Текст книги "Огонь! Об оружии и боеприпасах"

Автор книги: Александр Прищепенко

сообщить о нарушении

Текущая страница: 8 (всего у книги 12 страниц)

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)λ²

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]39
  Германская 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


[Закрыть]. 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]40
  Конечно, «закрутка» в этом случае – неполная. Траектории лишь искривляются, пока длился свободный пробег частиц между столкновениями


[Закрыть] 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]41
  Чем «сильнее» поле, тем меньше радиусы траекторий «закручиваемых» частиц, а длины излучаемых волн близки к значениям этих радиусов


[Закрыть]» 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]42
  Скачок проводимости в некоторых ударно-сжатых веществах может и не быть связан с повышением их температуры


[Закрыть].