои изделия в цвет, который их коллеги у нас презрительно характеризуют как «зелень подкильная». На вопрос о характеристиках, сопровождающие самодовольно заулыбались: мол. кудыж-те, милок, бдительность-то нашу, китайску, оммануть!
Рис. 3.20. Термоядерная моноблочная боевая часть китайской МБР «Дуньфэнь 31» («Ветер с Востока»)
Хотя «Цзюйлань» (рис. 3.21) 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, но позже «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. 3.21. Запуск китайской баллистической ракеты «Цзюйлань» с подводной лодки «Ся»
…Иногда вместо высокотехнологичных имплозивных зарядов лепят «ствольную» халтуру. Такой заряд был первым, примененным в боевых условиях — 6 августа 1945 г. бомбардировщик Б-29 сбросил снаряженного им «Малыша» (рис. 3.22) на японский город Хиросиму. «Ствольным» же заряд назвали потому, что и толстостенная трубка из U235 и «снаряд» из того же материала располагались в обрезке орудийного ствола (нарезы, правда, сточили). Снаряд выстреливался порохом и плотно занимал свое место в отверстии трубки, образуя сверхкритическую сборку цилиндрической формы. Не нужна была в этом случае сложная схема синхронизации подрыва детонаторов, изготовление строго однородных сферических сегментов ВВ, их подгонка и многое другое, по неприлично низким был и КПД использования делящегося вещества. Профессионалы относились к такой схеме с пренебрежением[31]. «Ствольные» заряды использовали в исследовательских целях, когда требовалось изучить прохождение ударных волн в грунте. В узкую скважину, пробуренную на большую глубину, имплозивного «толстяка» было не затолкать.
Рис. 3.22. Слева — макет бомбы «Малыш» (с зарядом ствольного типа) сброшенной 6 августа 1945 г. на Хиросиму. Справа — макет бомбы «Толстяк», взорвавшейся 9 августа 1945 г. над Нагасаки
Но подобные «упражнения на стороне» не снимали главного вопроса — о роли ядерного оружия в войне. Только уничтожая города, войну не выиграть, пример Германии, да и Японии свидетельствовал, что этим можно ослабить сопротивление, но не сломить его окончательно. Понятно, что поначалу, когда ядерных зарядов насчитывалось не очень много, нацеливать их предполагали только на очень важные объекты. Таким объектом с полным правом мог считаться и ударный авианосец — корабль, чье боевое значение не уступало ценности иного промышленного центра. Для выяснения «военно-морских» возможностей ядерного оружия, в июле 1946 года на тихоокеанский атолл Бикини была стянута целая эскадра старых кораблей: японских, германских, американских.
… Испытания начались с небольшого конфуза: с самолета Б-29, летевшего на высоте более 9 км, сбросили бомбу, промахнувшись 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, где он будет маневрировать, а не смиренно ожидать своей участи подобно несчастному городу, а его самолеты — постараются «пощупать» приближающийся бомбардировщик. Экипаж самолета тоже можно понять: изображать что-то, напоминающее пикирование, зная, что сейчас произойдет внизу — чревато, причем настолько, что вряд ли помогло бы в этой ситуации даже проникновенное комиссарское слово. Так в ходе испытаний проявилось то, что сейчас уже считается общеизвестной истиной: мощность заряда нет смысла наращивать без предела, она должна соответствовать маневренности и защищенности цели, точности средства доставки и обеспечивать безопасность тех, кто его применяет.
…Между тем, испытания продолжались. Для «усиления эффекта», при следующем испытании взрыв произвели на глубине в 30 м, принайтовав заряд тросами к барже. Правда, баржа в боевых условиях вряд ли могла служить носителем ядерного оружия, но получилось очень красиво (рис. 3.23). Кое-какие корабли затонули сразу, а «Саратога», дрейфовавший в 500 м от центра взрыва, бортом к нему, оставался на плаву в течение 7,5 часов. Конечно, неэтично строить предположения, стал ли экипаж, окажись он на «Саратоге», в течение долгих часов созерцать, как тонет родной корабль, или все же прекратил бы поступление воды. В 1990 году подводная экспедиция обследовала «Саратогу» (рис. 3.24). 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 (рис. 3.25). Присутствуй на тех испытаниях наши воины невидимого фронта — и, размазывая сопли по щекам, дали бы вредители-проектировщики признательные показания: мол, специально сконструировали для корабля трубу с большой парусностью. Судите нас, граждане судьи! Что же касается других, не «косметических», повреждений — предлагаю читателю самому оценить, какие из повреждений более серьезны: «Саратоги» или авианосца «Франклин» (рис. 3.26), на который спикировал камикадзе с всего-то семисоткилограммовым зарядом обычной взрывчатки. «Франклин», после вызванного попаданием пожара, посчитав неремонтопригодным, разобрали на металл.
Рис. 3.23. Натурные испытания ядерного оружия по морским целям. Ранняя стадия развития водяного султана. Видно, как из-за разрежения воздуха, следующего за ударной волной, произошло «вскипание» воды и образовался белый круг
Рис. 3.24. Лежащий на дне, потопленный ядерным взрывом авианосец «Саратога»
Рис. 3.25. «Саратога» в свои лучшие времена
Рис. 3.26. Авианосец «Франклин» возвращается на Западное побережье США. Его полетной падубе и внутренним помещениям нанесен весьма серьезный ущерб спикировавшим на корабль японским летчиком-смертником из корпуса камикадзе
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, севший на дно недалеко от берега (рис. 3.27). Как оказалось, это был старый германский тральщик Т-219, переживший два ядерных взрыва при натурных испытаниях в октябре 1957 г. на новоземельском полигоне.
Рис. 3.27. Бывший германский тральщик Т-219, использованный как мишень при испытаниях ядерного оружия, а затем — крылатых ракет
Находясь сначала в 800 м, а потом — почти в километре от взрывов заглубленных на 30 м зарядов с энерговыделением в 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 первом случае тральщик «ударила» волна сравнительно удаленного взрыва, а во втором — он получил прямые попадания, но стоит учесть и разницу в стоимости ракет и ядерного заряда: в пятидесятых годах первые были куда как дешевле.
Нет ничего удивительного в том, что анализ результатов этого и других испытаний привел к тому же, что ранее имело место для обычных боеприпасов: началась «специализация» ядерного оружия, его характеристики приводились в соответствие с условиями боевого применения.
Постепенно оргастическое упоение зарядами огромной мощности сменялось трезвыми расчетами. Поскольку радиус поражения возрастает пропорционально корню квадратному из энерговыделения, 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 — рассеиваемого типа: разделившись, они летели в неуправляемом режиме. Для поражения целей большой площади и такое решение годилось, но огромный скачок в эффективности произошел тогда, когда каждый из блоков (рис. 3.28) стал наводиться на специально для него предназначенную цель (рис. 3.29).
Рис. 3.28. Монтаж боевых блоков на платформе ступени разведения межконтинентальной баллистической ракеты LGM118A. При взрыве каждого из этих блоков формируется ударная волна с такими же параметрами, как и от взрыва 600 тысяч тонн тринитротолуола. Чтобы перевезти это количество взрывчатки по железной дороге, потребовалось бы 10000 грузовых вагонов. Помимо боевых блоков, на платформе размещаются ложные цели, а также генераторы помех, воздействующих на РЛС противоракетной обороны противника
Рис. 3.29. Полет разведенных боевых блоков межконтинентальной баллистической ракеты LGM118A «Пискипер» в атмосфере. Благодаря свечению плазмы, образуемой в воздухе летящими с гиперзвуковыми скоростями блоками, их маневры хорошо видны на снимке, сделанном камерой с открытым затвором. Каждый из блоков этой МБР с вероятностью 50 % попадает в окружность радиусом в 100 метров, с центром в точке прицеливания. Поражение боевым блоком цели — также задача, описываемая аппаратом теории вероятностей: например, при наземном подрыве боевого блока «Пискипера» на расстоянии 160 м от шахты, выдерживающей давление ударной волны в 70 атмосфер, она поражается с вероятностью 90 %
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 прочного подземного бункера необходим подрыв «заглубленного» заряда (рис. 3.30) 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. 3.31).
Рис. 3.30. Взрыв заглубленного ядерного заряда
Рис. 3.31. Боеголовка ракеты средней дальности «Першинг 2», предназначенная для уничтожения высокозащищенных целей (таких, как пункты боевого управления, шахты межконтинентальных баллистических ракет) завершает выполнение полетного задания
Появилось оружие сверхмалой мощности для сухопутных войск (рис. 3.19) — чтобы они могли сами поражать важные и высокозащищенные цели, а не бежали от них в кошмаре быть испепеленными «своим» же, но чересчур большим, огненным шаром.
Но все это были вариации размеров и мощности, а не истинная специализация оружия по характеру наносимых цели поражений. Предпосылки для такого заключались в распределении энергии при ядерном взрыве.
…Энергия в 202 Мэв, выделяющаяся при каждом акте деления, следующим образом распределяется между продуктами этой реакции. В процессе взрыва мгновенно выделяются:
— кинетическая энергия продуктов деления — 168 Мэв;
— кинетическая энергия нейтронов — 5 Мэв;
— энергия гамма излучения — 4,6 Мэв.
Со значительным запаздыванием после взрыва выделяются:
— энергия бета излучения продуктов деления — 7 Мэв;
— энергия гамма излучения продуктов деления — 6 Мэв.
Все то, что при ядерном взрыве проходит по «второму списку», приводит к радиоактивному заражению местности — явлению, только на эмоциональном уровне вызывающему некое извращенное удовлетворение в ассоциации с образом ненавистного врага, но на самом деле — весьма опасное для обеих сторон.
Энергия же факторов первого списка преобразовывается в то, благодаря чему ядерное оружие господствует на поле боя. Если взрыв происходит в сравнительно плотном воздухе — почти две трети его энергии переходит в ударную волну. Почти весь остаток забирает световое излучение, оставляя лишь десятую часть проникающей радиации, а из этого мизера лишь 6 % достается сотворившим взрыв нейтронам. Существенную энергию (11 Мэв) уносят с собой нейтрино, но они настолько неуловимы, что найти им и их энергии практическое применение не удается до сих пор.
…Все было достаточно ясно с ударной волной (поэтому и мощность ядерного взрыва стали оценивать, сравнивая со взрывом обычной взрывчатки). Не были необычными и эффекты, вызываемые мощной вспышкой света: горели деревянные постройки, получали ожоги солдаты. Но то же самое делал и входивший в моду напалм[32]…
А вот непривычное «общественности», не превращающее цель в головешки или тривиальную, не вызывающую возмущения, 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 вы- сокоэнергетичному («жесткому») гамма излучению…
…Прямое действие гамма излучения уступало по боевому эффекту и ударной волне и свету. В самом деле, гамма излучение может, например, причинить неприятности электронике, но — в огромных дозах (десятках миллионов рад[33]). При таких дозах плавятся металлы, так что ударная волна с куда меньшей плотностью энергии уничтожала цель без подобных излишеств.
Если плотность энергии гамма излучения была меньше, то оно становилась безразличным для сделанной из железа технике, вроде тех же пушек — а ударная волна и тут могла сказать свое слово…
…Еще одна категория возможных целей в военных документах обозначается эвфемизмом «живая сила». Здесь тоже не все очевидно: во-первых, гамма излучение существенно ослабляется, например, броней, а во-вторых — 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 и сравнительно малоуязвимые машины успели бы сделать многое.
Так что прямое гамма облучение существенного боевого эффекта не обеспечивало, чего нельзя сказать об эффектах вторичных, порожденных им же…
Начинается все с Комптон-эффекта — рассеяния гамма квантов на электронах атомов, составляющих воздух. В результате рассеяния, возникают электроны отдачи, которым кванты отдали часть своей энергии. Углы рассеяния и отдачи невелики, гак что следствием Комптон-эффекта является расходящийся от точки взрыва ток электронов: их скорость существенно выше, чем скорость ионов, Все это происходит в магнитном поле Земли: магнитное поле, не сообщая заряженной частице кинетическую энергию, «закручивает» ее траекторию (рис. 3.32). Но движение, отличное от равномерного и прямолинейного есть движение с ускорением — так учит нас школьный курс механики; хотя и не разбираемая 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, распространяющиеся в пространстве со скоростью света. 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 большие.
Рис. 3.32. В правой части рисунка: магнитное поле Земли искривляет («закручивает») траекторию электрона. Вследствие возникающего при «закручивании» ускорения, заряженная частица генерирует электромагнитное излучение
Но возникновение ЭМИ — не только результат «закручивания» электронов. Вклад вносит и дипольное излучение (его мощность пропорциональна второй производной дипольного момента по времени) а образуется электрический диполь благодаря тому, что на больших высотах плотность воздуха существенно меняется с высотой, а значит — меняется и плотность зарядов, порождаемых гамма квантами. Есть и еще одна причина — возмущение магнитного поля Земли проводящим плазмоидом — благодаря которой меняется магнитный момент, реагирующий на свое изменение так же как электрический.
Все эти «вклады» обуславливают формирование непрерывного частотного спектра (континуума) ЭМИ ЯВ — совокупности колебаний огромного числа частот. Когда проводят расчеты воздействия ЭМИ, то не все эти частоты даже принимают во внимание, а только те, которые вносят заметный энергетический вклад: от десятков килогерц до сотен мегагерц. Но и эти волны ведут себя по-разному: те, чьи частоты превышают мегагерцы затухают в атмосфере, а более низкочастотные — «ныряют» в естественный волновод, образованный поверхностью Земли и ионосферой и могут помногу раз обогнуть земной шар. Правда, «долгожители» эти напоминают о своем существовании лишь хрипением в приемниках, похожим на «голоса» грозовых разрядов, а вот их более высокочастотные родственники заявляют о себе мощными и 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: любое устройство с наибольшей эффективностью принимает волны того диапазона, в каком она их излучает. 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.
Но воздействует-то ЭМИ ЯВ на электронику не через антенну. Если ракету длиной в 10 метров «накрывала» длинная волна с не поражающей воображение напряженностью электрического поля в 100 В/см, то на металлическом ракетном корпусе наводилась разность потенциалов в 100 тысяч вольт! Мощные импульсные токи через заземляющие связи «затекают» в схемы, да и сами точки заземления на корпусе оказываются под разными и очень существенно отличающимися потенциалами. А опасны такие перегрузки для полупроводниковых элементов: для того, чтобы «сжечь» высокочастотный диод достаточно токового 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, для достижения максимального эффекта, 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. 3.33) — его стойкость к ЭМИ ЯВ — по крайней мере такой интенсивности, которая характерна для не слишком уж больших дистанций от взрыва.
Рис. 3.33. База ВВС США Кёртлэнд. Испытания стойкости электронного оборудования бомбардировщика Б-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 — согни метров, огромны и размеры установки, имитирующей электромагнитный импульс ядерного взрыва (для сравнения: длина самолета — 48 м, размах крыльев — 56 м). Ажурная конструкция, на которую натянуты провода, образующие антенну, сделана из дерева, чтобы не вносить искажений в распределение полей. Это — самое большое деревянное сооружение в мире
…Если нет или очень мало вокруг воздуха, то нет и главного поражающего фактора 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 надо на большой высоте, чтобы даже в случае его подрыва не пострадали объекты, на которые он нацелен. Но отсутствие вокруг воздуха лишает противоракету возможности поразить цель ударной волной. Правда, при ядерном взрыве в безвоздушном пространстве возрастает преобразование его энергии в световой импульс, но помогает это мало, поскольку боевой блок рассчитан на преодоление теплового барьера при входе в атмосферу и снабжен эффективным обгорающим (абляционным) теплозащитным покрытием. Нейтроны же свободно «проскакивают» через такое покрытие, а проскочив — бьют в «сердце» боевого блока — сборку, содержащую делящееся вещество. Ядерный взрыв при этом невозможен — сборка-то пока докритична — но нейтроны порождают в плутонии много цепей деления, хоть и затухающих. Плутоний, который и при нормальных условиях из-за самопроизвольно протекающих ядерных реакций имеет температуру, ощутимо превышающую комнатную, при таком внутреннем подогреве плавится, деформируется и — прощай мечты о создании из него в нужный момент сверхкритической сборки!
В заряде, предназначенном для перехвата боевого блока, не чинят преград нейтронам: в нем есть ядерный запал и капсула с термоядерным топливом, но нет оболочки из «тяжелого урана», поскольку взрывной эффект — ненужное излишество. Такими двухфазными термоядерными зарядами оснащены американские противоракеты «Спринт» (рис. 3.34), охраняющие шахты межконтинентальных баллистических ракет. Конусная форма «Спринта» позволяет ему выдерживать огромные перегрузки, возникающие во время старта и последующем маневрировании.
Рис. 3.34. Ближний рубеж противоракетной обороны стартовых позиций американских МБР обеспечивают ракеты «Спринт», оснащенные двухфазной термоядерной боевой частью, основной поражающий фактор которой — импульсный нейтронный поток
Но и нейтроны при перехвате боевого блока и ЭМИ противоборствуют с бездушными машинами, а где же пресловутое варварство? Вполне может ядерное оружие представить и «фильм ужасов» извращенным 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.
Двухфазными термоядерными зарядами (по американской терминологии — «боеприпасами с повышенным выходом радиации») оснащались боевые части ракет «Лэнс» и 203-мм гаубичные снаряды.
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, ампульные 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.
Прочная конструкция танка достаточно стойка к воздействию ударной волны, поэтому после расчетов применения ядерного оружия различных классов против бронетехники, с учетом последствий заражения местности продуктами деления и разрушений от мощных ударных волн, основным поражающим фактором решили сделать нейтроны.
Рассчитывая остановить навал «брони», в штабах НАТО разработали концепцию «борьбы со вторыми эшелонами», стараясь 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 в обороне, «пробитую», например, ядерным ударом большой мощности. В этот момент применять радиационные боеприпасы уже поздновато: хотя 14-МэВные нейтроны — продукт термоядерных реакций — незначительно поглощаются броней, но, как уже знает читатель, радиационные поражения экипажей сказываются на их боеспособности не сразу. Поэтому радиационные удары планировались по выжидательным районам, где изготавливались к введению в прорыв основные массы бронетехники: за время марша к линии фронта на ее экипажах должны были проявиться последствия облучения.
В предназначенных для борьбы с танками двухфазных боеприпасах была предусмотрена замена ампул с существенно уменьшившимся количеством трития на «свежие», производимая в арсеналах в процессе хранения. Могли такие боеприпасы применяться и с «холостыми» ампулами — как однофазные ядерные снаряды килотонной мощности.
…Читатель наверняка заметил, что все описанные варианты характеризуются практически изотропным полем поражения: и ударная волна и гамма кванты и нейтроны летят во всех направлениях от взрыва.
…Но натурам утонченным претило такое неизящество: как это — дубиной — и хрясь, чтоб все — 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[34]…
…Атомы могут находиться в различных энергетических состояниях. При переходе из возбужденного состояния в основное атом испускает квант света. Благодаря этому явлению 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 на него излучения. Самопроизвольные переходы могут осуществляться только в одном направлении — с более высоких уровней на более низкие. Вынужденные переходы могут происходить как в одном, так и в другом направлении. 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 обладает весьма важными свойствами. По частоте, фазе и поляризации оно совпадает с таковыми излучения вызвавшего переход: вынужденное и внешнее излучения когерентны. Эта особенность вынужденного излучения лежит в основе действия усилителей и генераторов света, называемых лазерами.
Эйнштейн в 1917 году показал, что соотношение между вероятностями спонтанного и индуцированного излучения пропорционально длине волны. Выход лучистой энергии ядерного взрыва реализуется в основном в рентгеновской части электромагнитного спектра. Для таких коротких воли требуемая энергия накачки очень высока, но у ядерного взрыва ее много!
Рентгеновские лазеры — импульсные, с малой длительностью генерации. При огромной плотности энергии активная среда лазера может быть только плазмой, причем полностью ионизованной.
Когда плазма ядерного взрыва начинает охлаждаться, быстрее других частиц охлаждаются электроны. После достаточного понижения температуры электронов, начинается процесс рекомбинации. Для некоторых уровней при этом и реализуются индуцированные переходы.
Плотность электронов не должна быть слишком высокой, чтобы обеспечить условия инверсной населенности. Дело в том, что с увеличением энергии состояния населенность уровня — количество атомов в этом состоянии — уменьшается. Число переходов между двумя уровнями пропорционально населенности исходного уровня. В системе атомов, находящейся в термодинамическом равновесии, поглощение волны накачки может и преобладать над вынужденным излучением, так что волна накачки при прохождении через вещество ослабляется. Для усиления же нужно, чтобы в состоянии с большей энергией находилось большее число атомов, чем в состоянии с меньшей энергией. В этом случае говорят, что данная совокупность атомов имеет инверсную населенность. Такое возможно для атомов таких элементов, как железо, цинк, медь.
Если активная среда — пусть это будет стержень — представляет твердое тело, то за короткое время накачки ее форма практически не изменится. Образовавшаяся плазма расширяет со скоростью 50 км/с. Если начальный радиус стержня — доли миллиметра, то потребуется около 30 наносекунд, чтобы создались условия для возникновения индуцированного излучения, которое длится не более наносекунды. За это время диаметр расширяющегося стержня превысит миллиметр.
Для формирования, фокусировки, усиления рентгеновского излучения бесполезны зеркальная оптика и оптические резонаторы. Все определяется выбором формы активной среды с учетом того, что расходимость луча зависит от отношения поперечных размеров среды к продольным. Длина стержня определяется плотностью энергии воздействующего излучения, а значит — энерговыделением ядерного взрыва: необходимо, чтобы самый удаленный от заряда край стержня мог быть полностью ионизован (напомним, что после полной ионизации среда становится прозрачной 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: каждый из стержней наводить на свою цель, соорудив нечто вроде гигантского ежа (рис. 3.35), но потом, подсчитав, выбрали вариант поскромнее: образовали из них цилиндр, окружающий заряд, забыв о поражении многих целей одним взрывом. Но от взрыва с энерговыделением в 30 килотонн (2х1014 Дж), произведенного в 1981 г. в штате Невада жалкие 130 килоджоулей только и перепали острию той шпажки. Да размазывается и эта энергия с расстоянием: на каждые 10 м — на доли миллиметра увеличивается облучаемое пятно, так что и очень уж дальний выпад с той шпажкой пока что не сделаешь…
Рис. 3.35. Рентгеновский лазер с накачкой от ядерного взрыва. На верхнем рисунке — каждый из медных стержней наводится на свою цель. Нетрудно заметить, что любому из стержней достается лишь мизерная часть излучений, испускаемых ядерным взрывом. Когда стержни расположены по образующей, с ядерным зарядом, размещенным на оси (нижний рисунок), энергия ядерного взрыва используется рационально, но рентгеновское излучение сосредоточено только на одной цели. Кстати, даже и в этом случае пока удалось сформировать не слишком мощный (с энергией чуть более сотни джоулей) рентгеновский импульс. Активные элементы — медные стержни — очень длинные (10 м) и тонкие, поэтому на рисунках изображены не в масштабе
…И надсмехались 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 несколько килограммов взрывчатки в кумулятивном заряде пробивают 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 далее, ласково улыбнувшись и приложив ладошку к кепочному козыречку: «Верной, единственно верной дорогой идите, товарищи!».
И действительно: коль существуют вещества, в различной степени пропускающие мягкое рентгеновское излучение — основной носитель энергии ядерного взрыва — можно изменить изотропное распределение поля этого излучения, а значит, добиться, чтобы где-то плотность энергии была бы выше.
…Однажды автору на глаза попалась диссертация, посвященная строительству. Основная мысль автора состояла в том, что движение больших масс людей описывается уравнениям гидродинамики и это позволяет рассчитывать пропускные способности эскалаторов, проходов и прочего. Но этим же законам подчиняется и движение вещества при взрывах, причем результат будет справедлив для явления любого масштаба, поскольку во всех таких случаях течения вещества автомодельны (подобны) и их можно охарактеризовать относительными параметрами. Например, решая задачу о той же имплозии, можно текущие значения давления и радиуса задавать в виде отношений к соответствующим значениям в начале процесса и решение будет описывать как заряд радиусом в дециметр, так и в километр. Так что, если поверить автору той диссертации, и найти несколько десятков тысяч (а лучше — сотню тысяч) друзей, можно ставить изумительные по наглядности опыты, наблюдая за ними с крыши высотки. Надо только объяснить, куда одним надо бежать, толкая друг друга (это — обязательно), услышав вой сирены, возвещающей начало эксперимента, а другим — указать места, где им стоять.
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.
Поэтому внимательно рассмотрим снимок, (рис. 3.36), на котором запечатлена ударная волна, «выгоняемая» из ствола движущейся в нем пулей.
Рис. 3.36. Ударная волна, сформированная воздухом, вытесняемым движущейся в стволе пулей
Пуля — идеальный поршень, она гонит воздух перед собой только вперед. Если бы мы нашли способ учинить подобное при ядерном взрыве — заставить двигаться всю нагретую радиационной диффузией плазму только в одном направлении — то немедля возник бы рядом некто неброский и сформулировал убедительно, подобно Саиду из «Белого солнца пустыни»: «Никому не говори! 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.
Но не мы дожили пока до такого невиданного счастья, чтоб все — и в одну сторону. Ну, хоть полюбуемся, как бы это выглядело.
Пуля вытесняет из ствола воздух только в одном направлении, но он нагрет, давление в нем выше, чем в воздухе окружающем, и, как имеют обыкновение делать все газы, «ствольный» воздух по выходе «на волю» начинает перетекать в области с более низким, чем в нем, давлением. Из-за растекания (это — не что иное, как все та же «разгрузка»), на теневом снимке видно некое подобие усеченного конуса с выпуклым дном; он состоит из турбулентного газа: высота его пропорциональна поступательной скорости газа, а основание — скорости его растекания в радиальных направлениях. А вот форма ударной волны, сформированной газовым потоком… даже на небольшом расстоянии от ствола весьма напоминает сферическую. Диаметр отверстия, из которого истекает воздух — характерный размер источника возмущения — можно оценить: это размер линии пересечения газового конуса с дульным срезом ствола. Сколько характерных размеров источника возмущения уложится на расстоянии, пройдя которое волна уже мало отличается от сферической? Десяток? Меньше сотни — заведомо!
Ну, а теперь вернемся к рис. 3.28 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 от подорванного боевого блока. 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 еще больших расстояниях от взрыва источник возмущения будет и вовсе ничтожной, незаметной точкой, «растаскивание» энергии сведет на нет начальную анизотропию поля поражения, сделав невозможной кумуляцию.
Напротив, концентрация энергии в обычной взрывчатке гораздо ближе к значениям, требуемым для поражения целей. Поэтому-то и ее кумуляция эффективна: все происходит на расстояниях, сравнимых с размерами заряда. Усиливает эффект и металлическая облицовка, а вот для ядерной кумуляции 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 Хиросимы и Нагасаки. А потому — стремно стало высокопоставленным подпирать такими аргументами свою заботу о «государственных интересах»…
4. «…ГЛАЗИК ВЫКОЛЮ»!Из частушки к кинофильму по роману Н. Булгакова «Собачье сердце»
…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 килоджоулей несла волшебница на острие, а в тысячи раз больше — в обычной взрывчатке, и входила она с таким подарком прямо в дверь того же бункера (рис. 4.1). В море образцов высокоточных боеприпасов можно купаться (рис. 4.2), но я помню об обещании читателю не перегружать книгу перечислением типов и характеристик.
Рис. 4.1. Управляемая ракета «Мейврик» поражает высокозащищенное укрытие
Рис. 4.2. Среди высокоточных боеприпасов. База ВВС США Эглин, 1999
…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 — фото большой интегральной схемы, той, что посылает команды на рули, задающие курс, крен и рысканье…
…И забивали баки офтальмологам энтомологи, сооружавшие совсем уж ничтожных нанотехнологических роботов-инсектов (рис. 4.4) — чтобы те, подобно неприличным папарацци, 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. 4.3.1 Пуск управляемой ракеты MIM-104 зенитно-ракетного комплекса «Патриот»
Рис. 4.4. Робот-разведчик на человеческом пальце
Сложно удержаться от восхищения столь ярким, удачным 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 крайне патриотически настроенная, но ничего не «видящая» дура, весом более тонны, с обиженным ревом пронеслась мимо, оставив, как напоминание о себе, лишь зловоние сгоревшего топлива. Ну, а механической мухе — не песка, а ничтожной песчинки хватит, чтобы, забыв о постыдных порнографических экзерсисах, хлопнулась неслышно она на спинку и, посучив конвульсивно крылышками из полиэтилентерефталата, затихла навсегда…
В главе 3 уже были упомянуты эффекты воздействия на электронику электромагнитного импульса, генерируемого образованным ядерным взрывом плазмоидом. Но такие экстремальные режимы не являются единственно возможными…
…Обретение радиочастотным электромагнитным излучением (РЧЭМИ) свойств поражающего фактора произошло как в результате создания мощных его источников, так и того, что в электронике на смену лампам, которые невозможно «сжечь», пришла полупроводниковая элементная база с высокой степенью интеграции. Платой за колоссально возросшие при этом функциональные возможности электронной техники стала повышенная уязвимость важнейших полупроводниковых элементов субмикронных размеров к токовым перегрузкам, вызываемым облучением. В результате при действии по целям, в состав которых входят современные электронные средства, радиочастотное электромагнитное излучение (РЧЭМИ) значительно превосходит по энергетической эффективности традиционные 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;
— поток 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 — весьма эффективный поражающий фактор, во всяком случае, 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.
Однако есть у РЧЭМИ и недостатки: его пока не научились накапливать, да и вообще — 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; в аккумуляторе плотность энергии повыше, но ее нельзя «извлечь» быстро, скажем — за миллионные доли секунды. Так что энергию надо «доставать» из других «хранилищ» и уж затем преобразовывать ее в электромагнитную; при этом не избежать очень 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 взрывчатые вещества такого скачка за то же время не сделали: «на арену» вышел лишь октоген, превосходящий «сверхвзрывчатку Второй мировой» — 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 (правда, «начало» ничего не сообщает о скорости такой реакции) и ВВ не могут не разлагаться. Иногда продукты разложения ускоряют распад и все заканчивается самовоспламенением и взрывом. Требование стабильности является существенным ограничением и плотность химической энергии в самых мощных современных ВВ не превышает 10000 Дж/куб. см[35]. Может быть, и можно синтезировать более мощное вещество, но чувствительность и стойкость его будут такими, что к нему небезопасно станет приближаться.
Современная технология химического производства позволила получить и из ограниченного набора разрешенных к применению ВВ весьма разнообразные взрывчатые материалы. В годы «холодной войны» многие стратегически важные мосты в Западной Европе имели в составе своих «быков» блоки, наполнителем бетона которых служил октоген: марш численно превосходящих советских танковых соединений рассчитывали остановить, не тратя драгоценное время на заложение зарядов, а только устанавливая детонаторы в известные саперам участки опор. Из композиций на основе октогена горячим прессованием получают заряды ВВ с хорошими механическими свойствами (в такой детали можно нарезать метчиком резьбу и она будет «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 детонации большинства их не очень стабильна, потому что технологически сложно добиться идеально-однородного перемешивания связки и наполнителя. Создать эластичный состав с высокостабильной скоростью детонации удалось не потому, что компоненты тупо перемешивали часами, а — подбирая характеристики ударного сжатия наполнителя и связки. Если подобрать связку так, что скорость звука в ее веществе будет близка к скорости звука в продуктах детонации наполнителя, то и скорость звука в их смеси не будет зависеть от отклонений в соотношении компонент, а значит, скорость детонации будет постоянна[36]. Такая пара была подобрана: нитрат многоатомного спирта и один из видов синтетического каучука. Скорость детонации этого состава меньше 8 км/сек, (у октогена — более 9 км/сек), но создан он не ради получения рекордных параметров взрыва, а для детонационной автоматики, где главное — максимальная стабильность характеристик. Именно такой 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 3.22) и артиллерийского снаряда (рис. 3.18).
Гарантированный срок хранения ВВ — чуть более десятилетия, но фактически взрывчатые свойства сохраняются значительно дольше: даже снаряжение пролежавших более чем полвека в земле боеприпасов (рис. 4.5) демонстрирует образцовое дробление корпуса.
Рис. 4.5. Обнаруженная в середине 90-х годов и уничтоженная подрывом мина к 82-мм миномету, произведенная в 1939 году. Дилетантам ни в коем случае нельзя «оприходовать» и даже трогать такие находки, потому что их взрыватели были взведены при выстрелах и неизвестно, какая малость помешала им сработать. Подобные предметы уничтожают подрывом
Чтобы понять, как из надежно хранимой в ВВ химической энергии получают электромагнитную, необходимо познакомиться с важнейшей физической величиной — магнитным потоком.
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. Это определение вполне эквивалентно другому: если в контуре индуктивностью L течет ток I, то магнитный поток в таком контуре равен Ф = IL. Также допустимо, рассматривая магнитный поток в контуре, «преобразовывать» контур, «завивая» его в несколько витков, тогда поток в нем будет равен тройному произведению: индукции поля на площадь витка и на число витков; можно поступить и наоборот, «развернув» витки (рис. 4.6).
Рис. 4.6. Равенство значений магнитного потока в контуре, состоящем из пары 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, равной удвоенной площади одного витка
В сверхпроводник внешнее магнитное поле не проникает, в вакууме распространяется со скоростью света, а в проводниках — значительно медленнее: за микросекунду оно проникает, например, в медь на глубину в десятки микрон (характерная скорость — всего лишь десятки метров в секунду). Глубина проникновения поля в проводник называется 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), но в любом случае такое поле уже «связано» и не может участвовать в быстропротекающих процессах, сопровождающих преобразование электромагнитной энергии. Из рис. 4.6 ясно, что, при прочих равных условиях, потери такого рода тем больше, чем на большей длине провода (или числе витков) происходит диффузия поля. В конечном итоге энергия «потерянного» поля превращается в тепло, вызывая нагрев металла провода вихревыми токами. Так что, если задумано сжать магнитный поток, «стянув» контур и получить при этом многочисленные дивиденды в виде усиления тока и магнитной энергии, надо стягивать контур столь быстро, чтобы существенная часть начального потока в нем сохранилась.
Из определения потока следуют выражения для усиления тока:
I = I0(L0/L)?2; и магнитной энергии: Е = Е0(L0/L)?, где подстрочные символы относятся к начальным значениям, а ?, — та доля потока, которую удалось сохранить (коэффициент сохранения).
Итак, подытожим. В контурах из сверхпроводника поток сохраняется полностью; если контур образован обычными проводниками — поток «утекает» сравнительно медленно, диффундируя в них; если в контуре есть разрыв — поток «улетучивается» мгновенно, со скоростью света. 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). Значение же ее в том, что именно второй производной магнитного момента по времени пропорциональна мощность электромагнитного излучения. Связь магнитного потока и магнитного момента приводит к тому, что для контура, в котором магнитный поток изменяется несущественно, не может значительно меняться и магнитный момент, а значит, даже если магнитная энергия в контуре очень велика, излучение пренебрежимо (магнитное поле квазистационарно). Когда же требуется получить именно излучение, магнитный поток стараются «выпустить»[37], например — избавившись от сверхпроводимости, как только ток в контуре из сверхпроводника достиг существенного значения. «Вызволение» потока не всегда проходит безнаказанно: в юном возрасте Андрей Дмитриевич Сахаров как-то отключил руками батарейку от игрушечного электромотора. Напряжение батарейки мало, но, из-за большого числа витков обмотки, магнитный поток (произведение тока на индуктивность) был заметным. По закону электромагнитной индукции (вспомним школьный курс физики!) изменение потока индуцирует в контуре ЭДС, направленную так, чтобы этому изменению воспрепятствовать. Вот и при отключении электромотора, возникла ЭДС, «старавшаяся» не допустить уменьшения тока в его обмотке и равная отношению величины подвергнутого остракизму[38] потока ко времени, за которое произошел разрыв. Эта ЭДС и «дернула» естествоиспытателя.
Ну, а позже Андрей Дмитриевич и американец Макс Фаулер прославились изобретением устройств для преобразования энергии взрыва в электромагнитную: взрывомагнитных или магнитокумулятивных генераторов.
Сам Андрей Дмитриевич отмечал, что мысли о возможности магнитной кумуляции еще раньше высказывались Я.П. Терлецким и В.К. Аркадьевым, но: «осуществление культуры МК (магнитной кумуляции) 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 известном, 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 па патронном заводе. В основу работы этого прибора был положен скин-эффект.
Первая идея Сахарова заключалась в сжатии взрывом металлической трубки, в которой заранее создавалось магнитное поле. Будет лучше сразу рассмотреть современный вариант воплощения этой идеи, свободный от многих недостатков первоначального (рис. 4.7).
Рис. 4.7. Схема имплозивного взрывомагнитного генератора (ИВМГ), идея которого была предложена А. Д. Сахаровым.
На оси — катушка для измерения производной индукции магнитного поля
Разряд конденсатора 1, формирует ток в катушке 2, свитой из множества параллельно соединенных между собой проводков. Проволочки изолированы между собой, поэтому поле свободно проникает как между витками, так и проволочками обратного токопровода. Когда же ток близок к максимуму, срабатывает цилиндрическая детонационная разводка 3. Она значительно проще сферической, описанной в предыдущей главе, точек инициирования в ней — несколько десятков. Из рисунка видно, какими элементами она образована. Итак, в кольце мощного взрывчатого вещества 4 формируется сходящаяся детонационная волна. Достигнув катушки, она сдавливает витки. Изоляция между проводками при сдавливании перемыкается и далее взрывом сжимается просто трубка из металла (называемая лайнером). С замыканием витков, аксиальное магнитное поле, созданное разрядом конденсатора, оказывается окруженным металлическим лайнером, чей радиус уменьшается под давлением газов взрыва (рис. 4.8).
Рис. 4.8. Сжатие поля лайнером взрывомагнитного генератора под действием давления взрыва
Если лайнер легкий и взрыв сжимает его быстро, то большая часть потока «не успевает» уйти в проводник, индукция магнитного поля внутри лайнера «вынуждена» возрастать, чтобы компенсировать убывание площади сечения лайнера:
Е = E0 (S0/S)?2
Существуют работы, посвященные расчету сохранения магнитного потока в имплозивном взрывомагнитном генераторе (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..
Понимаю, как возмущает многих нигилизм, все эти неприличные намеки насчет пекущихся о народном благе. Создается ложное впечатление, что суетятся в науке одни фрондеры, то и дело 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 плакату указочка: сейчас вот — да, не очень, но посмотрите: через десять лет скакнет в разы, а через двадцать-то — ой, «запируем на просторе!»
…То же делает и осциллограф — главнейший в экспериментальной физике прибор. Тонкий луч непрерывно эмитируемых 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 никакого сигнала — и чистую, не искривленную линию прочертит осциллограф. Есть сигнал — и получите осциллограмму — тот же график зависимости от времени процесса, который вы исследуете. И, если все подключено правильно, не сомневайтесь: осциллограмма — не партийная программа (хорошо сказал, в рифму!).
Вот и подал автор на вход осциллографа сигнал (рис. 4.9) с пробной катушки, размещенной на оси устройства. В опыте, при сжатии катушки от начального значения внутреннего диаметра 45 мм до конечного 30 мм, магнитный поток уменьшился всего на 9 % от того, который был создан разрядом конденсатора.
Рис. 4.9. Осциллограмма производной по времени магнитной индукции в имплозивном ВМГ: сначала видна косинусоида от тока разряда конденсатора, создающего начальное поле; когда производная приближается к нулю (а, значит, ток — к максимуму), взрыв замыкает витки катушки и сжимает ее к оси, почти двукратно увеличивая индукцию поля внутри (еще раз напомним: на осциллограмме — производная, поэтому индукция пропорциональна площадям соответствующих ее участков). Нелинейность возрастания производной на втором участке вызвана тем, что летящий лайнер «дышит»: в нем «гуляют» волны сжатия и разрежения
От этого ИВМГ требовалась высокая скорость схождения лайнера, а потому катушка была намотана алюминиевыми, а не медными проводками: ради скорости метания проводимость (а значит, и сохранение потока) были принесены в жертву. Да и сжатие имело место лишь до диаметра всего в полтора раза меньшего, чем начальное значение. И это имеет объяснение: представляла интерес лишь та стадия сжатия, на которой еще не развиваются нестабильности и внутренняя поверхность лайнера остается цилиндрической.
Каждый видел, по крайней мере — по телевидению, «кусты» разрывов — это и есть нестабильности. Они хорошо видны на фотографиях 2.8, 3.23, 3.30: слой песка или воды, метаемый взрывом, 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, сжимаясь к оси. На полученных с помощью высокоскоростной камеры снимках (рис. 4.10) 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, а дополнительно достигалось и «поджатие» поля с увеличением магнитной энергии примерно до килоджоуля, что по меркам ИВМГ было ничтожной величиной.
Рис. 4.10. Процесс развитая нестабильностей в лайнере ИВМГ.
Со временем (интервал между снимками 1,6 мкс)внутренняя поверхность лайнера из цилиндрической становится звездообразной
А вот ИВМГ созданные во ВНИИЭФ позволили достигнуть рекордных значений магнитной энергии и ее плотностей. Привыкшие достигать совершенства, специалисты этой организации 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 конечной полости небольших размеров, что и позволило достигнуть рекордного значения плотности энергии магнитного поля (4х107 Дж/см3), на несколько порядков превышающего плотность химической энергии в бризантных ВВ.
Работа, совершаемая взрывом против пондерромоторных сил поля, приводит к «перекачке» энергии взрыва в энергию поля, пока процесс магнитной кумуляции не будет остановлен давлением поля: то есть — обратно пропорционально четвертой степени радиуса лайнера. Площадь сечения лайнера обратно пропорциональна квадрату радиуса, а значит, в той же пропорции возрастает индукция поля; для магнитного же давления эта зависимость еще сильнее — оно пропорционально квадрату индукции, и обратно пропорциональна четвертой степени радиуса лайнера! 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, в отсутствие нестабильностей всегда станет «сильнее» взрыва и остановит движение лайнера к оси (и, кстати, чем слабее начальное поле, тем выше может быть магнитная энергия в точке остановки). В проведенных во ВНИИЭФ опытах давление магнитного поля индукцией в 1000 Тл достигало 400 ГПа (четырех миллионов атмосфер), что превышало прочностные пределы любых материалов.
ИВМГ наиболее эффективны там, где требуется получить рекордные значения магнитной энергии, но и основной недостаток их очевиден: они могут усиливать поле не более чем на порядок.
Взрывомагнитные генераторы всех типов создавались для применения в ядерном оружии, в частности — для энергообеспечения систем нейтронного инициирования. Но, понятно, предпринимались и попытки расширить область использования их уникальных возможностей. В одной из таких попыток довелось принять участие и автору..
…Профессор Соловьев с кафедры боеприпасов МГТУ (тогда этот вуз назывался МВТУ) попросил о помощи в реализации новой идеи. В то время правительство СССР было обеспокоено угрозой, исходящей от американских крылатых ракет, разворачиваемых в Западной Европе. Полет таких ракет проходил в режиме «копирования» рельефа местности, на небольшой высоте, так что обнаружить их было непросто. Но проблемы возникали и с уничтожением обнаруженной ракеты: она оснащена чувствительными датчиками и, если поражающие элементы пробивали корпус, формировался сигнал подрыва ядерного заряда, с которого при полете над территорией противника снимались все ступени предохранения. Мощный взрыв (энерговыделение — 200 килотонн в тротиловом эквиваленте) не оставлял шансов выжить тому пилоту или расчету, который попал бы в такую цель. Откуда-то возникла оценка (в ее правильности я 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 он не будет ядерным, потому что сборка с плутонием не подвергнется обжатию со всех сторон (автоматика ядерного заряда просто не успеет сработать зато время, пока произойдут эти события). Вместо шара, сборка в этом случае превратится в нечто безобразное, в котором цепная реакция из-за потерь нейтронов не разовьется. Однако поражающий элемент должен быть именно компактным телом, а не тонкой кумулятивной струей, потому что вероятность того, что последняя инициирует детонацию, довольно мала.
Скорости метания компактных тел, превышавшие 5 км/с получают с помощью легкогазовых пушек и рельсотронов.
В легкогазовой пушке пороховые газы 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) до больших скоростей.
В рельсотроне проводящий поддон с метаемым телом размещается между двумя параллельными рельсами и через этот контур пропускается большой ток (рис. 4.11). Магнитное поле тока «выталкивает» пондерромоторной силой скользящий по рельсам и сохраняющий с ними контакт поддон со «снарядом».
Рис. 4.11. Схема рельсотрона
Первое устройство обеспечивает разгон до скоростей более 10 км/с тел весом в доли грамма, а рекорд второго, достигнутый 31 января 2008 года — скорость 2,5 км/с для снаряда массой чуть более трех килограммов.
В этих устройствах разгон метаемого тела происходит на дистанции, превышающей десяток метров, что, конечно, исключает их применение в боевых частях управляемого оружия (рис. 4.12, 4.13). Обычным же для боеприпасов метанием с помощью контактного взрыва требуемых скоростей не достичь: мешают газокинетические ограничения (тепловые скорости молекул в газах взрыва становятся сравнимыми со скоростями метаемых тел). Идея Соловьева заключалась в том, чтобы обойти газокинетический барьер, метнув поражающий элемент магнитным полем — оно, в отличие от молекул газов, распространяется со скоростью света.
Рис. 4.12. Схема на рис. 4.11 не дает представления об истинных размерах рельсотрона. В действительности, это — поистине циклопическое сооружение (огромные цилиндры, окружающие рельсы — накопители энергии).
Изображенный на снимке рельсотрон — исследовательский и не имеет системы наведения, в противном случае его габариты еще более возросли бы. Неудивительно, что проекты размещения такого оружия прорабатываются для кораблей не самого малого водоизмещения (и пока не «вписываются» даже в такие корабли)
Рис. 4.13. Ну, а художники «делают нам красиво»: проект эсминца DD-X для ВМС США, вооруженного «рельсотронной» артиллерией
Если внутрь сжимаемого лайнера (см. рис. 4.8) поместить хорошо проводящее тело, то оно также испытает действие огромных пондерромоторных сил магнитного поля и может приобрести значительную скорость. 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, служившем мишенью, осталась лишь неглубокая вмятина от близкой детонации взрывчатого вещества, содержавшегося в ИВМГ. Напрашивалось предположение, что причиной испарения стрелочки был нагрев ее вихревыми токами, индуцируемыми в вольфраме сильным магнитным полем (проводимость его втрое ниже, чем у меди и глубина проникновения поля (скин-слоя) для микросекундного времени сжатия превышала 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) будет сосредоточено в слое серебра. Серебро, конечно, должно было испариться, а углерод — хоть как-то воспрепятствовать теплопередаче в вольфрам. Участники опытов с восхищением рассмотрели блестящие, высокотехнологичные стрелочки. Потом прогремел взрыв и в алюминиевом блоке было, наконец, обнаружено отверстие. В него радостно тыкали иголками, наивно пытаясь что-то нащупать, но рентгеновский снимок мишени (рис. 4.14) показал, что кратер «чист». Даже небольшой кусочек вольфрама должен контрастно выделяться на фоне алюминия, но ничего подобного на снимке не было, а был просто полый канал, да еще чуть искривленный, что указывало на потерю устойчивости образовавшего его тела. Стрелочка летела, расходуя себя, испарения не удалось избежать, его просто замедлили. Провели еще один опыт, стрелочкой выстрелили в блок оргстекла, снимая процесс скоростной камерой. На проявленной пленке было видно, как нечто летит, оставляя 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. Газокинетический барьер вроде и удалось обойти, но за ним стоял другой — тепловой.
Рис. 4.14. Рентгенограмма алюминиевой мишени. Кратер оставлен в мишени летящей с высокой скоростью стрелочкой, без остатка испарившейся в полете
Следует быть корректным и отметить, что подобные опыты были проведены за пару десятков лет до описываемых событий группой А. Д. 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. 4.15): вокруг металлической грубы 1, заполненной взрывчатым веществом 2, намотана спираль 3. При подрыве газы растягивают трубу в конус, основание которого движется по виткам обмотки, замыкая их и приближая точку контакта к нагрузке 4, куда и вытесняется магнитный поток. Усиление тока равно отношению начальной и конечной (нагрузочной) индуктивностей помноженному на долю сохраненного в ВМГ магнитного потока. Казалось бы, для получения значительного усиления энергии естественно всемерно увеличивать начальную индуктивность, наматывая обмотку с постоянным и наименьшим возможным шагом. Это — простое, но ложное представление: время работы и размеры области сжатия в СВМГ на порядки больше, чем в ИВМГ и, чтобы сохранить магнитный поток (без чего невозможно и усиление), приходится пожертвовать индуктивностью обмотки.
Рис. 4.15. Схема спирального взрывомагнитного генератора
Рассмотрим два СВМГ, различающихся лишь обмотками (рис. 4.16). Та, что справа намотана с постоянным шагом по всей длине, поэтому и площадь сжимаемого контура уменьшается расширяемой взрывом трубой линейно. Слева сжимаемый контур образован профилированной обмоткой (начальный шаг намотки один и тот же, но у «профилированного» он увеличивается, по мере приближения к нагрузке).
Рис. 4.16. Схема работы спирального ВМГ с постоянным шагом намотки (справа) и намоткой, шаг которой увеличивается по мере приближения к нагрузке
Пусть в начальный момент времени ток одинаков. Для СВМГ справа это означает, что энергия запитки у него больше, поскольку индуктивность обмотки выше. Но вот преимущество в усилении тока — за «левым» вариантом: за равный промежуток времени труба «отсечет» (показано пунктиром) то же число витков (начальные шаги намотки равны), но нагрузки для примерно равных наведенных ЭДС будут существенно различаться: в «левом» случае остаточная индуктивность меньше. К тому же, в «левой» обмотке меньше потери потока на диффузию, так как меньше длина провода «остатка» сжатого контура.
По мере дальнейшего движения конуса, преимущество «профилированного» варианта будет возрастать, потому что в каждом из последующих его участков будет течь больший начальный ток. Если нагрузка подобрана правильно («согласована») и усиление продолжается вплоть до закорачивания расширяющейся трубой последнего витка (рис. 4.17), «левый вариант» имеет все предпосылки не только компенсировать начальное энергетическое преимущество «правого», но и далеко превзойти его. Настырный может задать вопрос: «А где же предел возрастания шага намотки от витка к витку?». Стоит вспомнить, что большой ток еще не гарантирует получения большой магнитной энергии, которая зависит не только от квадрата тока, но и от индуктивности. Так что, все более «круто» профилируя обмотку (и уменьшая при этом индуктивность), можно прозевать момент, когда ВМГ вообще перестанет усиливать энергию и даже начнет терять ее, несмотря на значительный генерируемый ток!
Рис. 4.17. Индуктивность нагрузки хорошо согласована с законом изменения индуктивности обмотки. Ток в СВМГ экспоненциально возрастает вплоть до последнего момента работы, который наступает, когда закорочены все витки обмотки. Правда, и в этой обмотке есть, что «подправить»: осциллограмма перед самым окончанием работы (пиком и последующим «обрывом») могла бы возрастать «покруче», а значит, и усиление тока могло бы быть немного большим
Обычно изоляция провода постоянна по толщине, а значит и рабочее напряжение рационально делать постоянным. Для этого случая теоретическое рассмотрение приводит к экспоненциальному закону возрастания шага намотки с длиной. По мере движения точки контакта к нагрузке, уменьшается экспоненциально и индуктивность спирали, поэтому удобно рассматривать зависимость логарифма индуктивности от длины — это будет прямая линия (рис. 4.18).
Рис. 4.18. Согласование нагрузки с законом изменения индуктивности СВМГ
Подобрать обмоточные данные спирали, соответствующие теории, 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. Прибор (рис. 4.19) позволяет решить эту проблему «в лоб», осциллографированием периода ударно-возбужденных колебаний в контуре. В металлической трубке 1 размешаются два элемента: коммутатор 2 и конденсатор 3. Когда коммутатор срабатывает, возникают колебания в контуре, включающем эти два элемента и исследуемую индуктивность. Вычислить индуктивность по их периоду не составляет труда (при этом учитывается собственная индуктивность прибора, определенная в режиме, когда он был «закорочен»). На трубку можно надеть конус со скользящим контактом, имитирующий расширяемую взрывом трубу СВМГ. Начав процесс измерений с нагрузки, можно изменять шаг витков секций, подбирая требуемый закон изменения индуктивности соленоида по его длине.
Рис. 4.19. Прибор для измерения индуктивности, его схема и осциллограмма ударно-возбужденных колебаний
Индуктивность нагрузки тоже должна быть «встроена» в закон изменения индуктивности спирали. Любые попытки «по-новому» нагрузить СВМГ изменят этот закон, но когда «очень нужно», нагрузку все же меняют, как это не раз приходилось делать и автору. На начальных стадиях работы, пока индуктивность спирали велика, несогласованность нагрузки не будет ощущаться, но в конце работы отклонения от выбранного закона станут заметными и приведут к потерям потока (рис. 4.20), хотя на «свою» нагрузку спираль эффективно работала до последней микросекунды. Опять же. когда «очень нужно», повышают и начальный ток сверх расчетного, что чревато пробоем и получением просто жалкого тока в нагрузке (рис. 4.21). Иногда без изменения нагрузки не обойтись, но 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. 4.18, 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 встречается), 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. 4.22): незаметная глазу несоосность трубы и спирали приведет к тому что точка контакта будет не плавно скользить по каждому витку, а «перескакивать» на некоторых участках, опять же — транжиря драгоценный магнитный поток.
Рис. 4.20. Осциллограмма производной тока при работе СВМГ. Видно «закругление» осциллограммы в конечной стадии работы: произошла потеря потока в из-за несогласованности индуктивности нагрузки с законом изменения индуктивности обмотки CBMГ
Рис. 4.21. Слишком большая величина начального тока привела к развитию в СВМГ напряжения, превышающего пробивное для изоляции проводов обмотки. Произошел пробой, канал которого «отсек» область, где была сосредоточена большая часть потока. Конечное усиление тока ничтожно
Рис. 4.22. Несоосность трубы и обмотки привела к тому, что точка контакта основания конуса, образованного расширяющейся трубой, «перескочила» участок обмотки, что привело к частичной потере магнитного потока
Но бывает и так, что нагрузка — вообще «ни в какие ворота», и тогда ее согласуют, используя взрывной трансформатор. К СВМГ, подключают (рис. 4.23), 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 — фольга цилиндра 2 продавливается 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. Внимательный читатель задастся вопросом, есть ли смысл подключать такой 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 когда нужно существенно усилить энергию (пусть даже за счет снижения напряжения) без СВМГ не обойтись.
Рис. 4.23. Схема взрывного трансформатора, допускающего согласование СВМГ с любой нагрузкой
Если все параметры подобраны правильно, то СВМГ представляет собой очень 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 коэффициент усиления — около тысячи, имеет смысл задуматься, что рационально увеличить для дальнейшего повышения усиления: габариты СВМГ или размеры источника его питания, такого, как конденсатор.
…В военной науке, конечно, существовали коллективы исследователей, конкурировавшие друг с другом «на каждом километре». Но общая обстановка была благожелательной: если конфликт интересов не просматривался, то бескорыстная помощь считалась сама собой разумеющейся. В конце 1982 года автора попросили провести несколько опытов по «замагничиванию» объемно-детонирующего облака[39]. Просители — специалисты по радиоэлектронным помехам — надеялись при этом получить значительную эмиссию радиочастотного электромагнитного излучения (РЧЭМИ) и обосновать получение финансирования своих работ. Мнение у автора об этой идее сложилось скептическое, потому что большой ток, а значит, и существенное поле в облаке получить было нельзя: нагрузка — проволочная петля диаметром в несколько дециметров — была «непосильна» для ВМГ небольших размеров, а опыта создания взрывных трансформаторов тогда не было. Да и в качестве источника помех система «генератор-облако» вряд ли подходила, потому что время ее излучения (микросекунды) недостаточно для такого применения.
Рис. 4.24. Кинограмма взрыва объемно-детонирующей авиабомбы
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 киловатта, время генерации — микросекунды. Организаторы сессии признавали, что этого недостаточно, но считали, что обоснование дальнейшего финансирования работ такой результат обеспечит.
Перерывы в опытах дали возможность обдумать ситуацию. Плазма объемного взрыва выполняла роль конвертера (преобразователя) энергии. Магнитное поле «закручивало»[40] электроны этой плазмы, заставляя ее излучать, по тому же механизму, что и комтоновские электроны — при генерации электромагнитного импульса ядерного взрыва. Расчет показал, что концентрацию зарядов в ударно-сжатом (в данном случае — детонирующем) газе не имело смысла повышать: поглощение плазмой ею же эмитированного излучения было и без того существенным, излучение «выпускал» лишь приповерхностный слой детонирующего облака. Повышение же напряженности магнитного поля «уводило[41]» спектр генерируемого излучения из радиочастотной области в бесполезную тепловую. Словом, в каком виде ни «закачивай» энергию в облако — преобразовывало оно ее в излучение тем хуже, чем больше получало. От такого «конвертера» стоило избавиться.
Однако сам по себе ВМГ излучателем служить не мог — как уже знает читатель, в нем магнитное поле квазистационарно. Автор слышал о том, что эксперименты по преобразованию в излучение энергии очень больших токов все же проводились: к ВМГ, через взрывной трансформатор, подключали огромную антенну. Несмотря на неслыханные ранее в радиотехнике значения напряжений на антенне, эти опыты не были сочтены успешными, быть может, из-за того, что характерные длительности получаемых импульсов напряжения были, все же великоваты (десятые доли микросекунды) и основная энергия реализовалась в не слишком актуальном для применения диапазоне длин волн (сотни метров); циклопическими были и размеры антенны.
Для того же, чтобы излучение было мощным и эффективно воздействовало на цели, 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! Но характерная скорость сильных ударных волн в конденсированных средах — 10 км/с, что дает оценку минимального радиуса сжатия в десятки микрон: 104(м/сек) х 10-9(сек) = 10-5(м). Для трубчатого лайнера из какого угодно материала это нереально: нестабильности кладут конец сжатию на значительно более ранних его стадиях.
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 оно приводит к существенному повышению температуры вещества. Начиная с некоторого предела, плотность энергии в ударной волне начинает увеличиваться только за счет температуры, а плотность вещества остается постоянной.
Ясно, что чем плотнее «упаковано» атомами вещество, тем сильнее оно «сопротивляется» сжатию. 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. Это означает, что вещество, в исходном состоянии бывшее диэлектриком, может, будучи ударно-сжатым, превратиться в проводник[42].
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». Предельный случай вмораживания — ионизация вещества мощным излучением, когда среда может вообще не двигаться. Не сможет двигаться и поле, оказавшееся в такой среде после ионизации. Представим эту ситуацию, расположив между карандашами обрезки веревки — они будут моделировать силовые линии поля. Сдвинувшись, карандаши зажмут веревки между собой и двигаться дальше им можно будет только вместе. Потери на вмораживание специфичны именно для ударного сжатия, они «откусывают» поле по краям области сжатия, «уводят» из нее магнитный поток, в то время как лайнер «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.
1) По обе стороны ударного фронта разница плотностей мала: даже мощные волны с давлением в миллион атмосфер увеличивают плотность твердых тел лишь вдвое, а дальнейшее повышение давления сопровождается не сжатием, а ростом температуры. Малая разность плотностей означает, что при ударно-волновом сжатии не развиваются нестабильности.
2) Если нагрев при ударном сжатии значителен, 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.
3) 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. Подбирая характеристики вещества (степень сжатия и проводимость в ударно-сжатом состоянии) можно регулировать «сброс» поля, согласуя тем самым закон возрастания давления поля в области сжатия с гидродинамическим давлением в ударной волне, устраняя препятствие для сжатия до сколь угодно малого радиуса. Будем, однако, помнить, что работа против сил магнитного поля (а значит, и повышение энергии поля) совершается только за счет кинетической энергии вещества. Поэтому, выбор вещества, в котором будет сжиматься поле, должен представлять компромисс: если ударное сжатие будет слишком мало (очень малы промежутки между карандашами), то все магнитное поле будет вморожено, существенного движения массы вещества не будет, а значит, не будет и заметного усиления поля в области сжатия. Если же сжатие будет слишком велико, случится то, что случается в ИВМГ: магнитное давление остановит компрессию поля, потому что быстро станет «сильнее» гидродинамического давления.
.. 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:
1) 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 линия обороны»: если не выйдет в монокристалле, то не выйдет нигде!
2) Этот монокристалл должен включать атомы с самым низким потенциалом ионизации, чтобы скачок проводимости в ударной волне был существенным. Значит — цезий.
3) 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. 4.25) не заняло много времени: цилиндрик монокристалла иодида цезия 1 в них был окружен кольцевым зарядом 2, детонация в котором инициировалась стаканом 3 из эластичного ВВ, через который проходили провода, соединявшие с источником питания пару медных витков 4, а в донной части — располагался детонатор.
Рис. 4.25. Внешний вид сборки Е-7 — цилиндрического ударно-волнового излучателя (ЦУВИ) и ее схема
2 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 моих сборок. Все с интересом наблюдали, как собирается высоковольтная схема: магнитное поле в ЦУВИ создавалось током от разряда небольшой батареи конденсаторов. 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 регистрировали в опытах с объемной детонацией! Этот опыт поставил других 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, которым не приходилось слишком удивляться: от автора стали требовать описания ЦУВИ, убеждая, что оно «необходимо для отчета». Рисковать уступить такую находку, как ЦУВИ, было 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 пришлось изготовить специальную демонстрационную сборку (рис. 4.26): 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, чем регистрировавшееся).
Рис. 4.26. 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
Попытки шантажа были, понятно, основной движущей силой такого рода маневров, но встречались и проблемы, с которыми специалистам в области боеприпасов ранее сталкиваться не приходилось…
…17 июня 1986 года, с аппарели[43] десантного корабля, группа испытателей сошла на остров Коневец в Ладожском озере. Нас ожидала подготовленная к испытаниям крылатая противокорабельная ракета П-15[44] (рис. 4.27).
Рис. 4.27. Подготовка к испытаниям противокорабельной ракеты П-15
П-15 разрабатывалась в конце 50-х и в системе ее наведения преобладали схемы на лампах. Имелись, правда, 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» (рис. 4.28). На дистанции 120 метров отраженный сигнал был очень мощным («больше, чем от крейсера при стрельбе в упор» — говорил офицер, обслуживавший ракету).
Рис. 4.28. «Железный парус» этой шлюпки захватывала головка самонаведения ракеты
…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.
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 таких 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», особенно в том, что касалось энергии магнитного поля в монокристалле перед началом его ударного сжатия. Выход РЧЭМИ нарастал с увеличением этой энергии, причем особенно резко — при приближении к некоему значению, по-видимому, 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. 2.44).
Сжатие магнитного поля в монокристалле исследовалось и теоретически, но задача оказалась весьма 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. Запитываемый токовым импульсом оптимальной амплитуды, ЦУВИ выводил из строя большие радиолокаторы, работавшие в сантиметровом и метровом диапазонах длин волн, на радиусах до 50 м от точки подрыва, но сборка вместе с конденсаторной батареей выглядела так (рис. 4.29), что никаких ассоциаций с компактным устройством, которое можно разместить в боеприпасе, не вызывала.
Рис. 4.29. Ударно-волновой излучатель (в верхней части снимка, на обломке бетона) подключен к высоковольтной конденсаторной батарее, ток разряда которой создает в рабочем теле из монокристалла необходимое для эмиссии РЧЭМИ магнитное поле
…Совершенствовали ЦУВИ по нескольким направлениям. Во-первых, ударную волну в монокристалле стали формировать не контактной детонацией, а ударом сходящегося лайнера (рис. 4.30), образованного катушкой, свитой из алюминиевых проволочек. Это обеспечивало повышение давления в ударной волне, а заодно — позволяло примерно вдвое повысить энергию магнитного поля при его сжатии лайнером. Во-вторых, катушка излучателя запитывалась не от конденсаторной батареи, а от значительно более компактного СВМГ. Но СВМГ — усилитель и он тоже нуждался в начальной энергии, а ее необходимо было получить «из ничего» — боеприпас невозможно соединить в полете с источником высокого напряжения с питанием от сети 220 вольт.
Рис. 4.30. Схема цилиндрического ударно-волнового излучателя, в котором окружающая рабочее тело из монокристалла катушка 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
…Ферромагнитный генератор (ФМГ, рис. 4.31), в котором импульс тока формировался при ударной демагнетизации пластин из электротехнического железа был создан в Арзамасе-16. Расширяющаяся труба, прежде чем начать движение по виткам обмотки ВМГ, ударяет по набору железных пластин, в котором системой постоянных магнитов и магнитопроводов, создано поле с индукцией около 2 Тл. Удар трубы формирует в железе волну, которая разрушает его доменную структуру, превращая из ферромагнетика в парамагнетик[45], освобождая заключенное в доменах поле. Поле вытесняется в обмотку, где наводит ЭДС. Сборка такого генератора очень сложна, 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. ФМГ работал не очень стабильно, но с одного кубического сантиметра набора пластин удалось получить до 0,5 Дж энергии токового импульса!
Рис. 4.31. Схема ферромагнитного генератора начального импульса тока:
1 — детонатор; 2 — взрывчатое вещество; 3 — корпус; 4 — магнитопроводы; 5 — постоянные магниты; 6 — обмотка; 7 — изолированные пластины ферромагнитного набора; 8 — бронзовые клинья
В результате усовершенствования системы запитки, внешность ЦУВИ изменилась разительно: теперь это было компактное, вполне подходящее для применения в боеприпасах устройство (рис. 4.32)! 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: для ФМГ — до 30 % по току, а для СВМГ (даже для варианта, изготовленного в Арзамасе-16, где культура производства неизмеримо выше, чем на всех серийных заводах) — около 10 % по коэффициенту усиления, причем проконтролировать все эти отклонения заранее, до подрыва, было невозможно. Как уже упоминалось, 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.
Рис. 4.32. Сборка Е-29 — полностью автономный прототип электромагнитного заряда, включающий ферромагнитный генератор для получения начального импульса тока, усилитель тока (ВМГ) и цилиндрический ударно-волновой излучатель. Рядом видны элементы магнитопровода ФМГ
Очень не хотелось терять результаты напряженного труда: были предложены устройства, где система энергообеспечения была полностью заимствовании от ЦУВИ, но вместо монокристалла на оси катушки располагался излучатель другого типа (о таких попытках — немного позже). К счастью, к этому времени процесс магнитной кумуляции в монокристалле был изучен теоретически, причем не только для цилиндрической геометрии сжатия, но и для более эффективного, сферического варианта. Из расчетов следовало не только то, что эмиссия РЧЭМИ весьма чувствительна к начальным параметрам сжатия, была выявлена и другая зависимость: чем мощнее ударная волна, тем меньшая начальная индукция магнитного поля соответствует оптимальному режиму излучения. Значит, если максимально форсировать возрастание давления в ударной волне, то для существенного излучения могли оказаться достаточными и значения начальной индукции, создаваемые системой постоянных магнитов, что предельно упростило бы устройство. Быстрее всего давление и другие параметры возрастают в сферически-симметричной ударной волне. Оценки показали, что диаметр заряда должен быть менее дециметра, а значит, требовался сферический детонационный распределитель соответствующего размера — такой надо было создавать заново, потому что все распределители для ядерных зарядов были больше.
9 сентября 1993 г. была впервые испытана сборка Е-35 (рис. 4.33) — ударно-волновой излучатель, сферический — УВИС.
Рис. 4.33. Ударно-волновой излучатель, сферический (УВИС)
В УВИС заряд взрывчатого вещества с рабочим телом 1 размещается внутри детонационного распределителя 2 — шарового слоя из поликарбоната — уменьшенной копии важной 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, размещается над основной разводкой и возбуждает детонацию в узловых точках последней, а та — в заряде. Внутри заряда — шарового слоя мощного взрывчатого состава на основе октогена — устанавливается шар, выточенный из монокристалла.
Вокруг шара собирается магнитная система. В ее основе — два постоянных магнита, от которых к монокристаллу идут два усеченных конуса 3 из магнитно-мягкой 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.
Но вот устройство собрано. Сработал детонатор. Со скоростью около 8 км/с огоньки детонации, многократно разветвляясь, разбегаются по каналам, одновременно ныряют в десятки отверстий и инициируют сферическую детонацию с давлением в полмиллиона атмосфер. 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 В конечной фазе отношение размера области сжатия к начальному значению радиуса монокристалла — менее одной тысячной. Сохранись при сжатии весь поток — и энергия магнитного поля могла бы возрасти при этом в триллион (миллион миллионов) раз! Но на самом деле, и при цилиндрической и при сферической магнитной кумуляции в монокристалле сжимается лишь мизерная часть поля, а остальное — «выбрасывается» за фронт ударной волны.
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. Спектр излучения, приведенный на рис. 4.34 может вызвать и недоумение: для какой частоты выход РЧЭМИ максимален, и что это за единицы — «джоули на герц»? Джоули на герц — единицы спектральной плотности энергии, ими пользуются, когда описывают непрерывные спектры излучения (континуумы) в которых присутствует огромное число частот. Проинтегрируем график численно в пределах заинтересовавшего нас диапазона — получим привычные джоули, причем тем больше, чем в более высокочастотном диапазоне ведется интегрирование. Частоты же берутся вот откуда.
Рис. 4.34. Частотно-энергетическое распределение (спектр) излучения 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 тока синусоидальной формы, протекающего через кольцо, 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 со взрывными процессами и может быть измерено еще до того момента, когда сборку разнесет на мелкие осколки. Средства измерения известны — преобразователи Холла[46]. Однако для работы таких преобразователей необходимы высокостабильные источники питания, а этим последним требуется сеть напряжением 220 В, избавленная от «бросков» — сложная задача для условий высокогорного полигона, где лампочки «мигают» довольно заметно. Запитку датчика Холла сделали «импульсной» от разряда электролитического конденсатора большой (десятки микрофарад) емкости. Заряжается этот конденсатор хоть от даже не совсем «свежих» батареек. На лучи осциллографа выводятся два сигнала (рис. 4.35): один — питающего датчик напряжения, 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. Осциллографы всегда пользуются большими «привилегиями» и обеспечиваются электропитанием от стабилизаторов, а в коробочке, где смонтирован прибор, имеется кусочек постоянного магнита — эталон поля.
Рис. 4.35. Прибор для измерения индукции магнитного поля и осциллограммы сигналов: напряжения питания и ЭДС Холла
…«Доведенные» УВИС продемонстрировали надежную и стабильную работу, но сложность сборки и наличие весьма 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 (рис. 4.36) — был создан и успешно испытан, но такой боеприпас 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…
Рис. 4.36. Заряжание 105 мм реактивной фанаты (с макетом боевой части на основе УВИС) для выстрела и последующего «улавливания» ее в толстом слое утоптанного сена. Такая процедура необходима для того, чтобы при последующей разборке боевой части убедиться, что стрельбовая перегрузка (более 6000) не привела к поломке какой-либо важной детали заряда
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. 4.37), включив в контур высоковольтный конденсатор 1, соединив его с медной трубой 2 (снаряженной ВВ 3) и соосной трубе спиралью 4. Как и в СВМГ, взрыв расширяет трубу, образуя конус, который и ударяет по обмотке, вызывая протекание тока от заранее заряженного конденсатора. Далее точка контакта на основании конуса движется по виткам спирали, продавливая их изоляцию и закорачивая виток за витком, усиливая при этом ток, который осциллирует (рис. 4.38а), так как емкость контура существенна. 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, излучение 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, усиливая ток тем больше, 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 «цуг» — число импульсов РЧЭМИ в такой последовательности равно числу полуволн тока.
Рис. 4.37. Схема взрывомагнитного генератора частоты (ВМГЧ)
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 хорошо исследованных 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 работающего на индуктивную нагрузку, и, следовательно, не излучающего (рис. 4.38,6). Из осциллограмм же, полученных при работе спирали на емкостную нагрузку, которые все стали называть «рыбами» (рис. 4.38,а), можно определить суммарное сопротивление потерь, как излучательных, так и обусловленных иными причинами. Остается только найти разность этих величин в каждый из моментов работы ВМГЧ. Нельзя назвав такой метод безупречным, но это было лучше, чем ничего.
Закон усиления тока в спирали, замыкаемой трубой, известен из трудов А. Сахарова. Бешеные «впрыскивания» тока ломают форму колебаний (рис. 4.38в), а луч осциллографа слишком медлителен, чтобы воспроизвести ее скачки. Достоверна лишь огибающая — линия, соединяющая токовые амплитуды. Она служит для их нормировки, когда ток представляют как сумму уже «чистых» синусоид (гармоник). Остальное понятно: для каждой гармоники тока известной частоты и амплитуды вычисляют мощность излучения через 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 (рис. 4.39), растут и потери на излучение, «подсаживая» ток (рис. 4.38а). Пиковая мощность излучения ВМГЧ меньше, чем у ЦУВИ, но время генерации (десятки микросекунд) на четыре порядка больше и энергия РЧЭМИ даже выше.
Рис. 4.38. Осциллограммы: а — производной тока во взрывомагнитном генераторе частоты («рыба» — на жаргоне разработчиков электромагнитных боеприпасов); б — производной тока в спирали с обмоточными данными, точно соответствующими взрывомагнитному генератору частоты, но с индуктивной нагрузкой вместо малоемкостной; в — полуволн производной тока, во взрывомагнитном генераторе частоты, снятая на значительно более быстрой развертке, чем осциллограмма «а»; на последней осциллограмме видно, что форма полуволн ломаная, несинусоидальная, а значит, в разложении существенна доля быстрых гармоник
Рис. 4.39. Частотно-мощностное распределение излучения ВМГЧ в различные моменты его работы (время в микросекундах, прошедшее с момента замыкания контура, указано для каждого спектра)
Интересные результаты были получены при испытаниях, в которых мишенями для ВМГЧ служили мины, точнее, их неконтактные взрыватели, рассчитанные на срабатывание от магнитных полей проезжающей мимо бронетехники. Среди взрывателей были как современные, так и разработанные еще в начале 60-х годов, но проверенные в боях: вьетконговцы применяли их против американской армии. 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».
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, повернув ключ на корпусе взрывателя, обесточить его схему: разъяренное устройство реагировало на такие попытки хлопком контрольного детонатора. Через час-другой чувствительность мишеней вновь приближалась к штатной. В этих опытах был достоверно зафиксирован эффект, получивший название «временного ослепления» — мишень выводилась из строя не «навсегда», а на время, достаточное, чтобы сорвать ее боевую задачу. Впечатляли и оценки эффективности: при разминировании «огневым» методом прохода размером 20x100 метров, самоходное орудие «Нонна» должно было выпустить по минному полю либо 550 осколочно-фугасных снарядов, либо — 5 электромагнитных боеприпасов (ЭМБП). На первый взгляд, применение ЭМБП сулило огромную экономию времени и средств, но… только если не учитывать других важных обстоятельств, о которых речь впереди…
…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 — и в обмотке ВМГЧ и в проводящей цилиндрической или сферической ударной волне — настало время объяснить и это. Дело в том, что 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 ми- нимаксами. Число таких минимаксов будет зависеть от соотношения длин: проводника, из которого изготовлен диполь и токовой волны, причем, чем большее число минимаксов тока укладывается на длине диполя, тем больше число «лепестков» излучения.
Рис. 4.40. 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).
Проиллюстрируем это простейшее качественное описание (рис. 4.40). Цифры под диаграммами — отношения размера петли-антенны к длине волны, а длина ординаты, проведенной из центра любой из диаграмм, пропорциональна плотности потока энергии в направлении ее проведения. Но каждая из этих диаграммы приведена для случая одной токовой волны, а если этих волн несколько? Наложите друг на друга хотя бы четыре диаграммы рис. 4.40, длины волн для 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.
Насколько мучителен процесс спектральных измерений — передать сложно. Без особой надежды на создание у читателя соответствующей эмоциональной реакции, постараюсь его описать. То, что для измерений спектра необходимы специально разработанные приборы, понятно. Измерения производятся только в узких «полосах» (пропускание было 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) эффективные фильтры препятствуют приему. Спектрометр (рис. 4.41) регистрирует и огибающую нескольких импульсов (рис. 4.42), давая информацию о мощности каждого из них в данном частотном диапазоне. 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 связей является дополнительной гарантией от наводок, вызванных внеполосным РЧЭМИ. Зарегистрировав значение мощности РЧЭМИ в пределах «полосы» и поделив его на протяженность 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 очень уж довериться этому способу, достаточно и одной точки, но такая самонадеянность вряд ли оправданна.
Рис. 4.41. Спектрометр, регистрирующий энергию и форму огибающей импульса РЧЭМИ в пределах очень узкой полосы частот
Рис. 4.42. 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. 4.40) 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, пусть и в разных частях спектра, 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 была продемонстрирована эффективность возможного боевого применения излучателей этого класса, такая задача стала актуальной.
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
Как нетрудно видеть из осциллограммы 4.38а, ВМГЧ и сам мог «раскачивать» электрические колебания, 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 использоваться нерационально. Но вспомнили: есть уже отработанное для ЦУВИ устройство, способное дать энергию в десятки тысяч раз большую, чем постоянные магниты. Чтобы использовать такой ценный задел, излучатель необходимо было доработать.
Имплозивный магнитный генератор частоты (ИМГЧ) существенно отличался от ЦУВИ лишь детонационной разводкой (обратите внимание — она формирует при срабатывании не цилиндрическую, а тороидальную детонационную волну) да конструкцией излучателя (рис. 4.44): вместо рабочего тела из монокристалла, внутри соленоида I, которому после подрыва кольцевого заряда взрывчатки 2 суждено стать лайнером, располагается катушка 3, а внутри нее — конденсаторы 4 (последовательно соединенные). Лайнер, сжимая магнитное поле, «втискивает» его внутрь катушки при ударе, создав своего рода взрывной трансформатор, а затем последовательно закорачивает витки катушки (точки контакта при этом двигаются к обеим ее концам), генерируя РЧЭМИ «быстрых» гармоник точно также, как это происходит в ВМГЧ. 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. Но «скакнула» вверх и стоимость изделия.
Рис. 4.44. Схема имплозивного магнитного генератора частоты (ИМГЧ)
Работа с мертвой точки сдвинулась только тогда, когда отказались от паллиативных решений, сделав все «по-новому».
…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 (сегнетоэлектриков, пьезоэлектриков) обладают собственными электрическими дипольными моментами. Сегнетоэлектрики неограниченно долго сохраняют остаточную поляризацию и деполяризуются лишь при нагревании до точки Кюри (для большинства из них — около 100 °C). Эффективно нагревает любое вещество ударная волна, но сегнетоэлектрики более «капризны», чем ферромагнетики: слишком мощная волна может индуцировать в них столь сильное поле, что возникнет пробой и ток смещения не будет заряжать металлические обкладки, между которыми расположено рабочее тело (РТ). Но пусть все обошлось без пробоя, тогда пьезоэлемент — такой же, как в зажигалке, но значительно больший по размерам — зарядит конденсатор генератора частоты.
Рис. 4.45. Витковый генератор частоты (ВГЧ) и его схема
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. 4.45), обмотка которого 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. Как и в случае других генераторов частоты, для ВГЧ была создана полуэмпирическая модель, в значительной степени опирающаяся на результаты токовых измерений (рис. 4.46).
Рис. 4.46. Осциллограммы производной тока: а) в ВГЧ, электроды которого соединены с конденсатором; б) в том же устройстве, электроды которого соединены «закороткой» из провода
В 125 мм реактивной гранате (рис. 4.47) размещаются три кассетных элемента. При срабатывании боевой части они рассеиваются, что позволяет рационально формировать поля излучения повысить стабильность эффектов поражения, воздействуя на цель с нескольких 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).
Рис. 4.47. 125-миллиметровая реактивная граната с кассетной боевой частью на основе витковых генераторов частоты
Опять же нетрудно уловить тенденцию: каждый из последующих образцов генераторов частоты формировал поток РЧЭМИ все меньшей длительности (что, правда, не означало уменьшения интегральной энергии). Но для военного применения длительность импульса РЧЭМИ, формируемого даже ВГЧ — избыточна…
В общем-то, это и так должно быть ясно: чем короче токовый импульс, наведенный РЧЭМИ, тем меньше теплоотвод or того элемента, в котором реализуется энергия этого импульса, но оценить численные значения стоит. Пусть весь тепловой эффект сосредоточен в области р-n перехода (размеры которого — около микрона). Тогда импульс бесконечно малой длительности (при которой повышение температуры кремния на расстоянии, сравнимом с микроном, пренебрежимо), нагревающий до данной температуры пластину данной площади, должен иметь определенную энергию, которая при дальнейших расчетах принималась равной единице (кпд равен 100 %). Если же энергия выделяется на той же глубине, но в течение большего времени, (рис. 4.48) 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. В результате расчетов была получена зависимость кпд различных временных режимов облучения, из которой следовало, что режимы более длительные, чем единицы микросекунд, не являются рациональными, энергосберегающими (рис. 4.49). Существует, правда, и другой механизм выхода р-n перехода из строя (пробой), но он реализуется только при наносекундных длительностях облучения, характерных для ударно-волновых излучателей, а не для генераторов частоты. Таким образом, 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.
Рис. 4.48. Распределение температур в кремнии при различных режимах тепловыделения в слое микронной толщины (длительность тепловыделения указана)
Рис. 4.49. Сравнительные эффективности различных временных режимов облучения
…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.
На полигоне Главного автобронетанкового управления стоял один из не часто встречающихся (пока) танков (рис. 4.50), оснащенный системой активной защиты (САЗ).
САЗ — миниатюрный комплекс ПВО танка. Радиолокатор миллиметрового диапазона контролирует пространство впереди боевой машины, летящие к танку предметы селектируются и навстречу тем, которые представляют опасность — выстреливаются осколочные боеприпасы. Эффективность САЗ по таким целям, как реактивные гранаты или противотанковые управляемые ракеты близка к абсолютной: в моем присутствии были расстреляны несколько гранат, подлетавших к танку с разных курсовых углов. Для «Базальта» работа с ЭМБП была поиском концепции гранатомета способного преодолеть активную защиту танка. Главным требованием к ЭМБП — вспомогательному боеприпасу — была миниатюрность: он не должен был занять весь объем одноразового гранатомета, поскольку, кроме преодоления САЗ, надо было, выстрелом другой гранаты из того же гранатомета еще и пробить танковую броню. Поэтому список кандидатов был короток: испытанный ВМГЧ малого диаметра, да пара «новичков».
Рис. 4.50. Система активной защиты (САЗ) танка
…Идея, положенная в основу ферромагнитный генератор частоты (ФМГЧ, рис. 4.51), состояла в прямом преобразовании содержащейся в ферромагнетике энергии в энергию РЧЭМИ.
Рис. 4.51. 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, подобно тому, как это имеет место в ФМГ. Но к обмотке подключен конденсатор 3 и колебания в высокодобротном контуре приводят к смене полярности тока, направление поля внутри магнита периодически меняется и тогда состояние вещества за фронтом ударной волны становится существенно неравновесным, что приводит к излучению энергии. Таким образом, чередуются циклы «подкачки» энергии в контур и ее рассеяния. Но излучение может и не «выйти», а превратиться в бесполезное тепло, если проводимость ферромагнетика высока, как у пластин электротехнического железа в ФМГ. Поэтому в ФМГЧ рабочим телом 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, а значит, и длины волны — дециметр. На самом же деле, спектр излучения очень сложен: он меняется с каждой последующей «излучательной» полуволной (рис. 4.52). Конечно, ФМГЧ не может выдать больше того, что «имеет»: 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[47].
Рис. 4.51. Спектр излучения ФМГЧ
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). В таком генераторе (рис. 4.53) заряд взрывчатого вещества (ВВ) 1 состоит из двух элементов 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, 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 4 на РТ и обычный 5, подсоединенный для получения нужной частоты колебаний в контуре. К другой обкладке РТ подключен соленоид 6, поэтому через промежуток времени, определяемый емкостью и индуктивностью контура, ток, а значит, и поле в РТ меняют полярность (рис. 4.54). Полуволны тока одной полярности сравнительно велики (происходит «подкачка» энергии в контур за счет деполяризации), а другой — значительно меньше из-за отбора энергии, в том числе и на излучение.
Рис. 4.53. Схема пьезоэлектрического генератора частоты
Рис. 4.54. Осциллограмма тока в пьезоэлектрическом генераторе частоты. Положительные полуволны тока сравнительно велики (происходит «подкачка» энергии в контур за счет деполяризации), а отрицательные- значительно меньше из-за отбора энергии, в том числе и на излучение.
Взрыв используется лишь как спусковой механизм, но его энергия па пять порядков превышает заключенную в веществе рабочего тела
Задания военных на разработку ФМГЧ и ПЭГЧ не было, но не покидало предчувствие, что эта идея не пропадет всуе. Как ПЭГЧ, так и ФМГЧ, представляли излучатели РЧЭМИ, мощности которого было достаточно только для создания перегрузок в электронных цепях целей, да и то кратковременных (сотни миллисекунд). Эффекты определялись незначительной энергией, которая содержалась в веществах рабочих тел. Но для временного ослепления САЗ хватило и этого…
Срабатывание всех без исключения типов излучателей в тот момент, когда решался успех перехвата — обеспечило прорыв САЗ (рис. 4.55). 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» все гранаты, подлет которых сопровождался подрывом макетов ЭМБП.
Рис. 4.55. Пример эффекта временного ослепления автоматической миллиметровой РЛС наведения системы активной защиты танка при перехвате ракеты. Верхняя осциллограмма — нормальный сигнал от блока определения дальности до цели. Нижняя осциллограмма — после разрыва 30-мм ЭМБП в нескольких метрах от Р/1С 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
Это был очень 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 абсолютно всех гранат, подлетавших к танку с самых разных курсовых углов, в том числе — при разрыве ЭМБП на корме танка (этого, вообще-го, не требовалось). Тем вечером запасам спирта всех трех команд 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» (рис. 4.56) и два варианта боевых частей к ней: на основе ФМГЧ и ПЭГЧ. ВМГЧ «отсеяли», поскольку он значительно сложнее и дороже их в производстве. Двигатель к «Атропусу» взяли от другой, уже находящейся на вооружении ракеты.
Рис. 4.56. 42 мм ракета «Атропус», оснащенная электромагнитной боевой частью
Рис. 4.57. Концепция гранатомета-«двустволки» для поражения танков, оснащенных системой активной защиты
Концепция нового гранатомета просматривалась такая (рис. 4.57).
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 его защиту, обеспечивая прорыв кумулятивной гранаты к броне. Радиус ослепления всего пара — тройка метров, но этого достаточно: антенна радиолокатора расположена на башне танка, и если промах больше, то и летящая вслед кумулятивная фаната не попадет в цель (попросту стрелок «промазал»).
Можно ли повысить чувствительность САЗ, чтобы она перехватила и ЭМБП? Можно, но это не поможет танку: вспомогательную фанату 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).
…Новогодние праздники еще не закончились, когда автора 2 января 1995 года 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 широко применял методы минной войны, ставил 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 (на основе мобильников, детских радиоуправляемых игрушек, кухонных таймеров и прочего) и было неясно, какие эффекты в них вызовет облучение: то ли мгновенный подрыв, то ли временное, но — непонятно, на какое время, 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 могут 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. Такие были давно разработаны для применения в артиллерийских снарядах: стрельбовой перегрузкой во взрывателе разрушалась разделяющая компоненты батарей перегородка, при этом питание поступало в электронную схему. 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 взводился с некоторой задержкой — небольшой для условий артиллерийской стрельбы, но почти равной характерным полетным временам реактивной гранаты. И, наконец, артиллерийскому взрывателю металлический корпус снаряда служил элементом антенны, а сделать цельнометаллическим корпус ЭМБП было нельзя, так как при этом невозможен выход РЧЭМИ. Все эти проблемы наверняка можно было решить, но разработчики взрывателей заявили: необходимо создание нового изделия, что займет не один год. Это была обоснованная позиция, автор вновь посетил ГРАУ, где был сочувственно выслушан, но офицеры сказали, что «решение принято не на нашем с тобой уровне, машина запущена, и ее не остановить». Базилевич тоже разделял эти опасения, но считал, что противоминный вариант «рассосется сам собой», а ставить ЭМБП на реальные носители все равно придется, так что лучше начинать испытания побыстрее. Дальнейшие события подтвердили его правоту.
Первоочередная реализация «противоминного» варианта была нежелательной потому, что именно от первою образца ждут 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 таких случаях не избежать.
ЭМБП могли бы «прозвенеть» не при разминировании, а там, где роль электроники витальна, то есть — в наиболее маневренных видах боя. Если мины выходили из стоя на несколько минут, то совершенно иные — на четыре порядка меньшие (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, 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:
1) 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 «незрячей»);
2) прикрытие боевых блоков МБР на конечном участке траектории (требуемая длительность временного ослепления канала подрыва противоракеты — десятки миллисекунд);
3) защита от высокоточных кассетных суббоеприпасов, в фазе поиска ими цели — на ближних подступах к обороняемому объекту.
Словом, 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 данной частоте в данном направлении (а излучает любая электроника, даже и не предназначенная для этого). Так, например, радар принимает/излучает остронаправленно только на «своей» частоте (правда, боковых «лепестков» избежать все равно нельзя). Чем больше частоты воздействующего излучения отличаются от рабочей, тем более вырождается диаграмма (рис. 4.58): число максимумов растет, а их отличия от минимумов уменьшаются.
Рис. 4.58. Диаграмма излучения/приема, типичная для радиолокатора: а) остронаправленная, для рабочей частоты; б) для частот, на порядок отличающихся от рабочей
Простота «вырожденной» диаграммы обманчива, потому что иллюстрирует интегральную эффективность приема. Но в достаточно сложном электронном устройстве функционирует множество контуров и у каждого из них есть своя резонансная частота, зачастую существенно отличающаяся от рабочей частоты устройства. Поэтому минимаксы для отдельных частот существуют и взаимодействие их с такими же в диаграмме направленности источника сверхширокополосного излучения приводит, при его поворотах, к калейдоскопу эффектов в мишени, где каждая последующая «картинка» не похожа на предшествующую.
Казалось бы, самый выгодный вариант — поражение цели излучением ее рабочей частоты, которое преобразуется в приемных трактах очень эффективно. Громогласные авансы дальностей поражения в километры и более это подразумевают, хотя обычно стараются обойти молчанием факт, что многие цели оснащены телевизионными, инфракрасными и прочими головками самонаведения, не имеющими отношения к радиолокации. 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. Кроме того, борьба с управляемыми ракетами на их собственных рабочих частотах потребует воспитания военнослужащих в духе кодекса Бусидо[48]: «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. Даже и ослепленную в нескольких километрах от позиции, но летящую с исправными боевой частью и ударным взрывателем ракету следует «ждать в гости» спустя секунды и промах ее по ранее захваченной цели будет небольшим.
Можно, конечно, восславить «безумство храбрых», но, скорее всего, каждый из восславленных предпочел бы в этой ситуации стрелять ЭМБП. Во-первых, сделать это можно «из-за угла», наплевав ради безопасности на рыцарские манеры; во-вторых, что более важно, дальность стрельбы определяется не рассеянием РЧЭМИ, а возможностями носителя ЭМБП, соответственно и цель может быть выведена из строя на большей дальности, а значит — менее вероятно попадание уже неуправляемой ракеты в обороняемый объект.
Попытаемся представить и тяжкую долю тех. кто сам оказался целью РЧЭМИ: кто в страде боевой трудился на, может, и не столь героических, но от этого не менее важных постах операторов РЛС. Любое электронное устройство на полупроводниковой элементной базе может быть выведено из строя, если только плотность потока мощности воздействующего РЧЭМИ достаточно высока, но пока не известны модели, адекватно описывающие реакцию сколько-нибудь сложного электронного устройства на облучение сверхширокополосным РЧЭМИ. Может наблюдаться кумуляция эффектов и/или самопроизвольное восстановление некоторых схем спустя время от нескольких миллисекунд до часов и даже дней (т. н. эффект «временного ослепления»). Словом, ни к чему тут будут отработанные расчетами до автоматизма навыки замены вышедшего из строя блока исправным: сначала предстоят мучительные раздумья, какой же из блоков надо заменить, а это непросто, особенно — во время боя.
Наработать же такой опыт и выдать, пусть самые общие, рекомендации можно только по результатам многочисленных экспериментов — стольких, что тогдашние темпы производства ЭМБП обеспечить не могли. Небольшим подспорьем 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 па 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. Пришлось попросить, чтобы пленки были напылены на сапфировые подложки в виде колец.
В опытах (рис. 4.59) одновитковый соленоид из меди 1 окружал кольцо 2. Оба погружалось в жидкий азот 3, где кольцо и обретало сверхпроводимость. Источник тока формировал, 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 же 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.
Рис. 4.59. Схема излучателя с переключающим элементом из сверхпроводника
Ценность сверхпроводникового излучателя, помимо его простоты (рис. 4.60) — в том, что его можно сделать невзрывным (например, получив импульс тока в соленоиде от кабельного формирователя), и в этом качестве использовать для исследований воздействия сверхширокополосного РЧЭМИ па электронику в лабораторных, а не полигонных условиях, что во многих случаях более удобно. 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 в том и в другом случае, такой результат можно было предвидеть.
Рис. 4.60. Элементы «сверхпроводникового» излучателя: соленоид с подводящими кабелями и кольцо из сверхпроводника
…Особенности сверхширокополосного излучения — распространение по всем направлениям от источника и прием целью со всех направлений — просто-таки горланят о подходящем ему военном применении: в боеприпасах, разрывы которых вероятны на любых направлениях относительно цели. Правда, на больших расстояниях, когда воздействующие плотности мощности или энергии РЧЭМИ близки к минимальным эффективным значениям, функциональное поражение становится вероятностным, зависящим от расположения точки подрыва ЭМБП. Но ведь и для осколков, с увеличением дистанции от подорванного боеприпаса, сплошное поражение целей вырождается в вероятностное.
…Одним из парадоксов электромагнитного оружия является то, что создавать чересчур мощный и одновременно малоразмерный источник РЧЭМИ бессмысленно. Как уже известно читателю, электромагнитное излучение представляет колебания магнитного и электрического полей, и, если напряженность последнего достаточно высока — может произойти пробой среды, где распространяется излучение. Конструкция самого источника тщательно изолируется, но и на его поверхности плотность энергии излучения не должна превышать пробивного значения для окружающего воздуха, иначе РЧЭМИ не поразит цель, а будет поглощено «чехлом» из образованной им же хорошо проводящей плазмы. На такой чересчур мощный источник пришлось бы ставить дополнительный слой изолятора, искусственно увеличивая его размер, чтобы снизить плотность энергии РЧЭМИ на поверхности и не допустить пробоя! Излучение ослабляется пропорционально квадрату расстояния, значит и максимальная дальность поражения (R) жестко связана с размером источника (r) и отношением плотностей энергии РЧЭМИ: пробивной (Dd) к минимально необходимой для требуемого воздействия на цель (Deff):
Для направленных источников РЧЭМИ в качестве «r» выступает длина (рис. 4.61), для изотропных «r» — радиус.
Рис. 4.61. Предельная дальность поражения целей из-за ограничения мощности излучения пробоем воздуха, жестко связана с габаритами электромагнитного оружия. В левом верхнем углу — схема виркатора
Если уж «стрелять» узким пучком РЧЭМИ, то не с самолетов, с километровых высот: там потенциал пробоя (Dd) разреженного воздуха мал, значит, будет низка и начальная плотность энергии РЧЭМИ, а до земли дойдет пучок, вполне безопасный для цели. Разумнее стрелять «снизу» (где уровень Dd выше) «вверх».
Тот же пробой делает практически нереальным и создание на поле боя таких плотностей мощности РЧЭМИ, которые представляли бы опасность для человека.
Пробой — фундаментальное ограничение, с которым ничего нельзя поделать, и, как угодно изменяя конструкцию источника РЧЭМИ, невозможно устранить связь его размеров с теми максимальными дальностями поражения электроники, которые можно ожидать при боевом применении. В чистом, сухом воздухе на уровне моря, цель средней стойкости поражается на дальности, не превышающей тысячу размеров источника (R<1000 г), даже если плотность энергии РЧЭМИ на его поверхности максимально возможная — пробивная. Кстати, пробивная напряженность для воздуха тем выше, чем короче импульс РЧЭМИ (рис. 4.62), так что применяя источник, формирующий короткие импульсы, можно получить выигрыш не только в эффективности действия по цели, но и сделать устройство более энергоемким.
Рис. 4.62. Уровни плотности мощности и энергии импульса РЧЭМИ, приводящие к пробою чистого, сухого воздуха при нормальном атмосферном давлении па уровне моря
Обычно подобные пояснения быстро надоедали высокопоставленным собеседникам и следовала реплика: «Ну, и что?». Действительно, ни студентов, ни заказчиков утомлять подобными рассуждениями нельзя. И если первые, помня о дамокловом мече неудовлетворительной оценки, промолчат, то вторые вполне могут мстительно решить про себя не иметь больше дел с «засирающим мозг». Законы жанра требуют заинтересовать собеседника чем-то близким, дорогим и понятным.
Для ЭМБП калибра 120 мм оценка в «тысячу радиусов» дает максимально радиус поражения 60 м, примерно равновероятного по направлениям. Этот радиус на порядок превышает тот, в пределах которого разрывом 130-мм осколочно-фугасного снаряда уничтожается крылатая ракета.
Из, казалось бы, отвлеченных физических рассуждений, вырисовывался облик того, что предлагалось заказчикам.
1) ЭМБП, предназначенные для применения на поле боя, представлялись как массовые боеприпасы, допускающие залповый огонь, потому что разрывы вокруг цели нескольких ЭМБП делают более вероятным совпадение лепестков излучения и приема на частотах, к которым цель была 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.
2) 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.
3) Применение ЭМБП эффективно против рассредоточенных целей, таких как летящий на танковую колонну «рой» кассетных самонаводящихся элементов; при этом подрыв всей завесы ЭМБП можно осуществить одновременно от датчиков облучения, реагирующих на срабатывание любого из ЭМБП, составляющих завесу.
4) Габариты ЭМБП допускают оснащение ими самых массовых носителей, таких как снаряды привычных образцов 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, например в 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 одинаковыми плотностями энергии. Для РЧЭМИ же, как поражающего фактора существует своя шкала стойкости целей, не имеющая ничего общего с уже привычными военным. 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: и традиционные системы оружия обязаны своим многообразием тому факту, что для уничтожения одной цели достаточно пистолетной пули с кинетической энергией в десятки джоулей, а для другой недостаточно и бронебойного снаряда с энергией в миллион раз большей.
…«Выход на арену» электромагнитных боеприпасов делал неизбежной конфронтацию их создателей с довольно могущественной командой, в которую входили специалисты по направленным источникам 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 из главы 4, в случае заряженных частиц — с излучением. В виркаторе (рис. 4.61, вверху слева) РЧЭМИ генерируется при колебаниях объемного заряда электронов. 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 (все это возможно лишь в вакууме, где электронам не мешают столкновения с молекулами).
Для генерации РЧЭМИ мощностью в гигаватты нужно много электронов и эмиттирует их плазма от микроострий (рис. 4.63), «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 — надежно изолировать высоковольтные элементы: эмиссия этого типа требует напряжения около мегавольта. Изоляция и определяет габариты: кубометры. Отношение энергии импульса РЧЭМИ к объему у источников вакуумной электроники мало (10-6 Дж/см3)[49], но зато вакуумный излучатель может срабатывать многократно. Малый разброс энергий электронов, узкий диапазон частот генерируемого вакуумными излучателями РЧЭМИ позволяют сформировать остронаправленное излучение, но всегда будут и боковые лепестки, опасные для своей же аппаратуры.
Рис. 4.63. Свечение плазмы, образовавшейся на эмиттере виркатора при взрывах микровзрывах острий в электрическом поле высокой напряженности
Ясно, что, чем мощнее оружие, тем больше его габариты — это общая тенденция, но мастодонты с вакуумными источниками РЧЭМИ превосходят размерами и орудия особой мощности (рис. 4.64), 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 па 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.
Рис. 4.64. Источник РЧЭМИ гигаваттной мощности (на основе виркатора) Техасского технологического университета
Разработчики направленных источников и их влиятельные покровители довольно быстро узнали об оценках: максимальная дальность поражения крылатой ракеты излучателем длиной в 1 м — не более 1 км[50]. Вначале подобные оценки угрюмо игнорировались, а наиболее сильным контраргументом был такой: в США разрабатываются мощные направленные излучатели РЧЭМИ и предполагается их военное применение. Равнение на зарубежные концепции — давняя традиция в советской военной науке, но такие доводы были скорее эмоциональными, чем рациональными, тем более что дальности поражения макетами ЭМБП электроники в несколько десятков метров были уже привычны военным, а вот сторонникам направленных источников продемонстрировать дальности поражения даже близкие к километру не удавалось.
Но не всегда исход противостояния решают, как говаривал Остап Бендер, «медицинские факты», потому что новое оружие всегда окружают мифы и иногда они идут в ход в качестве аргументов. 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 (ЭМИ) 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 для 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 (основную энергию в который вносят гармоники частотами менее 1 МГц) исходит не из заряда. Условия генерации ЭМИ ЯВ — из плазмоида многокилометровых размеров, о котором уже известно читателю — 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 и их энергии позволило по минимуму оценить энергозатраты на подобный процесс — они на много порядков превышали энергию ВВ в боеприпасе 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.
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) поражает РЛС на дистанции 500 км. Излучение в десятки киловатт типично для РЛС кораблей и самолетов, но ни в авиации, ни па 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[51] или на аэродромах.
И за рубежом заинтересованные фирмы время от времени тужились продемонстрировать перспективность военного применения электровакуумных излучателей, а, как уже отмечалось, аргумент «что ж, американцы, дураки, что ли?» звучал в высоких кабинетах громко, как грозовой разряд. Во время операции «Буря в пустыне» крылатые ракеты, несущие виркаторы, прорывали иракскую ПВО. Энергия для питания источника отбиралась от двигателя ракеты. Маршевый полет при этом невозможен — у позиции ПВО ракета падала, зато источник 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». Неизвестно, насколько внятно разработчики «электромагнитного «Томахока» растолковали военным особенности своего оружия, но изъяны в сценарии боевого применения прямо-таки «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» позицию ПВО, признаков поражения которой они не наблюдали, не было.
Победители в другой иракской кампании как-то неуверенно прогнусавили о дебюте управляемой электромагнитной бомбы (с виркатором и СВМГ) весом около 2 тонн (рис. 4.65). Ее применили 26 марта 2003 года по зданию телевизионною комплекса Ирака, прекратив вешание более чем на час. 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, поэтому пусть читатель сам сделает вывод о соответствии такого выбора цели особенностям оружия, да к тому же — примет во внимание, что стоимость только одного СВМГ в такой бомбе равна стоимости десятка ВГЧ.
Рис. 4.65. Схема управляемой авиационной бомбы на основе виркатора и взрывной системы его энергообеспечения
Применение направленного источника в боеприпасе противоречиво: во-первых, такой источник надо наводить на цель, а наличие системы наведения существенно повышает стоимость боеприпаса; во-вторых, поскольку в таком боеприпасе используется ВВ его срабатывание однократно и не реализуется возможность длительной работы электровакуумного излучателя.
Значит ли все изложенное выше, что разработка направленных излучателей вообще бесперспективна? Нет, просто надо учитывать их особенности, планируя применение. Постепенно разработчики направленных излучателей сами пришли к такому выводу. Для таких излучателей приемлемы, например, полицейские задачи: «отпугивание» демонстрантов на дистанции в сотню метров легкими ожогами и долго — пока есть солярка в генераторе (рис. 4.66). Полицейская машина может быть и неповоротливой, потому что на демонстрации не приходят, захватив из дома гранатомет, в противном случае для такого мероприятия надо подобрать иное название.
Рис. 4.66. Источник РЧЭМИ, разработанный фирмой «Рейтеон» (США) и снабженный таким источником полицейский автомобиль, предназначенный для разгона демонстрантов
Многократно срабатывающий вакуумный источник может прикрыть бронетехнику с углов, близких к вертикали: высокоточное оружие поражает танки с этих слабо защищенных броней направлений. 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 огнем противника, 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. 4.67).
Рис. 4.67. Машина разминирования неконтактных мин с вакуумным излучателем, работающем к частотном режиме. Обратите внимание на соотношение размера источника РЧЭМИ и расстояния, на котором его излучение вызвало подрыв мины
Что же касается «электромагнитных пушек» — иногда хочется воскликнуть «Сам сказал!», адресовав слова Марка Туллия Цицерона адептам этого направления, с гордостью вешающим:
«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.).
…Пока электромагнитному оружию приходится ждать своего часа, как пришлось ждать его черному пороху, потом — бездымному, потом тротилу, потом — гексогену, ну — не буду утомлять. А причина этого в том, что 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.
Как показывает опыт, политические цели наиболее эффективно достигаются в ходе скоротечной военной кампании. Там. где конфликт затягивается (Центральная и Юго-Восточная Азия, Кавказ), эти цели «размываются», а конечные результаты имеют неопределенный характер и не соответствуют затратам. Колоссальная мощь и отрицательные экологические последствия применения ядерного оружия свели до минимума вероятность возникновения ситуаций, реально оправдывающих его использование. Роль главной ударной силы на поле боя переходит к другим видам высокотехнологичного оружия. Радиоэлектронная борьба (РЭБ) эволюционировала за последние годы из обеспечивающего вида боевых действий в основной, ее роль в скоротечных операциях особенно возросла. В арсенале РЭБ постепенно занимает подобающее место и такое новое средство, как электромагнитное оружие. Единичные случаи его боевого применения пока не связаны с громкими победами, но подождем со скепсисом: наступление первых танков осенью 1917 года тоже было «негромким» — взять Флескье англичанам не удалось, несмотря на оставленные на поле боя 62 горевшие остова «сухопутных дредноутов». После того боя шли годы, такие теоретики, как англичанин 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 лавровым венком танковая броня…
…Научно-популярные книги принято завершать дидактическим назиданием: мол, немедленно — «учиться, учиться и учиться», или другой цитатой из какого-нибудь классика. Но, как наверняка заметил читатель, автор относится к поучениям без излишнего пиетета, тем более что труды «властителей дум» содержат свидетельства беспорядочных тычков мысли в самых различных направлениях. Например, поучение, которым начался абзац, гармонично дополняет другая, хоть и слегка измененная, мысль: «…банковскому делу настоящим образом!» Так что, полагаю, что завершение книги цитатой не гармонировало бы с остальным содержанием: описанием физических явлений и их применений. Насколько это описание было увлекательным — судить читателю, но в том, что оно продолжится, пусть и в книгах, написанных другими авторами — в этом я уверен. Так что, предпочитаю оставить тему открытой…
5. ОБ АВТОРЕ«Александр Прищепенко родился в Москве, Россия, 4 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 предприятия «Сириус», Москва».
«Jane’s Infrastructure 2000».
«…В июне 1994 года А. Б. Прищепенко опубликовал статью о классе устройств, названных устройствами прямого преобразования и представлявших взрывомагнитные генераторы с малоемкостными нагрузками, которые генерировали электромагнитное излучение в диапазоне частот от мегагерц до десятков гигагерц. Прищепенко назвал эти устройства электромагнитными боеприпасами (ЭМБП). Прямое преобразование предполагает отсутствие такого источника излучения, как виркатор, а энергия передается от взрывного устройства непосредственно антенне. Такие устройства имеют размеры от бейзбольного мяча до 105 мм артиллерийского снаряда. В статьях описаны несколько типов ЭМБП, в некоторые из которых не имеют таких источников первичной энергии, как взрывомагнитные генераторы.
L.L. Altgilbers, Marc D.J. Brown, Bucur M. Novae etal.
“Magnetocumulative Generators” Springer, NY, Berlin,
Heidelberg, 1999.
«Научное сообщество обеспокоено лидерством советских ученых в радиочастотных оружейных технологиях. Обеспокоенность возросла, когда генерал Лоборев… представил в Бордо доклад. В этом докладе доктор Прищепенко, русский изобретатель семейства компактных радиочастотных боеприпасов, описал их применение по различным целям, включая мины, противокорабельные ракеты и системы связи».
Dr. Ira Merritt’s Prepared Statement. Missile Defense Space Tech Center. US House of Representatives Joint Economic Committee Hearing. Radio Frequency Weapons And Proliferation:
Impact On The Economy.
Wednesday, February 25, 1998.
«Обеспокоенность Запада возросла, когда в 1994 году генерал Лоборев, начальник центрального физико-технического института, представил доклад А.Б. Прищепенко о применении оружия на основе взрывных источников излучения».
Directed Energy and Fleet Defense: by William J. McCarthy,
Captain, USN.
«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, временное ослепление случается, когда нарушается функционирование в течении немногих таких циклов. Такой эффект от короткого одиночного воздействия, 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 боевую задачу сводится к минимуму».
Jane’s Unconventional Weapons Handbook, 2000,p.p. 243, 257.
Рис. 5.1.
«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 (рис. 5.1). 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.
Фирма «Райнметалл» сосредоточилась на создании образцов сверхширокополосных излучателей, которые, по-видимому, могут быть применены против многих целей, включая противовоздушную оборону, радары, связь, против бомб террористов с электронными взрывателями, систем наведения и различных охранных устройств. Как уже сообщалось в IDR № 1, 2003 г., «Райнметалл» сотрудничает с русскими институтами в создании одноразовых генераторов, пригодных для применении в артиллерийских 155 миллиметровых снарядах. Экспериментальный образец такого излучателя мощностью в 100 МВт был принят в 2002 году, (рис. 5.2), а полноразмерный излучатель мощностью в 1 ГВт должен быть испытан в 2004 году.
International Defense Review, 2003, Feb. 01.
Рис. 5.2.
Автор этой книги опубликовал много статей в журналах «Мир оружия», и «Популярная механика», а также — в специализированных военных и научных изданиях. Его перу принадлежит также вышедшее в 2007 г. в издательстве «Бином» учебное пособие «Взрывы и волны», а также — вышедшая в 2009 г. в издательстве «Моркнига» научно-популярная книга «Шелест гранаты».
Примечания
1Сера тоже является горючим, но — неэффективным. Необходима она для облегчения воспламенения: на начальной стадии происходит ее плавление и за счет жидкой фазы улучшается контакт частиц селитры и угля. Когда выделившегося тепла становится достаточно, выделение кислорода трудно отдающей его селитрой возможно и без серы
(обратно)
2Крымская война 1854–1856 гг. 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, которые 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)
3Горение конденсированного вещества — химическая реакция, связанная с переходом вещества в газообразное состояние. При этом выделяется тепло и газообразные продукты догорают в гак называемой зоне горения, расположенной вблизи поверхности. Скорость горения определяется процессами диффузии и теплопроводности
(обратно)
4Клаузевиц Карл — прусский военный теоретик (1780–1831 гг.). Его фундаментальный труд «О войне» не потерял актуальности и в наши дни
(обратно)
5Хаген — персонаж древнегерманского эпоса («Песни о нибелунгах»), убийца героя — Зигфрида
(обратно)
6Оборванное 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 было бы неприлично
(обратно)
7Позже, в 1967 году, в синайских песках, нашлось достаточно энтузиастов, попытавшихся оспорить это утверждение и померяться скоростью своего бега с ходом наступавших израильских «Центурионов»
(обратно)
8Здесь и далее приведены данные уже достаточно оптимизированных современных устройств
(обратно)
9С учетом инфляции, этот уровень превышает и современную оплату профессора в университете США (12000$). В послевоенные годы потенциал поиска новых ярких решений был в значительной мере утрачен. Автор убедился в этом, посещая по приглашениям известные германские и австрийские оружейные фирмы к 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)
10Излучение, 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 упомянут 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)
11Для определения элементов движения акселерометрами измеряются ускорения, возникающие в грех различных направлениях при полете ракеты (как известно, возникновение ускорения можно «засечь», измеряя, например, изменение веса тела известной массы). Интегрирование показаний акселерометров дает возможность получить всю необходимую информацию о положении ракеты
(обратно)
12Министр вооружений Третьего райха
(обратно)
13Изречения взяты из книги воспоминаний военного куратора проекта Фау-2, генерала Вальтера Дорнбергера и принадлежат, соответственно, полководцу невидимого фронта Гиммлеру и занимавшего вторую ступень в нацистской иерархии Герингу, по совместительству, ведавшего и авиацией Третьего райха
(обратно)
14Более чем два десятилетия спустя, в ходе войны на Ближнем Востоке, на один уничтоженный израильский самолет приходилось от 4,4 до 8,3 выпущенных ЗУР типов С-75 и С-125
(обратно)
15Институт имени кайзера Вильгельма II в пригороде Берлина — Далеме, известный своими исследованиями в области ядерной физики
(обратно)
16Вода является хорошим замедлителем нейтронов, поскольку содержит много ядер водорода, близких ней громам по массе
(обратно)
17Ошибка или неточность перевода. «Сфера» — геометрическое место точек пространства, равноудаленных от центра, то есть — поверхность. Правильно — «шар» или «шаровой слой»
(обратно)
18Где бы вы не находились, такие нейтроны присутствуют рядом с вами. Их приносит излучение из космоса, они образуются в результате ядерных реакций в содержащихся в земле минералах. К счастью, «фоновых» нейтронов не так уж много
(обратно)
19Плутоний очень ядовит. Контакта человека с плутонием стараются избежать, никелируя детали из этого вещества. Попадание в организм бериллия тоже пользы не принесет
(обратно)
20В том, что «новое — это хорошо забытое старое» пришлось на личном опыте убедиться уже в 90-х годах, на заседании одной из комиссий, созданных для рассмотрения изобретения, связанного, правда, не с делением, а с применением так называемого «холодного синтеза», о котором тогда верещали газетные заголовки. Изобретатели обещали «стреляя из пулемета, поливать противника 100-мм снарядами». Признаки фальсификации были явными: в броневых плитах зияли отверстия (якобы — от «пуль холодного синтеза»), в которые можно было просунуть кулак. Заседание началось со скучных препирательств о пороговых и непороговых ядерных реакциях. Чиновная часть комиссии, от которой зависело многое, но мало что понимавшая, улавливала при этом только «научные» слова, употребляемые обеими сторонами. Пустая трата времени вызвала острый внутренний протест, в обеденный перерыв вынудивший съездить за книжкой Глесстона «Действие ядерного оружия». После перерыва пришлось 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 2,7х10-12 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 книжку, 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».
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). 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 радиоактивность, а это дало бы противнику право ответить на «пулеметные» экзерциции полноценным ядерным ударом
(обратно)
21Персонаж романа М. Булгакова «Мастер и Маргарита»
(обратно)
22Попытайтесь представить, как хорошо можно «загореть» под светом, приобретшим плотность алюминия
(обратно)
23«Железный ветер в лицо» ощущают только политработники, строчащие книги с такими названиями, а регистрируют скоростной напор и турбулентные «завихрения» стали специальные датчики
(обратно)
24В приводимом примере число делений в десятки триллионов раз больше, чем в трагическом эксперименте доктора Слотина, а выделение энергии эквивалентно взрыву сотни килотонн тротила
(обратно)
25В газодинамической фазе взрыва образование ударной волны происходит вследствие двух причин: при мощном взрыве ее формирует расширяющаяся плазма нагретого радиационной диффузией воздуха; при взрыве малой мощности — то же делает «плазменный пузырь» из вещества, бывшего до взрыва зарядом (рис. 3.12); понятно, что возможен и промежуточный случай, когда эффективны оба механизма
(обратно)
26Рекомбинация — «воссоединение» носителей зарядов разных знаков — процесс, обратный ионизации
(обратно)
27Лишившись важнейшей роли в военном применении, полоний — 210 в начале XXI 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 50-х годов
(обратно)
28Имплозия — взрыв, направленный внутрь. Считается, что термин введен в обращение американскими учеными, разработавшими ядерный заряд, но автору удалось обнаружить его в книге А. Штеттбахера, изданной еще в 1936 году. Там этим термином описывается схлопывание газов в область разрежения (пример такого процесса — лопнувший кинескоп телевизора)
(обратно)
29Это явление называют «наведенной радиоактивностью»
(обратно)
30В советских морских ракетах, например в Р-29, капсулу размещали в корпусе, чтобы уменьшить и без того немалую длину «изделия»
(обратно)
31В 1960-х Главный конструктор Н. Л. Духов распорядился уничтожить исторически ценную документацию на «ствольную» схему. Позже на такие простейшие заряды позарились в тех странах, где это было «очень нужно», например — в Южно-африканской республике, чувствовавшей себя неуютно рядом с соседями, фигурировавшими вдоль ее границ (а чаше — в их пределах) с ППШ и автоматами Калашникова. Ну, а еще позже ствольные схемы были реализованы для «проникающих» зарядов: перегрузки при внедрении столь велики, что сложные имплозивные конструкции и электроника их не выдерживают
(обратно)
32Напалм — 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 кислот — сыпучий порошок, она вполне безопасна. Будучи разбавлена топливом, 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, а ожоговые травмы от нее, из-за присутствия фосфора стали еще кошмарнее
(обратно)
33Эффекты, производимые излучениями разных видов в тех или иных веществах отличаются, поэтому различны и единицы, в которых измеряются дозы облучения. Рад — чисто «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 2,58х10-4 Кулон. Бэр (биологический эквивалент рентгена) — доза любого вида излучения, производящее 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)
34Название проекта разработки оружия направленной энергии в «Стратегической оборонной инициативе» — любимом детище одного президента, в прошлом — актера
(обратно)
35Что, однако, на пять порядков больше плотности энергии в конденсаторе и позволяет развить при детонации мощность в многие тераватты)
(обратно)
36Вспомним, что в 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)
37Несохранение 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 медленно, что его вторая производная, а значит, и излучаемая мощность, будут ничтожны
(обратно)
38От греческого «остракон» — черепок. В древней Греции изгнание граждан, опасных для государства, происходило после тайного голосования, в ходе которого имя кандидата на изгнание писалось на черепках
(обратно)
39Германская идея возбуждения детонации в облаке, образованном из перемешанных горючего и воздуха, к тому времени получила практическое воплощение. Конечно, вместо угольной пыли были подобраны другие горючие. Если читатель заинтересуется эффективностью таких боеприпасов, однозначно ответить ему нельзя. Давление детонации в смеси горючего и воздуха на четыре порядка меньше, чем в конденсированных взрывчатых веществах, поэтому на близких расстояниях объемно детонирующие боеприпасы вчистую проигрывают традиционным, причем отличия — качественные: при взрыве облака не проявляется бризантный (дробящий) эффект. На больших расстояниях (начиная от границы подрываемого облака и далее) преимущество переходит к объемной детонации, но и в этом случае дать количественную оценку затруднительно, поскольку сравниваются два разных явления: взрыв сосредоточенной в малом объеме мощной взрывчатки и маломощный взрыв в облаке сложной формы (тороиде). Например, в 10 м от облака (для полутонной бомбы его внешний радиус превышает два десятка метров) давление в ударной волне все еще равно лишь половине значения, характерного для взрыва равной массы тротила, но спадает давление от объемного взрыва медленнее и на расстоянии в 50 м уже превышает «тротиловое» более чем в три раза. Поражает такая ударная волна только малостойкие цели: дома (рис. 4.24) незащищенную живую силу. Описываемые опыты были поиском новой области применения таких боеприпасов
(обратно)
40Конечно, «закрутка» в этом случае — неполная. Траектории лишь искривляются, пока длился свободный пробег частиц между столкновениями
(обратно)
41Чем «сильнее» поле, тем меньше радиусы траекторий «закручиваемых» частиц, а длины излучаемых волн близки к значениям этих радиусов
(обратно)
42Скачок проводимости в некоторых ударно-сжатых веществах может и не быть связан с повышением их температуры
(обратно)
43Опускаемая сходня
(обратно)
44К 70-м годам XX века советский флот, главкомом которою 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 был впереди западных стран 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 оно было успешным: 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)
45Парамагнетики — класс веществ, у которых 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 не происходит.
В ферромагнетиках во взаимодействии с внешнем полем основную роль играют собственные, не зависящие от орбитального движения, магнитные моменты электронов (спины). К тому же, атомы связаны в кристаллической решетке. Магнитные свойства ферромагнетиков весьма заметны: остаточная намагниченность не исчезает и при снятии внешнего поля
(обратно)
46Ток не только создает собственное магнитное поле, но и взаимодействует с полем внешним, следствием чего является генерация ЭДС. 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. Важно только, чтобы не «вмешивался» скин-эффект — тогда распределения тока и поля будут неравномерными, а результаты измерений — недостоверными. Конденсатор большой емкости нужен для того, чтобы запитывающие преобразователь токовые импульсы были достаточно длительными и скин-эффект не проявлялся
(обратно)
47На конференции но сверхсильным матичным полям «Мегагаусс-7» сообщалось о веществах с гигантской магнитострикцией (TbFe2, YCo5 PrСо5 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: последние оставят далеко позади излучатели на основе компрессии магнитного поля
(обратно)
48«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)
49Для источников РЧЭМИ на основе компрессиии магнитного поля характерна иная комбинация рабочих параметров (большой ток — умеренное напряжение) и это отношение выше в тысячи раз
(обратно)
50Что значительно меньше дальности действительного огня 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 за скобками)
(обратно)
51мателот (морск.) — соседний в строю корабль
(обратно)Оглавление
1. КИШКИ И ПОРОХ 2. Пробить, промыть, проткнуть! А для этого — найти! 3. БАХ-ПО ЯДРАМ… 4. «…ГЛАЗИК ВЫКОЛЮ»! 5. ОБ АВТОРЕ
